ĐÁP ÁN VÀ ĐỀ THI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP (ĐỀ 2)

1

LỜI GIẢI ĐỀ THI
MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Số thứ tự N = 16

2

Câu 1:Sơ đồ mạch:

Sóng điện áp dạng xiên góc : U = 100 kV , độ dốc a = 200 + 16 = 216
Z
AB
= Z
BC
= 400 + N=400+16 = 416


Z
C
= 1000 + 10.16 = 1160


Đặc tính chống sét van : U = 145.I
0,03

L
BC
= 24m
Ta có sơ đồ sóng lan truyền như hình vẽ :

Ta có
ds

= U/a = 100/216 = 0,462963 (
s

)
Chọn thời điểm sóng tới B làm gốc thời gian tính U
C
sau 4
s


Thời gian truyền sóng từ B -> C
T
BC
=
)(08,0
300
24
s
v
l
BC



216. ( ) 0,462963
'
100 ( ) 0,462963

AB
t kV neu t s
U
kV neu t s









3


 Chọn
t
= 0,08
s


 lập phương trình điện áp các nút :
+ Nút B : Dùng qui tắc sóng đẳng trị


Z
dt1
= (Z
AB

.Z
BC
)/( Z
AB
+ Z
BC
) = Z
AB
/2 = Z
BC
/2 = 416/2 = 208


2U
dt1
=
''''
1
.
.2
.
.2
CBABCb
BC
dt
AB
AB
dt
UUU
Z

Z
U
Z
Z


U
BC
= U
csv
-
'
Cb
U

U
csv
+ I.Z
dt1
= 2.U
dt1
= 145.I
0,03
+ I.208
Dòng qua CSV được tính lặp theo thuật toán :
I =
100/3
(2 208
145
dt

UI




U
csv
= 145.I
0,03
.
U
BC
= U
csv
-
'
Cb
U


+ Nút C : Dùng qui tắc sóng đẳng trị :
4




2Uđt2 = 2U’BC.
Z
dt2
= Z

BC
= 416


U
C
=2.U
dt2
. Z
C
/(Z
dt2
+ Z
C
)=2.U
dt2
.1160 /(1160 + 416 )=(0,736041).2.U
dt2

'
Cb C BC
U U U

Ta lập được bảng tính lặp kết quả điện áp các nút như bảng sau:
5

t
U'
AB

U'
CB

2U
dt1

Icsv
Ucsv
U
BC

U'
BC

2U
dt2

U
C

U
CB

0
0




0,0000

0,08
17,28
0,0000
17,2800
1,739E-21
34,5603
34,5603
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,16
34,56
0,0000
34,5600
1,882E-11
69,1205
69,1205
34,5603
69,1205
50,8755
16,3152
0,24
51,84
16,3152
68,1552

2,870E-02
130,3480
114,0328
69,1205
138,2409
101,7509
32,6305
0,32
69,12
32,6305
101,7505
3,061E-01
139,9400
107,3095
114,0328
228,0656
167,8655
53,8327
0,4
100
53,8327
153,8327
7,867E-01
143,9603
90,1276
107,3095
214,6190
157,9683
50,6588
0,48

100
50,6588
150,6588
7,577E-01
143,7980
93,1392
90,1276
180,2552
132,6751
42,5475
0,56
100
42,5475
142,5475
6,815E-01
143,3417
100,7942
93,1392
186,2785
137,1085
43,9693
0,64
100
43,9693
143,9693
6,920E-01
143,4072
99,4379
100,7942
201,5883

148,3772
47,5830
0,72
100
47,5830
147,5830
7,285E-01
143,6287
96,0457
99,4379
198,8757
146,3806
46,9428
0,8
100
46,9428
146,9428
7,225E-01
143,5931
96,6504
96,0457
192,0913
141,3870
45,3414
6

0,88
100
45,3414
145,3414

7,076E-01
143,5031
98,1617
96,6504
193,3008
142,2772
45,6268

7

Câu 2 :
Hệ thống nối đất gồm một điện cực thanh nằm ngang bằng sắt:
Đường kính d = 20mm,dài l = 40 + N=40+16 = 56. điện trở suất của đất

=50 + 5.16= 130 (
m
).cách mặt đất h= 0,8m.dòng điện sét có biên độ
I= 25+5*N=25+5*16=105(kA). độ dốc a=20+5*N=20+5*16=100
(kA/
s

)
Điện trở nối đất an toàn được tính theo công thức:
R
t
=
d
d
h
l

).
2
(
2
ln
2
2



=
2
130 2.56
ln
0,02
2
(0,8 ).0,02
2


= 266,2195


Với dòng điện sét có biên độ I = 105 (kA) độ dốc a = 100 (kA/
s

).Tra
bảng ta được hệ số xung kích của điện cực



1,18.
 ta tính được tổng trở xung kích đầu vào:
R
xk
=

.R
t
= 1,18 . 266,2195 = 372,7073

.

Câu 3:
1,Đường dây tải điện trên không điện áp 110Kv trở nên bắt buộc phải
treo dây chống sét toàn tuyến :
* Đường dây 110KV trở lên để giảm nhẹ chi phí cắt điện người ta thường
nối đất trực tiếp điểm trung tính ( Cách điện chỉ cần thiết kế với điện áp
pha ) tuy nhiên khi ngắn mạch chạm đất thì mạng không làm viêch được
,bảo vệ rơle số tác động cắt mạng điện sự cố -> gây mất điện. Đường dây
trên không là phần tử tiếp xúc nhiều với khí quyển phân bố rộng trong
không gian,qua nhiều vùng khí hậu và là phần tử chịu nhièu quá điện áp
khí quyển -> là một trong số các nguyên nhân gây ngừng cung cấp điện
và hậu quả của nó ảnh hưởng rộng do các đường dây 110kV thường là
các đường dây truyền tải hoặc liên lạc hệ thống quan trọng.
+ Xét đường dây 110kV có các thông số :
Độ cao treo dây h = 10m ,số ngày giông sét n
ngs
= 100ngày/năm
8

Cách điện gồm 7 bát sứ,chiều dài chuỗi sứ l
cs
= 1,2m. Điện áp
phóng điện là
cd
U
%50
= 650kV
Ta có : E
lv
=U
lv
/l
cs
= 110/(
3
.1,2) = 53,2 kV/m
Ta xác định được xác xuất duy trì hồ quang
55,0


Dòng sét nguy hiểm I
sngh
=
kA
U
cd
5,6
100
650

100
%50


 xác xuất phóng điện do sét đánh:
N
c
= (0,06

0,09) .100.10.0,78.0,55 = 26,4

39,6
lần/100kmxnăm
Ta thấy xuất cắt điện rất cao gây thiệt hại lớn về mặt kinh tế
- dự trữ cách điện của đường dây cao áp là thấp,các thiết bị cao áp
thường có giá trị lớn và có vai trò quan trọng  cần hạn chế thấp
nhất thiệt hại do vậy các đường dây U

110kV phải treo dây
chống sét toàn tuyến.
* Đường dây 35kV không treo dây toàn tuyến nhưng có treo dây
chống sét đoạn gần trạm.
Mạng 35kV có trung tính cách điện  do đó chạm đất 1 pha có
phóng điện chuỗi sứ chưa gây nguy hại gì tới sự ổn định của
mạng,mạng điện có U

35kV cps thể làm việc khi có chạm đất một
pha,bảo vệ rơle không tác động nhảy máy cắt,mà chỉ báo tín hiệu
chạm đất.Mạng 35kV chỉ cắt điện khi có sự cố 2 hoặc 3 pha  suất
cắt của đường dây 35kV rất nhỏ so với các đường dây


110kV
VD: xét đường dây 35kV có các thông số :
Cột sắt cao h = 10 m. điện trở nối đất R = 10


Cách điện
cd
U
%50
= 350kV
Hệ số ngâu hợp giữa 2 pha: k=0,3.
số ngày sét n
ngs
= 100ng/năm.
Dòng sét nguy hiểm
kA
k
U
a
10
)03.1(100
350.2
)1(100
%50





9

Xác xuất phóng điện trên cả hai pha :

pd

= exp ( -10/26,2) = 0,681
Xác xuất duy trì hồ quang tra được với cột cao 10m,n
ngs
= 100 
1,0


 suất cắt :
N
c
= (0,06

0,09) .100.10.0,681.0,1 = 4,6

6,129 lần/100kmxnăm
Ta thấy N
c
rất nhỏ và nếu giảm R nối đất thì N
c
không đáng kể.
- đường dây 35kV có mức dự trữ cách điện cao do vậy đường dây
35kV không treo dây chống sét toàn tuyến tuy nhiên thường treo
dây trên đoạn cỡ 1-2km gần trạm do:
+ các thiết bị trong trạm có mức cách điện rất thấp so với cách

điện đường dây,do là các thiết bị quan trọng và tốn kém,do đó
phải hạn chế quá điện áp truyền vào trạm bằng cách treo dây
chống sét đoạn gần trạm.Nếu có sét đánh xa hơn thì sóng quá điện
áp truyền vàp trạm không còn nguy hiểm do có đặt CSV ở đàu
đương dây gần trạm và do vầng quang điện là cho độ sóng QĐA
là không nguy hại cho các thiết bị của trạm.
2,Tính dòng và áp qua các dây dẫn khi sét đánh vòng qua dây
chống sét vào dây dẫn pha A trên cùng của đường dây 220kV (
giả thiết đường dây được cắt khỏi lưới)
+ Đường kính dây dẫn:d=21,6 +0,1*N=21,6+0,1.16= 23,2
(mm).
+ Đường kính dây chống sét : d= 11 (mm).
+ Chiều cao chuỗi cách điện : h = 2,35m
+ Dòng điện xét có biên độ : 10 kA .

Hình vẽ bài toán :
10


Ta có khoảng cách giữa các dây dẫn được mô tả trên hình vẽ sau :


trong đó khoảng cách giữa các dây dẫn tính rất đơn giản nên
không trình bày cách tính.
11

- Từ đó ta tính được các giá trị tổng trở sóng riêng và tổng trở sóng
hỗ cảm tính theo công thức sau:
Z
kk

= 138 lg(2h
k
/r
k
)
Z
kp
= 138lg(b
pk
/d
pk
)
Trong đó : h
k
,r
k
: độ treo cao và bán kính dây dẫn thứ k
d
pk
: khoảng cách giữa dây dẫn thứ p và k
b
pk
: khoảng cách giữa dây dẫn p và ảnh của dây dẫn
k.
Từ hình vẽ ta tính được :
r
1
= r
2
= r

3
= d/2= 11,6 (mm)
h
1
= 25,05 m ,h
2
= h
3
= 18,05 m
d
12
= d
21
= 7,28m ,d
13
= d
31
= 13,04m
d
23
=d
32
= 13m
b
12
= b
21
= 43,14638 m,b
13
= b

31
= 44,14638 m
b
32
= b
23
= 38,36939 m
Từ đó ta tính được :
Z
11
= 501,6824 ,Z
22
= Z
33
= 482,0408
Z
21
= Z
12
= 106,6482 ,Z
31
= Z
13
= 73,54055
Z
23
= Z
32
= 64,86573
Áp dụng hệ phương trình mắc xoen ta có hệ phương trình điện áp của hệ

thống dây dẫn như sau:
1 1 11 2 12 3 13
2 1 21 2 22 3 23
3 1 31 2 32 3 33
U = I .Z + I .Z + I .Z
U = I .Z + I .Z + I .Z
U = I .Z + I .Z + I .Z






Dây dẫn 1 bị sét đánh nên coi như dây 1 được nối với nguồn
U
1
= I
s
/4.Z
0
=(10/4).400 = 1000kV
Các dây dẫn khác có dòng bằng 0.
U
1
= I
1
.Z
11
 I
1

= U
1
/Z
11
= 1000/501,6824 = 1,993293 kA
12

 U
2
= I
1.
Z
21
= 1,993293.106,6482= 212,5811 kV
 U
3
= I
1
.Z
31
= 1,993293.73,54055 = 146,5879 kV