BẢO vệ CHỐNG QUÁ điện áp KHÍ QUYỂN CHO TRẠM BIẾN áp 220110 kv và ĐƯỜNG dây tải điện TRÊN KHÔNG 220 kv
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (558.32 KB, 47 trang )
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Chơng III
TíNH TOáN CHỉ TIÊU CHốNG SéT CHO ĐƯờNG DÂY
220kV
Đờng dây là phân tử dài nhất trên hệ thống điện nên thờng bị sét đánh gây nên
quá điện áp. Quá trình này có thể dẫn tới cắt máy cắt đờng dây làm ảnh hởng tới cung
cấp điện và an toàn của các thiết bị trong trạm. Vì thế đờng dây cần đợc bảo vệ chống
sét với mức an toàn cao.
Trị số của quá điện áp khí quyển là rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của
đờng dây đáp ứng đợc hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp mà chỉ có thể chọn theo
mức hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật. Do đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đờng
dây không phải là an toàn tuyệt đối mà chỉ cần ở mức độ giới hạn hợp lý.
Trong phần này ta sẽ tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây, trên cơ sở
đó xác định đợc các phơng hớng và biện pháp để giảm số lần cắt điện của đờng dây
cần bảo vệ.
3.1. Các yêu cầu kỹ thuật:
Việc đa ra chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây là một vấn đề phức tạp. Nó phụ
thuộc vào nhiều yếu tố nh kết cấu, yêu cầu cung cấp điện... vì vậy khó có thể đa ra
một chỉ tiêu chung. Do đó trong tính toán hiện nay của bảo vệ chống sét tính với thời
gian một năm hoặc một trăm giờ sét cho chiều dài 100km đờng dây có thể so sánh với
các chỉ tiêu chống sét của các đờng dây điển hình. Các đờng dây này qua kinh nghiệm
thiết kế và vận hành đã đợc xác nhận mức độ bảo vệ chống sét là hợp lý. Nếu so sánh
chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đờng dây thiết kế kém hơn nhiều so với các đờng dây
điển hình thì cần có biện pháp tăng cờng bảo vệ chống sét nh đặt thêm dây chống sét,
giảm góc bảo vệ, giảm điện trở nối đất....
3.2 . Lý thuyết tính toán:
3.2.1. Cờng độ hoạt động của sét
a. Số ngày sét
Cờng độ hoạt động của sét đợc biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm
(nng.s). Các số liệu này đợc xác định theo số liệu quan trắc ở các đài trạm khí tợng
phân bố trên lãnh thổ từng nớc. Theo số liệu thống kê của nhiều nớc ta có :
- Số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo : 100 ữ 150 ngày.
- Số ngày sét hàng năm ở vùng nhiệt đới : 75 ữ 100 ngày.
- Số ngày sét hàng năm ở vùng ôn đới
: 30 ữ 50 ngày.
b. Mật độ sét
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
48
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Để tính toán số lần có phóng điện xuống đất cần biết về số lần có sét đánh trên
diện tích 1km2 mặt đất ứng với một ngày sét, nó có trị số khoảng m s = 0,1 ữ 0,15
lần/km2.ngày sét. Từ đó sẽ tính đợc số lần sét đánh vào các công trình hoặc lên đờng
dây tải điện. Kết quả tính toán này cho một giá trị trung bình.
3.2.2. Sô lần sét đánh vào đờng dây.
Coi mật độ sét là đều trên toàn bộ diện tích vùng có đờng dây đi qua, có thể
tính số lần sét đánh trực tiếp vào đờng dây trong một năm là:
N = ms.nng.s.L.h.10-3(lần)
(3 - 1)
Trong đó :
ms: mật độ sét vùng có đờng dây đi qua
nng.s: số ngày sét trong một năm.
h : chiều cao trung bình của các dây dẫn (m).
L : chiều dài của đờng dây (km).
Lấy L = 100km ta sẽ có số lần sét đánh vào 100km dọc chiều dài đờng dây
trong một năm.
N = (0,1 ữ 0,15).nng.s.6.h.100.10-3 = (0,06 ữ 0,09).nng.s.h
(3 - 2)
Tuỳ theo vị trí sét đánh quá điện áp xuất hiện trên cách điện đờng dây có trị số
khác nhau. Ngời ta phân biệt số lần sét đánh trực tiếp vào đờng dây có dây chống sét
thành ba khả năng.
- Sét đánh vào đỉnh cột : N dc N
(3 - 3 )
2
-
Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn :
N dd = N.
(3 - 4 )
Trong đó :
N : tổng số lần sét đánh vào đờng dây.
: là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn,
nó phụ thuộc vào góc bảo vệ và đợc xác định theo công thức sau:
lg =
hc
90
4
(3 -5)
Trong đó ;
hc : là chiều cao của cột(m).
: là góc bảo vệ (độ).
- Sét đánh vào điểm giữa khoảng vợt:
N kv = N N dc N dd
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
49
N
2
(3 - 6)
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
3.2.3. Số lần phóng điện do sét đánh vào đờng dây
Khi bị sét đánh, quá điện áp tác dụng vào cách điện của đờng dây ( sứ và khoảng
cách không khí giữa dây dẫn và dây chống sét ) có thể gây ra phóng điện. Khả năng
phóng điện đợc đặc trng bởi xác suất phóng điện Vpđ. Nh thế ứng với số lần sét đánh
Ni số lần phóng điện :
Npđi = Ni. Vpđ
(3 - 7)
Xác suất phóng điện Vpđ phụ thuộc trị số của quá điện áp và đặc tính cách điện
(V S ) của đờng dây.
d .d
pd = P { U cd U pd
}
(3 - 8)
3.2.4. Số lần cắt điện do sét đánh vào đờng dây
Khi có phóng điện trên cách điện của đờng dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có
xuất hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện. Xác suất hình thành hồ
quang phụ thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đờng dây và độ dài
cách điện của đờng dây. Có thể xác định theo bảng sau.
Bảng 3 - 2 : Bảng xác suất hình hình thành hồ quang = f ( Elv )
Elv =
U lv
Lcs
(kV/m)
50
30
20
10
0,6
0,45
0,25
0,1
Ulv : điện áp pha làm việc.
Lcs : chiều dài chuỗi sứ
Đối với đờng dây dùng cột gỗ tính theo công thức
= (1,5.Etb 4).10 2
(3 -9)
Etb : cờng độ trờng trung bình trên tổng chiều dài cách điện ( kV/m).
Cuối cùng có thể tính số lần cắt của đờng dây tơng ứng với số lần sét đánh Ni:
n cdi = N pdi . = N i . pd .
(3 -10)
Số lần cắt điện tổng cộng của đờng dây
n cd = n cdi
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
50
(3 -11)
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
3.2.5. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng.
Số lần phóng điện do sét đánh gần đờng dây cảm ứng gây phóng điện trên cách
điện đờng dây.
Npđc =
50%
(15,6 ữ 23, 4).ns .h U260
.e
U 50%
(3 -12 )
Trong đó :
ns : số ngày sét trong một năm.
h : độ treo cao trung bình của dây dẫn.
U50% : điện áp phóng điện 50% của chuỗi sứ.
Nh vậy số lần đờng dây bị cắt điện do quá điện áp cảm ứng
ncđ c = Npđ c .
(3 -13 )
Đờng dây 110kV trở lên do mức cách điện cao (U 50% lớn) nên suất cắt do quá
điện áp cảm ứng có trị số bé và trong cách tính toán có thể bỏ qua thành phần này.
3.3. Trình tự tính toán:
3.3.1. Các thông số cho trớc:
-
Đờng dây 220kV, loại cột sắt 02 mạch, 02 dây chống sét, chiều cao cột
-
Dây dẫn là dây nhôm lõi thép AC300/48 có :
33m
Khoảng vợt l =250m, modun đàn hồi E = 8250(daN/mm 2)= 8409(kg/mm2),
ứng suất cho phép cp = 12,87(daN / mm 2 ) = 13,12(kg / mm 2 ) ,hệ số giãn nở nhiệt
= 19, 2.1061/ 0 C , d = 24,1mm,FA = 295mm2,FC = 47,8mm2, trọng lợng riêng P =
P 1,186
= 3, 46.103 (kg / m.mm 2 )
1,186 kG/m.Tải trọng do trọng lợng gây ra g1 = =
F 342,8
Tải trọng do gió gây ra tính với áp lực gió cấp 3 ta có v = 40m / s .
g3 =
PV
V2
, PV = .C X . .FV
F
16
Với ,Cx tra trong bảng gió cấp 3 ta có = 0,7 Cx = 1,1
402
.1.24,1.10 3 = 2, 0244( kg / m)
16
2, 0244
g3 =
= 5,905.10 3 (kg / m.mm2 )
(295 + 47,8)
PV = 0, 7.1,1.
Tải trọng tổng hợp :
gT = g12 + g 32 = 3, 462 + 5,9052 .10 3 = 6,84.103 (kg / m.mm 2 )
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
51
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Nhiệt độ ứng với trạng thái bão: bao = 25 0 C .
Nhiệt độ ứng với trạng thái min: min = 50 C .
Từ đây ta tính đợc lgh :
l gh = cp .
24. .( bao min )
24.19, 2.106.(25 5)
=
12,87.
= 258, 2(m)
g 32 g 12
(5,905.103 ) 2 (3, 46.10 3 ) 2
l = 250m < lgh
Vậy phơng trình trạng thái lấy trạng thái ứng với min làm trạng thái xuất phát
Phơng trình trạng thái có dạng:
3 A 2 B = 0
l 2 .g12 .E
Với A = 0
.E.(bao min )
24. 02
2502.(3, 46.103 ) 2 .8409
19, 2.106.8409.(25 5) = 8,36
2
24.13,12
2
g .E.l 2 (6,84.103 ) 2 .8409.250 2
B= T
=
= 1024,53
24
24
Phơng trình trạng thái :
3 8,36. 2 1024,53
A = 13,12
Giải ra ta đợc: = 13, 766(kg / mm 2 )
Độ võng của dây dẫn:
f =
gT .l 2 6,84.103.2502
=
= 3,9(m)
8.
8.13, 76
Vậy độ võng của dây dẫn là 3,9 m.
- Độ võng của dây chống sét:
Dây chống sét là dây C-70 có các thông số là:
Khoảng vợt l =250m ,môdun đàn hồi E = 20000 (daN/mm2),ứng suất cho
phép cp = 31 (daN/mm2),hệ số giãn nở nhiệt = 12.1061/ 0 C ,đờng kính dây d =
11,5 mm, Fdm = 70 mm2,Ftt = 78,9 mm2,trọng lợng riêng P = 0,631 kG/m.Tải trọng
do trọng lợng gây ra g1 =
P 0,396
=
= 7,95.103 (kg / m.mm 2 )
F
49,8
Tính toán tơng tự nh với dây dẫn ta có độ võng cuả dây chống sét là 3,4 m
Nh vậy độ võng của dây chống sét nhỏ hơn độ võng của dây dẫn và đều thoả mãn
khoảng cách an toàn.
Cách điện là chuỗi sứ dùng loại 4.5 có 13 bát, chiều cao 170mm/1bát, nh vậy
chiều dài chuỗi sứ là: 13 ì170 = 2210 (mm)
Vậy dây đờng dây có:
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
52
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Pha A
Pha B
Pha C
Loại dây
AC 300
AC 300
AC 300
Độ võng
3,9m
3,9m
3,9m
-Kích thớc cột:
A
B
C
Rc
Hình 3-1: Kích thớc cột
3.2.2. Tính toán một số thông số cần thiết:
Góc bảo vệ của dây thu sét:
+
Pha A:
tg A =
+
2, 0
= 0,33
6, 0
=> A = 18, 43o
Pha B:
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
53
Độ treo cao
27 m
21 m
15 m
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
tg B =
+
2
= 0,11
18
=> C = 6,3o
Độ cao treo dây trung bình của dây thu sét và dây dẫn:
+
Dây thu sét:
2
2
f cs = 33 .3, 4 = 30,73 m
3
3
hcstb = hcs
+
Dây dẫn pha A:
hAtb = hA
+
+
2
2
f A = 27 .3,9 = 24,4 m
3
3
Dây dẫn pha B:
hBtb = hB
2
2
f B = 21 .3,9 = 18,4 m
3
3
Dây dẫn pha C:
hCtb = hC
-
=> B = 9, 46o
Pha C:
tg C =
-
2, 0
= 0,17
12
2
2
f C = 15 .3,9 = 12,4 m
3
3
Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn các pha với dây chống sét:
Do có 2 dây chống sét nên khi cha xét ảnh hởng của vầng quang thì hệ số
ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét đợc tính nh sau:
Dtd
dtd
K0 =
2h
ln td
rtd
ln
(3-11)
Trong đó các hệ số trên đợc xác định bằng phép chiếu gơng qua mặt phẳng
đất:
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
54
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
1
d12
2
d31
d32
3
h1
h3
3'
h2
D12
D32
D31
1'
2'
Hình: 3-2
Với:
h1 ; h2:
Độ treo cao của dây chống sét.
rcs:
Bán kính dây chống sét.
d12:
Khoảng cách giữa hai dây chống sét.
d31; d32:
Khoảng cách giữa dây dẫn và hai dây chống sét
D31 ;D32: Khoảng cách giữa dây dẫn và ảnh của hai dây chống sét.
Khi đó: Dtđ=
D13 .D23 ; dtđ=
d13 .d 23 ; 2htđ=
2hcs .D12 ; rtđ=
rcs .d12
Khi có xét đến ảnh hởng của vầng quang thì hệ số ngẫu hợp K đợc tính theo
công thức:
K = K0
Trong đó = 1,3 do có 2 dây chống sét.
+
Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha A:
Trớc tiên cần xác định các thông số:
lA = 3,5 m
h3 = hAtb = 24, 4 m
tb
h1 = h2 = hCS
= 30, 73 m
Khoảng cách giữa dây dẫn pha A và dây chống sét:
dtdA = d13 .d 23 =
(22 + 62 ). (62 + 62 ) = 6,17 m
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
55
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Khoảng cách giữa dây dẫn pha A và ảnh của dây chống sét:
DtdA = D13 .D23 =
(22 + (30, 73 + 24, 4) 2 . (52 + (30, 73 + 24, 4) 2 = 47,15 m
2htd =
2.30, 73. (32 + (2.30, 73) 2 ) = 52, 7 m
rtd = 5,5.103.3 = 0,128m
Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha A:
Dtd
47,15
ln
d td
6,17
KA=
= 1,3
= 0, 44
2 ìhtd
52,7
ln
ln
0,128
rtd
ln
+
Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha B:
Trớc tiên cần xác định các thông số:
lB = 3,5 m
h3 = hBtb = 18, 4 m
tb
h1 = h2 = hCS
= 30, 73 m
Khoảng cách giữa dây dẫn pha B và dây chống sét:
dtdB = d13 .d 23 =
(22 + 12 2 ). (6 2 + 12 2 ) = 10, 68 m
Khoảng cách giữa dây dẫn pha B và ảnh của dây chống sét:
DtdB = D13 .D23 =
(22 + (30, 73 + 18, 4) 2 . (62 + (30, 73 + 18, 4) 2 = 44,16 m
2htd =
2.30, 73. (32 + (2.30, 73) 2 ) = 52, 7 m
rtd = 5,5.103.3 = 0,128m
Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha B:
Dtd
44,16
ln
d td
10, 68
KB=
= 1,3
= 0,3
2 ìhtd
52, 7
ln
ln
0,128
rtd
ln
+
Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha C:
Trớc tiên cần xác định các thông số:
lC = 3,5 m
h3 = hCtb = 12, 4 m
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
56
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
tb
h1 = h2 = hCS
= 30, 73 m
Khoảng cách giữa dây dẫn pha C và dây chống sét:
dtdC = d13 .d 23 =
(22 + 182 ). (62 + 182 ) = 15, 47 m
Khoảng cách giữa dây dẫn pha C và ảnh của dây chống sét:
DtdC = D13 .D23 =
(22 + (30, 73 + 12, 4) 2 . (52 + (30, 73 + 12, 4) 2 = 37,195 m
2htd =
2.30, 73. (32 + (2.30, 73) 2 ) = 52, 7 m
rtd = 5,5.103.3 = 0,128m
Hệ số ngẫu hợp của dây chống sét với dây dẫn pha C:
Dtd
37,195
ln
d td
15, 47
KC=
= 1,3
= 0,19
2 ìhtd
52, 7
ln
ln
0,128
rtd
ln
-
Tổng trở sóng của dây dẫn và dây chống sét:
+
Tổng trở sóng của dây đợc xác định theo công thức:
Z = 60 ln
tb
2hdd
rdd
(3-10)
Trong đó:
tb
: độ cao treo dây trung bình của dây.
hdd
rdd: bán kính của dây.
Tổng trở sóng của dây dẫn pha A:
ZA = 60 ln
2 ì24, 4
= 488, 43
12, 05 ì103
Tổng trở sóng của dây dẫn pha B:
ZB = 60 ln
2 ì18, 4
= 471,81
12, 05 ì103
Tổng trở sóng của dây dẫn pha C:
ZC = 60 ln
2 ì12, 4
= 448, 76
12, 05 ì103
Tổng trở sóng của dây chống sét:
Vì đờng dây treo hai dây chống sét nên
Zcs = 60 ln
htd
rtd
= 60 ln
30, 73
= 319, 63
0,128
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
57
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Trong đó:
htđ =
+
2hcs .D12 ; r =
tđ
2
rcs .d12
Khi có xét tới ảnh hởng của vầng quang (do sét đánh) thì thành phần của
điện dung tăng lên làm cho tổng trở sóng giảm. Vì vậy ta cần phải hiệu chỉnh lại
bằng cách lấy tổng trở sóng Zcs chia cho hệ số hiệu chỉnh .
Với cấp điện áp 110kV và có 2 dây chống sét thì =1,3
Z A 488, 43
=
= 375, 71
1,3
Z
471,81
= B =
= 362,93
1,3
Z
448, 76
= C =
= 345, 2
1,3
Z AVQ =
Z BVQ
Z CVQ
Z CSVQ =
Z CS 319, 63
=
= 245,87
1,3
3). Tính số lần sét đánh thẳng lên đờng dây.
Sét đờng dây dài 100 km trong một năm có số lần sét đánh là:
N = (0, 06 ữ 0, 09) ìhcstb ìnngs
Thay số với:
h cstb = 30, 73 m
nngs = 90 ngày
=>
N = (0, 06 ữ 0, 09) ì30, 73 ì90 = 166 ữ 249 lần/100km/1năm.
Trong thiết kế tính toán ta chọn N = 249 lần/100km/1năm.
4). Tính suất cắt của đờng dây 220 kV do sét đánh vòng qua dây chống sét
vào dây pha.
ndd = N ì ì p ì
Trong đó:
N = 249 lần/100km/1năm
: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
p : Xác suất xảy ra phóng điện trên cách điện đờng dây
:
Xác suất hình thành hồ quang
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
58
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Chúng ta sẽ lần lợt xác định các thông số trên:
-
Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn :
Đợc xác định theo công thức:
hc
lg =
-4
90
Ta có góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây pha A là góc bảo vệ lớn nhất
và dây dẫn pha A cũng nằm cao nhất, cho nên ta giả thiết tất cả sét đánh vòng qua
dây chống sét đều đánh vào pha A:
h
18, 43 33
lg A = A c - 4 =
- 4 = -2,82
=>
-
A
90
= 1,501ì103
90
Xác suất xảy ra phóng điện trên cách điện đờng dây p :
Khi dây dẫn bị sét đánh thì ta có thể xem mạch của khe sét ghép nối tiếp với
tổng trở sóng của dây dẫn có trị số bằng Z dd/2 (dây dẫn ghép song song nhau). Ta có
tổng trở sóng của khe sét Z0 vào khoảng 200 và tổng trở sóng của dây dẫn Zdd vào
khoảng 400 .
Is
2
Zdd
Z
0
Zdd
Hình 3-3: mạch khe sét
Dòng tại điểm sét đánh:
I = Is
Z0
I
200
Is
= s
Z
400 2
200 +
Z 0 + dd
2
2
Dòng chạy trên dây dẫn là:
I dd =
=>
I Is
=
2 4
U dd = I dd ìZ dd =
Is
ìZ dd
4
Phóng điện trên cách điện đờng dây sẽ xảy ra khi:
U dd =
Is
dd
ìZ dd U 50%
4
=> dòng sét nguy hiểm khi sóng sét có biên độ thỏa mãn:
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
59
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
dd
4U 50%
Z dd
I s I sngh =
Nh vậy xác suất xảy ra phóng điện trên cách điện đờng dây là:
p = e
p = e
-
-
Is
26,1
=
e
4ì1140
26,1ì375,71
dd
4U 50%
26,1ìZ dd vq
dd
với U 50%
= 1140 kV
= 0, 628
Xác suất hình thành hồ quang :
Xác suất hình thành hồ quang phụ thuộc vào građiên của điện áp làm việc
dọc theo đờng phóng điện.
= f(
U lv
)
l p
quan hệ này đợc cho trong bảng (3-1):
Bảng 3-1: Bảng xác suất hình thành hồ quang
Elv=
U lv
(kV/m)
l p
(đơn vị tơng đối)
50
30
20
10
0,6
0,45
0,25
0,1
Điện áp pha trong mạng 220 kV là:
220
= 127 kV
3
U
127
Elv = lv =
= 57, 47 kV/m
l p 2, 21
U lv =
=>
0,647
0,6
0,4
0,25
0,1
0
10 20 30
50 57,47
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
60
Elv(kV/m)
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Hình 3-4:Đồ thị xác suất hình thành hồ quang
Sử dụng phơng pháp đồ thị ta có = 0, 647
=> Do vậy suất cắt đờng dây 220 kV do sét đánh vòng qua dây chống sét
(xét trên 100 km đờng dây) là:
ndd = N ì ì p ì = 249 ì1,501ì103 ì0, 628 ì0, 647 = 0,15 lần/100km/năm
5).Tính suất cắt của đờng dây 220 kV do sét đánh vào khoảng vợt:
Hình 3-5:Sét đánh vào khoảng vợt
Khi sét đánh vào dây chống sét ở trong khoảng vợt, ở nơi sét đánh cũng đợc
biểu thị bằng cách ghép nối tiếp tổng trở sóng ZCS/2 với tổng trở sóng Z0 của khe sét.
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
61
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
l/2
Z0
Zcs/2
Zcs/2
Ucs
Hình 3-6: Mạch sét khi đánh vào khoảng vợt
Khi sóng điện áp truyền tới các cột lân cận do điện trở của cột điện rất bé so
với tổng trở sóng của dây chống sét nên sóng sẽ bị phản xạ âm toàn phần. Để đơn
giản ta giả thiết là sét đánh vào chính giữa khoảng vợt, nghĩa là các sóng phản xạ
cũng đồng thời trở về điểm sét đánh. Vì tổng trở Z 0 có giá trị gần bằng tổng trở xung
kích của dây chống sét cho nên không có sóng phản xạ và khúc xạ tiếp và điện áp
tại điểm này đợc xác định gần đúng theo sơ đồ trên.
Giả thiết dòng điện sét có dạng siên góc:
Khi t
ISs= at
Khi st >
ISs=a
Ta tiến hành tính toán với các thông số biến thiên:
Độ dốc đầu sóng a biến thiên từ 10 đến 100 kA/ à s
Độ dài đầu sóng s biến thiên từ 1 đến 10 à s
Điện áp đặt lên chuỗi sứ cách điện khi sét đánh vào khoảng vợt đờng dây là:
di (t )
R I (t )
U c (a, t ) = c s + LcsC s (1 K ) + U LV
2dt
2
Trong đó:
Ucđ(a,t): Điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ
ULV:
Điện áp làm việc của đờng dây
Rc:
Điên trở nối đất
Is:
Dòng điện sét
K:
Hệ số ngẫu hợp dữa dây dẫn và dây thu sét
Với dòng điện sét có dạng:
Is = at
thì
dis (t ) d (at )
=
=a
dt
dt
Vậy:
R at
U c (a, t ) = c + LcsC
2
a
(1 K ) + U LV
2
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
62
(3-12)
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
U c (a, t ) =
a
Rct + LcsC ) (1 K ) + U LV
(
2
(3-13)
Ta nhận thấy nếu hệ số ngẫu hợp K nhỏ thì U cđ(a,t) lớn do đó khi tính ta sẽ
chọn pha C là pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ để tính Ucđ(a,t).
KC = 0,19
Cùng với đó ta có điện trở nối đất cột:
RC = 15
Điện kháng thân cột:
LcsC = L0 ìhC
Trong đó:
L0:
Điện kháng đơn vị của thân cột L0 = 0,6 à H /m
hC:
Chiều cao của thân cột
hC = 33 m
cs
=> LC = L0 hC = 0, 6 ì33 = 19,8 à H
Điện áp ULV là điện áp làm việc trung bình của đờng dây đợc tính:
1
2
U p max sin(t ) d (t ) =
0
2
220 = 114,35 kV
3
Thay vào công thức trên ta đợc:
Với RC = 15 ta đợc:
-
a
( 15t + 19,8 ) (1 0,19) + 114,35
2
= 6, 075at + 8, 019a + 114,35
U c (a, t ) =
Tiến hành tính toán với các thông số biến thiên:
-
Độ dốc đầu sóng a biến thiên từ 10 đến 100 kA/ às
-
Thời gian t biến thiên từ 1 đến 10 às
Ta có bảng U c (a , t ) :
Bảng 3-2: U c (a , t ) khi Rc=15
t( à s )
a
kA/ à s
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
255,3
316,0
376,8
437,5
498,3
559,0
619,8
680,5
741,3
802,0
20
396,2
517,7
639,2
760,7
882,2
1003,7
1125,2
1246,7
1368,2
1489,7
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
63
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
30
537,2
719,4
901,7
1083,9
1266,2
1448,4
1630,7
1812,9
1995,2
2177,4
40
678,1
921,1
1164,1
1407,1
1650,1
1893,1
2136,1
2379,1
2622,1
2865,1
50
819,1
1122,8
1426,6
1730,3
2034,1
2337,8
2641,6
2945,3
3249,1
3552,8
60
960,0
1324,5
1689,0
2053,5
2418,0
2782,5
3147,0
3511,5
3876,0
4240,5
70
1100,9
1526,2
1951,4
2376,7
2801,9
3227,2
3652,4
4077,7
4502,9
4928,2
80
1241,9
1727,9
2213,9
2699,9
3185,9
3671,9
4157,9
4643,9
5129,9
5615,9
90
1382,8
1929,6
2476,3
3023,1
3569,8
4116,6
4663,3
5210,1
5756,8
6303,6
100
1523,8
2131,3
2738,8
3346,3
3953,8
4561,3
5168,8
5776,3
6383,8
6991,3
Với RC = 20 ta đợc:
-
a
( 20t + 19,8 ) (1 0,19) + 114,35
2
= 8,1at + 8, 019a + 114,35
U c (a, t ) =
Tiến hành tính toán với các thông số biến thiên:
-
Độ dốc đầu sóng a biến thiên từ 10 đến 100 kA/ às
-
Thời gian t biến thiên từ 1 đến 10 às
Ta có bảng U c (a , t ) :
Bảng 3-3: U c (a , t ) khi Rc=20
t( à s )
a
kA/ à s
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
275,5
356,5
437,5
518,5
599,5
680,5
761,5
842,5
923,5
1004,5
20
436,7
598,7
760,7
922,7
1084,7
1246,7
1408,7
1570,7
1732,7
1894,7
30
597,9
840,9
1083,9
1326,9
1569,9
1812,9
2055,9
2298,9
2541,9
2784,9
40
759,1
1083,1
1407,1
1731,1
2055,1
2379,1
2703,1
3027,1
3351,1
3675,1
50
920,3
1325,3
1730,3
2135,3
2540,3
2945,3
3350,3
3755,3
4160,3
4565,3
60
1081,5
1567,5
2053,5
2539,5
3025,5
3511,5
3997,5
4483,5
4969,5
5455,5
70
1242,7
1809,7
2376,7
2943,7
3510,7
4077,7
4644,7
5211,7
5778,7
6345,7
80
1403,9
2051,9
2699,9
3347,9
3995,9
4643,9
5291,9
5939,9
6587,9
7235,9
90
1565,1
2294,1
3023,1
3752,1
4481,1
5210,1
5939,1
6668,1
7397,1
8126,1
100
1726,3
2536,3
3346,3
4156,3
4966,3
5776,3
6586,3
7396,3
8206,3
9016,3
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
64
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Với RC = 25 ta đợc:
-
a
( 25t + 19,8) (1 0,19) + 114,35
2
= 10,125at + 8, 019a + 114,35
U c (a, t ) =
Tiến hành tính toán với các thông số biến thiên:
-
Độ dốc đầu sóng a biến thiên từ 10 đến 100 kA/ às
-
Thời gian t biến thiên từ 1 đến 10 às
Ta có bảng U c (a , t ) :
Bảng 3-4: U c (a , t ) khi Rc=25
t( à s )
a
kA/ à s
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
295,8
397,0
498,3
599,5
700,8
802,0
903,3
1004,5
1105,8
1207,0
20
477,2
679,7
882,2
1084,7
1287,2
1489,7
1692,2
1894,7
2097,2
2299,7
30
658,7
962,4
1266,2
1569,9
1873,7
2177,4
2481,2
2784,9
3088,7
3392,4
40
840,1
1245,1
1650,1
2055,1
2460,1
2865,1
3270,1
3675,1
4080,1
4485,1
50
1021,6
1527,8
2034,1
2540,3
3046,6
3552,8
4059,1
4565,3
5071,6
5577,8
60
1203,0
1810,5
2418,0
3025,5
3633,0
4240,5
4848,0
5455,5
6063,0
6670,5
70
1384,4
2093,2
2801,9
3510,7
4219,4
4928,2
5636,9
6345,7
7054,4
7763,2
80
1565,9
2375,9
3185,9
3995,9
4805,9
5615,9
6425,9
7235,9
8045,9
8855,9
90
1747,3
2658,6
3569,8
4481,1
5392,3
6303,6
7214,8
8126,1
9037,3
9948,6
100
1928,8
2941,3
3953,8
4966,3
5978,8
6991,3
8003,8
9016,3
10028,8
11041,3
Đặc tính Vol giây (V-S) của chuỗi sứ cách điện:
Bảng 3-3: Đặc tính Vol giây (V-S) của chuỗi sứ cách điện
t( à s )
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Upđ(kV)
1020
960
900
855
830
810
805
800
797
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
65
10
795
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Từ các bảng thống kê trên ta vẽ đợc đồ thị:
Hình: 3-7: Đồ thị điện áp đặt lên chuỗi sứ khi Rc=15
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
66
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Hình 3-8: Đồ thị điện áp đặt lên chuỗi sứ khi Rc=20
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
67
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Hình 3-9: Đồ thị điện áp đặt lên chuỗi sứ khi Rc=25
Khi điện áp đặt lên chuỗi sứ lớn hơn điện áp phóng điện của chuỗi sứ thì sẽ
có phóng điện, trên miền đồ thị ta xác định đợc các cặp thông số nguy hiểm (ai, ti).
Xác suất phóng điện p là xác suất để cho cặp thông số nguy hiểm của
phóng điện sét (I, a) thuộc miền nguy hiểm:
d p = P [ (a = ai ) ] P [ ( I I i )]
p = P [ (a, I ) MNH ]
Ta đã có:
Vi = P { I I i } = e
Ii
26,1
(3-15)
Trong đó:
Vi là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn một giá trị Ii nào đó.
Nhận xét:
Khi dòng điện sét có biên độ lớn thì xác suất xuất hiện lại nhỏ.
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
68
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Khi mà biên độ dòng điện sét nhỏ, để qúa trình phóng điện xảy ra thì độ dốc
của dòng điện sét lại cần phải rất lớn do đó xác suất này xảy ra cũng thấp.
Từ nhận sét trên ta có đợc kết luận:
Để tính xác suất p ta chỉ cần tính xác suất p trong miền a 100 à s .
Nhng ta không thể xác định đợc hàm phụ thuộc f(i) mà chỉ có các thông số
rời rạc không liên tục do đó cần phải chia miền để tính:
Chia a thành 10 miền từ 10 đến 100 à s :
Khi đó:
ai
ai +1
Vi = Vai1 a ai = e10,9 e 10,9
10
p = VI I ( ai ) Vi
i =1
Khi Rc=15
Bảng 3-4: pd với Rc=15
a
kA / à s
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ti(s)
-
8,14
5,66
4,21
3,3
2,72
2,34
2,21
1,75
1,3
I(kA)
-
162,8
169,8
168,4
165,0
163,2
163,8
176,8
157,5
130,0
-
1,95
1,49
1,58
1,80
1,92
1,88
1,14
2,39
6,87
Va ì10 3
-
95,854
38,298
15,302
6,114
2,443
0,976
0,390
0,156
0,104
p ì10
-
57,25
24,13
10,98
4,70
1,84
0,45
0,37
0,71
Vi 10
3
6
187,36
Ta có xác suất phóng điện là:
10
p = pj = 287,8 ì106
j =1
Nh vậy suất cắt trong trờng hợp điện trở cột RC=15 là:
nkv = N kv p =
= 0, 023
249
.287,8 ì106 ì0, 647
2
lần/100km/năm
Khi Rc=20
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
69
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Bảng 3-5: pd với Rc=20
a
kA / à s
10
ti(s)
-
6,51
I(kA)
-
Vi 10
3
Va ì10
3
p ì10
6
20
30
40
50
60
70
80
90
4,62
3,35
2,74
2,22
1,84
1,65
1,32
1,1
130,2
138,6
134,0
137,0
133,2
128,8
132,0
118,8
110,0
-
6,82
4,94
5,89
5,25
6,08
7,19
6,36
10,55
14,78
-
95,854
38,298
15,302
-
653,33
189,20
90,16
6,114
32,11
2,443
14,84
0,976
7,02
0,390
0,156
2,48
1,64
100
0,104
1,53
Ta có xác suất phóng điện là:
10
p = pj = 992,32 ì106
j =1
Nh vậy suất cắt trong trờng hợp điện trở cột RC=20 là:
nkv = N kv p =
249
.992,32 ì106 ì0, 647
2
=0,08lần/100km/năm
Khi Rc=25
Bảng 3-6: pd với Rc=25
a
kA / à s
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
ti(s)
9,98
5,46
3,82
2,89
2,22
1,96
1,84
1,67
1,42
1,15
I(kA)
99,8
109,2
114,6
115,6
111,0
117,6
128,8
133,6
127,8
115,0
Vi 103
Va ì10
21,85
3
p ì10
6
15,24
12,39
11,92
14,22
239,9
95,854
38,298
15,302
5240,95
1460,70
474,54
182,47
6,114
86,96
11,05
2,443
26,98
7,19
0,976
7,02
Ta có xác suất phóng điện là:
10
p = pj = 7484,39 ì106
j =1
Nh vậy suất cắt trong trờng hợp điện trở cột RC=25 là:
nkv = N kv p =
= 0, 6
249
.7484,39 ì106 ì0, 647
2
lần/100km/năm
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
70
5,98
0,390
2,33
7,47
0,156
1,16
12,20
0,104
1,26
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
6).Tính suất cắt của đờng dây 220 kV do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận
đỉnh cột:
Để đơn giản ta cho rằng sét đánh vào đúng đỉnh cột nh hình vẽ, khi đó phần
lớn dòng điện sét Is bị tản vào trong đất qua bộ phận nối đất của cột điện, phần còn
lại rất nhỏ sẽ đi theo dây chống sét đi vào đất qua bộ phận nối đất của cột lân cận.
Io
Io
Ics
Ics
Ic
Ic
Ic
LKV
230m
LKV
230m
RC
RC
RC
Hình 3-10: Sét đánh đỉnh cột và lân cận đỉnh cột
Khi có quá điện áp khí quyển tác dụng lên cách điện đờng dây, thì có quá
điện áp đặt lên cách điện của đờng dây và điện áp này đợc xác định theo công thức:
U c (a, t ) = ic (a, t ) Rc + Ldd
c
dic
di
+ M dd (t ) s + ucud (a, t ) kucs (a, t ) + ulv
dt
dt
(3-16)
Với các thành phần:
- ic (a, t ) Rc là thành phần điện áp giáng trên bộ phận nối đất cột điện.
- Ldd
c
dic
dt
thành phần điện áp giáng trên điện cảm của phần cột điện tính từ
mặt đất tới điểm treo dây dẫn.
- ucud (a, t ) điện áp cảm ứng gây ra bởi điện trờng của khe phóng điện sét lên
dây dẫn.
h 0,1ahdd (v ìt + hc ) (v ìt + H )(v ìt + h)
ucud (a, t ) = 1 K c ữ
ln
hdd
(1 + ) 2 hc h ìH
Trong đó:
v = c
:
tốc độ tơng đối của phóng điện ngợc của dòng sét, = 0,3
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
71
(3-17)
Đồ án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
vận tốc ánh sáng c=300000 km/s = 300m/ à s
v = 0,3 ì300 = 90 m/ à s
c:
hdd: độ treo cao của dây dẫn
H = hdd + hc
hc:
độ treo cao của dây chống sét.
- M dd (t )
dis
thành phần từ của điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ
dt
cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng dây dẫn - đất, trị số này phụ thuộc vào
thời gian do chiều dài khe phóng điện sét tăng cùng với sự phát triển của phóng điện
ngợc.
dis
=a
dt
vt + H
h
H
M dd = 0, 2hdd ln
ln
+ 1
(1 + ) H 2hdd h
(3-18)
- kucs(a,t) điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện đi trong dây chống sét,
có điên áp là ucs (t ) . Mà k là hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét.
ucs (a, t ) = ic (a, t ) Rc + Lcsc
dic (a, t ) dis (a, t ) cs
+
M (t )
dt
dt
(3-19)
Trong đó:
điện cảm của phần thân cột tính từ mặt đất đến điểm treo dây
Lcsc
chống sét.
M (t ) hỗ cảm của khe phóng điện sét với mạch vòng dây chống sét cs
đất.
vt + 2hc
M cs = 0, 2hc ln
+ 1
(1 + )2hc
(3-20)
- ulv điện áp làm việc của đờng dây, ulv = 114,35 kV
Ta cần tìm trị số của dòng điện ic (a, t ) và
+
dic ( a, t )
trong 2 trờng hợp:
dt
Trớc khi có sóng phản xạ từ cột bên cạnh trở về:
t
2lkv 2 ì250
=
= 1, 67 à s
c
300
Sơ đồ tơng đơng của mạch dẫn dòng điện sét nh ở hình (3-10):
NGUYễN cao tiến lớp HTĐ - khóa 11 trạm hồng cẩm
72
