Tài liệu Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/35KV doc

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
39


Chơng 3
bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
trạm biến áp 110/35 kV.

3.1-Khái niệm chung.
Trạm biến áp l một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải v
phân phối điện.
Đối với trạm biến áp 110/35kV thì các thiết bị điện của trạm đợc đặt
ngoi trời nên khi có sét đánh trực tiếp vo trạm sẽ xảy ra những hậu quả
nặng nề không những chỉ lm hỏng đến các thiết bị trong trạm m còn gây
nên những hậu quả cho những ngnh công nghiệp khác do bị ngừng cung
cấp điện . Do vậy trạm biến áp thờng có yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta
dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống ny l tập
trung điện tích để định hớng cho các phóng điện sét tập trung vo đó, tạo
ra khu vực an ton bên dới hệ thống ny.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu
sét vo hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống ny thì trị số điện trở
nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh
nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận
thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến các thiết bị khác gần
đó.
Ngoi ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vo trạm
ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý v đảm bảo về
yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
40

3.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống
sét đánh trực tiếp vo trạm biến áp.
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn trong phạm vi bảo vệ
an ton của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110/35kV ở đây ta dùng
hệ thống cột thu lôi, hệ thống ny có thể đợc đặt ngay trên bản thân công
trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vo các yêu cầu cụ thể.
Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đợc độ cao
của phạm vi bảo vệ v sẽ giảm đợc độ cao của cột thu lôi. Nhng mức cách
điện của trạm phải đảm bảo an ton trong điều kiện phóng điện ngợc từ
hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh x của trạm
thì khi có phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên
điện trở nối đất v trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp ny khá
lớn v có thể gây phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét đến các phần tử
mang điện trong trạm khi m mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện
để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh x của trạm l mức cách điện cao
v trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ.
Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện
khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn v độ di chuỗi sứ lớn)
do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm v các kết cấu trên
đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vo hệ thống nối đất của trạm theo
đờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vo đất theo 3 đến 4 cọc
nối đất, mặt khác mỗi trụ phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở
nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoi trời điện áp từ 110kV trở lên
l cuộn dây máy biến áp vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp
thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vo hệ thống của cột thu lôi v điểm
nối vo hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp l phải lớn hơn 15m theo

đờng điện .
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
41

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.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng lm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn
điện phải đợc cho vo ống chì v chôn trong đất.
3.3- Tính toán thiết kế, các phơng án bố trí cột thu
lôi.
Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV v dựa vo độ
cao của các thiết bị ta có thể bố trí đợc các cột thu lôi v tính đợc độ cao
của chúng.
3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán.
- Độ cao cột thu lôi:
h =h
x
+ h
a
(3 1)
Trong đó: + h
x
: độ cao của vật đợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi, đợc xác định theo từng
nhóm cột. (h
a
D/8 m).

(với D l đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân
cột)
- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập l:

)23()hh(
h
h
1
6,1
r
x
x
x

+
=

- Nếu h
x


2/3h thì:
)
h8,0
h
1.(h5,1r
x
x
=
(3 3)

- Nếu h
x
> 2/3h thì:
)
h
h
1.(h75,0r
x
x
=
(3-4)
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn
cộng lại. Nhng để các cột thu lôi có thể phối hợp đợc thì khoảng cách a
giữa hai cột phải thoả mãn a

7h ( trong đó h l độ cao của cột thu lôi ).
Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất
giữa hai cột l h
o
v đợc xác định theo công thức:
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
42


)(
a
hh
o
53

7
=

Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đờng nối hai
chân cột l r
xo
v đợc xác định nh sau:

)(
h
h
,
r
o
x
xo
63
1
61

+
=

Hình (3 1 ): Trờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau .
r
x
0,2h
h
1,5h
0,75h

r
xo
r
x
h
o
=h-a/ 7
R
h
x
0
a

- Trờng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm
vi bảo vệ đợc xác định nh sau:
- Khi có hai cột thu lôi A v B có độ cao h
1
v h
2
nh hình vẽ dới đây:

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
43

(Hình 3 2 ): Trờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác
a
'
2
h

2
1
h
1
3
R
a

- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h
2
, khi đó các
khoảng cách AB = a; BC = a
'
. Khi đó xác định đợc các khoảng cách x v a
'

nh
sau:

)()hh.(
h
h
,
-ax-aa'
)hh.(
h
h
,
x
73

1
61
1
61
21
1
2
21
1
2

+
==

+
=

Đối với trờng hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi
bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột l h
o
:
7
a
hh
o
=

Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B v C l:
)hh.(
h

h
,
ah
7
a'
hh
o 21
1
2
22
1
61

+
+==

)hh.(
h
h
,
r
xoxo

+
=
1
2
1
61

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
44

3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp
110/35kV.
- Trạm có diện tích l: 57 x 58,350m v bao gồm:
+ Hai máy biến áp T
1
v T
2

+ 2 lộ 110kV v 6 lộ 35kV.
- Độ cao các thanh x phía 110kV l 10m v 8m.
- Độ cao các thanh x phía 35kV l 9m v 7m.
- Ngoi ra trạm còn có 3 cột chiếu sáng cao 21m.
3.3.3- Trình tự tính toán.

Trạm biến áp E35 Phủ Lý đợc hai đờng 110kV cấp, một đờng từ H
Đông cấp về, một đờng từ Ninh Bình cấp lên, hai đờng 110kV ny đợc
nối với nhau qua máy cắt liên lạc giữa hai hệ thống thanh góp.
Trạm có cấp điện áp 110/35kV v có hai máy biến áp T
1
; T
2
đợc nối
với hai lộ đờng dây vo 110kV v sáu lộ đờng dây 35kV.
Phía 110kV có hai hệ thống thanh góp v có máy cắt liên lạc.
Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị
trong trạm v yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đa ra hai phơng án đặt

cột thu lôi nh sau:
3.3.3.1- Phơng án 1.

- Các cột thu lôi phía trạm 110kV đợc bố trí độc lập l cột số 5 có độ
cao l 21m; các cột số 1 đến số 4 đợc bố trí trên các thanh x có độ cao
10m v các cột ny có độ cao l 21m ( tính từ x đến kim thu sét l 6m, kim
thu sét cao 5m)
- Các cột thu lôi phía 35kV đợc bố trí trên các thanh x có độ cao 9m,
cột cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m l các cột số 6;7;8;9. Ngoi ra còn hai
cột thu lôi độc lập cao 21m l cột số 10 v 11. Hình ( 3 3 )
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
45


5
1 0 2

Hình (33): Đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột thu

Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi:

Để bảo vệ đợc một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì
độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D

8h
a
Trong đó:
- D: L đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo
bởi các chân cột. đó l phạm vi m nhóm cột có thể bảo vệ đợc.

- h
a
: L độ cao tác dụng của cột thu lôi.
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm
vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối
hợp đợc với nhau để bảo vệ đợc vật có độ cao h
x
no đó l: a

7h
Với a l khoảng cách giữa hai cột thu lôi.
- Xét nhóm cột 1;2;5.
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột ny l đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo
bởi các cột 1;2;5. (1
ữ
2 = 26m; từ điểm giữa 1
ữ
2 với 5 = 8,5m ) V đờng
kính vòng tròn l:
Xét tam giác (1;2;5) , ta có: (1;2)=26 m ; (0;5)=8,5 m, suy ra :
m53,155,813)2;0()5;0()5;2(
2222
=+=+=

Ta có công thức để tính đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác
(1;2;5):
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
46

)(
)cp).(bp).(ap.(p.
c.b.a
r 83
4


=

Trong đó: + p l nửa chu vi tam giác (1;2;5):
2
cba
p
++
=

+ r l bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5).
Thay số vo (3 8 ) ta có:
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) l:

5328
2
5315531526
,
,,
p =
+
+
=

m.,
),,).(,,).(,.(,.
,.,.
r 214
531553285315532826532853284
5315531526
=

=

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) l: D =14,2. 2 =
28,4m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;5 bảo vệ đợc hon ton diện
tích giới hạn bởi chúng l:

m.,
,D
h
a
553
8
428
8
===

- Xét nhóm cột (3;4;5) ta có:
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột ny l đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo
bởi các cột 3;4;5. (3
ữ

4 = 17m; khoảng cách từ 5 đến (3
ữ
4)= 20,35m ).
Đoạn (4
ữ
5):
m.,, 9205204
22
=+=

Đoạn (3
ữ
5):
m.,, 272452013
22
=+=

31
2
272492017
=
+
+
=
,,
p

m.,
),).(,).(.(.
,.,.

r 5512
272431920311731314
272492017
=

=

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (3;4;5) l: D =12,55. 2 =
25,1m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 3;4;5 bảo vệ đợc hon ton diện
tích giới hạn bởi chúng l:
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang
47

m.,
,D
h
a
143
8
125
8
===

- Xét nhóm cột (6;7;11) ta có:
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột ny l đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo
bởi các cột 6;7;11. Có: (6
ữ
7) = 15m; (6

ữ
11) = 15m ); (7
ữ
11) = 15.1,41 =
21,2m
625
2
2211515
,
,
p =
++
=

m.,
),,).(,).(,.(,.
,..
r 610
22162515625156256254
2211515
=

=

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) l: D = 10,6. 2
=21,2m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;11 bảo vệ đợc hon ton diện
tích giới hạn bởi chúng l:
m.,
,D

h
a
652
8
221
8
===

Vì tam giác (8;9;10)bằng tam giác (6;7;11) nên ta có độ cao tác dụng tối
thiểu để các cột 8;9;10 bảo vệ đợc hon ton diện tích giới hạn bởi chúng
l:
m.,
,D
h
a
652
8
221
8
===

Các cột 2;5;3. Có: (2
ữ
5) = 19m; (3
ữ
5) = 24m ); (2
ữ
3) = 28,85m
935
2

85282419
,
,
p =
+
+
=

m.,
),,).(,).(,.(,.
,..
r 7514
852893524935199359354
85282419
=

=

Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) l: D = 14,75. 2
=29m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 2;5;3 bảo vệ đợc hon ton diện
tích giới hạn bởi chúng l: