Đồ án Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110 kv

rong đó: rđo là điện trở suất đo được đã cho kmùa là hệ số mùa (phụ thuộc vào dạng cực và độ chôn sâu của nối đất và khi đo đất khô hay ẩm ) II. Tính toán nối đất an toàn. Đây là trạm biến áp 220/110 KV là mạng có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu đối với nối đất an toàn phải. R Ê 0,5 ( Phần điện trở nối đất R này bao gồm hai thành phần. Phần điện trở nối đất tự nhiên ( Rtn ) Phần điện trở nối đất nhân tạo ( Rnt) Do vậy điều kiện của điện trở nối đất là Rnt // Rtn Ê 0,5( ) R nt Ê 1,0 ( 1. Điện trở nối đất tự nhiên Trạm thiết kế có dây chống sét dùng để bảo vệ đường dây kéo vào tận xà trạm. Do vậy phần điện trở nối đất tự nhiên là điện trở của hệ thống dây chống sét, cột liên hệ với trạm. a.Điện trở nối đất tự nhiên của đường dây 220KV Xét đường dây 220KV được bảo vệ bằng dây chống sét toàn tuyến (m ỏ 20) Số lượng đường dây là 2, dùng cột sắt mỗi đường dây có hai dây chống sét có kết cấu giống nhau. Chiều dài khoảng vượt. l = 300m = 0,3 km. Dây chống sét dùng loại PC - 70 có R0 = 2,38 (/km) Rc: điện trở nối đất của cột vì r =0,9. 104 <1. 104 . Nên ta lấy Rc =10 + Điện trở nối đất của hai dây chống sét trong một khoảng vượt Rcs = R0 l = (2-1) = 0,375( + Điện trở của dây chống sét -cột của một đường dây 220KV vào trạm. (2-2) + Điện trở của hai dây chống sét cột của hai lộ đường dây 220KV. = . 1,75 = 0, 875 b.Điện trở nối đất của đường dây 110 KV Xét đường đây 110 KV vào trạm. -Các đường dây được boả vệ bằng dây chống sét toàn tuyến (m >20) -Có ba đường dây vào trạm dùng dây chống sét -Các cột đều có điện trở nối đất. RC = 10 (W) -Dây chống sét dùng loại Pc-17 có R0 = 2,38 (W/km) -Chiều dài khoảng vượt. l = 200m = 0,2km (2-1) + Điện trở nối đất của hai dây chống sét trong một khoảng vượt. + Điện trở của dây chống sét – cột của một đường dây 110 KV vào trạm (2-2) + Điện trở dây chống sét - cột của ba lộ đường dây 110 Kv c.Điện trở nối đất dây chống sét - cột của tất cả các đường dây nối vào trạm Kết luận: Mặc dù trạm có nối đất tự nhiên bằng 0,31 < 0,5 W nhưng do điện trở tự nhiên thường xuyên biến đổi. Để đảm bảo an toàn với trạm này vẫn cần phải có nối đất nhân tạo với yêu cầu. Rnt Ê1 W 2.Điện trở nối đất nhân tạo a.Phương pháp tính toán và các thông số. Song song với việc thực hiện yêu cầu với điện trở nối đất Rnt // Rtn Ê 0,5 (W) Rnt Ê 1,0 (W) Sẽ phải sử dụng biện pháp cân bằng điện để tạo nên sự phân bố điện áp đều trên bề mặt đất, làm giảm điện áp bước, và điện áp tiếp xúc Với mục đích đó em dùng nối đất mạch vòng bố trí dọc theo chu vi trạm để làm tăng điện áp của phần mặt đất phía bên trong và như vậy sẽ giảm được trị số điện áp tiếp xúc và điện áp bước. Mạch vòng bao quanh trạm có dạng hình chữ nhật ABCD có kích thước. l1=200 m l2=150 m Sơ đồ nối mạch vòng của trạm biến áp như hình vẽ (2-1) Tại hệ thống nối đất này em chọn sắt chạy dọc sung quanh chu vi trạm. 200m 150m Hình 2-1 Có d= + Điện trở mạch vòng xác định theo công thức. Trong đó: r = rđo.Kmùa là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2–1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: Kmùa = 1,6 vậy r = rđ.1,6 = 0,9.1,6.102=1,44.102 (W.m). L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(150+ 200) = 700m. d là đường kính thanh nối: d = 0,02m t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho r ổn định ): t = 0,8m. k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất. Ta có: k= Tra bảng (2 – 6) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được k =5,81. Thay số vào biểu thức (ta có: Nhận xét: Dựa vào sơ đồ trạm và trên cơ sở mục đích yêu cầu của nối đát an toàn ta có Rnt =0,603 bảo đảm thoả mãn điều kiện nối đất an toàn của trạm.Ngoài ra còn tận dụng được các dạng nối đất tự nhiên. III.TíNH TOáN NốI ĐấT CHốNG SéT 1.Mở ĐầU Khi có dòng điện đi vào bộ phận nối đất nếu tốc độ biến thiên của dòng điện theo thời gian là rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn khômg cho dòng điện đi đến phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều. Sau một thời gian ảnh hưởng của điện cảm mất dần điện áp sẽ phân bố nhiều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian. T= L.g.l2 (2-5) (T tỉ lệ với điện cảm tổng Ll và điện dẫn tổng gl của điện cực ) + .Từ biểu thức trên ta thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng một chiều hay xoay chiều tần số công nghiệp. + ảnh hưởng của L không đáng kể vào bất kỳ hình thức nối đất nào (thẳng đứng hay nằm ngang )cùng đều biểu thị trị số điện tản. Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét tham số biểu thị của nối đất phụ thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng dòng điện khi T<< Tđs (khidòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này ứng với hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh ngang có chiều dài không lớn lắm và được gọi là nối đất tập trung. Nếu điện cực dài hằng số thời gian có thể đạt tới mức Tđs và tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại. Qúa trình quá độ chưa kết thúc và như đã phân tích tác dụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện như một tổng trở Z có trị số rất lớn so với trị số dòng điện tản. Đây được gọi là trường hợp nối đất phân bố dài. 2.Dạng sóng tính toán của dòng điện sét Trong quá trình tính toán thiết kế ta chọn dạng sóng tính toán của dòng điện sét là sóng siên góc có biên độ không đổi. Dạng sóng tính toán của dòng điện sét được tính tóan như sau. Is = Khi tính toán thiết kế được biên độ và độ dốc a của dòng điện sét được qui định là: a = tga=30(kA/ms) I: biên độ dòng điện sét I = 150kA(với trạm biến áp cao áp) tđs: thời gian đầu sóng lấy bằng 5ms 3.Yêu cầu kiểm tra. Kiểm tra điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho MBA. Bởi vì trong trạm BA thì MBA là phần tử chính quan trọng nhất nhưng mức cách điện lại kém ( cách điện của cuộn dây ). Do vậy U50% CủA MBA là mức giới hạn trên để kiểm tra. Uxk =I.Z(0,tđs) Ê U50% Trong đó: I là trị số dòng điện lấy bằng 150KA Z(0,tđ) tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng điện sét đi vào điện cực U50% trị số điện áp phóng điện xung kích nhỏ nhất của MBA là U50% của MBA 110KV ở đây U50%(MBA) = 460 KV 4.Tính toán nối đất chống sét. a.Tính toán lại trị số điện trở nhân tạo theo yêu cầu của nối đất chống sét. Tra bảng 19-2 sách KTĐCA ta chọn được hệ số mùa sét là. kt =1,2 Dựa vào công thức ( 2-4) và nhận thấy rằng kt tỉ lệ thuận với rtt =rđo.kmùa. + Điện trở thanh dẫn mạch vòng là. Như vậy Rnđ nhân tạo tính cho nối đất chống sét Rnt=0,47 W b.Tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét Để tính toán tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta sét tới các điều kiện. + Bỏ qua nối đất tự nhiên + Bỏ qua các thanh nối cân bằng điện áp trong trạm + Để đơn giản bỏ qua các quá trình phóng tia lửa điện trong đất và giả thiết điện trở suất của đất là không đổi. Mặt khác điện trở của bản thânvật liệu dùng làm nối đất nhỏ hơn rất nhiều so với điện cảm wL của nó ( cùng với tần số dòng điện sét ) và ảnh hưởng của điện dung C của điện cực đối với đất cũng nhỏ hoen rất nhiều so với điện dẫn nối đất. Vì vậy ta xem mạch vòng nối đất gồm hai tia có cchiều dài l ghép song song (l=) và L là chu vi mạch vòng. A B C D Hình 2-3 Giả thiết khi có dòng điện sét xuống hệ thống nối đất từ góc trạm. Có nghĩa là dòng điện sét sẽ đi theo 2 mạch mỗi mạch có chiều dài. l=(m) Mạch vòng này được rút gọn bằng điện cảm L0 và điện dẫn G0 (Bỏ qua điện dung) Lo Lo G0 G0 G0 Hình: 2-4 Ta có L0 là điện cảm tính đối với l đơn vị chiều dài của điện cực. L0 = 0,2 (ln-0,31) (2-6) Trong đó: l là chiều dài điện cực l = 350m. r bán kính của cực. R = d = . 0,02 = 0,01 (m) Thay số vào ta có L0 = 0,2 (ln-0,31) = 2,030 (mH/m) G0 điện dẫn đối với đơn vị chiều dài của điện cực. G0 = (2-7) Điền trở xung kích kéo dài Z(0,t) được xác định Z(0,t) = U(0,t)/I(0,t) = (2-8) Từ công thức (2-8)ta có tổng trở xung kích nối đất của hai điện cực song song (hệ thống mạch vòng -thanh). Z(0, td.s)= (2-9) Xét chuỗi (a) (tra sổ tay toán học) (b) Ta có: e-3=0,0479, e-4=0,0183, e-5=0,0067, e-6=0,0025, e-7=0,00091.Từ e-4 trở đi thì các phần tử của phân số có thay đổi rất nhỏ hầu như không thay đổi so với số hạng trước nó do vậy một cách gần đúng ta chỉ tính tới k sao cho. Ta có: Tk= hay Suy ra: k2Ê. K Là một số nguyên dương hay k= Thay số vào biểu thức T1 ta Có . với tđs =5ms ta có. ị chọn k=8 với k=1 đến 8 thay vào công thức Tk=T1/K2 Với T1=75,66ms, tđs=5ms. Ta có bảng kết quả chuỗi a K K2 K2 1 1 75,66 0,936 0,936 2 4 18,915 0,767 0,19175 3 9 8,406 0,551 0,06122 4 16 4,728 0,347 0,02168 5 25 3,062 0,191 0,00764 6 36 2,101 0,092 0,00255 7 49 1,544 0,039 0,00079 8 64 1,182 0,014 0,00021 Bảng 2-1 Từ bảng kết quả trên ta có. Thay số vào công thức (2-9) ta có giá trị tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tại thời điểm: t =tđs. 5.Kiểm tra điều kiện an toàn cho cách điện của máy biến áp. Ta có: Ud = Is.Z(0,tđs) =150.6,57=985,5 (kv) Vậy: *Nhận sét: Hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng –thanh chỉ đạt được yêu cầu nối đất làm việc và nối đất an toàn, nhưng không đạt yêu cầu tiêu chuẩn của nối đất chống sét.Để đảm bảo an toàn cho cách điện của MBA và thiết bị ta phải có biện pháp khắc phục. Để giảm điện trở nối đất đồng thời đảm bảo theo yêu cầu của nối đất chống sét ta có những biện pháp sau. + M ột là đóng cọc với thanh làm thành mạch vòng thanh -cọc. + Hai là dùng nối đất bổ xung Ta chọn phương án đóng cọc kết hợp với thanh tạo thành mạch vòng thanh -cọc.Như vậy thi công sẽ đơn giản hơn, đỡ tốn kém hơn so với nối đất bổ xung vì trong trạm bố trí nhiều thiết bị như móng cột, hầm cáp, v...v. Nên việc đào bới để chôn cọc thanh nối đất bổ xung sẽ phức tạp hơn so với đóng cọc theo chu vi trạm ở phần đất lưu không. 6.Tính điện trở nối đất hệ thống thanh vòng cọc ở phần( 4-a)ta tính được điện trở mạch vòng thanh Rmv=0,47W. 150m 200m Hình 2-5 (Nối đất thanh cọc) Thanh cọc 2,5m b.Tính điện trở cọc. Đối với cọc, điện trở tản xoay chiều được tính theo công thức. (2-10) Trong đó: l là chiều dài cọc l = 2,5m r là điện trở suất của đất đối với cực Ta tính được r = rđo.Kc =1,15 Vậy r = 0,9.104.1,15 = 1,035.104W.cm = 1,035.102W.m + d là đường kính cọc -Cọc được làm bằng sắt 50x50x5 d được tính như sau. D = 0,95.50.10-3 = 4,75.10-2 (m) + t là độ chôn sâu t = 0,8m 50 l t t’ Hình 2-6 (Cọc nối đất) Giá trị của t’ được tính t’ =m Thay số liệu vừa tính được vào công thức (2-10) ta có điện trở nối đất của một cọc trong hệ thống nối đất của trạm là: Sau khi tính được Rmv và Rc ta tính được điện trở nối đất nhân tạo của hệ thống. Theo công thức này ta chỉ mới biết Rc và Rmv Vậy ta phải tìm số cọc để Rnt đạt giá trị nhỏ nhất và đảm bảo để sau khi tính toán nối đất chống sét mà vẫn đảm bảo được tiêu chuẩn nối đất cống sét. ở đây Rc và Rmv chúng phụ thuộc vào số cọc ta xét. Vậy ta xét từng trường hợp theo tỉ số với các thông số là: Chu vi mạch vòng là L=700m. Khoảng cách giữa các cọc là a cọc có chiều dài là 2,5m. số cọc số cọc số cọc Tra bảng 4-6 sách hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA ta có hệ số sử dụng nối đất mạch vòng thanh cọc + Số cọc n1 =280 Tra được hmv1 = 0,16, hc = 0,34 + Số cọc n2 =140 Tra được hmv2 = 0,19, hc = 0,37 + Số cọc n3 =93 Tra được hmv3 = 0,2, hc = 0,39 Điện trở nối đất nhân tạo của hệ thống khi số cọc là n1, n2, n3 Ta có bảng số liệu Bảng 2-2 Số cọc n Rmv (W) hmv (W) Rc (W) hc (W) Rnt (W) 280 0,47 0,16 32,77 0,34 0,308 140 0,47 0,19 32,77 0,37 0,503 93 0,47 0,2 32,77 0,39 0,652 Điện trở nối đất tính cho nối đất chống sét là Trong đó: Rc=32,77 (W) Rmv = 0,47 (W) n là số cọc đã biết n = 280 cọc ;hmv = 0,16 ;hc = 0,34 Ta tính được: Điện trở ổn định cho một điện cực R = 2Rnt Tổng dẫn nối đất tính cho một điện cực là G0= Điện cảm theo đơn vị dài của điện cực được tính theo công thức (2-6) Trong đó: Thay số vào công thức (2-6) ta có Điện cảm theo một đơn vị dài của điện cực là. Các thông số đã diễn giải phần tính nối đất chống sét. Tính toán hoàn toàn tương tự như trên ta có. hay K là một số nguyên dương hay Thay vào biểu thức T1 ta có. T1=114,18 (ms) Với tđs =5ms.ta có Ta chọn k =10. Ta tính với k =1 đến 10. Thay số vào công thức . với T1= 114,18 ; tđs =5 mH.Ta có bảng kết quả chuỗi (a) . K K2 TK e-5/TK 1 1 114,18 0,957 0,957 2 4 28,54 0,839 0,2097 3 9 12,68 0,674 0,0748 4 16 7,13 0,495 0,0309 5 25 4,56 0,334 0,O133 6 36 3,17 0,206 0,0057 7 49 2,33 0,116 0,0023 8 64 1,78 0,060 0,0009 9 81 1,40 0,028 0,0003 10 100 1,14 0,012 0,0001 Bảng: 2-2 Từ bảng kết quả trên ta nhận thấy. Thay vào công thức (2-9) ta có. Kiêm tra yêu cầu của nối đất chống sét Ud =I. Z(0,tđs) =150.5,27 =790,5 ( kv) Ta nhận thấy rằng. U50%(110kv) < Ud =790,5 (kv). Vậy hệ thống nối đất chống sét sau khi đóng thêm cọc bổ xung không đạt yêu cầu về nối đất chống sét. 7.Nối đất bổ xung. Sau khi đóng thêm cọc dọc theo mạch vòng, nối đất chống sét vẫn chưa đạt yêu cầu.Vì vậy phải đóng thêm nối đất bổ xung. Tức là cần phải đóng thêm vài cọc ở các chỗ đi vào mạch nối đất của các dây tiếp địa cột thu lôi ( nối đấy tập trung). a.Xác định điện trở của nối đất bổ xung. Để nối đất bổ xung ta sử dụng hình thức nối đất hình tia có chôn cọc -Chọn thanh nối đất bổ xung là thép dẹt có chiều dài: lT =11-1=10 (m) Có bề rộng : bT=0,04 (m) Vậy đường kính của thanh: Độ chôn sâu của thanh làm tia: h= 0,8 (m) Dọc theo chiều dài của thanh có chôn ba cọc tròn có chiều dài cọc:lc=2,5(m). Cọc là loại cọc tròn có đường kính: dc =0,05(m) + Nối đất được tính toán cho chống sét nên ta lấy hệ số mùa của thanh và cọc như sau. KT =1,25 ; KC =1,15 . h=0,8m a lc 1m lT lc t Hình:2-7 Sơ đồ nối đất của tia. + Điện trở nối đất của thanh Ta có công thức tính toán. Trong đó : rT Điện trở suất tính toán của nối đất với thanh làm tia chôn ở độ sâu h. rT =r. KT =0,9.104.1,25.10-2 =112,5 (W) K là hệ số hình dáng, do nối đất là tia ngang nên lấy: k=1 Thay các giá trị vào công thức ta được. + Theo(6-b) trên thì đện trở nối đất của cọc là. Rc =32,77(W) *Điện trở nối đất bổ xung được tính theo công thức. Trong đó: n là số cọc hT,hC là hệ số sử dụng của thanh và của cọc + Với n=3,lc =2,5 m ; a=5m Nên ta có a/lc =2 (m) Tra bảng 3 và bảng 5 (phần phụ lục-HDTN).Ta được hC=0,86 và hT =0,92 Thay các giá trị trên vào công thức ta được b.Tổng trở của hệ thống nối đất khi có nối đất bồ xung. Sử dụng công thức toán tử laplace ta tìm được công thức tính tổng trở xung kích của hệ thống nối đất như sau. Trong đó: Xét chuỗi: Trong chuỗi này ta chỉ tính đến e-4 (vì từ e-5 trở đi có giá trị rất nhỏ). Có nghĩa là ta tính với xk sao cho. .Hay ta có LÂ GÂ GÂ GÂ Hình: 2-8 Do coi mạch vòng của hệ thống nối đất là sự ghép song song của hai tia có cùng độ dài l =350m. Nên ta có sơ đồ hệ thống nối đất như sau Trong sơ đồ trên: LÂ là điện cảm tương đương của một đơn vị dài và LÂ =L/2 GÂ là điện dẫn tương đương của đơn vị dài và GÂ = 2G Do đó ta có: T1 =114,18 ms Trong đó Xk là nghiệm của phương trình. giải phương trình trên bằng phương pháp đồ thị và sác định được nghiệm như sau. Từ phương trình đồ thị hình (2-9). Ta có. X1 = 2,99 Rad X2 = 6,01 Rad X3 = 9,05 Rad X4 = 12,03 Rad X5 = 15,12 Rad X6 = 18,15 Rad X7 = 21,19 Rad X8 = 24,28 Rad X9 = 26,12 Rad CosX1 = -0,98 CosX2 = 0,96 CosX3 = -0,93 CosX4 = 0,86 CosX5 = -0,83 CosX6 = 0,77 CosX7 = -0,7 CosX8 = 0,67 CosX9 = 0,54 Từ K³10 thì XK > 30,01 nên ta lấy 9 nghiệm như trên. Lập bảng giá trị của chuỗi số với các XK (K=1đ9) vừa được ở trên ta có bảng kết quả K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 XK 2,99 6,01 9,05 12,03 15,12 18,15 21,19 24,28 26,12 1,041 1,085 1,156 1,352 1,451 1,686 2,04 2,227 3,429 0,961 0,851 0,695 0,525 0,362 0,231 0,136 0,072 0,048 BK 0,547 0,465 0,357 0,232 0,149 0,082 0,0402 0,0195 0,0085 Từ bảng kết quả ta có: Ta tính được Zbs(0,tds) = A + B = 0,294 + 1,9002 = 2,1942 (W) C.Kiểm tra yêu cầu của nối đất chống sét Điều kiện kiểm tra Ud = I. Zbs(0,tds) Ud = 150.2,1942 = 329,13 (Kv) Điện áp xung kích: Zbs(0,tds) = 460 Kv Ta nhận thấy Ud < U 50%(110). Vậy sau khi nối đất bổ xung thì nối đất chống sét đạt yêu cầu. Chương III tính toán chống sét cho đường dây 220kv A.Tính toán chống sét đường dây 220kv 3.1. Yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây Đường dây tải điện là phần tử dài nhất trong hệ thống điện, qua nhiều vùng khác nhau. Hơn nữa Việt Nam là nước nhiệt đới gió mùa nên xảy ra nhiều giông sét do đó vấn đề xác định số lần cắt điện do sét đánh là vấn đề cần phải quan tâm nhất là đối với đường dây tải điện thì sự cố do sét đánh là nhiều nhất. Sét đánh vào đường dây gây ra điện áp khí quyển, sóng quá điện áp không những gây ra hư hỏng cách điện mà còn làm hư hỏng các thiết bị của trạm khi sóng truyền vào. Quá điện áp thường xảy ra khi sét đánh trực tiếp vào đường dây và vùng lân cận đường dây. Vị trí số quá điện áp khí quyển rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đường dây đáp ứng được hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉ chọn theo mức độ hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật do đó yêu cầu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây không phải là loại trừ hoàn toàn sự cố do sét mà chỉ giảm bớt sự cố giới hạn hợp lý. Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng ( Dây dẫn hoặc dây chống sét) là h. Đường dây sẽ thu hút về nó các phóng điện của sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây L. Tổng số lần sét đánh vào đường dây được tính theo công thức: N = (0,6 á 0,9) h.L nngs. 10-3 (3-1). Trong đó: + h là chiều cao trung bình của dây dẫn trên cùng (m) + L là chiều dài đường dây (Km) + nngs là số ngày có sét hàng năm trong khu vực có đường dây đi qua. Vì tham số của dòng điện sét. Biên độ Is, độ dốc của dòng điện Có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Để có phóng điện thì điện áp do sét gây nên phải có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Khả năng này được biểu thị bằng xác xuất phóng điện (Vpđ), như vậy số lần xảy ra phóng điện trên cách điện là: Npđ = N. Vpđ = (0,6 á 0,9) h.L.nngs.Vpđ10-3 (3-2) Phóng điện xung kích chỉ gây nên cắt điện cho đường dây khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện chuyển thành hồ quang. Xác suất chuyển thành hồ quang h phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất là Građien của điện áp làm việc dọc theo đường phóng điện. h = f(Elv) ; Upđ: Điện áp làm việc đường day Ipđ: Chiều dài phóng điện Vậy số lần cắt điện hàng năm của đường dây sẽ là: Ncđ = (0,6 á 0,9)h.L.nngs.h.Vpđ.10-3 (3-3) Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau đi qua những vùng cường độ hoạt động của sét khác nhau, người ta tin trị số cắt đường dây ( Tức là số lần cắt) có chiều dài 100Km, từ đó: n = (0,6á0,9)h.L.nngs.h.Vpđ.10-3(lần/100Km năm) (3-4) Từ (3-4) ta thấy có khả năng giảm thấp số lần cắt điện do sét đánh - Tức là giảm Vpđ hoặc h việc giảm Vpđ được thực hiện bằng cách treo dây chống sét là biện pháp hiệu quả trong việc giảm số lần cắt điện đường dây. Nhưng yêu cầu chú ý những điểm sau: Dây chống sét làm nhiệm vụ chống sét đánh thẳng vào dây dẫn nhưng chưa phải là an toàn tuyệt đối mà vẫn còn khả năng sét đánh vòng qua dây chống sét và dây dẫn. Mặt khác khi sét đánh vào dây chống sét gây nên điện áp tác dụng lên bộ phận nối đất của cột điện. Nếu dòng điện sét và điện trở của cột lớn thì điện áp tác dụng lên cách điện có khả năng vượt qúa mức cách điện xung kích của nó, gây nên phóng điện ngược tới dây dẫn. Như vậy dây chống sét phát huy tác dụng nhiều hay ít phụ thuộc vào tình hình nối đất của cột điện. Trong các vùng nối đất xấu (r ³ 105Wcm) dây chống sét không còn phát huy tác dụng nên có thể không dùng ngay cả các đường 110á330Kv. Cùng với những lý do trên các đường dây có điện áp thấp (từ 35Kv trở xuống) cũng không treo dây chống sét, vì các đường dây này có mức cách điện không cao nên khi sét đánh vào dây chống sét thường đưa tới phóng điện ngược lại vào dây dẫn. Giảm xác suất hình thành hồ quang h được thực hiện bằng giảm cường độ điện trường dọc theo đường phóng điện, như dùng cột xà gỗ để tăng chiều dài đường phóng điện,... Trong trường hợp này Građien điện áp làm việc có thể giảm tới khoảng 0,1á0,2kv/m dùng cách điện gỗ còn làm tăng tác dụng mức cách điện xung kích của đường dây nên xác suất phóng điện Vpđ cũng giảm thấp. Các thông số của cột đường dây như sau - Dây chống sét loại dây C-70 có đường kính d = 11mm, r =5,5mm - Dây dẫn là dây nhôm lõi thứ AC - 70 Có d = 11,4mm, r = 5,7mm - Chuỗi sứ 13 bát sứ P - 4,5 - Các góc pha aA = 24,70 aB(c) = 19,80 15,1m 18,1m 23,5m A 24,70 19,80 B C Hình 3-1 Hệ số hiệu chỉnh vầng quang 220 Kv là l = 1,4 Chiều cao của pha B và Pha C là : h(BC) = 15,1m Chiều cao của pha A là: h(A) = 18,1m Chiều cao của dây chống sét là: h(cs) = 23,5m Độ võng của dây chống sét là: f(cs) = 3m Độ võng của dây dẫn là: f(dd) = 5m 3-2. Các số liệu tính toán 1. Độ treo cao trung bình của dây chống sét. hcs(tb) = hcs- fcs (3-6) hcs(tb) = 23,5 -.3 = 21,5(m) 2. Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha(B,C) hdd(tb) = hdd- fdd (3-7) hdd(tb)= 15,1 - .5 = 11,76(m) 3.Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A hdd(tb) = hdd - fdd(m) hdd(tb) = 18,1 -.5=14,76 (m) 4.Tổng trở sóng của dây dẫn được tinh theo công thức (3-8) a)Tổng trở của dây dẫn pha A b)Tổng trở sóng dây dẫn của pha B và pha C 5.Tổng trở sóng của dây chống sét a.Khi không có vầng quang b.Khi có vầng quang Do ảnh hưởng của vầng quang điện sẽ làm điện dung tăng lên do đó làm tổng trở sóng giảm đi vì vậy ta phải chia cho hệ số hiệu chỉnh l Tra bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế KTĐCA ta chọn l=1,4 Vậy ta có: (3-10) 6.Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét htbcs =21,5m h2= htbcs = 21,5m D2K Lxà D2K htbdd htbcs htbcs K 2’ 2 Hình 3-2 Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét được xác định theo công thức: (3-11) Trong đó: D2K và d2K là khoảng cách được biểu thị trên hình vẽ(3-2) (3-12) + lxà: chiều dài xà treo dây dẫn + h2 và r2 là chiều cao trung bình và bán kính của dây chống sét a.Tính hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét ta có: hdd(tb)A=14,76(m) ; lxàA = tg24,70.5,4 = 2,46(m) Vậy ta tính được giá trị của D2A và d2A Hệ số ngẫu hợp của pha A là: Khi có ảnh hưởng của vầng quang, hệ số ngẫu hợp của pha A là: .l = 0,181. 1,4 = 0,253 b.Tính hệ số ngẫu hợp của pha B và C đối với dây chống sét ta có: hdd(tb)B,C = 11,76m lxàB,C = tg19,80.8,4 = 3,02(m) Vậy ta tính được giá trị của D2B,C và d2B,C Hệ số ngẫu hợp của pha B và C là: Khi có ảnh hưởng của vầng quang hệ số ngẫu hợp của pha B và C sẽ là. = 0,132.1,4 = 0,1848 Tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm được tính theo công thức (3-1) với chiều dài 100km sẽ được (lần/100km năm) Số ngày sét đánh hàng năm trong khu vực có đường dây đi qua theo một số kết quả bước đầu nghiên cứu sét ở nước ta lấy bằng 60 ngày/ năm ở trên ta đã tính được độ treo cao trung bình của dây chống sét là hcs(tb) = 21,5(m) Vậy: Ta chọn khả năng nguy hiểm nhất là vùng có xảy ra nhiều sét để tính. Ta lấy giá trị N = 116,1( lần / 100km năm) là tổng số lần sét đánh vào đường dây. 3-3. Tính suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (ndd) Dây chống sét có nhiệm vụ bảo vệ chống sét đánh thẳng vào dây tải điện nhưng chưa phải là an toàn tuyệt đối mà vẫn có khả năng sét đánh vào dây dẫn. Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét xuống dây dẫn(Va), không những phụ thuộc vào góc bảo vệ mà còn tăng theo chiều cao cột điện. Xác suất này được biểu thị bằng công thức kinh nghiệm: (3-13) Trong đó: + a là góc bảo vệ của dây chống sét đối với dây dẫn. + hcs: chiều cao dây chống sét ở các cột(chiều cao cột điện) RC RC Hình 3-3 Có thể xem tại nơi sét đánh, mạch của khe sét được ghép nối tiếp với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số bằng: Zdd/2(Dây dẫn 2 phía ghép song song). Vì tổng trở sóng của dây dẫn khá lớn(Zdd = 400 -500(W)) Nên dòng điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. (3-14) Is/2 Is/4 Is/4 Zdd Zdd Khe sét Hình:3-4 Từ đó ta tính điện áp dây dẫn khi bị sét đánh (3-15) Trong đó: Zdd là tổng trở sóng của dây dẫn Nếu điện áp của dây dẫn lớn hơn mức cách điện xung kích của chuỗi cách điện thì sẽ có phóng điện trên cách điện, gây sự cố ngắn mạch một pha chạm đất. N(1) do sét ; Udd ³ U0,5 (3-16) U0,5 trị số phóng điện xung kích bé nhất của chuỗi cách điện Vậy ³ U0,5 Độ lớn của dòng điện sét đủ lớn để gây nên phóng điện trên cách điện đường dây là: (3-17) Vậy xác suất phóng điện là: Vpđ = P{ } = (3-18) Suất cắt vào dây dẫn được xác định theo công thức: Ndd = N.Vpđ.h (3-19) Trong đó: + Ndd là số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn trên chiều dài 100km. + Ndd = N. Va + N là tổng số lần sét đánh trên đường dây chiều dài 100km trong một năm + N = 45,6lần/100km năm + Va là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét xác định theo công thức (3-6) + h xác suất hình thành hồ quang : Vpđ = + Zdd tổng trở riêng của dây dẫn được xác định theo công thức (3-8) Trong đó: + hdd là độ cao trung bình của dây dẫn + rdd là bán kính của dây dẫn Đường dây 220kv được tính toán với dây dẫn AC-70 có: r =5,7mm= 5,7.10-3m Vậy ta có: Ndd = N.Va( lần/ 100km năm) (3-20) Theo công thức (3-20) ta có nhận xét + Khi chiều cao trung bình của dây dẫn tăng thì Zdd tăng do đó giảm và dẫn đến tăng( nghĩa là Vpđ tăng), từ đó ta có Ndd tăng + Với lý do như vậy ta chọn pha A(pha trên cùng) làm pha tính toán cho suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Vì pha này có góc a lớn và hdd lớn aA = 24,70 ; hdd(tb) = 14,76(m) (*) Tính toán suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào pha A Theo công thức (3-13) Với: aA = 24,70 ; hcs = 23,5(m) Ta có: Vậy: Va = 2,1877.10-3 = 0,0021877 (*) Tính xác suất hình thành hồ quang h h = f(Elv) (3-21) h phụ thuộc vào cường độ điện trường (Elv) được xác định qua công thức (kv/m) Trong đó: U pha là giá trị hiệu dụng của điện áp pha + lpđ là chiều dài mạch phóng điện lấy bằng chiều dầi chuỗi sứ gồm 13 bát sứ P-4,5 mỗi bát sứ có độ cao H = 0,17m( Tra ở bảng 9-3 giáo trình KTĐCA). lpđ = 13.H = 13.0,17 = 2,21 ( m) Ta có: Tra bảng (21-1) sách giáo trình KTĐCA và vẽ đồ thị hình(3-5) dùng phương pháp ngoại suy ta có: h = 0,62. Vậy ta có xác suất hình thành hồ quang h = 0,62 Tính xác suất phóng điện Vpđ = Trong đó: U0,5 là trị số điện áp phóng điện xung kích bé nhất của chuỗi cách điện đường dây. Tra bảng 3-1 sách hướng dẫn tốt nghiệp KTĐCA. U0,5 = 1300Kv + Zdd là tổng trở sóng riêng của dây dẫn pha A đã tính được ở trên là ZddA = 513,14W Vậy xác suất phóng điện Vpđ là: Vpđ = = = 0,678 Tổng số lần sét đánh vào đường dây N -116,1(lân/100Km năm) Thay giá trị Va; h ; ,N vào công thức (3-21). Ta có suất cắt do sét đánh vào dây dẫn là Ndd = N.Vah. Ndd = 116,1.0,0021877.0,62.0,678 = 0,106 lần/ 100Km năm 10 20 30 40 50 57,473 Elv 0,62 0,6 0,5 0,45 0,4 0,3 0,25 0,2 0,1 h Hình:3-5 Nhận xét: Sau khi tính toán và như nhận xét ở công thức(3-20) ta thấy rằng suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn chỉ phụ thuộc vào góc bảo vệ a và độ cao hdd(tb) mà không phụ thuộc vào điện trở nối đất của cột điện. 3-4. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt như sau: NKV = NKV.Vpđ.h(lần/ 100Km năm) Trong đó: NKV là số lần sét đánh vào khoảng vựơt h xác suất hình thành hồ quang Vpđ xác suất phóng điện. 1.Tính số lần sét đánh vào khoảng vượt(NKV) Theo tài liệu của Liên Xô 1964 và các tài liệu khác đều lấy: NKV = NC = N/2 NC: Tổng số lần sét đánh trong khoảng cột N: Tổng số lần sét đánh vào đường dây xét cho chiều dài 100Km trong năm. Vậy NKV được xác định: NKV = NC = 116,1/2 =58,05 (lần/100 Km năm) 2.Tính xác suất hình thành hồ quang h ở mục 3-3 áp dụng phương pháp ngoại suy vào hàm h = f(Elv) ở hình 3-5 ta tính được h = 0,62 3.Tính xác suất phóng điện Vpđ khi sét đánh vào dây chống sét trong khoảng vượt để đơn giản ta giả thiết sét đánh vào khoảng vượt dòng điện sét sẽ chia về hai phía như hình vẽ (3-6). RC RC Dây pha L/2 L/2 UCĐ Hình:3-6 Dây chống sét ở mỗi cột dòng điện có giá trị là giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc ta có phương trình của dạng điện sét. is = at nếu t < tđs I nếu t ³ tđs Ta tính ton chow các giá trị a = 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100(Km/ms) t = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 (ms) RC = 10(W) a = tgq is t Hình:3-7 a. Điện áp tại D trên hình(3-6) có trị số bằng (3-23) Trong đó: + R: điện trở nối đất của cột điện + a: là độ dốc dòng sét(KA/ms) + Lcsc là điện cảm thân cột tính từ mặt đất lên đến dây chống sét + Lcsc = hcs. L0 ( với hcs = 23,5m) + L0 là điện cảm thân cột có giá trị L0 = 0,6(mH/m) Vậy Lcsc = 23,5.0,6 = 14,1(mH) b. Điện áp xuất hiện trên dây dẫn Udd = Kvq.UD+ (2-24) Trong đó: là điện áp làm việc của đường dây được tính như sau (3-25) + = 0,52.220 = 114,4(Kv) + Ud là điện áp tại điểm D + Kvq là hệ số ngẫu hợp(Khi kể đến ảnh hưởng vầng quang) giữa dây dẫn pha với dây chống sét). a.Điện áp đặt lên chuỗi sứ Điện áp đặt lên chuỗi cách điện là tổng đại số của các thành phần trên. Ucđ = UD - KvqUD + (Kv) = UD(1 - Kvq) + (Kv) = (1 - Kvq)(tR + ) + (Kv) (3-26) Từ công thức (3-26) ta thấy Ucđ sẽ chịu ảnh hưởng của hệ số Kvq nếu Kvq bé thì Ucđ lớn. Đối với loại cột điện ta thiết kế thì Kvq pha B và pha C bé hơn so với của pha A. Kvq (B,C) = 0,1848 < Kvq (A) = 0,253 Do đó trong tính toán sẽ tính pha B hoặc pha C vậy ta có Kvq = 0,1848 Thay các giá trị vào công thức (3-26) Kvq = 0,1848 = 14,1mH = 114,4 Kv Ta có: Ucđ = (1-0,1848)(t.R+ 14,1)+ 114,4 Ucđ = 0,4076.a(t.R+ 14,1)+ 114,4 (3-27) Giá trị Ucđ khi sét đánh vào khoảng vịt với độ dốc a thay đổi ở các thời điểm khác nhau với Rc = 10W ta có bảng sau: Từ các số hiệu tính toán ở bảng 3-1 ta vẽ được hàm Ucđ = f(a,t) như hình vẽ (3-8) Trên hình vẽ (3-8) ta kết hợp về đặc tuyến phóng điện của chuỗi số theo số liệu bảng (3-2) T(ms) 1 2 3 4 5 6 7 8 13P - 4,5 1780 1620 1400 1360 1280 1220 1180 1180 Bảng :3-2 Khi Ucđ ³ Upđcs sử dụng đồ thị trên hình (3-8) xác định được các tham số để tại đó xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ Giả thiết phóng điện xảy ra ở thời điểm t = đs thì cặp (Ii, ai) qua công thức: Ii = ai.ti(kA) Từ cặp(Ii,ai) ta vẽ được đường cong nguy hiểm(hình 3-9) Xác suất phóng điện sét Vpđ là xác suất để cho cặp thông số của phóng điện sét (ai, Ii) thuộc miền nguy hiểm MNH có thể viết: Vpđ = P{a,IẻMNH} Hay dvpđ= P{a = ai}.P{I ³ Ii} Ta đã biết: P{ I ³ Ii} = = Vi Vi là xác suất để dòng điện I lớn hơn giá trị Ii nào đó. 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V-S a = 100Ka/s a = 90Ka/s a = 80Ka/s a = 70Ka/s a = 60Ka/s a = 50Ka/s a = 40Ka/s a = 30Ka/s a = 20Ka/s a = 10Ka/s Ucd(Kv) Hình 3-8. Biểu diễn quan hệ Ucd = f(a,t) – Sét đánh vào khoảng vượt t(ms) Va = { a ³ ai} = Từ đó ta tính được. dVpđ = Vi.dVa hay Vpđ = Với Vi = ; Va = ở đây ta sẽ xác định Vpđ bằng phương pháp Vpđ = Với các công thức tính toán đã trình bày ở trên, ứng với các giá trị của a ta có bảng kết quả ghi ở bảng 3-3 ứng với R = 10W ai (KA/ms) Ti(ms) Ii(KA) VIi = Vai = Vai-Vai+ 1= DVai 10 23 230 0,0001489 0,39954 0,2399 3,5721.10-5 20 11,3 226 0.0001753 0,15964 0,09586 1,6635.10-5 30 7,5 225 0,0001803 0,06378 0,03832 6,904.10-6 40 5,5 220 0,0002184 0,02548 0,0153 3,2864.10-6 50 4,2 210 0,0003204 0,01018 0,00612 1,9608.10-6 60 3,1 186 0,0008036 0,00406 0,00243 1,9527.10-6 70 2,5 175 0,001248 0,001625 0,00098 1,2003.10-6 80 1,9 152 0,002956 0,00064 0,00039 1,1531.10-6 90 1,6 144 0,004016 0,00025 0,00015 6,0253.10-7 100 1,4 140 0,0001 0,0001 4,6822.10-7 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 50 100 150 200 250 Miền nguy hiểm a(ka/ms) 250 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 50 100 150 200 250 I(kA) Hình 3-9:Biểu diễn dường cong nguy hiẻm Bảng:3-3 Ta có: 4. Tính suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt tính theo công thức sau: NKV = Vpđ.h. NKV Thay số vào ta được: NKV = 0,00006792.58,05.0,62 = 0,00244( lần/ 100Km năm) 3-5. Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh côth hoặc lân cận đỉnh cột N cắt. áp dụng công thức: N cắt = NC. Vpđ.h lần/ 100 Km năm) (3-28) Ta đã tính được NC = 58,05 lần/ 100Km năm) ở phần 3-4 mục 1 Và h = 0,62 ở phần 3-4 mục 1 Trước tiên ta xác định điện áp trên cách điện của đường dây Công thức để tính Ucd RC RC isa is(t) Ic is dây chống sét Dây pha RC Hình:3-10 Hình vẽ (3-10) sét đánh vào đỉnh cột đường dây có treo dây chống sét đánh ngay trên đỉnh cột đình hình (3-10) Phần lớn dòng điện sét đi vào đất qua nối đất của cột điện, phần còn lại sẽ theo dây chống sét đi vào các bộ phận nối đất của cột lân cận. Điện áp tác dụng lên cách điện đường dây gồm các thành phần *)Điện áp giáng trên bộ phận nối đất cột điện ic, RC trong đó + RC là điện trở cột điện RC= 10W + ic là dòng điện sét đi vào thân cột *) Thành phần từ của điện cảm ứng, ý nghĩa của nó giống như khi có sét đánh xuống đất. Trong trưegg hợp này thành phần từ của điện áp cảm ứng được biểu thị ở dạng tổng các điện áp gây ra bởi dòng điện đi trong cột và trong khe phóng điện sét: c.ư(t) = (3-29) Trong đó: Hệ số là trị số điện cảm của phần cột điện tính từ mặt đất tới mức treo dây dẫn = + là điện cảm thân cột, có giá trị L0 = 0,6(mH/m) + hdd là độ treo cao của dây dẫn ở vị trí cột (m) Hàm số Mdd(t) là hỗ cảm giữa khe phóng điện sét với mạch vòng ” dây dẫn- đất” Trị số hỗ cảm là hàm của thời gian và chiều dài khe sét, tăng cùng sự phát triển của phóng điện ngược (3-30) Trong đó: + hdd là độ treo cao dây dẫn ở cột tính theo m + H = hC + hdd + DH = hC - hdd + hC là độ cao cột điện + V = b.c với: + c là vận tốc truyền sóng trong không khí c = 300m/ms + b là vận tốc phát triển của phóng điện ngược của dòng điện sét b = 0,3 Ta có: V = b.c = 0,3.300 = 90m/mm + là tốc độ biến thiên của dòng điện trong cột sự biến thiên có thay đổi trước và sau khi có phản xạ từ cột lân cận về là độ dốc của sóng sét (KA/mS) Thành phần điện của điện áp cảm ứng gây ra bởi điện trường của khe hở phóng điện sét.Thành phần này được xác định giống như ở trường hợp sét đánh xuống đất. Kí hiệu là Uc.ư (t ) Trong đó: + nói lên rằng Uđc.ư giảm do tác dụng của dây chống sét + hc là độ cao của cột hc =23,5(m) + hdd là độ treo cao của dây dẫn (m ) + Kvq =k.l là hệ số sét ngẫu hợp khi có sét vầng quang ; l là hệ số sét ngẫu hợp khi có sét vầng quang ;l là hệ số hiệu chỉnh do vầng quang l =1,4 *Nếu điện áp trên dây chống sét là Ucs(t) thì thành phần này sẽ bằng Ucs(t) =Kvq. Ucs(t) Với Kvq đã giải thích ở trên Ucs(t) được xác định bởi công thức Ucs (t) =R.ic + (3-32) Trong đó: (*)Lccs là điện cảm của thân cột từ mặt đất đến độ treo cao của dây chống sét + Lc =L0.hcs + hcs là độ cao của dây chống sét ở vị trí cột + Lo = 0,6 (mH/m) (*) a.Mcs(t) là điện áp do hỗ cảm của mạch khe sét với mạch dây chống sét đất a.Mcs(t) = Mcs(t). + Mcs(t) là hỗ cảm giữa mạch khe sét và mạch dây chống sét đất,hỗ cảm này cũng biến thiên theo sự phát triển của khe sét tức là biến thiên theo thời gian Mcs(t) =0,2.hc (3-33) Điện áp làm việc của đường dây như đã tính ở phần (3-4) “Tínhsuất cắt do sét đánh vào khoảng vượt”. Ta có: Ulv = =114,4 (KV) Ba thành phần đầu của điện áp tác dụng lên. Cách điện đường dây có cùng dấu và khi phóng điện sét có cực tính âm thì chúng làm cho dây dẫn có điện thế dương so với cột điện. Thành phần thứ tự ngược dấu nên làm giảm điện áp tổng trên cách điện, còn thành phần cuối cùng chọn cùng dấu với ba thành phần đầu vì cần tính theo điều kiện nguy hiểm nhất. Tóm lại khi sét đánh lên dây chống sét ở khu vực đỉnh cột điện áp trên cách điện được xác định theo biểu thức: (3-34) Hay: (3-35) Nhận xét: Vì ta chưa xác định được trong hai pha A và B(c) pha nào có xác xuất phóng điện VPđ khi có sét đánh lớn hơn. Nên ta phải tính VPđ của cả hai pha A và B(c). Sau đó so sánh để lấy giá trị VPđ của pha lớn hơn làm cơ sở tính toán suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột. 2. Tính điện áp tác dụng lên chuỗi sứ pha A khi có sét đánh vào đỉnh cột a.Thành phần điện áp U (KV) U được tính theo công thức: Trong dó: K 0.253 h 23,5 (m) h 18,1 (m) H = hcs + hdd = 23,5 + 18,1 = 41,6 (m) 23,5-18,1 = 5,4 (m) b= 0,3 V = 90 (m/ms) Thay số vào ta được: b.Thành phần làm việc của dây dẫn Như trên ta tính được: Ulv= 0,52.220=114,4 (KV) c.Thành phần điện áp Ucs (KV) (KV) ở mục 1 phần 3-5, Ta có (H) Trong đó: hc = hcs = 23,5 (m) ; v = 90 (m/ s) ; b = 0,3. Vậy: M = ic là dòng điện sét trong cột trước và sau phản xạ có khác nhau. d. Thành phần điện áp Ucư(t) (KV) (KV) Các giá trị đã giải thích mục 1 phần 3 mục Thay số vào ta được: + là độ dốc biến thiên dòng điện trong cột sứ biến thiên có thay đổi trước và sau khi có phản xạ tè cột lân cận về. Biểu thức tổng quát điện áp đặt lên chuỗi cách điện pha A. Khi sét đánh vào đỉnh cột sau khi xác định được các thành phần ta có: Ucđ (KV) Trong trường hợp trên ic và sẽ được tính theo hai trường hợp (*) trước khi có phản xạ từ cột lân cận bị sét đánh Với c là tốc độ truyển sóng c = 300(m/ms) L là chiều dài khoảng vượt L = 300m nên = 2 (ms) Để tính được toán dòng điện trong cột và ta vẽ sơ đồ thay thế trong trường hợp này như hình vẽ sau (hình 3 -11) Từ sơ đồ hình (3-11) ta tính được dòng điện trong cột ic ic(t) = Trong đó: với = 284,48; = 14,1(mH) đã tính ở trên thay vào a1 ta được: Vậy ta có ic ứng với các giá trị R thay đổi là Tính: khi Ta có: (*) Sau khi có phản xạ từ cột lân cận về bị sét đánh với do chỉ xét hai khoảng vượt lân cận bị sét đánh nên đoạn dây chống sét của khoảng vượt được thay thế bởi độ cảm Lcs, và có sơ đồ mạch thay thế trong trường hợp này như hình vẽ 3-11 Trong sơ đồ hình 3-11 độ cảm Lcs được tính theo công thức: Lcs = (mH) Trong đó: + Zcs = 398,28 () Khi không có vầng quang + l = 350 (m) + C = 300 (m/s) ic=at Lccs a.Mcs(t) ic R > Hình 3-11 Vậy: (mH) Dòng điện ic(t) được tính Trong đó: Thay giá trị của Lcs và vào ta được Vậy ta có dòng điện trong cột sau khi có phản xạ về là: được tính theo biểu thức Vậy Ta có bảng giá trị Mcs(t) t(ms) a(KA/ms) Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ từ cột lân cận trở về 1 1,5 2l/c=2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8,49 9,83 10,87 10,87 12,44 13,61 14,55 15,33 16 16,59 17,11 17,58 Bảng 3-6 Bảng giá trị của Mdd(t) t(ms a(KA/ms Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ từ cột lân cận trở về 1 1,5 2l/c = 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5,32 6,31 7,07 7,07 8,22 9,07 9,75 10,32 10,8 11,22 11,6 11,94 Bảng 3-7 Bảng 3-8: Bảng giá trị của ic(t) t(ms) a(KA/s) Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ từ cột lân cận trở về 1 1,5 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 7,92 12,50 15,29 14,68 21,4 27,81 33,91 39,73 45,3 50,62 55,71 60,58 20 15,84 25 30,58 29,36 42,8 55,62 67,82 79,46 90,6 101,24 111,42 121,16 30 23,76 37,5 45,87 44,04 64,2 83,43 101,73 119,19 135,9 151,86 167,13 181,74 40 31,68 50 61,16 58,72 85,6 111,24 135,64 158,92 181,2 202,48 228,84 242,32 50 39,6 62,5 76,15 73,4 107 139,05 169,55 198,65 226,5 253,1 278,55 302,9 60 47,52 75 91,74 88,08 128,4 166,86 203,46 238,38 271,8 303,72 334,26 363,48 70 55,44 87,5 107,03 102,76 149,8 194,67 237,37 278,11 317,1 354,34 389,97 424,06 80 63,36 100 122,32 117,44 171,2 222,48 271,8 317,84 362,4 404,96 445,68 484,64 90 71,28 112,5 137,61 132,12 192,6 250,29 305,19 357,57 407,7 455,58 501,39 545,22 100 79,2 125 152,9 146,8 214 278,1 339,1 397,3 453 506,2 557,1 605,8 t(ms) a(KA/s) Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ từ cột lân cận trở về 1 1,5 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 9,34 9,34 8,29 7,9 7,54 7,54 7,21 6,9 6,61 6,32 6,06 5,8 20 13,68 18,68 16,58 15,8 15,08 15,08 14,42 13,8 13,22 12,64 12,12 11,6 30 28,02 28,02 24,48 23,7 22,62 22,62 21,63 20,7 19,83 18,96 18,18 17,4 40 37,36 37,36 33,16 31,6 30,16 30,16 28,84 27,6 26,44 25,28 24,24 23,2 50 46,7 46,7 41,45 39,5 37,7 37,7 36,05 34,5 30,05 31,6 30,3 29 60 56,04 56,04 49,74 47,4 45,24 45,24 43,26 41,4 39,66 37,92 36,36 34,8 70 65,38 65,38 58,03 55,2 52,78 52,78 50,47 48,3 46,27 44,24 42,42 40,6 80 74,72 74,72 66,32 63,2 60,32 60,32 57,68 55,2 52,88 50,56 48,48 46,4 90 84,06 84,06 74,61 71,1 67,85 67,86 64,89 62,1 59,49 56,88 54,54 52,2 100 93,4 93,4 82,9 7,9 75,4 75,4 72,1 69 66,1 63,2 60,6 58 Bảng 3-9: Bảng giá trị của g) Sau khi tính được các giá trị ic(t) và trước và sau khi có phản xạ ta thay tất cả các giá trị vào công thức: Với các giá trị: t = 1; 1,5 ;2 ;3 ;4 ;5 ;6 ;7 ;8 ;9 ;10(ms) A=10,20,30,40,50,60,70,80,90,100(KA/ms) R= 10W *) Với tÊ2 ta có: Ucđ(a,t) = *) Với t³2 ta có Ucđ(a,t) = Bảng 3-10: Bảng giá trị của Ucđ(a,t) pha A t(ms) a(KA/s) Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ từ cột lân cận trở về 1 1,5 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 397,38 465,41 511,6 499,39 586,32 656,57 723,83 782,96 829,36 882,97 933,55 978,63 20 680,36 816,42 908,8 884,38 1058,23 1198,75 1333,27 1451,53 1544,33 1651,54 1752,7 1842,86 30 963,34 1167,44 1306,01 1269,38 1530,15 1740,93 1942,49 2120,09 2259,30 2420,12 2571,85 2707,1 40 1246,32 1518,45 1817,62 1768,77 2002,07 2286,31 2552,15 2788,65 2974,27 3181,11 3435,82 3571,34 50 1529,30 1679,47 2098,18 2039,37 2473,99 2825,28 3161,59 3457,22 3689,24 3947,79 4210,15 4435,57 60 1812,28 2220,48 2497,63 2424,36 2945,91 3367,46 3771,03 4125,78 4404,21 4953,98 5029,3 5299,8 70 2095,26 2571,49 2894,83 2809,35 3417,83 3909,64 4380,47 4836,42 5119,17 5494,92 5848,46 6164,04 80 2446,33 2922,51 3292,04 3194,35 3889,75 4451,81 4993,79 5523,71 5834,14 5918,62 6667,6 7028,27 90 2661,22 3273,52 3689,17 3579,34 4361,67 4993,99 5599,34 6131,47 6549,11 7031,56 7486,75 7892,51 100 3217,41 3624,53 4086,45 3964,34 4833,59 5536,17 6208,78 6800,04 7264,08 7800,14 8245,9 8756,74 3.Tính xác suất phóng điện của chuỗi pha A Từ hình vẽ (3-12) vẽ quan hệ Ucđ(a,t) = f(a,t) và Ucđ(a,t) = f(t) thì Ucđ³ Upđ thì ta có thời gian phóng điện tpđ ở các độ dốc khác nhau của dòng sét.Từ đó ta có xác định được đường cong nguy hiểm Ia(hình 3-13). Như đã biết xác suất để biên độ I độ dốc a của dòng sét lớn hơn giá trị độ dốc ai nào đó được xác định theo công thức: Và tương tự phần sét đánh vào khoảng vượt ta có: Vpđ Trong phần tính toán về đường cong thông số nguy hiểm ta mới tính được 10 giá trị của a va I nên ta phải tiến hành ngoại suy để phủ kín giá trị của chúng. Với tính toán ở trên ta có bảng kết quả(3-11) Ti a(KA/ms) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ơ Ii(KA) Ơ 44 39 27 23 17 15 13 10 7 5 0 VIi 0 0,185 0,224 0,355 0,414 0,521 0,653 0,607 0,656 0,764 0,852 1 Vai 1 0,4 0,164 0,064 0,0255 0,0102 0,0041 0,00016 0,00065 0,00026 0,0001 0,6 0,236 0,1 0,039 0,0153 0,0061 0,0025 0,00095 0,00039 0,00016 0,0001 0 0,0437 0,0224 0,0138 0,0063 0,0032 0,0014 0,00058 0,00026 0,00012 0,00008 Từ đó ta có: với R=20(W) thì 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 V-S a = 100Ka/s a = 90Ka/s a = 80Ka/s a = 70Ka/s a = 60Ka/s a = 50Ka/s a = 40Ka/s a = 30Ka/s a = 20Ka/s a = 10Ka/s Ucd(Kv) Hình 3-12. Biểu diễn quan hệ Ucd = f(a,t) t(ms) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 50 100 150 200 Ii(kv) Miền nguy hiểm akv/ms) Hình 3-13:biểu diễn đường cong nguy hiểm pha A 4. Tính điện áp tác dụng lên chuỗi sứ (BC) khi có sét đánh vào đỉnh cột a.Thành phần điện áp Ucư Ucưđ(t) Trong đó: Kvq = 0,1848 hcs=23,5m hdd = 15,1m H = hcs+ hdd = 23,5 + 15,1 = 38,6m Dh = hcs- hdd = 23,5 - 15,1 = 8,4m V = b.c = 0,3.300 = 90(m/ms) Thay vào công thức trên ta được: b.Thành phần điện áp làm việc của dây dẫn Như trên ta có: ULV =0,52.220= 114,47KV c.Thành phần điện áp Ucs(KV) các thành phần này đã giải thích ở mục 2-c ở trên = L0.hcs = 0,6.23,5= 14,1(mH) ic là dòng điện sét trong cột trước và sau phản xạ có d.Thành phần điện áp cảm ứng Ucư(t) KV Ucư(t) được tính theo công thức Trong đó: là biến thiên dòng điện trong cột sự biến thiên có thay đổi trước và sau khi có thay đổi trước và sau khi có phản xạ từ cột lân trở về. e.Biểu thức tổng quát điện áp đặt lên chuỗi cách điện (B,C) khi có sét đánh vào đỉnh cột Ta có: Ucđ(a,t) =ULV + Ucuđ(t) + Tương tự như trên ta xét hai trường hợp *) Trước khi có phản xạ từ cột lân cận bị sét đánh Với: c = 300(m/ms) L = 300m Nên: (ms) Để tính toán dòng điện trong cột và ta vẽ sơ đồ thay thế như hình vẽ (3-14) Từ sơ đồ ta tính được dòng điện ic (KA) Trong đó: với = 284,48; = 14,1 Thay vào ta được: Vậy ic ứng với các giá trị của R thay đổi Tính (KA/ms) *)Sau khi có phản xạ từ cột lân cận trở về bị sét đánh với t ³ 2(ms) do chỉ sét hai khoảng vượt lân cận bị sét đánh nên doạn dây chống sét của khoảng vượt được thay thế bởi độ cảm Lcs và có sơ đồ mạnh thay thế trong trường hợp nay như sau: Is = at Lccs a.Mcs(t) 2lcs R > Hình 3-14 Trong sơ đồ hình 3-14 độ cảm Lcs được tính theo công thức Trong đó: Zcs = 398,28(W), ( Khi không có vầng quang) Vậy: Dòng điện ic được tính: Trong đó: Thay giá trị và vào ta có Vậy ta có dòng điện trong cột sau khi có phản xạ: + được tính theo công thức Vậy g) Sau khi tính được giá trị ic(t) và trước và sau khi phản xạ ta thay thế tất cả các giá trị vào công thức: Ucđ(a,t) =ULV + Uưiđ(t) + Với t Ê 2 Với t ³ 2 ta có: Ucđ(t) = Ta có bảng giá trị pha (BC) được ghi ở bảng trang bên. Bảng 3-12; Bảng giá trị Ucđ(a,t) pha (B,C) t(ms) a(KA/s) Trước khi có phản xạ Sau khi có phản xạ từ cột lân cận trở về 1 1,5 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 393,99 462,86 508,76 497,02 584,53 695,92 727,71 789,81 847,55 901,37 952,26 999,81 20 673,58 811,32 903,13 879,64 1054,67 1205,45 1341,02 1465,23 1580,69 1688,35 1786,77 1886,03 30 953,18 1159,77 1297,49 1262,26 1524,8 1750,97 1954,33 2140,64 2310,94 2475,33 2627,99 2771,85 40 1232,77 1508,23 1691,86 1644,89 1994,94 2296,49 2368,78 2816,06 3046,99 3262,31 3514,75 3657,67 50 1512,37 1856,69 2087,78 2027,51 2465,07 2842,02 3180,95 3544,52 3780,14 4040,9 4303,72 4543,48 60 1791,96 2205,15 2480,84 2350,13 2938,21 3387,54 3734,26 4166,88 4513,29 4836,26 5141,58 5429,30 70 2071,56 2553,60 2874,96 2792,75 3405,34 3933,07 4131,21 4842,3 5246,44 5623,24 5979,44 6315,12 80 2351,15 2902,19 3269,33 3175,38 3876,48 4478,59 4585,02 5517,72 5979,59 6410,21 6817,31 7200,93 90 2630,74 3250,52 3663,69 3558 4345,61 5024,12 5634,2 6193,13 6712,74 7197,19 7655,17 8020,69 100 2910,34 3598,98 4058,06 3940,62 4816,75 5569,64 6247,51 6868,54 7445,89 7984,17 8493,03 8972,57 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1 2 3 4 5 1 6 7 8 110 t(ms) 9 V-S Ucđ(kv) a=100kv/ms) a=90kv/ms) a=80kv/ms) a=70kv/ms) a=60kv/ms) a=50kv/ms) a=40kv/ms) a=30kv/ms) a=20kv/ms) a=10kv/ms) Hình 3-12:biểu diễn Ucđ =f(a,t) pha (BC) t(ms) Bảng 3-13 a(KA/ms) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ơ Ti(mS) 16,5 7,1 4,7 3 2,1 1,4 0,99 0,5 0,3 0,2 Ii(KA) Ơ 165 142 141 120 105 184 69,3 40 27 20 0 VIi 0 1,769. 10-3 4,336. 103 4,506. 10-3 0,01007 0,0179 0,04 0,0702 0,2159 0,3554 0,4647 1 Vai 1 0,39954 0,15964 0,06378 0,02548 0,01018 0,00406 0,00162 0,00064 0,00025 0,0001 0 0,6 0,2399 0,09586 0,03832 0,0153 0,00612 0,00243 0,00098 0,00039 0,00015 0,0001 0 0 4,308. 10-4 4,156. 10-4 1,7266. 10-4 1,5407. 10-4 1,095. 10-4 9,36. 10-5 8,878. 10-5 8,4201. 10-5 5,331. 10-5 4,647. 10-5 0 Ta có với: R=10W thì Vpđ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 50 100 150 200 Ii(kv) Miền nguy hiểm a(kv/ms) Hình 3-13:Biểu diễn đường cong nguy hiểm pha (BC) IV. Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột Sau khi tính toán được xác suất phóng điện chuỗi sứ pha A và pha BC ta thấy rằng cùng với chuỗi cách điện pha A luôn chịu xác suất phóng điện Vpđ lớn hơn. Vậy ta chọn pha A làm pha tính toán suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột R = 10 W thì Vpđ = 0,09184 Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt được tính theo công thức nc = Nc.Vpđ.h Trong đó: Nc = 58,05( lần/ 100 Km năm) + Khi Rc = 10W.Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột là: nc= 58,05.0,09184.0,62 = 3,305(lần/100Km năm) V. Suất cắt tổng do sét đánhvào đường dây tải điện Suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây tải điện được tính theo công thức n = nc + nKV+ ndd Với các giá trị: nKV =0,00244; nc = 3,305 ; ndd = 0,106 Ta có n = 0,00244+3,305 + 0,106 = 3,41344 (lần/100Kmnăm) VI.Chỉ tiêu chống sét cho đường dây tải điện. ở phần trên đã tính được các giá trị xuất cắt (n) của đường dây tải điện. Số năm vận hành an toàn giữa hai lần sự cố do sét đánh liên tiếp (m) được tính như sau. m = 1/n (Năm/lần sự cố) Thay các giá trị n vào ta có Khi Rc = 10W, m = (Năm/lần sự cố) VII.Nhận xét. Qua tính toán toàn bộ chương III ta có những nhận xét sau +Xuất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét và dây dẫn không phụ thuộc vào giá trị điện trở nối đất mà chỉ phụ thuộc vào góc bảo vệ của dây chống sét với dây dẫn. +Cùng với một giá trị R nối đất của cột thì suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột luôn lớn hơn suất cắt do sét đánh vào khoảng cột. Mục lục