[Điện Tử Học] Kỹ Thuật Điện Cao - Giông Sét Phần 8 ppt

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
78

- Khi điện áp đặt trên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện của chuỗi sứ
thì sẽ có phóng điện
- Trên đồ thị ta xác định được các cặp giá trị (a
i
; t
i
) là giao điểm của các
đường U
cđ
(a
i
; t
i
) với đường đặc tính vôn - giây của chuỗi sứ. Sau đó ta tìm
được cặp thông số nguy hiểm với :
I
i
= a
i
. t
i

Ta lập bảng kết quả sau :
a
i
(KA/μs

)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t
i
(μs)
30,
5
10,9
3
6,68 5,06 4,05 3,37 2,84 2,43 2,08 1,7
8
I = a
i
.t
i
305 218,
6
200,
4
202,
4
202,
5
202,
2
198,
8
194,
4
187,

2
178

Với các giá trị I
i
, a
i
tính được ở bảng trên ta xây dựng đường cong nguy
hiểm

• Xác định xác suất phóng điện :
- Xác suất phóng điện chính là xác suất để cặp thông số ( I , a ) của dòng
điện sét nằm trong miền nguy hiểm :
I > I
i
và a > a
i
do đó ta có
dV
pđ
= P { I ≥ I
i
}
0
50
100
150
200
250
300

I(KA)
20 40
60
80 100
a(
KA
ms
)
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
79
P { I ≥ I
i
} =
I
I
Ve
i
=
−
1,26

P { a ≥ a
i
}=
a
a
Ve
i

=
−
9,10

Trong đó :
+ V
I
: xác suất để dòng điện sét I lớn hơn một giá trị I
i
nào đó.
+ V
a
: xác suất để cho độ dốc dòng điện sét a lớn hơn một giá trị a
i
nào đó
Từ đó ta có :
dV
pđ
= V
I
.dV
a
hay V
pđ
=
∫
t
aI
dVV
0

Bằng công thức sai phân ta xác định được :
V
pđ
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=Δ
+
−−
=
−
=
∑∑
9,109,10
1
1,26
1
1iii
aa
n
i
I
n

i
pdi
eeeV

Hay V
pđ
=
ai
n
i
Ii
n
i
pdi
VVV Δ=Δ
∑∑
==
.
11
với V
Ii
=
1,26
i
I
e
−
V
ai
=

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+
−−
9,109,10
1ii
aa
ee
Kết quả tính toán dưới bảng sau :

a
i
(KA/μs)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t
i
(μs)
30,5 10,93 6,68 5,06 4,05 3,37 2,84 2,43 2,08 1,78
I = a
i
.t
i
305 218,6 200,4 202,4 202,5 202,2 198,8 194,4 187,2 178

V
Ii
(10
-4
) 0,084 2,305 4,628 4,287 4,27 4,32 4,921 5,824 7,675 10,92
ΔV
ai

0,24 0,096 0,038 0,015 0,006 0,0024 0,001 0,0006 0,00016 0,00006
ΔV
ai
. V
Ii
(10
-
4
)
0,0202 0,2213 0,1759 0,0643 0,0256 0,0104 0,0049 0,0035 0,00123 0,00066


ai
i
Ii
VV Δ
∑
=
.
10
1
= 0,52799 . 10

–4

• Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt đường dây 220 kV :
- Áp dụng công thức :
n
KV
= N
KV
. V
pđ
.  ( lần / 100 Km.năm )
Với R
C
= 10 Ω
N
KV
= N / 2 = 200 / 2 = 100
V
pđ
= 0,52799 . 10
–4

 = 0,65
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
80
Thay vào ta được :
n
KV

= 100.0,52799.10
–4
.0,65 = 0,00345 ( lần / Km.năm )
Vậy suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt đường dây 220 KV là
n
KV
= 0,00345 ( lần / 100 Km.năm )
9) Tính suất cắt của đường dây 220 kV do sét đánh vào đỉnh cột :
- Khi sét vào đỉnh cột phần lớn dòng điện sét đi vào đất qua bộ phận nối
đất của cột, phần còn lại theo dây thu sét đi vào các bộ phận nối đất
của các cột lân cận.


Sơ đồ sét đánh đỉnh cột

a. Lý thuyết tính toán :
- Điện áp trên cách điện đườ
ng dây khi có sét đánh vào đỉnh cột được
xác định theo công thức :
U
cđ
(a,t) = i
c
(a,t).R
c
+ U
cư
(a,t) + L
dd
c

(
(
)
d
t
tad
ic
,
)

+ M
dd
(t).(
d
t
d
is
) – K
vq
.U
cs
(a,t) +
U
lv
- Trong công thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện đường dây gồm :
+ Điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của bộ phận nối đất của cột
do dòng điện sét đi trong cột gây ra.
i
c
(a,t) . R

c
+ L
dd
c
(
()
dt
tad
ic
,
)
Trong đó :
+ R
c
: điện trở nối đất của cột
+ i
c
(a,t) : dòng điện đi trong cột
Lkv
Rc Rc Rc
Lkv
ic
ics ics
ic << ic
i = 0 i = 0
i
c << ic
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội

81
+ L
dd
c
: điện cảm của thân cột tính từ mặt đất đến độ treo của đường
dây pha
L
dd
c
= L
0
. h
dd

L
0
là điện cảm đơn vị của thân cột
+ : tốc độ biến thiên của dòng điện đi qua thân cột
+ Thành phần từ của điện áp cảm ứng xuất hiện trên đường dây do hỗ
cảm đường dây và kênh sét gây ra.
+ M
dd
(t): Là hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch dây dẫn trị
số hỗ cảm là hàm số của thời gian vì nó phụ thuộc vào chiều dài phát triển của
kênh sét mà chiều dài khe sét tăng cùng với sự phát triển của phóng điện ngược
được xác định bằng công thức:
M
dd
(t) = 0,2. h
dd

()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
Δ
Δ
−
+
+
1ln
.21
ln
H
H
h
H
H
HV
dd
t
β

Trong đó:
+ h
dd
: Là độ treo cao của dây dẫn.

+ H = h
dd
+ h
c

+ H = h
c
– h
dd

. h
c
: Là độ cao của cột
.  : Là tốc độ phóng điện ngược của dòng điện sét lấy  = 0,3
. V : Là vận tốc phát triển phóng điện ngược của khe sét
V = .C
. C : Là vận tốc ánh sáng : C = 300 m/s
- Sơ đồ biểu diễn như hình vẽ:

zd/2 zd/2
ic
khe
sÐt
zdcs
Lc
Mdd(t)
dd
Rc
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp

ĐHBK - Hà Nội
82
- Thành phần của điện áp cảm ứng U
cư
(a,t ) gây ra bởi cảm ứngtĩnh điện
giữa dây dẫn và điện tích của dòng điện sét được xác định theo:
+ : tốc độ của dòng điện đi trong cột
+ : độ dốc của dòng điện sét
+ M
dd
(t) : hỗ cảm giữa khe phóng điện sét và mạch vòng
M
dd
(t) = 0,2 h
cs

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
+
+
1
).1.(2
.2
ln
cs

cst
h
hV
β

• Xác định i
c
(a,t) và
- Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên cạnh trở về tương ứng với thời
gian
t >
c
KV
2.l

Trong đó :
+ L
KV
: chiều dài khoảng vượt L
KV
= 300 m
+ C : vận tốc truyền sóng C = 300 m / s
Trong trường hợp này ứng với :
t >
s
μ
2
300
300.2
=

- Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét khi không có sóng phản
xạ

- Trong sơ đồ trên dây chống sét được biểu thị bởi tổng trở sóng của
đường dây chống sét có xét tới ảnh hưởng của vầng quang.
- Giải sơ đồ trên ta được :
i
c
(a,t) =
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−−
+
1
)(.2
.2
α
vq
cs
cs
vq
cs
c
vq
cs

Z
tMZ
RZ
a

(t)
cs
iS iS
iS
iCS
RC
iC
2iCS
M

(
Ldis
dt
)
ZCS/2
vq
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
83
Với + 
1
=
cs
c

c
vq
cs
L
RZ
.2
.2+

• Xét trường hợp sau khi có phản xạ từ cột bên cạnh trở về với thời gian
t > 2 s


Sơ đồ thay thế khi có sóng phản xạ
- Trong sơ đồ này chỉ xét tới 2 khoảng vượt lân cận cột bịo sét đánh nên
đường dây thu sét trong khoảng vượt được biểu thị bởi điện cảm tập chung là
L
cs
=
c
LZ
KV
cs
.
0

Trong đó :
+ Z
0
CS
: tổng trở sóng của đường day thu sét khi không xét đến ảnh

hưởng của vầng quang
- Từ sơ đồ thay thế trên ta viết phương trình mạch vòng và nút. Giải
phương trình trên ta được :

2
2
1
2
)(
1)(.2
1
α
α
t
cs
c
cs
c
cs
ccs
cs
e
L
L
LtM
tti
a
−
−
⎥

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+
+
−−=


2
2
1
2
)(
1)(.
1
α
α
t
cs
c
cs
c

cs
ccs
cs
e
L
L
LtM
ti
a
−
−
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+
+
−=


Trong đó :
+ 

2
=
cs
ccs
c
LL
R
.2
.2
+

iCS
RC
iC
2iCS
M
(t)
(
dis
dt
)
Z
CS/2
vq
LC
LCS/2
CS
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội

84
Rút gọn lại ta được
i
c
(a,t) =
[]
(
)
t
c
cscs
e
R
tMLa
2
1
.2
)(.2
α
−
−
−


=),( ta
dt
di
c
[]
(

)
t
c
cscs
e
R
tMLa
2
.
.2
)(.2
2
α
α
−
−

b. Trình tự tính toán :
- Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột được tính theo :
n
đc
= N
đc
. V
pđ
.  ( lần / 100 km.năm )
Trong đó :
+ N
đc
: số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc đỉnh cột lân cận trong một

năm trên đoạn đường dây 100 km
N
đc
≈ N / 2 = 200 / 2 = 100( lần / 100 km.năm )
+ V
pđ
: xác suất phóng điện do quá điện áp đường dây khi có sét đánh
vào đỉnh cột
• Xác định xác suất phóng điện :
- Xác định pha để tính toán :
Đối với những pha khác nhau khi có sét đánh vào đỉnh cột hoặc đỉnh
cột lân cận thì điện áp giáng lên cách điện của đường dây các pha là khác nhau.
Với cìng tốc độ và thời gian tác động thì chuỗi cách điện của pha nào chịu điện
áp lớn hơn thì pha đ
ó có xác suất phóng điện lớn hơn
Chọn một giá trị cụ thể của dòng điện sét để tính toán trị số điện áp
giáng lên mỗi dây pha.
+ Dòng điện sét dạng xiên góc có a = 10 KV / s
+ Thời gian tác động t = 4 s
b1. Tính điện áp tác động lên cách điện pha B :
• Tính theo điện áp cảm ứng phần điện ( U
cư
đ
) có :
+ h
cs
= 32 m = h
B

+ h

dd
= h
A
= 24,5 m
+ H = h
A
+ h
c
= 24,5 + 32 = 56,5 m
+ h = h
c
– h
A
= 32 – 24,5 = 7,5 m
+ K
cs
vq
(A) = 0,228
+  = 0,3
+ c = 300 m / s → V = .c = 0,3.300 = 90 (m / s)
Thay các số liệu vào công thức ta được :
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
85
U
cư
đ
=
()

(
)
(
)
()
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
Δ+
Δ+++
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
Hhh
hVtHVthVt
ha
h
h
K

c
c
dd
dd
cs
vq
cs
1
ln.
1,0
1
2
β
β

=
()
(
)
(
)
()
)(209,277
5,56.5,7.32.3,01
5,74.905,564.90324.90
ln.
3,0
5,24.10.1,0
5,24
32

238,01
2
KV=
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
+++
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−

• Tính i
c
(a,t) và
),( ta
dt
dic

Chọn t = 4 s
- Áp dụng trong trường hợp sau khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về

Dòng điện đi trong thân cột : i
c
(a,t)
i
c
(a,t) =
[]
()
t
c
cscs
e
R
tMLa
2
1
.2
)(.2
α
−
−
−

Với L
cs
=
C
LZ
KVcs
.

0

+ Z
0
cs
= 60.ln = 60.ln
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−3
10.8,10
5,24.2
= 505,202 (Ω)
+ L
KV
= 300 m
+ C = 300 m / s
→ L
cs
=
202,505
300
300.202,505
=
( H )
+ M
cs

(t) : hỗ cảm giữa kênh sét và mạch vòng ( đường dây thu sét - đất )
M
cs
(t) = 0,2 . h
cs

()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
+
+
1
1.2
.2.
ln
cs
cs
h
htV
β

= 0,2 . 32.
()
)(822,161
323,01.2

32.24.90
ln H
μ
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
+
+

Với R
c
= 10 Ω
L
c
cs
= l
0
. h
cs
= 0,6 . 32 = 19,2 ( H )
→ 
2
=
0368,0
2,19.2202,505

10.2
.2
.2
=
+
=
+
cs
ccs
c
LL
R

i
c
(a,t)=
[]
()
t
c
cscs
e
R
tMLa
2
1
.2
)(.2
α
−

−
−
=
[]
(
)
)(273,321
10.2
822,16.2202,50510
4.0368,0
KAe =−
−
−

- Độ biến thiên của dòng điện đi trong cột là :

[]
).(
.2
)(.2.1
),(
.
2
2
t
c
cscs
e
R
tMLa

ta
dt
dic
α
α
−
−
=

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
86
=
[]
)/(4890,7).0368,0(
10.2
822,16.2202,50510.1
4.0368,0
sKAe
μ
=
−
−

• Xác định điện áp cảm ứng phần từ : U
cư
t
(a,t)
U

cư
t
(a,t) = L
c
dd
dt
dis
tMta
dt
dic
dd
)(),( +

Trong đó :
L
c
dd
= l
o
. h
dd
= 0,6 . 24,5 = 14,7 ( H )
L
c
dd
: điện cảm của thân cột kể từ mặt đất đến độ treo cao của dây pha
M
dd
(t) : hỗ cảm giữa mạch khe sét và mạch dây dẫn
M

dd
(t) = 0,2 . h
dd

()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
Δ
Δ
−
+
+
1ln.
.2.1
.
ln
H
H
h
H
H
HtV
dd
β

= 0,2 . 24,5
()
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−
+
+
1
5,7
5,56
ln.
5,24.2
5,7
5,56.3,01
5,564.90
ln 2,0884 ( H )
+ Với a = 10 KA / s , t = 4 s ,
)/(4890,7)4;10( sKA
d
t
dic
μ
=

10== a
d
t
dis

→ U
t
cư
(a,t) = U
t
cư
(10,4) = 14,7.7,4880 + 2,0884.10 = 130,9723 ( KV )
• Xác định điện áp do dòng điện đi trong dây thu sét gây ra :
U
cs
(a,t) = i
c
(a,t) . R
c
+ L
c
cs
+ M
cs
(t)

= 32,273.10 + 19,2.7,4890 + 16,822.10 = 634,7388 ( KV )
• Xác định điện áp tác dụng lên cách điện của pha B :
U
cđ

B
(a,t) = i
c
(a,t) . R
c
+ U
cư
t
(a,t) + U
cư
đ
(a,t) – K
cs
vq
(A) . U
cs
(a,t) + U
lv

= 32,273.10 + 130,9723 + 277,209 – 0,16884.634,7388 + 114,4
= 738,142( KV )
c. Tính điện áp trên chuỗi cách điện : U
cđ
(a,t )
- Trong phần trước ta đã tính được điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện
của các pha khi bị sét đánh vào đỉnh cột hoặc đỉnh cột lân cận với một giá trị cuh
thể của cặp thông số ( a,t ) = ( 10;4 ) và đã xác định được điện áp tác dụng lên
cách điện của pha nguy hiểm nhất là pha A.
- Trong phần này ta tính U
cđ

(a,t) của pha A theo giá trị của cặp thông số
( a
i
, t
i
) thay đổi và tính với R
c
= 10 Ω
+ Điện áp tác dụng lên chuỗi cách điện được tính bằng :
U
cđ
(a,t) = i
c
(a,t) . R
c
+ U
cư
đ
(a,t) + U
cư
t
(a,t) – K
cs
vq
(A) . U
cs
(a,t) + U
lv

= i

c
(a,t) . R
c
+ U
cư
đ
(a,t) + L
c
cs
+ M
đ
(t) . a – K
cs
vq
(A) . U
cs
(a,t) + U
lv
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
87
Mà U
cs
(a,t) = i
c
(a,t) . R
c
+ L
c

cs
+ M
cs
(t) . a
Nên ta có
U
cđ
(a,t) = i
c
(a,t) . R
c
[ 1 – K
cs
vq
(A)] + U
cư
đ
(a,t) + ( L
c
dd
– K
cs
vq
. L
c
cs
).
[
),( ta
dt

dic
] + a[ M
dd
(t) – K
cs
vq
(A) . M
cs
(t) ] + U
lv

Ta có K
cs
vq
(A) = 0,238
L
c
dd
= 14,7( H )
L
c
cs
= 19,2( H )
R
c
= 10 ( Ω )
Thay các giá trị vào ta được :
U
cđ
(a,t) = i

c
(a,t).10 ( 1 – 0,238) + U
cư
đ
(a,t) + ( 14,4 – 0,238.19,2 ) [
),( ta
dt
dic
] + a[ M
dd
(t) – 0,238.M
cs
(t) ] + 114,4
= i
c
(a,t).7,62 + U
cư
đ
(a,t) + 9,8304 [
),( ta
d
t
dic
] + a[M
dd
(t) – 0,238.M
cs
(t)] +114,4
Thay các giá trị thay đổi theo (a,t) :
M

dd
(t) = 0,2 . h
dd

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
Δ
Δ
−
+
+
1ln
.2).1(
.
ln
H
H
h
H
H
HtV
dd
β

= 0,2.24,5

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−
+
+
1
5,7
5,56
ln
5,24.2
5,7
5,56).3,01(
5,56.90
ln
t
= 4,9
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+−
+
1
5,7

5,56
ln
49
5,7
45,73
5,56.90
ln
t

• Trường hợp 1 :
- Trước khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về ứng với khoảng thời
gian
t <
s
C
L
KV
μ
2
300
300.2.2
==

Trong trường hợp này i
c
(a,t) và được xác định theo công thức :
i
c
(a,t) =
⎥

⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−−
+
1
)(.2.
.2
.1
α
vq
cs
cs
vq
cs
c
vq
cs
Z
tMtZ
RZ
a

Với
Z
cs
vq
: tổng trở sóng của đường dây chống sét có xét tới ảnh hưởng của

vầng quang.
Z
cs
vq
= 386,505
+ α
1
= 6688,10
2,19.2
10.268,389
.2
.2
=
+
=
+
cs
c
c
vq
cs
L
RZ


Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
88
Vậy

i
c
(a,t) =
[]
5252,36)(.2.68,389
10.268,389
.1
−−
+
tMt
a
cs

+
a
a
RZ
Za
ta
dt
dic
c
vq
cs
vq
cs
.9512,0
2068,389
68,389.
.2

.
),( =
+
=
+
=
• Trường hợp 2 :
- Sau khi có sóng phản xạ từ cột lân cận trở về ứng với thời gian t ≥ 2
s
Trong trường hợp này i
c
(a,t) và được tính theo :
i
c
(a,t) =
)1(
.2
)](.2.[
.
2
t
c
cscs
e
R
tMLa
α
−
−
−

=
)1(
20
)](.2202,505.[
.0368,0 t
cs
e
tMa
−
−
−

Các kết quả tính trong bảng sau :
• Giá trị của M
dd
(t) và M
cs
(t)

t
0 1 2 3 4 5 6 7 8
M
d
d

2,10
0 6,769 9,115
10,69
5

11,88
8
12,84
7
13,64
8
14,33
7
14,94
1
M
cs
4,72
1
10,34
1
13,28
6
15,29
5
16,82
2
18,05
4
19,08
7
19,97
6
20,75
6

• Giá trị U
cư
đ
(a,t) tại các thời điểm khác nhau tương ứng với các độ dốc
khác nhau
t
a

0

1

2

3

4

5

6

7

8

10
-29,532

144,776

207,753

247,774 277,209 300,510 319,801 336,262 350,619


20
-59,063

289,552

415,506

495,547 554,418 601,021 639,602 672,525 701,238


30
-88,595

434,328

623,258

743,321 831,627 901,531 959,404 1008,787 1051,857


40
-118,127

579,104


831,011


991,094

1108,835

1202,041

1279,205

1345,049

1402,476