Bảo vệ chống sét truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kv
- 114 trang
- file: .pdf
đang tải dữ liệu....
Tài liệu bị giới hạn, để xem hết nội dung vui lòng tải về máy tính.
Tải xuống - 114 trangNội dung text: Bảo vệ chống sét truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................2
Chương 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 3
1.1. Mở đầu...............................................................................................................3
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng.........................3
1.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét.............................................4
1.4. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ......................................................................10
1.5. Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp....10
1.6. So sánh và tổng kết phương án........................................................................26
Chương 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT..........................................................27
2.1. Mở đầu.............................................................................................................27
2.2. Các yêu cầu kĩ thuật.........................................................................................27
2.3. Lý thuyết tính toán nối đất...............................................................................29
2.4. Tính toán nối đất an toàn..................................................................................34
2.5. Nối đất chống sét.............................................................................................39
2.6. Kết luận............................................................................................................51
CHƯƠNG 3. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY..............................................52
3.1. Mở đầu. ...........................................................................................................52
3.2. Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây. ............................................................52
3.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây..............................................58
CHƯƠNG 4. BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ PHÍA
ĐƯỜNG DÂY 220 KV...............................................................................................84
4.1 Khái niệm chung...............................................................................................84
4.2. Phương pháp tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền
vào trạm...................................................................................................................85
4.3. Tính toán khi có sóng quá điện áp truyền vào trạm........................................90
4.4. Nhận xét............................................................................................................99
4.6. Kết quả tính toán bằng ATP..........................................................................109
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................114
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
LỜI MỞ ĐẦU
Là một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại trường đại học Bách
Khoa Hà Nội, em cảm thấy một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát
triển của bản thân trong tương lai. Sau năm năm học đại học, dưới sự chỉ
bảo, quan tâm của các thầy cô, sự nỗ lực của bản thân, em đã thu được
những bài học rất bổ ích, đựơc tiếp cận các kiến thức khoa học kĩ thuật tiên
tiến phục vụ cho lĩnh vực chuyên môn mình theo đuổi. Có thể nói, những đồ
án môn học, bài tập lớn hay những nghiên cứu khoa học mà một sinh viên
thực hiện chính là một cách thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức và vận dụng
sự dạy bảo quan tâm của thầy cô.
Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đồ án tốt
nghiệp “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV và đường
dây 220kV ”này như một cố gắng đền đáp công ơn của thầy cô cũng như
tổng kết lại kiến thức thu được sau một quá trình học tập và rèn luyện tại
trường đại học Bách Khoa.
Trong thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp
em luôn nhận được sự chỉ bảo, động viên tận tình của các thầy cô, gia đình
và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo Trần Văn Tớp đã giúp
em hoàn thành tốt bản đồ này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn TS. Trần Văn Tớp và các thầy,
các cô cùng toàn thể các bạn trong bộ môn Hệ thống điện.
Sinh viên
TRẦN TÂN ANH
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG
SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
1.1. Mở đầu
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một
thể thống nhất. Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó
thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết bị
của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm
trọng không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể
dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh
hưởng đến việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác. Do
đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài
trời là rất quan trọng. Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm
một cách an toàn và kinh tế. Nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm
được bảo vệ an toàn chống sét đánh trực tiếp.
Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta
cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn
đây dãn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây.
Do đó tùy từng trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp
và đáp ứng nhu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của trạm.
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng
a) Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an
toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các
cấp điện áp mà hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có
sẵn của công trình như xà, cột đèn chiếu sáng... hoặc được đặt độc lập.
- Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được
độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét.
Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là
phải đảm bảo mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất
bé.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
+ Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao
(khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột
thu sét trên các kết cấu của trạm. Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có
đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối.
Theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện is khuyếch tán vào đất theo 3- 4
cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để
cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4Ω.
+ Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là
cuộn dây của MBA. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu
cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống
thu sét và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15m.
- Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách
nhất định, nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí
và đất
b) Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để
đảm bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua.
1.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét
1.3.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét:
a) Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt
ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi công thức.
1,6
rx = ( h − hx )
1+
hx ( 1 – 1)
h
Trong đó:
h: độ cao cột thu sét
hx: độ cao vật cần bảo vệ
h- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét
rx: bán kính của phạm vi bảo vệ
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi
bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đường sinh của hình chóp có dạng
đường gãy khúc được biểu diễn như hình vẽ 1.1 dưới đây.
Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức
sau.
2 h
+ Nếu hx ≤ h thì rx = 1,5.h.(1 x ) ( 1 – 2)
3 0,8.h
2 h
+ Nếu hx > h thì rx = 0,75.h.(1 x ) ( 1 – 3)
3 h
Chú ý:
a
0,2h
b h
0,8h
a'
c
0,75h
1,5h
R
Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu sét cao dưới 30m.
Hiệu quả của cột thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của
sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ
5,5
nhưng phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p. Với p = và trên hình vẽ dùng
h
các hoành độ 0,75hp và 1,5hp.
b) Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều
so với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Nhưng để hai cột thu sét có thể
phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột thì phải thoả mãn điều kiện a
< 7h (h là chiều cao của cột).
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao.
- Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a <
7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét ho được tính
như sau:
a
ho = h ( 1 – 4)
7
Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau.
R
0,2h
h
ho hx
0,75h a 1,5h
rx
r0x
Hình 1- 2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét giống nhau.
Tính rox:
2 hx
+ Nếu hx ≤ ho thì rox = 1,5 ho (1 ) ( 1 – 5)
3 0,8ho
2 hx
+ Nếu hx ≥ ho thì rox = 0,75ho (1 ) ( 1 – 6)
3 ho
Chú ý:
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh như
trong phần chú ý của mục 1 thì còn phải tính ho theo công thức:
a
ho = h ( 1 – 7)
7p
c) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.
Giả sử có hai cột thu sét: cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2 và
h1 > h2. Hai cột cách nhau một khoảng là a.
Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1, sau đó qua đỉnh cột thấp
h2 vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao
tại điểm 3. Điểm này được xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng
với cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau và bằng h2 với
khoảng cách là a’. Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của cột 1 với
a' = a − x
1,6(h1 − h2 )
x=
h ( 1 – 8)
1+ 2
h1
1
2 3
0,2h2
h1
h2
ho
0,75h2 a' x 0,75h1
1,6h2 1,6h1
a
Hình 1- 3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét khác nhau.
d) Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột ( số cột >2).
Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ được xác định
bởi toàn bộ miền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống như của từng đôi
cột
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
rx rox
rx rox a
a
c
rox
D D
b b
Hình 1- 4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột.
Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ
được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D ≤ 8. ha = 8. (h - hx) ( 1 – 9)
Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét.
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được
hiệu chỉnh theo p.
D ≤ 8.ha. p= 8. (h - hx).p ( 1 – 10)
1.3.2. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét:
a) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét
Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng. Chiều rông của phạm
vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như hình vẽ.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
a
0,2h
b h
0,8h
a'
c
0,6h
1,2h
2bx
Hình 1- 5: Phạm vi bảo vệ của một day thu sét.
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột
thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h.
2 h
+ Nếu hx ≤ ho thì bx = 1,2.h.(1 x ) ( 1 - 11)
3 0,8h
2 hx
+ Nếu hx ≥ ho thì bx = 0,6.h.(1 ) ( 1 - 12)
3 h
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được
hiệu chỉnh theo p.
b) Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.
Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây
thu sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h.
Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao.
h
ho =h ( 1 – 13)
4
Phạm vi bảo vệ như hình vẽ.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
R
0,2h
h
ho hx
0,6h s 1,2h
bx
Hình 1- 6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.
Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong
được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây thu sét và
s
điểm có độ cao ho = h so với đất.
4
1.4. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ
- Trạm biến áp: Trạm 220/110 kV.
+ Phía 220kV 6 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh
góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp (T3, T4) và 2 máy biến áp tự
ngẫu (AT1, AT2)
+ Phía 110kV 8 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh
góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2)
- Tổng diện tích trạm 555000 m2
- Với trạm 220 kV có diện tích là: 34500 m2. Độ cao xà cần bảo vệ là
16m và 11 m.
- Với trạm 110 kV có diện tích là: 19200 m2. Độ cao xà cần bảo vệ là 11
và 8 m.
1.5. Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho
trạm biến áp
1. 5. 1. Phương án 1
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
- Phía 220kV dùng 12 cột 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12 trong đó cột 2, 3,
5, 6, 7, 8 được đặt trên xà cao 16m; cột 9, 10,11,12 được đặt trên xà cao 11m
cột 1 được xây thêm và cột 4 đặt trên nóc nhà điều khiển cao 10m.
- Phía 110kV dùng 9 cột 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 trong đó cột 16,
17, 18 được đặt trên xà cao 8 m; cột 19, 20, 21, 22được đặt trên xà cao 11 m
và cột 23, 24 được xây thêm.
Vậy:
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 11 m và hx = 16 m
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 8 m và hx = 11 m.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
21
15
16
AT2
20
14
17
11m
AT1
13
19
18
Nha dieu khien
8
12
4
T3
11
7
3
T4
10
2
6
16m
5
1
8m
9
Hình 1-7: Sơ đồ bố trí cột thu sét
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:
Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào
đó thì độ cao cột thu lôi phải thỏa mãn:
D
D ≤ 8. ha hay ha ≥
8
Trong đó
D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác.
ha: Độ cao hữu ích của cột thu lôi.
-Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột bao giờ cũng lớn hơn phạm vi
bảo vệ của 1 cột. Điều kiện để hai cột thu lôi phối hợp được với nhau là a
≤ 7. h.
Trong đó: a – Khoảng cách giữa 2 cột thu sét.
h – Chiều cao toàn bộ cột thu sét.
Xét nhóm cột 1-2-5-6 tạo thành hình chữ nhật:
a1-2 = 64 m ; a1-5 = 52,5 m
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:
D = 64 2 + 52,5 2 = 82,778 (m)
82,778
Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi ha ≥ = 10,35 ( m)
8
Xét nhóm cột 12,13,8 tạo thành hình tam giác
- Áp dụng công thức Pitago ta có
a= a12-13 = (30 − 20) 2 + 30 2 = 31,623 ( m)
b= a13-8= 47,5 2 + 30 2 = 58,181 ( m)
c= a12-8 =57,5 ( m)
- Nửa chu vi tam giác là:
31,623 + 58,181 + 57,5
p= = 72,652 ( m)
2
Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là:
a.b.c
D = 2. p.( p − a).( p − b).( p − c)
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
31,623.56,181.57,5
= = 59,219 ( m)
2 72,652(72,652 − 31,623).(72,652 − 56,181)(72,652 − 57,5)
59,219
Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi ha ≥ = 7,402 ( m)
8
Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại, kết quả tính toán được trình
bầy trong bảng:
Bảng 1-3. Độ cao hữu ích của cột thu lôi
Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp.
Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn
độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:
- Phía 220Kv có hmax =10,755 m nên ta chọn ha = 11m.
- Phía 110kV có hmax =9,1 m nên ta chọn ha = 10 m.
Tính độ cao của cột thu sét.
h = ha + hx
- Phía 220 kV:
Độ cao tác dụng ha = 11m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 16m.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 220kV là:
h = ha + hx = 11+ 16 = 27 ( m).
- Phía 110kV:
Độ cao tác dụng ha = 10m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 11m.
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 110kV là:
h = ha + hx = 10+ 11 = 21 (m).
Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao bảo vệ tương
ứng:
Bán kính bảo vệ của các cột 21m (các cột N13 ÷ N22 phía 110kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m.
2 2
h x = 11m < h = .21 = 14 ( m)
3 3
hx 11
Nên rx = 1,5.h ( 1 − ) = 1,5.21.(1 − ) = 10,88(m)
0,8h 0,8.21
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m.
2 2
h x = 11m < h = .21 = 14 ( m)
3 3
hx 8
Nên rx = 1,5.h( 1 − ) = 1,5.21.(1 − ) = 16,5( m)
0,8h 0,8.21
Bán kính bảo vệ của các cột 27m (các cột N1 ÷ N12 phía 220kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m.
2 2
h x = 11m < h = .27 = 18 ( m)
3 3
hx 11
Nên rx = 1,5.h ( 1 − ) = 1,5.21.(1 − ) = 19,875(m)
0,8h 0,8.27
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 16m.
2 2
h x = 11m < h = .27 = 18 ( m)
3 3
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
hx 16
Nên rx = 1,5.h( 1 − ) = 1,5.24.(1 − ) = 10,5 ( m)
0,8h 0,8.27
Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu sét.
* Xét cặp cột 1-2 có:
a = 64 m h = 27 m
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
a 64
h0 = h - = 27 − = 17,875 ( m)
7 7
- Bán kính của khu vực giữa hai côt thu sét là:
+ ở độ cao 16m:
2 2
h x = 16m > ho = .17,875 = 11,905 ( m)
3 3
hx 16
Nên rox = 0,75h o (1 - ) = 0,75.17,875.(1 − ) = 1,393 ( m)
ho 17,875
+ ở độ cao 11m:
2 2
h x = 11m < ho = .17,875 = 11,905 ( m)
3 3
hX 11
Nên rox = 1,5h o (1 - ) = 1,5.17,875.(1 − ) = 6,161 ( m)
0,8.h0 0,8.17,875
* Xét cặp cột 12,13 có độ cao khác nhau
có a = 30 2 + 10 2 = 31,623 ( m) h12 = 27 ( m) h13 = 21 ( m)
2
Vì h13 = 21 > h12 = 18 ( m). Do vậy ta vẽ cột giả định 12’ có độ cao 21m
3
cách cột 13 một khoảng:
1,6(h12 − h13 ) 1,6(27 − 21)
x= = = 5,4
h13 21 ( m)
1+ 1+
h12 27
Vậy khoảng cách từ cột giả định dến cột 13 là:
a ' = a − x = 31,623 − 5,4 = 26,223 ( m)
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Phạm vi bảo vệ của hai cột 12’ và 13 là:
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
a' 26,223
h0 = h - = 21 − = 17,254 ( m)
7 7
- Bán kính của khu vực giữa hai cột thu sét là:
+ ở độ cao 11m
2 2
Vì h x = 11m < 3 ho = 3 .17,254 = 11,503 ( m)
hX 11
Nên rox = 1,5h o (1 - ) = 1,5.17, 254.(1 − ) = 5, 256 ( m)
0,8.h0 0,8.17, 254
+ ở độ cao 8m
2 2
Vì h x = 8m < ho = . 17,254 = 11,503 ( m)
3 3
hX 8
Nên rox = 1,5h o (1 - ) = 1,5.17,254.(1 − ) = 10,563 ( m)
0,8.h0 0,8.17,254
+ ở độ cao hx = 16 m
2 2
Vì h x = 16m > 3 ho = 3 ...17,254 = 11,503 ( m)
hx 16
Nên rox = 0,75h o (1 - ) = 0,75.17,11517,254(1 − ) = 0,782(m)
ho 17,254
Tính toán tương tự cho các cặp cột còn lại ta có bảng:
Bảng 1-4 Phạm vi bảo vệ của các căp cột thu sét
a h ho hx rox hx rox
Cặp cột (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)
1-2;2-3;4-5;5-5;6-7;7-8;
9-10;10-11;11-12 64 26 16,8571 16 0,64285 11 4,661
1-5;2-6;3-7;4-8; 35 26 21 16 3,75 11 10,87
5-9;6-10;7-1;8-12 40 26 20,2857 16 3,21428 11 9,804
13-14;14-15;16-17;
17-18;19-20;20-21 43 21 14,85714 11 2,892857 8 7,28
13—18;14-17;15-16;
16-21;17-20;18-19 54 21 13,28571 11 1,714286 8 4,92
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
4--19 33,11 21 16,903 11 4,739 8 10,35
4--19 33,11 21 16,903 16 0,782
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 18
TRẦN TÂN ANH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
rx=10,5 rox=1,39
rox=1,71 rox=10,875
9 10 11 12
13 14 15
16m
11m
rox=0,94
rox=2,1 rox=2,89
18 17 16
HTĐ4-K48
5 6 7 8
AT1 AT2
rox=2,62 T3
T4 19 20 21
1 2 3 4
rox=0,78
19
KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét
1. 5. 2. Phương án 2
- Phía 220kV có treo 3 dây chống sét A-95 dài 192m chia làm 3 khoảng
dài 64; khoảng cách giữa hai dây S=35m và S= 40m như hình vẽ.
- Phía 110kV dùng 9 cột 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 và 25 trong đó cột
17, 18, 19 được đặt trên xà cao 8 m; cột 20, 21, 22, 23 được đặt trên xà cao
11 m và cột 25, 24 được xây thêm.
25
19
20
AT2
11m
24
18
21
AT1
17
23
22
Nha dieu khien
8
16
4
9
3 T3
15
10
7
16m
2 T4
14
11
6
13
12
5
1
11m
Hình 1- 8: Sơ đồ bố trí cột và dây thu sét
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 20
MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................2
Chương 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 3
1.1. Mở đầu...............................................................................................................3
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng.........................3
1.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét.............................................4
1.4. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ......................................................................10
1.5. Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp....10
1.6. So sánh và tổng kết phương án........................................................................26
Chương 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT..........................................................27
2.1. Mở đầu.............................................................................................................27
2.2. Các yêu cầu kĩ thuật.........................................................................................27
2.3. Lý thuyết tính toán nối đất...............................................................................29
2.4. Tính toán nối đất an toàn..................................................................................34
2.5. Nối đất chống sét.............................................................................................39
2.6. Kết luận............................................................................................................51
CHƯƠNG 3. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY..............................................52
3.1. Mở đầu. ...........................................................................................................52
3.2. Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây. ............................................................52
3.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây..............................................58
CHƯƠNG 4. BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ PHÍA
ĐƯỜNG DÂY 220 KV...............................................................................................84
4.1 Khái niệm chung...............................................................................................84
4.2. Phương pháp tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền
vào trạm...................................................................................................................85
4.3. Tính toán khi có sóng quá điện áp truyền vào trạm........................................90
4.4. Nhận xét............................................................................................................99
4.6. Kết quả tính toán bằng ATP..........................................................................109
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................114
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
LỜI MỞ ĐẦU
Là một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại trường đại học Bách
Khoa Hà Nội, em cảm thấy một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát
triển của bản thân trong tương lai. Sau năm năm học đại học, dưới sự chỉ
bảo, quan tâm của các thầy cô, sự nỗ lực của bản thân, em đã thu được
những bài học rất bổ ích, đựơc tiếp cận các kiến thức khoa học kĩ thuật tiên
tiến phục vụ cho lĩnh vực chuyên môn mình theo đuổi. Có thể nói, những đồ
án môn học, bài tập lớn hay những nghiên cứu khoa học mà một sinh viên
thực hiện chính là một cách thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức và vận dụng
sự dạy bảo quan tâm của thầy cô.
Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đồ án tốt
nghiệp “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV và đường
dây 220kV ”này như một cố gắng đền đáp công ơn của thầy cô cũng như
tổng kết lại kiến thức thu được sau một quá trình học tập và rèn luyện tại
trường đại học Bách Khoa.
Trong thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp
em luôn nhận được sự chỉ bảo, động viên tận tình của các thầy cô, gia đình
và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo Trần Văn Tớp đã giúp
em hoàn thành tốt bản đồ này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn TS. Trần Văn Tớp và các thầy,
các cô cùng toàn thể các bạn trong bộ môn Hệ thống điện.
Sinh viên
TRẦN TÂN ANH
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
CHƯƠNG 1. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG
SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
1.1. Mở đầu
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một
thể thống nhất. Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó
thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết bị
của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm
trọng không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể
dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh
hưởng đến việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác. Do
đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài
trời là rất quan trọng. Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm
một cách an toàn và kinh tế. Nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm
được bảo vệ an toàn chống sét đánh trực tiếp.
Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta
cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn
đây dãn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây.
Do đó tùy từng trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp
và đáp ứng nhu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của trạm.
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng
a) Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an
toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các
cấp điện áp mà hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có
sẵn của công trình như xà, cột đèn chiếu sáng... hoặc được đặt độc lập.
- Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được
độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét.
Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là
phải đảm bảo mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất
bé.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
+ Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao
(khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột
thu sét trên các kết cấu của trạm. Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có
đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối.
Theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện is khuyếch tán vào đất theo 3- 4
cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để
cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4Ω.
+ Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là
cuộn dây của MBA. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu
cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống
thu sét và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15m.
- Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách
nhất định, nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí
và đất
b) Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để
đảm bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua.
1.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét
1.3.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét:
a) Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt
ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi công thức.
1,6
rx = ( h − hx )
1+
hx ( 1 – 1)
h
Trong đó:
h: độ cao cột thu sét
hx: độ cao vật cần bảo vệ
h- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét
rx: bán kính của phạm vi bảo vệ
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi
bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đường sinh của hình chóp có dạng
đường gãy khúc được biểu diễn như hình vẽ 1.1 dưới đây.
Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức
sau.
2 h
+ Nếu hx ≤ h thì rx = 1,5.h.(1 x ) ( 1 – 2)
3 0,8.h
2 h
+ Nếu hx > h thì rx = 0,75.h.(1 x ) ( 1 – 3)
3 h
Chú ý:
a
0,2h
b h
0,8h
a'
c
0,75h
1,5h
R
Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu sét cao dưới 30m.
Hiệu quả của cột thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của
sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ
5,5
nhưng phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p. Với p = và trên hình vẽ dùng
h
các hoành độ 0,75hp và 1,5hp.
b) Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều
so với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Nhưng để hai cột thu sét có thể
phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột thì phải thoả mãn điều kiện a
< 7h (h là chiều cao của cột).
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao.
- Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a <
7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét ho được tính
như sau:
a
ho = h ( 1 – 4)
7
Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau.
R
0,2h
h
ho hx
0,75h a 1,5h
rx
r0x
Hình 1- 2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét giống nhau.
Tính rox:
2 hx
+ Nếu hx ≤ ho thì rox = 1,5 ho (1 ) ( 1 – 5)
3 0,8ho
2 hx
+ Nếu hx ≥ ho thì rox = 0,75ho (1 ) ( 1 – 6)
3 ho
Chú ý:
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh như
trong phần chú ý của mục 1 thì còn phải tính ho theo công thức:
a
ho = h ( 1 – 7)
7p
c) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.
Giả sử có hai cột thu sét: cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2 và
h1 > h2. Hai cột cách nhau một khoảng là a.
Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1, sau đó qua đỉnh cột thấp
h2 vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao
tại điểm 3. Điểm này được xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng
với cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau và bằng h2 với
khoảng cách là a’. Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của cột 1 với
a' = a − x
1,6(h1 − h2 )
x=
h ( 1 – 8)
1+ 2
h1
1
2 3
0,2h2
h1
h2
ho
0,75h2 a' x 0,75h1
1,6h2 1,6h1
a
Hình 1- 3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét khác nhau.
d) Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột ( số cột >2).
Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ được xác định
bởi toàn bộ miền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống như của từng đôi
cột
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
rx rox
rx rox a
a
c
rox
D D
b b
Hình 1- 4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột.
Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ
được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D ≤ 8. ha = 8. (h - hx) ( 1 – 9)
Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét.
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được
hiệu chỉnh theo p.
D ≤ 8.ha. p= 8. (h - hx).p ( 1 – 10)
1.3.2. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét:
a) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét
Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng. Chiều rông của phạm
vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như hình vẽ.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
a
0,2h
b h
0,8h
a'
c
0,6h
1,2h
2bx
Hình 1- 5: Phạm vi bảo vệ của một day thu sét.
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột
thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h.
2 h
+ Nếu hx ≤ ho thì bx = 1,2.h.(1 x ) ( 1 - 11)
3 0,8h
2 hx
+ Nếu hx ≥ ho thì bx = 0,6.h.(1 ) ( 1 - 12)
3 h
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được
hiệu chỉnh theo p.
b) Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.
Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây
thu sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h.
Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao.
h
ho =h ( 1 – 13)
4
Phạm vi bảo vệ như hình vẽ.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
R
0,2h
h
ho hx
0,6h s 1,2h
bx
Hình 1- 6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.
Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong
được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây thu sét và
s
điểm có độ cao ho = h so với đất.
4
1.4. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ
- Trạm biến áp: Trạm 220/110 kV.
+ Phía 220kV 6 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh
góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp (T3, T4) và 2 máy biến áp tự
ngẫu (AT1, AT2)
+ Phía 110kV 8 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh
góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2)
- Tổng diện tích trạm 555000 m2
- Với trạm 220 kV có diện tích là: 34500 m2. Độ cao xà cần bảo vệ là
16m và 11 m.
- Với trạm 110 kV có diện tích là: 19200 m2. Độ cao xà cần bảo vệ là 11
và 8 m.
1.5. Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho
trạm biến áp
1. 5. 1. Phương án 1
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
- Phía 220kV dùng 12 cột 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12 trong đó cột 2, 3,
5, 6, 7, 8 được đặt trên xà cao 16m; cột 9, 10,11,12 được đặt trên xà cao 11m
cột 1 được xây thêm và cột 4 đặt trên nóc nhà điều khiển cao 10m.
- Phía 110kV dùng 9 cột 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 trong đó cột 16,
17, 18 được đặt trên xà cao 8 m; cột 19, 20, 21, 22được đặt trên xà cao 11 m
và cột 23, 24 được xây thêm.
Vậy:
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 11 m và hx = 16 m
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 8 m và hx = 11 m.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
21
15
16
AT2
20
14
17
11m
AT1
13
19
18
Nha dieu khien
8
12
4
T3
11
7
3
T4
10
2
6
16m
5
1
8m
9
Hình 1-7: Sơ đồ bố trí cột thu sét
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:
Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào
đó thì độ cao cột thu lôi phải thỏa mãn:
D
D ≤ 8. ha hay ha ≥
8
Trong đó
D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác.
ha: Độ cao hữu ích của cột thu lôi.
-Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột bao giờ cũng lớn hơn phạm vi
bảo vệ của 1 cột. Điều kiện để hai cột thu lôi phối hợp được với nhau là a
≤ 7. h.
Trong đó: a – Khoảng cách giữa 2 cột thu sét.
h – Chiều cao toàn bộ cột thu sét.
Xét nhóm cột 1-2-5-6 tạo thành hình chữ nhật:
a1-2 = 64 m ; a1-5 = 52,5 m
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:
D = 64 2 + 52,5 2 = 82,778 (m)
82,778
Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi ha ≥ = 10,35 ( m)
8
Xét nhóm cột 12,13,8 tạo thành hình tam giác
- Áp dụng công thức Pitago ta có
a= a12-13 = (30 − 20) 2 + 30 2 = 31,623 ( m)
b= a13-8= 47,5 2 + 30 2 = 58,181 ( m)
c= a12-8 =57,5 ( m)
- Nửa chu vi tam giác là:
31,623 + 58,181 + 57,5
p= = 72,652 ( m)
2
Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là:
a.b.c
D = 2. p.( p − a).( p − b).( p − c)
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
31,623.56,181.57,5
= = 59,219 ( m)
2 72,652(72,652 − 31,623).(72,652 − 56,181)(72,652 − 57,5)
59,219
Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi ha ≥ = 7,402 ( m)
8
Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại, kết quả tính toán được trình
bầy trong bảng:
Bảng 1-3. Độ cao hữu ích của cột thu lôi
Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp.
Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn
độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:
- Phía 220Kv có hmax =10,755 m nên ta chọn ha = 11m.
- Phía 110kV có hmax =9,1 m nên ta chọn ha = 10 m.
Tính độ cao của cột thu sét.
h = ha + hx
- Phía 220 kV:
Độ cao tác dụng ha = 11m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 16m.
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 220kV là:
h = ha + hx = 11+ 16 = 27 ( m).
- Phía 110kV:
Độ cao tác dụng ha = 10m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 11m.
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 110kV là:
h = ha + hx = 10+ 11 = 21 (m).
Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao bảo vệ tương
ứng:
Bán kính bảo vệ của các cột 21m (các cột N13 ÷ N22 phía 110kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m.
2 2
h x = 11m < h = .21 = 14 ( m)
3 3
hx 11
Nên rx = 1,5.h ( 1 − ) = 1,5.21.(1 − ) = 10,88(m)
0,8h 0,8.21
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m.
2 2
h x = 11m < h = .21 = 14 ( m)
3 3
hx 8
Nên rx = 1,5.h( 1 − ) = 1,5.21.(1 − ) = 16,5( m)
0,8h 0,8.21
Bán kính bảo vệ của các cột 27m (các cột N1 ÷ N12 phía 220kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m.
2 2
h x = 11m < h = .27 = 18 ( m)
3 3
hx 11
Nên rx = 1,5.h ( 1 − ) = 1,5.21.(1 − ) = 19,875(m)
0,8h 0,8.27
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 16m.
2 2
h x = 11m < h = .27 = 18 ( m)
3 3
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 15
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
hx 16
Nên rx = 1,5.h( 1 − ) = 1,5.24.(1 − ) = 10,5 ( m)
0,8h 0,8.27
Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu sét.
* Xét cặp cột 1-2 có:
a = 64 m h = 27 m
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
a 64
h0 = h - = 27 − = 17,875 ( m)
7 7
- Bán kính của khu vực giữa hai côt thu sét là:
+ ở độ cao 16m:
2 2
h x = 16m > ho = .17,875 = 11,905 ( m)
3 3
hx 16
Nên rox = 0,75h o (1 - ) = 0,75.17,875.(1 − ) = 1,393 ( m)
ho 17,875
+ ở độ cao 11m:
2 2
h x = 11m < ho = .17,875 = 11,905 ( m)
3 3
hX 11
Nên rox = 1,5h o (1 - ) = 1,5.17,875.(1 − ) = 6,161 ( m)
0,8.h0 0,8.17,875
* Xét cặp cột 12,13 có độ cao khác nhau
có a = 30 2 + 10 2 = 31,623 ( m) h12 = 27 ( m) h13 = 21 ( m)
2
Vì h13 = 21 > h12 = 18 ( m). Do vậy ta vẽ cột giả định 12’ có độ cao 21m
3
cách cột 13 một khoảng:
1,6(h12 − h13 ) 1,6(27 − 21)
x= = = 5,4
h13 21 ( m)
1+ 1+
h12 27
Vậy khoảng cách từ cột giả định dến cột 13 là:
a ' = a − x = 31,623 − 5,4 = 26,223 ( m)
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 16
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Phạm vi bảo vệ của hai cột 12’ và 13 là:
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
a' 26,223
h0 = h - = 21 − = 17,254 ( m)
7 7
- Bán kính của khu vực giữa hai cột thu sét là:
+ ở độ cao 11m
2 2
Vì h x = 11m < 3 ho = 3 .17,254 = 11,503 ( m)
hX 11
Nên rox = 1,5h o (1 - ) = 1,5.17, 254.(1 − ) = 5, 256 ( m)
0,8.h0 0,8.17, 254
+ ở độ cao 8m
2 2
Vì h x = 8m < ho = . 17,254 = 11,503 ( m)
3 3
hX 8
Nên rox = 1,5h o (1 - ) = 1,5.17,254.(1 − ) = 10,563 ( m)
0,8.h0 0,8.17,254
+ ở độ cao hx = 16 m
2 2
Vì h x = 16m > 3 ho = 3 ...17,254 = 11,503 ( m)
hx 16
Nên rox = 0,75h o (1 - ) = 0,75.17,11517,254(1 − ) = 0,782(m)
ho 17,254
Tính toán tương tự cho các cặp cột còn lại ta có bảng:
Bảng 1-4 Phạm vi bảo vệ của các căp cột thu sét
a h ho hx rox hx rox
Cặp cột (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m)
1-2;2-3;4-5;5-5;6-7;7-8;
9-10;10-11;11-12 64 26 16,8571 16 0,64285 11 4,661
1-5;2-6;3-7;4-8; 35 26 21 16 3,75 11 10,87
5-9;6-10;7-1;8-12 40 26 20,2857 16 3,21428 11 9,804
13-14;14-15;16-17;
17-18;19-20;20-21 43 21 14,85714 11 2,892857 8 7,28
13—18;14-17;15-16;
16-21;17-20;18-19 54 21 13,28571 11 1,714286 8 4,92
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 17
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
4--19 33,11 21 16,903 11 4,739 8 10,35
4--19 33,11 21 16,903 16 0,782
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 18
TRẦN TÂN ANH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
rx=10,5 rox=1,39
rox=1,71 rox=10,875
9 10 11 12
13 14 15
16m
11m
rox=0,94
rox=2,1 rox=2,89
18 17 16
HTĐ4-K48
5 6 7 8
AT1 AT2
rox=2,62 T3
T4 19 20 21
1 2 3 4
rox=0,78
19
KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét
1. 5. 2. Phương án 2
- Phía 220kV có treo 3 dây chống sét A-95 dài 192m chia làm 3 khoảng
dài 64; khoảng cách giữa hai dây S=35m và S= 40m như hình vẽ.
- Phía 110kV dùng 9 cột 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 và 25 trong đó cột
17, 18, 19 được đặt trên xà cao 8 m; cột 20, 21, 22, 23 được đặt trên xà cao
11 m và cột 25, 24 được xây thêm.
25
19
20
AT2
11m
24
18
21
AT1
17
23
22
Nha dieu khien
8
16
4
9
3 T3
15
10
7
16m
2 T4
14
11
6
13
12
5
1
11m
Hình 1- 8: Sơ đồ bố trí cột và dây thu sét
TRẦN TÂN ANH HTĐ4-K48 20