Đồ án hệ thống điện nguyễn đức anh
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.92 MB, 108 trang )
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành điện
giữ một vai trò rất quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế đất nước. Trong cuộc
sống hiện đại, điện năng rất cần cho cuộc sống sinh hoạt và phục vụ sản xuất.
Nền kinh tế càng phát triển thì nhu cầu điện năng càng tăng lên. Nhiệm vụ đặt ra
cho ngành điện là phải đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đó. Vì vậy việc xây dựng và
mở rộng thêm các nhà máy thủy điện, các trạm biến áp và các đường dây tải điện là
không thể thiếu với mỗi quốc gia. Để đảm bảo cho việc cung cấp điện thường xuyên
và liên tục cho các phụ tải điện ta phải tìm ra các biện pháp, các phương pháp hữu
hiệu để bảo vệ cho các đường dây tải điện và các thiết bị trong trạm…Trong đó,
việc tính toán bảo vệ chống sét cho các nhà máy điện, trạm điện và đường dây tải
điện là một việc làm hết sức cần thiết vì sét là một hiện tượng đặc biệt của thiên
nhiên có thể gây ra nguy hiểm với tính mạng của con người và thiệt hại do sét gây
ra cho ngành điện là rất lớn.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, cùng với những kiến thức chuyên ngành đã được
học, em đã được giao thực hiện Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp với nhiệm
vụ: “Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV Bỉm Sơn”. Đồ án Tốt nghiệp
gồm hai phần:
Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV Bỉm Sơn.
Phần II: Nghiên cứu ảnh hƣởng vị trí đặt chống sét van trong đoạn tới
TBA khi bảo vệ chống sét đánh lan truyền cho TBA.
Trong thời gian thực hiện đồ án, với sự lỗ lực của bản thân và được sự giúp đỡ
tận tình của các thầy cô giáo, đặc biệt là cô giáo TS. Đặng Thu Huyền đến nay em
đã hoàn thành bản đồ án này. Em mong nhận được sự đánh giá, nhận xét của các
thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật điện.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Đức Anh
SVTH: Nguyễn Đức Anh
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
NHẬN XÉT
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
SVTH: Nguyễn Đức Anh
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
NHẬN XÉT
MỤC LỤC
Trang
PHẦN I:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
220KV BỈM SƠN
1
CHƢƠNG I
HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG
ĐIỆN VIỆT NAM
2
1.1. Hiện tượng dông sét
2
1.1.1. Giải thích hiện tượng
2
1.1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam
3
1.2. Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam
6
1.3. Vấn đề chống sét
7
CHƢƠNG II
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TBA 220KV BỈM SƠN
8
2.1. Khái niệm chung
8
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
8
2.3. Lý thuyết để tính phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét
9
2.3.1. Tính toán chiều cao cột thu lôi
9
2.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
9
2.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
11
2.3.3.1. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi
11
2.3.3.2. Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi
12
2.3.4. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
13
2.3.4.1. Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
13
2.3.4.2. Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét
14
2.4. Các phương án bố trí cột thu lôi và dây thu sét
15
2.4.1. Phương án 1: Sử dụng cột thu lôi
16
2.4.1.1. Bố trí các cột thu lôi
16
2.4.1.2. Tính toán cho phương án 1
16
2.4.2. Phương án 2: vừa sử dụng cột thu lôi, vừa sử dụng dây chống sét
21
2.4.2.1. Bố trí các cột thu lôi và dây chống sét
21
2.4.2.2. Tính toán cho phương án 2
22
2.4.3. Phương án 3: sử dụng dây thu sét
27
2.4.3.1. Bố trí dây thu sét
27
2.4.3.2. Tính toán cho phương án 3
28
2.5. Chọn phương án tối ưu
32
SVTH: Nguyễn Đức Anh
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
CHƢƠNG III
TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP
34
3.1. Khái niệm chung
34
3.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất
35
3.2.1. Trị số cho phép của điện trở nối đất
35
3.2.2. Hệ số mùa
35
3.3. Trình tự tính toán
36
3.3.1. Nối đất tự nhiên
36
3.3.2. Nối đất nhân tạo
37
3.3.3. Nối đất chống sét
39
CHƢƠNG IV
BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
53
4.1. Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây
53
4.2. Lý thuyết tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây
53
4.2.1. Góc bảo vệ của dây chống sét
53
4.2.2. Số lần sét đánh vào đường dây
54
4.2.3. Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây
54
4.2.4. Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây
55
4.2.5. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng
55
4.3. Tính toán bảo vệ chống sét cho đường dây 220kV
56
4.3.1. Mô tả kết cấu cột và các thông số cơ bản
56
4.3.1.1. Góc bảo vệ của dây chống sét
57
4.3.1.2. Độ treo cao trung bình của dây dẫn và dây chống sét
57
4.3.1.3. Tổng trở sóng của dây dẫn và dây chống sét
61
4.3.1.4. Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn các pha với dây chống sét
62
4.3.1.5. Nhận xét
65
4.3.2. Tính tổng số lần sét đánh vào đường dây
65
4.3.3. Suất cắt đường dây khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 66
4.3.4. Suất cắt của đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt
67
4.3.5. Suất cắt của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột, lân cận đỉnh cột
74
4.3.6. Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện
88
PHẦN II:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN TRONG
ĐOẠN TỚI TBA KHI BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH LAN TRUYỀN CHO
TBA
89
1. Đặt vấn đề
90
2. Giới thiệu về chương trình EMTP và xây dựng mô hình các phần tử
90
2.1. Giới thiệu về chương trình EMTP
90
2.2. Xây dựng mô hình các phần tử
91
2.2.1. Mô hình cột
91
SVTH: Nguyễn Đức Anh
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
2.2.2. Mô hình đường dây
2.2.3. Mô hình chống sét van
2.2.4. Mô hình nguồn sét
2.2.5. Mô hình nguồn xoay chiều tần số 50Hz
2.2.6. Mô hình máy biến áp
3. Chạy mô phỏng và đánh giá kết quả
4. Kết luận
TÀI LIỆU THAM KHẢO
SVTH: Nguyễn Đức Anh
92
93
94
95
96
96
98
98
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thông số dông sét của một số vùng
Bảng 1.2. Số ngày dông sét trong các tháng ở một số vùng
Bảng 1.3. Tình hình sự cố miền Bắc từ năm 1987-2009
Bảng 2.1. Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phía 110kV phương án 1
Bảng 2.2. Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phía 220kV phương án 1
Bảng 2.3. Phạm vi bảo vệ của các cặp cột Phương án 1
Bảng 2.4. Phạm vi bảo vệ của các cặp cột phía 220kV phương án 2
Bảng 2.5. Phạm vi bảo vệ các cặp cột phương án 3
Bảng 3.1. Trị số trung bình của hệ số mùa k ứng với các loại điện cực
Bảng 3.2. Bảng quan hệ giữa k và l1/l2
4
4
6
17
18
20
22
31
36
39
ds
1
Bảng 3.3. Bảng kết quả chuỗi 2 e Tk
k
Bảng 3.4. Bảng kết quả ηC, ηtMV
ds
Tk
43
45
1
khi nối đất mạch vòng thanh cọc
e
k2
Bảng 3.6. Hệ số sử dụng của thanh khi nối cọc theo dãy
Bảng 3.7. Kết quả tính toán các giá trị Bk
Bảng 4.1. Bảng xác suất hình thành hồ quang η = f (Elv)
Bảng 4.2. Đặc tính V-S của chuỗi sứ π-4,5
Bảng 4.3. Giá trị Ucd (a, t) tác dụng lên chuỗi sứ khi sét đánh vào khoảng vượt
Bảng 4.4. Giá trị Ii = ai.ti khi sét đánh vào khoảng vượt
Bảng 4.5. Giá trị υpd khi sét đánh vào khoảng vượt
Bảng 4.6. Kết quả tính giá trị Ucd khi sét đánh vào đỉnh cột
Bảng 4.7. Giá trị Ii = ai.ti khi sét đánh vào đỉnh cột
Bảng 4.8. Giá trị υpd khi sét đánh vào đỉnh cột
Bảng 3.5. Kết quả chuỗi
SVTH: Nguyễn Đức Anh
47
50
51
55
70
71
72
73
85
86
87
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét
3
Hình 2.1. Phạm vi bảo vệ cho một cột thu lôi
9
Hình 2.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đường sinh gấp khúc)
10
Hình 2.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
11
Hình 2.4. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
12
Hình 2.5. Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 cột (a) và 4 cột (b) thu lôi có độ cao bằng
nhau
13
Hình 2.6. Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
14
Hình 2.7. Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét
14
Hình 2.8. Mặt bằng trạm và sơ đồ bố trí các thiết bị trạm 220kV Bỉm Sơn
15
Hình 2.9. Sơ đồ bố trí các cột thu lôi Phương án 1
16
Hình 2.10. Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét Phương án 1
21
Hình 2.11. Sơ đồ bố trí cột thu sét và dây thu sét phương án 2
22
Hình 2.12. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây thu sét phương án 2
26
Hình 2.13. Sơ đồ bố trí dây thu sét phương án 3
27
Hình 2.14. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét phương án 3
32
Hình 3.1. Sơ đồ nối đất nhân tạo mạch vòng
37
Hình 3.2. Sơ đồ nối đất nhân tạo mạch vòng tương đương
38
Hình 3.3. Đồ thị hệ số hình dáng
39
Hình 3.4. Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất
40
Hình 3.5. Sơ đồ đẳng trị rút gọn
40
Hình 3.6. Đồ thị mối quan hệ giữa tỷ số a/l với ηC, ηtMV
45
Hình 3.7. Hình thức nối đất bổ sung
48
Hình 3.8. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ ηT = f (n)
49
Hình 3.9. Đồ thị xác định nghiệm phương trình tg Xk = -0,039 Xk
51
Hình 4.1. Góc bảo vệ của dây chống sét
53
Hình 4.2. Kết cấu cột 220kV
56
Hình 4.3. Ảnh qua mặt đất của dây dẫn và dây chống sét
62
Hình 4.4. Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
66
Hình 4.5. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ η = f(Elv)
67
Hình 4.6. Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét
68
Hình 4.7. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét
68
Hình 4.8. Đồ thị giá trị Ucd (a, t) khi sét đánh vào khoảng vượt
70
Hình 4.9. Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vượt
72
Hình 4.10. Sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột
74
Hình 4.11. Sơ đồ thay thế mạch khi chưa có sóng phản xạ
76
Hình 4.12. Sơ đồ thay thế mạch khi có sóng phản xạ
77
Hình 4.13. Đồ thị giá trị Ucd (a, t) khi sét đánh vào đỉnh cột
86
SVTH: Nguyễn Đức Anh
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
Hình 4.14. Đường cong nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột
Hình 5.1. Mô hình hệ thống mô phỏng
Hình 5.2. Modul mô phỏng cột điện
Hình 5.3. Mô hình thiết lập dữ liệu đường dây
Hình 5.4. Đặc tính V-A của CSV ZnO
Hình 5.5. Mô hình thiết lập dữ liệu CSV
Hình 5.6. Các tham số của nguồn sét trong EMTP
Hình 5.7. Modul mô phỏng nguồn sét
Hình 5.8. Các tham số nguồn AC
Hình 5.9. Các tham số MBA
Hình 5.10. CSV được đặt ngay sau cột tới trạm
Hình 5.11. CSV được đặt ở thanh góp cao áp của trạm
Hình 5.12. Dòng điện qua chống sét van
SVTH: Nguyễn Đức Anh
87
91
92
92
93
94
94
95
95
96
97
97
98
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DCS
- Dây chống sét
MBA
- Máy biến áp
EMTP
- Chương trình quá độ điện từ (ElectroMagnetic Transients
Programme)
CPDL
- Đường dây phân bố có tham số cố định (Constant parameter
Distributed Line)
IEEE
- Viện Kỹ nghệ Điện và Điện tử ( Institute of Electrical and
Electronics Engineers)
FACTS
- Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible
Alternating Current Transmission System)
SVC
- Tụ bù tĩnh (Static VAR Compensator)
STARTCOM - Bù đồng bộ tĩnh (Static Synchronous Compensator )
TCSC
- (Thyristor controlled series capacitor)
MOV
- Điện trở phi tuyến (Metal Oxyd Varistor)
CIGRE
- Hiệp hội quốc tế các hệ thống điện lớn (Conseil International
des Grands Réseaus Electriques)
O YgYgD
- Tổ đấu dây Y0 /Y0 /∆ biểu tượng tròn
SVTH: Nguyễn Đức Anh
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
PHẦN I:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ
CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
220KV BỈM SƠN
SVTH: Nguyễn Đức Anh
1
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
CHƢƠNG I
HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ
ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm nhà máy điện,
đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó trạm biến áp, đường dây
là các phần tử có số lượng lớn và khá quan trọng. Trong quá trình vận hành các
phần tử này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như: mưa, gió,
bão và đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét. Khi có sự cố sét đánh vào trạm
biến áp hoặc đường dây sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc gián
đoạn cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế.
Để nâng cao mức độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu chi phí thiệt hại và nâng
cao độ an toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho
hệ thống điện.
1.1. Hiện tƣợng dông sét
1.1.1. Giải thích hiện tƣợng
Dông là hiện tượng thời tiết của tự nhiên kèm theo sấm, chớp xảy ra. Cơn dông
được hình thành khi có khối khí nóng ẩm chuyển động thẳng. Cơn dông có thể kéo
dài từ 30 phút đến 12 tiếng và có thể trải rộng từ vài chục đến vài trăm km.
Trong giai đoạn đầu phát triển của cơn dông, khối không khí nóng ẩm chuyển
động thẳng đứng trong đám mây. Sự phân bố điện tích trong mây dông khá phức
tạp. Khảo sát thực nghiệm cho thấy, thông thường mây dông có kết cấu như sau:
vùng điện tích âm chính nằm ở khu vực độ cao 6 km, vùng điện tích dương ở phần
trên đám mây ở độ cao 8-12km và một khối điện tích dương nhỏ phía dưới chân
mây. Khi các vùng điện tích đủ mạnh sẽ xảy ra phóng điện sét.
Quá trình phóng điện sét có thể là phóng điện giữa các đám mây với nhau hoặc
giữa đám mây với đất, hiện tượng phóng điện từ đám mây mang điện tích âm sang
đám mây mang điện tích dương. Quá trình phóng điện sét mây – mây sẽ dừng khi
hai đám mây trung hòa hết điện tích.
Khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét mây – đất thì các đám mây đều tích
điện âm.
Khi các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường
độ điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là
giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích lớn.
Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo ở lần phóng đầu tiên khoảng 1,5.107
cm/s. Ở các lần phóng điện tiếp theo sẽ thanh hơn có thể đạt tới 20.108 cm/s, trung
bình mỗi đợt sét có khoảng 3 lần phóng điện liên tiếp bởi trong đám mây có thể
hình thành nhiều trung tâm điện tích. Dưới mặt đất do hiệu ứng bề mặt mà tập trung
nhiều điện tích dương. Nếu điện tích ở dưới mặt đất đồng đều (điện trở suất ở mọi
thời điểm đều như nhau) thì tia tiên đạo phát triển theo hướng vuông góc với mặt
đất. Nếu điện trở suất ở các vị trí khác nhau thì điện tích dương tập trung ở nơi có
điện trở suất nhỏ và đây cũng là mục tiêu của tia tiên đạo, đó cũng là tính chọn lọc
của phóng điện sét.
SVTH: Nguyễn Đức Anh
2
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
Tia tiên đạo
Hình thành
khu vực ion
hóa mãnh liệt
Địa điểm phụ
thuộc điện trở suất
Hoàn thành
phóng điện
sét
Dòng của
phóng điện
ngược
Hình 1.1. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét
Tia tiên đạo càng gần mặt đất thì cường độ điện trường càng lớn, quá trình ion
hóa càng mãnh liệt tạo nên nhiều thác điện tử và có thể có dòng điện ngược từ mặt
đất lên với tốc độ 1,5.109 – 1,5.1010 cm/s. Trong giai đoạn này, điện tích của mây sẽ
theo dòng Plasma xuống đất tạo nên dòng ở nơi sét đánh. Như vậy quá trình phóng
điện chuyển từ phóng điện tiên đạo sang phóng điện ngược và dòng điện tích dương
sẽ giảm dần điện thế đám mây tới trị số 0 và lúc này quá trình phóng điện kết thúc.
1.1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam
Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt Nam có một đặc
điểm và mùa dông sét khác nhau:
Ở miền Bắc mùa dông sét tập trung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9, số
ngày dông dao động từ 70110 ngày trong một năm và số lần dông từ 150300 lần,
như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 23 cơn dông. Vùng dông sét nhiều
nhất ở miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250300 lần dông tập trung
trong khoảng 100110 ngày. Tháng nhiều dông sét nhất là các tháng 7, tháng 8.
Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi và
vùng đồng bằng, số trường hợp dông sét cũng lên tới 200 lần, số ngày dông sét lên
đến 100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150200 cơn dông mỗi năm,
tập trung trong khoảng 90100 ngày.
Vùng phía Bắc duyên hải Trung Bộ là khu vực tương đối nhiều dông sét trong
tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng, tháng nhiều
dông sét nhất (tháng 5) quan sát được 1215 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/tháng, Bồng
Sơn 16 ngày/tháng...), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10)
dông sét còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 25 ngày dông sét.
SVTH: Nguyễn Đức Anh
3
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông sét
nhất, thường chỉ có trong tháng 5, số ngày dông sét khoảng 10 ngày/tháng như Tuy
Hoà 10 ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng.
Ở miền Nam, khu vực nhiều dông sét nhất là ở đồng bằng Nam Bộ từ 120140
ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm.
Mùa dông sét ở miền Nam dài hơn mùa dông sét ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến
tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông
sét đều quan sát được trung bình có từ 1520 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều
dông sét nhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh
22 ngày, Hà Tiên 23 ngày.
Ở khu vực Tây Nguyên, mùa dông sét ngắn hơn và số lần dông sét cũng ít hơn,
tháng nhiều dông sét nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở
Bắc Tây Nguyên, 1012 ngày ở Nam Tây Nguyên, KonTum 14 ngày, Đà Lạt 10
ngày, Plêiku 17 ngày.
Bảng 1.1. Thông số dông sét của một số vùng
Số ngày dông Số giờ dông Mật độ sét
Tháng
trung bình
trung bình trung bình nhiều dông
sét nhất
( ngày/năm) ( giờ/năm)
Vùng
Miền núi trung du Bắc Bộ
61,6
219,1
6,33
7
44
95,2
3,55
5; 8
Cao nguyên miền Trung
47,6
126,21
3,31
5; 8
Đồng bằng ven biển Nam Bộ
81,1
215,6
6,47
8
Đồng bằng miền Nam
60,1
89,32
5,17
5; 9
Ven biển miền Trung
Bảng 1.2. Số ngày dông sét trong các tháng ở một số vùng
Tháng
Địa điểm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Cả
năm
PHÍA BẮC
Cao Bằng
0,2 0,6 4,2 5,9 12
17
20
19
10
11 0,5 0,0 94
Bắc Cạn
0,1 0,3 3,0 7,0 12
18
20
21
10
2,8 0,2 0,1 97
Lạng Sơn
0,2 0,4 2,6 6,9 12
14
18
21
10
2,8 0,1 0,0 90
Móng Cái
0,0 0,4 3,9 6,6 14
19
24
24
13
4,2 0,2 0,0 112
Hồng Gai
0,1 0,0 1,7 1,3 10
15
16
20
15
2,2 0,2 0,0 87
Hà Giang
0,1 0,6 5,1 8,4 15
17
22
20 9,2
2,8 0,9 0,0 102
SaPa
0,6 2,6 6,6 12
15
16
18 7,3
3,0 0,9 0,3 97
SVTH: Nguyễn Đức Anh
13
4
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
Lào Cai
0,4 1,8 7,0 10
12
13
17
19 8,1
2,5 0,7 0,0 93
Yên Bái
0,2 0,6 4,1 9,1 15
17
21
20
11
4,2 0,2 0,0 104
Tuyên Quang
0,2 0,0 4,0 9,2 15
17
22
21
11
4,2 0,5 0,0 106
Phú Thọ
0,0 0,6
4,2 9,4
16
17
22
21
11 3,4 0,5 0,0 107
Thái Nguyên
0,0 0,3
3,0 7,7
13
17
17
22
12 3,3 0,1 0,0 97
Hà Nội
0,0 0,3
2,9 7,9
16
16
20
20
11 3,1 0,6 0,9 99
Hải Phòng
0,0 0,1
7,0 7,0
13
19
21
23
17 4,4 1,0 0,0 111
Ninh Bình
0,0 0,4
8,4 8,4
16
21
20
21
14 5,0 0,7 0,0 112
Lai Châu
0,4 1,8
13 12
15
16
14
14 5,8 3,4 1,9 0,3 93
Điện Biên
0,2 2,7
12 12
17
21
17
18 8,3 5,3 1,1 0,0 112
Sơn La
0,0 1,0
14 14
16
18
15
16 6,2 6,2 1,0 0,2 99
Nghĩa Lộ
0,2 0,5
9,2 9,2
14
15
19
18
10 5,2 0,0 0,0 99
Thanh Hoá
0,0 0,2
7,3 7,3
16
16
18
18
13 3,3 0,7 0,0 100
Vinh
0,0 0,5
6,9 6,9
17
13
13
19
15 5,6 0,2 0,0 95
Con Cuông
0,0 0,2
13 13
17
14
13
20
14 5,2 0,2 0,0 103
Đồng Hới
0,0 0,3
6,3 6,3
15
7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70
Cửa Tùng
0,0 0,2
7,8 7,8
18
10
12
12
12 5,3 0,3 0,0 85
PHÍA NAM
Huế
0,0 0,2
1,9 4,9
10
6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8
Đà Nẵng
0,0 0,3
2,5 6,5
14
11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5
Quảng Ngãi
0,0 0,3
1,2 5,7
10
13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1
Quy Nhơn
0,0 0,3
0,6 3,6
8,6
5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3
Nha Trang
0,0 0,1
0,6 3,2
8,2
5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2
Phan Thiết
0,2 0,0
0,2 4,0
13
7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0
Kon Tum
0,2 1,2
6,8 10
14
8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2
SVTH: Nguyễn Đức Anh
5
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
Plêiku
0,3 1,7
5,7 12
16
9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7
Đà Lạt
0,6 1,6
3,2 6,8
10
8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1
Blao
1,8 3,4
11 13
10
5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2
Sài Gòn
1,4 1,0
2,5 10
22
19
17
16
19
Sóc Trăng
0,2 0,0
0,7 7,0
19
16
14
15
13 1,5 4,7 0,7 104
Hà Tiên
2,7 1,3
10 20
23
9,7 7,4 9,0 9,7 15
15
11 2,4 138
15 4,3 128
Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét,
đây là điều bất lợi cho hệ thống điện, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư tốt vào các
thiết bị chống sét, đồng thời phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình
điện để hệ thống điện vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và
tin cậy.
1.2. Ảnh hƣởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam
Khi có sét, biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA, đây là nguồn sinh nhiệt
vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua. Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất
không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có cách
điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch. Phóng
điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian lượng điện tích lớn, do đó
tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị
điện tử, ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm km.
Bảng 1.3. Tình hình sự cố miền Bắc từ năm 1987-2009
Dưới 220kV
Loại sự cố năm
Đường dây Phả Lại-Hà Đông
Tổng số
Vĩnh cửu
Tổng số
Vĩnh cửu
Do sét
1987
2
1
2
1
1
1989
2
5
5
2
1
1996
24
3
6
2
1
2000
25
4
2
1
1
2004
30
2
3
1
1
2009
19
4
4
4
3
Tổng số
106
16
22
11
8
Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần khu vực đường dây
có đi qua sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác
dụng lên cách điện của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây
nên ngắn mạch pha-đất hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu
đường dây phải làm việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy
SVTH: Nguyễn Đức Anh
6
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
cắt cắt có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy
điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới. Sóng sét còn có thể truyền từ
đường dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên
phóng điện trên cách điện của trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương
đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác,
khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp
làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại
vô cùng lớn.
Trong tổng số sự cố của đường dây 220kV Phả Lại - Hà Đông nguyên nhân do
sét là 8/22 chiếm 36,36%. Vì đường dây Phả Lại-Hà Đông là đường dây quan trọng
của miền Bắc nên lấy kết quả trên làm kết quả chung cho sự cố lưới điện toàn miền
Bắc.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố
lưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của hệ thống
điện.
1.3. Vấn đề chống sét
Ảnh hưởng của sét là rất lớn tới các công trình xây dựng nói chung và các công
trình điện nói riêng. Do đó vấn đề chống sét cho các công trình là đặc biệt cần thiết
và quan trọng, nhằm hạn chế ảnh hưởng do sét gây ra. Để làm được điều đó, người
ta đặt các cột thu sét cho các công trình để thu dòng sét xuống đất. Đối với các
đường dây tải điện trên không, do khoảng cách đường dây là rất lớn, trải dài trên
nhiều vùng địa hình nên ta sử dụng dây chống sét để chống sét cho đường dây tải
điện. Ngoài ra ta còn sử dụng các thiết bị bảo vệ chống sét như bảo vệ chống sét
van, bảo vệ chống sét ống... để hạn chế tác động của dòng sét cho các thiết bị, tránh
được các hậu quả nghiêm trọng có thể xảy ra.
Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của
dông sét tới hệ thống điện, ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho đường dây tải
điện và trạm biến áp là rất cần thiết. Vì vậy, việc đầu tư nghiên cứu chống sét đúng
mức rất quan trọng nhằm giảm thiểu thiệt hại do dông sét gây ra, nâng cao độ tin
cậy cung cấp điện trong vận hành hệ thống điện.
SVTH: Nguyễn Đức Anh
7
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
CHƢƠNG II
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO
TBA 220KV BỈM SƠN
2.1. Khái niệm chung
Trạm biến áp 220kV có các thiết bị đặt ngoài trời, khi có sét đánh trực tiếp vào
trạm sẽ xảy ra những hậu quả nghiêm trọng, làm hư hỏng các thiết bị điện, có thể
phải ngừng cung cấp điện năng trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến sản xuất
và gây ra những chi phí tốn kém cho ngành điện, ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc
dân. Do vậy, trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường
dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện
tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra các khu vực an
toàn bên dưới hệ thống này.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ
thống nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của
bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện sét một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho
khi dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây
phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần
phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo các yêu cầu về kỹ
thuật, mỹ thuật.
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn
của hệ thống bảo vệ. Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220kV ta dùng hệ thống cột thu
lôi hoặc dây thu lôi, hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc độc
lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể.
Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm
vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Tuy nhiên cách điện của trạm phải
đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết
bị, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần
điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ
thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện không đủ
lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức
cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ.
Đối với trạm biến áp có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ
thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các
cột thu lôi trên các kết cấu của trạm, gắn vào hệ thống nối đất của trạm theo đường
ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuếch tán vào hệ thống nối đất theo 3 đến 4 thanh
nối đất với hệ thống, mặt khác phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối
đất bé.
Khâu yếu nhất trong trạm biến áp ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là cuộn
dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu
SVTH: Nguyễn Đức Anh
8
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống
nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện.
Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt
khi có dòng điện sét chạy qua.
Đối với cấp điện áp 110kV trở lên cần phải chú ý:
Ở nơi các kết cấu đó có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối
đất bổ sung nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4 (ứng với tần số
công nghiệp).
Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi
và bộ phận mang điện không được bé hơn độ dài chuỗi sứ.
Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện
áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện. Khi dùng cột thu lôi độc lập thì
cần phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh
khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến các vật cần được bảo vệ.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện
phải được cho vào ống chì và chôn trong đất. Có thể nối dây chống sét vào hệ thống
nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của điểm nối đất ấy đến điểm
nối đất của máy biến áp lớn hơn 15m.
2.3. Lý thuyết để tính phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét
2.3.1. Tính toán chiều cao cột thu lôi
Độ cao cột thu lôi:
h h x ha
(2.1)
Trong đó:
hx : là độ cao công trình cần bảo vệ.
ha : là độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng nhóm cột cụ
thể.
2.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
h
hx
rx
r
Hình 2.1. Phạm vi bảo vệ cho một cột thu lôi
SVTH: Nguyễn Đức Anh
9
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi có độ cao là h tính cho độ cao hx là một hình
chóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau:
1,6
rx
.(h h x )
(2.2)
hx
1
h
Trong đó:
h: chiều cao cột thu lôi.
hx: chiều cao cần được bảo vệ.
(h-hx) = ha: chiều cao hiệu dụng.
Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc ABC được xác
định như sau:
A
B
2h/3
hx
C
1,5h
0,75h
0,75h
0,8h
h
1,5h
rx
O
Hình 2.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đường sinh gấp khúc)
Trong đó:
AB: đường thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm trên mặt đất cách xa chân cột
một khoảng là 0,75h.
BC: là đường thẳng nối 1 điểm có độ cao trên thân cột là 0,8h đến 1 điểm
trên mặt đất cách chân cột là 1,5h.
Bán kính bảo vệ rx được tính như sau:
Nếu h x
h
2
h thì rx 1,5h 1 x 1,5h 1,875h x
3
0,8h
(2.3)
Nếu h x
2
h
h thì rx 0,75h 1 x 0,75h 0,75h x
h
3
(2.4)
Các công thức trên chỉ sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h < 30m.
5,5
Khi h > 30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p, với p
.
h
SVTH: Nguyễn Đức Anh
10
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
2.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
2.3.3.1. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi
a. Hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
Xét 2 cột thu lôi có độ cao bằng nhau h1 = h2 = h, cách nhau 1 khoảng a.
o
R
h1
0,8h1
h2
h0
0,8h2
0,8h0
hx
1,5h 1
0,75h1 1,5h 0
o 1 0,75h
0
o
o2
0,75h2
1,5h 2
a
rx1
rx0
rx2
Hình 2.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
Khi a > 7h thì phạm vi bảo vệ sẽ là của hai cột độc lập.
Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét
đánh vào.
Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h0
a
được xác định như sau: h0 h
(2.5)
7
- Xét phạm vi bảo vệ:
Phần ngoài: giống như phạm vi bảo vệ của từng cột độc lập.
Phần giữa: cung tròn đi qua 3 đỉnh cột 1, 2, 3 (điểm 3 là điểm đặt cột giả
tưởng có độ cao h0).
- Tính toán phạm vi bảo vệ:
Bán kính bảo vệ của từng cột: rx1 = rx2 = rx
Bán kính bảo vệ giữa hai cột: r0x
a
Độ cao lớn nhất bảo vệ được giữa hai cột: h0 h
7
hx
2
Nếu h x h0 thì r0x 1,5h0 1
1,5h 0 1,875h x
3
0,8h0
(2.6)
hx
2
Nếu h x h0 thì r0x 0,75h0 1 0,75h 0 0,75h x
3
h0
(2.7)
SVTH: Nguyễn Đức Anh
11
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
Các công thức trên được áp dụng khi hệ thống chống sét có độ cao nhỏ hơn
30m. Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn hơn hoặc bằng 30m thì các công thức
cũng cần được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục trên.
b. Hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
Xét hai cột thu lôi có độ cao là h1 và h2, đặt cách nhau một khoảng a được bố trí
như hình vẽ:
O
h0
rx2
r0x
rx1
a
O1
O3 O2
Hình 2.4. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
- Xác định phạm vi bảo vệ:
Phần ngoài: giống như phạm vi bảo vệ của từng cột độc lập.
Phần trong: từ đỉnh cột h1 dóng đường thẳng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ
của cột h2 tại 3‟, với 3‟ là vị trí đặt cột giả tưởng có độ cao h1.
Phần giữa: giống như của hai cột có cùng độ cao h1.
( O1O3' a ' O1O2 O3' O2 a x , x là bán kính bảo vệ của cột cao h2 cho cột
giả tưởng h‟).
- Tính toán phạm vi bảo vệ:
Tính bán kính bảo vệ từng cột rx1, rx2.
Tính bán kính bảo vệ giữa hai cột rx0.
Khoảng cách giữa cột thấp và cột giả tưởng 3: a‟ = a – x.
a'
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa 1 và 3‟: h013' h1
7
2.3.3.2. Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi
Với những công trình có mặt bằng rộng lớn, nếu chỉ sử dụng một hoặc một vài
cặp cột thì sẽ gây khó khăn cho việc thi công lắp đặt vì độ cao của cột sẽ rất lớn. Do
đó ta cần sử dụng nhiều cột thu sét để giảm độ cao của cột. Phần ngoài của phạm vi
bảo vệ được xác định như từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách a 7h). Không cần vẽ
SVTH: Nguyễn Đức Anh
12
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
phạm vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét mà chỉ cần kiểm tra
điều kiện an toàn.
rx12
rx12
rx
rx
rx14
rx23
rx13
rx23
rx34
(a)
(b)
Hình 2.5. Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 cột (a) và 4 cột (b) thu lôi có độ cao bằng nhau
Vật có độ cao hx nằm trong đa giác được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D 8(h hx ) 8ha
(2.8)
Trong đó:
D: đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác được tạo bởi các cột thu lôi.
h: độ cao của cột thu sét.
hx: độ cao của vật cần được bảo vệ.
ha = h – hx: là độ cao hiệu dụng.
Ta cũng cần phải kiểm tra điều kiện an toàn cho từng cặp cột đặt gần nhau và
nếu độ cao cột thu sét vượt quá 30m thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p.
2.3.4. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
Để bảo vệ cho các đường dây tải điện người ta dùng dây chống sét thay cho các
cột thu sét do đường dây trải dài trên một diện tích khá rộng lớn. Nó được treo phía
trên các dây pha, có đường kính nhỏ hơn các dây pha và được nối đất ở từng cột.
Các dây chống sét treo cao trên đường dây tải điện sao cho các dây pha nằm trong
phạm vi bảo vệ của dây chống sét. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét là 1 vùng dọc
theo chiều dài đường dây, có mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây
thu sét được xác định tương tự như với cột thu sét.
2.3.4.1. Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
Xét dây chống sét treo ở độ cao h bảo vệ cho độ cao hx.
Chiều rộng của phạm vi bảo vệ cho độ cao hx là 2bx được xác định như sau:
Nếu h x
h
2
h thì bx 1,2h 1 x
3
0,8h
SVTH: Nguyễn Đức Anh
13
(2.9)
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
Nếu h x
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
2
h
h thì bx 0,6h 1 x
3
h
(2.10)
DCS
h
0,8h
hx
0,6h
1,2h
0,6h
O
1,2h
2b x
Hình 2.6. Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần hiệu chỉnh theo p.
2.3.4.2. Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét
Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây chống sét thì khoảng cách giữa hai dây chống
sét sẽ phải thỏa mãn điều kiện s ≤ 4h.
Với khoảng cách s trên dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao:
S
(2.11)
h0 h
4
O
R
DCS
h
DCS
h
0,8h
hx
2b x
1,2h
0,6h
h0
2b x
O1
O2
0,6h
1,2h
a+2b x
Hình 2.7. Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét
SVTH: Nguyễn Đức Anh
14
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong được giới
hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây chống sét và điểm có độ cao
S
h0 h so với đất.
4
2.4. Các phƣơng án bố trí cột thu lôi và dây thu sét
- Trạm bién áp 220kV/110kV Bỉm Sơn gồm 4 máy biến áp T1, T2, AT1, AT2.
- Các xà phía 110kV cao 11m, các xà phía 220kV cao 17 m.
- Mặt bằng trạm và bố trí thiết bị như hình vẽ:
210000
T2
AT1
AT2
6500
14500
8000
10000
T1
15x10000=150000
170000
Hình 2.8. Mặt bằng trạm và sơ đồ bố trí các thiết bị trạm 220kV Bỉm Sơn
- Ta chia trạm thành 2 thành phần:
Từ xà máy biến áp AT1, AT2 trở về phía 220kV ta coi là khu vực 220, độ
cao cần bảo vệ là hx = 17m.
Từ xà máy biến áp AT1, AT2 trở về phía 110kV ta coi là khu vực 110, độ
cao cần bảo vệ là hx = 11 m.
- Trình tự tính toán:
Khảo sát mặt bằng trạm và chọn vị trí đặt cột thu lôi hoặc dây thu sét.
Tính chiều cao hiệu dụng lớn nhất của từng phía: ha max.
Tính chiều cao cột thu lôi các phía: h = hx + ha max.
Tính phạm vi bảo vệ và kiểm tra.
SVTH: Nguyễn Đức Anh
15
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
120000
13500
120000
34000
7000
17500
33500
8000
4000
8x17000=136000
Đồ án Tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220kV Bỉm Sơn
2.4.1. Phƣơng án 1: Sử dụng cột thu lôi
2.4.1.1. Bố trí các cột thu lôi
Phương án bố trí các cột thu lôi được thể hiện như hình vẽ 2.9:
Phía 110kV bố trí 14 cột, trong đó có 2 cột độc lập (cột 5, cột 6) và còn lại
12 cột trên xà 11m (từ cột 11 đến cột 22).
Phía 220kV bố trí 8 cột, từ cột 1 đến cột 4 và từ cột 7 đến cột 10.
51000
34000
51000
1
4
3
51500
2
7
6
5
T1
T2
20210
11
8
AT2
14
13
10
15
16
30500
12
AT1
9
17
18
30000
19
30000
20
30000
21
30000
22
30000
Hình 2.9. Sơ đồ bố trí các cột thu lôi Phương án 1
2.4.1.2. Tính toán cho phƣơng án 1
a. Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét
Để tính được độ cao tác dụng của các cột thu sét ta phải xác định được đường
kính đường tròn ngoại tiếp các đa giác đi qua chân các cột là D.
D
Độ cao tác dụng phải thỏa mãn điều kiện: h a
(2.12)
8
Phía 110kV
Các cột 5,6,7,8,9 và các cột từ cột 11 đến cột 22 chia phía 110kV thành 6 hình
chữ nhật và 7 tam giác.
- Xét nhóm cột (5,6,12,11) tạo thành hình chữ nhật có kích thước:
Chiều dài (cạnh 5-6, 11-12): a = 30m
SVTH: Nguyễn Đức Anh
16
GVHD: TS. Đặng Thu Huyền
