Luận văn Thiết kế trạm biến áp khu vực 110 kv/ 22 kv bắc Bình Chánh

và Hóc Môn).Máy cắt và máy cắt phân đoạn 110KV đóng. +Ngắn mạch ở N1: Sơ đồ thay thế: /3 /3 Điện kháng tổng thứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không nhìn từ điểm ngắn mạch N1 về hệ thống. =+/2=1,51+10,89/2 =6,96 ==6,96 =+=2,37+16,33/2=10,54 Dòng ngắn mạch 3 pha,2 pha,1 pha từ hệ thống đổ về điểm N1: ===4,34(KA) = = Dòng điện ngắn mạch chạy qua các BI như sau: +I(n)1= I(n)2= I(n)3 = I(n)N1/2 I(3)1= I(3)2= I(3)3 = I(3)N1/2 =4,34/2 =2,17 (KA) I(2)1= I(2)2= I(2)3 = I(2)N1/2 =3,76/2 =1,88(KA) I(1)1= I(1)2 = I(1)3 = I(1)N1/2 =3,69/2=1,23(KA) +Ngắn mạch ở N2: Điện kháng tổng thứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không nhìn từ điểm ngắn mạch N2 về hệ thống. =+/2+/3= 6,96 +11,41/3=10,76 ==10,76 =++/3=10,54+11,41/3=14,34 Dòng ngắn mạch 3 pha,2 pha,1 pha từ hệ thống đổ về điểm N2: ===14(KA) = = Dòng điện ngắn mạch chạy qua các BI như sau: I(n)5= I(n)N2/3 I(3)5= I(3)N2/3 =14/3 =4,67(KA) I(2)5= I(2)N2/3 =12,12/3=4,04(KA) I(1)5= I(1)N2/3 =12,6/3 =4,2(KA) I(n)1= I(n)2= I(n)4 = I(n)N2 BA(BA=0,2) I(3)1= I(3)2= I(3)4 = 4,67 0,2 =0,93(KA) I(2)1= I(2)2= I(2)4 = 4,040,2 =0,81(KA) I(1)1= I(1)2 = I(1)4 = 4,2 0,2 =0,84 (KA) -Chế độ làm việc sự cố 1: Là chế độ làm việc của trạm khi một máy biến áp bị sự cố,thay thế hay sửa chữa,khi đó trạm chỉ vận hành 2 máy biến áp,với nguồn cung cấp từ hai đường dây 110KV.Máy cắt đường dây đóng và máy cắt phân đoạn 110KV đóng. +Ngắn mạch ở N1: Sơ đồ thay thế /2 /2 Điện kháng tổng thứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không nhìn từ điểm ngắn mạch N1 về hệ thống. =+/2=1,51+10,89/2 =6,96 ==6,96 =+=2,37+16,33/2=10,54 Dòng ngắn mạch 3 pha,2 pha,1 pha từ hệ thống đổ về điểm N1: ===4,34(KA) = = Dòng điện ngắn mạch chạy qua các BI như sau: I(n)1= I(n)2= I(n)3 = I(n)N1/2 I(3)1= I(3)2= I(3)3 = I(3)N1/2 =4,34/2 =2,17 (KA) I(2)1= I(2)2= I(2)3 = I(2)N1/2 =3,76/2 =1,88 (KA) I(1)1= I(1)2 = I(1)3 = I(1)N1/2 =3,69/2=1,86(KA) +Ngắn mạch ở N2: Điện kháng tổng thứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không nhìn từ điểm ngắn mạch N2 về hệ thống. =+/2+/2= 6,96 +11,41/2=12,67 ==12,67 =++/2=10,54+11,41/2=16,25 Dòng ngắn mạch 3 pha,2 pha,1 pha từ hệ thống đổ về điểm N2: ===11,89(KA) = = Dòng điện ngắn mạch chạy qua các BI như sau: * I(n)4 =I(n)N2BA(BA=0,2) * I(n)1= I(n)2= I(n)3=I(n)4/3 I(3)4 = 10,89 0,2=2,178(KA) I(3)1= I(3)2= I(3)3= 0,726 (KA) I(2)4 =10,3 0,2 =2,06(KA) I(2)1= I(2)2= I(2)3 = 0,867 (KA) I(1)4 =10,860,2 =2,017(KA) I(1)1= I(1)2 = I(1)3=0,672 (KA) -Chế độ làm việc sự cố 2: Là chế độ làm việc của trạm khi ba máy biến áp vận hành,với nguồn cung cấp từ hai đường dây 110KV,đường dây còn lại bị sự cố hư hỏng hay đang sửa chữa .Máy cắt đường dây đóng và máy cắt phân đoạn 110KV đóng. +Ngắn mạch ở N1: Sơ đồ thay thế: /3 /3 Điện kháng tổng thứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không nhìn từ điểm ngắn mạch N1 về hệ thống. =+=1,51+10,89=12,4 ==12,4 =+=2,37+16,33=18,7 Dòng ngắn mạch 3 pha,2 pha,1 pha từ hệ thống đổ về điểm N1: ===2,43(KA) = = Dòng điện ngắn mạch chạy qua các BI như sau: I(n)1= I(n)2= I(n)3 = I(n)N1 I(3)1= I(3)2= I(3)3 = I(3)N1 =2,43 (KA) I(2)1= I(2)2= I(2)3 = I(2)N1 =2,1 (KA) I(1)1= I(1)2 = I(1)3 = I(1)N1 =2,08(KA) +Ngắn mạch ở N2: Điện kháng tổng thứ tự thuận,thứ tự nghịch,thứ tự không nhìn từ điểm ngắn mạch N2 về hệ thống. =+/2+/3= 12,4 +11,41/3=16,2 ==16,2 =++/3=18,7+11,41/3=22,5 Dòng ngắn mạch 3 pha,2 pha,1 pha từ hệ thống đổ về điểm N2: ===9,3(KA) = = Dòng điện ngắn mạch chạy qua các BI như sau: I(n)5= I(n)6=I(n)N2/3 I(3)5= I(3)6=I(3)N2/3 =9,3/3 =3,1(KA) I(2)5= I(2)6 =I(2)N2/3 =8,05/3 =2,68(KA) I(1)5= I(1)6= I(1)N2/3 =8,23/3 =2,74(KA) * I(n)4 = I(n)3= I(n)5 BA(BA=0,2) * I(n) = 3 I(n)4 I(3)4 = I(3)3 = 3,1 0,2 =0,62(KA) I(3)1= 3 0,62=1,86(KA) I(2)4 = I(2)3 = 2,680,2 =0,54(KA) I(2)1= 3 0,54=1,62(KA) I(1)4 = I(1)3 =2,74 0,2 =0,55 (KA) I(1)1 = 3 0,55=1,65(KA) Bảng kết quả tính toán ngắn mạch . Ta có (Bảng 10-1) Chế độ làm việc Bình thường Sự cố 1 Mất một MBA Sự cố 2 Mất một đường dây Điểm NM Dòng NM N1 N2 N1 N2 N1 N2 3 pha 4,34 14,01 4,34 11,89 2,43 9,3 I1 2,17 0,93 2,17 0,726 2,43 1,86 I2 2,17 0,93 2,17 0,726 2,43 / I3 2,17 / 2,17 0,726 2,43 0,62 I4 / 0,93 / 0,726 / 0,62 I5 / 4,67 / 5,95 / 3,1 I6 / 4,67 / 5,95 / 3,1 2 pha 3,76 12,12 3,76 10,3 2,1 8,05 I1 1,88 0,91 1,88 0,867 2,1 1,62 I2 1,88 0,91 1,88 0,867 / / I3 1,88 / 1,88 0,867 2,1 0,54 I4 / 0,91 / 0,867 / 0,54 I5 / 4,04 / 5,15 / 2,68 I6 / 4,04 / 5,15 / 2,68 1 pha 3,68 12,6 3,69 10,86 2,08 6,23 I1 1,86 0,84 1,86 0,672 2,08 1,65 I2 1,86 0,84 1,86 0,672 / / I3 1,86 / 1,86 0,672 2,08 0,55 I4 / 0,84 / 0,672 / 0,55 I5 / 4,2 / 5,43 / 2,74 I6 / 4,2 / 5,43 / 2,74 2-Tính toán bảo vệ Rơle cho TBA 110KV/22KV-Bắc Bình Chánh: Để bảo vệ thanh góp và máy biến áp điện lực trong các điều kiện ngắn mạch,cần phải bố trí nhiều Rơle,với nhiều cấp bảo vệ khác nhau. +Bảo vệ so lệch dọc thanh góp và máy biến áp(87). + Bảo vệ so lệch thứ tự không trung tính trực tiếp nối đất của MBA(64). + Bảo vệ dòng cực đại và bảo vệ cắt (50/51/50N/51N). + Bảo vệ quá tải máy biến áp(49). + Bảo vệ mức dầu:báo tín hiệu cho nhân viên xử lý khi mức dầu nâng cao hay hạ thấp quá mức quy định(63). + Bảo vệ bằng Rơle hơi(96). a-Bảo vệ so lệch dọc thanh góp và máy biến áp(87): -Sử dụng Rơle KBCH-130. - Rơle KBCH-130 có 3 ngõ vào cho mỗi pha,có thể dùng bảo vệ cho máy biến áp 3 cuộn dây,máy biến áp 2 cuộn dây,máy biến áp tự ngẫu hay máy biến áp có yêu cầu đặt hai BI trên một cuộn. -So với các loại Rơle trước đây, Rơle KBCH-130 được tích hợp trong nó nhiều chức năng như:Bảo vệ so lệch dòng,bảo vệ so lệch chạm đất,hạn chế dòng không cân bằng đi vào bảo vệ,hạn chế các tác nhân gây ra tác động nhằm cho bảo vệ như:Có dòng chạy quẩn trong 3 máy biến áp vận hành song song. -Nhìn chung Rơle KBCH-130 là loại Rơle so lệch mơi,đa năng và có những kỹ thuật xử lý mới làm tăng hiệu quả hoạt động của nó.Và theo Cataloge của nhà sản xuất thì việc tính toán,chỉ định Rơle rất đơn giản. +Tính toán dòng khởi động và kiểm tra độ nhạy của Rơle KBCH-130 trong chế độ bảo vệ so lệch: -Dòng định mức phí 110KV của máy biến áp:Sđm=63(MVA). =(KA) =331(A) Chọn tỷ số biến dòng phía 110KV: BI-110= èIT1 ==1,65A) -Dòng định mức phí 22 của máy biến áp:Sđm=63(MVA) =(KA) =1653(A) Chọn tỷ số biến dòng phía 22KV: BI-22= èIT2 ==1,65(A) Do ở bên trong Rơle KBCH-130 đã có thiết kế sẵn BI phụ,mức độ cho phép chỉnh nhuyễn cao,bước điều chỉnh nhỏ và dải điều chỉnh rộng 0,05 2 cho nên dòng đi vào Rơle sau khi qua BI phụ của nó đều có thể chỉnh đến cấp quy ước 1A hoặc 5A .Ở đây chúng ta điều chỉnh đến cấp định mức là: IđmRơle =1(A). Rơle KBCH-130 có dòng khởi động cực tiểu cho phép trong khoảng :(10% 50%)IđmRơle.Ở đây ta chọn: Ikđ(min)=0,2 IđmRơle =0,2(A) Dòng làm việc nhỏ nhất của Rơle khi xảy ra ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng làm việc của Rơle khi xảy ra ngắn mạch 2 pha tại điểm N2 trong trường hợp mất 1 máy biến áp. IlvRơle(min)= { + }={ + } =0,00867(KA) =8,67(A) I*lv = = Dòng hãm qua Rơle cũng được xác định theo các trình bày trong lài liệu kỹ thuật của KBCH-130. Ihãm ={ + )={ + } =0,00434 (KA) =4,34(A) I*hãm = Dựa vào đặc tuyến làm việc của Role xác định dòng khởi động tính toán là giao điểm của 2 đường: IKđtt =IKđmin +0,2Ihãm IKđtt =2Ihãm Ihãm =0,11(A) IKđtt =0,22(A) Knhạy = Vậy:Rơle thoả mãn yêu cầu về độ nhạy. b-Kiểm tra độ nhạy của Rơle KBCH-130 trong chế độ bảo vệ chống chạm đất cuộn cao áp của máy biến áp: Bảo vệ(64) này được đặt để dự trữ cho bảo vệ so lệch dọc,bảo vệ chống chạm đất bên trong máy biên áp…..Do Rơle KBCH-130 có bao gồm cả chức năng này nên chúng ta kết hợp sử dụng sẽ tiện lợi hơn về mặt kinh tế và kỹ thuật. Chọn tỷ số biến dòng phía 110KV: BI-110= IKđ-64=0,1 IđmRơle =0,1 1=0,1(A) Knhạy = Vậy:Rơle thoả mãn yêu cầu về độ nhạy. (Bảo vệ 1 pha khi mất 1 MBA) Sơ đồ đấu nối bảo vệ so lệch máy biến áp-Thanh góp Sơ đồ đấu nối bảo vệ so lệch máy biến áp-Thanh góp  c-Bảo bệ quá dòng điện(50/51/50N/51N): Bảo vệ quá dòng điện được lắp đặt nhằm để: Bảo vệ dự trữ cho bảo vệ so lệch dọc máy biến áp và thanh góp. Bảo vệ dự trữ cho tình trạng ngắn mạch ngoài và các phần tử lân cận . Chống ngắn mạch nhiều pha,một pha chạm đất . Sử dụng Rơle KCGG-142 để bảo vệ,vì loại Rơle này bao gồm nhiều chức năng như :Bảo vệ 50/51,bảo vệ 50N/51N và bảo vệ 50BF. +Bảo vệ quá dòng(50): Ikđ-50=Kat = Kat = 1,2 2,17=2,604(KA) =2604(A) +Bảo vệ cắt nhanh(51): Ikđ-51= -Chọn Iđat-51=2,21(A) -Chọn đặc tuyến làm việc chuẩn(SI). t = m= -Chọn t51=t51-busbar+t=1,5(s) èTD=0,028 Xác định tđặt-51 theo tiêu chuẩn IEC khi m =10: tđạt-51 ===0,08(s) Kiểm tra Knhạy: Knhạy = Vậy:Bảo vệ 51 đạt yêu cầu về độ nhạy. +Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không(50N): Ikđ-50N=Kat = Kat = 1,2 =15,12(KA) +Bảo vệ dòng cực đại tứ tự không(51N): Ikđ-51N=Kat IKcbbìnhthường(khi t51N>t51-Busbar) Ikđ-51N=Kat I KcbN.machngoàiN3(khi t51N>t51-Busbar(khi t51N < t51-Busbar) -Chọn t51N =1,5(s). t51-Busbar=1(s) KKđ-51N =1,2IKcbbìnhthường =1,20,1IđmRole =0,12(A) Kiểm tra độ nhạy: Knhạy = Vậy:Bảo vệ 51N đạt yêu cầu về độ nhạy. Các bảo vệ dự trữ khác: Phía 110KV: -Bảo vệ Rơle hơi(96): (33): Tác động theo nguyên tắc tốc độ bốc hơi khi có sự cố bên trong máy biến áp,tuỳ theo mức độ bốc hơi mà các tiếp điểm đóng hay mở để đưa tín hiệu đi cắt tất cả các máy cắt vào máy biến áp. -Bảo vệ ( 33):Bảo vệ vị trí đầu phân áp của máy biến áp,tác động khi đầu phân áp có sự cố. -Bảo vệ ( 71):Tác động khi áp suất dầu tăng cao. -Bảo vệ (63 ): Tác động khi nhiệt độ dầu trong máy biến áp tăng quá mức cho phép. -Bảo vệ (49 ): Tác động khi máy biến áp bị quá tải. -Bảo vệ (50BF):Bảo vệ quá dòng tác động cắt các nguồn khi máy cắt sự cố từ chối không cắt. -Bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm đất có hướng(67/67N). Phía 22KV: -Dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh và quá dòng có thời gian trì hoãn(50/51). -Bảo vệ quá dòng cắt nhanh chống chạm đất và quá dòng có thời gian trì hoãn chống chạm đất (50N/51N). -Riêng lộ ra tổng phía 22KV phải đặt thêm Rơle sa thải phụ tải theo tần số(81),Rơle điện áp thấp(27)và Rơle điện áp cao(59). Tất cả các lộ ra phía 22KV có đặt Rơle giám sát mạch cắt (74),tự đóng lại(79) và Rơle chống lại sự từ chối làm việc của máy biến áp(50BF). Sơ đồ nguyên lý bảo vệ máy biến áp Chương 11: CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110KV/22KV BẮC BÌNH CHÁNH –¬— A-BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP: I-Khái niệm chung: 1-Hiện tượng sét và ảnh hưởng của nó: Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây giông mang điện tích. Với đất hoặc giữa các đám mây giông mang điện tích trái dấu với nhau.Điện áp giữa mây giông và đất có thể tới số hàng chục,thậm chí hàng trăm triệu Volt.Khoảng cách phóng điện,tức là độ dài của tia chớp mà ta nhìn thấy thay đổi trong phạm vi từ một đến vài chục Km.Do cường độ dòng sét lớn nên khi sét đánh trực tiếp vào công trình sẽ gây tác hại về cơ, nhiệt,điện từ.Nếu các công trình nối liền các vật dẫn kéo dài như:đường dây điện,dây điện thoại,đường ray….những vật dẫn ấy có thể mang điện thế cao từ xa đến khi chúng bị sét đánh sẽ gây nguy hiểm cho người và các thiết bị nối với chúng .Cần chú ý là điện áp có thể cảm ứng trên các vật dẫn(cảm ứng tĩnh điện,hoặc các dây dẫn điện tạo thành những mạch vòng cảm ứng điệntừ).khi có phóng điện sét ở gần,điện áp này có thể lên tới hàng trục KV do đó rất nguy hiểm. Khi xảy ra phóng điện sẽ gây nên một sóng điện từ toả ra xung quanh với tốc độ rất lớn, trong không khí tốc tộ của nó tương đương với tốc độ ánh sáng.Sóng điện từ truyền vào công trình theo đường dây điện lực,thông tin…..Gây quá điện áp tác dụng lên các thiết bị trong công trình,gây hư hỏng đặc biệt đối với các thiết bị nhạy cảm.Quá điện áp do sét đánh trực tiếp là rất nguy hiểm . Việt Nam là nước thuộc khí hậu nhiệt đới nóng ẩm,mưa nhiều,địa hình tương đối phức tạp, cường độ hoạt động giông sét mạnh. 2-Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp đối với trạm biến áp: a-Tổng quát: Sét là hiện tương thiên nhiên,chưa thể đảm bảo độ an toàn tuyệt đối cho các công trình,cấu trúc cần bảo vệ.Tuy nhiên nếu một hệ thống bảo vệ chông sét được thiết kế và lắp đặt hợp lý,sẽ đảm bảo độ an toàn cho các công trình,giảm đến mức thấp nhất thiệt hại của sét. Sét đánh trực tiếp vào dây dẫn của đường dây tải điện,vào các thiết bị và bộ phận mang điện của trạm biến áp sẽ gây nên quá điện áp nguy hiểm làm ngắn mạch,chạm đất các pha,làm hư hỏng cách điện của các thiết bị ,gây gián đoạn sự cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ,làm thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân.Vì vậy hệ thống điện phải được bảo vệ hiệu quả chống sét đánh trực tiếp. Việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp được thực hiện bằng các cột thu sét hoặc dây thu sét.dó là bộ phận thu sét(Kim,dây thu sét,có thể dùng quả cầu thu sét),bộ phận nối đất và bộ phận dẫn dòng điện nối liền về điện hai bộ phận trên với nhau. Phạm vi bảo vệ này phụ thuộc vào nhiều yếu tố:chiều cao,số lượng,cách bố trí cột thu sét,chiều cao định hướng của sét và các điều kiện khí hậu,vùng địa chất của khu vực nối đất hệ thống thu sét. b-Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống thu sét: Căn cứ trên cơ sở bản vẽ mặt bằng-mặt cắt của trạm mà xác định vị trí và độ cao cần được bảo vệ.Dự kiến phương án bố trí hệ thống thu sét hợp lý và phù hợp với đặc điểm của trạm phải thoả mãn yêu cầu sau: +Về mặt kỹ thuật: Phạm vi bảo vệ phải phủ kín toàn bộ các trang thiết bị và các bộ phận mang điện trong trạm,nhằm loại trừ hoặc giảm nhỏ xác suất sét đánh trực tiếp vào chúng.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:Trong điều kiện trước tiên phải thoả mãn tuyệt đối các yêu cầu kỹ thuật,phương án được lựa chọn phải có chi phí đầu tư xây dựng hệ thống kim thu sét bé nhất.Trong điều kiện kỹ thuật cho phép,cần cố gắng tận dụng kết cấu công trình của trạm để lắp đặt hệ thống thu sét (như mái nhà, ống khói, xà đỡ dây, cột đèn pha chiếu sáng,….). +Các yêu cầu khác:Hệ thống thu sét được xây dựng không gây trở ngại cho sự vận hành bình thường của trạm,cho sự giao thông của xe cộ và người kỹ thuật vận hành trong trạm . II-Tính toán thiết kế chống sét đánh trực tiếp vào trạm: Để giảm chi phí đầu tư cho hệ thống chống sét,ta tận dụng các kết cấu công trình của trạm để đặt hệ thống thu sét.Các kết cấu đó thường là: -Độ cao của cột cổng trạm 110KV :16m - Độ cao của nhịp xà đỡ thanh góp 110KV :11,5m -Độ cao của cột an ten là :40m 1-Số liệu ban đầu: -Trạm có diện tích S=72m46m =3312(m2) -Trạm được xây dựng trên đất chống,xung quanh không có cây cối hay công trình cao,quá cao. +Phía 110KV: -Trạm có 2 đường dây 110KV đến,được treo trên xà thép cao 13m,phía trên có đường dây chống sét bảo vệ,ở độ cao 16m. - Độ cao của đỉnh cột cổng trạm :16m - Độ cao của nhịp xà đỡ thanh góp :11,5m -Độ cao lớn nhất của các khí cụ điện :6m -Máy biến áp điện lực 63MVA cao :5,6m -Cột an ten cao :40m +Phía 22KV: Đó là nhà phân phối 22KV bao gồm phòng điều khiển,các gian tủ hợp bộ 22KV,có chiều cao :4,7m 2-Các khu vực và độ cao cần bảo vệ chống sét: +Độ cao xà đỡ dây cột cổng trạm 110KV:hX1=13m. +Độ cao nhịp xà đỡ thanh góp 110KV :hX2=13m. +Độ cao máy biến áp tính đến đầu sứ :hX3=5,6m. +Khu vực nhà phân phối có độ cao : hX4=5,6m. + Độ cao các khí cụ điện 110KV (MC,DCL,BU,BI…..): hX5=6m. + Độ cao cột an ten(cạnh nhà điều khiển): hX6=40m. + Độ cao cột đèn chiếu sáng ngoài trời : hX7=8m. èCó 3 độ cao cần bảo vệ:13m;8,5m;6,5m(Tính cả nền). 3-Bố trí và chống sét cho trạm: Căn cứ vào bản vẽ mặt bằng và mặt cắt của trạm,bố trí 5 kim thu sét như sau: -Kim 1 và 2 được đặt trên đỉnh xà đỡ cột cổng trạm,với chiều cao: 16m. -Kim 3 và 4 được đặt trên đỉnh xà đỡ thanh góp,với chiều cao :11,5m -Kim 5 được đặt trên đỉnh cột an ten,với chiều cao:40m. -Khoảng cách giữa cột 1 và cột 2 :a12=33m. -Khoảng cách giữa cột 3 và cột 4 :a34=33m. -Khoảng cách giữa cột 1 và cột 4 :a14=22m. -Khoảng cách giữa cột 2 và cột 3 :a23=22m. -Khoảng cách giữa cột 4 và cột 5 :a45=. -Khoảng cách giữa cột 3 và cột 5 : a35== =43,66(m) +Xét nhóm cột 1,2,3 và 4:Vì đây là hình chữ nhật nên: D===39,66(m). D:đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác. Với độ ca cần bảo vệ hX =13(m): Ta có:D 8(h-hX)P Với P=1(do các độ cao <30m). è h hX + = 13 + =17,96(m) Với độ ca cần bảo vệ hX =8,5(m): Ta có:D 8(h-hX)P Với P=1(do các độ cao <30m). è h hX + = 8,5 + =13,46(m) Vậy chọn độ cao các cột 1 và 2 là:h1=h2=19(m). àhkim1= hkim2=19-16=3(m) Vậy chọn độ cao các cột 3 và 4 là:h3=h4=16(m). àhkim3= hkim4=16-11,5=4,5(m) +Xét nhóm cột 1,2,3 và 4:Vì đây là hình chữ nhật nên: D= D:đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác. P=(=( =51,38(m) D= =43,8(m) Với độ ca cần bảo vệ hX =6,5(m): Ta có:D 8(h-hX)P Với P=1(do các độ cao <30m). è h hX + = 6,5 + =11,98 (m) Ta đã có h3=h4=16m > 12m.Thoả yêu cầu. Từ trên ta có thể chọn:hkim5 =3(m). Vậy:h5=40+3=43(m). Vậy:độ cao của các cột 3,4 và 5 là: h3=h4=16m và h5=43 m được chọn đã thoả yêu cầu về đường kính D. 4-Tính toán vùng bảo vệ của các cột của các cột thu sét nhóm cột (1,2,3 và 4): a-Phạm vi bảo vệ của cột 1 và 2: +Đây là đôi cột có độ cao bằng nhau với h1=h2=h=19màP=1. + Khoảng cách giữa 2 cột là:a12=33m. +Gọi h0 là chiều cao của cột thu sét giả tưởng được chế tạo bởi 2 cột thu sét trên. h0=h-=19-=14,29(m) Xét độ cao cần bảo vệ hX=13 m:(Xà đỡ dây 110KV cột cổng trạm). Phạm vi bảo vệ của từng cột là: rX1= rX2=1,6hP=1,6191=5,7(m). Phạm vi bảo vệ nhỏ nhất của 2 cột(phạm vi bảo vệ của cột h0): r0X=1,6h0P=1,614,291=1,08(m). àBảo vệ an toàn cho xà đỡ cổng trạm. Xét độ cao cần bảo vệ hX=6,5 m:(Độ cao khí cụ điện). Phạm vi bảo vệ của từng cột là: rX1= rX2=1,6hP=1,6191=14,9(m). Phạm vi bảo vệ nhỏ nhất của 2 cột(phạm vi bảo vệ của cột h0): r0X=1,6h0P=1,614,291=8,57(m). b-Phạm vi bảo vệ của cột 3 và 4: +Đây là đôi cột có độ cao bằng nhau với h3=h4=h=16màP=1. + Khoảng cách giữa 2 cột là:a34=33m. +Gọi h0 là chiều cao của cột thu sét giả tưởng được chế tạo bởi 2 cột thu sét trên. h0=h-=16-=11,29(m) Xét độ cao cần bảo vệ hX=8,5m:(Xà đỡ thanh góp110KV). Phạm vi bảo vệ của từng cột là: rX1= rX2=1,6hP=1,6161=7,84(m). Phạm vi bảo vệ nhỏ nhất của 2 cột(phạm vi bảo vệ của cột h0): r0X=1,6h0P=1,611,291=2,55 (m). àBảo vệ an toàn cho xà đỡ thanh góp 110KV. Xét độ cao cần bảo vệ hX=6,5 m:(Độ cao khí cụ điện). Phạm vi bảo vệ của từng cột là: rX1= rX2=1,6hP=1,6161=10,81(m). Phạm vi bảo vệ nhỏ nhất của 2 cột(phạm vi bảo vệ của cột h0): r0X=1,6h0P=1,611,291=4,86(m). àBảo vệ an toàn cho khí cụ điện gần 2 cột và một phần MBA. c-Phạm vi bảo vệ của cột 1và 4:(giống như cột 2 và 3): +Đây là đôi cột có độ cao không bằng nhau với h1=19;h4 =16màP=1 + Khoảng cách giữa 2 cột là:a14=a=22m. a’’=1,6h1P=1,6191=2,61(m) a’ =a - a’’=22-2,61 =19,39(m) =h4-=16-=13,23(m) Xét độ cao cần bảo vệ hX=8,5m:(Xà đỡ dây 110KV cột cổng trạm). Phạm vi bảo vệ của từng cột là: rX1=1,6h1P=1,6191=11,61(m). rX4=1,6h4P=1,6161=7,84(m). Phạm vi bảo vệ nhỏ nhất của 2 cột(phạm vi bảo vệ của cột ): r0X=1,6P=1,611,291=2,55 (m). àBảo vệ an toàn được cho đường dây từ cổng trạm đến thanh góp110KV. Xét độ cao cần bảo vệ hX=6,5 m:(Độ cao khí cụ điện). Phạm vi bảo vệ của từng cột là: rX1 =1,6h1P=1,6191=14,9(m). rX4 = 1,6h4P=1,6161=10,81(m). Phạm vi bảo vệ nhỏ nhất của 2 cột(phạm vi bảo vệ của cột ): r0X =1,6P=1,613,231=7,22(m). àBảo vệ an toàn cho khí cụ điện gần 2 cột . 5-Tính toán vùng bảo vệ của các cột thu sét thuộc nhóm cột 3,4 và 5: a-Phạm vi bảo vệ của cột 3 và 4: Ta đã sét nhóm cột trên ,nên: +Với độ cao cần bảo vệ hX=6,5m:(Độ cao MBA và nhà điều khiển). Phạm vi bảo vệ của cột là: r3 =r4=10,81(m) r0X=4,86(m). àBảo vệ được một phần nhỏ các máy biến áp. b-Phạm vi bảo vệ của cột 4 và 5: +Đây là đôi cột có độ cao không bằng nhau với h4=16m;h5=43m. àP===0,84 (khi 30<h60m) +Khoảng cách giữa 2 cột là:a45=a=21,6(m). a’’=1,6h5P =1,6430,84=26,45(m) a’’=26,45m > a=26,1m Nên phạm vi của cột 5 đã trùm lên phạm vi bảo vệ của cột 4.Do đó ta chỉ xét phạm vi bảo vệ của từng cột. +Với độ cao cần bảo vệ hX=6,5m:(Độ cao MBA và nhà điều khiển). Phạm vi bảo vệ của từng cột là: rX4 =1,6h4P =1,6161=10,81(m) Với P=1 rX5 =1,6h5P =1,6430,84=42,61(m) Với P =0,84 àBảo vệ an toàn cho nhà điều khiển và máy biến áp. -Phạm vi bảo vệ của cột 3 và 5: +Đây là đôi cột có độ cao không bằng nhau với h5=43m;h3=16m. àP===0,84 (khi 30<h60m) +Khoảng cách giữa 2 cột là:a35=a=43,66(m). a’’=1,6h5P =1,6430,84=26,45(m) a’=a-a’’=43-26,45m =17,15(m) =h3-=16-=13,55(m) +Với độ cao cần bảo vệ hX=6,5m:(Độ cao MBA và nhà điều khiển). Phạm vi bảo vệ của từng cột là: rX3 =1,6h3P =1,6161=10,81(m) Với P=1 rX5 =1,6h5P =1,6430,84=42,61(m) Với P =0,84 Phạm vi bảo vệ nhỏ nhất của 2 cột(phạm vi bảo vệ của cột ): =1,6P =1,613,551=7,62(m) àBảo vệ an toàn cho nhà điều khiển và máy biến áp. 6-Tính toán vùng bảo vệ an dàn đèn chiếu sáng ngoài trời dọc theo khuôn viên: +Coi các cọc này bảo vệ độc lập cho chính nó. +Với chiều cao cần bảo vệ hX =8m,bán kính bảo vệ là rX2m. Ta có: rX =1,6hP ;Với P=1( vì h<30m). ĩ 21,6h1 ĩ h 9,16(m) Vậy ta chọn độ cao của cột thu sét là 10 m. à hkim =10-8=2(m) Phạm vi bảo vệ: rX =1,6hP=1,6101=1,78(m) à Với độ cao của cột thu sét trên thì dàn đèn chiếu sáng được bảo vệ. Kết luận:Với tính toán chọn vị trí đặt và chiều dài kim ở trên thì các khu vực,khí cụ điện,máy biến áp và nhà điều hành được bảo vệ an toàn khi sét đánh trực tiếp. B-BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH GIÁN TIẾP VÀO TRẠM: I-Khái niệm chung: Trạm phân phối ngoài trời,nhà máy điện hoặc các thiết bị đặt tập chung có thể được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp một cách có khá an toàn bằng các cột thu sét.Nhưng việc truyền tải công suất từ các nhà máy điện và các trạm phân phối đến các phụ tải ở xa,chủ yếu bắng các đường dây trên không,cho nên vẫn còn tồn tại khả năng sóng quá điện áp khí quyển xuất hiện trên các đường dây này và truyền vào trạm hay nhà máy và tác dụng lên các thiết bị đặt trong đó. Khi sóng quá điện áp xuất hiện có khả năng gây phóng điện xuyên thủng các cách điện trong của các thiết bị điện có độ bền xung nhỏ hơn độ bền xung của cách điện đường dây. Do đó cần phải có những thiết bị bảo vệ thích hợp(thiết bị chống sét) đặt ở những vị trí thích hợp để giảm sóng quá điện áp từ đường dây truyền vào trạm xuống dưới trị số nguy hiểm cho cách điện của thiết bị đặt trong đó. Thiết bị chống sét chống quá điện áp chủ yếu cho trạm biến áp là LA. II-Biện pháp bảo vệ và yêu cầu đối với việc bảo vệ chống sét lan truyền vào trạm: Biện pháp chủ yếu là dùng các thiết bị chống sét van hoặc các thiết bị hạn chế quá điện áp đấu vào thanh góp của trạm hoặc đấu trực tiếp ngay đầu vào của máy biến áp công suất. Nguyên lý bảo vệ: + Muốn cho chống sét van bảo vệ được một thiết bị nào đó thì đặc tính Volt-giây của nó,kể cả phạm vi tản mạn phải nằm toàn bộ dưới đặc tính Volt-giây của thiết bị được bảo vệ và điện áp dư trên chống sét van phải nhỏ hơn điện áp thử nghiệm xung của cách điện trong thiết bị được bảo vệ. +Điều kiện để bảo vệ bằng chốn sét van: -Khoảng cách giữa chống sét van và thiết bị được bảo vệ phải nằm trong giới hạn cho phép và muốn mở rộng phạm vi bảo vệ thì phải có biện pháp giới hạn độ dốc của sóng truyền đến chống sét van. -Trị số dòng điện xung chạy qua chống sét van không được vượt quá trị số định mức dòng điện phối hợp(5-14KA tuỳ vào cấp điện áp và tuỳ loại LA của nó. III-Thiết bị chống sét van và việc chọn: Chống sét van gồm 2 phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở làm việc. Khe hở của chống sét van gồm chuỗi khe hở nhỏ nối tiếp.Điện trở làm việc và điện trở phi tuyến,khi chịu tác dụng của quá điện áp thì điện trở giảm xuốngà0 và dẫn dòng sét xuống đất dễ dàng,đồng thời điện áp dư trên nó bé.Nhưng khi chịu tác dụng của điện áp làm việc thì điện trở tăng lên giá trị rất caồ . Do đó hạn chế được sóng quá điện áp. Chọn chống sét van cụ thể cho các cấp điện áp như sau: Các đường dây trên không,dù có được bảo vệ chống sét hay không thì các thiết bị điện có nối với chúng đều phải chịu tác dụng của sét truyền từ đường dây đến.Biên độ của điện áp khí quyển có thể lớn hơn điện áp cách điện của thiết bị,dây dẫn, dẫn đến chọc thủng cách điện,phá hỏng thiết bị và mạch điện bị cắt ra.Do vậy để bảo vệ các thiết bị trong trạm,ta phải dùng các thiết bị chống sét. Theo IEC,các thông số đặc trưng cho chống sét van là loại không khe hở (Gapless Surge Arrester)sử dụng MOV(Metal Oxide Varistor)như sau: +Điện áp định mức của chống sét . + Điện áp chịu đựng liên tục. +Dòng điện xả danh định. +Cấp IEC. Trong đó: Dòng điện xả danh định dùng để phân chống sét,thường được chọn 10 KA. Cấp IEC:chọn cấp 3 là cấp có khả năng hấp thụ năng lượng xung đơn 3,4-5KJ/KV. Điện áp vận hành liên tục:Chọn lớn hơn điện áp pha-đất lớn của hệ thống:Uc== Với US :Điện áp danh định. Km:Hệ số cực đại . Điện áp định mức:Được chọn lớn hơn quá điện áp cho do ngắn mạch 1 pha gây ra (Vì đối với các cấp điện áp từ 110KV trở xuống các quá điện áp không đáng kể). Ur Ke :Hệ số nối đất.Thông thường Ke=1,4 đối với hệ thống trực tiếp nối đất và bằng đối với hệ thống nối đất tổng trở cao. Umax:Điện áp lớn nhất bình thường của hệ thống. 1-Tính toán chống sét van: a-Chống sét van phía 110KV: US =110(KV) ; Km =100%+5% Umax=Km US=105% 110=115,5(KV) Uc===66,69(KV) Ur = =93,36(KV) Vậy ta chọn :UC =77KV ;Ur =96KV Bảng chọn chống sét van cho cấp 110KV Ta có (Bảng 11-1) Các thông số Nhà sản xuất ABB Loại ZnO không khe hở-EXLIM Mã hiệu Q-AH123 Tiêu chuẩn IEC99-4 Điện áp danh định của hệ thống Um =123KV Điện áp định mức của chống sét van Ur =96KV Điện áp vận hành max lâu dài(COV) UC =77KV Quá điện áp tạm thời(TOV) (1s) (10s) 110KV 106KV Dòng phóng định mức 10KA Tần số định mức 50Hz Chiều cao 3390mm Điện áp dư so với sóng dòng 8/20 s 0,5KA 1KA 10KA 5KA 10KA 20KA 188KV 192KV 199KV 219KV 231KV 255KV Chiều dài phóng điện bề mặt Amax=1300mm Trọng lượng 90Kg Giá tiền 2750USD/1 pha 2-Chọn Chống sét van cho trung tính máy biến áp: Ulv = =71(KV) Vậy ta chọn :UđmCSV=90(KV) Bảng chọn chống sét van cho cấp 110KV Ta có (Bảng 11-2) Ta chọn tương tự như trên với: Các thông số Điện áp định mức của chống sét van Ur =99KV Điện áp vận hành max lâu dài(COV) UC =72KV Quá điện áp tạm thời(TOV) (1s) (10s) 104KV 99KV Dòng phóng định mức 10KA Tần số định mức 50Hz Chiều cao 3390mm Điện áp dư so với sóng dòng 8/20 s 0,5KA 1KA 10KA 5KA 10KA 20KA 176KV 179KV 186KV 205KV 216KV 238KV Giá tiền 2750USD/1 pha 3-Chọn Chống sét van cho phía 22KV: US =22 (KV) Km =100%+10% Umax=Km US=110% 22=24,2(KV) Uc===13,97(KV) Ur = =19,56(KV) Vậy ta chọn :UC =16,8KV Ur =21KV Ulv = =71(KV) Vậy ta chọn :UđmCSV=90(KV) Bảng chọn chống sét van cho cấp 22KV Ta có (Bảng 11-3) Các thông số Nhà sản xuất ABB Loại ZnO không khe hở-EXLIM Mã hiệu Q-AHO24 Tiêu chuẩn IEC99-4 Điện áp danh định của hệ thống Um =24KV Điện áp định mức của chống sét van Ur =21KV Điện áp vận hành max lâu dài(COV) UC =16,8KV Quá điện áp tạm thời(TOV) (1s) (10s) 24,4KV 23,1KV Dòng phóng định mức 10KA Tần số định mức 50Hz Chiều cao 640mm Điện áp dư so với sóng dòng 8/20 s 0,5KA 1KA 10KA 5KA 10KA 20KA 40,9KV 41,7KV 43,4KV 47,7KV 50,4KV 55,5KV Chiều dài phóng điện bề mặt Amax=440mm Trọng lượng 16Kg Giá tiền 557USD/1pha C-THIẾT KẾ LƯỚI NỐI ĐẤT CHO TRẠM: I-Khái niện chung: Tác dụng nối đất là để tản dòng điện sự cố(rò cách điện,ngắn mạch chạm đất hoặc dòng điện sét)và giữ cho điện thế trên các phần tử được nối đất thấp . Do trạm biến áp cấp 110KV nên nối đất được dùng chung cho cả nối đất chống sét, nối đất làm việc,nối đất an toàn. Nối đất làm việc:Bảo đảm sự làm việc bình thường của các thiết bị theo chế độ đã quy định. Nối đất an toàn:Bảo đảm an toàn cho người vận hành khi có hiện tượng rò điện chạm vỏ. Nối đất chống sét:Có nhiệm vụ tản dòng sét vào đất,để đảm bảo điện áp đặt lên thiết bị khi có sét đánh không qua cao,tránh gây phóng điện. Ngoài ra để giảm bớt chi phí xây dựng hệ thống nối đất,chúng ta còn tận dụng các kết cấu kim loại chôn trong đất như ống nước,móng cột… Để tản dòng điện sét gọi là nối đất tự nhiên có điện trở tản Rtn.Thông thường phần nối nối đất tự nhiên ít đạt yêu cầu(Rtn>0,5)nên ta cần phải xây dựng thêm một nối đất nhân tạo là Rnt theo quy định điện trở tổng của nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo là: Rnđ =<0,5() Ngoài ra để giảm điện áp tiếp xúc và điện áp bước cho nhân viên từ ngoài bước vào trạm trong lúc thiết bị trong trạm bị chạm vỏ hay rò điện,tại hai cổng ra vào người ta dùng các thanh ngang dài 5m đường kính 16mm chôn sâu song song có độ sâu tăng theo hình bậc thang để giảm độ dốc đường phân bố thế: II-Các yêu cầu kinh tế kỹ thuật khi thiết kế hệ thống nối đất cho trạm: Trị số điện trở cho phép nối đất an toàn được chọn sao cho trị số điện áp bước và điện áp tiếp xúc không vượt quá giới hạn cho phép . Nối đất an toàn,nối đất làm việc thường nối thành 1 hệ thống chung và trị số điện trở tản cho phép bé nhất để đảm bảo an toàn và làm việc bình thường trong bất cứ trường hợp nào. Điện trở nối đất của dây chống sét hay cột thu sét liền với nối đất an toàn trạm không vượt quá 4 trong phạm vi bán kính 20m đối với đất có điện trở suất 500(m). Ngoài ra để tản dòng sét thuận lợi thì phải thực hiện nối đất bổ sung (bằng 1số Cọc hay tổ hợp cọc thanh)nối vào hệ thống nối đất của trạm đồng thời đảm bảo chỗ nối đất cột thu sét đến chỗ nối máy biến áp từ 15m trở lên. Khi thiết kế hệ thống nối đất của trạm và đường dây cần chú ý tận dụng hình thức nối đất có sẵn(ống kim loại,ống nước….)trừ các chất dễ gây cháy nổ. Nối đất đường dây tải điện,nối đất cột điện thực chất là nối đất chống sét tại chỗ thu sét hoặc dây chống sét theo tiêu chuẩn sau: Tiêu chuẩn nối đất cột điện Ta có (Bảng 11-4) Điện trở suất của đất(m) Điện trở nối đất cột điện 100 R10 100<<500 R15 5001000 R25 >1000 R30 Đối với trạm thuộc lưới có trung tính trực tiếp nối đất,yêu cầu điện trở nối đất an toàn Rnđ0,5().Điều kiện này đôi lúc khó thực hiện nên có quy định sau: Ta có (Bảng 11-5) Thời gian duy trì Dòng ngắn mạch(s) <0,1 0,2 0,5 0,7 1 3 Điện áp tiếp xúc Lớn nhất cho phép(V) 500 400 400 130 100 65 Điện áp giáng lớn nhất cho phép trên hệ thống nối đất không vượt quá 10KV. III-Trình tự tính toán nối đất: 1-Xác định điện trở nối đất cần thiết kế Ryêucầi theo tiêu chuẩn. 2-Xác định điện trở nối đất tự nhiên. Nếu Rtn<Ryc trong các thiết bị điện áp dưới 1000V thì không cần đặt thêm nối đất nhân tạo còn các thiết bị điện áp trên 1000V có dòng điện chạm đất lớn,nhất thiết phảinối đất nhân tạo. 3-Quy định diện tích bố trí các cực,chọn số lượng và kích thước các điện cực đóng thẳng đứng và các điện cực ngang,tính điện trở khuyếch tán của cọc,thanh nằm ngang và toàn bộ hệ thống nối đất theo các công thức. 4-Đối với thiết bị điện áp trên 1000V có dòng điện chạm đất lớn phải kiểm tra độ bền nhiệt của dây dẫn theo công thức sau: +Dây nối từ vỏ thiết bị hoặc kim thu sét tới hệ thống nối đất: S=IN IN :Dòng điện ngắn mạch xác lập,lấy tương đương dòng ngắn mạch chạy qua thanh dẫn. tqđ:Thời gian quy đổi hay giả thuyết thời gian dòng điện đi vào đất. C :hằng số C=74(đối với thép);C=195(đối với đồng trần) 5-Đối với trạm biến áp có cấp điện áp 110KV trở lên,do nối đất an toàn nối chung với nối đất chống sét nên nhất thiết phải thiết kế nối đất bổ sung cho trạm nhằm tác dụng tản dòng sét một cách dẽ dàng. IV-Tính toán thiết kế nối đất cho trạm: 1-Xác định điện trở nối đất cho phép cần thiết theo tiêu chuẩn: Trong các quy định cho việc thiết kế đối với cấp điện áp 110KV,yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ hơn hoặc bằng điện trở cho phép lớn nhất Rmax=0,5(). Tức là :Rnđ Rmax=0,5() 2-Xác định điện trở nối đất tự nhiên(Rtn): Đường dây 110KV được chống sét toàn tuyến nên ta có thể áp dụng các công thức sau: Điện trở của hệ thống dây chống sét và cột được xác định : RCS-C= = =1,747() Sơ đồ thay thế tính RCS-C Trong đó: RC:Điện trở nối đất của cột điện ở đoạn tới trạm. =100(m)àRC=10() RCS:Điện trở tác dụng của đoạn dây chông sét trong một khoảng vượt. RCS=K r0 l=0,5 3,7 0,2=0,37() K =0,5:Hệ số phụ số dây chống sét trên đường dây.Đường dây có 2 dây chống sét àK=0,5 Do dây chống sét cho đường dây 110KV là loại dây TK-50àr0=3,7(/Km) Chiều dài trung bình của khoảng vượt :l=0,2Km. Vì trạm cung cấp bởi 2 đường dây nên: Rtn===0,874() Ta thấy rằng Rtn=0,874() >Rmax=0,5()nên ta phải thiết kế thêm phần nối đất nhân tạo. 3-Xác định điện trở nối đất nhân tạo: Điện trở nối đất nhân tạo khi sét đến sử dụng hệ thống cáp cọc có điện trở nối đất tự nhiên,ta có: Rnt===1,168() èThiết kế Rnt=1(). 4-Tính chọn lựa điện cực thẳng đứng và thanh ngang: + Tính toán sơ bộ lấy: đất = 60(m)tại chỗ đặt tiếp đất(đất sét)tra bảng 4-3 sách chống sét và nối đất của tác giả Hoàng Việt trang 82. +Hệ số tăng cao hiệu chỉnh Km=1,2(hệ số K mùa) đối với điện cực ngang khi chôn sâu 0,5-0,8m loại đất khô. + Hệ số tăng cao hiệu chỉnh Km=1,4 (hệ số K mùa)đối với điện cực đứng dài 2-3m cách mặt đất 0,8m(đối với đấi khô). èĐiện trở suất tính toán: ttngang=K đất=1,2 60=72 (m) ttnđứng=K đất=1,4 60=84(m) Xác định điện trở tản của một điện cực thẳng đứng: Dùng thép góc L50 dài 2,5m khi chôn sâu cách mặt đất 0,8m theo công thức cho ở bảng 10-2 sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú trang 385. R1đứng=ttđứng ( lglg) Hình vẽ điện cực chôn thẳng đứng Với:R1đứng:Điện trở tản của 1 điện cực thẳng đứng() Đường kính thẳng đẳng trị của thép góc:  ddẳng trị =0,95b=0,950,05=0,0474(m) Bề rộng của các cạnh thép góc,b=0,05(m) t=0,8 +=2,05(m) ; l:chiều dài cọc;l=2,5(m) R1đứng= 84( lglg)=36,41() Xác định điện trở tản của một điện cực ngang: Dùng thanh thép tiết diện 50 5mm2 được hàn đầu trên của thép góc thẳng đứng L50.Theo công thức cho ở bảng 10-2 sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú trang 385Ta có:Điện trở tản thanh có chu vi mạch vòng : Rngang=ttngang lg Hình vẽ điện cực chôn nằm ngang Với : :0,74 (Theo bảng 10-3 sách cung cấp điện của Nguyễn Xuân Phú trang 387). Bề rộng của các cạnh thép góc,b=0,05(m). t=0,8(m) l:Tổng chiều dài của mạng mạch vòng(m): l=2 (72+46)=236(m). à Rngang=72 lg=0,97() Ta chọn bước lưới là 5m.Vậy số cọc cần phải đóng xung quanh mạch vòng là: = 47(cọc),lmv=236(m). Vậy chọn số cọc đóng là 50 cọc: =2 =>đứng=0,63 (Theo bảng 10-3 sách cung cấp điện của tác giả Nguyễn Xuân Phú trang 387). R50đứng//===1,16() Rmv===0,53() àRmv=0,53() < Rnt=1() àđạt yêu cầu.èTa chọn số cọc là 50 cọc. Kiểm tra điện trở nối đất an toàn: =++=++ =3,033() =>Rnđ=0,33() <Rnt=0,5() thỏa mãn điều kiện nối đất an toàn. Vậy: Từ kết quả tính toán trên ta có :Rnđ=0,33()<0,5() thoả mãn yêu cầu thiết kế. Hình vẽ mô phỏng chu vi trạm và mạch vòng nối đất Ta thấy rằng mặc dù trị số điện trở nối đất được tính ở phần trên đã thoả điều kiện thiết kế an toàn cho trạm,tuy nhiên theo quy phạm chống sét cho trạm biến áp khi nối đất an toàn được nối chung cột chống sét thì dưới chân các cột thu sét hay xà đỡ các dây chống sét của đường dây nối vào trạm phải có nối đất bổ sung để tản dòng sét 1 cách thuận lợi và dễ dàng. Trong thiết kế này ta chọn nối đất bổ sung ở mỗi chân cột có gắn kim thu sét, sử dụng thanh sắt tròn d=20mm,chôn sâu cách mặt đất t=0,8m,với chiều dài thanh l=12m,thanh ngang có 4 cọc,khoảng cách mỗi cọc là 4m. Rngangbs=ttngang( lg)=72 ( lg) =9,345() Với :d=0,02(m):Đường kính thanh sắt bổ sung. t=0,8(m) :Độ sâu chôn thanh sắt. l=12(m) :Chiều dài thanh sắt ngang bổ sung. ttngang =72 (m):Điện trở suất tính toán ngang. ttnđứng =84(m) : Điện trở suất tính toán đứng. R1đbs=ttđứng ( lglg) R1đbs=84 ( lglg) =26,89() Điện trở khuếch tán 4 cọc có xét đến ảnh hưởng màn che: R4đbs===8,4() Điện trở khuếch tán của thanh ngang nối giữa điện cực đóng thẳng đứng có xét đến ảnh hưởng màn che: Rngangbs===13,35() Điện trở bổ sung nhân tạo của cột thu sét: =+=+=0,194(s) àRnđbs=5,15()<10() thoả điều kiện nối đất bổ sung. Điện trở nối đất toàn trạm là: =+=+=3,224(s) Vậy:Rnđtoàntrạm=0,31()<0,5()Thoả điều kiện nối đất. Kết luận:Điện trở nối đất an toàn của trạm đã thoả quy phạm về nối đất. V-Kiểm tra hệ thống nối đất theo yêu cầu chống sét: 1-Nguyên tắc kiêm tra: Dựa vào thông số nối đất an toàn tính được ở trên,ta kiểm tra lại điều kiện chống sét.Khi có sét đánh vào hệ thống thu sét,điện áp xung trên hệ thống nối đất phải nhỏ hơn mức cách điện xung của trạm. UXk=ISZ(0, đs) Trong đó: IS:Biên độ dòng sét(IS=150KA) Z(0, đs):Là tổng trở xung đầu vào của hệ thống nối đất,có trị số lớn nhất khi sét đánh tại điểm :x=0 và t=đs đs=0,5(s):là thời gian đầu sóng. Bảng thông số mức cách điện xung U0,5 Ta có (Bảng 11-6) Uđm(KV) 35 110 220 U0.5 của MBA 200 480 950 U0.5 của chuỗi sứ 280 660 1140 2-Xác định tổng trở xung: Khi tính tổng trở xung đầu vào của hệ thống nối đất,để đơn giản cho quá trình tính toán mà không làm sai lệch kết quả kiểm tra.Người ta đưa ra các giả thiết sau: -Xem như chỉ có nối đất bổ sung dưới chân cột thu sét trực tiếp bị sét đánh và mạch vòng nối đất ven chu vi trạm tham gia vào việc tản dòng điện sét. -Bỏ qua hiệu ứng màn che giữa các cực nối đất bổ sung và mạch vòng nối đất . - Bỏ qua hiện tượng phóng điện tia lửa trong đất,chỉ kể đến ảnh hưởng của điện cảm của mạch vòng nối đất. Với các giả thiết này,việc tính toán tổng trở xung của hệ thống nối đất có thể thực hiện bằng phương pháp giải tích: Sơ đồ đẳng trị để tính toán tổng trở xung của hệ thống nối đất có dạng như sau: Hiệu chỉnh điện trở theo mùa sét: Ta đã có:Rmv=0,53();Rbs=5,15() Công thức quy đổi:R’=R Trong đó:+R’:Điện trở nối đất chống sét quy đổi. +R :Điện trở nối đất an toàn. +K’ :Hệ số mùa nối đất an toàn. +K :Hệ số mùa nối đất chống sét. Đối với thanh: K’=1,2;K=1,6. Đối với cọc :K’=1,15;K=1,4. Quy đổi điện trở mạch vòng: R’mv=Rmv=0,53=0,398() Quy đổi điện trở mạch vòng: R’bs=Rbs=5,15=4,23() Các thông số: -Tổng trở xung đầu vào của mạch vòng nối đất bằng tổng trở xung của một tia tương đương có chiều dài l’ bằng nửa chu vi mạch vòng: l’=l1+l2=72+46 =118(m) -Bán kính nối đất:r= ==6,16(mm) -Điện cảm của bản thân điện cực: L0=0,2(ln-0,31)= 0,2(ln-0,31)=1,909(H/m) -Điện dẫn tản của đất: G0===0,0106(1/m) àL’===0,955((H/m) G’=2G0=20,0106 =0,0212(1/m) Tổng trở xung của hệ thống nối đất: Được xác định từ hệ phương trình truyền sóng trên tia tương đương của nó: =L’ và=G’u Bằng phương pháp toán tử Laplace,giải hệ phương trình vi phân này, chúng ta xác định được tổng trở xung đầu vào của hệ thống nối đất đạt trị số cực đại gần đúng vào lúc dòng sét qua biên độ t=đs (0, đs)= +2 Trong đó : -Thông số của dòng sét theo quy phạm: đs=5(s) ;IS=150(KA) -T1:Hằng số thời gian,xác định như sau: T1 ===28,592(s) -xK :là nghiệm thứ k của phương trình tgx + x =0 ĩ tgx + x =0 ĩ tgx + x =0 Mặt khác ta có yêu cầu : thì bỏ qua . ĩ khi xi==13(rad) thì loại. ĩChỉ chọn nghiệm xi<13 rad. Giải phương trình trên bằng phép tính lặp trên phần mền Excel.Ta chọn được sau: x1=2,822 rad ;x2=5, 693rad Ta lập bảng tính sau: Ta có (Bảng 11-7) xk A= B=e-A C=cosxK D= F= 2,822 0,673 0,518 -0,949 1,111 0,412 5,693 2,732 0,064 0,826 1,451 0,047 0,459 Giá trị tổng trở xung đầu vào của hệ thống nối đất giá trị gần đúng là: (0, đs)= +2 (0, đs)= +20,3980,459 =0,364 +0,365 =0,729() 3-Kiểm tra hệ thống nối đất theo điều kiện chống sét: Điều kiện để không phóng điện ngược từ hệ thống nối đất sang các bộ phận mang điện trong trạm khi có sét đánh: UXK=IS(0, đs) <U0,5 Trong đó: -IS =150(KA) :Biên độ dòng sét lớn nhất. -U0,5=660(KV):Mức cách điện xung của chuỗi sứ. -đs =0,5(s) :Là thời gian đầu sóng. àĐiện áp xung đầu vào giáng lên tổng trở xung khi bị sét đánh là: UXK=1500,729 =109,35(KV)<U0,5=660(KV) Kết luận: Hệ thống nối đất an toàn được thiết kế thoả điều kiện kiểm tra chống sét, nghĩa là khi sét đánh vào hệ thống thu sét của trạm sẽ không gây lên phóng điện ngược làm hư hỏng thiết bị điện. VI-Kiểm tra điện áp tiếp xúc và điện áp bước: 1-Quy định về nối đất an toàn: Hệ thống nối đất an toàn ở các trạm biến áp chủ yếu là lưới điện cực được chôn trong đất .Tiêu chuẩn của nối đất an toàn không được thể hiện bởi các giá trị của điện trở nối đất mà được thể hiện bởi điện áp bước và điện áp tiếp xúc, các điện áp này không gây lên tử vong do rung tim. Điện áp tiếp xúc và điện áp bước lớn nhất cho phép khi chạm điện gián tiếp (đối với người nặng 70kg) được xác định: Điện áp an toàn: Etouch= Trong đó: 1000:trị số điện trở cơ thể con người. tS :thời gian duy trì dòng qua người,cũng là thời gian duy trì sự cố tS=1(s) CS :Hệ sô suy giảm điện trở suất của bề mặt. :Điện trở suất của lớp đá sỏi. Điện áp bước an toàn: Estep= Do trong khu vực trạm thường rải một lớp đá sỏi trên mặt đất nên dưới chân người sẽ là một môi trường không đồng nhất.Lớp đá sỏi này dày hs và có điện trở suất là (thường hS=0,08-0,15m và =2000-3000(m)còn bên dưới là đất với điện trở suất CS:Được xác định gần đúng theo công thức Jackson&Several: CS =1-0,106=1-0,106=0,667 Với =100((m); =2500(m) hS =0,1(m) Etouch==549,7(V) Estep= =1727,485(V) Vậy:Điện áp bước và điện áp chạm cho phép đối với người 70Kg: EtouchCP =549,7(V) EstepCP =1727,485(V) 2-Xác định điện áp tiếp xúc lớnn nhất và kiểm tra an toàn đối với điện áp tiếp xúc: Việc tính toán điện áp chạm dưa trên dòng tản xuống đất có thể đước thực hiện theo các công thức sau: Etouch= Trong đó: LC:Chiều dài của dây dẫn được chôn sâu trong đất,LC=1590(m) LC=n2 l1+n1 l2=10 48+15 74=1590(m) Với n1=15:Số nhánh mắc song song l2. n2=10:Số nhánh mắc song song l1. l1;l2:Chiều dài,chiều rộng ven chu vi. Lr:Chiều dài cọc nối đất được sử dụng,Lr=48(m) Km:Hệ số khoảng cách của lưới. Ki:Hệ số chỉnh hình dạng lưới. Công thức xác định Km và Ki như sau: Km= [ln( ki=0,656+0,172 n Với D= = =5(m) :Bước của ô lưới. d :Đường kính dây dẫn của lưới nối đất,d=50(m) kii:Hệ số cho cọc và cách bố trí cọc bên trong lưới nới đất,kii=1 Cho lưới với cọc bao quanh chu vi lưới hay cọc bên trong cũng như trong trường hợp cả hai. kh:Hệ số độ sâu lưới được chôn,kh===1,5 h:Hệ số chôn dây;h=0,8m n:Hệ số dây mắc song song theo một phướng. n===12,247 n1;n2:Số dây dẫn theo các cạnh của trạm. Km=[ln =0,0571 ki=0,656+0,172 12,247=2,763 Tính Ig: Ig==== =2598,42(A) Eouch= =25,03 (V) Vậy: Eouch =25,03V)<EtouchCP=549,7(V) àĐạt yêu cầu điện áp cho phép. 3-Xác định điện áp bước lớn nhất và kiểm tra an toàn đối với điện áp bước: Việc tính toán điện áp bước có thể thực hiện theo các công thức sau: Việc tính toán điện áp chạm dựa trên dòng tản xuống đất có thể được thực hiện theo công thức sau: Estep= Trong đó: LC:Chiều dài của dây dẫn được chôn sâu trong đất,LC=1590(m) Lr:Chiều dài cọc nối đất được sử dụng,Lr=48(m) KS:Hệ số khoảng cách của lưới. Ki:Hệ số chỉnh hình dạng lưới,Ki=2,763 Công thức xác định Km và Ki như sau: KS= [ Với D= = =5(m) :Bước của ô lưới. h:Độ chôn sâu dây,h=0,8m. n:Hệ số dây mắc song song theo một phướng. n===12,247 n1;n2:Số dây dẫn theo các cạnh của trạm. KS= [ =0,318 Tính Ig: Ig=2598,42(A) Estep= =139,38(V) Vậy: Estep =139,38(V) < EstepCP=1727,485(V) èĐạt yêu cầu điện áp bước cho phép.