[Điện Tử Học] Kỹ Thuật Điện Cao - Giông Sét Phần 5 doc

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
45
- Nửa chu vi của tam giác là:
P =
)(302,100
2
935,6680668,53
m=
++
= 69,22 (m)
Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác.

D =
)(725,80
)935,66302,100).(80302,100).(668,53302,100.(302,100.2
935,66.80.668,53
m=
−−−

= 62,42 (m)
h
a
=
)(091,10
8
725,80
8
m
D

==
= =7,8(m)
* Xét nhóm cột 11, 12, 16 tạo thành một tam giác vuông có:
a
11-12
= 50 (m) ; a
11-16
= 44,5 (m)
Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác.
D =
)(935,665,4450
22
m=+

h
a
=
)(367,8
8
935,66
8
m
D
==

Nhận xét:
Sau khi đã tính toán chiều cao tác dụng tối thiểu cho các nhóm cột bảo vệ
ta thấy h
a
= 11,279 m là lớn nhất, vậy ta chọn độ cao tác dụng cho cả trạm là 12

m.
b)-Tính độ cao của cột thu lôi.
Phía 220KV

Ta thấy rằng ở phía 220 KV thì độ cao lớn nhất của cột cần bảo vệ là xà
đỡ dây cao 17 m. Vậy độ cao tác dụng của các cột thu lôi phía 220KV (bao gồm
các cột: 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10).
h
1
= h
a
+ h
x
= 12 + 17 = 29 m
Phía 110KV

Ta thấy rằng ở phía 110 KV thì độ cao lớn nhất của cột cần bảo vệ là xà
đỡ dây cao 11 m. Vậy độ cao tác dụng của các cột thu lôi phía 110KV (bao gồm
các cột : 11, 12, 13, 14, 15, 16 ) là: 11 m + 12 m = 23 m .
c) T
ính bán kính của cột thu sét
- Phạm vi bảo vệ của cột thu sét cao 23 m
+ Bán kính bảo vệ cho độ cao h
x
= 11 (m)
Vì h
x
= 11 (m) <
23.
3

2
= 15,33(m)
Nên R
x
= 1,5.23.(
23.8,0
11
1−
) = 13,875 (m)
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
46
- Ph
ạm vi bảo vệ của cột thu sét cao 29 m
+ Bán kính bảo vệ cho độ cao h
x
= 17 (m)
Vì h
x
= 17 (m) <
29.
3
2
= 19,33 (m)

Nên R
x
= 1,5.29.(
29.8,0
17
1
− ) = 11,625 (m)
2) Tính phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu sét biên.
* Xét cặp cột (1-2), (2-3), (3-4), (4-5), (5-6) có a = 34 (m) ; h = 29 (m)
- Độ cao bảo vệ lớn nhất ở khu vực giữa hai cột là:
h
0
= h -
7
a
=
)(143,24
7
34
29 m=−

- Bán kính kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là:
Độ cao bảo vệ h
x
= 17 (m)
Vì h
x
= 17 (m) >
3
2

.h
0
=
3
2
.24,143 = 16,095 (m)
Nên R
0x
= 0,75.h
0
.(
0
.
17
1
h
−
) = 0,75.24,143.(
143,24
17
1
− ) = 5,357(m)
* Xét cặp cột 1-10 và (5-6) giống nhau có a = 51 (m) ; h = 29 (m)
- Độ cao bảo vệ lớn nhất ở khu vực giữa hai cột là:
h
0
= h -
7
a
=

)(714,21
7
51
29 m=−

- Bán kính kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là:
Độ cao bảo vệ h
x
= 17 (m)
Vì h
x
= 17 (m) >
3
2
.h
0
=
3
2
.21,714 = 14,476 (m)
Nên R
0x
= 0,75.h
0
.(
0
.
17
1
h

−
) = 0,75.21,714.(
714,21
17
1
− ) = 3,536(m)Vì
h
x
= 16,5 m < .h = 18 m
R
x
= 1.5.h.(1- ) = 1,5.27.(1- ) = 9,56 (m)
* Xét cặp cột 10 – 11 có độ cao khác nhau
có a = 41,094 (m) ; h
10
= 29 (m) ; h
11
= 23 (m)
Vì h
11
= 23 (m) >
3
2
.h
10
= 19,33 (m). Do vậy từ hình vẽ cột giả định N’
11

có độ cao là 23 (m) nằm cách cột N
10

một khoảng là x được xác định
theo
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
47
x = 0,75.h
10
.(
10
11
1
h
h
−
) = 0,75.29.(
29

23
1−
) = 4,5(m)
Vậy khoảng cách từ cột giả định đến cột N
11
là
a’ = a – x = 41,094 – 4,5 = 36,594 (m)
Phạm vi bảo vệ của hai cột N
11
– N
10
có độ cao khác nhau được biểu diễn
như hình vẽ.

+ Độ cao bảo vệ lớn nhất ở giữa hai cột N
11
và N’
11
là.
h
0
= h
10
-
7
'a
= 23 -
7
594,36
= 17,772 (m)

- Bán kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là.
+ Độ cao bảo vệ h
x
= 11 m
Vì h
x
= 11 (m) <
3
2
.h
0
=
3
2
.17,772 = 11,848 (m)
Nên : R
0x
= 1,5.h
0
.(
0
.8,0
11
1
h
−
) = 1,5.17,772.(
772,17.8,0
11
1

− ) = 6,033 (m)
* Xét cặp cột 16-11 và 14-13 bằng nhau có a = 44,5 (m) ; h = 23 (m)
Độ cao bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là.
h
0
= h -
7
a
= 23 -
7
5,44
= 16,643 (m)
- Bán kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là.
+ Độ cao bảo vệ h
x
= 11 (m)
a
a' x 0,75.h
10
0,7.h
11
1,5.h
11
1,5.h
10
0,2.h
10
h
10
0,2.h

11
h
11
N
11
N'
11
N
10
h
0
Field Code Changed
Field Code Changed
Formatted: Font: Times New Roman
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
48
V
ì h
x
= 11 (m) <

3
2
.h
0
= 11,095 (m)
Nên : R
0x
= 1,5.h
0
.(
0
.8,0
11
1
h
−
) = 1,5.16,643.(
643,16.8,0
11
1
− ) = 4,340 (m)
* Xét cặp cột 16-15 có độ cao bằng nhau có a = 80 (m) ; h = 23 (m)
Độ cao bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là.
h
0
= h -
7
a
= 23 -
7

80
= 11,571 (m)
- Bán kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là.
+ Độ cao bảo vệ h
x
= 11 (m)
Vì h
x
= 11 (m) >
3
2
.h
0
= 7,714 (m)
Nên : R
0x
= 0,75.h
0
.(
0
11
1
h
−
) = 0,75.11,571.(
571,11
11
1
− ) = 0,428 (m)
* Xét cặp cột 15-14 có độ cao bằng nhau có a = 60 (m) ; h = 23 (m)

Độ cao bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là.
h
0
= h -
7
a
= 23 -
7
60
= 14,429 (m)
- Bán kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là.
+ Độ cao bảo vệ h
x
= 11 (m)
Vì h
x
= 11 (m) >
3
2
.h
0
= 9,619 (m)
Nên : R
0x
= 0,75.h
0
.(
0
11
1

h
−
) = 0,75.14,429.(
429,14
11
1
− ) = 2,572(m)
* Xét cặp cột 6 – 13 có độ cao khác nhau
có a = 41,049 (m) ; h
6
= 29 (m) ; h
14
= 23 (m)
Vì h
13
= 23 (m) >
3
2
.h
6
= 19,33 (m). Do vậy từ hình vẽ cột giả định N’
13

có độ cao là 20 (m) nằm cách cột N
6
một khoảng là x được xác định theo
x = 0,75.h
6
.(
6

13
1
h
h
−
) = 0,75.25.(
29
23
1−
) = 4,5 (m)
Vậy khoảng cách từ cột giả định đến cột N
14
là
a’ = a – x = 41,049 – 4,5 = 36,549 (m)
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
49
Ph
ạm vi bảo vệ của hai cột N
13
– N
6
có độ cao khác nhau được biểu diễn
như hình vẽ.

+ Độ cao bảo vệ lớn nhất ở giữa hai cột N
13
và N’
13
là.
h
0
= h
2
-
7
'a
= 23 -
7
549,36
= 17,779 (m)
- Bán kính bảo vệ lớn nhất giữa hai cột là.
+ Độ cao bảo vệ h

x
= 11 m
Vì h
x
= 11 (m) <
3
2
.h
0
=
3
2
.17,779 = 11,853(m)
Nên : R
0x
= 1,5.h
0
.(
0
.8,0
11
1
h
−
) = 1,5.17,779.(
779,17.8,0
11
1−
) = 6,044 (m)
Nhận xét:

- Sau khi tính toán các phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu sét biên của
trạm ta có bảng tổng hợp sau
Các cặp cột Khoảng
cách a(m)
Độ cao các cột (m) Bán kính
(m)
Độ cao cột
h
0
(m)
Độ cao cột
1(m)
Độ cao cột
2 (m)
1-2 34 24,143 29 29 5,357
2-3 34 24,143 29 29 5,357
3-4 34 24,143 29 29 5,357
4-5 34 24,143 29 29 5,357
5-6 51 21,714 29 29 3,536
1-10 51 21,714 29 29 3,536
10-11 41,094 17,772 29 23 6,033
11-16 44,5 16,643 23 23 4,340
16-15 80 11,571 23 23 0,428
a
a' x 0,75.h
60,7.h13
1,5.h13
1,5.h6
0,2.h6
h6

0,2.h13
h13
N13 N'13
N6
h0
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Field Code Changed
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
50
15-14 60 14,429 23 23 2,572
14-13 44,5 16,643 23 23 4,340
13-6 41,049 17,779 29 23 6,044

4
10
95.5
10 10 8
7
19
7
17 17 17
5.5
12 17 17 17 17 17 17 17 17 38
12
34
5
678910
11 12
13
141516
KV NHμ §I£ï HμNH
BÓ N¦íC CH
NHμ NGHØ CA
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
51

c) Chọn kim thu sét:
- Các cột thu sét của trạm110/220 KV ta chọn kim thu sét là sắt ống có
kích thước khác nhau. Theo tài liệu hướng dẫn Thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điên
cao áp hướng dẫn chon kim thu sét có kích thước như sau:
- Các đoạn ống đều được tráng kẽm để chống ăn mòn.
- Dây đẫn dòng sét dùng trên mặt đất ta chọn loại thép tròn mạ kẽm 8.
- Dây đẫn dòng sét dùng dưới mặt đất ta chọn loại thép tròn mạ kẽm 10.
Kế
t luận:
Sau khi tính toán 2 phương án dùng cột thu sét bảo vệ trạm 110/220
KV. Ta nhận thấy trong 2 phương án có sử dụng số lượng cột và chiều cao cột
khác nhau. Trong phương án 1 ta sử dụng số lượng cột ít
nhiều hơn 2 cột và
chiều cao cột thấp hơn phương án 2 nhưng tổng chiều cao toàn bộ cột chống sét
vẫn lớn hơn. Vì vậy ta chọn phương án 2 để thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm.

32
75
50
32
200
200
1500
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
52
CHƯƠNG 2.
TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT

CHO TRẠM BIẾN ÁP 110 / 220 KV
I) Khái niệm về nối đất trạm biến áp :
- Nhiệm vụ của nối đất là để tản dòng điện xuống đất và giữ mức điện
thế thấp trên các vật được nối đất. Hệ thống nối đất là một yếu tố rất quan trọng
trong việc bảo vệ
quá điện áp cho hệ thống điện. Do đó khi thi công hệ thống
nối đất của trạm biến áp, các cột thu sét, các đường dây . . . phải được tính toán
thiết kế đầy đủ và chính xác. Trong hệ thống điện có các loại nối đất sau :
1) Nối đất làm việc :
Nối đất làm việc có nhiệm vụ giữ đảm bảo sự làm việc bình thường của
thiết bị và mộ
t số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã quy định sẵn.
Loại nối đất này gồm :
+ Nối đất điểm trung tính MBA, trong hệ thống điện có điểm trung tính
nối đất
+ Nối đất MBA đo lường của kháng điện dùng trong các thiết bị bù ngang
trên đường dây tải điện đi xa.
2) Nối đất an toàn :
- Có nhiệ
m vụ bảo vệ an toàn cho người khi cách điện của thiết bị bị hư
hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận bằng kim
loại của thiết bị bình thường không mang điện như vỏ máy, vỏ thùng dầu MBA .
. Cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế như
ng do đã
được nối đất nên giữ được điện thế thấp. Do vậy đảm bảo an toàn cho người khi
tiếp xúc với chúng.
3) Nối đất chống sét :
- Có nhiệm vụ tản dòng điện sét trong đất khi có sét đánh vào cột thu
sét, trên đường dây, trạm biến áp. Để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên bộ phận
nối đất không qúa lớn. Do đó hạ

n chế được phóng điện ngược tới công trình cần
bảo vệ. Ở các nhà máy điện và trạm biến áp nguyên tắc là phải tách rời các hệ
thống nối đất trên. Nhưng trong thực tế ta có thể dùng chung một hệ thống nối
đất cho các nhiệm vụ tuỳ thuộc vào điện áp định mức và khả năng cách điện
của từng thiết bị. Tuy nhiên hệ thống nố
i đất chung phải đảm bảo yêu cầu khi có
ngắn mạch thì dòng chạm đất phải dủ lớn. Do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải
nhỏ.
4) Trị số cho phép của điện trở nối đất :
- Đối với các trang thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất
( dòng điện chạm đất lớn ) thì tr
ị số điện trở nối đất cho phép là : R
nđ
≤ 0,5 Ω .
Áp dụng với các thiết bị có điện áp cao hơn 1000 V.
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
53
- Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách ly ( dòng ngắn mạch chạm
đất bé ) thì trị số điện trở cho phép được xác định theo công thức.
- Nếu nối đất đồng thời sử dụng cả các thiết bị có điện áp cao hơn 1000
V và dưới 1000 V. Tuy nhiên nếu R
nđ
≤ 10 Ω thì R
nđ
=
)(
125
Ω

I

- Để giảm chi phí cho thi công hệ thống nối đất có thể sử dụng các loại
nối đất tự nhiên.
Khi dùng nối đất tự nhiên phải thoả mãn yêu cầu của thiết bị có dòng
ngắn mạch trạm đất bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo.
- Đối với các thiết bị có dòng chạm đất lớn thì phải có nối đất nhân tạo.
Yêu cầu R
nđnt
≤ 1 Ω . Vậy hệ thống nối đất của trạm phải đảm bảo yêu cầu sau :
R
nđ
= R
nt
// R
tn
≤ 0,5 Ω
R
nđ
≤ 1 Ω
5) Trị số điện trở suất của đất :
- Bộ phận nối đất nào cũng phải có các điện cực cọc bằng sắt đóng
thẳng đứng hay các thanh dài nằm ngang trôn trong đất và nối các thiết bị mà ta
cần nối đất. Các cọc này có liên hệ với nhau về mặt dẫn điện và cùng với đất tạo
nên một đ
iện trở của bộ phận nối đất. Trị số của điện trở nối đất phụ thuộc vào
điện trở lớp đất ở mặt tiếp xúc với bộ phận nối đất khi có dòng điện đi qua.
Nghĩa là phụ thuộc vào điện trở suất của đất (  ), ngoài ra còn phụ thuộc vào
kích thước, hình dáng và cách bố trí bộ phận nối
đất.

Đất là một môi trường phức tạp, không đồng nhất về kết cấu cũng như
thành phần. Do đó điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành
phần của đất, nhiệt độ, độ ẩm . . . Do khí hậu các mùa trong năm thay đổi nên
nhiệt độ, độ ẩm của đất luôn thay đổi. Vì vậy khi thiết kế hệ thống n
ối đất chọn
trị số tính toán điện trở suất của đất cần chú ý đến trị số lớn nhất của nó có thể
trong các mùa được xác định theo :
 = 
đo
. K
Trong đó :
K : hệ số mùa của đất

đo
: điện trở suất đo được của đất
II) Các số liệu dùng để tính toán nối đất :
- Điện trở suất :  = 0,95.10
4
(Ω/cm)
- Điện trở nối đất cột đường dây : R
c
= 10 Ω
- Dây thu sét :
+ Đường dây 220 kV sử dụng loại dây thép C 95 có
d = 12,6 (mm) , điện trở R
0
= 1,88 (Ω/Km)
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội

54
+ Đường dây 110 kV sử dụng loại dây thép C70 có
d = 10,8 (mm), điện trở R
0
= 2,38 (Ω/Km)
- Chiều dài khoảng vượt đường dây :
+ Đường dây 220 KV có L
kv
= 300 (m)
+ Đường dây 110 KV có L
kv
= 200 (m)
- Dạng sóng tính toán của dòng điện sét là dạng xiên góc :
I
S
= a.t khi t < 
đs

I
S
= 
đs
.a khi t ≥ 
đs

Trong đó :
a : độ dốc dòng điện sét : a = 30 (KA / s
I : biên độ dòng điện sét : I = 150 KA
 : thời gian đầu sóng :  =
s

a
I
S
μ
5
30
150
==

1) Tính nối đất an toàn :
- Điện trở nối đất an toàn yêu cầu : R ≤ 0,5 Ω
- Điện trở nối đất gồm :
+ Điện trở nối đất tự nhiên : R
tn

+ Điện trở nối đất nhân tạo : R
nt

- Đối với trạm biến áp 110 / 220 KV thiết bị có điểm trung tính trực tiếp
nối đất yêu cầu :
R
nđ
= R
nt
// R
tn
≤ 0,5 Ω
R
nđ
≤ 1Ω  R

nđ
≤
5,0
5,0.
+
≤
tn
tn
nd
R
R
R

2) Điện trở nối đất tự nhiên :
R
tn
=
Trong đó :
R
c
: điện trở nối đất của cột : R
c
= 10 Ω
R
cs
: điện trở dây chống sét trong khoảng vượt

N
LR
R

kv
cs
.
0
=
R
cs
=
N : số dây chống sét trong một lộ : N = 1
n : số lộ đường dây có treo dây chông sét
a. Đối với các lộ đường dây chống sét 220 KV :
Field Code Changed
Field Code Changed
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao
áp
ĐHBK - Hà Nội
55
R
CS
= R
0
. L
KV
= 1,88 . 0,3 = 0,564 (Ω)
)(7032,0
4
1
564,0
10
2

1
10
.
3
1
Ω=
++
=
nt
R R
nt
=
b. Đối với các lộ đường dây chống sét 110 KV :
R
CS
= R
0
.L
KV
= 2,38.0,2 = 0,476 Ω
R
nt
=
)(4895,0
4
1
476,0
10
2
1

10
.
4
1
Ω=
++
=
nt
R

→ R
tn
( 220) // R
tn
(110) = )(2886,0
4895,07032,0
4895,0.7032,0
Ω=
+

Qua kết quả tính toán ta thấy điện trở nối đất tự nhiên của phía 220 KV và
110 KV đều đạt yêu cầu, không cần bổ xung điện trở nối đất nhân tạo. Tuy
nhiên nối đất tự nhiên có thể xảy ra biến động, vì vậy ta vẫn cần phải nối đất
nhân tạo với R
nt
≤ 1 Ω
3) Nối đất nhân tạo :
- Hệ thống nối đất nhân tạo được nối chung cho trung tính của lưới điện
trạm 110 / 220 KV. Để nối đất nhân tạo ta sử dụng mạch vòng.
Ta quy đổi kích thước của trạm về kích thước tương đương.

Gọi S là diện tích thực của trạm
Ta có
l
1
= 186 (m)
l
2
= 146 (m)


- Chu vi mạch vòng :
P = 2 ( 186 + 146 ) = 664 (m)
Tỷ số l
1
/ l
2
= 186 / 146 = 1,274; K = f ( l
1
/ l
2
) cho ở bảng sau :
186m
146m
Field Code Changed