ĐÁP ÁN VÀ ĐỀ THI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP (ĐỀ 3)

1

LỜI GIẢI ĐỀ THI
MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Số thứ tự N = 21

2

Câu 1:Sơ đồ mạch:

Sóng điện áp dạng xiên góc : U = 100 kV , độ dốc a = 200 + 21 = 221
Z
AB
= Z
BC
= 400 + 21 = 421


Z
C
= 1000 + 10.21= 1210


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 = 100/221 = 0,45249 (
s

)
Chọn thời điểm sóng tới B làm gốc thời gian tính U
C
sau 4
s


3

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

221. ( ) 0,45249

'
100 ( ) 0,45249
AB
t kV neu t s
U
kV neu t s










 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 = 421/2 = 210,5


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

Z
U
Z
Z


U
BC
= U
csv
-
'
Cb
U

4

U
csv
+ I.Z
dt1
= 2.U
dt1
= 145.I
0,03
+ I.210,5
Dòng qua CSV được tính lặp theo thuật toán :
I =
100/3
1

(2 210,5
145
dt
UI




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


+ Nút C : Dùng qui tắc sóng đẳng trị :

2Uđt2 = 2U’BC.
Z
dt2
= Z
BC

= 421


U
C
= 2.U
dt2
. Z
C
/(Z
dt2
+ Z
C
) = 2.U
dt2
.1210 / (1210 + 421 )
=(0,742).2.U
dt2

'
Cb C BC
U U U

5

Ta lập được bảng tính lặp kết quả điện áp các nút như bảng sau:
t
U'AB
U'CB
2Udt1

Icsv
Ucsv
UBC
U'BC
2Udt2
Uc
UCB
0
0




0




0,08
17,68
0
17,68
3,728E-21
35,36
35,36
0
0
0
0
0,16

35,36
0
35,36
4,030E-11
70,71754
70,71754
35,36
70,72
52,46548
17,10548
0,24
53,04
17,10548
70,14548
4,000E-02
131,6527
114,5472
70,71754
141,4351
104,9273
34,20977
0,32
70,72
34,20977
104,9298
3,306E-01
140,2643
106,0545
114,5472
229,0945

169,9597
55,41248
0,4
88,4
55,41248
143,8125
6,854E-01
143,3658
87,95332
106,0545
212,109
157,3586
51,30411
6

0,48
100
51,30411
157,3841
8,108E-01
144,0905
92,78641
87,95332
175,9066
130,5009
42,54762
0,56
100
42,54762
166,3076

8,935E-01
144,511
101,9634
92,78641
185,5728
137,672
44,88564
0,64
100
44,88564
186,3256
1,080E+00
145,3336
100,4479
101,9634
203,9267
151,2884
49,32501
0,72
100
49,32501
208,445
1,282E+00
146,0855
96,76052
100,4479
200,8958
149,0398
48,59191
0,8

100
48,59191
225,3919
1,445E+00
146,6105
98,01855
96,76052
193,521
143,5686
46,80812
0,88
100
46,80812
241,2881
1,632E+00
147,1464
100,3383
98,01855
196,0371
145,4352
47,4167
7

Câu 2 :
Hệ thống nối đất gồm một điện cực thanh nằm ngang bằng sắt:
Đường kính d = 20mm,dài l = 40 + 21 = 61. điện trở suất của đất

=50 + 5.21= 155 (
m
).cách mặt đất h= 0,8m.dòng điện sét có biên độ

I= 25+5*21=130(kA). độ dốc a=20+5*21=125 (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
155 2.61
ln
0,02
2
(0,8 ).0,02
2



= 321,625


Với dòng điện sét có biên độ I = 130 (kA) độ dốc a = 125 (kA/
s

).Tra
bảng ta được hệ số xung kích của điện cực


1,17.
 ta tính được tổng trở xung kích đầu vào:
R
xk
=

.R
t
= 1,17 . 321,625= 376,313

.

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 việc 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
8

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
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
9

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





Xác xuất phóng điện trên cả hai pha :

pd

= e
( -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.
10

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* 21 = 23,7 (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 :

Ta có khoảng cách giữa các dây dẫn được mô tả trên hình vẽ sau :
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= 11,85 (mm)
12

h
1
= 27,05 m ,h
2
= h
3
= 20,05 m
d
12
= d
21
= 7,28m ,d
13
= d
31

= 13,04m
d
23
=d
32
= 13m
b
12
= b
21
= 47,1424 m,b
13
= b
31
= 48,3674m
b
32
= b
23
= 42,1546 m
Từ đó ta tính được :
Z
11
= 505,008 ,Z
22
= Z
33
= 487,061
Z
21

= Z
12
= 111,957 ,Z
31
= Z
13
= 78,56
Z
23
= Z
32
= 70,5044
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
= 1000/505,008 = 1,98017 kA
 U
2
= I
1.
Z
21
= 1,98017.105,53 = 221,693 kV
 U
3
= I
1

.Z
31
= 1,98017.72,49 = 155,562 kV