chống sét cho trạm biến áp, chương 8 ppsx

Chng 8: Nối đất chống sét
ở đây phải đề cập đến cả hai quá trình đồng thời xảy ra khi
có dòng điện tản trong đất:
- Quá trình quá độ của sự phân bố điện áp dọc theo chiều dài
điện cực.
- Quá trình phóng điện trong đất.
Khi chiều dài điện cực ngắn (nối đất tập trung) thì không cần
xét quá trình quá độ mà chỉ cần xét quá trình phóng điện trong đất.
Ng-ợc lại khi nối đất dùng hình thức phân bố dài (tia dài hoặc
mạch vòng) thì đồng thời phải xét cả hai quá trình có ảnh h-ởng
khác nhau đến hiệu quả nối đất.
Điện trở tản xung kích của nối đất tập trung:
Điện trở tản xung kích không phụ thuộc vào kích th-ớc hình
học của điện cực mà nó đ-ợc quy định bởi biên độ dòng điện I,
điện trở suất
và đặc tính xung kích của đất.Vì trị số điện trở tản
xoay chiều nối đất tỷ lệ với
nên hệ số xung kích có giá trị :


.
1
I
R
R
xk
xk
(2.7)
hoặc ở dạng tổng quát: ),(

If

xk

(2.8)
Tính toán nối đất phân bố dài không xét đến quá
trình phóng điện trong đất:
Sơ đồ đẳng trị của nối đất đ-ợc thể hiện nh- sau:
L R
G
C
L R L R L R
G
C
G
C
G
C
Hình 2.2: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất.
Trong mọi tr-ờng hợp đều có thể bỏ qua điện trở tác dụng R
vì nó bé so với trị số điện trở tản, đồng thời cũng không cần xét tới
phần điện dung C vì ngay cả trong tr-ờng hợp sóng xung kích,
dòng điện dung cũng rất nhỏ so với dòng điện qua điện trở tản.
L
G
L
G
L
G
L
G
Hình 2.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn

Trong đó:
L: điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài.
G: điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài.









m
H
rlL

31,0ln.2,0 (2.9)
Với:
l: chiều dài cực.
r: bán kính cực ở phần tr-ớc nếu cực là thép dẹt có bề rộng
b(m).
Do đó
4
b
r

Gọi Z(x,t) là điện tr-ờng xung kích của nối đất kéo dài, nó là hàm
số của không gian và thời gian.
),(
),(

),(
txI
txU
txZ
(2.10)
Trong đó U(x,t); I(x,t) là dòng điện và điện áp xác định từ hệ ph-ơng
trình vi phân:

















UG
x
I
t
I
L

x
U
.
.
(2.11)
Giải hệ ph-ơng trình này ta đ-ợc điện áp tại điểm bất kỳ và tại thời
điểm t trên điện cực:





















1
2

1

cos.1
1
2
.
),(
k
T
t
l
xk
e
k
Tt
lG
a
txU
K


(2.12)
Tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất:

1
2
1
1
1
.
.2
.
),0(
k
T
t
K
e
k

t
T
t
lG
a
tZ
(2.13)
Với:
22
2
.


k
lGL
T
K
;
2
2
1


lGL
T ;
2
1
K
T
T

K

Tính toán nối đất phân bố dài khi có xét quá trình phóng điện
trong đất.
Việc giảm điện áp và mật độ dòng điện ở các phần xa của điện cực
làm cho quá trình phóng điện trong đất ở các nơi này có yếu hơn so
với đầu vào của nối đất. Do đó điện dẫn của nối đất (trong sơ đồ
đẳng trị) không những chỉ phụ thuộc vào I,
mà còn phụ thuộc vào
toạ độ. Tuy nhiên việc tính toán tổng trở sẽ rất phức tạp vì vậy ta có
thể bỏ qua trong phạm vi đồ án này.
Tính toán cho trạm thiết kế:
Đây là trạm 110/220kV nên cho phép nối đất chống sét nối chung
vào với nối đất an toàn. Do đó nối đất chống sét là nối đất phân bố
dài dạng mạch vòng. Lúc này mạch vòng đ-ợc xem nh- hai tia
ghép song song. Chiều dài mỗi tia là:

)(5.312
2
625
2
m
L
l
Điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài là:

m
H
rlL

31,0ln.2,0
Có bán kính điện cực )(10.1
4
10.4
4
2
2
2
m
bd
r



Vậy:

m
H
L

07.231,0
10.1
5.312
ln.2,0
2

Điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài:
MVS
Rl
G
2

1
(2.14)
Với
setmua
ATmua
MVAT
MVS
k
k
R
R
.
.
.
(
2.15)
k
mua.AT
=1,6 và k
mua.set
=1,2

)(462,02,1.
6,1
617,0

MVS
R
).1(10.46,3
462,0.5,312.2

1
3
mG

Trong thiết kế tính toán ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là
dạng sóng xiên góc có biên độ không đổi.
Ph-ơng trình sóng có dạng sau:






dsds
ds
S
tkhiaI
tkhiat
I


.


(2.16)
Biên độ dòng điện sét đ-ợc quy định là kAI 150

.
Độ dốc của dòng sét là
skAa

/30

.
Thời gian đầu sóng là
)(5
30
150
s
a
I
ds



I = a.
Is (A )
t(s )
Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất nhân tạo là:

1
2
1
1
1
.
.2
1
.
1
),0(
k
T
ds
ds
K
ds
e
k
T

lG
Z



(2.17)
Do coi mạch vòng là sự ghép song song của hai tia nên:





















1
22

1
11
.
.2
1
2
1
),0(
k
T
ds
MVds
K
ds
e
kk
T
lG
Z




(2.18)
Để xác định đ-ợc Z

(0,
ds
) ta xét chuỗi số sau:

1
2
2222
645,1
6

1

2
1
1
11
k
kk


(2.19)






1
2222

21

.
1
21
k
TTT
T
k
eee
e
k
K
dsdsds
K
ds



(2.20)
Trong dãy số này ta chỉ xét đến số hạng chứa e
-4
, từ số e
-5
trở đi có
giá trị rất nhỏ so với các số hạng tr-ớc nên ta có thể bỏ qua. ta tính
đến k sao cho:
4
K
ds
T

(2.21)
ds
ds
K
ds
T
khay
k
T
T



1
2
2
1
.4
4
;
ds
T
k

1
.2
)(93,70
5,312.10.46,3.07,2
2

23
2
2
1
s
lGL
T




53,7
5
93,70
.2.2
1

ds
T
k

Ta lấy giá trị k từ 1-8:
K 1 2 3 4 5 6 7
K
2
1 4 9 16 25 36
49
T
K
70.93935 17.73484 7.88215 4.43371 2.83757 1.97054

1.44774
K
ds
T

0.07048 0.28193 0.63434 1.12772 1.76207 2.53738
3.45365
K
ds
T
e


0.93194 0.75433 0.53028 0.32377 0.17169 0.07907
0.03163
2
K
e
K
ds
T


0.93194 0.18858 0.05892 0.02024 0.00687 0.00220
0.00065
Bảng 2.2: Bảng tính toán chuỗi số

1
2
.
1
k
T
K
ds
e
k

Ta có





1
2
2,1.
1
k
T
K
ds
e
k

Vậy:

)(3,6)2,1645,1.(
5
93,70.2
1
5.312.10.46,3.2
1
),0(
3









MVds
Z

Do máy biến áp là phần tử yếu nhất nên ta chỉ cần kiểm tra với
máy biến áp. Khi có dòng điện sét đi vào nối đất để đảm bảo an
toàn phải thoả mãn điều kiện:
MBAdsXKd
UZIU
%50
),0(.

(2.22)
Trong đó I: Biên độ của dòng sét.

Z
XK
(0,
ds
): Tổng trở xung kích ở đầu vào nối đất của
dòng điện sét.
U
50%MBA
: Điện áp 50% của máy biến áp.
Ta có
110
%50
U =460kV;
220
%50
U = 900 kV. Vậy lấy U
50%MBA
= 460 kV.
Kiểm tra điểu kiện:
)(9453,6.150 kVU
d
>
110
%50
U =460 kV.
Có
MBAd
UU
%50
vậy cần phải tiến hành nối đất bổ sung.