[Điện Tử Học] Kỹ Thuật Điện Cao - Giông Sét Phần 6 pptx

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
56

l
1
/ l
2
1 2 3 4 5
K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4



Từ l
1
/ l
2
= 1,274 tra đồ thị ta được K = 5,6
- Ta chọn thanh ngang của mạch vòng là thanh thép dẹt ( 40x4 ) mm
Đường kính tương đương : d =
m
b
02,0
2
10.40
2
3−
=

- Ta chôn ở độ sâu là 0,8 m

- Hệ số K
mt
= 1,6
Vậy :
R
mv
=
dh
LK
L
K
dh
LK
L
mtdo
.
.
ln.
2
.
.
.
ln.
1
.
.2
22
π
ρ
π

ρ
=
=
)(687,0
02,0.8,0
664.6,5
ln.
14,3.664.2
6,1.10.95,0
22
Ω=

Ta nhận thấy R
mv
= 0,633 < 1 Ω . Vậy mạch vòng nối đất đạt yêu cầu về
an toàn nối đất.
- Khi thi công hệ thống nối đất nhân tạo kết hợp với hệ thống nối đất tự
nhiên
Vậy điện trở nối đất của hệ thống là :
R
ht
= )(203,0
2886,0687,0
2886,0.687,0
.
Ω=
+
=
+
nttn

nttn
RR
RR

12345
2
4
6
8
10
k
l
l
0
1
2
11
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
57
• Kết luận :
Hệ thống thiết kế nối đất như trên đảm bảo an toàn cho trạm biến áp
110 / 220 KV
4) Nối đất chống sét :
a. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét :
- Trong tính toán thiết kế ta chọn sóng của dòng điện sét là dạng sóng
xiên góc có biện độ không đổi.
I
S

= a . t ; khi t < 
đs

I
S
= a . 
đs
; khi t ≥ 
đs

Trong đó
a : độ dốc của dòng điện sét a = 30 KA / ms
I : biên độ dòng điện sét I = 150 KA

đs
: thời gian đầu sóng

đs
=
)(5
30
150
s
a
I
S
μ
==

b. Yêu cầu kiểm tra :

Kiểm tra theo điều kiện :
I . Z ( 0 ; 
đs
) ≤ U
50%

Nhằm đảm bảo an toàn cho cách điện của máy biến áp
Trong đó :
I : trị số dòng điện sét I = 150 kA
Z ( 0 ; 
đs
) : tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm và tại chỗ
dòng điện sét đi vào điện cực
U
50%
: trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất cuả máy biến
áp với
U
50%
( 110 ) = 460 kV
U
50%
( 220 ) = 900 kV
Vậy ta kiểm tra với cấp điện áp 110 kV tức U
50%
= 460 kV
c. Tính toán lại trị số điện trở nối đất nhân tạo của trạm trong mùa sét :
Hệ số K
S
m thay đổi so với hệ số Km nối đất an toàn.

Theo bảng ( 2-1 ) tài liệu HDTKTNKTĐCA ta chọn K
mt
S

Với thanh K
mt
S
= 1,25
 R
nt
= R
mv
S
= R
mv
.
)(537,0
6,1
25,1
.687,0 Ω==
mt
S
mt
K
K

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
58

Đây là điện trở nối đất nhân tạo của trạm trong mùa sét.
d. Tính tổng trở đầu của nối đất chống sét Z ( 0 ; 
đs
) :
- Để tính toán tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta phải :
+ Bỏ qua nối đất tự nhiên
+ Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong một trạm
- Ta coi mạch vòng gồm 2 phần bằng nhau, cùng độ dài và ghép song
song với nhau.
Sơ đồ thay thế hệ thống nối đất :

Với g
0
, L
0
là điện trở và điện dẫn trên một dơn vị dài
g
0
=
)/1(10.805,2
332.537,0.2
1
2
1
3
m
lR
S
mv
Ω==

−

L
0
= 0,2 ( ln
r
l
- 0,31 ) = 0,2 ( ln
01,0
332
- 0,31 ) = 2,02 ( H / m )
• Tính tổng trở sóng đầu vào tại thời điểm t = 
đs
có xét rới 2 tia ghép
song song :
Z ( 0 ; 
đs
) =
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎟
⎠
⎞

⎜
⎜
⎝
⎛
−+
∑
∞
=
−
1
1
0
1
12
1
2
1
K
T
t
K
e
kt
T
lg

Với
T
1
=

268,63
14,3
332.10.805,2.02,2

2
23
2
2
00
==
−
π
lgL

=
K
T
t
KK
e
KK
−
∞
=
∞
=
∑∑
− .
11
1

2
1
2

Vì e
-3
≈ 0,05 e
-4
≈ 0,0183 e
-5
≈ 0,0067 e
-6
≈ 0,00248
Ta thấy e
-5
rất nhỏ so với e
- 4
nên ta có thể bỏ qua và chỉ sét e
- 4
tức là tính
đến K sao cho 
đs
/ T
K
≤ 4
Lấy 
đs
= 5 s = t
g
0

g
0
g
0
g
0
l
0
l
0
l
0
i
2
=
a.t
2
s
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
59
⇔ 5 / T
K
≤ 4 ⇒ T
K
≥ 1,25
Mặt khác ta có T
K
=

2
1
K
T
⇒ K ≥
1144,7
25,1
268,63
25,1
1
==
T

Vậy ta tính với K = 1 ÷ 8
Xét :
∑
∞
=
1
2
1
K
K
=
5273,1
6
2
=
π

Ta có bảng kết quả sau :


K 1 2 3 4 5 6 7 8
1/K
2
1 0,25 0,111 0,0625 0,04 0,0278 0,0204 0,016
T
1
/K
2

63,268 15,817 7,030 3,954 2,531 1,757 1,291 0,989
T
đs
/T
K
0,079 0,316 0,711 1,264 1,976 2,845 3,872 5,058
∑
∞
=
−
1
2
.
1
K
T
t
K

e
K

0,984318

0,220305

0,072514 0,022728 0,005546 0,000914 0,000090 0,000005



K
T
t
K
e
K
−
∞
=
∑
.
1
1
2
= 1,306421
Vậy :
Z ( 0 ; 
đs
) =

538,3)306421,15273,1(
5
268,63.2
1
332.10.805,2.2
1
3
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−+
−

e. Kiểm tra nối đất chống sét :
• Điều kiện kiểm tra :
ở cấp điện áp 110 KV có mức cách điện thấp hơn nên ta kiểm tra sao cho
thoả mãn điều kiện của cấp điện áp 110 KV tức là :
I . Z ( 0 ; 
đs
) < U
50%
( 110 KV ) = 460 KV
Với dòng điện sét là 150 KV
U
sét
= I . Z ( 0 ; 

đs
) = 150 . 3,538 = 530,7 KV > U
50%
= 460
KV
• Nhận xét :
Hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng chưa đáp ứng được yêu cầu chống
sét phía điện áp 110 KV và 220 KV vì tại chỗ dòng sét đi vào hệ thống nối đất
sẽ gây nguy hiểm cho cách điện của máy biến áp và các thiết bị khác trong trạm.
Để khắc phục ta cần đóng thêm tiếp địa bổ xung.
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
60
f. Tính toán nối đất bổ xung :
- Điện trở nối đất bổ xung cho mỗi cột gồm :
3 cọc thép L ( 65x65x6 ) mm dài 3m, chôn sâu so với mặt đất là 0,8 m,
mỗi cọc cách nhau 6 m. Các cọc liên kết với nhau bằng thanh thép dẹt ( 40x4 )
mm chôn sâu 0,8 m.
- Điện trở nối đất của thanh là :
R
t
=
bh
lK
l
tt
.
.
ln

2
2
π
ρ

Trong đó :
K = 1

tt
=  . K
mt
= 0,95.10
4
.1,15 = 1,0925.10
4
(Ω.cm)
l = 12 m , h = 0,8 m , d = b / 2 = 0,04 / 2 = 0,02 m
→ R
t
=
)(5162,13
02,0.8,0
12.25,1
ln
12.14,3.2
10.0925,1
22
Ω=

• Tính điện trở của cọc :

R
c
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+
+
lt
lt
d
l
l
K
mtdo
4
4
ln
2
1.2
ln
2
.
π
ρ

d = 0,95.b = 0,95 . 0,065 = 0,062 (m)
t = 0,8 + 3/2 = 2,3 (m)


R
c
=
)(4626,28
33,2.4
33,2.4
ln
2
1
062,0
3.2
ln
3.14,3.2
10.0925,1
2
Ω=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+
+

6m 6m
l
h
l
2
t = h +
l
2
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
61
- Điện trở nối đất bổ sung được xác định theo
R
bx
S
=
Ctt
S
C
S
t
S
C
RnR
RR
ηη

.
+

Tra bảng phần phụ lục ta có :

t
= 0,92 , 
C
= 0,85
Với n = 3, a / l = 6 / 3 = 2
R
bx
S
= )(3429,6
85,0.5162,13.392,0.4626,28
5162,13.4626,28
Ω=
+

g. Tính tổng trở xung kích của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung :
- Như trên ta có sơ đồ thay thế của hệ thống nối đất gồm điện cảm và
điện dẫn. Nhờ phép biến đổi Laplace ta tìm được giá trị của tổng trở sóng đầu
vào hệ thống nối đất bổ xung.
()
YXe
xR
R
R
RR
RR
T
x

K
Kbx
nt
nt
ntbx
ntbx
ds
K
ds
+=
+
+
+
=
∑
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
∞
=
∑∑
1
2
.
1
;0

.
cos
1
.2.
τ
π
τ

Trong đó :
X =
ntbx
ntbx
RR
RR
+
.
=
)(495,0
537,03429,6
537,0.3429,6
Ω=
+

Y =
1
2
.
1
.
cos

1
.2
T
x
K
Kbx
nt
nt
ds
K
e
xR
R
R
τ
π
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
∞
=
∑
+

Đối với chuỗi Y ta chỉ tính tới e
- 4

hay

)(351,22
5
268,63
14,3.224
.
.
1
1
2
2
rad
T
x
T
x
ds
K
dsK
==≥→≤
τ
π
π
τ

Giá trị x
K
được xác định theo :
Tgx

K
=
KK
bx
nt
xx
R
R
.
3429,6
537,0
.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
= - 0,0847 x
K

Vậy x
K
là nghiệm của phương trình :
Tg x
K
= - 0,0847 x
K

Giải phương trình bằng phương pháp đồ thị. Nghiệm của phương trình là
giao điểm của đường thẳng y = - 0,0847 x
K
và đường cong y = tg x
K

Ta có bảng kết quả sau :


Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
62






Các
giá

trị
tính
toán
K
12 345 6
X
K
(rad) 2,602 5,3320 8,2 11,1796 14,2248 17,3082
1
2
.)(
T
X
dsk
τ
π
−

-0.0542

-0.2276

-0.5384

-1.0008

-1.6202

-2.3988

1
2
.)(
T
x
dsk
e
τ
π
−

0.9472 0.7964 0.5837 0.3676 0.1979 0.0908
2
cos
1
k
x

1.359

2.965

8.694

29.864

130.550

1154.085

2
cos
1
.2
K
Xbx
nt
nt
R
R
R
+

0.74412

0.35214

0.12235 0.03586 0.00822 0.00093

∑
∑
);0(
ds
τ

0.70486 0.28046 0.07141 0.01318 0.00163 0.00008



Đồ thị xác định giá trị x

K

Với :
Z ( 0 ; 
đs
) = X +
∑
=
6
1
).(
K
BAY

Z ( 0 ; 
đs
) = 0,495 + 1,07162 = 1,56662 (Ω)
• Kiểm tra yêu cầu của nối đất chống sét :
I .Z ( 0 ; 
đs
) = 150 . 1,56662 = 234,993 KV < U
50 %
( 110 KV ) = 460
KV
Vậy thoả mãn điều kiện nối đất chống sét.
Kết luận:
Sau khi thực hiện nối đất bổ sung cho các cột thu sét ta thấy hệ thống nối
đất có nối đất bổ sung đạt tiêu chuẩn về kỹ thuật nối đất chống sét cho trạm
110/220 kV
Π2Π3Π4Π5Π

0
y = -0,0847.xk
y = tgxk
6Π
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
63

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
64
CHƯƠNG III
TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 220 KV
I) Yêu cầu chung đối với bảo vệ chổng sét đường dây 220 kV
- Trong hệ thống điện thì đường dây tải điện là phần tử dài nhất. Do vậy
thường bị sét đánh và chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển do sét gây ra.
Quá điện áp khí quyển có thể dẫn đến cắt máy cắt đường dây dẫn đến ảnh hưởng
tới việ
c cung cấp điện của lưới điện. Nguy hiểm hơn là quá điện áp còn truyền
sóng vào vào trạm biến áp gây ra sự cố phá hoại cách điện trong trạm. Do đó cần
phải bảo vệ chống sét đường dâyvới bảo vệ chống sét trạm phải kết hợp chặt
chẽ, đặc biệt là đoạn đường dây gần trạm.
- Quá điện áp khí quyển có thể là do sét
đánh thẳng vào đường dây hoặc
đánh xuống đất gần đó và gây quá điện áp cảm ứng trên đường dây. Nhưng
trường hợp sét đánh thẳng vào đường dây là nguy hiểm nhất vì đường dây phải
chịu toàn bộ năng lượng của phóng điện sét. Vì vậy ta chọn trường hợp sét đánh
thẳng vào đường dây để tính toán bảo vệ chống sét cho đường dây.

- Việc bảo vệ đường dây đến mứ
c độ an toàn tuyệt đối là không thể
thực hiện được vì vốn đầu tư xây dựng đường dây là rất lớn như tăng cường
cách điện, tăng thiết bị bảo vệ chống sét . . . vì vậy phương án đúng đắn nhất là
tính toán mức độ bảo vệ chống sét của đường dây phải đảm bảo hợp lý về kinh
tế – kỹ thuật. Do vậy việc đưa ra yêu c
ầu bảo vệ chống sét đường dây không
phải loại trừ hoàn toàn khả năng sự cố sét đánh mà chỉ làm giảm bớt số lần sét
đánh đến một giới hạn hợp lý nhất.
- Từ số lần có phóng điện sét diện tích 1 km
2
ứng với một ngày sét đánh
trực tiếp vào đường dây là ( 0,1 ÷ 0,15 ) lần. Ta có công thức tính tổng số lần sét
đánh vào đường dây trong 1 năm như sau :
N = ( 0,1 ÷ 0,15 ) 6.h
tb
. 10
-3
. L . n
ngs
( lần / km năm )
Trong đó :
h
tb
: độ treo cao của dây dẫn tính theo trung bình
L : chiều dài đường dây. Thường lấy L = 100 Km
n
ngs
: số ngày phát sét trong một năm ở khu vực có đường dây đi qua
- Tuỳ theo vị trí sét đánh mà quá điện áp xuất hiện trên cách điện của

đường dây có vị trí khác nhau. Số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây được
phân bố ở 3 dạng sau:
• Số lần sét đánh vòng qua dây thu sét vào dây dẫn
N
dd
= N . V
a

Trong đó :
V
a
: xác suất sét đánh vòng qua dây thu sét được xác định theo :
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
65
Lg. V
a
=
4
90
.
0
−
c
h
α


0

: góc bảo vệ của dây thu sét
h
c
: chiều cao của cột điện ( m )
• Số lần sét đánh vào đỉnh cột :
N
đc


2
dd
NN −

Theo quy phạm của điện áp lấy N
đc
= N
kv

• Số lần sét đánh vào khoảng vượt :
N
kv
=
2
dd
NN −

* Số lần xảy ra phóng điện trên cách điện đường dây :
- Điều kiện để có phóng điện trên cách điện đường dây là quá điện
áp khí quyển phải có trị số lớn hơn mức cách điện của đường dây. Khả năng này
được biểu thị bởi xác suất phóng điện ( V

pđ
). Vậy số lần xảy ra phong điện trên
cách điện đường dây là:
N
pđ
= N . V
pđ

- Số lần xảy ra cắt điện trên đường dây :
Do thời gian tác dụng của quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100s
trong khi thời gian làm việc của hệ thống bảo vệ rơle thường không nhỏ hơn 1/2
chu kỳ tần số công nghiệp là khoảng 0,01s nên các rơle chưa kịp tác động. Vì
vật số lần xảy ra phóng điện trên cách điện chưa phải là số
lần nhảy máy cắt do
sét đánh. Phóng điện trên cách điện đường dây chỉ gây nên cách điện đường dây
khi tia lử phóng điện xung kích trên cách điện chuyển thành hồ quang duy trì bởi
điện áp làn việc của lưới điện.
Xác suất chuyển từ tia lửa phóng điện xung kích thành hồ quang kí
hiệu là  gọi là xác suất duy trì hồ quang trên cách điện đường dây.  phụ
thuộc vào thời gian duy trì hồ quang dưới dòng đ
iện tần số công nghiệp tức phụ
thuộc vào điện áp đường dây, chiều dài chuỗi sứ. Quan trọng nhất là cường độ
điện trường doc theo đường phóng điện. Sự phụ thuộc này được biểu diễn bằng
quan hệ :
 = f ( E
lv
) = f ( U
LV
/ L
CS

)
Trong đó :
U
LV
: điện áp làm việc của đường dây ( KV )
L
CS
: chiều dài đường phóng điện
Vậy số lần cắt điện đường dây do sét đánh được xác định bằng công
thức :
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
66
N
cđ
= N
pđ
.  = ( 0,1 ÷ 0,15 ) 6. h
tb
. 10
-3
. L . n
ngs
. V
pđ
. 
Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau đi
qua những vùng có hoạt động của sét khác nhau ta dùng trị số “ suất cắt đường
dây “ là số lần cắt điện khi đường dây có chiều dài L = 100 Km ta có :

N
cđ
= N
pđ
.  = ( 0,1 ÷ 0,15 ) 6. h
tb
. 10
-3
. L . n
ngs
. V
pđ
. 
 = ( 0,06 ÷ 0,09 ) h
tb
. n
ngs
. V
pđ
.  ( lần / 1km năm )
II) Trình tự tính toán :
2- Các tham số sử để tính toán :
• Kích thước cột :

• Dây thu sét :
Loại 1 dây treo đỉnh cột, dùng dây AC 95 có d = 12,6 mm  r = 6,3
mm
• Dây dẫn điện :
Dùng dây nhôm lõi thép AC 240 có d = 21,6 mm ( r = 10,8 mm )
• Cách điện chuỗi sứ cùng loại II – 4,5 có 13 bát sứ cao 170 mm. Vậy

chiều dài chuỗi sứ là
13 . 170 = 2210 mm
5m
2,5m
4m
20,5m
32m
4,12m
4,68m
2,93m
a
c
b