bảo vệ chống sét trạm biến áp 110/35 kv, chương 12 pdf

Chng 12:
Tính toán suất cắt do sét đánh vào
đỉnh cột và lân cận đỉnh cột
Sơ đồ khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột nh- sau:
Hình 3.6: Tr-ờng hợp sét đánh vào đỉnh cột
Khi có sét đánh vào đỉnh cột thì dòng điện sét sẽ đi vào bộ phận
nối đất của cột điện bị sét đánh đồng thời một phần nhỏ sẽ đi vào
bộ phận nối đất của các cột lân cận.
Thời gian để có phản xạ từ cột lân cận về là:
)s(,
.
c
l.
t 331
300
20022

Khi có quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện của đ-ờng
dây thì điện áp đặt lên các pha là không giống nhau do vậy ta phải
xác định điện áp đặt lên từng pha để xem xét tr-ờng hợp nào có giá
trị lớn nhất.
Điện áp đặt trên cách điện các pha đ-ợc xác định trên công thức
sau:
CCcsvq
t
-c
d
-clvcd
R.iU.kUUU)t,a(U (3-23)
Trong đó: +U
lv

là thành phần điện áp làm việc của đ-ờng dây
(U
lv
=57,2kV),
+k
vq
là hệ số ngẫu hợp có tính đến ảnh h-ởng của vầng
quang,
- pha A thì k
A
= 0,219
- pha B,C thì k
B
= 0,1247
+
d
-c
U là thành phần điện áp cảm ứng trên dây dẫn các
pha gây nên bởi điện tr-ờng bởi điện tích trong khe sét và trong cột
điện,

H.h.h.)1(
)Ht.v).(ht.v().ht.v(
ln.
h.a.1,0
.
h
h.k
1U
c
2
cdd
A
dd
cs
d
-c
(3-
24)
+i
c
là dòng điện sét đi vào thân cột,
+

t
-c
U là thành phần từ của điện áp cảm ứng xuất hiện
trên dây dẫn do hỗ cãm giữa dây dẫn và dây chống sét gây ra,
dt
di
.L
dt
di
.MU
c
dd
c
s
dd
t
-c
(3-25)
do ta xét với dạng sóng: i = a,t nên ta có
dt
di
.La.MU
c
dd
cdd
t
-c
(3-26)
+
là tốc độ t-ơng đối của phóng điện ng-ợc của dòng

sét (
= 0,3),
v =
,c = 0,3,300 = 90(m/s)
+L
dd
c
trị số điện cảm của phần cột điện tính từ mặt đất
tới độ treo cao của dây dẫn, Công thức tính toán: L
dd
c
= l
0
,h
dd

Với:+l
0
là điện cảm đơn vị của thân cột (l
0
= 0,6 H/m),
+h
dd
là độ cao treo dây dẫn,
+
CS
C
L là điện cảm của cột điện, tính từ mặt đất tới độ
cao treo dây chống sét,
CS

C
L = l
0
.h
c
= 0,6.20 = 12(H)
+M
cs
(t) là hỗ cảm giữa mạch khe sét và mạch vòng dây
chống sét,










1
12
2
20
cs
cs
cscs
h) (
h.t.v
ln.h.,)t(M

(3-27)
Do vậy ta có:


28)-(3
dt
di
).L.kL(
)t(M.k)t(M.a)k(R.iUU)t(U
c
cs
cvq
dd
C
csvqddvqC
d
-clvcs







1
3,1 Tính U
cd
(a,t) của pha A
Độ treo cao của dây pha A tại vị trí cột trung gian là: h
A

= 16m
Ta sẽ tính toán giá trị của từng thành phần của pha của U
cđ
(A) với
dạng sóng chuẩn (a = 30kA/
s; t = 5s),
* Thành phần điện áp cảm ứng U
c-
đ
Điện áp cảm ứng điện U
đ
c-
đ-ợc xác định nh- sau:

H.h.h.)(
)Ht.v).(ht.v().ht.v(
ln.
h.a.,
.
h
h.k
U
c
c
A
dd
A
dd
cs
d
-c
2
1
10
1
(3-29)
Trong đó:+H = h
c
+ h
dd
= 20 + 16 = 36(m)
+
h = h

c
- h
dd
= 20 16 = 4(m),
+
là tốc độ t-ơng đối của phóng điện ng-ợc của sét,
lấy
= 0,3
+c vận tốc truyền sóng trong không khí (c = 300m/
s),
+v là vận tốc phát triển của phóng điện ng-ợc khe sét
với:
v =
.c = 0,3.300 = 90(m/s)
+a là độ dốc đầu sóng (a = 30kA/
s).
Từ các tham số trên ta thay vào công thức tính U
đ
c-
ta đ-ợc:
)kV(22,645
4.36.20.)3,01(
)365.90).(45.90()205.90(
ln
3,0
16.30.1,0
16
20.219,0
1U
2

d
-c
















*Hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn và đất
Công thức tính:

1
21
20
h
H
ln.
h.
h
H).(
Ht.v
ln.h.,)t(M
dd
dddd
(3-30)
Thay số liệu vào ta có:
)H(48,9725,0
8,46
365.90
ln.2,3
1
4
36
ln.
16.2
4
36).3,01(
36t.90

ln.16.2,0)t(M
dd




















* Hỗ cảm M
cs
(t)
Công thức tính:
)H(,
).,.(

ln ,

h) (
h.t.v
ln.h.,)t(M
c
c
ccs
97312
1
203012
202590
20201
12
2
20

* Dòng điện sét đi trong cột i
c
(t)
Dòng điện sét đi vào cột đ-ợc xác định bởi công thức:
)e1.(
R.2
)t(M.2L
.a)t(i
t.
c
cscs
C




(3-21)
Trong đó:+L
sc
điện cảm của dây chống sét (không tính tới ảnh
h-ởng của vầng quang)
)H(35,270
3,1.300
200.19,527
c

l.Z
L
kvcs
cs

Với:+l
kv
là chiều dài khoảng v-ợt,
+Z
dd
là tổng trở sóng của dây dẫn,
Thay vào biểu thức i
s
(t) ta đ-ợc :
)kA(,)e.(
.
,.,
.)t(i
.,
C
251081
10
2
97312235270
30
50680

Do đó độ biến thiên của dòng điện sét trong cột là:
068,0
12.235,270
15.2
L.2L
R.2
c
cs
cs
c





)s/kA(7,17
e.068,0.
11.2
973,12.235,270
.30e
R.2
)t(M.2L
.a
dt
)t(di
5.068,0t.
2
c
cscss

Thay các vào công thức tính U
cđ
(a,t) pha A ta có :

dt
di
).L.kL()t(M.k)t(M.a
)k(R.iUU)t,a(U
C
cs
C
dd
Ccsdd
Cc
d
-clvcd





1
U
cđ
(a,t) = 57,2 + 645,22 + 108,25.11(1 0,219) + 30.(9,48 -

0,219.12,973)
+ (0,6.14,48 - 0,219.12).17,7 = 1775,7(kV)
3,2 Tính U
cd
(a,t) của pha B, C
Ta sẽ tính toán giá trị của từng thành phần của pha của U
cđ
(t) với
dạng sóng chuẩn (a = 30kA/
s và t = 5s).
Độ treo cao của dây pha B, C tại vị trí cột trung gian là: h
B
= 12m
* Thành phần điện áp cảm ứng U
c-
đ
Ta có:+H = h
c
+ h
dd
= 20 + 12 = 32(m)
+
h = h
c
- h
dd
= 20 12 = 8(m),
+k
c
= 0,1274

Từ các tham số trên ta thay vào công thức tính U
đ
c-
ta đ-ợc:
)kV(56,492
8.32.20.)3,01(
)325.90).(85.90()205.90(
ln
3,0
12.30.1,0
12
20.1274,0
1U
2
d
-c

*Hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn và đất
Công thức tính hỗ cảm:
)H(42,6
1
8
32
ln.
12.2
8
32).3,01(
325.90
ln.12.2,0
1
h
H
ln.
h.2
h
H).
1(
Ht.v
ln.h.2,0)t(M
dd
dddd

Thay các vào công thức tính U
cđ
(a,t) pha B ta có :
U
cđ
(a,t) = 57,2 + 492,56 + 108,25.11.(1 0,1274) + 30.(6,42 -
0,1274.12,97) + (0,6.10,81 - 0,1274.12).17,7 = 1687,81(kV)
Từ đó ta có bảng tổng kết sau:
Các giá trị
Pha A Pha B

U
lv
(kV) 57,2 57,2
U
c-
(kV) 645,22 492,56
K
vq
0,219 0,1274
i
c
(kA) 108,25 108,25
di
c
/dt
(kA/
s)
17,7 17,7
M
dd
(H)
8,886 6,486
M
cs
(H)
12,973 12,973
L
C
dd
(H)

9,48 6,42
L
c
cs
(H)
12,6 12,6
L
cs
( H)
270,35 270,35
R
C
()
16 16
U
cđ
(kV) 1775,7 1687,81
Nhận xét: ta thấy điện áp đặt lên cách điện của pha A lớn hơn
điện áp đặt lên pha B và C nên ta lấy pha A để tính toán điện áp tác
dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào đỉnh cột,