Tài liệu Đồ án tốt nghiệp: Kỹ thuật điện cao áp_Tính toán chỉ tiêu bảo về chống sét đường dây pptx

- - -    - - -



Đồ án tốt nghiệp

Kỹ thuật điện cao áp_Tính
toán chỉ tiêu bảo về chống sét
đường dây










đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trang
7

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
Trang
8


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
Trang
9


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
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trang
10

tất cả các lần có sét đánh lên đờng dây đều dẫn đến phóng điện trên cách
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.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trang
11

+ Sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn.
+ 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.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trang
12

f
dd
= . l
2
/ 8. . (2 9)
= 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 .
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trang
13

Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang v khi không
có vầng quang.
+ 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.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trang
14

+ h
1
: độ cao trung bình của dây dẫn pha.
+ : hệ số hiệu chỉnh vầng quang ( = 1,3)
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
=+=+=

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trang
15


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

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
Trang
16

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
Trang
17


)(
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
Trang
18

+ 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
Trang
19

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