bảo vệ chống sét trạm biến áp 110/35 kv, chương 8 pptx

I
S
L
G
R
C
Chng 8: Nối đất chống sét
2.1. Phía điện áp 110 kV.
Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến
thiên của dòng điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu
điện cảm sẽ ngăn cản không cho dòng điện đi tới các phần cuối của
điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều, sau một thời gian,
ảnh h-ởng của điện cảm mất dần và điện áp phân bố sẽ đều hơn.
Nếu thời gian này T<<

đs
thì ta coi nh- là nối đất tập trung, nếu
thời gian này xấp xỉ hoặc lớn hơn

đs
thì lúc này hệ thống nối đất
nh- là đ-ờng dây dài và ta phải xét quá trình quá độ trong đ-ờng
dây dài này. Lúc này ta thay thế mạch có đầy đủ các phần tử để
xét.
Hình 2.6: Sơ đồ thay thế đầy đủ của hệ thống nối đất
Tuy nhiên giá trị của điện cảm lớn hơn rất nhiều so với giá trị
cảm của nó và ảnh h-ởng của thành phần điện dung là rất nhỏ hơn
G
0
L
0

I
S
so với thành phần điện dẫn nên trong sơ đồ thay thế ta bỏ qua thành
phần điện trở và điện dung. Từ đó ta có sơ đồ thay thế nh- hình
sau:
Hình 2.6: Sơ đồ tính toán thực tế của hệ thống nối đất.
Thời gian quá độ của quá trinh phân bố lại điện áp trong hệ
thống phụ thuộc vào hằng số thời gian T

L
0
.G
0
.l
2
Trong đó: + L
0
là giá trị điện cảm đơn vị

H/m ,
r
/L
ln.,L

310
2
20
0
(2-6)
+ L là chu vi của trạm.
+ r là bán kính tiết diện thanh điện cực (r =
d/2=1,25cm).
+ G
0
là giá trị điện dẫn đơn vị.
G
0
=1/R.l


m./

1 (2-7)
+ l là chiều dài điện cực: l = L/2.
+ R là điện trở xoay chiều tính cho mùa sét.
* Tính toán các tham số L
0
và G
0
- Xác định L
0
: từ công thức (2-6) ta có
)m/H(744,131,0

10.25,1
5,104
ln.2,0L
2
0









- Xác định G
0
:
Ta có công thức tính R nh- sau:
C
cs
TT
cs
C
cs
T
cs
C
.R.n.R
RR
R

(2-8)
Điện trở cọc tính cho mùa sét:
)(38,302,1.
4,1
444,35
K.
K
R
R
cs
C
at
C
at
C
cs
C

Điện trở thanh tính cho mùa sét:
)(172,125,1.
6,1
5,1
K.
K
R
R
cs

T
at
T
at
T
cs
T

Trong đó các giá trị của
at
T
K ,
cs
T
K ,
cs
C
K ,
at
C
K tra theo bảng 2-1(h-ớng
dẫn làm đồ án tốt nghiệp _ Nguyễn Minh Ch-ớc)
Từ đó ta tính đ-ợc R theo công thức (2-8): theo kết quả tra trên ta
có:
Từ đó ta tra đ-ợc:

C
= 0,59;
T
= 0,3

Ta tính đ-ợc:
).(815,0
172,1.59,0.503,0.38,30
172,1.38,30
R
NT



)m./1(0117,0
5,104.815,0.2
1
l.R.2
1
G
0

* Tính tổng trở vào của hệ thống nối đất Z(0,

đs
)
Tính tổng trở vào của hệ thống nối đất, tính toán phân bố dài khi
không xét quá trình phóng điện trong đất. Từ sơ đồ thay thế ở hình
2.8 ta thiết lập đ-ợc hệ ph-ơng trình vi phân:

U.G
x
I
t
I
.L
x
U
0
0
(2-9)
Giải hệ ph-ơng trình vi phân (2-9) ta đ-ợc điện áp tại một điểm
bất kì trên điện cực với dạng sóng của đầu vào của bộ phận nối đất
là dạng sóng xiên góc. Ta tính toán với dạng sóng chuẩn:
I
s
=

ds
ds
t khiI
t khiat
Với: + a là độ dốc của dòng sét (a = 30kA/s)
+ I là biên độ của dòng sét ( I = 150kA)
+

đs
là thời gian đầu sóng (s)
)s(
a
I
ds
5
30
150

l
x k
cos.e.
k
Tt.
l.G
a
)t,x(U
k
T
t
.
k
1
2
1
0
1
1
2 (2-10)

Trong đó: +
22
001
/l.G.LT
+ T
k
= T
1
/k
2
Do coi hệ thống nối đất là sự gép song song của hai tia nên
tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tại thời điểm t =

đs
sẽ là :

1
2
1
1
1
2
1
2
1
0
k
T
dso
ds
K
ds
e
k
.
T.

l.G.
,Z (2-11)
Từ công thức trên ta thấy tổng trở xung kích của nối đất gồm hai
thành phần:
+Thành phần biến thiên theo thời gian t (thành phần cảm ứng ).
+Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở xoay chiều
là:1/(2.G
0
.l)
Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định
càng nhanh thì trị số điện trở tản càng ngắn. Chiều dài của điện cực
càng lớn thì điện áp ở đầu cuối càng bé điều này chứng tỏ các phần
ở cuối của điện cực phát huy tác dụng kém .
Để tính Z(0,

đ.s
) xét chuỗi:

1 1
22
1
2
11
k k
T
k
T
k
e
kk
e
k
ds
k
ds
(2-12)
Vì : e
-3
=0,05 ; e
-4
=0,018 ; e
-5
= 0,0067 ; e
-6
= 0,00247
Nên ta chỉ xét đến e
-4
. Từ e

-4
rất bé so với số hạng tr-ớc nên ta
có thể bỏ qua, tức là tính với k sao cho
4
T
k
ds


Ta có
2
1
k
T
T
k
nên 4
2
1
k
T
ds


. Vậy:
ds
1
2
4.T
k

Hệ số k là nguyên d-ơng nên ta có:
ds
1
T.4
k


Với: ).s(6,22
14,3
5,104.0117,0.744,1
l.G.L
T
2
2
2
2
00
1




đ.s
= 5s, ta có: 25,4
5
6,22.4
k

Nh- vậy ta sẽ tính toán với k lớn nhất là 5, tức là k =15
Ta có các kết quả nh- bảng (2-1 ):
K 1 2 3 4 5
k
T

22.600 5,650 2,511 1,413 0,226

đs
/T
k
0,221 0,885 1,991 3,540 22,124
k
ds
T
e


0,851 0,524 0,234 0,075 0
2
T/
k/e
kds

0,851 0,131 0,026 0,005 0
Từ bảng (2-1 ) ta tính đ-ợc:
013,1
k
e
1k

2
T
k
ds






Thay các giá trị vào (2-11) ta đ-ợc:
64,1
6

3
1
2
1
1
k
1
2
22
1
2

).(01,3)013,164,1(
5
6,22.2
1.
0117,0.5,104
1
.
2
1
),0(Z
ds








Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cách điện cho máy
biến áp với các giá trị : I =150kA ; Z(0,

đ,s
) = 3,01
ứng với 2 giá trị trên tại thời điểm dòng điện sét đi vào hệ thống
nối đất thì thế tại điểm dòng điện sét đi vào là:
U
xk
= I
s

, Z(0,
đs
) = 150.3,01 = 451,5 (kV)
Vậy ta có: U
xk
= 451,5 kV < U
50%
= 465kV
2.2 Nối đất chống sét cho phía điện áp 35 kV.
Tiêu chuẩn của nối đất chống sét cho trạm biến áp 35 kV đ-ợc
xác định bởi các điều kiện sau:
- Không phóng điện trong không khí giữa các cột thu sét và
công trình.
- Không phóng điện trong đất từ chổ nối của cột thu sét đến
chỗ nối đất của các thiết bị trong trạm.
- Theo quy định thì khoảng cách yêu cầu là:
S
K
>5 m S
d
>3 m
Trong tính toán lấy dòng điện sét I
s
= 150 kA; a = 30 kA/s,
điện áp trên bộ phận nối đất đ-ợc xác định.
d
d
pd
d
pddSd

K
K
pd
k
pd
s
dSQ
S.EUR.IU
S.EU
dt
di.L
R.IU


Đồng thời tính R
d
< 10, E
pd
= 300kV/s, E
d
pd
= 500 kV/m từ đây
ta xác định đ-ợc:
S
k

150. 30.1,7.
0,3 0,1.11
500 500
k xk x

xk
U R h
R


S
d

300
R.150
E
U
xk
d
pd
d

Từ cách bố trí cột ta có: S
k
=5 m; S
d
= 3m
Chiều cao cần bảo vệ là 8m
Từ đó:
R
xk
<
5 1,1
13
0,3

S
d
< 0,5 R
xk
-> R
xk
< 3/0,5 = 6
Vậy muốn bảo đảm yêu cầu của chống sét cho trạm 35 kV ta
phải thiết kế để hệ thống nối đất có điện trở nối đất xung kích. Nhỏ
hơn 6

Ta dùng hệ thống cọc
Để đóng cọc quanh trạm ta sử dụng loại thép góc 50x50x5mm,
chiều dài l =2,5m.
Sơ đồ bố trí mạch vòng cọc trong hệ thống nối đất của trạm nh-
hình sau:
a
Hình 2.4: Sơ đồ đóng cọc trong trạm.
Với:+a: là khoảng cách giữa các cọc theo chu vi mạch vòng.
+l: chiều dài cọc l = 2,5m.
+t: độ chôn sâu cọc t = 0,8m.
t
l
t'
Hình dạng cọc sử dụng trong hệ thống nối đất
Đối với một cọc điện trở tản xoay chiều đ-ợc xác định theo
công thức sau:

)(
lt.
lt.
ln.
d
l.
ln.
l
R
c
42
4
4
2
12
2

Trong đó: + Cọc có kích th-ớc: l = 2,5m.
+
: là điện trở suất của đất đối với cọc: =
đo
.K
mùa (c)

đo
= 80 (.m); K
mùa (c)
= 1,2. (Tra bảng (2-1)


1 )


tt
= 80.1,2 = 96(.m).
+ d: là đ-ờng kính cọc đ-ợc tính nh- sau:
d = 0,95.b = 0,95.50. 10
-3
= 4,75. 10
-2

m.
+ t: là độ chôn sâu: t = 0,8m. Giá trị t
/
đ-ợc tính:

)m(,,
,
,
l
t 05280
2
52
80
2


Thay số liệu vào công thức (2- 5 ) ta có:
2
96 2.2,5 1 4.2,05 2,5
. ln .ln 30,38( )
2.3,14.2,5 4,75.10 2 4.2,05 2,5
c
R

Vậy ta có điện trở của một cọc là: R
C
= 30,38.
Xác định số cọc phải đóng:
n=
0c
c
R.
R

Trong đó:
n- Số cọc phải đóng.

c
- Hệ số sử dụng cọc. Vì 2
5,2
5
l
a
nên tra bảng phụ lục 6.6
sách
Hệ thống cung cấp điện ta đ-ợc

c
=0,73.
R
0
- Điện trở của thiết bị nối đất theo quy định (R
0

=10)
Vậy:
n =
2,4
10.73,0
38,30

Vậy số cọc cần đóng là 5 cọc.
Tính điện trở của thanh ngang gồm có 5 cọc nên có chiều dài là
L = 5.4 = 20m nên có:
R
T
=
2 2
.
2
. 80.1, 25 1.20
ln ln 7,88( ).
2. . . 2.3,14.20 0,8.2,5.10
tt
m v
k L
R
L t d

Khi đó:
.
. . .
c T
NT
c T c T
R R
R
R n R



Trong đó: + R
c
: là điện trở tản nối đất của cọc ().
+ R
T
: là điện trở tản nối đất của thanh.
+ n : là số cọc sử dụng trong hệ thống nối đất.
+
T
và
c
: t-ơng ứng là hệ số sử dụng thanh, hệ số sử
dụng cọc phụ thuộc vào số cọc và tỷ số a/l. Với a/l = 2 nên ta có:
Tra bảng phụ lục sách Kỹ thuật điện cao áp ta đ-ợc

c
= 0,73;

t
= 0,48.
Vậy:
R
nđ
=



5,52
73,0.88,7.548,0.38,30
88,7.38,30
.R.R
R.R
cttc
tc
Vì R
nd
= 5,52 < R
YC
= 6 nên hệ thống nối đất cho cột nh- đã
tính đạt yêu cầu.
Vậy thoả mãn điều kiện chống sét.