[Điện Tử Học] Kỹ Thuật Điện Cao - Giông Sét Phần 9 doc

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
89

50
-147,659


723,880


1038,764


1238,868

1386,044

1502,552

1599,006

1681,311

1753,095



60
-177,190

868,656


1246,517


1486,642

1663,253

1803,062

1918,807

2017,574

2103,714



70
-206,722


1013,432


1454,269

1734,415

1940,462

2103,572

2238,608

2353,836

2454,334



80
-236,254


1158,208


1662,022


1982,189

2217,671

2404,083

2558,409

2690,098

2804,953



90
-265,785


1302,984


1869,775


2229,963

2494,880

2704,593

2878,211

3026,361

3155,572



100
-295,317


1447,760


2077,528


2477,736

2772,089

3005,104

3198,012

3362,623

3506,191



Giá trị của i
c

(a,t) với R
c
= 10 Ω


Trước phản xạ

Sau phản xạ
t

a

0

1

2

2

3

4

5

6

7

8

10
-1,122

8,115

17,483

16,981

24,804

32,273

39,419

46,264

52,828

59,125


20
-2,244

16,231

34,967

33,962

49,608

64,546

78,838

92,529

105,656

118,251


30
-3,366

24,346

52,450

50,943

74,413

96,819

118,257

138,793

158,484

177,376


40
-4,488

32,462

69,934

67,924

99,217

129,092

157,676

185,058

211,313

236,502

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao

áp
ĐHBK - Hà Nội
90

50
-5,610

40,577

87,417

84,905

124,021

161,366

197,095

231,322

264,141

295,627


60
-6,732

48,693

104,901

101,886

148,825

193,639

236,514

277,587

316,969

354,753


70
-7,854

56,808

122,384

118,867

173,629

225,912

275,933

323,851

369,797

413,878


80
-8,976

64,924

139,868

135,848

198,434

258,185

315,352

370,116

422,625

473,004

90
-10,098

73,039

157,351

152,829

223,238

290,458

354,771

416,380

475,453

532,129


100
-11,220

81,155

174,835

169,810

248,042

322,731

394,190

462,645

528,281

591,255


- Độ biến thiên của dòng điện đi trong thân cột

).(
.2
)](.2[.1
),(
.
2
2
t
c
cscs
e
R

tMLa
ta
dt
dic
α
α
−
−
=
).0368,0(
20
)](.2202,505[
.0368,0 t
cs
e
tMa
−
−
=

Kết quả cho trong bảng sau :



Trước phản xạ

Sau phản xạ
t

a

0

1

2

2

3

4

5

6

7

8

10
9,512

9,512

9,512

8,182

7,820

7,489

7,181

6,891

6,617

6,356


20
19,024

19,024

19,024

16,364

15,640

14,978

14,361

13,782

13,233

12,712


30
28,536

28,536

28,536

24,546

23,460 22,467 21,542 20,672 19,850 19,068


40
38,048

38,048

38,048

32,728

31,280

29,956

28,723

27,563

26,466

25,424

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
91

50
47,560

47,560

47,560

40,909

39,100

37,445

35,904

34,454

33,083

31,780


60
57,072

57,072

57,072

49,091

46,920

44,934

43,084

41,345

39,699

38,136


70
66,584

66,584

66,584

57,273

54,740 52,423 50,265 48,235 46,316 44,493


80
76,096

76,096

76,096

65,455

62,561

59,912

57,446

55,126

52,932

50,849

90
85,608

85,608

85,608

73,637

70,381

67,401

64,626

62,017

59,549

57,205


100
95,120

95,120

95,120

81,819

78,201

74,890

71,807

68,908

66,165

63,561

Bảng kết quả của
),( ta
d
t
dic

Từ các giá trị của M
cs
(t) ; M
dd
(t) ; U
cư
đ
(t) ; i
c
(t) ; tương ứng với thay đổi

của a và t . Theo kết quả tính toán ở trên ta tính được giá trị của U
cđ
(a,t) theo
công thức đã thành lập.


Trước phản xạ Sau phản xạ

t
a
0 1 2 2 3 4 5 6 7 8
10

179,589

457,598

608,416

642,552

736,338

819,952

896,220

966,764

1032,619

1094,493

20
244,778

800,795

1102,432

1170,704

1358,276

1525,505

1678,041

1819,129

1950,838

2074,586

30
309,966

1143,993

1596,448

1698,855

1980,214

2231,057

2459,861

2671,493

2869,057

3054,679

40
375,155

1487,191

2090,464

2227,007

2602,152

2936,610

3241,681

3523,857

3787,276

4034,772

50
440,344

1830,388

2584,480

2755,159

3224,090

3642,162

4023,501

4376,222

4705,495

5014,865

60
505,533

2173,586

3078,496

3283,311

3846,028

4347,715

4805,322

5228,586

5623,714

5994,958

70
570,722

2516,784

3572,511

3811,462

4467,965

5053,267

5587,142

6080,950

6541,933

6975,052

80
635,910

2859,981

4066,527

4339,614

5089,903

5758,819

6368,962

6933,315

7460,152

7955,145

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
92
90
701,099

3203,179

4560,543

4867,766

5711,841

6464,372

7150,782

7785,679

8378,371

8935,238

100
766,288

3546,377

5054,559

5395,918

6333,779

7169,924

7932,603

8638,043

9296,590

9915,331


Đồ thị xác định điện áp đặt lên cách điện đường dây khi sét đánh vào đỉnh
cột
– Trường hợp R
c
= 10 Ω

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
93

d. Tính xác suất phóng điện :
- Khi điện áp đặt lên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện của chuỗi sứ

thì xảy ra phóng điện của chuỗi cách điện. Từ đồ thị biểu diễn quan hệ U
cđ
(a,t) =
f(t) và đặc tính V – S của chuỗi cách điện từ đó xác định được các cặp giá trị (a
i

500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
10000
u
cd(kv)
1
2

3
4
5
6
7
8
9
t
(
μ
s
)
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
94
; t
i
) là giao điểm của U
cđ
(a,t) và đặc tính V – S của chuỗi cách điện từ đó xác
định được cặp thông số nguy hiểm (i
i
; a
i
)
- Tương tự như cách tính xác suất phóng điện khi sét đánh vào khoảng
vượt ta có:
V
pđ

=
ai
n
i
Ii
VV Δ
∑
=
.
1

Trong đó:
V
Ii
=
1,26
i
I
e
−
V
ai
=
9,109,10
1+
−−
−
ii
aa
ee

Giá trị của V
pđ
cho trong bảng sau :

a(KA/μs)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t(μs) 10,135 3,802 1,849 1,385 1,089 0,879 0,725 0,606 0,512 0,436
I = a.t 101,35 76,04 55,47 55,4 54,45 52,74 50,75 48,48 46,08 43,6
V
Ii
(10
-2
) 2,059 5,429 11,940 11,972 12,416 13,256 14,307 15,607 17,110 18,815
ΔV
ai
(10
-2
) 23,99 9,58 3,83 1,53 0,61 0,244 0,00097 0,00039 0,00016 0,00006
ΔV
ai
.V
Ii
(10
-4
) 49,3859 52,0101 45,7297 18,3171 7,5736 3,2346 0,0139 0,0061 0,0027 0,0011

V
pđ
đc

= 176,2747 . 10
-4

e. Tính suất cắt của đường dây do sét đánh voà đỉnh cột hoặc đỉnh cột lân
cận của đường dây 220 KV
n
đc
= N
đc
. V
pđ
. 
Trong đó :
+ N
đc
: số lần sét đánh vào đỉnh cột N
đc
= 100
+ V
pđ
đc
: xác suất phóng điện vào đỉnh cột V
pđ
đc
= 176,2747 . 10
–4
+  = 0,65
Thay số vào ta được :
n
đc

= 100.176,2747.10
-4
.0,65 = 1,14579( lần / 100 km.năm )
• Suất cắt tổng trên 100 km đường dây do sét đánh là :
n = n
dd
+ n
KV
+ n
đc

= 0,1861 + 0,00345 + 1,14579 = 1,33534 ( lần / 100 km.năm )
• Chỉ tiêu chống sét của đường dây là :
m =
74887,0
33534,1
11
==
n
( năm / 1 lần cắt )
Kết luận :
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
95
Với suất cắt đã tính toán của đường dây 220 kV hay chỉ tiêu chống sét
của đường dây thì đường dây 220 kV ta tính toán đảm bảo điều kiện vận hành an
toàn, đạt yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện.

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
96
Chương 4
BẢO VỆ CHỐNG SÓNG ĐIỆN ÁP
TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM
Mở đầu
:
Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc đánh xuống mặt đất gần
đường dây gây nên quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện của hệ thống.
Những sóng xuất hiện bởi sét đánh vào đường dây hoặc gần đường dây không
gây ra phóng điện mà truyền vào trạm sẽ gây ra nguy hiểm đối với các thiết bị.
Nó có thể chọc thủng lớp điện môi gây phóng điện trên cách điện và ngay c
ả khi

có phương tiện bảo vệ hiện đại cũng vẫn đưa đến sự cố trầm trọng nhất trong hệ
thống điện.
• Tính toán sóng truyền vào trạm nhằm :
- Bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm nhằm đảm bảo các
chỉ tiêu an toàn của cách điện với sóng quá điện áp.
- Xác định chỉ tiêu bảo vệ sóng truyền vào trạm ( số
5 làm việc an toàn
của trạm với sóng quá điện áp ) sau khi dự kiến đặt thiết bị.
- Xác định chiều dài cần thiết của đoạn tới trạm cần bảo vệ.
- Trên cơ sở những số liệu cần tính toán theo chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật,
xác định số lượng, vị trí đặt chống sét van và các thiết bị bảo vệ khác một cách
hợp lý.
Chỉ tiêu bảo v
ệ chống sóng truyền vào trạm là một số liệu quan trọng,
nó cho phép đánh giá mức độ an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Tuy nhiên
việc tính toán khá phức tạp, khối lượng tính toán lớn. Trước hết do tham số
sóng truyền vào trạm có số liệu rất khác nhau ( phụ thuộc vào tham số của dòng
điện sét, vào kết cấu đường dây, vị trí sét đánh . . . ). Do đó việc tính toán quá
điện áp trong phạm vi không phải là một hay vài sóng nhất
định mà phải tính
toán với nhiều tham số khác nhau. Dựa vào đó tìm ra tham số giới hạn nguy
hiểm của sóng truyền vào trạm, vượt quá giá trị này sẽ xảy ra phóng điện ở ít
nhất một thiết bị nào đó trong trạm. Với trị số tới hạn của tham số sóng sét, biết
phân bố xác suất của chúng ta có thể tính được chỉ tiêu sóng truyền vào trạm.
Tuy nhiên không giống tham số của dòng điện sét, tham s
ố sóng
truyền vào trạm không có phân bố xác suất chung cho các sóng truyền đến
trạmvì nó rất khác nhau trong từng lưới điện và trạm cụ thể. Việc xác định phân
bố nà, đối với từng trạm cũng rất phức tạp nên người ta sử dụng một số giả
thuyết đơn giản hoá.

Một khó khăn nữa của việc tính bảo vệ chống sóng truyền vào trạm có
khối lượ
ng tính toán lớn. Trước hết bài toán truyền sóng trong trạm với một số
sóng có tham số cho trước truyền vào từ đường dây đã khá phức tạp ( mạng
nhiều nút và phải tính toán rất nhiều ). Thực tế người ta sử dụng phương pháp đo
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
97
đạc trực tiếp hay trên mô hình máy tính điện tử. Với những trạm đơn giản người
ta có thể tính toán bằng phương pháp lập bảng và việc tính toán các chỉ tiêu có
thể thực hiện một cách dễ dàng. Còn đối với các trạm phức tạp thì khối lượng
tính toán tương đối lớn và việc tính toán cũng rất khó khăn. Do đó khi tính toán
sóng truyền vào trạm người ta đưa ra một số giả thiết để
đơn giản hoá.
I- Các yêu cầu kỹ thuật
-Trong trạm biến áp có các thiết bị rất quan trọng, giá thành cao, cách
điện của các thiết bị này lại rất yếu. Vì vậy bảo vệ của quá điện áp do sét đánh từ
đường dây truyền vào trạm có yêu cầu rất cao.
Để bảo vệ chống sóng truyền vào trạm người ta dùng chống sét ống,
chống sét văn tăng cường bảo vệ cho đoạ
n đường dây gần trạm hoặc sử dụng
đường dây cáp, tụ điện, kháng điện .
Để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của chống sét van ta cần
hạn chế dòng qua chống sét van không quá 5 đến 10 KA, dòng điện sét quá lơn
sẽ gây nên điện áp dư quá cao, ảnh hưởng tới cách điện trong nội bộ trạm và có
thể làm hỏng chống sét van.
Trên cơ sở cấ
u trúc trạm xác định các chỉ tiêu bảo vệ chống sóng
truyền vào trạm, đây là những số liệu quan trọng nó cho phép đánh giá mức độ

an toàn với sóng quá điện áp của trạm. Do tham số của sóng từ đường dây
truyền vào trạm rất khác nhau ( phụ thuộc vào tham số của dòng điện sét, vào
kết cấu của đường dây, vị trí sét đánh . . . ). Do đó việc tính toán quá điện áp
trong trạm không phải với mộ
t hay vài sóng nhất định mà phải tính với nhiều
tham số khác nhau. Dựa vào đó tìm ra tham số tới hạn nguy hiểm của sóng sét
truyền vào trạm, vượt quá trị số này sẽ xảy ra phóng điện ở ít nhất một thiết bị
nào đó trong trạm.
Trong tính toán thiết kế tốt nghiệp do hạn chế thời gian thường cho
phép xác định quá điện áp xuất hiện trên cách điện của các thiết bị theo mộ
t
hoặc vài sóng truyền vào trạm cho trước. So sánh quá điện áp này với đặc tính
phóng điện của thiết bị tương ứng để đánh giá khả năng phóng điện. Coi rằng
trạm an toàn nếu tất cả các đường điện áp xuất hiện trên cách điện đều nằm dưới
đặc tính V-S của chúng.
Do trạm được bảo vệ với mức an toàn cao nên khi xét độ bền cách
điện c
ủa các thiết bị không kể đến hiệu ứng tích luỹ và đặc tính cách điện được
lấy với điện áp xung kích.
Thường sóng quá điện áp xuất hiện trên cách điện có độ dài sóng lớn :
biên độ bằng điện áp dư trên chống sét xếp chồng với một điện áp nhảy vọt hoặc
dao động. Vì thế phải lấy điện áp thí nghiệm phóng điệ
n xung kích với sóng cắt
và toàn sóng so sánh với toàn bộ đường cong sóng quá điện áp.
II) Lý thuyết tính điện áp trên cách điện khi có sóng truyền:
1) Khái niện :
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
98

Việc tính toán quá điện áp do sóng truyền vào trạm có thể được thực hiện
trên các mô hình hoặc tính toán trực tiếp. Dùng phương pháp mô hình có thể cho
phép xác định đường cong tính toán nguy hiểm cho bất kỳ một trạm có kết cấu
phức tạp. Nó cho phép giả thiết vấn đề một cách chính xác và nhanh chóng.
Phương pháp tính toán trực tiếp phức tạp là lập sơ đồ thay thế và dựa trên quy
tắc sóng đẳng trị, phương pháp lập bảng của các sóng t
ới để lần lượt tính toán trị
số điện áp tại các nút chính.
Ta biết rằng quá trình truyền sóng sẽ hoàn toàn xác định được nết ta
xác định được sự biến dạng của sóng khi truyền trên đường dây, xác định được
sóng phản xạ và khúc xạ khi truyền tới các nút.
Do sóng truyền trong trạm trên những khoảng cách không lớn giữa
các nút nên ta có thể coi quá trình truyền sóng là không biến dạng. Sóng được
truyền đi với tốc độ không
đổi v trên đường dây nên nếu có một sóng từ nút m
nào đó tới nút x, tại nút m sóng có dạng U
mx
(t) thì khi tới x sóng sẽ có dạng
U
’
mx
(t) = U
mx
(t - t) với t =
v
1


Từ đó ta thấy rằng nếu dùng phương pháp lập bảng các giá trị của
sóng phản xạ tại nút m được ghi trong một cột thì cột giá trị sóng đó tới nút x

giống như cột sóng phản xạ hồi tại nút m và chỉ lùi một khoảng thời gian.
Việc xác định song phản xạ và khúc xạ tại một nút dễ dàng giải được
nhờ quy tắc sóng Peterson và nguyên lý sóng đẳng trị.
Theo quy tắc Peterson mộ
t sóng truyền trên đường dây có tổng trở sóng Z
đến một tổng trở tập chung Z
x

Với sơ đồ này, sóng khúc xạ U
X
được tính như điện áp trên phần tử Z
X

còn sóng phản xạ được tính theo công thức :
U
xm
= U
x
– U
t
( 4.1 ) với U
t
là sóng tới nút x
+ Nếu Z và Z
x
là các thông số tuyến tính, U
t
là hàm thời gian có ảnh phức
tạp hoặc toán tử thì có thể tìm U
x

bằng phương pháp toán tử.
+ Nếu Z
x
là điện dung tập chung và U
t
có dạng đường cong bất kỳ U
x

được xác định bằng một trong những phương pháp giải gần đúng, ví dụ như
phương pháp tiếp tuyến.
+ Z
x
là phi tuyến ( chẳng hạn như tổng trở của chống sét van ) thì phải xác
định U
x
bằng phương pháp đồ thị.
Trường hợp nút x có nhiều đường dây đi tới thì có thể lập sơ đồ Peterson
bằng cách áp dụng quy tắc sóng đẳng trị. Ở đây sơ đồ tương đương vẫn giống
như khi chỉ có một đường dây chỉ khác trị số nguồn phải lấy là 2U
đt
và tổng trở
sóng phải lấy là Z
đt
với 2U
đt
và Z
đt
xác định theo các công thức sau :
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp

ĐHBK - Hà Nội
99
2U
đt
=
∑
=
n
m
mxmx
tU
1
)('.
α
( 4.2 )
Trong đó :
U’
mx
(t) : sóng tới x từ nút m ( ở đây phải tính trị số của sóng khi đã tới
x )

mx
: hệ số khúc xạ

mx
= ( 4.3 )
Z
mx
: tổng trở sóng của đường dây nối nút m và nút x
Z

đt
= Z
1x
// Z
2x
// Z
3x
. . Z
nx
( 4.4 )
Sóng khúc xạ U
x
cũng được tính bằng các phương pháp như đối với
trường hợp có một đường dây theo tính chất của Z
x
.



2) Xác định điện áp tại điểm nút bằng phương pháp đồ thị :
Nếu như điểm nút có ghép điện cảm, điện dung hoặc phàn tử phi tuyến và
sóng tới có dạng bất kỳ thì việc xác định điện áp điểm nút bằng phương pháp
toán học thường rất phức tạp. Trong các trường hợp này người ta dùng phương
pháp đồ thị.
a. Tác dụ
ng của sóng bất kỳ lên điện trở không đường thẳng đặt ở cuối
đường dây :
Giả thiết sóng tới U
t
(t) truyền theo đường dây có tổng trở sóng Z tác

dụng lên điện trở không đường thẳng có đặc tính V – A : U
R
= f(i
R
) như hình vẽ
:


Ta có phương trình : 2.U
t
(t) = U
R
+ i
R
. Z
Để xác định điện áp ta dùng phương pháp đồ thị biểu diễn như hình vẽ :

Phần bên phải vẽ đường đặc tính V – A của điện trở không đường thẳng
và điện áp giáng lên tổng trở sóng Z có giá trị bằng i
R
. Z , sau đó xây dựng
đường cong U
R
+ i
R
. Z.
Phần bên trái vẽ quan hệ 2.U
t
(t). ứng với với một giá trị bất kỳ của
sóng tới sẽ xác định được điểm a trên đường cong 2U

t
(t) và điểm b trên đường
U
R
+ i
R
. Z. Từ b dóng thẳng thẳng xuống gặp đường đặc tính V – A sẽ được
điểm c cho cặp nghiệm ( U
R
; i
R
). Quan hệ của U
R
theo thời gian được vẽ bằng