Biến áp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/22 KV

ë suÊt tÝnh to¸n cña ®Êt. r®: ®iÖn trë suÊt ®o ®­îc cña ®Êt. Km : hÖ sè mïa cña ®Êt. HÖ sè K phô thuéc vµo d¹ng ®iÖn cùc vµ ®é ch«n s©u cña ®iÖn cùc. §èi víi tr¹m biÕn ¸p ta thiÕt kÕ cã cÊp ®iÖn ¸p 110kV vµ c¸c cét thu l«i ®éc lËp do ®ã ta sö dông h×nh thøc nèi ®Êt tËp trung ®Ó cã hiÖu qu¶ t¶n dßng ®iÖn tèt nhÊt. MÆt kh¸c do ®Æt c¸c cét thu l«i trªn xµ nªn phÇn nèi ®Êt chèng sÐt ta nèi chung víi m¹ch vßng nèi ®Êt cña tr¹m. II.2- C¸c sè liÖu dïng ®Ó tÝnh to¸n nèi ®Êt. §iÖn trë suÊt ®o ®­îc cña ®Êt: r® = 0,95.104 W.cm =0,95.102 W.m. §iÖn trë nèi ®Êt cét ®­êng d©y: Rc = 11 W. D©y chèng sÐt së dông lo¹i C- 70 cã ®iÖn trë ®¬n vÞ lµ: Ro =2,38W/km. ChiÒu dµi kho¶ng v­ît ®­êng d©y lµ: §èi víi 110kV: l = 190m. D¹ng sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt: Trong ®ã: a: ®é dèc dßng ®iÖn sÐt a = 30kA/ms I: biªn ®é dßng ®iÖn sÐt I = 150kA t®s: thêi gian ®Çu sãng lÊy b»ng 5ms = II.3- tr×nh tù tÝnh to¸n. Tr¹m ®iÖn thiÕt kÕ cã ®iÖn ¸p lµ 110kV, ®©y lµ m¹ng ®iÖn cã trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt nªn yªu cÇu cña nèi ®Êt an toµn lµ: R £ 0,5 W. Thµnh phÇn ®iÖn trë nèi ®Êt R gåm hai thµnh phÇn: + §iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn (Rtn). + §iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o (Rnt). §èi víi c¸c thiÕt bÞ cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt (cã dßng ch¹m ®Êt lín) th× yªu cÇu ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o ph¶i cã trÞ sè nhá h¬n 1W. (II – 1 ) (II – 2 ) VËy ®iÒu kiÖn nèi ®Êt lµ: Tõ ®ã rót ra: II.3.1- §iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn. Trong ph¹m vi ®Ò tµi nµy chóng ta sÏ xÐt ®Õn nèi ®Êt tù nhiªn lµ hÖ thèng nèi ®Êt cét ®­êng d©y 110 kV tíi tr¹m ¸p dông c«ng thøc : Trong ®ã:Rc lµ ®iÖn trë nèi ®Êt cña cét ®iÖn (Rc=11 W ) Rc s lµ ®iÖn trë cña d©y chèng sÐt trong 1 kho¶ng v­ît . Rc s =r0cs.L=2,38.190.10-3=0,452( W ) n=2 II.3.2- §iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o. Ta sÏ tÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ thèng nèi ®Êt theo ®iÒu kiÖn ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o lµ: Rn.t.yc £ 0,993 W. II.3.3- TÝnh nèi ®Êt nh©n t¹o cña tr¹m 110kV. Ta sö dông mét m¹ch vßng nèi ®Êt cho tr¹m 110 kV M¹ch vßng bao quanh tr¹m cã h×nh ch÷ nhËt ABCD cã kÝch th­íc nh­ sau: ChiÒu dµi l1 = 94m ; ChiÒu réng l2 = 36m. S¬ ®å nèi ®Êt m¹ch vßng cã ch«n cäc cña tr¹m nh­ h×nh (II –2 ): l1 D A l2 C B H×nh (II – 2 ): S¬ ®å nèi ®Êt m¹ch vßng cã ch«n cäc cña tr¹m. HÖ thèng nèi ®Êt m¹ch vßng cña tr¹m ta chän thanh thÐp dÑt lo¹i ( 40x4 )mm §é chon s©u cña m¹ch vßng lµ t = 0,8m §iÖn trë t¶n nh©n t¹o ®èi víi m¹ch vßng cã ch«n cäc ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: Trong ®ã: Rc : lµ ®iÖn trë t¶n nèi ®Êt cña cäc (W). Rm.v : lµ ®iÖn trë t¶n nèi ®Êt cña m¹ch vßng (W). n : lµ sè cäc sö dông. hm.v vµ hc : t­¬ng øng lµ hÖ sè sö dông m¹ch vßng, sö dông cäc phô thuéc vµo sè cäc vµ tû sè TÝnh ®iÖn trë cña m¹ch vßng quanh tr¹m Rm.v : Trong ®ã: r = r®o.Kmïa (thanh) lµ ®iÖn trë suÊt tÝnh to¸n cña m¹ch vßng.Tra b¶ng (2–1) s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA” ta cã: Kmïa (thanh) = 1,6 vËy r = r.1,6 = 0,95.1,6.102=1,52.102 (W.m). L lµ chu vi m¹ch vßng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(94+36) = 260m. d lµ ®­êng kÝnh thanh nèi: d = b/2 = 0,04/2 = 0,02m t lµ ®é ch«n s©u (®Ó ®¶m b¶o cho r æn ®Þnh ) : t = 0,8m. k lµ hÖ sè phô thuéc h×nh d¹ng cña hÖ thèng nèi ®Êt . Ta cã: Tra b¶ng (2 – 5) s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA” ®­îc k =8,38. Thay sè vµo biÓu thøc (II – 3) ta cã: Ta nhËn thÊy ®iÖn trë cña m¹ch vßng xung quanh tr¹m lín h¬n ®iÖn trë nh©n t¹o cÇn thiÕt khi thiÕt kÕ (Rn® = 0,993 W).VËy ph¶i dïng thªm sè cäc vµo hÖ thèng m¹ch vßng ®Ó gi¶m trÞ sè ®iÖn trë nèi ®Êt cña hÖ thèng. Qua kÕt qu¶ tÝnh to¸n Rm.v chøng tá r»ng ta chän h×nh thøc nèi ®Êt an toµn b»ng m¹ch vßng cã ch«n cäc lµ hîp lý. TÝnh ®iÖn trë nèi ®Êt cña mét cäc (dïng cäc s¾t gãc L ). §èi víi cäc ®iÖn trë t¶n xoay chiÒu ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: t' 0,8m l H×nh (II – 4): C¸c kÝch th­íc nèi ®Êt cäc Trong ®ã: Cäc cã kÝch th­íc: l = 3m. r lµ ®iÖn trë suÊt cña ®Êt ®èi víi cäc: r = r®o.Kmïa (cäc) . r®o =0,9.102 (W.m); Kmïa (cäc) = 1,4. (Tra b¶ng (2-1) s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA”) à r = 0,95.102.1,4 = 1,33.102 (W.m). d lµ ®­êng kÝnh cäc (m) ®­îc tÝnh nh­ sau: d = 5. 10-2m. t lµ ®é ch«n s©u: t = 0,8m. Gi¸ trÞ t/ ®­îc tÝnh: Thay sè liÖu vµo (II – 5 ) ta cã: VËy ®iÖn trë cña mét cäc lµ 43,87 W. Sau khi tÝnh ®­îc Rc vµ Rmv ta tÝnh ®iÖn trë nh©n t¹o theo c«ng thøc (II–3) . Trong c«ng thøc nµy ta chØ míi biÕt Rc vµ R mv vËy ta ph¶i t×m sè cäc ®Ó Rnt ®¹t gi¸ trÞ nhá nhÊt vµ ph¶i ®¶m b¶o nhá h¬n hoÆc b»ng gi¸ trÞ tÝnh to¸n cho phÐp Rnt £ 0,993 W. hmv vµ hc phô thuéc sè cäc ta sö dông trong m¹ch vßng. Ta xÐt tõng tr­êng hîp theo tû sè víi c¸c th«ng sè lµ: L (chu vi m¹ch vßng) = 260m. c¸ch gi÷a c¸c cäc a = 2.l =6m. Ta cã sè cäc ch«n theo chu vi m¹ch vßng lµ: cäc. Do vËy ta chän 50 cäc l (chiÒu dµi cäc) = 3 m. * Khi (cã nghÜa lµ kho¶ng ta chän 50 cäc Tra b¶ng 4 phÇn phô lôc s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA” ta cã: hc = 0,58. Theo b¶ng 6 trong phÇn phô lôc s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA” ta cã: hthanh = 0,28. §iÖn trë nh©n t¹o trong tr­êng hîp nµy lµ: VËy Rnt1>Rnt yc=0,928 Ph­¬ng ¸n nµy kh«ng ®¶m b¶o yªu cÇu. * Khi (cã nghÜa lµ kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cäc a = l =3m. Ta cã sè cäc ch«n theo chu vi m¹ch vßng lµ: cäc.Do vËy ta chän 100 cäc Tra b¶ng 4 phÇn phô lôc s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA” ta cã: hc = 0,39. Theo b¶ng 6 trong phÇn phô lôc s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA” ta cã: hthanh = 0,19. §iÖn trë nh©n t¹o trong tr­êng hîp nµy lµ: VËy Rnt2<Rnt yc=0,993 Ph­¬ng ¸n nµy ®¶m b¶o yªu cÇu do gi¸ trÞ ®iÖn trë nèi ®Êt nhá h¬n gi¸ trÞ ®iÖn trë yªu cÇu. VËy ta chän Rn.t(2) = 0,974 W. Sè cäc lµ 100 cäc. Kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cäc lµ a = 3 m. * Ngoµi viÖc nèi ®Êt cho phÝa 110 kV th× ta cã thÓ nèi ®Êt cho c¸c cét thu l«i ®éc lËp hoÆc ta cÇn tÝnh to¸n nãi ®Êt lµm viÖc cho phÝa h¹ ¸p 22 kV . II _3 : ë ®©y ta sÏ tÝnh to¸n nèi ®Êt lµm viÖc cho phÝa h¹ ¸p 22 kV : Yªu cÇu nèi ®Êt an toµn phÝa 22 kV lµ :Ryc£ 4 W M¹ch vßng bao quanh tr¹m cã h×nh ch÷ nhËt EFGH cã kÝch th­íc nh­ sau: l1 F E l2 H G H×nh (II – 3 ): S¬ ®å nèi ®Êt m¹ch vßng ChiÒu dµi l1 = 35m ; ChiÒu réng l2 = 20m. Kmïa (thanh) = 1,6 vËy r = r.1,6 = 0,9.1,6.102=1,44.102 (W.m). L lµ chu vi m¹ch vßng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(35+20) = 110m. d lµ ®­êng kÝnh thanh nèi: d = b/2 = 50/2 = 25 (m.m) = 2,5.10-2 m. t lµ ®é ch«n s©u (®Ó ®¶m b¶o cho r æn ®Þnh ) : t = 0,8m. k lµ hÖ sè phô thuéc h×nh d¹ng cña hÖ thèng nèi ®Êt . Ta cã: Tra b¶ng (2 – 5) s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA” ®­îc k =6,78. Thay sè vµo biÓu thøc (II – 3) ta cã: Rn t=Rmv=1,317 (W) < Ryc= 4 (W) II.4- tÝnh to¸n nèi ®Êt chèng sÐt. TÝnh to¸n nèi ®Êt chèng sÐt cho phÝa 110 kV Khi cã dßng ®iÖn sÐt ®i vµo bé phËn nèi ®Êt, nÕu tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn theo thêi gian rÊt lín th× trong thêi gian ®Çu ®iÖn c¶m sÏ ng¨n c¶n kh«ng cho dßng ®iÖn ®i tíi c¸c phÇn cuèi cña ®iÖn cùc khiÕn cho ®iÖn ¸p ph©n bè kh«ng ®Òu, sau mét thêi gian, ¶nh h­ëng cña ®iÖn c¶m mÊt dÇn vµ ®iÖn ¸p ph©n bè sÏ ®Òu h¬n. Thêi gian cña qu¸ tr×nh qu¸ ®é nãi trªn phô thuéc vµo h»ng sè thêi gian. T =L.g.l2 (II – 6 ) Tõ (II–6) ta thÊy: T tû lÖ víi trÞ sè ®iÖn c¶m tæng L.l vµ ®iÖn dÉn tæng cña ®iÖn cùc. Tõ biÓu thøc (II–6) ta thÊy khi dßng ®iÖn t¶n trong ®Êt lµ dßng ®iÖn mét chiÒu hoÆc xoay chiÒu tÇn sè c«ng nghiÖp th× ¶nh h­ëng cña L kh«ng ®¸ng kÓ vµ bÊt kú h×nh thøc nèi ®Êt nµo ( th¼ng ®øng hoÆc n»m ngang ) còng ®Òu biÓu thÞ bëi trÞ sè ®iÖn trë t¶n. Khi dßng ®iÖn t¶n trong ®Êt lµ dßng ®iÖn sÐt, tham sè biÓu thÞ cña nèi ®Êt tuú thuéc vµo t­¬ng quan gi÷a h»ng sè thêi gian T vµ thêi gian ®Çu sãng cña dßng ®iÖn. Khi T<< t®.s (khi dßng ®iÖn ®¹t trÞ sè cùc ®¹i) th× cÇn xÐt qu¸ tr×nh qu¸ ®é ®· kÕt thóc vµ nèi ®Êt thÓ hiÖn nh­ mét ®iÖn trë t¶n. Tr­êng hîp nµy øng víi c¸c h×nh thøc nèi ®Êt dïng cäc hoÆc thanh cã chiÒu dµi kh«ng lín l¾m vµ goÞ lµ nèi ®Êt tËp trung. NÕu ®iÖn cùc dµi, h»ng sè thêi gian cã thÓ ®¹t tíi møc t®.s vµ t¹i thêi ®iÓm dßng ®iÖn ®¹t trÞ sè cùc ®¹i, qu¸ tr×nh qu¸ ®é ch­a kÕt thóc vµ nh­ ®· ph©n tÝch t¸c dông cña ®iÖn c¶m, nèi ®Êt sÏ thÓ hiÖn nh­ mét tæng trë Z cã gi¸ trÞ rÊt lín so víi ®iÖn trë t¶n. Tr­êng hîp nµy gäi lµ nèi ®Êt ph©n bè dµi. Trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ tr¹m biÕn ¸p 110kV, th­êng th× phÇn nèi ®Êt nèi chung víi m¹ch vßng nèi ®Êt an toµn cña tr¹m. Nh­ vËy sÏ gÆp tr­êng hîp nèi ®Êt ph©n bè dµi, tæng trë xung kÝch Zx.k cã thÓ lín gÊp nhiÒu lÇn so víi ®iÖn trë t¶n xoay chiÒu lµm t¨ng ®iÖn ¸p gi¸ng trªn bé phËn nèi ®Êt vµ cã thÓ g©y phãng ®iÖn ng­îc ®Õn c¸c phÇn mang ®iÖn cña tr¹m. Do ®ã ta ph¶i tÝnh to¸n, kiÓm tra theo yªu cÇu cña nèi ®Êt chèng sÐt trong tr­êng hîp cã dßng ®iÖn sÐt ®i vµo hÖ thèng nèi ®Êt. II.4.1- D¹ng sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt. Trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ ta chän sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt lµ d¹ng sãng xiªn gãc cã biªn ®é kh«ng ®æi (xem h×nh II-1) . D¹ng sãng tÝnh to¸n cña dßng ®iÖn sÐt: + Is = a.t khi t < t®s + Is = I khi t ³ t®s Trong ®ã: + a: ®é dèc dßng ®iÖn sÐt a = 30kA/ms + I: biªn ®é dßng ®iÖn sÐt I = 150kA + t®s: thêi gian ®Çu sãng lÊy b»ng 5ms ; II.4.2-YªucÇu kiÓm tra Ta kiÓm tra theo ®iÒu kiÖn nh»m ®¶m b¶o an toµn cho c¸ch ®iÖn cña m¸y biÕn ¸p : I.Z(0, t®.s ) £ U0,5. Trong ®ã: I : lµ trÞ sè dßng ®iÖn sÐt lÊy b»ng 150kV. Z(0, t®.s ): lµ tæng trë xung kÝch nèi ®Êt t¹i thêi ®iÓm ngay chç dßng ®iÖn sÐt ®i vµo ®iÖn cùc. U0,5 : trÞ sè ®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch bÐ nhÊt cña m¸y biÕn ¸p U0,5 (MBA) = 460kV. II.4.3-TÝnh to¸n l¹i trÞ sè ®iÖn trë nh©n t¹o theo yªu cÇu nèi ®Êt chèng sÐt. Do viÖc dïng hÖ thèng nèi ®Êt an toµn phÝa 110 kV lµm hÖ thèng nèi ®Êt chèng sÐt nªn ta ph¶i tÝnh to¸n l¹i trÞ sè ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o theo yªu cÇu nèi ®Êt chèng sÐt. Tra b¶ng 19- 2 s¸ch kü thuËt ®iÖn cao ¸p ta chän hÖ sè mïa sÐt lµ: Km.v = 1,2 ; Kcoc = 1,15. Dùa vµo c«ng thøc (II-4);(II-5) thÊy Rm.v vµ Rcoc. sÏ tû lÖ thuËn víi kmïa , do r ®o kh«ng ®æi. VËy ®iÖn trë cña m¹ch vßng lµ: §iÖn trë cña cäc lµ: §iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o tÝnh cho nèi ®Êt chèng sÐt lµ: Trong ®ã: Rm.v vµ Rcäc ta võa tÝnh ®­îc. n lµ sè cäc ®· tÝnh ®­îc n = 100 cäc hcäc vµ hm.v ®· tÝnh ®­îc ë phÇn nèi ®Êt nh©n t¹o øng víi n = 100 cäc ta cã hcäc = 0,39. ; hm.v = 0,19. VËy: VËy ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o tÝnh cho nèi ®Êt chèng sÐt lµ: Rn.t sÐt =0,8W. II.4.4- TÝnh tæng trë ®Çu vµo cña nèi ®Êt chèng sÐt Z(0; t®.s). §Ó tÝnh tæng trë ®Çu vµo cña nèi ®Êt chèng sÐt ta xÐt c¸c ®iÒu kiÖn sau: + Bá qua nèi ®Êt t­ nhiªn. + Bá qua c¸c thanh nèi c©n b»ng ®iÖn ¸p trong tr¹m biÕn ¸p. + Trong tÝnh to¸n, ®Ó ®¬n gi¶n ta bá qua qu¸ tr×nh phãng ®iÖn tia löa trong ®Êt vµ gi¶ thiÕt ®iÖn trë suÊt cña ®Êt kh«ng ®æi. + Bá qua thµnh phÇn ®iÖn trë, ®iÖn dung cña ®iÖn cùc nèi ®Êt v× trë rÊt nhá so víi thµnh phÇn ®iÖn kh¸ng vµ ®iÖn dÉn øng víi tÇn sè dßng ®iÖn sÐt. Ta xem m¹ch nèi vßng ®Êt gåm hai tia dµi ghÐp song song víi nhau. l =L/2 H×nh (II – 6): M¹ch vßng nèi ®Êt gåm hai tia dµi ghÐp song song Ta cã s¬ ®å thay thÕ: H×nh (II–7): S¬ ®å thay thÕ cña mçi tia. Víi L vµ g lµ ®iÖn c¶m vµ ®iÖn dÉn trªn mét ®¬n vÞ dµi. R lµ ®iÖn trë nèi ®Êt æn ®Þnh cña cùc nèi ®Êt R = 0,8W. Víi r lµ b¸n kÝnh cùc nèi ®Êt: Thay sè vµo ta cã: V× ®iÖn dÉn ghÐp song song nªn ta cã: TÝnh to¸n ph©n bè dµi khi kh«ng xÐt qu¸ tr×nh phãng ®iÖn trong ®Êt. Tõ s¬ ®å thay thÕ cã thÓ thµnh lËp ®­îc hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n: Gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh trªn ta ®­îc ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm bÊt kú vµ thêi ®iÓm bÊt kú trªn ®iÖn cùc. Víi h»ng sè thêi gian Ta cã nªn . Tõ ®ã suy ra tæng trë xung kÝch ë hai ®Çu vµo nèi ®Êt: Tæng trë xung kÝch cña nèi ®Êt ë ®Çu vµo thêi ®iÓm t = t®.s vµ xÐt tíi hai tia ghÐp song song lµ: §Ó tÝnh Z(0, t®.s) xÐt chuçi: V× : e-3 =0,05 ; e-4 =0,018 ; e-5 = 0,0067 ; e-6 = 0,00247 Nªn ta chØ xÐt ®Õn e-4. Tõ e-4 rÊt bÐ so víi sè h¹ng tr­íc nªn ta cã thÓ bá qua, tøc lµ tÝnh víi k sao cho Ta cã nªn . VËy: HÖ sè K lµ nguyªn d­¬ng nªn ta cã: Víi: t®.s = 5ms, ta cã: Nh­ vËy ta sÏ tÝnh to¸n víi K nhá nhÊt lµ 4. Ta cã c¸c kÕt qu¶ nh­ b¶ng (II – 1 ): k 1 2 3 4 Tk 13,58 3,395 1,509 0,849 0,368 1,473 3,313 5,889 0,7351 0,2920 0,0627 0,0072 /k2 0,7351 0,073 0,0070 0,0005 Tõ b¶ng (II – 1 ) ta tÝnh ®­îc: Vµ ta tÝnh ®­îc Thay c¸c gi¸ trÞ vµo (II – 11) ta ®­îc: KiÓm tra ®iÒu kiÖn nh»m ®¶m b¶o an toµn c¸ch ®iÖn cho m¸y biÕn ¸p víi c¸c gi¸ trÞ : I =m .150kA ; Z(0, t®.s) = 3,021W. øng víi 2 gi¸ trÞ trªn t¹i thêi ®iÓm dßng ®iÖn sÐt ®i vµo hÖ thèng nèi ®Êt th× thÕ t¹i ®iÓm dßng ®iÖn sÐt ®i vµo lµ: UsÐt = I. Z(0, t®.s) = 150.3,021= 453,15kV. VËy UsÐt = 453,15kV < U50% = 460kV. NhËn xÐt: Do ®iÖn trë nèi ®Êt ®¹t yªu cÇu nªn kh«ng ph¶i nèi ®Êt bæ xung cho hÖ thèng chèng sÐt. B , TÝnh to¸n nèi ®Êt chèng sÐt cho phÝa 22 kV Tr¹m 22 kV lµ tr¹m ®­îc thiÕt kÕ gåm cã : c¸c ®­êng c¸p ngÇm ®­îc lÊy tõ phÝa 22 kV cña MBA 110 kV , ®­îc dÉn vµo bé tñ ph©n phèi ®­îc ®Æt trong nhµ . Do vËy ®Ó b¶o vÖ nèi ®Êt chèng sÐt 22 kV ta dïng nèi ®Êt cho c¸c cét thu sÐt vµ dßng sÐt ®­îc t¶n xuèng ®Êt nhê vµo hÖ thèng nèi ®Êt kiÓu tia vµ cäc ®­îc nèi víi nhau . t' 0,8m l H×nh (II – 4): C¸c kÝch th­íc nèi ®Êt cäc Trong ®ã: ChiÒu dµI cña cäc l = 2,5m vµ cäc ®­îc lµm b»ng thÐp gãc 40x40x4mm b = 40mm ( bÒ réng cña cäc ) r lµ ®iÖn trë suÊt cña ®Êt ®èi víi cäc: r = r®o.Kmïa (cäc) . r®o =0,95.102 (W.m); Kmïa (cäc) = 1,4. (Tra b¶ng (2-1) s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp KT§CA”) à r = 0,95.102.1,4 = 1,33.102 (W.m). d lµ ®­êng kÝnh cäc (m) ®­îc tÝnh nh­ sau: d = 0,038m. t lµ ®é ch«n s©u: t = 0,8m. Gi¸ trÞ t/ ®­îc tÝnh: Thay sè liÖu vµo (II – 5 ) ta cã: TÝnh ®IÖn trë thanh n»m ngang lµm b»ng thÐp dÑt : Rt = t _ ®é ch«n s©u : t = 0,8 k _ hÖ sè h×nh d¹ng ( tia ngang ) d _ lµ ®­êng kÝnh quy ®æi cña thanh thÐp dÑt víi b = 40mm VËy d = a _ ®é dµi cña thanh : a = 10m VËy : Rt = Ngoµi ra phÝa 22 kV th× hÖ thèng nèi ®Êt chèng sÐt ph¶i nèi ®Êt riªng biÖt víi nèi ®Êt an toµn . HÖ thèng nèi ®Êt ph¶i ®¶m b¶o ®IÒu kiÖn kh«ng g©y phãng ®iÖn tõ hÖ thèng nèi ®Êt chèng sÐt sang hÖ thèng nèi ®Êt an toµn tõ cét thu sÐt sang thiÕt bÞ . §Ó kh«ng g©y phãng ®IÖn trong kh«ng khÝ th× yªu cÇu kho¶ng c¸ch : SKK > 5m ; S®Êt > 3m Trong tÝnh to¸n dßng ®IÖn sÐt IS = 150 KA vµ = 30 KA/ Cho nªn UK < Ud < Cã : UK = 150.RXK + 501 Ud = 150.RXK VËy : SK > Sd > LÊy : TrÞ sè ®IÖn c¶m theo ®on vÞ dµi cã trÞ sè L0 = 1,7 Do ®ã : SK > 0,3.RXK + 0,11 Sd > 0,5.RXK Tõ c¸ch bè trÝ cét ta cã : Sd = 5m VËy RXK = V× vËy ta ph¶I tÝnh to¸n thiÕt kÕ sao cho RXK < 10 míi ®¹t yªu cÇu kü thuËt . Ta cã s¬ ®å thay thÕ : Cã IS = 3IC + 2IT Ud = Rxk . IS = Ud = TÝnh to¸n Ud b»ng ph­¬ng ph¸p ®å thÞ TrÞ sè xung kÝch cäc xkc Tra b¶ng 9 _ trang 86 ( s¸ch h­íng d·n thiÕt kÕ tèt nghiÖp ) ta cã : 5 KA 0,87 10 KA 0,8 IS = 20 KA = 0,71 40 KA 0,57 TrÞ sè xung kÝch cña thanh 5 KA 0,75 10 KA 1 IS = 20 KA = 0,9 40 KA 0,8 TrÞ sè nxk tõ b¶ng 10 trang 87 s¸ch h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp , ta tra ®­î hÖ sè sö dông víi dßng xung kÝch lµ 0,8 . Tõ c¸c gi¸ trÞ IS (KA) ta tÝnh ®­îc gi¸ trÞ UdT vµ UdC t­¬ng øng víi chóng : IS ( KA ) 10 20 30 0,8 0,71 0,57 Rxkc ( ) 30,36 26,95 21,63 U§( c ) (KV) 360,67 652,58 1236,14 1 0,9 0,8 Rxkc ( ) 15,6 14,04 12,48 U§( t) (KV) 234,41 382,18 684,4 Víi gi¸ trÞ IC = 10,20,40 KA ta dãng lªn ®­êng cong U§C råi sÎ ngang c¾t ®­êng U§t vµ h¹ vu«ng gãc víi trôc I ta ®­îc c¸c gi¸ trÞ IT vµ IS cho c¸c tr­êng hîp : IS = 3 IC + It U®c ( KV ) 360,67 652,58 1236,14 Ic ( KA ) 10 20 40 It ( KA ) 18,4 39,2 67 Is ( KA ) 66 138 260 Tõ c¸c gi¸ trÞ U§C vµ IS ta sÏ thu ®­îc ®å thÞ quan hÖ gi÷a Ud vµ ta x¸c ®Þnh ®­îc Ud b»ng c¸ch tÝnh tõ I= 150 KA dãng lªn ®å thÞ vµ dãng sang trôc U ta cã : Ud = 998,73 KV VËy ®iÖn trë xung kÝch lµ : Rxk = VËy ®iÖn trë xung kÝch Rxk = 6,658 < 10 ®· ®¹t yªu cÇu ®Ò ra . NÕu kh«ng ®¹t th× ta ph¶i tÝnh to¸n l¹i kho¶ng c¸ch phãng ®iÖn trong ®Êt gi÷a nèi ®Êt an toµn vµ nèi ®Êt chèng sÐt . * KÕt luËn : Trong tÝnh to¸n nèi ®Êt cho TBA 110/22 kV V¨n §iÓn th× ta cã thÓ tæng kÕt nh­ sau : + PhÝa 110 kV th× c¸c thiÕt bÞ cña tr¹m ®Òu ®­îc nãi ®Êt Nèi ®Êt an toµn gåm cã nèi ®Êt tù nhiªn vµ nèi ®Êt nh©n t¹o . Tr¹m ®­îc thiÕt kÕ cã d©y chèng sÐt ®Ó b¶o vÖ sÐt ®¸nh trôc tiÕp vµo ®­êng d©y vµ c¸c thiÕt bÞ trong tr¹m , phÇn ®iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn lµ ®iÖn trë cña hÖ thèng d©y chèng sÐt cét nh­ ta ®· tÝnh ®­îc hÖ thèng nèi ®Êt nh©n t¹o ta dïng m¹ch vßng h×nh ch÷ nhËt cã kÝch th­íc L = 260m , m¹ch vßng ta dïng thanh thÐp dÑt 40x4, ®­îc ch«n s©u t = 0,8m , do kh«ng ®¹t trÞ sè ®iÖn trë theo yªu cÇu nªn ta ph¶i ®ãng thªm cäc däc theo m¹ch vßng nh»m môc ®Ých gi¶m ®IÖn trë cña hÖ thèng nèi ®Êt ( sè cäc ph¶i ®ãng thªm lµ 100 cäc ) Mçi cäc dµi 3m , gåm c¸c thanh s¾t gãc L 50x50 ®­îc ch«n s©u c¸ch mÆt ®Êt 0,8m. Nhê ®ã tr¹m ®­îc b¶o vÖ mét c¸ch an toµn cho ng­êi vµ c¸c thiÕt bÞ trong tr¹m . + PhÝa 22kV gåm cã c¸c tñ ph©n phèi ®­îc ®Æt trong nhµ nªn nèi ®Êt an toµn cho phÝa 22 kV ta dïng m¹ch vßng h×nh ch÷ nhËt cã chu vi L = víi bÒ réng cña thÐp dïng lµm m¹ch vßng b = 0,05m , ch«n s©u c¸ch mÆt ®Êt t = 0,8m §iÖn trë m¹ch vßng Rmv = ®¶m b¶o yªu cÇu kü thuËt nªn kh«ng ph¶i ®ãng thªm cäc . b . VÒ tÝnh to¸n nèi ®Êt chèng sÐt cho tr¹m : + Tr¹m 110 kV bé phËn thu sÐt ®­îc ®Æt trªn xµ cho nªn phÇn nèi ®Êt chèng sÐt buéc ph¶i nèi chung víi m¹ch vßng nèi ®Êt an toµn cña tr¹m nh­ vËy sÏ gÆp tr­êng hîp nèi ®Êt ph©n bè dµi vµ tæng trë Zxk cã thÓ rÊt lín vµ lín h¬n rÊt nhiÒu so víi ®IÖn trë xoay chiÒu . Do ®ã ta ph¶i tÝnh to¸n , kiÓm tra yªu cÇu cña nèi ®Êt chèng sÐt tr­êng hîp cã dßng sÐt ®i vµo hÖ thèng nèi ®Êt . + PhÝa 22 kV th× nèi ®Êt chèng sÐt t¸ch riªng biÖt víi nèi ®Êt an toµn vµ kho¶ng c¸ch phãng ®iÖn trong ®Êt S® > 3m , trong kh«ng khÝ SK > 5m . §Ó dÉn dßng ®iÖn sÐt tõ cét thu l«i xuèng ®Êt nhê cã ®ãng cäc kiÓu tia _ cäc ®­îc nèi víi nhau . Cäc ®­îc ®ãng b»ng thÐp gãc L 40x40x4mm , chiÒu dµi cäc lµ 2,5m , ®é ch«n s©u t = 2,05m , Rc = 37,95W Thanh ®­îc dïng b»ng thÐp dÑt b = 40mm , ®é dµi thanh lµ 10m , ®é ch«n s©u t = 0,8m , Rc = 15,6W II.5- KÕt luËn. HÖ thèng nèi ®Êt ®· thiÕt kÕ ë trªn ®¶m b¶o an toµn cho toµn bé thiÕt bÞ tr¹m khi cã sÐt ®¸nh trùc tiÕp vµo tr¹m .Qua kÕt qu¶ tÝnh to¸n ë trªn ta thÊy r»ng m¹ch vßng nèi ®Êt nh©n t¹o nh­ ®· thiÕt kÕ tÝnh to¸n tho¶ m·n ®­îc c¸c yªu cÇu kü thuËt cña nèi ®Êt an toµn vµ nèi ®Êt lµm viÖc còng nh­ nèi ®Êt chèng sÐt. Ch­¬ngIII: tÝnh to¸n chØ tiªu b¶o vÖ chèng sÐt ®­êng d©y §­êng d©y trong HT§ lµm nhiÖm vô truyÒn t¶i ®iÖn n¨ng ®Õn c¸c hé dïng ®iÖn. §­êng d©y lµ phÇn tö ph¶i høng chÞu nhiÒu phãng ®iÖn sÐt nhÊt so víi c¸c phÇn tö kh¸c trong HT§. Khi ®­êng d©y bÞ phãng ®iÖn sÐt nÕu biªn ®é dßng sÐt lín tíi møc lµm cho qu¸ ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn lín h¬n ®iÖn ¸p phãng ®iÖn xung kÝch cña c¸ch ®iÖn sÏ dÉn ®Õn phãng ®iÖn vµ g©y ng¾n m¹ch ®­êng d©y, buéc m¸y c¾t ®Çu ®­êng d©y ph¶i t¸c ®éng. Nh­ vËy viÖc cung cÊp ®iÖn bÞ gi¸n ®o¹n. NÕu ®iÖn ¸p nhá h¬n trÞ sè phãng ®iÖn xung kÝch cña c¸ch ®iÖn ®­êng d©y th× sãng sÐt sÏ truyÒn tõ ®­êng d©y vµo tr¹m biÕn ¸p vµ sÏ dÉn tíi c¸c sù cè trÇm träng t¹i tr¹m biÕn ¸p. MÆt kh¸c viÖc b¶o vÖ ®­êng d©y ®Õn møc an toµn tuyÖt ®èi còng kh«ng thÓ thùc hiÖn ®­îc v× vèn vµo ®­êng d©y qu¸ lín nh­ t¨ng c­êng c¸ch ®iÖn ®­êng d©y , ®Æt thiÕt bÞ b¶o vÖ chèng sÐt… V× vËy b¶o vÖ chèng sÐt cho ®­êng d©y ph¶i xuÊt ph¸t tõ chØ tiªu kinh tÕ kÕt hîp víi yªu cÇu kü thuËt vµ yªu cÇu cung cÊp ®iÖn cña ®­êng d©y ®ã. III.1- lý thuyÕt tÝnh to¸n. III.1.1- Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét d©y chèng sÐt. Ph¹m vi b¶o vÖ cña d©y chèng sÐt ®­îc thÓ hiÖn nh­ ( h×nh III-1 ) ChiÒu réng cña ph¹m vi b¶o vÖ ë møc cao h2 còng ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau: + Khi hx > 2/3h th× bx = 0,6h (1-hx/h ) (III – 1) + Khi hx £ h th× bx = 1,2h (1- hx/0,8h ) (III – 2) ChiÒu dµi cña ph¹m vi b¶o vÖ däc theo chiÒu dµi ®­êng d©y nh­ h×nh (III– 2 ). Cã thÓ tÝnh to¸n ®­îc trÞ sè giíi h¹n cña gãc a lµ a = 310, nh­ng trong thùc tÕ th­êng lÊy kho¶ng a = 20 0 ¸ 250. III.1.2- X¸c suÊt phãng ®iÖn sÐt vµ sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y. Víi ®é treo cao trung b×nh cña d©y trªn cïng (d©y dÉn hoÆc d©y chèng sÐt ) lµ h, ®­êng d©y sÏ thu hót vÒ phÝa m×nh c¸c phãng ®iÖn cña sÐt trªn d¶i ®Êt cã chiÒu réng lµ 6h vµ chiÒu dµi b»ng chiÒu dµi ®­êng d©y (l). Tõ sè lÇn phãng ®iÖn sÐt xuèng ®Êt trªn diÖn tÝch 1 km2 øng víi mét ngµy sÐt lµ 0,1¸0,15 ta cã thÓ tÝnh ®­îc tæng sè lÇn cã sÐt ®¸nh th¼ng vµo ®­êng d©y (d©y dÉn hoÆc d©y chèng sÐt). N =(0,6¸0,9). h .10-3.l.nng.s (III – 3) Trong ®ã: + h: ®é cao trung b×nh cña d©y dÉn hoÆc d©y chèng sÐt (m). + l: chiÒu dµi ®­êng d©y (km ). + nng. s:sè ngµy sÐt /n¨m trong khu vùc cã ®­êng d©y ®i qua. V× c¸c tham sè cña phãng ®iÖn sÐt : biªn ®é dßng ®iÖn (Is) vµ ®é dèc cña dßng ®iÖn (a = dis /dt), cã thÓ cã nhiÒu trÞ sè kh¸c nhau, do ®ã kh«ng ph¶i tÊt c¶ c¸c lÇn cã sÐt ®¸nh lªn ®­êng d©y ®Òu dÉn ®Õn phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn. ChØ cã phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y nÕu qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn cã trÞ sè lín h¬n møc c¸ch ®iÖn xung kÝch cña ®­êng d©y. Kh¶ n¨ng phãng ®iÖn ®­îc biÓu thÞ bëi x¸c suÊt phãng ®iÖn ( Vp ® ). Sè lÇn x¶y ra phãng ®iÖn sÏ lµ: Np® = N. Vp® = ( 0,6¸0,9 ). h . 10-3. l . nng s. Vp® . ( III – 4 ) V× thêi gian t¸c dông lªn qu¸ ®iÖn ¸p khÝ quyÓn rÊt ng¾n kho¶ng 100 ms mµ thêi gian cña c¸c b¶o vÖ r¬le th­êng kh«ng bÐ qu¸ mét nöa chu kú tÇn sè c«ng nghiÖp tøc lµ kho¶ng 0,01s. Do ®ã kh«ng ph¶i cø cã phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn lµ ®­êng d©y bÞ c¾t ra. §­êng d©y chØ bÞ c¾t ra khi tia löa phãng ®iÖn xung kÝch trªn c¸ch ®iÖn trë thµnh hå quang duy tr× bëi ®iÖn ¸p lµm viÖc cña ®­êng d©y ®ã. X¸c suÊt h×nh thµnh hå quang (h ) phô thuéc vµo Gradien cña ®iÖn ¸p lµm viÖc däc theo ®­êng phãng ®iÖn : h = ¦(Elv) ; Elv = Ulv/lp® (kV/m ). Trong ®ã: + h: x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang. + Ulv: ®iÖn ¸p lµm viÖc cña ®­êng d©y ( kV ). + lp®: chiÒu dµi phãng ®iÖn ( m). Do ®ã sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt cña ®­êng d©y lµ: nc® = Np®. h. = (0,6¸0,9). h. nng .s. vp®. h. (III – 5) §Ó so s¸nh kh¶ n¨ng chÞu sÐt cña ®­êng d©y cã c¸c tham sè kh¸c nhau, ®i qua c¸c vïng cã c­êng ®é ho¹t ®éng cña sÐt kh¸c nhau ng­êi ta tÝnh trÞ sè " suÊt c¾t ®­êng d©y" tøc lµ sè lÇn c¾t do sÐt khi ®­êng d©y cã chiÒu dµi 100km. nc® = ( 0,06¸0,09). h. nng s. Vp® .h. (III – 6) §­êng d©y bÞ t¸c dông cña sÐt bëi ba nguyªn nh©n sau: + SÐt ®¸nh th¼ng vµo ®Ønh cét hoÆc d©y chèng sÐt l©n cËn ®Ønh cét. + SÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn. + sÐt ®¸nh vµo kho¶ng d©y chèng sÐt ë gi÷a kho¶ng cét. Còng cã khi sÐt ®¸nh xuèng mÆt ®Êt gÇn ®­êng d©y g©y qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng trªn ®­êng d©y, nh­ng tr­êng hîp nµy kh«ng nguy hiÓm b»ng ba tr­êng hîp trªn. Khi ®­êng d©y bÞ sÐt ®¸nh trùc tiÕp sÏ ph¶i chÞu ®ùng toµn bé n¨ng l­îng cña phãng ®iÖn sÐt, do vËy sÏ tÝnh to¸n d©y chèng sÐt cho ®­êng d©y víi ba tr­êng hîp trªn. Cuèi cïng ta cã sè lÇn c¾t do sÐt cña ®­êng d©y. nc® = nc + nkv + ndd ( III – 7) Trong ®ã: + nc : sè lÇn c¾t do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét. +nkv: sè lÇn c¾t do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît. + ndd: sè lÇn c¾t do sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn. III.1.2.1 - C¸c sè liÖu chuÈn bÞ cho tÝnh to¸n. §­êng d©y tÝnh to¸n l = 100km. Xµ ®ì kiÓu c©y th«ng, l¾p trªn cét bª t«ng ®¬n. D©y chèng sÐt treo t¹i ®Ønh cét. D©y dÉn ®­îc treo bëi chuçi sø P- 4,5 gåm 7 b¸t sø, mçi b¸t sø cao170mm. D©y chèng sÐt dïng d©y thÐp C-70 cã d = 11mm ; r = 5,5mm. D©y dÉn dïng d©y AC-150mm cã d = 17mm; r = 8,5mm. Kho¶ng v­ît lµ 190m. III.1.2.2 - X¸c ®Þnh ®é treo cao trung b×nh cña d©y chèng sÐt vµ d©y dÉn. §é treo cao trung b×nh cña d©y ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: hdd = h – 2/3f . (III – 8) Trong ®ã: + h: ®é cao cña d©y t¹i ®Ønh cét hay t¹i kho¸ nÐo cña chuçi sø. + f: ®é vâng cña d©y chèng sÐt hay d©y dÉn. l: chiÒu dµi kho¶ng v­ît cña ®­êng d©y = 190m. fdd = 3,5 m fcs = 3 m. §é treo cao trung b×nh cña d©y dÉn theo (3-8) lµ: hddcs = hcs – 2/3 fcs = 18,84 - 2/3.3,5 = 16,5 m hddtbA = hddA – 2/3 fdd = 14 - 2/3.3 =12 m hddtbB = hddB – 2/3 fdd = 11 - 2/3.3,5 = 9 m. III.1.2.3- Tæng trë sãng cña d©y chèng sÐt vµ d©y dÉn. Zdd = 60.ln (2.hdd / r). ( III– 10 ) ZddA = 60. ln [ ( 2. 12) / (8,5. 10-3 ) ] = 476,75 W. ZddB = 60. ln [ ( 2. 9 ) / ( 8,5. 10-3 ) ] = 459,48 W. Víi d©y chèng sÐt ta ph¶i tÝnh tæng trë khi cã vÇng quang vµ khi kh«ng cã vÇng quang. + Khi kh«ng cã vÇng quang: Zdcs =60. ln [ ( 2. 16,5 ) / ( 5,5. 10-3 )] = 521,97 W + Khi cã vÇng quang, ta ph¶i chia Zdcs cho hÖ sè hiÖu chØnh vÇng quang. l = 1,3 ( tra b¶ng 3-3 s¸ch h­íng dÉn thiÕt kÕ kü thuËt ®iÖn cao ¸p). Zdvqcs = Zdcs / l = 521,97/1,3 = 401,52 W. III.1.2.4 - HÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y dÉn chèng sÐt víi c¸c d©y pha. C«ng thøc (III – 11) ®­îc x¸c ®Þnh theo h×nh (III – 4). Trong ®ã: + h2: ®é cao trung b×nh cña d©y chèng sÐt. + D12: kho¶ng c¸ch gi÷a d©y pha vµ ¶nh cña d©y chèng sÐt. + d12: kho¶ng c¸ch gi÷a d©y chèng sÐt vµ d©y pha. + h1: ®é cao trung b×nh cña d©y dÉn pha. + l: hÖ sè hiÖu chØnh vÇng quang (l = 1,3) Theo kÕt qu¶ tÝnh tr­íc ta cã: hddA = 12 m ; hddB = hddC = 9 m ; hddcs = 16,5 m. ¸p dông ®Þnh lý Pitago ta cã kho¶ng c¸ch tõ d©y chèng sÐt ®Õn c¸c d©y pha vµ tõ d©y pha ®Õn ¶nh cña d©y chèng sÐt nh­ h×nh ( III – 5). Víi pha A: Víi pha B,C: HÖ sè ngÉu hîp gi÷a pha A vµ d©y chèng sÐt : ¸p dông c«ng thøc (III – 11): Khi cã vÇng quang: KA-csvq = KA-cs. l = 1,3. 0,17251 = 0,224. HÖ sè ngÉu hîp pha B (hoÆc pha C )víi d©y chèng sÐt: Khi cã vÇng quang : III.1.2.5- Gãc b¶o vÖ chèng sÐt cña c¸c pha . Tõ h×nh (III – 2 ) ta cã: III.1.2.6- Sè lÇn sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y. ¸p dông c«ng thøc (III-4) víi l = 100km ; hddcs = 16,5 m ; nng.s= 80ngµy/ n¨m ; mËt ®é sÐt = 0,15. Ta cã: N = 0,15. 6 . 16,5. 70. 100. 10-3 = 120 lÇn/ 100km. n¨m. Tõ c¬ së lý thuyÕt vµ c¸c kÕt qu¶ trªn ta tiÕn hµnh tÝnh to¸n suÊt c¾t cho ®­êng d©y víi ba kh¶ n¨ng ®· nªu ®èi víi ®­êng 110kV. III.2 - tÝnh suÊt c¾t cña ®­êng d©y110kV do sÐt ®¸nh : Ta biÕt khi ®­êng d©y kh«ng cã d©y chèng sÐt th× sè lÇn sÐt ®¸nh vµo d©y dÉn lµ toµn bé sè lÇn sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y , tuy nhiªn c¸c lo¹i ®­êng d©y nh­ trªn kh«ng ®­îc sö dông bëi v× sè lÇn c¾t do sÐt ®¸nh qu¸ lín . ChÝnh v× vËy ®­êng d©y kh«ng cã d©y chèng sÐt th­êng chØ ¸p dông cho ®­êng d©y 35 kV ( trung tÝnh kh«ng nèi ®Êt ) hoÆc 110 kV cét gç . Trong tr­êng nµy v× lµ ®­êng d©y 110 kV cét s¾t nªn ta sö dông ®­êng d©y cã treo d©y chèng sÐt .Tïy theo vÞ trÝ sÐt ®¸nh , qu¸ ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn trªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y cã trÞ sè kh¸c nhau . Ng­êi ta ph©n biÖt sè lÇn sÐt ®¸nh trùc tiÕp v¸o d©y chèng sÐt gåm cã : III.2.1 - tÝnh suÊt c¾t cña ®­êng d©y 110kv do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn. §­êng d©y cã U ≥ 110kV ®­îc b¶o vÖ b»ng d©y chèng sÐt, tuy vËy vÉn cã nh÷ng tr­êng hîp sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn. Tuy x¸c suÊt nµy nhá nh­ng vÉn ®­îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc sau: (III-12) Trong ®ã: a: gãc b¶o vÖ cña d©y chèng sÐt ( ®é). hcs : chiÒu cao cét ®ì d©y chèng sÐt ( m). Khi d©y dÉn bÞ sÐt ®¸nh, dßng trªn d©y dÉn lµ IS/4, v× m¹ch cña khe sÐt sÏ ®­îc nèi víi tæng trë sãng cña d©y dÉn cã trÞ sè nh­ h×nh (III – 6 ) Cã thÓ coi d©y dÉn hai phÝa ghÐp song song vµ Zdd = (400¸500) W nªn dßng ®iÖn sÐt gi¶m ®i nhiÒu so víi khi sÐt ®¸nh vµo n¬i cã nèi ®Êt tèt. Ta cã dßng ®iÖn sÐt ë n¬i ®¸nh lµ: Z0: Tæng trë sãng cña khe sÐt. §iÖn ¸p lóc ®ã trªn d©y dÉn lµ: (III-14) Khi Udd ³ U50%s cña chuçi sø th× cã phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn g©y sù cè ng¾n m¹ch 1 pha N(1 ) tõ ( III – 14) ta cã thÓ viÕt: Hay ®é lín cña dßng ®iÖn sÐt cã thÓ g©y nªn phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn lµ: Ta cã x¸c suÊt phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn lµ: Sè lÇn sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn: Na = N. Va (III – 16) Trong ®ã: N: tæng sè lÇn phãng ®iÖn sÐt cña 100 km ®­êng d©y ®· ®­îc x¸c ®Þnh t¹i môc III.1.2.6 lµ: 120 lÇn / 100km. n¨m. Va: X¸c suÊt sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn ®­îc x¸c ®Þnh theo ( III – 12) X¸c suÊt h×nh thµnh hå quang h phô thuéc vµo gradien cña ®iÖn ¸p lµm viÖc däc theo ®­êng phãng ®iÖn ( Elv): + lp®: ChiÒu dµi ®­êng phãng ®iÖn lÊy b»ng chiÒu dµi chuçi sø ( m ). + Ulv: §iÖn ¸p pha cña ®­êng d©y. Dùa vµo b¶ng (21 – 1) s¸ch “gi¸o tr×nh kü thuËt ®iÖn cao ¸p” cã: h = 0,48 B¶ng III – 1: X¸c ®Þnh h×nh thµnh hå quang: 50 30 20 10 h (®¬n vÞ t­¬ng ®èi) 0,6 0,45 0,25 0,1 Ta cã suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn: ndd = Nva. vp®h (III – 18) Tõ ( III – 18) ta thÊy va vµ vp® ®Òu phô thuéc tû lÖ chiÒu cao cét h hay ®é cao d©y dÉn vµ gãc b¶o vÖ a, ®é cao d©y dÉn t¨ng hoÆc a t¨ng ®Òu lµm cho ndd t¨ng, vËy ta chän pha A lµ pha cã gãc b¶o vÖ a lín nhÊt vµ hddA lín h¬n so víi pha B vµ pha C ®Ó tÝnh suÊt c¾t cho ®­êng d©y. Pha A cã aA = 20,64 0; hddA = 11,67m. ZddA = 475,07 W ; hcs= 18,84m. Thay c¸c sè liÖu trªn vµo c«ng thøc ( III – 12 ) ta cã: X¸c suÊt phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn pha A theo c«ng thøc ( III – 15 ) U50%c = 660kV ®èi víi ®­êng d©y 110kV [ tra b¶ng ( 9 – 5) Kü thuËt ®iÖn cao ¸p ]. Thay sè vµo (III – 18 ) ta cã : h ndd = 120. 0,99.10-3. 0,808. 0,48 = 0,04646 lÇn / 100km. n¨m. III.2.2- TÝnh suÊt c¾t cña ®­êng d©y 110kV do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît. Theo s¸ch “h­íng dÉn thiÕt kÕ Kü thuËt ®iÖn cao ¸p” th× sè lÇn sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît lµ: Nkv= N / 2 ( III – 19) Trong ®ã: N lµ sè lÇn sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y ®· ®­îc tÝnh ë trªn môc (III.1.4) N = 120 lÇn / 100km. n¨m. VËy Nkv = 120 / 2 = 60 lÇn / 100km. n¨m. Trong 60 lÇn sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît th× x¸c suÊt h×nh thµnh hå quang khi phãng ®iÖn ®· ®­îc x¸c ®Þnh t¹i môc [ III.2 ] ®­îc h =0,48. SuÊt c¾t cña ®­êng d©y 110kV do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît nh­ sau: nkv = Nkv. Vp®. h (III– 20) §Ó tÝnh Vp® ta ph¶i x¸c ®Þnh x¸c suÊt phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y. III.2.3.1- Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh Vp®. Ta coi dßng ®iÖn sÐt cã d¹ng xiªn gãcvíi biªn ®é Is = a. t. Qu¸ ®iÖn ¸p sÐt xuÊt hiÖn trªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y gåm hai thµnh phÇn: Trong ®ã: + lµ thµnh phÇn qu¸ ®iÖn ¸p do dßng sÐt g©y ra phô thuéc vµo biªn ®é (I) vµ ®é dèc sÐt (a). + Ulv : ®iÖn ¸p lµm viÖc cña ®­êng d©y X¸c suÊt c¸c dßng ®iÖn sÐt cã biªn ®é I ³ Is vµ ®é dèc a ³ as lµ: (III – 22) T¹i thêi ®iÓm ti nµo ®ã ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn lín h¬n hoÆc b»ng ®iÖn ¸p chÞu ®ùng cho phÐp cña c¸ch ®iÖn, lÊy theo ®Æc tÝnh v«n – gi©y (V- S) cña chuçi sø, th× phãng ®iÖn sÏ x¶y ra: ( III – 23) Up®(ti) ®iÖn ¸p phãng ®iÖn lÊy theo ®Æc tÝnh v«n gi©y ( V – S ) t¹i ti . Do coi dßng ®iÖn cã d¹ng I = a. t th× thµnh phÇn Uc®' (I,a) tû lÖ víi ®é dèc a. cã thÓ ®Æt: Uc®' (I,a) = Z.a (III – 24) VËy: Up® (ti) = Z.ai + Ulv (III – 25) Hay ta cã ®é dèc ®Çu sãng nguy hiÓm ai t¹i thêi ®iÓm ti: (III – 26) Z lµ h»ng sè ®èi víi I vµ a nªn cã thÓ tÝnh ®­îc: (III – 27) Tõ ( 2 – 26 ) vµ ( 2 – 27 ) ta cã: (III – 28 ) MÆt kh¸c ta cã : Dùa vµo c¸c cÆp (Ii,ai ) vÏ ®­êng cong nguy hiÓm h×nh (III– 8) X¸c suÊt phãng ®iÖn ®­îc tÝnh theo x¸c suÊt xuÊt hiÖn ë miÒn bªn ph¶i phÝa trªn ®­êng cong nguy hiÓm ë h×nh (III– 8) Tõ ®­êng cong nguy hiÓm ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc: , víi: B»ng ph­¬ng ph¸p gÇn ®óng vµ tuyÕn tÝnh ho¸ ®­êng cong nguy hiÓm chia ®­êng cong thµnh: n = ( 10 ¸ 15 ) kho¶ng, ta cã: ( III– 29) Sau khi x¸c ®Þnh ®­îc Vp® , thay sè vµo ( III – 20 ) ta cã suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît cña ®­êng d©y 110kV. III.2.3.2- Tr×nh tù tÝnh to¸n. §Ó ®¬n gi¶n ho¸ trong tÝnh to¸n, coi nh­ sÐt ®¸nh vµo kho¶ng gi÷a cña d©y chèng sÐt trong kho¶ng v­ît, khi ®ã dßng ®iÖn sÐt ®­îc chia ®Òu cho hai phÝa cña d©y chèng sÐt nh­ h×nh (III – 9 ). Nh­ gi¶ thiÕt dßng ®iÖn sÐt cã d¹ng xiªn gãc: Ta sÏ tÝnh to¸n Is øng víi c¸c gi¸ trÞ trong b¶ng (III – 1) sau ®©y: a(kA / ms) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 t (ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 §iÖn ¸p trªn d©y chèng sÐt t¹i ®Ønh cét cã trÞ sè Ucs lµ: ( III– 30 ) Trong ®ã: + Rc: ®iÖn trë nèi ®Êt cét + Lc: ®iÖn trë th©n cét tÝnh theo chiÒu cao vÞ trÝ d©y chèng sÐt. Lc = hcs. L0 L0: ®iÖn c¶m ®¬n vÞ dµi cña cét ( L0 = 0,6 mH/m ) Víi hcs = 16,2m ta cã Lc=18,84.0,6 = 11,304 mH §iÖn ¸p trªn d©y dÉn lµ Udd cã kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang: Udd = - Kvq.Ucs + Ulv Trong ®ã: + Ulv lµ ®iÖn ¸p trung b×nh cña pha. Kvq: hÖ sè ngÉu hîp cña d©y dÉn pha víi d©y chèng sÐt cã kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang. §iÖn ¸p ®Æt trªn chuçi c¸ch ®iÖn lµ tæng ®¹i sè cña Udd vµ Ucs: Uc® = Ucs + Udd = Ucs- Kvq. Ucs + Ulv ( III – 31 ) (III –32 ) Uc® = Ucs. (1- Kvq ) + Ulv Tõ biÓu thøc (III – 32 ) ta thÊy khi Kvq nhá th× Uc® lín do vËy theo tµi liÖu “h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp cao ¸p” th× khi tÝnh to¸n ph¶i tÝnh víi pha cã hÖ sè ngÉu hîp nhá nhÊt ë môc (III.1.3.3 ) ta cã: Ta tÝnh Uc® víi Kvq = 0,147; Rc = 11 W. Uc® = a/2. (11 t + 11,304 ). (1- 0,147) + 57,17 (kV) Cho c¸c gi¸ trÞ a kh¸c nhau ta tÝnh ®­îc ®iÖn ¸p ®Æt lªn chuçi c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y nh­ trªn b¶ng ( III– 2 ) a t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 148 191 233 276 319 361 404 447 489 532 20 239 324 409 495 580 665 751 836 921 1007 30 330 458 586 714 842 970 1097 1225 1353 1481 40 421 591 762 932 1103 1274 1444 1615 1785 1956 50 511 725 938 1151 1364 1578 1791 2004 2217 2431 60 602 858 1114 1370 1626 1882 2138 2394 2650 2905 70 693 992 1290 1589 1887 2186 2485 2783 3082 3380 80 784 1125 1466 1808 2149 2490 2831 3172 3514 3855 90 875 1259 1643 2026 2410 2794 3178 3562 3945 4330 100 966 1392 1819 2245 2672 3098 3525 3951 4377 4804 B¶ng ( III – 2 ): Gi¸ trÞ Uc® khi sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît, khi ®é dèc a thay ®æi vµ ë c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau víi Rc = 11W Tõ c¸c gi¸ trÞ trªn ta vÏ ®­êng Uc® = f(t) vµ a, trªn h×nh vÏ cßn thÓ hiÖn ®­êng ®Æc tÝnh (V- S) cña chuçi c¸ch ®iÖn §­êng ®Æc tÝnh v«n – gi©y (V – S) cña chuçi c¸ch ®iÖn sÏ c¾t c¸c hµm Uc® = f(a; t; Rc) t¹i c¸c vÞ trÝ mµ tõ ®ã ta cã thêi gian x¶y ra phãng ®iÖn trªn chuçi sø nh­ h×nh (III – 9). §Æc tuyÕn v«n – gi©y (V-S) cña chuçi sø ®­îc tra trong b¶ng 25 s¸ch h­íng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp kü thuËt ®iÖn cao ¸p B¶ng (III– 3 ): §Æc tÝnh v«n – gi©y (V-S) cña chuçi c¸ch ®iÖn t(ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Up® (kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795 Trong h×nh III-10 d­íi ®©y ta l­u ý c¸c ®iÓm sau : - X¸c suÊt phãng ®iÖn Vp® lµ x¸c suÊt mµ t¹i ®ã cã c¸c cÆp th«ng sè (Ii;ai) thuéc miÒn nguy hiÓm - C¸c cÆp sè (Ii ; ai) n»m trong miÒn giíi h¹n nguy hiÓm th× sÏ x¶y ra phãng ®iÖn. Do ®ã x¸c suÊt phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn chÝnh lµ x¸c suÊt ®Ó cho cÆp sè (Ii ; ai) thuéc miÒn nguy hiÓm. dVp® = P (a ³ ai) P (I ³ Ii ). ( III – 33 ) Trong ®ã: + P(I ³ Ii ): lµ x¸c suÊt ®Ó cho dßng ®iÖn I lín h¬n gi¸ trÞ dßng ®iÖn Ii nµo ®ã. + P(a ³ ai): lµ x¸c suÊt ®Ó cho ®é dèc a lín h¬n gi¸ trÞ ai nµo ®ã ®Ó g©y ra phãng ®iÖn P(a ³ ai) = P( ai – da ≤a≤ ai + da ) = dVa Víi: Thay vµo biÓu thøc ( 2 – 34 ) ®­îc: dVp® = Vi.dVa B»ng ph­¬ng ph¸p sai ph©n x¸c ®Þnh ®­îc: (III–34 ) Víi : Do trong tÝnh to¸n vÒ ®­êng cong th«ng sè nguy hiÓm ta chØ tÝnh víi 10 gi¸ trÞ cña a vµ I nªn ph¶i tiÕn hµnh ngo¹i suy ®Ó phñ kÝn c¸c gi¸ trÞ cña chóng. Ta cã kÕt qu¶ sè liÖu cña Vp® tÝnh nh­ sau : a ( kA/s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ¥ Ii (kA) ¥ 119 116 114 112 110 108 105 104 99 80 0 VIi 0 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015 0,016 0,017 0,018 0,019 0,023 0,47 Vai 1 0,4 0,159 0,064 0,026 0,010 0,004 0,002 0,001 0,0003 0,0001 0 DVai = Vai –Va+i 0,6 0,241 0,095 0,038 0,016 0,006 0,002 0,001 0,0007 0,0002 0,0001 0 Vai. 0 0,00601 0,00112 0,00043 0,00021 0,00007 0,00003 0,00002 0’00001 0,00005 0,000005 0 Ta ®­îc c¸c kÕt qu¶ nh­ b¶ng (III – 4 ). TÝnh ®­îc Vp.® = 0,00109. III.2.3.3- TÝnh suÊt c¾t tæng do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît ®­êng d©y t¶i ®iÖn 110kV. SuÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: nkv = Nkv . Vp® . h (lÇn / 100km. n¨m ) ( III– 35 ) Nkv = N/ 2 = 120/ 2 = 60 VËy: nkv = 60. 0,00109. 0,48 = 0,0314 ( lÇn / 100km. n¨m ) III.2.3 - TÝnh suÊt c¾t cña ®­êng d©y110kV do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét hoÆc l©n cËn ®Ønh cét : §èi víi ®­êng d©y cã d©y chèng sÐt b¶o vÖ, phÇn lín th× sÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt ë kho¶ng v­ît vµ ®¸nh vµo khu vùc ®Ønh cét hoÆc l©n cËn ®Ønh cét. §Ó ®¬n gi¶n ta xÐt tr­êng hîp sÐt ®¸nh ngay ®Ønh cét nh­ h×nh (III – 12 ): ic ic Ics Ics I»0 ic Rc Rc Rc H×nh III-11 : SÐt ®¸nh ®Ønh cét ®­êng d©y cã d©y chèng sÐt b¶o vÖ . III.2.1.1- Lý thuyÕt tÝnh to¸n. Khi sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét ®­êng d©y cã treo d©y chèng sÐt, ®a sè dßng ®iÖn sÐt sÏ ®i vµo ®Êt qua bé phËn nèi ®Êt cña cét, phÇn cßn l¹i theo d©y chèng sÐt ®i vµo c¸c bé phËn nèi ®Êt cña c¸c cét l©n cËn. §iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y khi sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét cã treo d©y chèng sÐt lµ: (III –36 ) Trong biÓu thøc trªn ®iÖn ¸p xuÊt hiÖn trªn c¸ch ®iÖn gåm: + Thµnh phÇn ®iÖn ¸p gi¸ng trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn c¶m cña cét do dßng sÐt ®i trong cét g©y ra: Trong ®ã : - Rc lµ ®IÖn trë cét ( Rc = 11W ) ic lµ dßng ®IÖn sªt ®I vµo th©n cét lµ trÞ sè ®IÖn c¶m cña phÇn cét ®IÖn tÝnh tõ mÆt ®Êt +Thµnh phÇn ®iÖn cña ®iÖn ¸p c¶m øng xuÊt hiÖn trªn d©y dÉn do hç c¶m gi÷a d©y dÉn vµ kªnh sÐt g©y ra: +Thµnh phÇn tõ cu¶ ®iÖn ¸p c¶m øng xuÊt hiÖn trªn d©y dÉn do hç c¶m gi÷a d©y dÉn vµ kªnh sÐt g©y ra: +Thµnh phÇn ®iÖn ¸p do dßng ®iÖn ®i trong d©y chèng sÐt g©y ra, k lµ hÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y dÉn vµ d©y chèng sÐt : kUcs +§iÖn ¸p lµm viÖc trung b×nh cña ®­êng d©y : Ulv DÊu trõ (-) thÓ hiÖn ®iÖn ¸p nµy ng­îc dÊu víi thµnh phÇn ®iÖn ¸p kh¸c trong c«ng thøc (III – 36).V× vËy thµnh phÇn nµy lµm gi¶m ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn khi bÞ sÐt ®¸nh. 1- C¸c thµnh phÇn ®iÖn ¸p gi¸ng trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn c¶m cña cét do dßng ®iÖn sÐt ®i trong cét g©y ra. C¸c thµnh phÇn ®iÖn ¸p gi¸ng trªn ®iÖn trë vµ ®iÖn c¶m cña cét do dßng ®iÖn sÐt ®i trong cét vµ ®iÖn ¸p trªn d©y chèng sÐt liªn quan víi nhau v× chóng phô thuéc vµo ®iÖn ¸p ®i trong cét vµ d©y chèng sÐt. §Ó tÝnh to¸n c¸c thµnh phÇn nµy cã thÓ dùa vµo s¬ ®å t­¬ng ®­¬ng cña m¹ch dÉn dßng ®iÖn sÐt. Ta chia lµm hai tr­êng hîp: a/ Tr­êng hîp 1: Khi ch­a cã sãng ph¶n x¹ tõ cét bªn trë vÒ: Trong ®ã : + lkv: lµ chiÒu dµi kho¶ng v­ît +n = c. b víi: c lµ tèc ®é ¸nh s¸ng ; b: tèc ®é phãng ®iÖn ng­îc t­¬ng ®èi cña dßng sÐt. S¬ ®å t­¬ng ®­¬ng cña m¹ch dÉn dßng ®iÖn sÐt nh­ sau : ic ics ics is 2ics Rc is ic H×nh (III – 12 ): S¬ ®å t­¬ng ®­¬ng m¹ch ®Én dßng sÐt khi ch­a cã sãng ph¶n x¹ tíi Trong s¬ ®å dßng sÐt ®­îc coi nh­ mét nguån dßng, cßn thµnh phÇn tõ cña ®iÖn ¸p c¶m øng trªn d©y chèng sÐt nh­ mét nguån ¸p. Mcs lµ hç c¶m gi÷a kªnh sÐt vµ m¹ch vßng " d©y chèng sÐt - ®Êt ". (III-37) Trong ®ã: +hcs : ®é cao d©y chèng sÐt ; hdd: ®é treo cao cña d©y dÉn ; hc: ®é cao cña cét. +H = hdd + hcs ; +Dh = hc - hdd ; +b : tèc ®é phãng ®iÖn ng­îc t­¬ng ®èi cña dßng sÐt. Theo s¸ch h­íng dÉn thiÕt kÕ kü thuËt ®iÖn cao ¸p ta cã b = 0,3. +n = b.c víi c lµ tèc ®é ¸nh s¸ng c = 3.108 m/s = 300m/ms +Lccs ; Lcdd : lµ ®iÖn c¶m cña cét tõ mÆt ®Êt tíi d©y chèng sÐt hoÆc d©y dÉn. (III– 38 ) Khi tÝnh cho d©y chèng sÐt ta chØ viÖc thay hdd bëi hcs rtd: B¸n kÝnh t­¬ng ®­¬ng cña d©y tiÕp ®Þa tõ cét xuèng cäc nèi ®Êt chÝnh lµ d©y dÉn dßng sÐt trong th©n cét. Tõ s¬ ®å thay thÕ d©y chèng sÐt ®­îc biÓu thÞ bëi tæng trë sãng cña d©y chèng sÐt, cã xÐt ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang. Tõ s¬ ®å h×nh ( III – 12 ) ta viÕt hÖ ph­¬ng tr×nh nh­ sau: Ph­¬ng tr×nh m¹ch vßng(*) Ph­¬ng tr×nh thÕ nót(**) Gi¶i hÖ ph­¬ng tr×nh nµy®­îc kÕt qu¶ lµ: (III – 39 ) Tæng trë sãng cña d©y chèng sÐt Zcs ®­îc x¸c ®Þnh bëi: (III– 40 ) Trong ®ã: §iÖn ¸p gi¸ng trªn d©y chèng sÐt Ucs (t) =ics (t).Zcs b/ Tr­êng hîp 2: Khi cã sãng ph¶n x¹ tõ cét bªn trë vÒ: t > 2lkv / v: Tr­êng hîp nµy tÝnh chÝnh x¸c ph¶i ¸p dông ph­¬ng ph¸p ®Æc tÝnh, ë ®©y ®Ó ®¬n gi¶n ta tÝnh gÇn ®óng tøc lµ cã thÓ thay d©y chèng sÐt b»ng ®iÖn c¶m tËp trung nèi tiÕp víi ®iÖn trë cña ®Êt cña hai cét bªn c¹nh nh­ h×nh ( III – 14 ) H×nh III–13: S¬ ®å t­¬ng ®­¬ng m¹ch dÉn dßng ®iÖn khi cã sãng ph¶n x¹ tíi Lcs : lµ ®iÖn c¶m cña mét kho¶ng v­ît d©y chèng sÐt kh«ng kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang. ( III – 41 ) Trong ®ã: + Zo.cs : lµ tæng trë sãng cña d©y chèng sÐt kh«ng kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang . + lkv : chiÒu dµi kho¶ng v­ît + c : tèc ®é ¸nh s¸ng c =300/ms Tõ s¬ ®å ta x¸c ®Þnh ®­îc : 2-Thµnh phÇn ®iÖn cña ®iÖn ¸p c¶m øng. Khi kh«ng cã d©y chèng sÐt: Khi cã d©y chèng sÐt: (III-45) Víi K lµ hÖ sè ngÉu hîp gi÷a d©y dÉn víi d©y chèng sÐt. 3-Thµnh phÇn tõ cña ®iÖn ¸p c¶m øng: §é dèc cña dßng sÐt a = (dic/dt) cã thÓ coi lµ mét h»ng sè ®èi víi mçi dßng ®iÖn sÐt. Do ®ã ®Ó tÝnh thµnh phÇn tõ cña ®iÖn ¸p c¶m øng ta ph¶i x¸c ®Þnh Mdd(t). 4-X¸c ®Þnh suÊt phãng ®iÖn Vp® : Tõ c¸c gi¸ trÞ ®iÖn ¸p gi¸ng trªn chuçi c¸ch ®iÖn vµ tõ ®Æc tuyÕn v«n – gi©y cña chuçi sø ta cã c¸c gi¸ trÞ thêi gian x¶y ra phãng ®iÖn (ti) . Biªn ®é dßng ®iÖn sÐt nguy hiÓm sÏ lµ: Ii = ai. ti Tõ ®©y ta cã x¸c suÊt phãng ®iÖn lµ: SuÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét: nc = Vp® . Nc .h III.2.1.2-Tr×nh tù tÝnh to¸n. Sè lÇn sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét hoÆc l©n cËn ®Ønh cét. Nc =N/2 = 120/2 = 60lÇn /100km.n¨m X¸c suÊt h×nh thµnh hå quang: h = 0,48 X¸c ®Þnh Vp® : §Ó x¸c ®Þnh Vp® ta ph¶i x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ®Æt trªn chuçi c¸ch ®iÖn khi sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét hoÆc l©n cËn ®Ønh cét. Rc = 11 W Lcdd = Lo.hdd = 0,6.14 = 8,4mH víi Lo lµ ®iÖn c¶m ®¬n vÞ dµi th©n cét. v = b.c = 0,3.300 = 90 m/ms lµ vËn tèc phãng ®iÖn ng­îc cña dßng ®iÖn sÐt (theo s¸ch h­íng dÉn thiÕt kÕ kü thuËt ®iÖn cao ¸p ta cã b = 0,3 ; c lµ vËn tèc ¸nh s¸ng c = 300m/ms). Ulv vËn tèc trung b×nh cña ®­êng d©y. C¸c thµnh phÇn cßn l¹i cña ®iÖn ¸p trong c«ng thøc ( III – 36 ) ®Òu phô thuéc vµo ®é dèc a, thêi gian t vµ ®é cao cña d©y dÉn. 1- §iÖn ¸p gi¸ng trªn chuçi c¸ch ®iÖn cña pha A. a/ Thµnh phÇn ®iÖn cña ®iÖn ¸p c¶m øng: Thay c«ng thøc( III – 43 ) vµo c«ng thøc ( III – 44 ) ta cã: Trong ®ã: +HÖ sè ngÉu hîp khi cã ¶nh h­ëng cña vÇng quang pha A : KA-csvq = 0,224 (®· tÝnh ë III.1.2.4 ). + hcs =hc =18,84m ; hdd = hddA = 14m. H = hcs + hdd = 18,84+14 = 32,84m ; Dh = hcs – hdd =18,84-14= 4,84m. b=0,3. b/ Thµnh phÇn tõ cña ®iÖn ¸p c¶m øng: ; Lcdd = Lo.hddA = 8,4 mH a =dis/dt : ®é dèc ®Çu sãng cña sÐt dic/dt: tèc ®é biÕn thiªn cña dßng ®iÖn ®i trong th©n cét cã xÐt tíi sù thay ®æi tr­íc vµ sau ph¶n x¹ cña sãng sÐt tõ cét l©n cËn trë vÒ. c/ §iÖn ¸p trªn d©y dÉn g©y ra bëi dßng ®iÖn sÐt ®i trong d©y chèng sÐt K.Ucs(t).: Lccs = Lo . hcs = 11,304mH - Ta ph¶i t×m ic vµ dic /dt trong hai tr­êng hîp: + Tr­êng hîp 1: Tr­íc khi cã sãng ph¶n x¹ tõ cét l©n cËn vÒ ®ã lµ kho¶ng thêi gian t £ 2.lkv /c (lkv = 190m lµ chiÒu dµi kho¶ng v­ît ). t £ 2.190 /300 =1,27 ms. Theo c«ng thøc ( III – 39 ) vµ ( III – 40 ) ta cã: trong ®ã : NhËn xÐt: Khi R; a; t thay ®æi th× ic (t) vµ dic /dt thay ®æi. + Tr­êng hîp 2: Khi cã sãng sÐt ph¶n x¹ tõ cét l©n cËn trë vÒ : §ã lµ thêi gian t > 2.lkv hay t > 2.190 /300 = 1,27 ms. Theo c«ng thøc ( III – 42 ) vµ ( III – 43 ) ta cã: Vµ : Trong ®ã: ViÕt l¹i biÓu thøc ®iÖn ¸p trªn chuçi c¸ch ®iÖn: Víi dis / dt = a ta cã : Ta cã: Víi K lµ hÖ sè ngÉu hîp cña pha A víi d©y chèng sÐt cã kÓ ®Õn ¶nh h­ëng cña vÇng quang KA-csv q = 0,224 Thay sè vµo ta cã: (III – 51) 2 - §iÖn ¸p gi¸ng trªn chuçi c¸ch ®iÖn cña pha B; C. Víi b = 0,3; KB-csvq = 0,147 ; hdd = hddB = 11 m ; H = hcs+ hddB = 18,84+11=29,84m Dh = hcs- hddB = 7,84m Víi pha B,C ta cã : 3- So s¸nh ®iÖn ¸p gi¸ng trªn chuçi c¸ch ®iÖn pha A vµ pha B. ë cïng mét thêi gian t¸c ®éng vµ cïng mét ®é dèc cña dßng ®iÖn sÐt, ë cïng mét thêi gian t¸c ®éng vµ cïng ®é dèc cña dßng ®iÖn sÐt, nÕu chuçi c¸ch ®iÖn cña pha nµo cã ®iÖn ¸p gi¸ng lín h¬n th× pha ®ã cã x¸c suÊt phãng ®iÖn lín h¬n. Chän th«ng sè cña dßng ®iÖn sÐt tÝnh to¸n : t = 3ms; a =10kA/ms. a/ TÝnh to¸n víi pha A: Thay t vµ a vµo c¸c c«ng thøc: Thay t ; a ®· chän vµ R =11W vµo c«ng thøc ( III – 39 ) vµ ( III – 40 ): Thay c¸c gi¸ trÞ Uc­dd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vµo ( III– 5 0): Uc®A (t) = (1 - 0,224).11.24,55 + 7,54.(8,4 - 0,224.11,304)+ + 11. (7,366 + 0,224. 10,22) + 173,4 + 57,17 = 561,8kV b/TÝnh to¸n víi pha B: Thay c¸c gi¸ trÞ võa tÝnh to¸n vµo c«ng thøc ta cã: Uc®B(t) = (1-0,147).11.24,52+7,53.(6,6- 0,147.11,304)+11(5,64+0,147.10,42) +140,25 + 57,17 =483,23kV. So s¸nh ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn khi ®­êng d©y bÞ phãng ®iÖn ta thÊy: Uc®A = 561,8kV > Uc®B = 483,23kV. VËy víi cïng mét tham sè cña dßng ®iÖn sÐt th× chuçi c¸ch ®iÖn cña pha A ph¶i chÞu ®iÖn ¸p lín h¬n so víi pha B vµ Pha C. Do ®ã ta sÏ tÝnh x¸c suÊt phãng ®iÖn khi sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét víi c¸c th«ng sè kü thuËt cña pha A. III.2.1.3-TÝnh x¸c suÊt phãng ®iÖn. TÝnh thµnh phÇn ®iÖn ¸p Udc­(t): KÕt qu¶ tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña Udc­(t) øng víi c¸c gi¸ trÞ cña : a = 10 , 20 , 30 , 40 , 50 , 60 , 70 , 80 , 90 , 100(KA/ms) t = 0,5 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 (ms ) §­îc ghi ë b¶ng sau : t a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 159 213 268 322 367 431 485 539 594 648 20 261 370 478 587 696 805 913 1022 1131 1240 30 363 526 689 852 1015 1179 1342 1505 1668 1831 40 465 682 900 1118 1335 1550 1770 1988 2205 2423 50 567 839 1111 1383 1655 1927 2198 2470 2742 3014 60 669 995 1322 1648 1975 2300 2627 2953 3279 3606 70 771 1152 15321 1913 2294 2675 3055 3436 3816 4197 80 873 1308 1743 2178 2613 3048 3483 3918 4353 4789 90 975 1465 1954 2444 2933 3428 3912 4401 4891 5380 100 1077 1621 2165 2709 3253 3796 4340 4884 5428 5971 B¶ng III_5 : Gi¸ trÞ tÝnh to¸n Udc­(t) øng víi c¸c gi¸ trÞ cña a vµ t Ta tÝnh Mdd(t) ,Mcs(t) víi c¸c kho¶ng chia nhá cña thêi gian : B¶ng (III –6): Gi¸ trÞ tÝnh to¸n cña Mdd(t) , Mcs(t):a t(ms) 0,5 1 1,33 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Mdd(t) 5,11 6,83 7,65 8,90 10,2 11,2 12,0 12,6 13,2 13,7 14,1 14,5 Mcs(t) 3,55 4,83 5,43 6,37 7,36 8,09 8,66 9,14 9,55 9,91 10,2 10,5 Tõ kÕt qu¶ trong b¶ng ( III- 4 ) ta tÝnh ic(t); dic/dt theo a vµ R víi 2 kho¶ng thêi gian lµ t £ 1,33 ms vµ t ³ 1,33ms. a/ Víi t £ 1,33ms ta tÝnh ic(t) ; dic /dt theo c«ng thøc (III–49) vµ c«ng thøc (III–50) b/ Víi t ³ 1,33ms ta x¸c ®Þnh ic(t) vµ dic /dt theo c«ng thøc ( III– 49 ) vµ (III – 50): Cho biªn ®é dßng sÐt nhËn c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau tõ 10 ®Õn 100kA chóng ta tÝnh ®­îc ®iÖn ¸p ®Æt lªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y. Tõ b¶ng (III-9) vÏ då thÞ Ucd (t , a) vµ ®Æc tÝnh (v - s) ta d­îc c¸c gi¸ trÞ Ti vµ c¸c sè liÖu tÝnh to¸n ë b¶ng (III – 10). * T­¬ng tù nh­ phÇn sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît ta ®­îc : - X¸c suÊt phãng ®iÖn Vp® lµ x¸c suÊt mµ t¹i ®ã cã c¸c cÆp th«ng sè (Ii;ai) thuéc miÒn nguy hiÓm - C¸c cÆp sè (Ii ; ai) n»m trong miÒn giíi h¹n nguy hiÓm th× sÏ x¶y ra phãng ®iÖn. Do ®ã x¸c suÊt phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn chÝnh lµ x¸c suÊt ®Ó cho cÆp sè (Ii ; ai) thuéc miÒn nguy hiÓm. dVp® = P (a ³ ai) P (I ³ Ii ). ( III – 33 ) Trong ®ã: + P(I ³ Ii ): lµ x¸c suÊt ®Ó cho dßng ®iÖn I lín h¬n gi¸ trÞ dßng ®iÖn Ii nµo ®ã. + P(a ³ ai): lµ x¸c suÊt ®Ó cho ®é dèc a lín h¬n gi¸ trÞ ai nµo ®ã ®Ó g©y ra phãng ®iÖn P(a ³ ai) = P( ai – da ≤a≤ ai + da ) = dVa Víi: Thay vµo biÓu thøc ( 2 – 34 ) ®­îc: dVp® = Vi.dVa B»ng ph­¬ng ph¸p sai ph©n x¸c ®Þnh ®­îc: (III–34 ) Víi : Do trong tÝnh to¸n vÒ ®­êng cong th«ng sè nguy hiÓm ta chØ tÝnh víi 10 gi¸ trÞ cña a vµ I nªn ph¶i tiÕn hµnh ngo¹i suy ®Ó phñ kÝn c¸c gi¸ trÞ cña chóng. Ta cã kÕt qu¶ sè liÖu cña Vp® tÝnh nh­ sau : a ( kA/s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ¥ Ii (kA) ¥ 64 55,4 51 48 45 43 37,5 32 24 17 0 VIi 0 0,086 0,12 0,142 0,159 0,178 0,193 0,238 0,293 0,399 0,521 1 Vai 1 0,4 0,16 0,064 0,026 0,010 0,004 0,0024 0,0016 0,00065 0,00026 0 DVai = Vai –Va+i 0,6 0,241 0,095 0,038 0,016 0,006 0,002 0,001 0,0007 0,0002 0,0001 0 Vai. 0 0,0260 0,0115 0,0055 0,0025 0,0011 0,00005 0,00023 0,00011 0,00007 0,00005 0 B¶ng III_10 : KÕt qu¶ x¸c xuÊt phãng ®iÖn Tõ b¶ng (III – 10) ta tÝnh ®­îc Vp® = 0,05509 TÝnh suÊt c¾t do sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét hoÆc l©n cËn ®Ønh cét: nc = Nc. Vp® . h (lÇn / 100km. n¨m ) Nc = N / 2 = 120 / 2 = 60 VËy: n = 60. 0,05509. 0,48 = 1,5866 ( lÇn / 100km. n¨m ). III.3- TÝnh suÊt c¾t tæng do sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y t¶i ®iÖn 110kV. SuÊt c¾t toµn bé ®­êng d©y khi cã sÐt ®¸nh trùc tiÕp ®­îc x¸c ®Þnh bëi: n = ndd + nkv + n®c (lÇn /100km.n¨m) Ta ®· tÝnh ®­îc suÊt c¾t ndd ; nkv ; n®c ë c¸c phÇn trªn: n = 0,04646+ 0,0314 + 1,5866= 1,66446 (lÇn/100km.n¨m) III.4- TÝnh chØ tiªu chèng sÐt cho ®­êng d©y t¶i ®iÖn110kV ChØ tiªu chèng sÐt cho ®­êng d©y lµ sè n¨m vËn hµnh an toµn gi÷a hai lÇn sù cè liªn tiÕp, ta ®· tÝnh ®­îc suÊt c¾t ®­êng d©y khi bÞ sÐt ®¸nh: (N¨m / lÇn sù cè ) NhËn xÐt: Sau khi tÝnh to¸n suÊt c¾t cho ®­êng d©y t¶i ®iÖn 110kV ta thÊy: - SuÊt c¾t cña ®­êng d©y do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn kh«ng phô thuéc vµo trÞ sè ®iÖn trë nèi ®Êt cña cét ®iÖn, nh­ng l¹i phô thuéc vµo gãc b¶o vÖ a, do ®ã ®Ó gi¶m sè lÇn c¾t ®iÖn do sÐt ®¸nh vßng qua d©y chèng sÐt vµo d©y dÉn th× ph¶i gi¶m gãc b¶o vÖ a. - Khi sÐt ®¸nh vµo kho¶ng v­ît th× kh¶ n¨ng phãng ®iÖn trªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y phô thuéc vµo trÞ sè cña ®iÖn trë nèi ®Êt. NÕu ®iÖn trë nèi ®Êt nhá th× kh¶ n¨ng phãng ®iÖn lµ rÊt Ýt v× khi sÐt ®¸nh vµo d©y chèng sÐt trong kho¶ng v­ît sÏ g©y ra c¸c sãng qu¸ ®iÖn ¸p truyÒn vÒ cét ®iÖn, sãng nµy gÆp ®iÖn trë nèi ®Êt nhá nªn ®iÖn ¸p ®i vµo bé phËn nèi ®Êt ®­îc gi¶m thÊp. - Khi sÐt ®¸nh vµo ®Ønh cét th× phÇn lín dßng ®iÖn sÐt sÏ ®i vµo hÖ thèng nèi ®Êt cña cét ®iÖn. PhÇn cßn l¹i sÏ theo d©y chèng sÐt ®i vµo hÖ thèng nèi ®Êt cña cét ®iÖn bªn c¹nh. Do vËy trÞ sè cña ®iÖn trë nèi ®Êt ¶nh h­ëng lín ®Õn trÞ sè ®iÖn ¸p t¸c dông lªn c¸ch ®iÖn cña ®­êng d©y. VËy ®Ó gi¶m sè lÇn c¾t ®iÖn ®­êng d©y do sÐt th× ph¶i gi¶m ®iÖn trë nèi ®Êt cña cét ®iÖn vµ t¨ng c­êng c¸ch ®iÖn cho ®­êng d©y. Lêi kÕt Qua viÖc tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ cho hÖ thèng cao ¸p cña tr¹m biÕn ¸p V¨n §Ión 110/22 kV th× ta ®· thÊy ®­îc viÖc ®¶m b¶o yªu cÇu kü thuËt trong khi thiÕt kÕ lµ hÕt søc quan träng , v× ®©y lµ hÖ thèng nh»m b¶o vÖ cho sù an toµn cña thiÕt bÞ trong tr¹m còng nh­ ng­êi vËn hµnh Tõ viÖc bè trÝ c¸c cét thu l«I sao cho hîp lý nhÊt , nèi ®Êt an toµn còng nh­ nèi ®Êt chèng sÐt vµ viÖc tÝnh to¸n c¸c tr¹ng th¸I khi sÐt ®¸nh vµo ®­êng d©y t¶I ®IÖn