Bài tập dài cao áp 2

Bài tập dài cao áp

Bài tập dài cao áp.
I. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp.
1. Bố trí cột thu sét.
Theo sơ đồ kết cấu của trạm thì mới chỉ biết diện tích mặt bằng mà cha biết
cụ thể vị trí đặt các thiết bị trong trạm. Với thông tin này ta chỉ cần bố trí cột
chống sét sao cho các cột có thể bảo vệ đợc phần diện tích mặt bằng của trạm
với độ cao hX là đợc.
Với kết cấu của trạm ta bố trí các cột N1 N12 có khoÃng cách giữa các cột
nh hình 1:
Đờng kính của vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm cột 1256 vµ 2345 lµ:
D  45 2  80 2 92m.

Do đó để chọn toàn bộ diện giới hạn bởi các nhóm tứ giác ấy đợc bảo vệ
thì .
D 8.ha .
Vậy độ cao hiệu dụng của nhóm cột này là: ha 92 11,5m.
8
Đờng kính vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm cột 5678, 4589, 781112,
891011 là:
D 45 2 50 2 67 m.

Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các nhóm cột này bảo vệ hoàn toàn diện
tích bởi chúng là:
ha

67
8,4m.
8

Nh vậy đối với tất cả các cột thu sét có thể lấy chung một độ cao tác dụng
lớn nhất là : ha = 11,5 m. Từ độ cao tác dụng h a ta có độ cao cột thu sét để bảo
vệ đợc trạm có độ cao hX.
Trạm 110kV có hX = 10 m :
h = hX + ha = 10 + 11,5 = 21,5 m.
 Tr¹m 220kV cã hX = 16 m :
h= hX + ha = 16 + 11,5 =27,5 m.

101m

64m
Phan Ngäc ViƯt- HT§ I – K42 K42

1


Bài tập dài cao áp

Để tính toán đơn giản ta chọn toàn bộ 12 cột có độ cao bằng nhau.Muốn vậy
thì ta phải giảm khoÃng cách giữa các cột của trạm 220kV với mục đích làm
giảm chiều cao cột thu sét của trạm 220kV mà vẫn thỏa mÃn điều kiện sau:
D  8( h – K42 hX).
Ta bè trÝ l¹i các cột thu sét với khoÃng cách nh hình 2:
Với cách bố trí này ta chọn độ cao của 12 cột là: h = 25 m. Kiểm tra lại điều
kiện bảo vệ của các vùng tứ giác.
Trạm 110kV:
Đờng kính của vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm tứ giác 1256, 2345 là:
D 90 2 45 2 101m.

Ta cã: D =101 m  8(h – K42 hX) = 8(25 – K42 10 ) =120 m. VËy cét cao 25 m

Trạm 110kV

Trạm 220kV

Hình 2.
thỏa mÃn điều kiện .
Trạm 220kV:
Đờng kính vòng tròn qua 4 đỉnh của nhóm các tứ giác 5678, 4589, 781112,
891011 là:
D 45 2  45 2 64m.

Ta cã: D = 64 m  8(h – K42hX) = 8( 25 – K4216 ) = 72 m. VËy cét cao 25 m cịng
tháa m·n ®iỊu kiƯn cđa tr¹m 220kV.
VËy: Ta chän cét thu sÐt cao h = 25 m.
2. Tính toán và vẽ phạm vi bảo vệ của các cột thu sét.
a) Trạm cấp điện ¸p 110kV.
 B¸n kÝnh cđa khu vùc b¶o vƯ cđa các cột thu sét bảo vệ cho độ trạm cao
hX = 10m là:
Vì hX 2/3h nên :
rx 1,5.h.(1

hx
10
) 1,5.25.(1 
) 18,8m.
0,8.h
0,8.25

 §é cao lín nhÊt cđa khu vùc bảo vệ giữa hai cột thu lôi ở độ cao h X =10 m
là: gồm các nhóm hai cột : 16, 34.

ho h 

a
90
25 
12,2m.
7
7

Nh vËy b¸n kÝnh cđa khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét 16, 34 ë hX = 10 m :
Phan Ngäc ViƯt- HT§ I – K42 K42
2


Bài tập dài cao áp

Vì hX 2/3 h0 nên:
rox 0,75.ho (1 

hx
10
) 0,75.12,2(1 
) 1,65m.
ho
12,2

 §é cao lín nhÊt của khu vực bảo vệ giữa nhóm 2 cột thu sét 12, 13, 49, 67
là:
ho h

a
45
25
18,6m.
7
7

Nh vậy bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét các cặp cột 12, 13,
49, 67 ở hX = 10 m :
Vì hX 2/3 h0 nên:
r0 x 1,5.ho .(1

hx
10
) 1,5.18,6.(1
) 9,15m.
0,8.h0
0,8.18,6

b) Trạm cấp điện áp 220kV.
là:

Bán kính của khu vực bảo vệ của cột thu sét bảo vệ cho độ cao h X = 16 m
Vì hX 2/3h nên :
rx 1,5.h.(1

hx
16
) 1,5.25.(1
) 7,5m.

0,8.h
0,8.25

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi ở độ cao h X =16 m
là: gồm các nhóm hai cột : 49, 67, 78, 910, 1011, 1112.
ho h 

a
45
25 
18,6m.
7
7

Nh vËy b¸n kÝnh của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét 49, 67, 78, 910, 1011,
1112 ë hX = 16 m :
Vì hX 2/3 h0 nên:
rox 0,75.ho (1

hx
16
) 0,75.18,6(1
) 1,95m.
ho
18,6

Từ các số liệu tính toán phạm vi bảo vệ của các cột thu sét ở trên ta có bản
vẽ phạm vi bảo vệ sau: hình 3.

Phan Ngọc Việt- HT§ I – K42 K42

3


R25,31
R25,31

Bài tập dài cao áp

R14,60
R14,60

R14,60

R25,31
R25,31

R14,60

Hình 3: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét.

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 K42

4


Bài tập dài cao áp

II. Tính toán nối đất.
Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện sét xuống đất để đảm bảo cho thế

trên vật nối đất có giá tri bé.
Trong việc bảo vệ quá điện áp, nối đất của trạm, của các cột thu sét, của đờng dây và của thiết bị chống sét rất quan trọng. Vì trạm trạm biến áp có cấp
điện áp từ 110kV và 220kV nên nói đất an toàn và nối đất chống sét chung
nhau.
1. nối đất an toàn.
Nối đất an toàn với mục đích là bảo vệ con ngời. Nối đất an toàn với trạm
có điện áp từ 110kV trở lên phải thoả mÃn 2 điều kiện sau:
RHT RTN // RNT  0,5 .
RNT  1 .
Trong ®ã :
Rc

1
RTn  .
n 1

Rc 1


2
Rcs 4

.

RTN : điện trở nối đất tự nhiên . Ta lợi dụng hệ thống dây chống sét
cột.
Với: n: Số tuyến đờng dây của trạm, lấy n = 2.
Rcs: Điện trở của dây chống sét trong một khoÃng vợt
Rcs = R0.l = 2,38.l
Rc: Điện trở nối ®Êt cđa cét. V×  = 12.104 .cm > 104 .cm nên

lấy Rc = 15 .
l: Chiều dài khoÃng vợt . Đờng dây 110kV có l = 200m.
Đờng dây 220kV có l = 300m.
Với các giá trị trên ta có điện trở nối đất tự nhiên của từng cấp điện áp .
Đờng dây 110kV :
1
RTn
2 1

2

15
15
1

2,38.0,2 4

1,22

Đờng dây 220kV :
1
RTn
2 1

2

15
15
1

2,38.0,3 4

1,47

Vậy điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống có 2 cấp điện áp 110kV và
220kV là:
RTN(110) // RNT(220) = 1,22 // 1,47 = 0,67 .
 Víi RNT: §iƯn trë nãi đất nhân tạo.
R NT .RTN
0,5 RNT = 1,97 .
RTN R NT

Vì điều kiện RNT 1 nªn lÊy RNT = 1 . Ta thiÕt kÕ hƯ thông nối đất thoe
điện trở nối đất nhân tạo.
Phan Ngọc ViƯt- HT§ I – K42 K42

5


Bài tập dài cao áp

a. Tính toàn nối đất mạch vòng quanh trạm.
RMV RT

tt
k .L2
ln
.
2..L
h.d

Trong đó:
RT: ®iƯn trë cđa thanh nèi ®Êt .
 tt : ®iƯn trë suÊt tÝnh to¸n

at
 tt   do .k mt
1,2.10 4 1,6 1,92.10 4 .cm .

h: độ chôn sâu. h = 0,8 m.
L: chu vi mạch vòng nối ®Êt. L = 2( l1 + l2 ) = 2( 180 + 90 ) =540 m.
 d: ®êng kÝnh thanh. Sư dơng thanh cã tiÕt diƯn trßn víi d = 2 cm.
k: hệ số hình dáng . k = f(l1/ l2) = f(180/90) = f(2) = 6,42.
Víi c¸c sè liệu trên ta có giá trị điện trở nối đất mạch vòng là.
RMV

1,92.10 4
6,42.540 2.10 4

ln
1,1.
2. .540.10 2
0,8.10 2.2

tt
2.l 1
4t  l
(ln
 . ln
)

2. .l
d
2
4t  l

 Chän cọc tròn có chiều dài l = 3m, đờng kính d = 5cm.
 t = h + l/2 =0,8 + 3/2 = 2,3m.
at
  tt   do .k mc
1,2.10 4.1,45 1,74.10 4 m.
Suy ra:
Rc 

3m

Rc 

0,8m

Ta cã: RMV  RNT nên ta phải đóng cọc vào hệ thống nối đất để giảm điện
trở nối đất của hệ thống.
Điện trở cọc cần đóng.

1,74.10 4
2.3.10 2 1
4.2,3 3

(ln
. ln
) 47,3 .

2
5
2
4.2,3 3
2. ..3.10

Già sử đầu tiên ta đóng n1 = 50 cọc.
KhoÃng cách giữa 2 cọc: a1 = L/n1 = 540/50 = 10,8m.
Tû sè : a1/ l =10,8/3 = 3,6.
Tra bảng hệ số sử dụng của cọc và thanh ta cã :
Víi a1/ l =3,6  c = 0,72 và t = 0,45.
Điện trở nối đất của hệ thèng nèi ®Êt víi sè cäc n1 = 50 cäc lµ:
R1 

Rmv .Rc
1,1.47,3

0,86 .
 t .Rc  n1 . c .Rmv 0,45.47,3 50.0,72.1,1

Tơng tự tính cho các trờng hợp: n2 = 70 cäc, n3 = 100 cäc, n4 = 120 cäc,
n5=160cäc ta cã b¶ng kÕt qu¶ b¶ng 1:
B¶ng 1:
N(cäc)
A(m)
a/l
c
t
R()
50

10,8
3,6
0,70
0,4
0,86
70
7,7
3
0,61
0,35
0,82
100
5,4
2
0,49
0,24
0,80
120
4,5
1,5
0,48
0,22
0,71
160
3,4
1
0,37
0,18
0,7

Phan Ngäc ViƯt- HT§ I – K42 K42

6


Bài tập dài cao áp

Từ bảng số liệu ta có đồ thị quan hệ R = f(n) sau:
R

n
Hình 4: Đồ thị quan hệ R = f(n).
Qua đồ thị quan hệ trên ta tra đợc số cọc cần đóng là n =20 cọc. Tra lại các
số liệu và tính lại điện trở nối đất của hệ thống.
Ta có: KhoÃng cách giữa 2 cét:
a = L/ n = 540/ 20 = 27m.
Tû sè a/ l = 27/3 = 9.
V× a >> l nên có thể xem nh c = 1 và t = 1. Từ đó ta có giá trị của điện trở
nối đất hệ thống tính lại là:
R

Rmv .Rc
1,1.47,3

0,82 .
t .Rc  n1 . c .Rmv 1.47,3  1.20.1,1

VËy chỉ cần đóng n =20 cọc là thỏa mÃn điều kiƯn R < RNT.

Phan Ngäc ViƯt- HT§ I – K42 K42

7


Bài tập dài cao áp

2. Nối đất chống sét:
Vì trạm sử dụng hệ thống nối đất phân bố dài ( nối đất mạch vòng) nên đồng
thời phải xét đến cả hai quá trình là : Quá trình quá độ và quá trình phóng điện
trong đất. Do trạm có 2 cấp điện áp 110kV và 220kV nên ta chỉ cần tính nối đất
chống sét cho cấp 110kV là đợc. ở cấp điện áp này nối đất an toàn và nối đất
chống sét chung nhau nên ta dùng nối đất an toàn kiểm tra lại cho nối đất
chống sét.
Sơ đồ đẳng trị của nối đất chống sét đợc biểu thị ở hình sau:
LO

IS
GO

Hình 4: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất.
Các tham số phân bố L, G xác định theo c«ng thøc:
L0 0,2 ln(

L/2
 0,31) H / m .
r

 L: chiều dài điện cực L = 540 m.
r: bán kÝnh tiÕt diƯn thanh ®iƯn cùc r = 1 cm.
L0 0,2 ln(

G0

Vµ:

540 / 2
 0,31) 1.98H / m .
0,01



1
1
(
)
R.L
m

.

 R: ®iƯn trë xoay chiỊu tÝnh cho mïa sÐt.
R

Rccs Rtcs
.
Rccs .t  n.Rtcs .c

Víi:  ®iƯn trë cäc tÝnh cho mïa sÐt:
RCCS 

RCat

47,3
CS

K

1,2 39,1 .
C
1,45
K Cat

 §iƯn trë thanh tÝnh cho mïa sÐt:
RtCS 



Rtat
1,1
K tCS  1,3 0,89 .
at
1,6
Kt

39,1 0,89
0,61 .
39,1 20.0,89
1
1
G0
0,003
.

0,61.540
m
R


Từ sơ đồ đẳng trị có thể thành lập đợc hệ phơng trình vi phân.
u
i
L0 . 8
x
l
i

u.G0
x

Phan Ngäc ViƯt- HT§ I – K42 K42 


Bài tập dài cao áp

Sau khi giải các phơng trình vi phân trên với dạng sóng của dòng điện ở đầu
vào của bộ phận nối đất có dạng sóng xiên góc i(o,t) = a.t, sẽ đợc điện áp tại
điểm bất kỳ trên điện cực.


1
u ( x, t ) a.R t  2T1  2

k 1 k

t


 1  e Tk





 cos kx 

l 



Suy ra tæng trë xung kÝch đầu vào:

2T
u (o, t )
z (o, t )
R t  1
i (o, t )
t


Víi: t = ®s = 5 s,

T1 

L O .G O .l 2



2



t

1 
Tk
 2 1  e
k 1 k


=

t


 1  e Tk



 540 
1,98.0,003.

 2 



2






2

 44s

, Tk 

T1
k2

t
4  k 6.
Tk

Tæng trë tiến tới giá trị ổn định khi:


1

2
k 1 k

2



6


6



e

t
Tk

=

k 1

5
5.4
5.9
5.16
5.25
5.36







 2   44 1
1
1
1
1
  1.e
 e 44  e 44 
e 44 
e 44 
e 44  =
6 
4
9
16
25
36


= 0,5.
 Tỉng trë xung kÝch cđa hƯ thèng nối đất là:
1
1 2T

Z xk Z o, t   R 1  1 0,5 =
2
2 
t


1
2.44


 0,61 1
0,51 3
2
5



Điều kiện nối đất chống sét thỏa m·n khi:
T
U xk Z xk I s  U 50
%

Víi: dòng điện sét, Is = 150kA.
điện áp 50% của trạm, ®èi víi tr¹m 110kV cã U50% = 460kV.
 Uxk = 3150 = 450kV < 460kV .
VËy hƯ thèng nèi ®Êt an toàn cũng thoả mÃn cho nối đất chống sét của trạm
ta không cần phải nối đất bổ sung.

Phan Ngọc ViƯt- HT§ I – K42 K42

9


Bài tập dài cao áp

Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 K42

10