Luận văn Thiết kế trạm biến áp 220/110kv trung gian Tiền Giang

Thông thường công suất tự dùng không đáng kể khoảng 0,2 đến 0,3% công suất của trạm và phụ thuộc vào trạm có người trực hay không. Nguồn tự dùng đóng vai trò quan trọng trong việc hoạt động bình thường và độ tin cậy của trạm II – NGUỒN TỰ DÙNG TRONG TRẠM: 1- Nguồn tự dùng xoay chiều: - Nguồn tự dùng xoay chiều lấy từ máy biến áp tự dùng 380/220V, để đảm bảo an toàn trong hệ thống điện ta phải nối đất trung tính. - Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và giảm dòng ngắn mạch trên thanh góp 0,4KV. Ta dùng sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn bằng CB hạ áp. 2- Nguồn tự dùng một chiều: - Nguồn này được lấy bộ chỉnh lưu và hệ thống bình ắc qui dự trữ - Cung cấp cho mạch điều khiển, bảo vệ, thông tin tín hiệu. - Cung cấp chiếu sáng sự cố trong trạm III- CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP TỰ DÙNG: - Vì 2 máy biến áp làm việc song song nên chọn theo điều kiện quá tải sự cố: SđmTD = (0,2% 0,5%).SmaxquaMBA SđmTD = = = 230 (KVA) Chọn SđmBATD = 250 (KVA) Điện áp cuộn cao UC = 15/20 (KV) Điện áp cuộn hạ UH = 0,4 (KV) Điện pá ngắn mạch UN% = 5% Dòng điện không tải iO% = 2% Tổn thất không tải Po = 900 (W) Tổn thất ngắn mạch PN = 4400 (W) Kích thước D – R – C : 1,52 – 1,01 – 1,83 (m) Trọng lượng 1,439 (tấn) Giá tiền 1 máy 3,13.103 (USD) Kiểu CTY Nước sản xuất: VN IV- CHỌN CÁP VÀ CB HẠ ÁP: 1- Chọn cáp từ thanh cái 22(KV) đến máy biến áp tự dùng: - Dòng điện làm việc bình thường lớn nhất Icbmax = - Thời gian sử dụng công suất cực đại > 5000h , ta chọn cáp đồng 1 lõi có mật độ dòng điện kinh tế là : J = 2 (A/mm2) - Chọn cáp đồng 1 lõi bọc XLPE có đai thép đồng hãng ALCATEL (Pháp) chế tạo có tiết diện F = 25(mm2) có dòng điện cho phép Icp = 173 (A) Kiểm tra cáp: Skt = Icp = k1 * k2 * k3* Iđm Ibtmax - Trong đó: k1: Hệ số hiệu chỉnh theo nhệt độ k1 = k2: Hệ số cáp đặt trong hầm sâu 0,7 đến 1,2(m) ba sợi thẳng hàng tra bảng ta được k2 = 0,86 k3: Hệ số xét đến quá tải của cáp tra bảng ta được k3 = 1,25 - Ta có Icp = 0,95 * 0,86 * 1,25 * 173 = 176,7 (A) > Icbmax = 11,6 (A) - Vậy cáp đã chọn thỏa mãn điều kiện kiểm tra 2- Chọn CB hạ áp và nguồn điện tự dùng: - CB là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện lúc bình thường cũng như lúc sự cố, quá tải, ngắn mạch, sụt áp, công suất ngược… - Dòng điện bình thường làm việc lớn nhất là: Icbmax = - Dòng điện ngắn mạch, dòng xung kích, điện áp định mức: INM = 14,38 (KA) ixk = 30,50 (KA) Uđm = 0,4 (KV) - Ta chọn CB ( Aùp to mát ) do Nhật chế tạo, có các thông số sau: - Loại CB 01 N có 4 cực - Dòng điện định mức Iđm = 800(A) > Icbmax = 505 (A) - Điện áp định mức UđmCB = 690 (V) > Uđm = 400 (V) - Dòng điện ngắn mạch IN = 25 (KA) > INM = 14,38 (KA CHƯƠNG XI THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP I –BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP: 1-Kết cấu của một hệ thống cột thu sét: - Việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp được thực hiện bằng các cột thu sét và dây chống sét đối với trạm biến áp 220KV thì chủ yếu dựa vào kết cấu công trình có sẵn. - Một hệ thống thu sét bao gồm các bộ phận sau: + Bộ phận thu sét (1) + Bộ phận dẫn dòng điện sét (2) + Bộ phận nối đất (3) - Bộ phận thu sét: còn gọi là kim thu sét được làm bằng thép ống hay thanh có tiết diện không nhỏ hơn 100 mm2 đặt thẳng đứng có chiều cao phải cao hơn vất cần bảo vệ. - Bộ phận dẫn dòng điện sét: có thể là kết cấu thép của cột thép, cột bê tông cốt thép có tiết diện không nhỏ hơn 50 mm2 hoặc là dây dẫn dòng điện sét được nối từ kim thu sét đến bộ phận nối đất. - Bộ phận nối đất: được tạo bởi hệ thống cột và thanh nối liền nhau chôn sâu trong đất có điện trở tản bé để dẫn dòng điện sét xuống đất dễ dàng hơn Hình 1: Cấu tạo một cột thu sét 2 -Một số yêu cầu kinh tế khi thiết kế kỹ thuật khi thiết kế hệ thống thu sét: -Về mặt kỹ thuật +Phải đảm bảo xác xuất số lần sét đánh trực tiếp vào trạm +Hệ thống nối đất chống sét phải được thiết kế và tính toán sao cho không xảy ra phóng điện ngược trên cách điện của trạm. -Về mặt kinh tế +Phương án kỹ thuật được lựa chọn phải có chi phí đầu tư thấp nhất. +Tận dụng triệt để kết cấu công trình của trạm để đặt hệ thống kim thu sét. II- CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT: 1- Phương pháp dùng cột thu sét: - Phạm vi bảo vệ của cột thu sét đứng riêng rẽ là một hình chóp ( hình nón ) tròn xoay, có đường sinh dạng Hyperbol, tiết diện ngang là hình tròn ứng với độ cao hx thì ta có bán kính bảo vệ tương ứng là rx được xác định theo công thức sau: Rx = 1,6*h*p* - Trong đó: hx:chiều cao của vật cần bảo vệ. h :chiều cao của cột thu sét. rx: bán kính bảo vệ xung quanh cột p : hệ số phụ thuộc vào chiều cao cột thu sét. p = 1 khi h 30 m p = khi h > 30 m Hình 2: Cách xác định phạm vi bảo vệ của một cột thu sét - Trong thiết kế để đơn giản người ta thường thay thế đường sinh dạng hyperbol giới hạn khu vực bảo vệ bởi hai đoạn thẳng như hình vẽ. Khi đó nếu vật được bảo vệ có độ cao hx thì phạm vi bảo vệ đươc xác định như sau: rx=1,5*h*p*(1- nếu hx > thì rx = 0,75*h*p*(1- 2- Phương pháp dùng hai cột thu sét: a) Hai cột thu sét có cùng độ cao: - Nếu hai cột thu sét đặt cách nhau một khoảng a < 7 *h thì hai cột thu sét sẽ bảo vệ được một vật có độ cao h0 đặt giữa chúng, h0 được xác định như sau h0 = h - - Trong đó: a là khoảng cách giữa hai cột thu sét. Hình 3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao - Mặt khác để bảo vệ được một vật có độ cao h0 đặt giữa hai cột thu sét thì khoảng cách giữa hai cột thu sét phải thoả công thức sau: a 7*p*( h - h0 ) - Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét được xác định như sau: - Khu vực xung quanh cột được xác định như phạm vi bảo vệ của một cột, còn khu vực giữa hai cột có phạm vi bảo vệ được giới hạn bởi chiều cao là h0 đặt giữa khoảng cách giữa hai cột, được xác định như sau: rox = 1,6 * h0 * ( - Trong đó: h0 : Độ cao nhỏ nhất mà hai kim được bảo vệ được hx : Độ cao của vật cần bảo vệ rox: Bề rộng bảo vệ đặt giữa hai kim b) Hai cột thu sét có độ cao khác nhau: - Phạm vi bảo vệ của chúng được xác định như sau: - Phạm vi bảo vệ xung quanh hai cột được xác định như trường hợp từng cột riêng lẻ. - Phạm vi bảo vệ giữa hai cột được xác định bằng cách: Từ đỉnh cột thấp (h1) kẻ một đường thẳng vuông góc với đô cao (h2), tại điểm vuông góc đó có độ cao bằng (h1), vậy khu vực được bảo vệ giữa hai cột được xác định giữa hai cột bằng với độ cao (h1). Hình 4: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau - Phạm vi bảo vệ của từng cột: r1x = 1,5 * h1 * p* (1 - thì r1x = 0,75 * h1 * p* (1 - thì r2x = 1,5 * h2 * p* (1 - thì r1x = 0,75 * h2 * p* (1 - thì - Phạm vi bảo vệ giữa hai cột: h0 = h1 - với h < 30m lấy p = 1 3- Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét: - Khi công trình cần được bảo vệ chiếm một diện tích rộng lớn, người ta thường đặt nhiều kim thu sét để rút ngắn khoảng cách chiều cao của kim, thông thường ta xét theo khu vực 4 kim dặt theo hình chữ nhật hoặc 3 kim đặt theo hình tam giác, cách xác định phạm vi bảo vệ như sau: - Xác định phạm vi bảo vệ của từng cột giống như phạm vi bảo vệ của một cột. - Xác định phạm vi bảo vệ của từng cặt cột giống như phạm vi bảo vệ của hai cột - Xác định phạm vi bảo vệ khu vực bên trong của 4 cột phải thoả điều kiện sau: D 8*(h – hx)*p - D: đường kính vòng tròn ngoại tiếp qua các đỉnh của tam giác hay của tứ giác của khu vực bảo vệ. Hình 5: mặt bằng phạm vi bảo vệ của 3 cột và 4 cột thu sét 4- Phạm vi bảo vệ của dây chống sét: - Phương pháp xác định phạm vi bảo vệ của dây chống sét tương tự như đối với cột thu sét, trên mặt đất về mỗi bên của dây chống sét, phạm vi bảo vệ có bề rộng b = 0,6h với h là độ treo cao của dây chống sét. - Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét như sau: Nếu vật cần bảo vệ có độ cao hx thì phạm vi bảo vệ với độ tin cậy 99% được xác định theo: a- Với dây chống sét có độ treo cao h 30m bx = 1,2*h* - Hoặc theo phương pháp đơn giản Khi hx > bx = 0,6*h*( Khi hx bx = 1,2 *h*(1- b-Với dây chống sét có độ treo cao 30m <h < 250m - Phạm vi bảo vệ theo chiều cao (mắt cắt đứng) giảm một khoảng tính từ đỉnh > với tính theo: Từ 30m < h 100m = 0,29 ( h – 30) 100m < h < 250m =0,2h III-TÍNH TOÁN CỤ THỂ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM A-THIẾT KẾ BẢO VỆ CHO TRẠM 220KV: - Khu vực trạm 220KV có độ cao lớn nhất của vật cần bảo vệ là hx = 16m để chống sét đánh trực tiếp cho trạm ta tính toán từng khu vực cụ thể để chọn kim thu sét thích hợp a=34m b=76m D 1 2 6 5 Xét khu vực I gồm nhóm cột 1,2,5,6 - Đường kính D = = 83,2(m) D = 8*ha ha = D/8 = = 10,4(m) hx = 16(m) htt = ha + hx = 10,4 +16 = 26,4 (m) - Khu vực I và khu vực là khu vực điển hình trong trạm các khu vực còn lại tính tương tự kết quả được ghi trong bảng tổng kết của các khu vực 220KV và 110KV. Bảng tổng kết các khu vực 220KV Vùng Nhóm Cột D(m) ha(m) hx(m) htt(m) I 1-2-6-5 83,2 10,4 16 26,4 II 2-3-7-6 83,2 10,4 16 26,4 III 3-4-7-8 83,2 10,4 16 26,4 IV 5-6-10-9 62,9 7,8 16 23,8 V 7-6-11-10 62,9 7,8 16 23,8 VI 7-8-12-11 62,9 7,8 16 23,8 VII 10-11-14-13 46,6 5,8 16 21,8 - Dựa vào bảng tổng kết trên ta chọn chiều cao của cột theo điều kiện sau: hchọn httmax - Vậy chiều cao được chọn là hchọn = h =28(m) httmax = 26,4(m) 15 b=23,3m a=29m h=20m c1 = 21m 13 16 c1 = 12m B-THIẾT KẾ BẢO VỆ CHO TRẠM 110KV: 1- Xét khu vực VIII thuộc nhóm cột 13,15,16 Đường kính D = = 33,7(m) D = 8*ha ha = D/8 = = 4,2(m) hx = 11(m) htt = ha + hx = 4,2 +11 =15,2 (m) 2-Xét khu vực XI gồm nhóm cột 15,16,19,18 - Đường kính a = 33m b= 36m D 15 16 19 18 D = = 48,8(m) D = 8*ha ha = D/8 = = 6,1(m) hx = 11(m) htt = ha + hx = 6,1 +11 = 17,1 (m) - Khu vực VIII và khu vực XI là hai khu vực điển hình trong trạm các khu vực còn lại tính tương tự kết quả được ghi trong bảng tổng kết của các khu vực 110KV. Bảng tổng kết các khu vực trạm 110KV: Vùng Nhóm cột D(m) ha(m) hx(m) htt(m) VIII 13 - 15 - 16 33,7 4,2 11 15,2 IX 13 - 16 - 14 34,6 4,3 11 15,3 X 14 -16 - 17 33,8 4,2 11 15,2 XI 15-16-19-18 48,8 6,1 11 17,1 XII 16-17-20-19 48,8 6,1 11 17,1 XIII 18-19-22-21 64,1 8 11 19 XIV 19-20-22-23 64,1 8 11 19 - Dựa vào bảng tổng kết trên ta chọn chiều cao của cột theo điều kiện sau: hchọn httmax - Vậy chiều cao được chọn là hchọn = h =20(m) httmax = 19(m) C- XÉT PHẠM VI BẢO VỆ CỦA TỪNG KHU VỰC CẤP 220KV: Xét khu vực I thuộc các nhóm cột 1,2,5,6: a=34m b=76m D 1 2 6 5 - Xét phạm vi bảo vệ bên trong khu vực - Công trình có độ cao hx sẽ được bảo vệ nếu thỏa điều kiện sau D 8* ( h – hx )*p = 8*ha h - Thỏa điều kiện vì hchọn =28(m) h0 = h - h > - Thỏa điều kiện vì hchọn =28(m) - Trong trường hợp này a = D = 83,2(m) - Xét phạm vi bảo vệ của cột 1 và cột 2 cùng chiều cao rx1,2 = 1,6*h*p*1,6*28*1* h0 = h - - Trong đó : a là khoảng cách cột 1 và cột 2 p = 1 vì h < 30(m) r0x = - Xét phạm vi bảo vệ của cột 1 và cột 5 cùng chiều cao rx1,5 = 1,6*h*p*1,6* 28 *1* h0 = h - - Trong đó : a là khoảng cách cột 1 và cột 5 p = 1 vì h < 30(m) r0x = - Từ kết quả tính toán của khu vực I các khu vực còn lại tính tương tự kết quả được ghi trong bảng tổng kết phạm vi bảo vệ của các khu vực 220KV: Bảng tổng kết phạm vi bảo vệ của các khu vực 220KV: KHU VỰC NHÓM CỘT rx(m) h0(m) r0x(m) I 1-2 12,2 23,1 6,7 1 - 5 12,2 17,1 0,9 II 2 - 3 12,2 23,1 6,7 2 - 6 12,2 17,1 0,9 III 3 - 4 12,2 23,1 6,7 3 - 7 12,2 17,1 0,9 IV 5 - 6 12,2 23,1 6,7 5 - 9 12,2 20,4 5,4 V 6 - 7 12,2 23,1 6,7 10 - 11 12,2 20,4 5,4 VI 7 – 8 12,2 23,1 6,7 7 - 11 12,2 20,4 5,4 VII 10 - 11 12,2 23,1 6,7 10 - 13 12,2 23,4 7,0 D- XÉT PHẠM VI BẢO VỆ CỦA TỪNG KHU VỰC CẤP 110KV: 15 b=23,3m a=29m h=20m c1 = 21m 13 16 c1 = 12m 1- Xét khu vực VIII thuộc nhóm cột 13,15,16 D = Trong đó: a = 29(m) b = 23,3(m) c = c1 + c2 =21 + 12 = 33(m) h = 20(m) - Xét phạm vi bảo vệ bên trong khu vực - Công trình có độ cao hx sẽ được bảo vệ nếu thỏa điều kiện sau: D 8* ( h – hx )*p = 8*ha h Thỏa điều kiện vì hchọn =20(m) h0 = h - h > Thỏa điều kiện vì hchọn =20(m) Trong trường hợp này a = D = 33,7(m) - Xét phạm vi bảo vệ của cột 13 và cột 15 cùng chiều cao rx13,15 = 1,6*h*p*1,6*20*1* h0 = h - Trong đó : a là khoảng cách cột 13 và cột 15 p = 1 vì h < 30(m) r0x = - Xét phạm vi bảo vệ của cột 13 và cột 16 cùng chiều cao rx13,16 = 1,6*h*p*1,6*20*1* h0 = h - Trong đó : a là khoảng cách cột 13 và cột 16 p = 1 vì h < 30(m) r0x = - Xét phạm vi bảo vệ của cột 15 và cột 16 cùng chiều cao rx15,16 = 1,6*h*p*1,6*20*1* h0 = h - Trong đó : a là khoảng cách cột 15 và cột 16 p = 1 vì h < 30(m) r0x = 2- Xét khu vực XI thuộc các nhóm cột 15,16,18,19: a = 33m b = 36m D 15 16 19 18 - Khu vực 110KV có độ cao là 14m độ cao lớn nhất của vật cần bảo vệ là hx = 11m. Ta tiến hành xét từng khu vực để chọn kim thu sét thích hợp. - Xét phạm vi bảo vệ bên trong khu vực - Công trình có độ cao hx sẽ được bảo vệ nếu thỏa điều kiện sau D 8* ( h – hx )*p = 8*ha h - Thỏa điều kiện vì hchọn =20(m) h0 = h - h > - Thỏa điều kiện vì hchọn =20(m) - Trong trường hợp này a = D =48,8 (m) - Xét phạm vi bảo vệ của cột 15 và cột 18 cùng chiều cao rx15,18 = 1,6*h*p*1,6*20*1* h0 = h - - Trong đó : a là khoảng cách cột 15 và cột 18 p = 1 vì h < 30(m) r0x = - Xét phạm vi bảo vệ của cột 15 và cột 16 cùng chiều cao rx15,16 = 1,6*h*p*1,6* 20 *1* h0 = h - - Trong đó : a là khoảng cách cột 15 và cột 16 p = 1 vì h < 30(m) r0x = - Từ kết quả tính toán của khu vực VIII và khu vực 11 các khu vực còn lại tính tương tự kết quả được ghi trong bảng tổng kết phạm vi bảo vệ của các khu vực 110KV: Bảng tổng kết các phạm vi bảo vệ của khu vực 110KV: KHU VỰC NHÓM CỘT rx h0 r0x VIII 13 – 15 8,7 15,8 4,5 13 – 16 8,7 16,6 5,3 15 – 16 8,7 15,2 3,8 IX 13 – 16 8,7 16,6 5,3 16 – 14 8,7 15,8 4,5 13 – 14 8,7 15,2 3,8 X 16 – 14 8,7 15,8 4,5 14 – 17 8,7 16,7 5,4 16 – 17 8,7 15,2 3,8 XI 15 – 16 8,7 15,3 4 15 – 18 8,7 14,8 3,6 XII 16 – 17 8,7 15,3 4 16 – 19 8,7 14,8 3,6 XIII 18 – 19 8,7 15,3 4 18 – 21 8,7 12,1 0,92 XIV 19 – 20 8,7 15,3 4 19 – 22 8,7 12,1 0,92 E- CHỌN CHIỀU CAO CỦA KIM THU SÉT CẤP ĐIỆN ÁP 220KV: - Chiều cao của kim thu sét ở cấp điện áp 220KV được chọn sau cho phải bảo vệ an toàn cho toàn trạm mà còn phải chú ý đến mỹ quan của trạm. Nên ở cấp điện áp 220KV ta chọn các kim thu sét có chiều dài bằng nhau. - Vậy chiều cao của đỉnh kim là h’ = 28(m) -Chiều cao của cột cấp điện áp 220KV là h1 = 20,5(m) Chiều cao thực tế của kim là: hkim = h’ – h1 = 28 – 20,5 = 7,5(m) F- CHỌN CHIỀU CAO CỦA KIM THU SÉT CẤP ĐIỆN ÁP 110KV: - Chiều cao của kim thu sét ở cấp điện áp 110KV được chọn sau cho phải bảo vệ an toàn cho toàn trạm mà còn phải chú ý đến mỹ quan của trạm. Nên ở cấp điện áp 110KV ta chọn các kim thu sét có chiều dài bằng nhau. - Vậy chiều cao của đỉnh kim là h’ = 20(m) - Chiều cao của cột cấp điện áp 110KV là h = 14(m) Chiều cao thực tế của kim là: hkim = h’ – h = 20 - 14 = 6(m) G- TÍNH TOÁN PHẠM VI BẢO VỆ CỦA CỘT ANTEN: - Đối với cấp này ta chọn cột anten cao 40m kết hợp với chiều cao của kim thu sét. Tính bán kính bảo vệ của từng khu vực có độ cao khác nhau như sau: - Khi cột vượt quá 30m thì ta có điều kiện sau: Khi hx Và nếu thì - Vì cột anten cao 40m kết hợp với kim thu sét cao 2,5m ở cấp điện áp 220KV nên tổng chiều cao là 42,5m nên ta có: khi h > 30m - Ở độ cao hx = 16m: - Ở độ cao hx = 11m: - Ở độ cao hx = 10,5m: - Ở độ cao hx = 8m: - Ở độ cao hx = 4m: - Trong quá trình tính toán để tăng khả năng bảo vệ của trạm ngoài bảo vệ bằng kim thu sét ta phải kết hợp bảo vệ băng dây chống sét - Bán kính bảo vệ kim thu sét cấp 220KV ứng với độ cao khác nhau + Ứng với độ cao hx = 16m + Ứng với độ cao hx = 10,5m - Bán kính bảo vệ kim thu sét cấp 110KV ứng với từng độ cao hx khác nhau + Ứng với độ cao hx = 11m + Ứng với độ cao hx = 8m - Phạm vi bảo vệ của dây chống sét cấp điện áp 220KV: - Vì độ treo cao của dây chống sét < 30m nên ta tính phạm vi bảo vệ của dây chống sét như sau: - Trong đó: h : chiều cao của dây chống sét hx: chiều cao của vật cần bảo vệ bx: phạm vi bảo vệ mỗi bên của dây chống sét + Ứng với độ cao hx = 16m + Ứng với độ cao hx = 10,5m + Ứng với độ cao hx = 8m - Phạm vi bảo vệ của dây chống sét cấp điện áp 110KV: - Vì độ treo cao của dây chống sét < 30m nên ta tính phạm vi bảo vệ của dây chống sét như sau: - Trong đó: h : chiều cao của dây chống sét hx: chiều cao của vật cần bảo vệ bx: phạm vi bảo vệ mỗi bên của dây chống sét + Ứng với độ cao hx = 11m + Ứng với độ cao hx = 8m Tóm lại: Toàn bộ sơ đồ trạm đã được kiểm tra tất cả các thiết bị trong trạm được bảo vệ an toàn, phạm vi bảo vệ của toàn trạm được thể hiện trên bảng vẽ CHƯƠNG XII THIẾT KẾ BẢO VỆ RƠLE CHO TRẠM I-GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI BẢO VỆ RƠLE THƯỜNG DÙNG TRONG TRẠM BIẾN ÁP: 1- Bảo vệ quá dòng điện: - Là bảo vệ tác động khi có dòng điện chạy qua chổ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá giá trị định trước. Có thể chọn bảo vệ quá dòng điện thành bảo vệ dòng điện cực đại hay bảo vệ dòng điện cắt nhanh. Chúng khác nhau ở chỗ cách đảm bảo yêu cầu tác động chọn lọc và vùng bảo vệ tác động. Để bảo vệ dòng điện cực đại tác động chọn lọc, người ta tạo cho nó thời gian trì hoãn thích hợp. Vùng bảo vệ của bảo vệ dòng điện cực đại gồm cả phần tử được bảo vệ và các phần tử lân cận. Vùng bảo vệ cắt nhanh chỉ một phần của phần tử bảo vệ. a) Bảo vệ dòng điện cực đại: - Bảo vệ dòng điện cực đại yêu cầu có đặt tính thời gian trì hoãn tác động thời gian này tăng dần tính từ hộ tiêu thụ đến nguồn - Dòng khởi động của bảo vệ: Ikđ = - Ta thấy dòng khởi động của bảo vệ phụ thuộc vào Ktv và Ilvmax muốn giảm dòng khởi động để tăng độ nhạy người ta dùng rơle có hệ số trở về cao - Độ nhạy của bảo vệ: Knh = - Khi ngắn mạch ở cuối phần tử được bảo vệ (vùng chính) yêu cầu Knh > 1,5 - Khi ngắn mạch ở cuối vùng dự trữ yêu cầu Knh >1,2 b) Bảo vệ dòng cắt nhanh: - So với bảo vệ dòng điện cực đại thì bảo vệ dòng điện cắt nhanh thường làm việc tức thời hoặc tức thời rất bé và không có vùng dự trữ. Khi ngắn mạch nằm trong vùng bảo vệ và dòng điện ngắn mạch lớn hơn dòng điện khởi động thì bảo vệ sẽ tác động: - Bảo vệ cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách: chọn dòng khới động lớn hơn dòng điện lớn nhất qua chổ đặt bảo vệ khi ngắn mạch ở phần tử được bảo vệ Ikđ = Kat* INmax INmax : Dòng ngắn mạch cực đại tại cuối vùng bảo vệ Kat: hệ số an toàn: 1,1 c- Đánh giá của bảo vệ quá dòng điện: - Ưu điểm: của bảo vệ dòng điện cực đại là đơn giản, độ tin cậy cao. Boả vệ tác động chọn lọc trong mạng hình tia với một nguồn cung cấp. - Khuyết điểm: là thời gian ngắn mạch khá lớn, nhất là đoạn ở gần nguồn trong khi đó ngắn mạch ở gần nguồn cần cắt nhanh để đảm bảo ổn định hệ thống và có độ nhạy kém trong mạng phân nhiều nhánh và phụ tải lớn. - Bảo vệ được dùng rộng rãi nhất trong các mạng hình tia của tất cả các cấp điện áp. Trong mạng thấp hơn 15KV nó là bảo vệ chính còn trong mạng điện áp cao hơn nó thường là bảo vệ dự trữ. Bảo vệ cắt nhanh có ưu điểm là tác động nhanh, đơn giản và độ tin cậy cao. Nhược điểm của chúng là vùng tác động của bảo vệ không bao gồm toàn bộ đường dây. Bảo vệ dòng điện ba cấp với bảo vệ cắt nhanh và dòng điện cực đại. 2- Bảo vệ chống chạm đất trong mạng điện có dòng chạm đất lớn: - Bảo vệ phản ứng theo dòng và áp thứ tự không I0 và V0. Để chống ngắn mạch chạm đất N1, N1,1. người ta dùng bảo vệ thứ tự không riêng biệt để chống chạm đất, bảo vệ này thực hiên đơn giản và có ưu điểm hơn so với bảo vệ phản ứng theo dòng toàn phần - Mạng điện có trung tính nối đất trực tiếp có dòng chạm đất lớn. Bảo vệ phản ứng theo dòng và áp thứ tự không thường được dùng để chống ngắn mạch chạm đất a) Bảo vệ dòng điện cực đại thứ tự không Ikđ < 3I0mm Ikđ = Kat* INmax - Trong đó: kat = 1,3 Ikcb = Kđn * fi* I(3)N knh = b) Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không: - Bảo vệ này có nhiệm vụ cắt nhanh ngắn mạch chạm đất trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất - Bảo vệ cắt nhanh phản ứng theo dòng thứ tự không có nhiệm vụ cắt nhanh ngắn mạch chạm đất, trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất. Bảo vệ tác động theo nguyên tắc cũng tương tự như cắt nhanh phản ứng theo dòng toàn phần. Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không, có thể là bảo vệ đơn giản có hướng, tác động tức thời có thời gian trì hoãn. Ikđ = 3* Kat *I0max c- Đánh giá và phạm vi sử dụng của bảo vệ: - Ưu điểm: đơn giản độ tin cậy cao. Bảo vệ có độ nhạy cao vì dòng tác động không cần chọn lớn hơn dòng phụ tải. - Nhược điểm gắn liền với nguyên lý hoạt động của nó là bảo vệ phản ứng theo dòng trong chế độ không toàn pha và có thể tác động sai khi đứt dây pha trong mạch thứ cấp của máy biến dòng. 3- Bảo vệ so lệch: (87) - Nếu tất cả thứ cấp của biến dòng các nhánh của đối tượng bảo vệ được ghép song song với nhau với một rơle điện, thì sẽ không có dòng ngắn mạch chay trong rơle trừ khi có ngắn mạch bên trong đối tượng được bảo vệ. Bảo vệ dựa trên nguyên tắc này gọi là bảo vệ so lệch dọc, thường được dùng bảo vệ máy phát, máy biến áp, thanh góp… * Bảo vệ so lệch dọc là loại bảo vệ thuộc loại đơn giản và tin cậy. Bảo vệ không phản ứng theo dao động, quá tải và tác động không thời gian khi ngắn mạch xảy ra ở bất kỳ điểm nào trong vùng bảo vệ. Đối với đường dây tải điện dài, nhược điểm của bảo vệ là việc truyền tín hiệu, bảo vệ cho đường dây song song, dài có điện trở như nhau, hay máy phát có hai cuộn dây quấn song song, người ta có thể dùng bảo vệ so lệch ngang. Nguyên lý tác động của nó dựa trên sự so sánh trực tiếp dòng điện chạy trên các nhánh song song. - Đối với máy biến áp : Ikđ = Kat *(I’kck+ I”kcb + I”’kcb) I’kcb = Kđn * Kkck * fi * INngoàimax Kđn = 1 Kkck = 2 I”kcb = %*INngoàimax I”’kcb : chọn theo số vòng dây rơle 4- Bảo vệ chống sự từ chối của máy cắt (50BF) - Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, trong một số trường hợp máy cắt không tác động. Có nhiều nguyên nhân gây ra điều này như: rơle tác động sai, phần cơ của máy bị kẹt, cuộn dây kích từ điều khiển máy không làm việc… - Để khắc phục điều này ta gắn thêm rơle chống sự từ chối của máy cắt. 5 – Bảo vệ quá tải máy biến áp (49): - Khi làm việc bình thường máy biến áp được làm mát bằng dầu và làm mát tự nhiên. Nhưng khi quá tải, nhiệt độ máy biến áp tăng cao, gây ra hiện tương sôi dầu, tràn dầu hay rung máy. Vì thế cần phải cắt bớt tải hoặc phải làm mát máy biến áp bằng cưỡng bức như quạt, bơm dầu… - Rơle bảo vệ quá tải máy biến áp dùng để nhận biết sự quá tải của máy biến áp. 6- Bảo vệ rơle hơi (96): - Tác động theo nguyên tắc độ hơi bốc ra khi có sự cố - Cấu tạo rơle hơi: Gồm hai tiếp điểm trung gian. Tuỳ theo độ hơi mà các tiếp điểm đóng hay mở để đưa tín hiệu đi cắt máy cắt ( cắt mọi máy cắt vào máy biến áp) 7- Bảo vệ chống giảm áp thấp trên thanh góp 110KV (27): - Khi xảy ra sự cố ngắn mạch hoặc lý do gì đó làm cho điện áp trên thanh góp giảm xuống. Để điện áp trên thanh góp ổn định và không thấp hơn giá trị cho phép. Cần phải sử dụng rơle để bảo vệ sự cố này. Cụ thể là điện áp giảm đến một trị số thấp hơn trị số đặt thì rơle sẽ tác động và phát đi tín hiệu báo cho nhân viên vận hành sử lý. II- TÍNH TOÁN DÒNG NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG CỦA TRẠM BIẾN ÁP: - Sử dụng công thức I(n)N = m* n: Chỉ số ngắn mạch x(n): Điện kháng tổng Ngắn mạch 3 pha x(3)= Ngắn mạch 2 pha x(2) = Ngắn mạch 1 pha m: Hệ số tương ứng với dạng ngắn mạch Ngắn mạch 3 pha: m = 1 Ngắn mạch 2 pha: m = Ngắn mạch 1 pha: m = 3 1-Các số liệu tính toán ngắn mạch: Cấp 220KV Icb1 = = Cấp 110KV Icb2 = = Cấp 22KV Icb1 = = - Điện kháng hệ thống 1 (tuyến đường dây từ TP.HCM đến Tiền Giang) - Điện kháng thứ tự thuận bằng điện kháng thứ tự nghịch và bằng điện kháng thứ tự không X*HT1 = X*HT2 = X*HT0 = 0,05 - Điện kháng của hệ thống 2 (tuyến đường dây từ Cai Lậy lên) - Điện kháng thứ tự thuận bằng điện kháng thứ tự nghịch và bằng điện kháng thứ tự không X*’HT1 = X*’HT2 = X*’HT0 = 0,56 - Điện kháng của đường dây từ TP.HCM đến Tiền Giang (đã tính ở chương ngắn mạch) - Điện kháng thứ tự thuận bằng điện kháng thứ tự nghịch X*dd1 = X*dd2 = 2,72 - Điện kháng thứ tự không (đường dây có 1 dây chống sét) X*0 = 3* X*dd1 = 3 * 2,72 =8,16 - Điện kháng của đường dây từ Cai Lậy lên (đã tính ở chương ngắn mạch) - Điện kháng thứ tự thuận bằng điện kháng thứ tự nghịch X*’dd1 = X*’dd2 =1,36 - Điện kháng thứ tự không (đường dây có 1 dây chống sét) X*’0 = 3* X*’dd1 = 3 * 1,36 =4,08 - Điện kháng của máy biến áp (đã tính ở chương ngắn mạch) XI = XC = 7,75 XII = XT = 0 XIII = XH = 8,56 2- Tính toán ngắn mạch trong chế độ làm việc cụ thể: a) Chế độ làm việc bình thường Sơ đồ điện kháng thứ tự nghịch Sơ đồ điện kháng thứ tự thuận N1 N2 N3 N3 N1 N2 XHT1 Xdd1 X’HT1 X’dd1 XC XC XH XH X’HT1 XHT1 X’dd1 Xdd1 XC XC XH XH - Chế độ làm việc của trạm là khi làm việc với hai máy biến áp vận hành song song với hai nguồn cung cấp từ TP.HCM đến và từ Cai Lậy lên máy cắt đường dây và máy cắt phân đoạn thường đóng Điện kháng thứ tự thuận: - Tại điểm ngắn mạch N1 = = (0,05 + 2,72) //(0,56 + 1,36) = (2,77)//(1,92) = - Tại điểm ngắn mạch N2 = - Vì (xHT1+xdd1) // ((x’HT1+x’dd1) = 1,13 - Tại điểm ngắn mạch N3 Điện kháng thứ tự nghịch: - Điện kháng thứ tự thuận bằng điện kháng thứ tự nghịch vì các phần tử đứng yên + Tại điểm ngắn mạch N1 + Tại điểm ngắn mạch N2 + Tại điểm ngắn mạch N3 Điện kháng thứ tự không (chế độ làm việc bình thường): X’HT1 XHT1 X’dd1 Xdd1 XC/2 XH/2 UN0 X’HT1 XHT1 X’dd1 Xdd1 XC/2 XH/2 UN0 X’HT1 XHT1 X’dd1 Xdd1 XC/2 XH/2 UN0 Hình a Hình c Hình b - Tại điểm ngắn mạch N1 (Hình a) = 1,13 // (xC/2 + xH/2) = 1,13 // (7,75/2 + 8,56/2)= = 1,13 // 8,16 = - Tại điểm ngắn mạch N2 (Hình b) = (1,13 += (1,13 + 3,875)//4,28 = = 5,01 // 4,28 = - Tại điểm ngắn mạch N3 (Hình c) = Tính dòng ngắn mạch tại điểm N1 - Dòng điện ngắn mạch 1 pha I(1)N = 3* - Dòng điện ngắn mạch 2 pha I(2)N = - Dòng điện ngắn mạch 3 pha I(3)N = Tính dòng ngắn mạch tại điểm N2 - Dòng điện ngắn mạch 1 pha I(1)N = 3* - Dòng điện ngắn mạch 2 pha I(2)N = - Dòng điện ngắn mạch 3 pha I(3)N = Tính dòng ngắn mạch tại điểm N3 - Dòng điện ngắn mạch 1 pha I(1)N = 3* - Dòng điện ngắn mạch 2 pha I(2)N = - Dòng điện ngắn mạch 3 pha I(3)N = b) Chế độ làm việc sự cố 1: - Chế độ làm việc ở sự cố 1 của trạm là khi đường dây 220KV từ TP.HCM đến Tiền Giang bị sự cố hoặc bị cô lập để sữa chữa chỉ có 1 đường dây từ Cai Lậy đến đồng thời 2 máy biến áp vận hành song song máy cắt phân đoạn thường đóng. Sơ đồ thứ tự nghịch Sơ đồ thứ tự thuận N1 N2 N3 N3 N1 N2 XHT1 Xdd1 XC XC XH XH XHT1 Xdd1 XC XC XH XH Sơ đồ điện kháng thứ tự không (chế độ làm việc sự cố 1): XHT1 Xdd1 XC/2 XH/2 UN0 UN0 XHT1 Xdd1 XC/2 XH/2 XHT1 Xdd1 XC/2 XH/2 UN0 Điểm ngắn mạch N3 Điểm ngắn mạch N2 Điểm ngắn mạch N1 - Tính toán tương tự như chế độ làm việc bình thường kết quả được ghi trong bảng tổng kết của chế độ làm việc sự cố 1 c) Chế độ làm việc sự cố 2: - Chế độ làm việc sự cố 2 của trạm là khi làm việc với hai nguồn cung cấp từ hai đường dây đến (TP.HCM và Cai Lậy) nhưng một máy biến áp bị sự cố phải sữa chữa còn một máy biến áp hoạt động, máy cắt phân đoạn thường đóng. Sơ đồ thứ tự nghịch Sơ đồ thứ tự thuận N1 N2 N3 N3 N1 N2 XHT1 Xdd1 X’HT1 X’dd1 XC XH X’HT1 XHT1 X’dd1 Xdd1 XC XH Sơ đồ điện kháng thứ tự không (chế độ làm việc sự cố 2) X’HT1 XHT1 X’dd1 Xdd1 XC XH UN0 UN0 X’HT1 XHT1 X’dd1 Xdd1 XC XH X’HT1 XHT1 X’dd1 Xdd1 XC XH UN0 Điểm ngắn mạch N1 Điểm ngắn mạch N2 Điểm ngắn mạch N3 - Tính toán tương tự như chế độ làm việc bình thường kết quả được ghi trong bảng tổng kết của chế độ làm việc sự cố 2 Bảng tổng kết tính toán ngắn mạch các chế độ làm việc Chế độ làm việc bình thường: STT Điểm ngắn mạch NM 1 pha (KA) NM 2 pha (KA) NM 3 pha (KA) 1 N1 13,8 11,5 13,3 2 N2 7,3 5,2 6 3 N3 16 13,9 16,1 Chế độ làm việc sự cố 1: STT Điểm ngắn mạch NM 1 pha (KA) NM 2 pha (KA) NM 3 pha (KA) 1 N1 5,94 4,7 5,4 2 N2 5,68 3,92 4,53 3 N3 13,73 11,88 13,73 Chế độ làm việc sự cố 2: STT Điểm ngắn mạch NM 1 pha (KA) NM 2 pha (KA) NM 3 pha (KA) 1 N1 13,6 11,54 13,32 2 N2 4,08 2,94 3,39 3 N3 8,6 7,45 8,6 CHƯƠNG XIII LỰA CHỌN RƠLE CHO TRẠM BIẾN ÁP I – BẢO VỆ THANH GÓP 22KV: - Bảo vệ so lệch dọc không hoàn toàn (87B): 50/51 - Nhiệm vụ bảo vệ: là bảo vệ chính chống ngắn mạch trên thanh góp phân đoạn 22KV - Cơ chế tác động: khi có ngắn mạch tại thanh góp 22KV thì bào vệ sẽ tác động cắt phân đoạn và sử dụng kháo liên kết để kịp thời cách ly với thanh góp còn lại không ngắn mạch. - Rơle sử dụng là 7SJ60 Sơ đồ bảo vệ: 52 52 52 50/51N 50/51N 50/51N 50/51N 50/51N 50/51N - Chế độ bảo vệ cắt nhanh (50) - Dòng điện làm việc trên mỗi xuất tuyến Imax = Icb = - Chọn tỷ số biến dòng nBI = 400/5 - Chọn dòng danh định rơle: Ir = 5A - kat: hệ số an toàn, chọn kat = 1,3 Ingmax = 16100(A) - Dòng khởi động: Ikđ = = - Chọn dòng đặt cắt nhanh là: Iđ50 = 156(A) - Chế độ bảo vệ dòng cực đại (51) - Dòng điện khởi động + kat: hệ số an toàn, kat = 1,3 + kmm: hệ số mở máy, kmm = 1 +ktv: hệ số trở về, ktv = 0,9 = - Đặt dòng điện khởi động cho rơle Iđ51 = 2,36(A) - Kiểm tra độ nhạy: - Trong đó: dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất tại vùng bảo vệ - Tra bảng tống kết tính toán ngắn mạch ta có: Inmin = 11500(A) knh = = - Trong đó: dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất tại vùng bảo vệ. - Vậy knh =60,9 > 1,5 đạt yêu cầu - Chế độ bảo vệ chống chạm đất (51N): - Dòng điện khởi động: - I(3)Nmax: dòng điện ngắn mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ. - Từ bảng tổng kết tính toán ngắn mạch ta có I(3)Nmax = 16100(A) - kđn: hệ số đồng nhất, kđn = 1 - fi: sai số của biến dòng, chọn fi = 0,1 Ikđ = - Đặt dòng khởi động cho rơle: Iđ51 = 26,1(A) - Kiểm tra độ nhạy - I0min dòng điện thứ tự không nhỏ nhất ngoài vùng bảo vệ - Từ bảng tổng kết tính toán ngắn mạch ở chương 1 ta có 3*I0min =8,6(KA) = 8600(A) - knh = - Vậy ta có knh = 4,1 >1,5 đạt yêu cầu II- BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP BA CUỘN DÂY: - Sơ đồ bảo vệ: 50/51 50/ 51N 50/51 50/51 87T 220KV 110KV 22KV -Bảo vệ cắt nhanh, rơle sử dụng 7SJ60 gồm các rơle: Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, chống chạm đất (50N) Bảo vệ quá dòng có chỉnh định thời gian (51) Bảo vệ quá dòng, chống chạm đất có thời gian trễ (51) Rơle bảo vệ nhiệt máy biến áp (49) Bảo vệ dòng thứ tự nghịch (46) - Bảo vệ so lệch máy biến áp, rơle sử dụng 7SJ60 gồm các rơle: - Rơle so lệch máy biến áp (87T) - Rơle định hướng công suất và điện áp (87) - Tính toán bảo vệ: Phía 220KV: - Dòng định mức Iđm = - Dòng cưỡng bức: Iđm = 2*Iđm = 2*328 = 656(A)(khi chỉ có một máy biến áp làm việc) - Chọn nBI = 400/5 Phía 110KV: - Dòng định mức Iđm = - Dòng cưỡng bức: Iđm = 1,4*Iđm = 1,4*656 = 918(A)(khi chỉ có một máy biến áp làm việc) - Chọn nBI = 600/5 Phía 22KV: - Dòng định mức Iđm = - Dòng cưỡng bức: Iđm = 1,4*Iđm = 1,4*3280 = 4592(A)(khi chỉ có một máy biến áp làm việc) - Chọn nBI = 800/5 - Tính dòng khởi động: (1) - Trong đó kkck: hệ số xét đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ trong dòng ngắn mạch (kkck = 1 Ingmax = 16,1(KA) = 16100(A) - Theo công thức (1) - Chọn dòng khởi động nhỏ nhất Ikđmin= (10% - 50%)Ir Chọn Ikđmin = 0,3*Ir = 0,3*5 = 1,5(A) - Kiểm tra độ nhạy: - Dòng ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ đi vào rơle: - Dòng hãm qua rơle Ih = - Dựa vào đặt tuyến khởi động của rơle xác định được dòng khởi động của rơle là giao điểm của hai đường: Ikđtt = Ikđmin + 0,2*Ih = 1,5 + 0,2*14,37 = 4,3(A) - Độ nhạy của rơle: đạt yêu cầu - Bảo vệ so lệch thứ tự không: Ingmax = 16100(A) - Theo công thức (1) Ikđ = 65(A) - Độ nhạy knh = - Với 3I0min : dòng thứ tự không nhỏ nhất khi xảy ra ngắn mạch chạm đất: - Tra bảng tổng kết tính toán ngắn mạch ta có: 3I0min = 13,6(KA) = 13600(A) knh = > 1,5 đạt yêu cầu - Bảo vệ chống chạm đất phía hạ áp của máy biến áp(51N): - Từ bảng tổng kết tính toán ngắn mạch dòng ngắn mạch lớn nhất qua BI là: Icđmax = 13,73(KA) = 13730(A) - Chọn dòng chạm đất báo tín hiệu: Ibth = 25(A) -Chọn dòng chạm đất khởi động cắt: Ikđcắt = 5%*Icđmax = - Chọn BI có nBI = 50/5 chọn dòng danh định rơle Ir = 5(A) - Dòng đặt báo tín hiệu: Iđặt = - Dòng đặt cắt: Icắt = 13730(A) - Đặt thời gian cắt: tcắt = 0,2(s) - Bảo vệ quá tải máy biến áp: + Bảo vệ có hai cách tác động: + Báo tín hiệu quá tải nằm trong phạm vi cho phép + Đưa tín hiệu đi cắt máy cắt: khi quá tải vượt mức cho phép + Dòng định mức hạ máy biến áp: - Dòng định mức: Iđm = - Dòng cưỡng bức Icb = 1,4*Iđm = 1,4*3280 = 4592(A) (khi một máy biến áp bị sự cố) - Chọn dòng danh định rơle Ir = 5(A) - Chọn BI có nBI = 800/5 - Dòng khởi động báo tín hiệu: Ikđbth = - Chọn dòng đặt báo tín hiệu: Iđặt = 20,5(A) - Giá trị khởi động cắt: Ikđcắt = - Thời gian cắt: tcắt = 1(s) Tóm lại: Vì thời gian có hạn và tài liệu tham khảo hạn chế nên trong tập luận án này chỉ yêu cầu tính toán bảo vệ rơle cho thanh góp 22KV và bảo vệ cho máy biến áp chính CHƯƠNG XIV THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT I- KHÁI NIỆM CHUNG: - Tác dụng nối đất là để tản vào đất dòng điện sự cố ( rò cách điện, dòng ngắn mạch chạm đất hoặc dòng điện sét) và giữ cho điện thế trên các phần tử được nối đất thấp theo chức năng của nó. Nối đất trong hệ thống điện chia làm 3 loại. + Nối đất làm việc: - Có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc của trang thiết bị điện trong các điều kiện bình thường và sự cố theo chế độ qui định. Đó là nối đất điểm trung tính các cuộn dây máy phát, máy biến áp công suất và máy bù, nối đất máy biến áp đo lường và nối đất hệ thống pha đất. +Nối đất an toàn: - Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người phục vụ khi cách điện bảo vệ hư hỏng gây rò điện, vỏ cáp, nối đất các kết cấu kim loại của trang thiết bị phân phối điện +Nối đất chống sét: - Nhằm tản dòng điện sét vào đất, giữ cho điện thế của các phần tử nối đất không quá cao, để hạn chế phóng điện ngược từ các phần tử đó đến các bộ phận mang điện và trang thiết bị điện khác. II-CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM : 1.Các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật: - Hệ thống nối đất có trị số điện trở càng bé càng thực hiện tốt nhiệm vụ tản dòng điện sự cố trong đất và giữ điện thế thấp trên các phần tử được nối đất. + Đối với nối đất làm việc, trị số điện trở nhỏ hơn 4 + Đối với nối đất an toàn, trị số điện trở của trang thiết bị điện trong mọi trường hợp vào khoảng 0,5 + Đối với nối đất chống sét điện trở tản nhỏ hơn 10 + Như vậy, trạm biến áp 220KV có nối đất làm việc, nối đất an toàn và nối đất chống sét nối chung nhau. Do đó, hệ thống nối đất cho toàn trạm phải nhỏ hơn 0,5 theo qui phạm. -Việc bảo vệ chống sét, ở dưới chân các cột có đặt kim thu sét phải được đặt một số cọc nối đất để tản dòng điện sét, được nối vào lưới của trạm. - Để đảm bảo an toàn cho trạm, thông thường phải đặt lưới đẳng thế cách mặt đất ít nhất là 0,6m – 0,8m, với bước lưới không quá 10m, thường các bước lưới được bố trí đều nhau. - Điện trở nối đất của toàn hệ thống theo qui phạm phải < 0,5 . Điện áp bước và điện áp tiếp xúc phải nhỏ hơn mức cho phép. 2- Kết cấu hệ thống nối đất: - Hệ thống nối đất bao gồm các thanh và cọc mạ kẽm hoặc bằng đồng được liên kết với nhau thành mạch vòng và rãi đều trên mặt bằng trạm. - Chọn tiết diện của thanh và cọc phải đảm bảo khả năng truyền dòng ngắn mạch, đảm bảo độ bền, có tính đến khả năng ăn mòn và độ bền thi công ( thời gian ăn mòn khoảng 100 năm) - Theo qui phạm nối đất của nước ta qui định: - Cọc sử dụng thép không rỉ, đường kính 3- 6cm, dài 2 – 3m. - Thanh sử dụng bằng thép thanh dẹp, tiết diện 5x40mm2 hoặc thanh tròn đường kính 10 – 20 mm. III- TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP: - Khi tính toán hệ thống nối đất phải kể đến thành phần nối đất tự nhiên của các kết cấu kim loại trong đất, để đến các phần tử nối đất của đường dây nối đến trạm. Tổng hợp các phần tử này sẽ có điện trở tản tự nhiên, ký hiệu là Rtn - Thành phần thiết kế nối đất được gọi là nối đất nhân tạo (NĐNT), có điện trở tản nhân tạo, ký hiệu là Rnt.Theo qui phạm điện trở tổng của toàn hệ thống nối đất phải thoả mãn yêu cầu: - Rtn <= 1 nhăm tăng cường an toàn và dự phòng cho trường hợp khi nối dất tự nhiên thay đổi. 1- Nối đất tự nhiên : - Nối đất tự nhiên gồm hai thành phần : thành phần nối đất điện trở tản của các chân móng trong khu vực trạm, các dây dẫn nối từ các thiết bị đến lưới đẳng thế, và thành phần nối đất điện trở tản của dây chống sét và cột. - Trong đó: RCC: Điện trở nối đất một khoảng cột cuối RC : Điện trở nối đất một cột cuối RCS: Điện trở dây chống sét một khoảng cột cuối, tính theo bằng điện trở đơn vị Điện trở đơn vị của dây chống sét trong bảng: Loại dây chống sét TK25 TK35 TK50 TK70 Điện trở (1 0,0061 0,005 0,003 0,002 - Nếu có nhiều đường dây nối vào trạm, RCS-C là tổng trở tương đương của các đường dây nối vào trạm. - Theo giáo trình chống sét: - Trong đó: RC = 15 nếu >= 500 RC = 10 nếu < 500 - Giả sử đo = 120 - Suy ra: RC = 10 - Xác định: RCS = k*r0*L - k: hệ số phụ thuộc vào số dây chống sét trên đường dây - Đường dây có 1 dây chống sét thì k = 1 - Đường dây có hai dây chống sét k = ½ - r0: Điện trở của một đơn vị dài của dây chống sét trong bảng trên. - L: Chiều dài trung bình khoảng vượt - Với trạm biến áp 220KV có khoảng vượt trung bình là 300m, còn cấp 110KV thì khoảng vượt là 200m. Sử dụng chung dây chống sét có hai cấp điện áp là loại dây chống sét TK-50 có r0 = 0,003 + k = 1 vì đường dây chỉ có một dây chống sét. +Từ đó: RCS(220) = 1*0,003*300 = 0,9( RCS(110) = 1*0,003*200 = 0,6( +Tính điện trở tản tự nhiên : RTN = RCS-C/n - Trong đó: n: số đường dây nối vào trạm Cấp 220KV có 2 đường dây nối vào trạm, n = 2 Cấp 110KV có 2 đường dây nối vào trạm, n = 2 - Đối với cấp 22KV mức cách điện xung quá nhỏ so với 280KV nên ta tách rời phần nối đất của cấp này. Suy ra RCS(220) = RTN(220) = 2,58/2 = 1,29( RCS(110) = RTN(110) = 2,17/2 = 1,08( 2- Nối đất nhân tạo: - Tính nối đất nhân tạo sử dụng phương pháp gần đúng: - Tính vòng nối đất chỉ bao gồm các thanh dẫn nối đất, từ các dạng nối đất đơn giản đến phức tạp ven chu vi trước xem thử có đạt yêu cầu không đạt yêu cầu thì nối bổ sung tại các cột thu sét. - Tính toán nối đất bổ sung tại các chân cột thu sét, tuy nhiên để hợp lý với mặt kinh tế ( tốn vật liệu và thi công khó khăn ), ta tính toán nối đất bổ sung từ các dạng đơn giản như chỉ dùng 1 tia , 2 tia hoặc 3 tia. 3-Tính toán cụ thể: - Mạch vòng nối đất chỉ có 1 thanh dọc theo chu vi của trạm, cách hàng rào trạm 4 m về phía trong. - Điện trở của mạch vòng hoặc của thanh. - Trong đó: l : chiều dài tổng của điện cực (nếu là mạch vòng thì lấy bằng chu vi) d : là đường kính điện cực, nếu dùng sắt dẹp thì thay d = b/2 b : là bề rộng sắt dẹp t0: độ chôn sâu k :hệ thống phụ thuộc cách bố trí thanh ngang có tính đến hiệu ứng màn che, bảng 4 – 2 được xác định bằng thực nghiệm ở sách kỹ thuật cao áp II điện trở suất tính toán đo*km đo: điện trở suất của đất giả sử đo = 120( km: hệ số mùa, phụ thuộc vào loại đất, loại điện cực, độ chôn sâu. Trị số của nó cho trong bảng 4 – 3, sách kỹ thuật cao áp II km =1,6 ứng với đất khô, thanh, vòng chôn ngang và độ chôn sâu 0,8m đo*km = 120*1,6 = 192( l : chiều dài ven chu vi trạm l = 2*(l1+l2) l1: chiều dài trạm l1 = 146,5(m) l2: chiều rộng trạm l2 = 110(m) l = 2*(146,5+110) = 513(m) l1/l2 = 146,5/110 = 1,3 - Tra hệ số k trong sách kỹ thuất cao áp II bảng 4 – 2 k = 5,81 - Chọn thanh có kích thước 50mm (bề dày) d = b/2 = 25mm. Suy ra đường kính của thanh dẫn d = 0,025m - Độ chôn sâu của thanh t0 = 0,8m - : hệ số sử dụng điện cực thanh nối ngang trong vòng cách điện cực đứng (được tra trong sổ tay tra cứu công nghiệp, bảng 8- 7 trang 414) = 0,26 - Tính điện trở tản của một cọc: - Sử dụng công thức trong bảng 4 – 1 sách kỹ thuật cao áp tập II - Trong đó: đo*km - Tra bảng 4 – 3 sách kỹ thuật cao áp II. Suy ra km = 1,4 (cọc chôn đứng ứng với đất khô và độ chôn sâu 0,8m) lc: chiều dài cọc chọn chiều dài cọc lc = 3m d : đường kính điện cực t = t0 + , t là độ chôn sâu của cọc t0 : là cọc chôn ở độ sâu t0 = 0,8(m) - Vậy t =0,8 + =2,3(m) - Chọn cọc dùng thép góc 50x50x5mm d = 0,9b = 0,9*0,05 = 0,0475(m) + Chọn sơ bộ số cọc chôn vào mạch vòng trạm. - Khoảng cách kế tiếp giữa các điện cực (a) chọn càng lớn càng tốt nhưng không được nhỏ hơn chiều dài cọc. Thông thường tỷ số giữa các điện cực cọc với chiều dài của nó được chọn là 1, 2 hoặc 3 - Suy ra: a/lc = 2 a = lc*2 = 2*3 = 6(m). Vậy chọn a = 6(m) - Chu vi mạch vòng trạm biến áp: CV = 513(m) - Số cọc được xác định sơ bộ như sau: n = (cọc) - Chọn n = 86 (cọc) - Tính điện trở nối đất của hệ thống cọc mạch vòng như sau: - Trong đó: n : là số cọc : hệ số sử dụng cọc theo chu vi mạch vòng khi không sét ảnh hưởng của các điện cực thanh được tra trong bảng 8 – 5 sách tra cứu công nghiệp, = 0,69 Vậy - Điện trở tương đương của hệ thống nối đất toàn mạch vòng trạm: - Bao gồm hệ thống thanh và cọc, đựơc bố trí ven chu vi trạm cách rào 3(m) có điện trở tương đương là: - Trong đó: Rt = 4,1( Rc = 0,77( Rmv : điện trở mạch vòng toàn trạm Rmv = Tính điện trở nối đất bổ sung: - Để tản dòng điện sét thuận lợi và giảm điện trở tản ở tần số công nghiệp, theo qui phạm nối đất cho trạm phân phối ngoài trời, khi nối đất an toàn nối chung với nối đất chống sét dưới chân các cột thu sét và các xà đỡ các dây chống sét của các đường dây nối vào trạm phải nối đất bổ sung. - Chọn nối đất bổ sung hổn hợp cọc và thanh dạng tia đối xứng. Cọc sử dụng có mạ đồng đường kính d = 5 cm có chiều dài mỗi cọc lc = 3 m các cọc nối nhau bằng dây đồng trần có = 120 mm2 , chiều dài 2,5m mỗi tia - Điện trở tản bổ sung nối đất hỗn hợp tại các cột thu sét tính như sau: - Trong đó: rc : điện trở tản bổ sung hỗn hợp của cọc nối hình tia (3 tia) rt : điện trở tản bổ sung của hổn hợp thanh nối đất hình tia (3 tia) - Tính điện trở cọc bổ sung: rc: điện trở nối đất của một cọc : hệ số sử dụng cọc tra bảng 4 – 3 sách kỹ thuật cao áp II - Tính điện trở tản của một cọc: - Sử dụng công thức trong bảng 4 – 1 sách kỹ thuật cao áp tập II - Trong đó: đo*km - Tra bảng 4 – 3 sách kỹ thuật cao áp II. Suy ra km = 1,15 (ứng với đất khô cọc chôn đứng và độ chôn sâu 0,8m) lc: chiều dài cọc chọn chiều dài cọc lc = 3m d : đường kính điện cực t = t0 + , t là độ chôn sâu của cọc t0 : là cọc chôn ở độ sâu t0 = 0,8(m) - Vậy t = 0,8 + =2,3(m) - Chọn cọc dùng thép góc 50x50x5mm d = 0,9b = 0,9*0,05 = 0,0475(m) - Vậy - Tính điện trở bổ sung: - hệ số sử dụng thanh, tra trong sách tra cứu công nghiệp trang 414 - đo*km, mà km = 1,2 tra trong sách kỹ thuật cao áp II vì km = 1,2 dùng cho nối đất chống sét - k: hệ số phụ thuộc vào cách bố trí thanh k = 1 - l: tổng chiều dài thanh l = 3*2,5 = 7,5(m) - d: đường kính thanh dẫn, thanh dẫn dẹp có bề rộng b = 5 (cm) thì đường kính trung bình sẽ là : - d = 0,5*b = 0,5*0,05 = 0,025(m) - t0: độ chôn sâu, chọn t0 = 0,8(m) - Điện trở tản sung của cột thu sét: - Điện trở tản bổ sung toàn trạm tính theo công thức Rbs = - Với n = 23 tổng số cột đặt kim thu sét của toàn trạm 4- Điện trở nối đất nhân tạo tương đương của toàn trạm: - Là điện trở nối đất tương đương của hệ thống nối dất mạch vòng ven chu vi trạm và hệ thống nối đất bổ sung tại các chân cột thu sét. RNT = - Trong đó : Rmv = 0,64( Rbs = 0,39( RNT = 5- Điện trở tản xung của toàn trạm: - Sau khi tính toán điện trở nối đất tự nhiên và điện trở nối đất nhân tạo của trạm, ta có điện trở tương đương của toàn trạm là: - Trong đó: RTN = 0,58() RNT = 0,24() R = Thỏa điều kiện nối đất của toàn trạm