bảo vệ chống sét trạm biến áp 110/35 kv, chương 13 pptx

Chng 13:
Điện áp đặt lên cách điện pha A
trong tr-ờng hợp sét đánh vào đỉnh
cột
R.i)t(M a
dt
di
.LR.ik)t(aM
dt
di
LUU
R.iU.kUUU)t,a(U
Ccs
cs
CCvqdd
C
dd
C
d
-clv
CCcs
t
-c
d
-clvcd

R.i).k(
dt
di
L.kL)t(M.k)t(MaUU)t,a(U
Cvq
C
cs
Cvq
dd
ccsvqdd
d
-clvcd
1
a) Thành phần điện áp cảm ứng điện U
đ
c-
Với a và t thay đổi U
đ
c-
đ-ợc tính t-ơng tự nh- phần tr-ớc

43620301
36904902090
30
1610
16
202190
1
2
),(
)t.).(t.().t.(
ln.
,
.a.,
.
.,
U
d

cu









31,454
)36t.90).(4t.90().20t.90(
ln.a.47666,3
Tùy theo giá trị của a và t ta sẽ xác định đ-ợc giá trị khác nhau
của U
c-
đ
. Giá trị của U
c-
đ
đ-ợc tính ở bảng sau:
Bảng 3.5: Giá trị của U
c-
đ
(a,t)

t
a
1,00
1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

10,00 113,47 130,16
155,1
4
180,95
199,7
1
214,4
6
226,6
1
236,9
5
245,9
2
20,00 226,93 260,32
310,2
8
361,90
399,4
2
416,1
0
453,2
2
473,9
1
491,8
5
30,00 340,40 390,48
465,4

2
542,85
599,1
3
624,1
6
679,8
3
710,8
6
737,7
7
40,00 453,87 520,64
620,5
5
723,80
798,8
4
832,2
1
906,4
4
947,8
1
983,6
9
50,00 567,33 650,80
775,6
9
904,75

998,5
5
1040,
26
1133,
05
1184,
76
1229,
61
60,00 680,80 780,96
930,8
3
1085,7
0
1198,
26
1248,
31
1359,
66
1421,
72
1475,
54
70,00 794,26 911,12
1085,
97
1266,6
5

1397,
97
1456,
36
1586,
27
1658,
67
1721,
46
80,00 907,73
1041,2
8
1241,
11
1447,6
0
1597,
68
1664,
41
1812,
87
1895,
62
1967,
38
90,00
1021,2
0

1171,4
4
1396,
25
1628,5
5
1797,
39
1872,
47
2039,
48
2132,
57
2213,
30
100,00
1134,6
6
1301,5
9
1551,
38
1809,5
1
1997,
10
2080,
52
2266,

09
2369,
53
2459,
23
b)Thành phần điện áp cảm ứng từ
t
-c
U
Ta có: )t(M.a
dt
di
.LU
dd
c
dd
c
t
-c
(3-32)
Trong đó:+L
dd
c
= l
0
.h
dd
= 0,6.16 = 9,6(H)
+
dt

di
c
là tốc độ biến thiên của dòng điện sét trong cột,
nó phụ thuộc vào tình trạng tr-ớc và sau khi có phản xạ từ cột lân
cận trở về,
+M
dd
(t) là hỗ cảm phụ thuộc vào t ,Ta có:










1
4
36
ln.
36.2
4
36).3,01(
36t.90
ln.16.2,0)t(M
dd
=>

86,0
253,45
36t.90
ln.2,3)t(M
dd
Tùy theo giá trị của t mà ta có đ-ợc các giá trị khác nhau của
M
dd
(t). Các giá M
dd
(t) trị cho ở bảng 3.6
c) Thành phần điện áp U
lv
Điện áp làm việc đ-ợc tính nh- những phần tr-ớc:
U
lv
= 57,2kV
d) Thành phần điện áp U
cs
Công thức tính toán :
cccs
c

c
cscs
Ri)t(M.a
dt
di
.LU
(3-33)
Trong đó:+M
cs
(t) là sức điện động cảm ứng xuất hiện trên dây
chống sét gây lên bởi dòng điện sét, M
cs
(t) phụ thuộc vào t, ta có:

1
52
4090
41
12
2
20
t.
ln.
h) (
h.t.v
ln.h.,)t(M
c
c
ccs
(3-34)
Tùy theo giá trị của t ta có đ-ợc giá trị của M
cs
(t) cho ở bảng 3-
6
Bảng 3.6: Giá trị của M
cs
(t) và M
dd
(t)
t(
s)
1,00 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

Mcs(t) 7,67 8,49 9,77 11,14 12,16 12,97 13,65 14,22 14,73
Mdd(t) 5,55 6,18 7,16 8,20 8,96 9,57 10,08 10,51 10,88
+
dt
di
c
giá trị thay đổi phụ thuộc vào có hay không có
phản xạ từ cột lân cận trở về,
*Tr-ớc khi có phản xạ từ cột lân cận trở về
Khi ch-a có phản xạ t-ơng ứng với khoảng thời gian t < 1,33s
(tính ở phần tr-ớc)
** Dòng điện trong cột i
c
(a,t)

Để tính dòng điện đi trong cột i
c
(a,t) ta sử dụng sơ đồ thay thế
nh- trên
hình 3.7.
Trong đó:+L
c
cs
là điện cảm của cột bị sét đánh
+R là điện trở nối đất của cột điện,
+Z
vqcs
là tổng trở sóng của dây chống sét có xét đến
ảnh h-ởng của vầng quang: Z
vqcs

= Z
cs
/ = 527,19/1,3 = 405,53(),
+M
cs
(t) nguồn điện áp
I
S
a.M
cs
(t)
Z
vqcs
/2
L
c
R
C
i
C
(a,t)
2i
CS
cs
Hình 3.7: Sơ đồ thay thế khi ch-a có sóng phản xạ về,
Từ sơ đồ trên ta tính đ-ợc dòng điện đi trong cột điện bị sét đánh
i
c
(t) có giá trị là:

1
vqcs
csvqcs
Cvqcs
Z
)t(M.2t.Z
R.2Z
a
)t,a(i
(3-35)
+ Khi R = 15

1518
122
15253405
2
2

1
,
.

.,
L.
R.Z
cs
c
cvqcs





Thay vào biểu thức i
c
(a,t) ta có:









1518
53405
253405
15253405
,
,
)t(M.t.,

.,
a
)t,a(i
csc
),)t(M.t.,.(
,
a
)t,a(i
csc
34322253405
53435

** Tốc độ biến thiên của dòng điện sét trong cột: di
C
/dt
Ta có:
+ Khi R = 15

a.,,.
.,
a
Z.
R.Z
a
dt
di
vqcs
cvqcs
c
931053405

152534052





Giá trị của
dt
di
c
t-ơng ứng với các R khác nhau đ-ợc cho ở các
bảng
* Sau khi có phản hồi từ cột lân cận trở về,
Do ta chỉ xét hai khoảng v-ợt lân cận cột bị sét đánh, nên đoạn
dây chống sét của khoảng v-ợt đ-ợc thay thế bởi điện cảm L
cs
, Sơ
đồ thay thế nh- sau:
I
S
a.M
cs
(t)
L
C
R
C
i
C
(a,t)

2iCS
R
C
/2
L
CS
/2
CS
Hình 3.8: Sơ đồ thay thế khi có sóng phản xạ từ cột lân cận,
Trong đó:+R
C
/2 là 1/2 lần điện trở nối đất của cột bên cạnh ,
+
c
l.Z
L
cs
cs
là điện cảm của một khoảng v-ợt dây chống
sét không kể đến ảnh h-ởng của vầng quang L
cs
= 270,35H
** Dòng điện trong cột
)e)).(t(M.L(
R.
a
)t,a(i
t.
cscs
c

c
2
12
2


(3-38)
+Khi R = 15

1020
12235270
152
2
2

2
,
.,
.
L.L
R.
cs
ccs
c





Do đó dòng điện trong cột khi có phản xạ trở về từ các cột lân

cận

t.,
CSC
e.()t(M.,.
a
)t,a(i
1020
1235270
30

)
Bảng3.7: Giá trị i
c
(t)
t
a
1,00
1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
10 8,4 11,5 10,7 15,4 21,8 27,5 32,5 37,1 41,1 44,8
20 16,9 23,0 21,4 30,9 43,6 54,9 65,1 74,2 82,3 89,6
30 25,3 34,4 32,1 46,3 65,4 82,4 97,6 111,3123,4 134,4
40 33,8 45,9 42,9 61,7 87,2 109,9 130,2 148,3 164,6179,2
50 42,2 57,4 53,6 77,1 109,0137,4 162,7185,4 205,7 224,0
60 50,7 68,9 64,3 92,6 130,8164,8 195,3222,5 246,9 268,7
70 59,1 80,4 75,0 108,0 152,6 192,3 227,8 259,6 288,0 313,5
80 67,6 91,8 85,7 123,4 174,4 219,8 260,4 296,7 329,2 358,3
90 76,0 103,3 96,4 138,9 196,2247,3 292,9 333,8370,3 403,1
100 84,5 114,8107,1 154,3 218,0 274,7 325,5 370,9 411,5 447,9
** Tốc độ biến thiên của dòng điện sét

Biểu thức tính toán nh- sau :
t.
cscs
c
c
e.)).t(M.L(
R.
a
dt
di
2
2
2
2


(kA/s)
Trong đó:+Giá trị của M
cs
(t) lấy ở trong bảng 3-6
+L
cs
= 270,35H
+

2
tính t-ơng tự phần tr-ớc
+Khi R = 15

t.,

cs
c
e.,)).t(M.,(
a
dt
di
1020
1020235270
30

(kA/s)
Bảng 3.8: Bảng giá trị của di
s
/dt.
t
a
1,00
1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
10 9,31 8,67 7,52 6,95 6,21 5,56 4,99 4,48 4,03 3,62
20 18,6217,3415,0413,9112,42 11,13 9,98 8,96 8,05 7,24
30 27,9326,0022,5720,8618,63 16,6914,97 13,44 12,08 10,87
40 37,2434,6730,0927,8224,84 22,2519,96 17,92 16,11 14,49
50 46,5543,3437,6134,7731,05 27,8124,95 22,41 20,14 18,11
60 55,8652,0145,1341,7237,27 33,3829,94 26,89 24,16 21,73
70 65,1760,6752,6548,6843,48 38,9434,93 31,37 28,19 25,35
80 74,4869,3460,1755,6349,69 44,5039,92 35,85 32,22 28,97
90 83,7978,0167,7062,5955,90 50,0644,91 40,33 36,25 32,60
100 93,1086,6875,2269,5462,11 55,6349,90 44,81 40,27 36,22
Các giá trị của
dt

di
c
đ-ợc tính ở ở các bảng sau,
Từ các kết quả tính đ-ợc ta vẽ đ-ợc đồ thị U
cđ
= f(a,t) trên đồ thị
này ta cũng vẽ đ-ờng đặc tính V-S của chuỗi sứ,
Kết quả tính giá trị của U
cđ
(a,t) trong các bảng sau:
Bảng giá trị U
cđ
(a,t)
Bảng 3.9: Bảng giá trị U
cđ
(a,t).
Ucd 1,00 1,33 1,33 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00
10 343,7 398,0 384,7 469,7 574,6 662,9 739,2 806,1 865,4 918,2
20 630,1 738,8 712,1 882,1
1092,
1
1268,
5
1408,
3
1555,
1
1673,
6
1779,

1
30 916,6
1079,
6
1039,
6
1294,
6
1609,
5
1874,
2
2083,
9
2304,
0
2481,
8
2640,
1
40
1203,
0
1420,
3
1367,
0
1707,
0
2126,

9
2479,
9
2759,
5
3052,
9
3290,
0
3501,
0
50
1489,
5
1761,
1
1694,
5
2119,
5
2644,
4
3085,
6
3435,
0
3801,
8
4098,
2

4362,
0
60
1775,
9
2101,
9
2021,
9
2531,
9
3161,
8
3691,
2
4110,
6
4550,
8
4906,
4
5222,
9
70
2062,
4
2442,
7
2349,
4

2944,
4
3679,
3
4296,
9
4786,
2
5299,
7
5714,
6
6083,
9
80
2348,
8
2783,
5
2676,
9
3356,
9
4196,
7
4902,
6
5461,
7
6048,

6
6522,
8
6944,
8
90
2635,
3
3124,
3
3004,
3
3769,
3
4714,
1
5508,
3
6137,
3
6797,
5
7331,
0
7805,
8
100
2921,
7
3465,

0
3331,
8
4181,
8
5231,
6
6113,
9
6812,
9
7546,
5
8139,
2
8666,
7
**Xác suất phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh
cột:
Từ đồ thị biểu diễn quan hệ U
cđ
= f(a,t) ta xác định đ-ợc các
điểm mà đ-ờng cong (V-S) cắt đ-ờng U
cd
(a
i
,t
i
) tại các điểm (U
cdi

;t
i
),
Từ các điểm cắt đó ta xác định đ-ợc đ-ờng cong nguy hiểm I
i
=
a
i
,t
i
, Từ cách tính đó ta có bảng kết quả sau:
Bảng 3.10:
A(kA/s
)
100
90 80 70 60 50 40 30 20 10
T 0 0 0,014 0,08 0,362 0,509 0,729 1,1 2,2 5,52
I(R=15
)
0 0 1,12
5,53 21,7 25,43 29,16 32,9 43,9 54,8
Vi 1 1 0.958 0.809 0.435 0.377 0.327 0.284 0.186 0.123
Va 0.000 0.000 0.001 0.002 0.004 0.010 0.025 0.064 0.160 0.400
Va
0,000
2
0,000
3
0,001
0,002

5
0,006
1
0,015
3
0,038
3
0,095
3
0,239
9
0,399
5
Vpđ
0.00
02
0.00
04
0.00
09
0.00
20
0.00
27
0.00
58
0.01
05
0.02
02

0.02
46
0.03
89
Ta thấy phía bên phải đ-ờng cong là miền nguy hiểm (MNH).
Khi sét có tham số nằm trong miền náy thì sẽ xãy cắt điện. Vậy
xác suất để có phóng điện khi sét đánh đỉnh cột và lân cận đỉnh cột
là xác suất để dòng điện sét có biện độ lớn hơn một giá trị I
i
nào đó
và có độ dốc lớn hơn một độ dốc a
i
nào đó. Việc xác định xác suất
phóng điện t-ơng tự nh- tr-ờng hợp sét đánh vào khoảng v-ợt.

126
1
,
I
i
i
e)II(PV



910,
a
ia
i
e)aa(PV

Ta xác định V
pđ
bằng công thức sau:
V
pđ
= V
1
.V
a
10000
=
=
=
=
=
=
=
=
V
=
=
4 5 6 7 80 1 2 3
Đồ thị quan hệ điện áp khi sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột
4000
6000
0
2000
8000

a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
50(kA/

s)
10(kA/

s)
Thời gian
-S
30(kA/

s)
20(kA/

s)
40(kA/

s)
80(kA/

s)

60(kA/

s)
70(kA/

s)
100(kA/

s)
90(kA/

s)
+ Khi R = 15
Ta tính đ-ợc:
V
pđ
= 6,7915,10
-2
Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột,
n
c
= N.
pđ
. = 60,75.0,58.6,7915.10
-2
= 3,19(lần/100km,năm)
Suất cắt tổng cộng do sét đánh vào đ-ờng dây:
n = n
c
+ n

kv
+ n
dd
= 3,4489(lần/100km,năm)
Chỉ tiêu chống sét của đ-ờng dây tải điện:
n =1/n
c
= 0,28995(năm/1 lần cắt điện)
Nhận xét:
- Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
không phụ thuộc vào điện trở nối đất mà phụ thuộc vào góc bảo vệ
(
). Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và khoảng v-ợt lại phụ thuộc
vào điện trở nối đất của cột. Nếu ta thực hiện đ-ợc nối đất đủ bé thì
lúc này suất cắt tổng giảm đáng kể và có thể giảm đến gần bằng
suất cắt do sét đánh vào dây dẫn (bởi vì suất cắt do sét đánh vào
đỉnh cột và khoảng v-ợt là không đáng kể).