bảo vệ chống sét trạm biến áp 110/35 kv, chương 3 ppsx

Ch-ơng 3
bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
trạm biến áp
I.Mở đầu
Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện
nhất là hệ thống điện lớn vì khi cần truyền tải đi xa ng-ời ta phải
nâng cao điện áp cao để cho hiệu quả kinh tế (tổn thất điện áp nhỏ
).
Đối với trạm biến áp theo thiết kế trong đồ án này thì các thiết bị
điện của trạm đ-ợc đặt ngoài trời (nh- máy biến áp, máy cắt, máy
biến áp đo l-ờng
) nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy
ra những hậu quả nặng nề (làm hỏng đến các thiết bị trong trạm và
gây nên những tổn thất vê kinh tế cho những ngành công nghiệp
khác do bị ngừng cung cấp điện và ảnh h-ởng đến đời sống sinh
hoạt của con ng-ời). Do vậy trạm biến áp th-ờng có yêu cầu bảo vệ
rất cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp
ng-ời ta dùng hệ thống cột chống sét, dây thu sét. Tác dụng của hệ
thống này là tập trung điện tích để định h-ớng cho các phóng điện
sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên d-ới hệ thống này.
Cột chống sét làm bằng sắt, bê tông hay cột gỗ.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ
kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này
thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng
điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi
qua thì điện áp xuất hiện trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để
gây phóng điện ng-ợc đến các thiết bị khác gần đó. Bởi vì khi có
sét đánh vào bộ phận chống sét thì trên đó có một điện áp d-, nếu
điện áp d- này đủ lớn thì nó có thể phóng điện qua các thiết bị
khác lân cận. Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh

trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao
cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật.
II. Tính toán thiết kế các ph-ơng án bố trí cột chống sét
Dựa vào đặc điểm của trạm ta có thể đặt cột chống sét độc lập
hay trên kết cấu của trạm biến áp. Ta bố trí sơ bộ cột chống sét và
số l-ợng cột chống sét trên cơ sở tận dụng các độ cao của các thiết
bị kết cấu của trạm.
1.Các công thức sử dụng để tính toán
a) Cột chống sét
*) Độ cao cột chống sét:
h =h
x
+ h
a
(1-1)
Trong đó: + h
x
: độ cao của vật đ-ợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột chống sét, đ-ợc xác
định theo từng nhóm cột. (h
a
D/8 m).
(với D là đ-ờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các
chân cột)
*) Phạm vi bảo vệ của cột chống sét
- Phạm vi bảo vệ của một cột chống sét độc lập sẽ là một miền
xác định bởi mặt ngoài của một hình chóp nón tròn xoay có đ-ờng
sinh là đ-ờng cong và bán kính bảo vệ đối với vật cao h

x
đ-ợc tính
nh- sau:
)()hh(
h
h
,
r
x
x
x
21
1
61



Trong đó: - h: là độ cao của cột thu sét
- r
x
: là bán kính của phạm vi bảo vệ ở đô cao h
x
Tuy nhiên việc sử dụng công thức (1-2) trong thực tế thì mà
ng-ời ta chia ra các tr-ờng hợp sau để tính toán dạng công thức
đơn giản hoá:
+ Nếu h
x
2/3h
)
h,

h
.(h.,r
x
x
80
151
(1-3)
+ Nếu h
x
> 2/3h
)
h
h
.(h,r
x
x
1750 (1- 4)
Trong thực tế có những công trình rất rộng do đó đòi hỏi độ cao
của một cột là rất lớn gây khó khăn cho thi công nên ng-ời ta
th-ờng phối hợp nhiều cột chống sét với nhau.
- Phạm vi bảo vệ của nhiều cột phối hợp với nhau lớn hơn nhiều
so với phạm vi bảo vệ của nhiều cột độc lập. Tr-ớc tiên xét tr-ờng
hợp hai cột chống sét: phạm vi giữa hai cột đ-ợc bảo vệ nếu a < 7.h
(với a là khoảng cách giữa hai cột chống sét).
Khi có hai cột chống sét đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ
cao lớn nhất giữa hai cột là h
o
và đ-ợc xác định theo công thức:
)(
a

hh
o
51
7

Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đ-ờng nối
hai chân cột là r
xo
và đ-ợc xác định nh- sau:
)61(
h
h
1
6,1
r
o
x
xo



r
ox
0,2h
h
x
h
o
=h-a/7
0,2h

o
a
1, 5h
0,75h
h
0,75h
o
1, 5h
o
r
x
R
x


Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có cùng độ cao
- Tr-ờng hợp hai cột chống sét có độ cao khác nhau thì việc xác
định phạm vi bảo vệ đ-ợc xác định nh- sau:
- Khi có hai cột chống sét 1 và 2 có độ cao h
1
và h
2
khác nhau:
1
2
2
0.75h
2
1,5h
2

0.75h
1
1,5h
1
a
a'
h
2
R
h
0
h
1
Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao khác độ
cao.
- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột chống sét 2 có độ cao h
2
, khi
đó các khoảng cách a
12
= a; a
12
= a
'
. Khi đó xác định đ-ợc các
khoảng cách x và a
'
nh- sau với giả sử h
2
> h

1
.
+ Nếu h
1
> 2.h
2
/3:
a = a- 0,75(h
2
h
1
) (1-7)
+ Nếu h
1

2.h
2
/3:
a = a 1,5.h
2









2

1
80
1
h.,
h
(1-8)
Đối với tr-ờng hợp khi có hai cột chống sét cao bằng nhau ta có
phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là h
o
:
7
a
hh
o
(1-9)
T-ơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột 1 và 2
là:
7
a'
hh
o

2
(1-10)
+ Nếu h
x
> 2.h
0
/3 ta có:
r

0x
= 0,75.h
0
(1- h
x
/h
0
) (1-11)
+ Nếu h
x

2h
0
/3 ta có;
r
0x
=









0
0
80
151

h.,
h
h.,
x
(1-12)
- Xác định đ-ờng kính của ba cột chống sét:
Để bảo vệ đ-ợc một diện tích giới hạn bởi một tam giác hoặc tứ
giác thì độ cao của cột chống sét phải thoả mãn: D
8h
a
Trong đó: + D: Là đ-ờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (
hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có
thể bảo vệ đ-ợc.
+ h
a
: Là độ cao tác dụng của cột chống sét.
+Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột chống sét bao giờ cũng lớn
hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột
chống sét có thể phối hợp đ-ợc với nhau để bảo vệ đ-ợc vật có độ
cao h
x
nào đó là: a 7h.
Để xác định đ-ờng kính của đ-ờng tròn ngoại tiếp tam giác ta sử
dụng các công thức tính diện tích tam giác sau:
S =
R
.
c.b.a
4
; S = )cp).(bp).(ap.(p

)(
)cp).(bp).(ap.(p.
c.b.a
R 131
4



Trong đó: + p: là nửa chu vi tam giác (1;2;3):
2
cba
p



+ R: là bán kính đ-ờng tròn ngoại tiếp tam giác
(1;2;3).
0,2h
- Xác định đ-ờng kính của đ-ờng tròn đi qua bốn đỉnh của tứ
giác:
Ta có công thức xác định đ-ờng kính của hình chữ nhật sau:
2
2
2
1
llD
(1-14)
b) Dây thu sét
*) Độ cao của dây thu sét
h = h

x
+ h
a
(1-15)
Trong đó: + h
x
là độ cao trung bình của dây dẫn.
+ h
a
là độ cao tác dụng của dây thu sét.
*
) Phạm vi bảo vệ của dây thu sét
- Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng dọc theo chiều
dài của dây dẫn.
*) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét
- Khi h
x

2h/3:







h.,
h
h.,b
x

x
80
121
(1-16)
- Khi h
x

2h/3:







h
h
h.,b
x
x
160 (1-17)
*) Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét
Khi đặt hai dây thu sét cách nhau một khoảng s = 4h thì mọi
điểm trên mặt đất đ-ợc bảo vệ nếu khoảng cách s < 4h. Phần bên
ngoài của phạm vi bảo vệ đ-ợc xác định nh- tr-ờng hợp một dây,
còn phần bên trong đ-ợc giới hạn bởi vòng cung qua ba điểm: hai
®iÓm treo d©y chèng sÐt vµ ®iÓm gi÷a cã ®é cao
4
a
hh

o

H×nh 1.3: Ph¹m vi b¶o vÖ cña d©y chèng sÐt