Đồ án tốt nghiệp - Cao áp (P1)

Chia sẻ: Tien Van Van | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

169
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'đồ án tốt nghiệp - cao áp (p1)', kỹ thuật - công nghệ, điện - điện tử phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp - Cao áp (P1)

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Chương 1 : HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm NMĐ - đường dây - TBA và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó có phần tử có số lượng lớn và khá quan trọng đó là các TBA, đường dây. 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 TBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân. Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm 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 HTĐ. 1.1 - HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT 1.1.1 - Khái niệm chung: Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km). Hiện tượng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tượng phóng điện này gây nhiều trở ngại cho đời sống con người. 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. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 1
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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 thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất). Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được nối với một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có địên dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới 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 đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn. Do vậy để định hướng 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 được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét. Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là ν và mật độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo là δ thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là: is = ν. δ Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể). Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình 1-1) Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 2
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp - Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên. α.S ρ.S min ρ.S min ρ.S H×nh 1-1 : Sù biÕn thiªn cña dßng diÖn sÐt theo thêi gian 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 dông sét khác nhau : + Ỏ miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ÷ 110 ngày trong một năm và số lần dông từ 150 ÷ 300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ÷ 3 cơn dông. + Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 ÷300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ÷ 110 ngày. Tháng nhiều dông 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 cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ÷ 200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 ÷ 100 ngày. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 3
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp + Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới 80 ngày dông. Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không hoàn toàn 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) là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát được 12 ÷ 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ...), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2 ÷ 5 ngày dông. Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất, thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng như Tuy Hoà 10ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng. Ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ÷ 140 ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm. Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông 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 đều quan sát được trung bình có từ 15 ÷ 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông 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 ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn, tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây Nguyên, 10 ÷ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày. Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng 1-1. Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 4
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 5
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Bảng 1-1 : Số ngày dông trong tháng: Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Địa điểm 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 Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 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 Playcu 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 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 Hà Tiên 2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 6
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1.2- ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN H.T.Đ VIỆT NAM: - Như đã trình bày ở phần trước 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 vật nào 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 và đứt, thậm chí có những 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. - Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây 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 cắt nhảy 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. 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 lưới điện. *Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông sét tới hoạt động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 7
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp điện và trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện. chương2: TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY Đường dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng điện. Đường dây là phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đường dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét lớn tới mức làm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích của cách điện sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đường dây, buộc máy cắt đầu đường dây phải tác động. Như vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đường dây thì sóng sét sẽ truyền từ đường dây vào trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. Vì vậy bảo vệ chống sét cho đường dây phải xuất phát từ chỉ tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện của đường 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 được thể hiện như ( hình 2-1 ) Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 8
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp D©y chèng sÐt 0,2h h hx 0,6h 1,2h hx H×nh 2-1: Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét d©y chèng sÐt Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h2 cũng được tính theo công thức sau: + Khi hx > 2/3h thì bx = 0,6h (1-hx/h ) (2 – 1) + Khi hx ≤ h thì bx = 1,2h (1- hx/0,8h (2 – 2) Chiều dài của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đường dây như hình (2– 2 ). Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 9
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp α1 A α2 C B H×nh 2-2: Gãc b¶o vÖ cña mét d©y chèng sÐt. Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc α là α = 310, nhưng trong thực tế thường lấy khoảng α = 20 0 ÷ 250. 2.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây. Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét ) là h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây (l). Từ số lần phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1 km2 ứng với một ngày sét là 0,1÷0,15 ta có thể tính được tổng số lần có sét đánh thẳng vào đường dây (dây dẫn hoặc dây chống sét). N=(0,6÷0,9). h .10-3.l.nng.s (2 – 3) Trong đó: + h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m). + l: chiều dài đường dây (km ). + nng. s:số ngày sét /năm trong khu vực có đường dây đi qua. Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (Is) và độ dốc của dòng điện (a = dis /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần có sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của đường dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 10
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Khả năng phóng điện được biểu thị bởi xác suất phóng điện ( Vp đ ). Số lần xảy ra phóng điện sẽ là: Npđ = N. Vpđ = ( 0,6÷0,9 ). h . 10-3. l . nng s. Vpđ . (2–4) Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 μs mà thời gian của các bảo vệ rơle thường không bé quá một nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức là khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện là đường dây bị cắt ra. Đường dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện trở thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của đường dây đó. Xác suất hình thành hồ quang (η ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện : η = ƒ(Elv) ; Elv = Ulv/lpđ (kV/m ). Trong đó: + η: xác suất hình thành hồ quang. + Ulv: điện áp làm việc của đường dây ( kV ). + lpđ: chiều dài phóng điện ( m). Do đó số lần cắt điện do sét của đường dây là: Ncđ = Npđ. η. = (0,6÷0,9). h. nng .s. Vpđ. η. (2 – 5) Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau, đi qua các vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau người ta tính trị số " suất cắt đường dây" tức là số lần cắt do sét khi đường dây có chiều dài 100km. ncđ = ( 0,06÷0,09). h. nng s. Vpđ .η. (2 – 6) Đường dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau: + Sét đánh thẳng vào đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột. + Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. + sét đánh vào khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột. Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đường dây gây quá điện áp cảm ứng trên đường dây, nhưng trường hợp này không nguy hiểm bằng ba trường hợp trên. Khi đường dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng lượng Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 11
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đường dây với ba trường hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đường dây. ncđ = nc + nkv + ndd ( 2 – 7) Trong đó: + nc : số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột. +nkv: số lần cắt do sét đánh vào khoảng vượt. + ndd: số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn. 2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán. Đường dây tính toán l = 150km. (Ninh Bình – Hà Đông) Xà đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn. Dây chống sét treo tại đỉnh cột. Dây dẫn được treo bởi chuỗi sứ Π- 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 vượt là 150m. 2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn. Độ treo cao trung bình của dây được xác định theo công thức: hdd = 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. fdd = γ. l2/ 8. σ. (2 – 9) γ = p/s =492/120. 1000 = 0,0041. (p : khối lượng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây AC- 120 , s= 120 mm2.) σ : hệ số cơ của đường dây ở nhiệt độ trung bình , σ = 7,25. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 12
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1,5m 3m 3m A 1,2m 16,2m B C 1,75m 12m 9,0m H×nh 2-3: §é cao d©y chèng sÐt vμ d©y dÉn. l: chiều dài khoảng vượt của đường dây = 150m. fdd = 0,0041.1502/8. 7,25 = 1,5905 m ≈ 1,6 m ở đây ta lấy fdd = 1,8 m. fcs = 1,5 m. Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (2-9) là: hddcs = hcs – 2/3 fcs = 16,2 – 2/3.1,5 = 15,2m. hddtbA = hddA – 2/3 fdd = 12 – 2/3. 1,8 = 10,8 m. hddtbB = hddB – 2/3 fdd = 9 – 2/3. 1,8 = 7,8 m. 2.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét và dây dẫn. Zdd = 60.ln (2.hdd / r). ( 2 – 10 ) ZddA = 60. ln [ ( 2. 10,8) / (9,5. 10-3 ) ] = 463,75 Ω. ZddB = 60. ln [ ( 2. 7,8 ) / ( 9,5. 10-3 ) ] = 444,22 Ω. Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang và khi không có vầng quang. + Khi không có vầng quang: Zdcs =60. ln [ ( 2. 15,2 ) / ( 5,5. 10-3 )] = 517 Ω + Khi có vầng quang, ta phải chia Zdcs cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang. λ = 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp). Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 13
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Zdvqcs = Zdcs / λ = 517/1,3 = 397,69 Ω. 2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn chống sét với các dây pha. Công thức (2 – 11) được xác định theo hình (2 – 4). 2 d12 h2 1 (A;B;C) D12 2' H×nh 2-4: PhÐp chiÕu g−¬ng qua mÆt ®Êt . D ln 12 d12 K= (2 − 11) 2h ln 2 r2 Trong đó: + h2: độ cao trung bình của dây chống sét. + D12: khoảng cách giữa dây pha và ảnh của dây chống sét. + d12: khoảng cách giữa dây chống sét và dây pha. + h1: độ cao trung bình của dây dẫn pha. + λ: hệ số hiệu chỉnh vầng quang (λ = 1,3) Theo kết quả tính trước ta có: hddA = 10,8m ; hddB = hddC = 7,8m ; hddcs = 15,2m. Áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến các dây pha và từ dây pha đến ảnh của dây chống sét như hình ( 2 – 5). Với pha A: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 14
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp d12 = ( ID) 2 + ( IA) 2 = 4,2 2 + 1,5 2 = 4,46m D 4,2m A 16,2m 1,5m C K B 12m 1,75m 9m 16,2m K D' H×nh 2-5: X ®Þnh kho¶ng c¸ch theo phÐp chiÕu g−¬ng qua mÆt ®Êt. ¸c D12 = ( IA) 2 + ( IE) 2 = 1,5 2 + 24 2 = 24,046m Với pha B,C: d12 = ( ID) 2 + ( IB ) 2 = 7,2 2 + 1,75 2 = 7,41m D12 = ( IB ) 2 + ( IE ) 2 = 1,75 2 + 18 2 = 18,08m Hệ số ngẫu hợp giữa pha A và dây chống sét : áp dụng công thức (2 – 11): 24,5 ln 4,46 K= = 0,19768 2.15,2 ln 5,5.10 −3 Khi có vầng quang: KA-csvq = KA-cs. λ = 1,3. 0,19768 = 0,257. Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 15
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét: 18,08 ln 7,41 K B − cs = K C − cs = = 0,1 2.15,2 ln 5,5.10 −3 Khi có vầng quang : vq vq K B −cs = K C − cs = 0,1.1,3 = 0,13 2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét. Từ hình (2 – 2 ) ta có: 1,5 tgα A = = 0,357 ⇒ α A = 19,65 0 4,2 1,75 tgα B = tgα C = = 0,243 ⇒ α B = α C = 13,66 0 7,2 2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây. Áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; hddcs = 15,2 m ; nng.s= 70ngày/ 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 và các kết quả trên ta tiến hành tính toán suất cắt cho đường dây với ba khả năng đã nêu đối với đường 110kV. 2.2 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÒNG QUA DÂY CHỐNG SÉT VÀO DÂY DẪN. Đường dây có U ≥ 110kV được bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn có những trường hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Tuy xác suất này nhỏ nhưng vẫn được xác định bởi công thức sau: α h cs lg Vα = −4 (2-15) 90 Trong đó: α: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ). hcs : chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m). Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 16
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn là IS/4, vì mạch của khe sét sẽ được nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số như hình (2 – 6 ) Is Z0 Is / 2 Is / 4 Is/4 Zdd /2 Zdd / 2 H×nh (2 – Dßng ®iÖn sÐt khi sÐt ®¸nh vμo d©y dÉn. 6): Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song và Zdd = (400÷500) Ω nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. Ta có dòng điện sét ở nơi đánh là: Z0 I I = Is ≈ s (2 − 13) Z 2 Z 0 + dd 2 Z0: Tổng trở sóng của khe sét. Điện áp lúc đó trên dây dẫn là: I s .Z dd U dd = (2-14) 4 Khi Udd ≥ U50%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: I s .Z dd ≥ Us % 50 4 Hay độ lớn của dòng điện sét có thể gây nên phóng điện trên cách điện là: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 17
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 4U s % 50 Is ≥ Z dd Ta có xác suất phóng điện trên cách điện là: − Is − 4. U s % 50 Vpd = e 26,1 =e 26,1. Z dd (2 − 15) Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: Nα = N. Vα (2 – 16) Trong đó: N: tổng số lần phóng điện sét của 100 km đường dây đã được xác định tại mục 2.1.4 là: 96 lần / 100km. năm. Vα: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn được xác định theo ( 2 – 12) Xác suất hình thành hồ quang η phụ thuộc vào gradien của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện ( Elv): U lv E lv = ( kV / m) (2 − 17) l pd + lpđ: Chiều dài đường phóng điện lấy bằng chiều dài chuỗi sứ ( m ). + Ulv: Điện áp pha của đường dây. 110 E lv = = 52,9 ( kV / m) 3.1,2 Dựa vào bảng (21 – 1) sách “giáo trình kỹ thuật điện cao áp” vẽ đồ thị và bằng phương pháp nội suy ta có: η = 0,63 Bảng 2 – 1: Xác định hình thành hồ quang: U lv E lv = ( kV / m) l pd 50 30 20 10 η (đơn vị tương đối) 0,6 0,45 0,25 0,1 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 18
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Ta có suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn: ndd = Nvα. vpđη (2 – 18) Elv (kV/m) 60 50 40 30 20 10 0 η 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 H×nh (2 – néi suy ®Ó x¸c ®Þnh η 7): Từ ( 2 – 18) ta thấy vα và vpđ đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ cao dây dẫn và góc bảo vệ α, độ cao dây dẫn tăng hoặc α tăng đều làm cho ndd tăng, vậy ta chọn pha A là pha có góc bảo vệ α lớn nhất và hddA lớn hơn so với pha B và pha C để tính suất cắt cho đường dây. Pha A có αA = 19,65 0; hddA = 10,8m. ZddA = 463,75 Ω ; hcs= 16,2m. Thay các số liệu trên vào công thức ( 2 – 12 ) ta có: 19,65. 16,2 lg Vα = − 4 = −3,12 ⇒ Vα = 0,756.10 −3 90 Xác suất phóng điện trên cách điện pha A theo công thức ( 2 – 15 ) − Is − 4.U 50% s − 4.660 Vpd = e 26,1 = e 26,1.Z dd = e 26,1.463,75 = 0,804 Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 19
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp U50%c = 660kV đối với đường dây 110kV [ tra bảng ( 9 – 5) Kỹ thuật điện cao áp ]. Thay số vào (2 – 18 ) ta có: ndd = 96. 0,756.10-3. 0,804. 0,63. = 0,03676 lần / 100km. năm. 2.3- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO KHOẢNG VƯỢT. Theo sách “hướng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp” thì số lần sét đánh vào khoảng vượt là: Nkv= N / 2 ( 2 – 19) Trong đó: N là số lần sét đánh vào đường dây đã được tính ở trên mục (2.1.4) N = 96 lần / 100km. năm. Vậy Nkv = 96 / 2 = 48 lần / 100km. năm. Trong 48 lần sét đánh vào khoảng vượt thì xác suất hình thành hồ quang khi phóng điện đã được xác định tại mục [ 2.2 ] bằng phương pháp nội suy trên hình (2-7) được η = 0,63. Suất cắt của đường dây 110kV do sét đánh vào khoảng vượt như sau: nkv = Nkv. Vpđ. η (2 – 20) Để tính Vpđ ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện của đường dây. 2.3.1- Phương pháp xác định Vpđ. Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ Is = a. t. Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đường dây gồm hai thành phần: U cd ( t ) = U ′ ( I, a ) + U lv cd Trong đó: + U ′ ( I, a) : là thành phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ cd thuộc vào biên độ (I) và độ dốc sét (a). + Ulv : điện áp làm việc của đường dây Xác suất các dòng điện sét có biên độ I ≥ Is và độ dốc a ≥ as là: Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 20