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

trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng, sản xuất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân dẫn tới những hậu quả nghiêm trọng, thậm trí gây ảnh hưởng tới an ninh, chính trị xã hội. Vì vậy việc bảo vệ chống sét đánh thẳng là một việc không thể thiếu được khi thiết kế một trạm biến áp. Cột thu sét hay dây thu sét có độ cao lớn, trị số điện trở nối đất nhỏ sẽ thu hút về nó các phóng xạ điện sét và tạo nên các khu vực an toàn xung quang chúng. Các kim thu sét kết cấu chắc chắn, thi công đơn giản và tận dụng được các kết cấu trong trạm để đặt kim thu sét ( Xà trạm, cột đèn pha... ) do đó sẽ giảm được vốn đầu tư. I/ SƠ Đồ bảo vệ. Bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp dùng kim thu sét Việc tính toán ở đây chỉ giới hạn trong phạm vi - Xác định số lượng kim thu sét. - Tính toán chiều cao của cột thu sét. - Tính phạm vi bảo vệ của chúng. Để giảm vốn đầu tư ban đầu các phương án đều tận dụng tối đa các kết cấu trong trạm để đặt kim thu sét. II - Tính toán kỹ thuật. 1/ Phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu sét. a/ Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp xoay có bán kính đáy được xác định bởi công thức: Trong đó: h: độ cao cột thu sét rx: bán kính của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx hx: độ cao của vật cần bảo vệ h - hx độ cao hiện dụng của cột thu sét. h 1,5 h 0,75 h rx h 0,2 h b h hx rx Hình vẽ (1-1) Để thuận tiện cho tính toán, thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ đơn giản hóa (hình 1 - 1) Đường sinh của hình chóp có dạng gẫy khúc Một trong những đoạn của nó là (đoạn ab) là phần đường thẳng nối đỉnh cột thu sét có chiều cao h tới điểm trên mặt đất cách chân cột 0,75 h. Còn đoạn bc là phần đường thẳng nối giữa điểm cao 0,8h trên thân cột tới điểm cách xa chân cột 1,5h. Từ hình vẽ có thể thấy điểm b có độ cao bằng h Bán kính bảo vệ ở các độ cao khách nhau được tính toán theo công thức. Khi hx Ê h thì rx = 1,5 h (1-) Khi hx > h thì rx = 0,75 h (1-) Các công thức này chỉ dùng trong trường hợp cột thu sét cao tới 30m. Hiệu quả của cột cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh. Và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75 hp và 1,5 hp. b/ Phạm vi bảo vệ của 2 và nhiều cột thu sét. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ của 2 cột đơn. Trong thực nghiệm người ta đã chứng minh được khu vực có xác suất 100% phóng điện sét vào cột thu sét có bán kính là: R = 3,5 h. Vậy thì a = 2R = 7h là khoảng cách giữu 2 cột thu sét đặt cạnh nhau một khoảng cách a < 7h thì sẽ bảo vệ được độ cao ho Xác định bởi công thức h - ho = (1 - 2a) hoặc ho = h - (1- 2b). Các phần bên ngoài khoảng cách giữa 2 cột của phạm vi bảo giống như trường hợp một cột, còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm: 2 đỉnh cột và điểm có độ cao ho Mặt cắt thẳng đứng cắt theo mặt phẳng vuông góc đặt giữa hai cột của phạm vi bảo vệ được vẽ giống như của một cột có độ cao ho Dùng giá trị này để tính ra rox (sẽ được trình bày sau). Từ đó ta có thể vẽ được mặt phẳng của phạm vi bảo vệ ở các độ cao khác nhau. Một công trình cần được bảo vệ an toàn bằng 2 cột thu sét thì phải nằm gọn trong phạm vi bảo vệ này, nghiã là có độ cao công trình. hx Ê ho = h - (1-3) Và mặt bằng công trình được giới hạn trong mặt bằng của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx. Khi độ cao cột thu sét vượt quá 30m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và có độ cao ho sẽ được tính theo ho = h - (1- 4) Khi có hai cột thu sét có chiều cao khác nhau(hình 1-2) a ' 1 h 1 2 h 2 3 R a Hình 1-2 Trước tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao, sau đó từ đỉnh cột thấp vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của cột cao ở đâu thì coi đó là một thu sét giả định (3) Nó sẽ cùng với cột thấp (cột 1) hình thành một đôi cột có độ cao bằng nhau (cột 1 và cột 3) Khi công trình nằm trên một phạm vi rộng lớn nếu chỉ dùng một vài cột thu sét thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công, lắp ráp. Trong trường hợp này cần phải có nhiều cột phối hợp bảo vệ (hình 1 - 3) phần ngoài của phạm vi bảo vệ được xác định như đối với từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách a Ê7h ) Không cần vẽ phạm vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột mà chỉ kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn. Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện D Ê 8 (h - hx) = 8 ha Trong đó: D đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi 3 cột thu sét. ha: độ cao hiện dụng của cột thu sét. ha = h - hx tức là phần cột cao vượt hơn độ cao hx Khi các cột vượt quá độ cao 30m điều kiện bảo vệ được hiệu chỉnh theo công thức D Ê 8(h - hx) P = 8 ha P D O a Hình 1-3 Trong đó: P là hệ số hiệu chỉnh: P = 2/ Tính toán các phương án bảo vệ. Ta phải tính toán phạm vi bảo vệ của từng nhóm cột để từ đó tìm ra độ cao của các cột thu sét có thể đảm bảo an toàn cho trạm biến áp. Xác định chiều cao tác dụng ha của các nhóm cột dựa theo điều kiện sau D 8(h - hx) = 8 ha ( Đã diễn giải ở 1-5) Khi sét nhóm cột gồm 3 cột hợp với nhau thành một tam giác có 3 cạnh là a, b và c thì D được tính: Trong đó: P là nửa chu vi tam giác ABC Sau khi tính toán độ cao tác dụng ha chung cho cả trạm ta lấy ha cộng với độ cao của vật cần bảo vệ để được độ cao h của cột thu sét. Bán kính bảo vệ của cột thu lôi Nếu hx> thì rx =0,75 h (1-) (1-7) Nếu hxÊ thì rx =1,5 h (1-) (1-8) Trong đó: rx phạm vi bảo vệ của cột thu lôi hx chiều cao của vật cần bảo vệ h chiều cao của cột thu sét. Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột cao bằng nhau là ho a khoảng cách giữa hai cột Tại độ cao hx đó bán kính bảo vệ dọc theo đường nối giữa hai cột được tính theo công thức Nếu hx> thì r0x =0,75 h0 (1-) (1-9) Nếu hxÊ thì r0x =1,5 h0 (1-) (1-10) A/ Phương án I. Sơ đồ bố trí cột thu lôi như hình vẽ (1- 4) Ta có 13 cột thu sét. I/ Tính phạm vi bảo vệ của các nhóm cột 1/ Xét nhóm cột 1, 3, 4: Nhóm cột này tạo thành hình tam giác vuông có các cạnh là: + Cạnh (13) = 60 m + Cạnh (34) = 40 m Đường tròn ngoại tiếp hình tam giác này có đường kính là: D = = 72,11 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu sét để diện tích tam giác 1,3,4 được bảo vệ là: ha ³ = = 9,01 (m) 2/ Xét nhóm cột 1, 2, 4: Nhóm cột này có khoảng cách giữa các cột là: + Cạnh (14) = 72,11 (m) + Cạnh (12) = 64 (m) + Cạnh (24) = = 64,62 (m) Ta có kích thước của p. p = Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột là D = 77,66 (m). Chiều cao tối thiểu ha của cột thu sét để diện tích tam giác 1, 2, 4 được bảo vệ là ha ³ 3/ Xét nhóm cột 2, 4, 5: Nhóm cột này có khoảng cách giữa các cột là + Cạnh (24) = 64,62 (m) + Cạnh (45) = 40 (m) + Cạnh (25) = (m) Ta có kích thước của P là. Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột là D = 67,75 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu xét để diện tích tam giác 2, 4, 5 được bảo vệ là ha ³ 4/ Xét nhóm cột 2, 5, 8: Nhóm cột này có khoảng cách giữa các cột là. + Cạnh (28) = 46 (m) + Cạnh (25) = 62,09 (m) + Cạnh (58) = Ta có kích thước của P là Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột là D = 75,38 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu xét để diện tích tam giác 2, 5, 8 được bảo vệ là ha ³ 5/ Xét nhóm cột 5, 8, 10: Nhóm cột này có khoảng cách giữa các cột là. + Cạnh (58) = 72,11 (m) + Cạnh (510) = 54 (m) + Cạnh (810) = Ta có kích thước của P là Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột là D = 74,04 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu xét để diện tích tam giác 5, 8,10 được bảo vệ là ha ³ 6/ Xét nhóm cột 8, 9, 10: Nhóm cột này có khoảng cách giữa các cột là. + Cạnh (89) = 64 (m) + Cạnh (810) = 61,61 (m) + Cạnh (910) = Ta có kích thước của P là Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột là D = 80,198 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu xét để diện tích tam giác 8, 9, 10 được bảo vệ là ha ³ 7/ Xét nhóm cột 9, 10, 11: Nhóm cột này tạo thành hình tam giác vuông có các cạnh là + Cạnh (911) = 60 (m) + Cạnh (1011) = 50 (m) Đường tròn ngoại tiếp hình tam giác này có đường kính là: D = Chiều cao tối thiểu ha của cột thu xét để diện tích tam giác 9, 10, 11 được bảo vệ là ha ³ 8/ Xét nhóm cột 3, 4, 6 Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 1, 3, 4. Nên D = 72,11 (m) ha ³ 9,01 (m) 9/ Xét nhóm cột 4, 6, 7. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 1, 2, 4. Nên D = 77,66 (m) ha ³ 9,7 (m) 10/ Xét nhóm cột 4, 5, 7. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 2, 4, 5. Nên D = 67,75 (m) ha ³ 8.47 (m) 11/ Xét nhóm cột 5, 7, 12. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 2, 5, 8. Nên D = 75,38 (m) ha ³ 9,42 (m) 12/ Xét nhóm cột 5, 10, 12. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 5, 8, 10. Nên D = 74,04 (m) ha ³ 9,25 (m) 13/Xét nhóm cột 10, 12, 13. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 8, 9, 10. Nên D = 80,198 (m) ha ³ 10,02 (m) 14/ Xét nhóm cột 10, 11, 13. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 9, 10, 11. Nên D = 78,14 (m) ha ³ 9,76 (m) Với các thông số tính toán ta có bảng (1-1) Các nhóm cột D (m) ha (m) 1 - 3 - 4 72,11 9,01 1 - 2 - 4 77,66 9,7 2 - 4 - 5 67,75 8,47 2 - 5 - 8 75,38 9,42 5 - 8 - 10 74,04 9,25 8 - 9 - 10 80,198 10,02 9 - 10 - 11 78,1 9,76 3 - 4 - 6 72,11 9,01 4 - 6 - 7 77,66 9,7 4 - 5 - 7 67,75 8,47 5 - 7 - 12 75,38 9,42 5 - 10 - 12 74,04 9,25 10 - 12 - 13 80,198 10,01 10 - 11 - 13 78,1 9,76 Qua bảng thống kê trên ta thấy ha = 10,02 là lớn nhất. Do vậy ta chọn độ cao tác dụng chung cho các cột là: ha ³ 10,02 (m) II/ Tính độ cao h của các cột thu lôi. + Phía 220 kv Độ cao lớn nhất cần được bảo vệ là 16 m Độ cao các cột thu lôi phía 220kv là: h = ha + hx = 10,02+ 16 = 26,02 (m) Để cho các cột thu lôi không phải làm việc ở trạng thái căng ta nâng độ cao lên đến 27 m. + Phía 110 kv Độ cao lớn nhất cần được bảo vệ là xà cao11 m Độ cao các cột thu lôi phía 110kv là: h = ha + hx = 11+ 10,02 = 21,02 (m) Để cho các cột thu lôi không phải làm việc ở trạng thái căng ta nâng độ cao lên đến 22m. III/ xác định phạm vi bảo vệ giữa hai cột. 1/ Xét đôi cột 1 - 2. Đây là hai cột cao 27 m Có khoảng cách giữa hai cột a = 64 m Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là: ho = h - (m) Bán kính rox ứng với độ cao hx = 16 m > 2/ Xét đôi cột 1 - 3. Đây là hai cột cao 27 m Có khoảng cách giữa hai cột a = 60 m Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là: Bán kính rox ứng với độ cao hx = 16 m > rox = 0,75 ho (1- (m) 3/ Xét đôi cột 2 - 8: Đôi cột này có khoảng cách giữa hai cột là 46m.Là hai cột cao không bằng nhau 27m và 22m. (*) Khi trường hợp có hai cột cao không bằng nhau. Trường hợp này ta kẻ một đường thẳng từ đỉnh cột thấp sang ngang gặp đường sinh cao ở đâu thì điểm đó coi là một cột thu sét giả định hợp với cột thấp thành một đôi cột cao bằng nhau. Khoảng cách giữa hai cột là a. Vậy thì khoảng cách từ cột thấp tới cột giả định là a' và từ cột giả định tới cột cao có một khoảng cách x nào đó và x = a - a' hay a' = a - x Vậy khoảng cách giả định x là. Trong đó: h1 là độ cao cột cao h2 là độ cao cột thấp. + Vậy khoảng cách giả định x (Bán kính bảo vệ của cột cao với độ cao bằng độ cao cột thấp ) Khoảng cách từ cột thấp tới cột giả định là a' a' = a - x = 46 - 4,4 = 41,6 (m) Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột h0 = 22 - (m) (+ ) Với hx = 16 m > (+ ) Với hx = 11 m > 4/ Xét đôi cột 8 - 9: Đây là hai cột cao 22m Khoảng cách giữa hai cột là a = 64 m Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là. h0 = h - (m) Bán kính rox ứng với độ cao hx = 11m > ho = 8,57 (m) = 0,75.12,86(1-= 1,39 (m) 5/ Xét đôi cột 9 - 11: Đây là hai cột cao 22m Khoảng cách giữa hai cột là a = 60 m Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là h0 = h - (m) Bán kính rox ứng với độ cao hx = 11m > ho = 8,95 (m) = 0,75.13,43(1-= 1,82 (m) 6/ Xét đôi cột 3 - 6. Đôi cột này có kích thước như đôi cột 1 - 3. Ta có rox = 1,81 (m) 7/ Xét đôi cột 6 - 7. Đôi cột này có kích thước như đôi cột 1 - 2. Nên rox = 1,38 (m) 8/ Xét đôi cột 7 - 12. Đôi cột này có kích thước như đôi cột 2 - 8. Nên + Với hx = 16m rox = 0,045 (m) + Với hx = 11m rox = 3,78 (m) 9/ Xét đôi cột 12 - 13. Đôi cột này có kích thước như đôi cột 8 - 9. Nên rox = 1,39 (m) 10/ Xét đôi cột 11 - 13. Đôi cột này có kích thước như đôi cột 9 - 11. Nên rox = 1,82 (m) IV/ tính phạm vi bảo vệ của cột thu xét. + Loại cột cao 27. Với hx = 16m < h = 18(m) - Với hx = 11m < h = 18m + Loại cột cao 22. - Với hx = 11m < h = 14,66 m - Với hx = 16m >h = 14,66 m Thông số tính toán bảo vệ của từng đôi cột (Bảng 1 - 2) Đôicột hx(m) a(m) ho (m) rox(m) 1 - 2 27 64 17,85 1,38 1 - 3 27 60 18,42 1,81 2 - 8 27 22 46 46 16,05 16,05 0,045 3,78 8 - 9 22 64 12,86 1,39 9 - 11 22 60 13,43 1,82 11 -13 22 60 13,43 1,82 3 - 6 27 60 18,42 1,81 6 - 7 27 64 17,85 1,38 7 - 12 27 22 46 46 16,05 16,05 0,045 3,78 12 -13 22 64 12,86 1,39 Sơ đồ phạm vi bảo vệ của các cột thu sét được vẽ ở trang sau (hình 1 -5) B/ phương án II. Sơ đồ bố trí cột thu lôi như hình vẽ (1 - 6) Ta bố trí 12 cột thu sét. I/ Tính toán phạm vi bảo vệ của cac nhóm cột 1/ Xét nhóm cột 1, 3, 4. Nhóm cột này tạo thành hình tam giác vuông có các cạnh là. + Cạnh (13) = 60 m + Cạnh (34) = 54 m Đường tròn ngoại tiếp hình tam giác này có đường kính là: D = Chiều cao tối thiểu ha của cột thu sét để diện tích tam giác 1, 3, 4 được bảo vệ là. 2/ Xét nhóm cột 1, 2, 4. Nhóm cột có khoảng cách giữa các cột là: + Cạnh (14) = 80,72 m + Cạnh (1 2) = 64 m + Cạnh (2 4) = Ta có kích thước của P là Đường kính vòng tròn ngoại tiếp qua 3 đỉnh cột là. D = 81,83 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu sét để diện tích tam giác 1, 2, 4 được bảo vệ là: 3/ Xét nhóm cột 2, 4, 9. Nhóm cột có khoảng cách giữa các cột là. + Cạnh (2 4) = 60,72 m + Cạnh (49) = 71 m + Cạnh (2 9) = Ta có kích thước của P là Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác 2, 4, 9 qua 3 đỉnh cột là: D = 86,74 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu sét để diện tích tam giác 2, 4, 9 được bảo vệ là. 4/ Xét nhóm cột 2, 7, 9. Nhóm cột có khoảng cách giữa các cột là: + Cạnh (2 7) = 56 m + Cạnh (2 9) = 85,56 m + Cạnh (7 9) = Ta có kích thước của P là Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột là. D = 85,86 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu sét để diện tích tam giác 2, 7, 9 được bảo vệ là. 5/ Xét nhóm cột 8, 9, 10. Nhóm cột này tạo thành hình tam giác vuông có các cạnh là. + Cạnh (9 10) = 59 m + Cạnh (8 10) = 60 m Đường tròn ngoại tiếp hình tam giác vuông này có đường kính là. D = Chiều cao tối thiểu ha của cột thu sét để diện tích tam giác 8, 9, 10 được bảo vệ là. 6/ Xét nhóm cột 7, 8, 9. Nhóm cột có khoảng cách giữa các cột là: + Cạnh (78) = 64 m + Cạnh (7 9) = 60,2 m + Cạnh (8 9) = 84,15 m Ta có kích thước của P là Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột là: D = 83,3 (m) Chiều cao tối thiểu ha của cột thu sét để diện tích tam giác 7, 8, 9 được bảo vệ là. 7/ Xét nhóm cột 3, 4, 5 Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 1, 3, 4. Nên D = 80,72 (m) ha ³ 10,09 (m) 8/ Xét nhóm cột 4, 5, 6. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 1, 2, 4. Nên D = 81,83 (m) ha ³ 10,22 (m) 9/ Xét nhóm cột 4, 6, 9. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 2, 4, 9. Nên D = 86,74 (m) ha ³ 10,84 (m) 10/ Xét nhóm cột 6, 9, 11. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 2, 7, 9. Nên D = 85,86 (m) ha ³ 10,73 (m) 11/ Xét nhóm cột 9, 10, 12. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 8, 9, 10. Nên D = 84,15 (m) ha ³ 10,51 (m) 12/ Xét nhóm cột 9, 11, 12. Nhóm cột này có kích thước các cạnh tương ứng và bằng nhóm cột 7, 8, 9. Nên D = 83,3 (m) ha ³ 10,41 (m) Với các thông số tính toán được ta có bảng 1 - 3. Các nhóm cột D (m) ha (m) 1 - 3 - 4 80,72 10,09 1 - 2 - 4 81,83 10,22 2 - 4 - 9 86,74 10,84 2 - 7 - 9 85,86 10,73 8 - 9 - 10 84,15 10,51 7 - 8 - 9 83,3 10,41 3 - 4 - 5 80,72 10,09 4 - 5 - 6 81,83 10,22 4 - 6 - 9 86,74 10,84 6 - 9 - 11 85,86 10,73 9 - 10 - 12 84,15 10,51 9 - 11 - 12 83,3 10,41 Qua bảng thống kê trên ta thấy ha = 10,84 là lớn nhất. Do vậy ta chọn độ cao tác chung cho các cột là: ha ³ 10,84 (m) + ở phía 220 kv để bảo vệ cho hx = 16 m để tránh cho cột làm việc căng và dễ dàng cho gia công lắp đặt ta lấy tròn ha = 11 m h = ha + hx = 16 + 11 = 27 (m) + ở phía 110 kv để bảo vệ cho hx = 11 m để tránh cho cột làm việc căng và dễ dàng cho gia công lắp đặt ta lấy tròn ha = 11 m h = ha + hx = 11 + 11 = 22 (m) II/ Xác định phạm vi bảo vệ giữa hai cột. 1/ Xét đôi cột 1 - 2. Đây là hai cột cao 27 m. Có khoảng cách giữa hai cột a = 64 m Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là: ho = h - Bán kính rox ứng với độ cao hx = 16 m > 2/ Xét đôi cột 1 - 3. Đây là hai cột cao 27 m Có khoảng cách giữa hai cột a = 60 m Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là: ho = h - Bán kính rox ứng với độ cao hx = 16 m > 3/ Xét đôi cột 2 - 7. Đây là hai cột cao không bằng nhau 27m và 22m. Khoảng cách giữa hai cột là a = 56 m. Khoảng cách từ cột cao tới cột giả định x (Bán kính phạm vi bảo vệ của cột cao với độ cao bằng độ cao cột thấp). Trong đó: h2 là độ cao cột cao h1 là độ cao cột thấp. Ta có: Khoảng cách từ cột thấp tới cột giả định là a' a' = a - x = 56 - 4,4 = 51,6 (m) Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột h0 = h - (m) (+ ) Với hx = 16 m > (*) Vì bán kính bảo vệ giữa hai cột 2 - 7 nhỏ hơn không. Nên không đảm bảo, bảo vệ an toàn cho trạm biến áp . Nên ta tiến hành nâng độ cao của các cột phía 110 kv lên 24 m. Ta tính lại đôi cột 2 - 7. Như sau. (*) Đây là hai cột cao không bằng nhau 27m và 24m. Khoảng cách giữa hai cột là a = 56 m. Khoảng cách từ cột cao tới cột giả định x Bán kính phạm vi bảo vệ của cột cao với độ cao bằng độ cao cột thấp. Khoảng cách từ cột thấp tới cột giả định là a' a' = a - x = 56 - 2,54 = 53,46 (m) Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột h0 = h - (m) (+ ) Với hx = 16 m > (+ ) Với hx = 11 m > 4/ Xét đôi cột 7 - 8. Đây là hai cột cao 24 m Có khoảng cách giữa hai cột a = 64 m Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là. ho = h - Bán kính rox ứng với độ cao hx là hx= 11 m > 5/ Xét đôi cột 8 - 10. Đây là hai cột cao 24 m Có khoảng cách giữa hai cột a = 60 m Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là: ho = h - Bán kính rox ứng với độ cao hx = 11 m > 6/ Xét đôi cột 3 - 5. Đôi cột này có kích thước như đôi cột như đôi cột 1 - 3. Nên rox = 1,81(m) 7/ Xét đôi cột 5 - 6. Đôi cột này có kích thước như đôi cột như đôi cột 1 - 2. Nên rox = 1,38 (m) 8/ Xét đôi cột 6 - 11. Đôi cột này có kích thước như đôi cột như đôi cột 2 - 7. Nên + Với hx = 16m rox = 0,27 (m) + Với hx = 11m rox = 4,02 (m) 9/ Xét đôi cột 11 - 12. Đôi cột này có kích thước như đôi cột như đôi cột 7 - 8. Nên rox = 2,88 (m) 10/ Xét đôi cột 10 - 12. Đôi cột này có kích thước như đôi cột như đôi cột 8 - 10. Nên rox = 3,31 (m) III/ tính phạm vi bảo vệ của cột thu sét. + Loại cột cao 27. Với hx = 16m < h = 18m (m) Với hx = 11m < h = 18m (m) + Loại cột cao 24. Với hx = 11m < h = 16 m Với hx = 16m = h = 16 m Tiến hành vẽ phạm vi bảo vệ Với các kết quả tính toán ta có bảng 1 - 4. Đôicột hx(m) a(m) ho (m) rox(m) 1 - 2 16 64 17,85 1,38 1 - 3 16 60 18,42 1,81 2 - 7 16 11 56 56 16,36 16,36 0,27 4,02 7 - 8 11 64 14,85 2,88 8 - 10 11 60 15,42 3,31 10 - 12 11 60 15,42 3,31 3 - 5 16 60 18,42 1,81 5 - 6 16 64 17,85 1,38 6 - 11 16 11 56 56 16,36 16,36 0,27 4,02 11 - 12 11 64 14,85 2,28 Bảng 1 - 4. Chương II Nối đất trạm biến áp 220/110KV I. Mở đầu Bộ phận nối đất là phần cuối của mạch bảo vệ chống sét và đóng một vai trò trò quan trọng trong hệ thống điện. Một vật bằng sắt hoặc hoặc thép có hình dạng, kích thước bất kỳ chôn trong đất có liên hệ về mặt dẫn điện và cũng với đất tạo nên một điện trở đầu có thể gọi là bộ phận nối đất. Một tập hợp nhiều bộ phận nối đất thì được gọi là hệ thống nối đất. Nhiệm vụ của hệ thống nối đất là tản dòng điện sét xuống đất đảm bảo điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Trong việc bảo vệ quá điện áp thì nối đất của trạm, cột thu lôi, đường dây và của thiết bị chống sét rất quan trọng Trong hệ thống điện có ba loại nối đất khác nhau. 1.Nối đất làm việc Nhiệm vụ của loại nối đất này là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hay một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã được qui định sẵn. Loại nối đất này gồm có nối đất điểm trung tính MBA, nối đất của MBA đo lường và của kháng điện dùng trong bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa. 2.Nối đất an toàn (bảo vệ) Loại nối đất này có nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình thường không mang điện (vỏ máy, thùng MBA, máy cắt điện, các giá đỡ bằng kim loại chân sứ...) Khi cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này có điện thế nhưng do đã được nối đất nên giữ mức điện thế thấp... Do đó đảm bảo an toàn cho con người khi tiếp xúc với chúng. 3. Nối đất chống sét Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét vào trong đất (khi có sét đánh vào cột thu sét, đường dây... ) Để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn... Do vậy hạn chế được các phóng điện ngược tới các công trình cần bảo vệ. Trong các nhà máy điện và trạm biến áp về nguyen tắc phải tách rời hai hệ thống nối đất làm việc và nối đất bảo vệ để đề phòng khi có dòng điện ngắn mạch lớn (dòng điện sét) đi vào hệ thống thì nối đất làm việc sẽ không gây điện thế cao trên hệ thống nối đất bảo vệ. Nhưng trong thực tế thì điều này khó thực hiện được bởi vì nhiều lý do. Cho nên thường chỉ dùng một hệ thống nối đất cho hai nhiệm vụ. Do vậy để hệ thống nối đất chung đó phải thoả mãn yêu cầu của các thiết bị, cần có điện trở nối đất bé nhất không vượt quá 0,5W + Để đảm bảo yêu cầu về đất cũng như để giảm khối lượng kim loại trong việc xây dựng hệ thống nối đất cần tận dụng các loại nối đất tự nhiên như. ống nước chôn dưới đất hay các ống kim loại khác (Không chứa chất dễ nổ, dễ cháy) Hệ thống dây chống sét cột. Kết cấu kim loại của các công trình (như ở các nhà máy thuỷ điện) Khi tận dụng các loại nối đất tự nhiên cần phải tuân theo các đường quy định của quy phạm. Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn các yêu cầu với các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì không cần phải làm thêm nối đất nhân tạo nữa. Nhưng đối với các thiết bị có dòng điẹn ngắn mạch lớn thì cần phải có nối đất nhân tạo và yêu cầu nhỏ hơn 1W. a.Trị số cho phép của các điện trở nối đất Trị số của điện trở nối đất căn bản phụ thuộc vào điện trở lớp đất ở mặt tiếp xúc với bộ phận nối đất khi có dòng điện đi qua. Có nghĩa là phụ thuộc vào trị số điện trở suất của đất (r = W/cm). Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và cách bố trí bộ phận nối đất trong đất. Mức độ an toàn của hệ thống bảo vệ chống sét hay là việc làm tiêu tán nhanh dòng điện sét trong đất phụ thuộc hoàn toàn vào vị trí số điện trở nối đất. Nếu trị số điện trở nối đất càng nhỏ thì mức độ an toàn của hệ thống bảo vệ chống sét càng cao. Nhưng việc giảm trị số điện trở nối đất sẽ làm cho giá thành xây dựng tăng lên nhiều vì số lượng kim loại tăng. Do vậy cần phải qui định trị số cho phép của điện trở nối đất. Đối với hệ thống nối đất làm việc thì trị số của nó phải thoả mãn các yêu cầu của tình trạng làm việc của mỗi thiết bị. -Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính nối đất trực tiếp yêu cầu điện trở nối đất là: RÊ0,5 (W) -Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính cách điện với đất thì yêu cầu. (Nêú hệ thống đó chỉ dùng cho các thiết bị cao áp) Nếu hệ thống có điểm trung tính nối đất cách điện và hệ thống nối đất cho cả các thiết bị cao áp và hạ áp thì yêu cầu: RÊ. Dòng điện I tuỳ thuộc vào mỗi trường hợp có giá trị khác nhau. Dòng điện dùng cho mỗi trường hợp sẽ có giá trị khác nhau b. Hệ số mùa. Đất là môi trường phức tạp không đồng nhất về kết cấu cũng như về thành phần.Do đó điện trở suất của đất phụ thuộc nhiều vào các yếu tố: thành phần, độ ẩm, nhiệt độ... của đất. Do khí hậu thay đổi theo các mùa nên các yếu tố trên cũng thay đổi, đặc biệt với lớp đất ở trên. Đối với lớp đất ở dưới sâu thì sự dao động ít hơn. Vì vậy khi thiết kế một hệ thống nối đất cần chú ý đến trị số tính toán điện trở suất của đất. r = rđo. kmùa Trong đó: rđo là điện trở suất đo được đã cho kmùa là hệ số mùa (phụ thuộc vào dạng cực và độ chôn sâu của nối đất và khi đo đất khô hay ẩm ) II. Tính toán nối đất an toàn. Đây là trạm biến áp 220/110 KV là mạng có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu đối với nối đất an toàn phải. R Ê 0,5 ( Phần điện trở nối đất R này bao gồm hai thành phần. Phần điện trở nối đất tự nhiên ( Rtn ) Phần điện trở nối đất nhân tạo ( Rnt) Do vậy điều kiện của điện trở nối đất là Rnt // Rtn Ê 0,5( ) R nt Ê 1,0 ( 1. Điện trở nối đất tự nhiên Trạm thiết kế có dây chống sét dùng để bảo vệ đường dây kéo vào tận xà trạm. Do vậy phần điện trở nối đất tự nhiên là điện trở của hệ thống dây chống sét, cột liên hệ với trạm. a.Điện trở nối đất tự nhiên của đường dây 220KV Xét đường dây 220KV được bảo vệ bằng dây chống sét toàn tuyến (m ỏ 20) Số lượng đường dây là 2, dùng cột sắt mỗi đường dây có hai dây chống sét có kết cấu giống nhau. Chiều dài khoảng vượt. l = 300m = 0,3 km. Dây chống sét dùng loại PC - 70 có R0 = 2,38 (/km) Rc: điện trở nối đất của cột vì r =0,9. 104 <1. 104 . Nên ta lấy Rc =10 + Điện trở nối đất của hai dây chống sét trong một khoảng vượt Rcs = R0 l = (2-1) = 0,375( + Điện trở của dây chống sét -cột của một đường dây 220KV vào trạm. (2-2) + Điện trở của hai dây chống sét cột của hai lộ đường dây 220KV. = . 1,75 = 0, 875 b.Điện trở nối đất của đường dây 110 KV Xét đường đây 110 KV vào trạm. -Các đường dây được boả vệ bằng dây chống sét toàn tuyến (m >20) -Có ba đường dây vào trạm dùng dây chống sét -Các cột đều có điện trở nối đất. RC = 10 (W) -Dây chống sét dùng loại Pc-17 có R0 = 2,38 (W/km) -Chiều dài khoảng vượt. l = 200m = 0,2km (2-1) + Điện trở nối đất của hai dây chống sét trong một khoảng vượt. + Điện trở của dây chống sét – cột của một đường dây 110 KV vào trạm (2-2) + Điện trở dây chống sét - cột của ba lộ đường dây 110 Kv c.Điện trở nối đất dây chống sét - cột của tất cả các đường dây nối vào trạm Kết luận: Mặc dù trạm có nối đất tự nhiên bằng 0,31 < 0,5 W nhưng do điện trở tự nhiên thường xuyên biến đổi. Để đảm bảo an toàn với trạm này vẫn cần phải có nối đất nhân tạo với yêu cầu. Rnt Ê1 W 2.Điện trở nối đất nhân tạo a.Phương pháp tính toán và các thông số. Song song với việc thực hiện yêu cầu với điện trở nối đất Rnt // Rtn Ê 0,5 (W) Rnt Ê 1,0 (W) Sẽ phải sử dụng biện pháp cân bằng điện để tạo nên sự phân bố điện áp đều trên bề mặt đất, làm giảm điện áp bước, và điện áp tiếp xúc Với mục đích đó em dùng nối đất mạch vòng bố trí dọc theo chu vi trạm để làm tăng điện áp của phần mặt đất phía bên trong và như vậy sẽ giảm được trị số điện áp tiếp xúc và điện áp bước. Mạch vòng bao quanh trạm có dạng hình chữ nhật ABCD có kích thước. l1=200 m l2=150 m Sơ đồ nối mạch vòng của trạm biến áp như hình vẽ (2-1) Tại hệ thống nối đất này em chọn sắt chạy dọc sung quanh chu vi trạm. 200m 150m Hình 2-1 Có d= + Điện trở mạch vòng xác định theo công thức. Trong đó: r = rđo.Kmùa là điện trở suất tính toán của mạch vòng.Tra bảng (2–1) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” ta có: Kmùa = 1,6 vậy r = rđ.1,6 = 0,9.1,6.102=1,44.102 (W.m). L là chu vi mạch vòng: L = 2.(l1 + l2) = 2.(150+ 200) = 700m. d là đường kính thanh nối: d = 0,02m t là độ chôn sâu (để đảm bảo cho r ổn định ): t = 0,8m. k là hệ số phụ thuộc hình dạng của hệ thống nối đất. Ta có: k= Tra bảng (2 – 6) sách “hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp KTĐCA” được k =5,81. Thay số vào biểu thức (ta có: Nhận xét: Dựa vào sơ đồ trạm và trên cơ sở mục đích yêu cầu của nối đát an toàn ta có Rnt =0,603 bảo đảm thoả mãn điều kiện nối đất an toàn của trạm.Ngoài ra còn tận dụng được các dạng nối đất tự nhiên. III.TíNH TOáN NốI ĐấT CHốNG SéT 1.Mở ĐầU Khi có dòng điện đi vào bộ phận nối đất nếu tốc độ biến thiên của dòng điện theo thời gian là rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn khômg cho dòng điện đi đến phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân bố không đều. Sau một thời gian ảnh hưởng của điện cảm mất dần điện áp sẽ phân bố nhiều hơn. Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian. T= L.g.l2 (2-5) (T tỉ lệ với điện cảm tổng Ll và điện dẫn tổng gl của điện cực ) + .Từ biểu thức trên ta thấy khi dòng điện tản trong đất là dòng một chiều hay xoay chiều tần số công nghiệp. + ảnh hưởng của L không đáng kể vào bất kỳ hình thức nối đất nào (thẳng đứng hay nằm ngang )cùng đều biểu thị trị số điện tản. Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét tham số biểu thị của nối đất phụ thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng dòng điện khi T<< Tđs (khidòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này ứng với hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh ngang có chiều dài không lớn lắm và được gọi là nối đất tập trung. Nếu điện cực dài hằng số thời gian có thể đạt tới mức Tđs và tại thời điểm dòng điện đạt trị số cực đại. Qúa trình quá độ chưa kết thúc và như đã phân tích tác dụng của điện cảm, nối đất sẽ thể hiện như một tổng trở Z có trị số rất lớn so với trị số dòng điện tản. Đây được gọi là._.