Tài liệu Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật điện cao áp pptx

---------------  ---------------



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN
CAO ÁP

















--------------------------

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 1

Chơng 1 :
hiện tợng dông sét v ảnh hởng
của dông sét đến hệ thống điện việt nam

Hệ thống điện l một bộ phận của hệ thống năng lợng bao gồm NMĐ -
đờng dây - TBA v các hộ tiêu thụ điện. Trong đó có phần tử có số lợng
lớn v khá quan trọng đó l các TBA, đờng dây. Trong quá trình vận hnh
các phần tử ny chịu ảnh hởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên nh
ma, gió, bão v đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hởng của sét. Khi có sự cố
sét đánh vo TBA, hoặc đờng dây nó sẽ gây h hỏng cho các thiết bị trong
trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện v gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế
quốc dân.
Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại v nâng cao độ
an ton khi vận hnh chúng ta phải tính toán v bố trí bảo vệ chống sét cho
HTĐ.

1.1 - Hiện tợng dông sét
1.1.1 - Khái niệm chung:
Dông sét l một hiện tợng của thiên nhiên, đó l sự phóng tia lửa điện
khi khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km).
Hiện tợng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó l phóng điện
giữa các đám mây tích điện v phóng điện giữa các đám mây tích điện với
mặt đất.
Trong phạm vi đồ án ny ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám
mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tợng phóng
điện ny gây nhiều trở ngại cho đời sống con ngời.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 2
Các đám mây đợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra
cờng độ điện trờng lớn sẽ hình thnh dòng phát triển về phía mặt đất.

Giai đoạn ny l giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung
bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10
7
cm/s, các
lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.10
8
cm/s (trong một đợt sét
đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một
đám mây thì có thể hình thnh nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lợt
phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo l môi trờng Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia đợc nối
với một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích
của trung tâm ny đi vo trong tia tiên đạo. Phần điện tích ny đợc phân
bố khá đều dọc theo chiều di tia xuống mặt đất. Dới tác dụng của điện
trờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất
m địa điểm tập kết tùy thuộc vo tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất
có địên dẫn đồng nhất thì điểm ny nằm ngay ở phía dới đầu tia tiên đạo.
Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn
khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao.
Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đờng sức nối liền giữa đầu
tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất v nh vậy địa điểm sét
đánh trên mặt đất đã đợc định sẵn.
Do vậy để định hớng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có
mật độ tập trung điện diện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực
tiếp cho các công trình đợc dựa trên tính chọn lọc ny của phóng điện sét.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngợc l v mật độ điện trờng
của điện tích trong tia tiên đạo l thì trong một đơn vị thời gian thì điện
tích đi v trong đất sẽ l:
i
s

= .
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 3
Công thức ny tính toán cho trờng hợp sét đánh vo nơi có nối đất tốt
(có trị số điện trở nhỏ không đáng kể).
Tham số chủ yếu của phóng điện sét l dòng điện sét, dòng điện ny có
biên độ v độ dốc phân bố theo hng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vi
kA đến vi trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét l dạng sóng xung kích,
chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngợc (hình 1-1)
- Khi sét đánh thẳng vo thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện
áp khí quyển v gây hậu quả nghiêm trọng nh đã trình by ở trên.



.
S
.
S

.S
min

.S
min
Hình 1-1 :
Sự biến thiên của dòng diện sét theo thời gian


1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam:

Việt Nam l một trong những nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ dông
sét khá mạnh. Theo ti liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nớc Việt
nam có một đặc điểm dông sét khác nhau :
+ ỏ miền Bắc, số ngy dông dao động từ 70 ữ 110 ngy trong một năm
v số lần dông từ 150 ữ 300 lần nh vậy trung bình một ngy có thể xảy ra
từ 2 ữ 3 cơn dông.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 4
+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc l Móng Cái. Tại đây hng năm
có từ 250 ữ300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ữ 110 ngy. Tháng
nhiều dông nhất l các tháng 7, tháng 8.
+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thờng l khu vực chuyển tiếp giữa
vùng núi v vùng đồng bằng, số trờng hợp dông cũng lên tới 200 lần, số
ngy dông lên đến 100 ngy trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ữ
200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 ữ 100 ngy.
+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc l vùng Quảng Bình hng năm chỉ có
dới 80 ngy dông.
Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông
không hon ton đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông
tập chung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải
Trung Bộ, ở phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) l khu vực tơng đối nhiều
dông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngy dông khoảng 10 ngy/
tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát đợc 12 ữ 15 ngy (Đ
Nẵng 14 ngy/ tháng, Bồng Sơn 16 ngy/tháng ...), những tháng đầu mùa
(tháng 4) v tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2
ữ 5 ngy dông.
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vo) l khu vực ít dông
nhất, thờng chỉ có trong tháng 5 số ngy dông khoảng 10/tháng nh Tuy
Ho 10ngy/tháng, Nha Trang 8 ngy/tháng, Phan Thiết 13 ngy/tháng.
ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ữ 140

ngy/năm, nh ở thnh phố Hồ Chí Minh 138 ngy/năm, H Tiên 129 ngy/
năm. Mùa dông ở miền Nam di hơn mùa dông ở miền Bắc đó l từ tháng 4
đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) v tháng cuối mùa (tháng 11) có
số ngy dông đều quan sát đợc trung bình có từ 15 ữ 20 ngy/tháng, tháng
5 l tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngy dông/tháng nh ở
thnh phố Hồ Chí Minh 22 ngy, H Tiên 23 ngy.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 5
ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn v số lần dông cũng ít hơn,
tháng nhiều dông nhất l tháng 5 cũng chỉ quan sát đợc khoảng 15 ngy
dông ở Bắc Tây Nguyên, 10 ữ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngy, Đ
Lạt 10 ngy, PLâycu 17 ngy.
Số ngy dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem
bảng 1-1.
Từ bảng trên ta thấy Việt Nam l nớc phải chịu nhiều ảnh hởng của
dông sét, đây l điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngnh điện phải
đầu t nhiều vo các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nh
thiết kế phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho
HTĐ vận hnh kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục v tin cậy.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 6

Bảng 1-1 : Số ngy dông trong tháng:

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
H Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102
Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97
Lo 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
H 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
Đ 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
Playcu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7
Đ 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
Si Gòn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138
Sóc Trăng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104
H Tiên 2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 7

1.2- ảnh hởng của dông sét đến h.t.đ việt nam:
- Nh đã trình by ở phần trớc biên độ dòng sét có thể đạt tới hng
trăm kA, đây l nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật
no đó. Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng
điện sét tác dụng đã bị nóng chảy v đứt, thậm chí có những cách điện bằng
sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ v chảy ra nh nhũ thạch, phóng
điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian lợng điện tích lớn,
do đó tạo ra điện từ trờng rất mạnh, đây l nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến
v các thiết bị điện tử , ảnh hởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa
hng trăm km.
- Khi sét đánh thẳng vo đờng dây hoặc xuống mặt đất gần đờng dây
sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đờng dây, gây nên quá điện áp tác
dụng lên cách điện của đờng dây. Khi cách điện của đờng dây bị phá
hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha pha buộc các
thiết bị bảo vệ đầu đờng dây phải lm việc. Với những đờng dây truyền
tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống,
nếu hệ thống tự động ở các nh máy điện lm việc không nhanh có thể dẫn
đến rã lới. Sóng sét còn có thể truyền từ đờng dây vo trạm biến áp hoặc

sét đánh thẳng vo trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện
của trạm biến áp , điều ny rất nguy hiểm vì nó tơng đơng với việc ngắn
mạch trên thanh góp v dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng
điện sét vo trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp lm việc
không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô
cùng lớn.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong
sự cố lới điện, vì vậy dông sét l mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động
của lới điện.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 8
*Kết luận:
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam v ảnh hởng của
dông sét tới hoạt động của lới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét
cho lới điện v trạm biến áp l rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong
vận hnh lới điện.


chơng2:
tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây

Đờng dây trong HTĐ lm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ
dùng điện. Đờng dây l phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất
so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đờng dây bị phóng điện sét nếu
biên độ dòng sét lớn tới mức lm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp
phóng điện xung kích của cách điện sẽ dẫn đến phóng điện v gây ngắn
mạch đờng dây, buộc máy cắt đầu đờng dây phải tác động. Nh vậy việc
cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung
kích của cách điện đờng dây thì sóng sét sẽ truyền từ đờng dây vo trạm
biến áp v sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. Vì vậy bảo vệ

chống sét cho đờng dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết hợp với yêu
cầu kỹ thuật v yêu cầu cung cấp điện của đờng dây đó.
2.1- lý thuyết tính toán.
2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét.
Phạm vi bảo vệ của dây chống sét đợc thể hiện nh ( hình 2-1 )
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 9

h
x
Hình 2-1: Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
1,2h
0,6h
h
x
h
0,2h
Dây chống sét

Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h
2
cũng đợc tính theo công
thức sau:
+ Khi h
x
> 2/3h thì b
x
= 0,6h (1-h
x
/h ) (2 1)

+ Khi h
x
h thì b
x
= 1,2h (1- h
x
/0,8h (2 2)
Chiều di của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều di đờng dây nh hình
(2 2 ).
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 10

C B
A

2

1
Hình 2-2: Góc bảo vệ của một dây chống sét.

Có thể tính toán đợc trị số giới hạn của góc
l


= 31
0
,
nhng trong
thực tế thờng lấy khoảng = 20
0

ữ 25
0
.
2.1.2- Xác suất phóng điện sét v số lần cắt điện do sét đánh vo đờng dây.
Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống
sét ) l h, đờng dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải
đất có chiều rộng l 6h v chiều di bằng chiều di đờng dây (l). Từ số lần
phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1 km
2
ứng với một ngy sét l
0,1ữ0,15 ta có thể tính đợc tổng số lần có sét đánh thẳng vo đờng dây
(dây dẫn hoặc dây chống sét).
N=(0,6ữ0,9). h .10
-3
.l.n
ng.s
(2 3)
Trong đó:
+ h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m).
+ l: chiều di đờng dây (km ).
+ n
ng. s
:số ngy sét /năm trong khu vực có đờng dây đi qua.
Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (I
s
) v độ dốc của
dòng điện (a = di
s
/dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải
tất cả các lần có sét đánh lên đờng dây đều dẫn đến phóng điện trên cách

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 11
điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của đờng dây nếu quá điện áp khí
quyển có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đờng dây. Khả năng
phóng điện đợc biểu thị bởi xác suất phóng điện ( V
p đ
). Số lần xảy ra
phóng điện sẽ l:
N
pđ
= N. V
pđ
= ( 0,6ữ0,9 ). h . 10
-3
. l . n
ng s
. V
pđ
. ( 2 4 )
Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 s
m thời gian của các bảo vệ rơle thờng không bé quá một nửa chu kỳ tần
số công nghiệp tức l khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên
cách điện l đờng dây bị cắt ra. Đờng dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng
điện xung kích trên cách điện trở thnh hồ quang duy trì bởi điện áp lm
việc của đờng dây đó.
Xác suất hình thnh hồ quang ( ) phụ thuộc vo Gradien của điện áp
lm việc dọc theo đờng phóng điện :
= (E
lv
) ; E

lv
= U
lv
/l
pđ
(kV/m ).
Trong đó:
+ : xác suất hình thnh hồ quang.
+ U
lv
: điện áp lm việc của đờng dây ( kV ).
+ l
pđ
: chiều di phóng điện ( m).
Do đó số lần cắt điện do sét của đờng dây l:
N
cđ
= N
pđ
. . = (0,6ữ0,9). h. n
ng .s
. v
pđ
. . (2 5)
Để so sánh khả năng chịu sét của đờng dây có các tham số khác nhau,
đi qua các vùng có cờng độ hoạt động của sét khác nhau ngời ta tính trị
số " suất cắt đờng dây" tức l số lần cắt do sét khi đờng dây có chiều di
100km.
n
cđ

= ( 0,06ữ0,09). h. n
ng s
. V
pđ
.. (2 6)
Đờng dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau:
+ Sét đánh thẳng vo đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột.
+ Sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 12
+ sét đánh vo khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột.
Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đờng dây gây quá điện áp
cảm ứng trên đờng dây, nhng trờng hợp ny không nguy hiểm bằng ba
trờng hợp trên. Khi đờng dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng ton
bộ năng lợng của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho
đờng dây với ba trờng hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của
đờng dây.
n
cđ
= n
c
+ n
kv
+ n
dd
( 2 7)
Trong đó:
+ n
c
: số lần cắt do sét đánh vo đỉnh cột.

+n
kv
: số lần cắt do sét đánh vo khoảng vợt.
+ n
dd
: số lần cắt do sét đánh vo dây dẫn.
2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán.
Đờng dây tính toán l = 150km. (Ninh Bình H Đông)
X đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn.
Dây chống sét treo tại đỉnh cột.
Dây dẫn đợc treo bởi chuỗi sứ - 4,5 gồm 7 bát sứ, mỗi bát sứ
cao170mm.
Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm.
Dây dẫn dùng dây AC-120mm có d = 19mm; r = 9,5mm.
Khoảng vợt l 150m.
2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét v dây dẫn.
Độ treo cao trung bình của dây đợc xác định theo công thức:
h
dd
= h 2/3f . (2 8)
Trong đó:
+ h: độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ.
+ f: độ võng của dây chống sét hay dây dẫn.
f
dd
= . l
2
/ 8. . (2 9)
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 13

= p/s =492/120. 1000 = 0,0041.
(p : khối lợng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây
AC-120 , s= 120 mm
2
.)
: hệ số cơ của đờng dây ở nhiệt độ trung bình , = 7,25.

16,2m
12m
1,5m
3m
3m
C
B
A
9,0m
1,2m
1,75m
Hình 2-3: Độ cao dây chống sét v dây dẫn.

l: chiều di khoảng vợt của đờng dây = 150m.
f
dd
= 0,0041.150
2
/8. 7,25 = 1,5905 m 1,6 m ở đây ta lấy f
dd
= 1,8 m.
f
cs

= 1,5 m.
Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (2-9) l:
h
dd
cs
= h
cs
2/3 f
cs
= 16,2 2/3.1,5 = 15,2m.
h
dd
tbA
= h
dd
A
2/3 f
dd
= 12 2/3. 1,8 = 10,8 m.
h
dd
tbB
= h
dd
B
2/3 f
dd
= 9 2/3. 1,8 = 7,8 m.
2.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét v dây dẫn.
Z

dd
= 60.ln (2.h
dd
/ r). ( 2 10 )
Z
dd
A
= 60. ln [ ( 2. 10,8) / (9,5. 10
-3
) ] = 463,75 .
Z
dd
B
= 60. ln [ ( 2. 7,8 ) / ( 9,5. 10
-3
) ] = 444,22 .
Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang v khi không
có vầng quang.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 14
+ Khi không có vầng quang:
Z
d
cs
=60. ln [ ( 2. 15,2 ) / ( 5,5. 10
-3
)] = 517
+ Khi có vầng quang, ta phải chia Z
d
cs

cho hệ số hiệu chỉnh vầng
quang.
= 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp).
Z
dvq
cs
= Z
d
cs
/ = 517/1,3 = 397,69 .
2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn chống sét với các dây pha.
Công thức (2 11) đợc xác định theo hình (2 4).

2'
h
2
D
12
1 (A ;B;C)
d
12
2
Hình 2-4: Phép chiếu gơng qua mặt đất .


)(
r
h
ln
d

D
ln
K 112
2
2
2
12
12
=

Trong đó:
+ h
2
: độ cao trung bình của dây chống sét.
+ D
12
: khoảng cách giữa dây pha v ảnh của dây chống sét.
+ d
12
: khoảng cách giữa dây chống sét v dây pha.
+ h
1
: độ cao trung bình của dây dẫn pha.
+ : hệ số hiệu chỉnh vầng quang ( = 1,3)
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 15
Theo kết quả tính trớc ta có:
h
dd
A

= 10,8m ; h
dd
B
= h
dd
C
= 7,8m ; h
dd
cs
= 15,2m.
áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến các dây
pha v từ dây pha đến ảnh của dây chống sét nh hình ( 2 5).
Với pha A:
m,,,)IA()ID(d 4645124
2222
12
=+=+=

D

'
K
B
C
1,75m
A
D
4,2m
12m
9m

16,2m
16,2m
K
1,5m
Hình 2-5: Xác định khoảng cách theo phép chiếu gơng qua mặt đất.


m,,)IE()IA(D 046242451
2222
12
=+=+=

Với pha B,C:

m,,,)IB()ID(d 41775127
2222
12
=+=+=


m,,)IE()IB(D 081818751
2222
12
=+=+=

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 16
Hệ số ngẫu hợp giữa pha A v dây chống sét : áp dụng công thức (2
11):

197680
1055
2152
464
524
3
,
.,
,.
ln
,
,
ln
K ==


Khi có vầng quang: K
A-cs
vq
= K
A-cs
.

= 1,3. 0,19768 = 0,257.
Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét:

10
1055
2152
417

0818
3
,
.,
,.
ln
,
,
ln
KK
csCcsB
===



Khi có vầng quang :

1303110 ,,.,KK
vq
csC
vq
csB
===

2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét.
Từ hình (2 2 ) ta có:
0
65193570
24
51

,,
,
,
tg
AA
===

0
66132430
27
751
,,
,
,
tgtg
CBCB
=====

2.1.2.6- Số lần sét đánh vo đờng dây.
áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; h
dd
cs
= 15,2 m ; n
ng.s
= 70ngy/
năm ; mật độ sét = 0,15. Ta có:
N = 0,15. 6 . 15,2. 70. 100. 10
-3
= 96 lần/ 100km. năm.
Từ cơ sở lý thuyết v các kết quả trên ta tiến hnh tính toán suất cắt cho

đờng dây với ba khả năng đã nêu đối với đờng 110kV.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 17
2.2 - tính suất cắt của đờng dây 110kv do sét đánh vòng
qua dây chống sét vo dây dẫn.
Đờng dây có U 110kV đợc bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn
có những trờng hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn. Tuy xác
suất ny nhỏ nhng vẫn đợc xác định bởi công thức sau:
4
90
h
Vlg
cs


=
(2-15)
Trong đó:

: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ).
h
cs
: chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m).
Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn l I
S
/4, vì mạch của khe sét
sẽ đợc nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số nh hình (2 6 )


Z

dd
/2 Z
dd
/ 2
I
s
/ 4 I
s
/4
I
s
/ 2
I
s
Z
0
Hình (2 6): Dòng điện sét khi sét đánh vo dây dẫn.

Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song v Z
dd
= (400
ữ
500)

nên
dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vo nơi có nối đất tốt. Ta có
dòng điện sét ở nơi đánh l:
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 18

)(
I
Z
Z
Z
II
s
dd
s
132
2
2
0
0

+
=

Z
0
: Tổng trở sóng của khe sét.
Điện áp lúc đó trên dây dẫn l:

4
Z.I
U
dds
dd
=
(2-14)

Khi U
dd


U
50%
s
của chuỗi sứ thì có phóng điện trên cách điện gây sự cố
ngắn mạch 1 pha N
(1 )
từ ( 2 14) ta có thể viết:

s
%
dds
U
Z.I
50
4


Hay độ lớn của dòng điện sét có thể gây nên phóng điện trên cách điện
l:

dd
s
%
s
Z
U

I
50
4


Ta có xác suất phóng điện trên cách điện l:

)152(eeV
dd
s
%50
s
Z.1,26
U.4
1,26
I
pd
==



Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn:
N

= N. V

(2 16)
Trong đó:
N: tổng số lần phóng điện sét của 100 km đờng dây đã đợc xác định
tại mục 2.1.4 l: 96 lần / 100km. năm.

V

: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn đợc xác
định theo ( 2 12)
Xác suất hình thnh hồ quang

phụ thuộc vo gradien của điện áp lm
việc dọc theo đờng phóng điện ( E
lv
):
)172()m/kV(
l
U
E
pd
lv
lv
=

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 19
+ l
pđ
: Chiều di đờng phóng điện lấy bằng chiều di chuỗi sứ ( m ).
+ U
lv
: Điện áp pha của đờng dây.

)m/kV(,
,.

E
lv
952
213
110
==

Dựa vo bảng (21 1) sách giáo trình kỹ thuật điện cao áp vẽ đồ thị
v bằng phơng pháp nội suy ta có:

= 0,63
Bảng 2 1:
Xác định hình thnh hồ quang:

)m/kV(
l
U
E
pd
lv
lv
=



50

30

20

10

(đơn vị tơng đối)

0,6 0,45 0,25 0,1

Ta có suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn:
n
dd
= Nv

. v
pđ

(2 18)



0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
60
50
40
30
20
10
0
E
lv
(kV/m)

Hình (2 7): nội suy để xác định


đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 20
Từ ( 2 18) ta thấy v


v v
pđ
đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ
cao dây dẫn v góc bảo vệ

, độ cao dây dẫn tăng hoặc

tăng đều lm cho
n
dd
tăng, vậy ta chọn pha A l pha có góc bảo vệ

lớn nhất v h
dd
A
lớn hơn
so với pha B v pha C để tính suất cắt cho đờng dây.
Pha A có

A
= 19,65
0

; h
dd
A
= 10,8m.
Z
dd
A
= 463,75

; h
cs
= 16,2m.
Thay các số liệu trên vo công thức ( 2 12 ) ta có:

3
1075601234
90
2166519

=== .,V,
,.,
Vlg

Xác suất phóng điện trên cách điện pha A theo công thức ( 2 15 )

8040
75463126
6604
126
4

126
50
,eeeV
,.,
.
Z.,
U.
,
I
pd
dd
s
%
s
====




U
50%c
= 660kV đối với đờng dây 110kV
[
tra bảng ( 9 5) Kỹ thuật
điện cao áp
]
.
Thay số vo (2 18 ) ta có:
n
dd

= 96. 0,756.10
-3
. 0,804. 0,63. = 0,03676 lần / 100km. năm.
2.3- Tính suất cắt của đờng dây 110kV do sét đánh vo
khoảng vợt.
Theo sách hớng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp thì số lần sét

đánh vo
khoảng vợt l:
N
kv
= N / 2 ( 2 19)
Trong đó: N l số lần sét đánh vo đờng dây đã đợc tính ở trên mục
(2.1.4) N = 96 lần / 100km. năm.
Vậy N
kv
= 96 / 2 = 48 lần / 100km. năm.
Trong 48 lần sét đánh vo khoảng vợt thì xác suất hình thnh hồ quang
khi phóng điện đã đợc xác định tại mục
[
2.2
]
bằng phơng pháp nội suy
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 21
trên hình (2-7) đợc

= 0,63. Suất cắt của đờng dây 110kV do sét
đánh vo khoảng vợt nh sau:
n

kv
= N
kv
. V
pđ
.

(2 20)
Để tính V
pđ
ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện của
đờng dây.
2.3.1- Phơng pháp xác định Vpđ.

Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ I
s
= a. t.
Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đờng dây gồm hai thnh
phần:
lvcdcd
U)a,I(U)t(U +

=

Trong đó:
+
:)a,I(U
cd

l thnh phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ

thuộc vo biên độ (I) v độ dốc sét (a).
+ U
lv
: điện áp lm việc của đờng dây
Xác suất các dòng điện sét có biên độ I

I
s
v độ dốc a

a
s
l:

)
,
a
,
I
(
a,I
ss
eV
910126
+
=
(2 22)
Tại thời điểm t
i
no đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc bằng điện áp

chịu đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính vôn giây (V- S) của
chuỗi sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra:
( 2 23)






=
=+

=
iii
ipdlviicdicd
t.aI
)t(UU)a;I.(U)t(U
U
pđ
(t
i
) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V S ) tại t
i
.
Do coi dòng điện có dạng I = a. t thì thnh phần U
cđ
'
(I,a) tỷ lệ với độ dốc
a. có thể đặt: U
cđ

'
(I,a) = Z.a (2 24)
Vậy: U
pđ
(t
i
) = Z.a
i
+ U
lv
(2 25)
Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm a
i
tại thời điểm t
i
:
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 22

Z
U)t(U
a
lvipd
i

=
(2 26)
Z l hằng số đối với I v a nên có thể tính đợc:

a

U)t(U
Z
lvipd

=
(2 27)
Từ ( 2 26 ) v ( 2 27 ) ta có:

a
)t(U
U)t(U
a
icd
lvipd
i


=

( 2 28 )
Mặt khác ta có :
iii
t.aI =
Dựa vo các cặp (I
i
,a
i
) vẽ đờng cong nguy hiểm hình (2 8)
Miền nguy
hiểm

I
a
Hình (2 8): Đờng cong nguy hiểm

Xác suất phóng điện đợc tính theo xác suất xuất hiện ở miền bên phải
phía trên đờng cong nguy hiểm ở hình (2 8)
Từ đờng cong nguy hiểm ta có thể xác định đợc:
, với:

=
1
0
aipd
dV.VV
910126 ,
a
a
,
I
i
ii
eV;eV

==

Bằng phơng pháp gần đúng v tuyến tính hoá đờng cong nguy hiểm
chia đờng cong thnh: n = ( 10
ữ
15 ) khoảng, ta có:
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 23


=
=
n
i
aIpd
ii
V.VV
1
Sau khi xác định đợc V
pđ
, thay số vo ( 2 20 ) ta có suất cắt do sét
đánh vo khoảng vợt của đờng dây 110kV.
2.3.2- Trình tự tính toán.

Để đơn giản hoá trong tính toán, coi nh sét đánh vo khoảng giữa của
dây chống sét trong khoảng vợt, khi đó dòng điện sét đợc chia đều cho
hai phía của dây chống sét nh hình (2 9 ).
a.t/2
a.t/2
Hình (2 9) : Sét đánh vo dây chống sét giữa khoảng vợt.
R
C
R
C
R
C

Nh giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc:




<
=
dsds
ds
s
t nếu.a
t nếut.a
I

Ta sẽ tính toán I
s
ứng với các giá trị trong bảng (2 1) sau đây:
a(kA /

s)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t (

s)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Điện áp trên dây chống sét tại đỉnh cột có trị số U
cs
l:
()

cccccccs
Lt.R
a
L
a
R
t.a
dt
t.a
d
.LR
t.a
U +=+=






+=
222
2
2

( 2 30 )
( 2 29 )
Trong đó:
+ R
c
: điện trở nối đất cột

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 24
+ L
c
: điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét.
L
c
= h
cs
. L
0
L
0
: điện cảm đơn vị di của cột ( L
0
= 0,6

H/m )
Với h
cs
= 16,2m ta có L
c
=16,2.0,6 = 9,72

H
Điện áp trên dây dẫn l U
dd
có kể đến ảnh hởng của vầng quang:
U
dd

= - K
vq
.U
cs
+ U
lv
Trong đó:
+ U
lv
l điện áp trung bình của pha.

kV,..
,
U
.U.
dt.t.sin.U.
U
lv
lv
1757
3
2
110
143
2
3
22
3
21
0

==

=


=



K
vq
: hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha với dây chống sét có kể đến ảnh
hởng của vầng quang.
Điện áp đặt trên chuỗi cách điện l tổng đại số của U
dd
v U
cs
:
U
cđ
= U
cs
+ U
dd
= U
cs
- K
vq
. U
cs

+ U
lv
( 2 31 )
U
cđ
= U
cs
. (1- K
vq
) + U
lv

()
( )
lvvqcccd
UK.Lt.R.
a
U ++= 1
2

( 2 32 )
Từ biểu thức ( 2 32 ) ta thấy khi K
vq
nhỏ thì U
cđ
lớn do vậy theo ti liệu
hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp thì khi tính toán phải tính với pha
có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục ( 2.1.3.3 ) ta có:

1302570 ,KK;,K

vq
csC
vq
csB
vq
cs
A
===


Ta tính U
cđ
với K
vq
= 0,13; R
c
= 20

.
U
cđ
= a/2. (20. t + 9,72 ). (1- 0,257) + 57,17 (kV)
Cho các giá trị a khác nhau ta tính đợc điện áp đặt lên chuỗi cách điện
của đờng dây nh trên bảng ( 2 2 )
Bảng ( 2 2 ):
Giá trị U
cđ
khi sét đánh vo khoảng vợt, khi độ dốc a thay