Ki Thuat Cao AP Qua Dien AP Trong He Thong Dien

ĐAÏI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN Nhoùm moân hoïc: CAO AÙP – VAÄT LIEÄU Môn học

KỸ THUẬT CAO ÁP QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ________________________________________________

Trao đổi trực tuyến tại: http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

Tài liệu tham khaûo  Kỹ thuật cao áp II – TS. HOÀNG VIỆT

 Bài tập KTCA – TS. HỒ VĂN NHẬT

CHƯƠNG  Extra High Voltage AC Transmission Engineering ( 3rd edition) – Rakosh Das Begamudre

MỤC TIÊU CỦA MÔN HỌC  NGUỒN GỐC, ĐẶC ĐIỂM VÀ TÁC HẠI

CỦA CÁC DẠNG QUÁ ĐIỆN ÁP XẢY RA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN  CÁC BIỆN PHÁP ĐỂ NGĂN NGỪA, HẠN CHẾ TÁC HẠI CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP ĐỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

QUÁ ĐIỆN ÁP(OVERVOLTAGE) ?

LÀ THÀNH PHẦN ĐIỆN ÁP CÓ THỜI GIAN BIẾN THIÊN RẤT NGẮN ( 10-6 s) VÀ BIÊN ĐỘ LỚN

NGUỒN GỐC SINH RA QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN? HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT QUÁ TRÌNH ĐÓNG CẮT CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÁC SỰ CỐ XẢY RA TRONG HỆ THỐNG

CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN SÉT Seùt laø hieän töôïng phoùng ñieän trong khí quyeån giöõa ñaùm maây doâng mang ñieän tích vôùi ñaát hoaëc giöõa caùc ñaùm maây doâng mang ñieän tích traùi daáu nhau. Ñieän aùp giöõa maây doâng vaø ñaát coù theå ñaït tôùi trò soá haøng chuïc, thaäm chí haøng traêm trieäu volt. Chieàu daøi trung bình cuûa khe seùt khoaûng 3 – 5 km, phaàn lôùn chieàu daøi ñoù phaùt trieån trong caùc ñaùm maây doâng.

1.1 NGUỒN GỐC SINH RA PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.2 CÁC DẠNG PHÓNG ĐIỆN SÉT

Phóng điện bên trong đám mây

Phóng điện sét mây-đất

Phóng điện mây-mây

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 1 Thoaït tieân xuaát phaùt töø maây doâng moät daõy saùng môø keùo daøi töøng ñôït giaùn ñoaïn veà phía maët ñaát vôùi toác ñoä trung bình khoaûng 105 – 107 m/s. Ñaây laø giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo töøng ñôït ñöôïc goïi laø tieân ñaïo baäc.

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 1 Keânh tieân ñaïo laø moät doøng plasma maät ñoä ñieän tích khoâng cao laém, khoaûng 1013 – 1014 ion/m3. Moät phaàn ñieän tích aâm traøn vaøo keânh vaø phaân boá töông ñoái ñeàu doïc theo chieàu daøi cuûa noù.

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 1 Dưới taùc duïng cuûa ñieän tröôøng cuûa ñieän tích aâm treân ñaùm maây vaø trong keânh tieân ñaïo, vuøng ñaát beân döôùi seõ coù söï taäp trung caùc ñieän tích caûm öùng traùi daáu. Vò trí taäp trung ñieän tích caûm öùng coù theå ngay beân döôùi ñaùm maây, hay ôû nhöõng nôi coù ñieän daãn cao

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 1 Trong giai ñoaïn ñaàu, höôùng phaùt trieån cuûa caùc tia tieân ñaïo laø ngaãu nhieân tuaân thuû theo nguyeân taéc laø phaùt trieån theo höôùng coù cöôøng ñoä ñieän tröôøng cao nhaát

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 1 Khi keânh tieân ñaïo ñaït ñeán moät ñoä cao nhaát ñònh, goïi laø ñoä cao ñònh höôùng, thì höôùng phaùt trieån cuûa tia tieân ñaïo seõ chòu aûnh höôûng cuûa caùc vaät beân döôùi maët ñaát, nôi coù söï taäp trung ñieän tích caûm öùng cao

Do ñoù, vò trí ñoå boä cuûa doøng seùt coù tính choïn loïc

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 1 ÔÛ caùc vò trí taäp trung ñieän tích traùi daáu vôùi maät ñoä cao, cöôøng ñoä ñieän tröôøng cuïc boä trong khoâng khí taïi ñoù cao laøm xuaát hieän söï ion hoùa khoâng khí, taïo neân doøng tieân ñaïo phaùt trieån töø beân döôùi höôùng leân ñaùm maây, chieàu daøi cuûa keânh tieân ñaïo ngöôïc naøy coù theå leân ñeán vaøi traêm m. Ñaây chính laø quaù trình phoùng ñieän ñoùn seùt, taïo ñieàu kieän ñònh höôùng doøng seùt vaøo vò trí ñoù

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT Giai ñoaïn 2 Giai ñoaïn phoùng ñieän chính, hay phoùng ñieän ngöôïc. Khi keânh tieân ñaïo xuaát phaùt töø ñaùm maây doâng tieáp caän maët ñaát hay keânh tieân ñaïo ngöôïc, cöôøng ñoä ñieän tröôøng trong khoaûng caùch khí taêng cao gaây ion hoùa maõnh lieät khoâng khí daãn ñeán söï hình thaønh doøng plasma môùi, coù maät ñoä ñieän tích taêng cao hôn nhieàu so vôùi ban ñaàu 1016 ñeán 1019 ion/m3.

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 2 Caùc ñieän tích caûm öùng döôùi maët ñaát traøn leân trung hoøa caùc ñieän tích trong keânh tieân ñaïo töø ñaùm maây. Caùc ñieän tích caûm öùng naøy tieáp tuïc ñi theo ñöôøng cuûa phoùng ñieän tieân ñaïo ban ñaàu, tieáp tuïc höôùng leân ñaùm maây, hình thaønh neân keânh phoùng ñieän chính

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 2 Maät ñoä ñieän tích trong keânh phoùng ñieän chính raát cao, laøm ñoát noùng maõnh lieät keânh phoùng ñieän naøy, nhieät ñoä coù theå leân tôøi 2-3 chuïc ngaøn ñoä C(gaáp 3 laàn nhieät ñoä beà maët maët trôøi). Chính vì vaäy, keânh phoùng ñieän chính saùng choùi chang, maø ta thaáy döôùi daïng caùc tia chôùp.

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 2 Vôùi löôïng nhieät khoång loà naøy, lôùp khoâng khí xung quanh keânh phoùng ñieän chính bò ñoát noùng, giaûn nôû ñoät ngoät taïo ra nhöõng ñôït soùng aâm maõnh lieät, maø ta goïi laø saám

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 2 Khi keânh phoùng ñieän chính leân ñeán ñaùm maây doâng, doøng seùt coù giaù trò lôùn nhaát, ñaây chính laø doøng ngaén maïch khoaûng caùch khí giöõa maây vaø ñaát, coù giaù trò trong khoaûng töø 1kA ñeán haøng traêm kA

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

Giai ñoaïn 3

Giai ñoaïn keát thuùc

Khi keânh phoùng ñieän chính leân ñeán ñaùm maây doâng, caùc ñieän tích caûm öùng töø maët ñaát leân theo, traøn vaøo vaø trung hoøa caùc ñieän tích traùi daáu treân ñaùm maây, caùc ñieän tích (aâm) coøn thöøa treân ñaùm maây seõ theo keânh phoùng ñieän chaïy xuoáng maët ñaát. Doøng seùt coù trò giaûm daàn

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT

1-Giai đoạn phóng điện tiên đạo

1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT (20-50ms)

2-Giai đoạn phóng điện ngược

3-Giai đoạn kết thúc phóng điện

Phòng thí nghiệm nghiên cứu về hiện tượng phóng điện sét

1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT

1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT Bieåu thöùc toaùn hoïc ñöôïc vieát nhö sau

Trong ñoù :

I

1, 2  ñs s

: haèng soá coù thöù nguyeân laø doøng ñieän (kA).

: haèng soá coù thöù nguyeân laø thôøi gian (µs). : thôøi gian ñaàu soùng (µs). : thôøi gian soùng (µs). Ñoä doác ñaàu soùng cuûa doøng seùt

a

Im

 ds

(kA /  s )

1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT Xaùc suaát xuaát hieän doøng seùt coù bieân ñoä lôùn hôn Im(kA) 100 Dong bang 90

Mien nui

80

  e , DB vI m   I  m e 13 , DN  Im  26

70

Is(kA)

60 50 40 30 20 10 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5 Vis

0.6

0.7

0.8

0.9

1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT Xaùc suaát xuaát hieän doøng seùt coù ñoä doác ñaàu soùng a(kA/ µs) 100 Dong bang 90

 , DB e va   a   7,82 , DN e a  15,7

Doi nui

80 70

a(kA/  s)

60 50 40 30 20 10 0 0

0.1

0.2

0.3 Va

0.4

0.5

0.6

1.6 CƯỜNG ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA SÉT VÀ MẬT ĐỘ SÉT

Cường độ hoạt động của seùt laø soá ngaøy coù doâng seùt trung bình trong naêm: n (ngaøy seùt/naêm) Vuøng cöïc: 2-3, oân ñôùi: 30-50, nhieät ñôùi: 75-100, xích ñaïo 100-150 (ngaøy seùt/naêm) Maät ñoä seùt laø soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân 1 ñôn vò dieän tích maët ñaát trong 1 ngaøy coù doâng seùt: m (laàn/km2.ngaøy seùt) Maät ñoä seùt trung bình trong năm: m.n (laàn/km2/năm)

Số liệu về mật độ sét tại các địa danh ở Việt Nam (2007)

Số liệu về mật độ sét tại các địa danh ở Việt Nam (2007)

Số liệu về mật độ sét tại các địa danh ở Việt Nam (2007)

Số liệu về mật độ sét tại các địa danh ở Việt Nam (2007)

Số liệu về mật độ sét tại các địa danh ở Việt Nam (2007)

Số liệu về mật độ sét tại các địa danh ở Việt Nam

Số liệu về mật độ sét tại các địa danh ở Việt Nam (2007)

THE END

ĐAÏI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

Môn học

KỸ THUẬT CAO ÁP

Trao đổi trực tuyến tại: http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html 9/9/2011

2

CHƯƠNG II

BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN Boä phaän thu seùt (100mm2)

(1)

(2)

//////

Boä phaän daãn doøng seùt (50mm2)

////// (3)

RX

Boä phaän noái ñaát

Mô hình A.Kopian:

Bằng thực nghiệm trên mô hình và xử lý dữ liệu theo nguyên lý thống kê Tỷ số k =H/h 1

R

• Khi h ≤30m, k = 20 • Khi h >30m, H = 600m

2

H

4

h

hx 3

rx

Mô hình A.Kopian:

R=3,5h

Khu vực có xác suất 100% sét đánh vào cột thu sét: R=3,5h

H h

Mô hình A.Kopian:

Phương pháp thực nghiệm trên mô hình này đã đưa ra được công thức xác định phạm vi bảo vệ của cột thu sét sẽ được trình bày ở phần sau

rx

Mô hình A.Kopian:

Mô hình A.Kopian:

I. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA CTS 1.

Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS(2)

Khi coâng trình caàn baûo veä chieám moät dieän tích roäng lôùn thì ngöôøi ta thöôøng duøng moät heä thoáng nhieàu coät thu seùt ñeå baûo veä. Ñeå xaùc ñònh phaïm vi baûo veä, ngöôøi ta chia heä thoáng coät thu seùt thaønh töøng nhoùm 3 hoaëc 4 coät thu seùt. Beân ngoaøi dieän tích cuûa ña giaùc ñi qua chaân caùc coät thu seùt ( hình tam giaùc hoaëc hình chöõ nhaät ) phaïm vi baûo veä ñöôïc xaùc ñònh nhö giöõa töøng ñoâi coät thu seùt vôùi nhau. Coøn taát caû caùc thieát bò coù ñoä cao lôùn nhaát hx ñaët trong dieän tích cuûa ña giaùc seõ ñöôïc baûo veä an toaøn neáu ñieàu kieän sau ñöôïc thoûa maõn : D ≤ 8 (h – hx ) p Trong ñoù: h : ñoä cao cuûa coät thu seùt. hx : ñoä cao lôùn nhaát cuûa cao trình. D : ñöôøng kính ñöôøng troøn ngoaïi tieáp ña giaùc.

3. Phaïm vi baûo veä cuûa heä nhieàu CTS (n>2) a rX 2

1

rX 1

r 0X12

4

a

b r 0X13

D

r 0X2

r 0X23

b

c

r 0X1 2

3

3

1500 1500 4000

A

78,5m

2500 2500 1000

3000

B

4000

3000

3000

3000

3000

RAÕNH CAÙP ÑIEÀU KHIEÅN

7000

4500

1T 60 MVA

2T 60 MVA

10000

5000

RAÕNH CAÙP LÖÏC 22 KV

10000

B

PHOØNG THIEÁT BÒ PHAÂN PHOÁI 22 KV

PHOØNG VAÄN HAØNH 35000

4000

Xaø ñôõ thanh goùp

3000 1000 3000

3000

3000

3000

Xaø ñôõ daây

A

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CAO ÁP Người vẽ GVHD

Đặng Như Tấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

MẶT BẰNG BỐ TRÍ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV Ngày 12/11/2006

Bản vẽ số : 1

1500 2500 3000

7000

3000

2500 2500

3000

3000

2500 15001500 3000

3000

3000

15001500 2500 3000

3000

2500 2500

3000

3000

2500 1500

7000

Chuù thích : 1,77 m

4,125 m

2,52 m

6,54 m

9,75 m

5,04 m

9,75 m

Vuøng baûo veä cao ñoä 6m Vuøng baûo veä cao ñoä 8m

4,125 m

Vuøng III

4

22 m

Vuøng IV

Vuøng baûo veä cao ñoä 11m

m

3

15 m

,92

48,09 m

Vuøng II

2

55

55

,9 2

m

22m

48,09 m

1

0,6375 m

Vuøng V

Vuøng I

1T 60 MVA

2T 60 MVA

5 35,23 m

7

Coät anten

35,23 m

RAÕNH CAÙP LÖÏC 22 KV

Coät ñeøn chieáu saùng

PHOØNG VAÄN HAØNH

51,79 m

RAÕNH CAÙP ÑIEÀU KHIEÅN

51,79 m

78,5m

2,4 m

6 Coät ñeøn chieáu saùng

PHOØNG THIEÁT BÒ PHAÂN PHOÁI 22 KV 13,875 m 9,75 m

36,18 m 32,56 m

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CAO ÁP GVHD

Vũ Phan Tú

Người vẽ

Đặng Như Tấn

MSSV:402HT039

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN

PHẠM VI BẢO VỆ CỦA KIM THU SÉT TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV Ngày 12/11/2006

Bản vẽ số : 3

MAËT CAÉT A-A

14m

11m

8m

LA

CB

CB

BI

DS/ES

DS/ES

BU

BU

BU

DS/ES

BU

LA

DS/ES

DS/ES BU

BI

LA/ES

4000

1500

1500

3000

3000

3000

3000

1000

3000

2500

2500

3000

1000

3000

3000

3000

3000

4000

4500

7000

MAËT CAÉT B-B

DS/ES

DS/ES LA

BU

BU DS/ES

LA

BI

CHUÙ THÍCH : - CB : MAÙY CAÉT SF6 - DS : DAO CAÙCH LY - ES : DAO NOÁI ÑAÁT - BI : MAÙY BIEÁN DOØNG ÑIEÄN - BU : MAÙY BIEÁN ÑIEÄN AÙP - LA : CHOÁNG SEÙT VAN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CAO ÁP Người vẽ GVHD

Đặng Như Tấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC CAO ÁP

MẶT CẮT TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV Ngày 12/11/2006

Bản vẽ số : 2

II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS: 1.

Phaïm vi baûo veä cuûa moät DCS:

DCS DD khoâng ñöôïc baûo veä

DD ñöôïc baûo veä

II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS: 1.

Phaïm vi baûo veä cuûa moät DCS: a) Tröôøng hôïp DCS coù ñoä treo cao (h) nhoû hôn 30m :

h  hx b x  1,2h p h  hx Hay hx 2 h x > h: b x  0,6h(1  )p 3 h h 2 hx  h: b x  1,2h(1  x )p 3 0,8.h

II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS (tt): 1.

Phaïm vi baûo veä cuûa moät DCS: b) Tröôøng hôïp DCS coù ñoä treo cao (h) lôùn hôn 30m :

Phaïm vi baûo veä theo chieàu cao (maët caét ñöùng) giaûm moät khoaûng tính töø ñænh:

30m  h  100m  h  0,29(h-30) 100m  h  250m  Δh  0,2h

II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS (tt): 2.

Phaïm vi baûo veä cuûa hai DCS:

Khi hai daây choáng seùt ñaët caùch nhau S = 2B = 4h thì moïi ñieåm treân maët ñaát naèm giöõa hai daây choáng seùt seõ ñöôïc baûo veä an toaøn. Neáu S < 4h thì giöõa hai daây choáng seùt coù theå baûo veä ñöôïc ñoä cao:

h0

S h 4p

II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS (tt): 2.

Phaïm vi baûo veä cuûa hai DCS:

Khi daây daãn 3 pha cuûa ñöôøng daây taûi ñieän cuøng naèm treân moät maët phaúng ngang thì ñieàu kieän ñeå daây daãn giöõa hai coät ñöôïc baûo veä laø khoaûng caùch S giöõa hai daây choáng seùt phaûi thoûa maõn ñieàu kieän:

s  4. p.(hDCS  hDD )

II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS (tt): 2.

Phaïm vi baûo veä cuûa hai DCS:

II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS (tt): 3. Caùch xaùc ñònh phaïm vi baûo veä cuûa daây choáng seùt cuûa ñöôøng daây taûi ñieän cao aùp:

lgνα 



α hc 90

4

 gh  31

0

III. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KINH TẾ KHI DÙNG HỆ THỐNG CTS ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNH CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN: Cột thu sét có thể đặt ngay trên các kết cấu công trình (cột xà, ống khói, cột đèn pha…) của TBA và NMĐ khi thỏa một số điều kiện nhất định. Việc đặt CTS trên kết cấu trạm chỉ cho phép khi trạm có mức cách điện xung lớn và điện trở nối đất bé.VD: -TBA 110kV trở lên dễ dàng thỏa mãn được yêu cầu này -TBA 35kV chỉ cho phép đặt CTS trên kết cấu trạm khi Rnđ 4 Ohms

III. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KINH TẾ KHI DÙNG HỆ THỐNG CTS ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNH CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN: Chân kết cấu đặt CTS phải được nối theo đường ngắn nhất vào HT Nối đất an toàn của trạm tại điểm giao của các thanh cân bằng thế, đồng thời tăng cường thêm các nối đất bổ sung (các thanh, cọc tăng cường)

III. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KINH TẾ KHI DÙNG HỆ THỐNG CTS ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNH CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN: Khi các điều kiện trên không thỏa mãn thì CTS phải đặt cách ly với các kết cấu trong trạm và nối đất của CTS phải được tách riêng khỏi nối đất an toàn của trạm. Khoảng cách trong không khí giữa CTS và các vật cần bảo vệ trong trạm phải đủ lớn. Tương tự, khoảng cách trong đất giữa nối đất CTS và nối đất an toàn trạm cũng phải đủ lớn.

III. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KINH TẾ KHI DÙNG HỆ THỐNG CTS ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNH CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN: Sk VBV

h

lA Sd

Rx

Sk  0,3Rx  0,1l A Sd  0,5Rx

Chương 3:

NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1

Trao đổi trực tuyến tại: http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html

3.1 KHÁI NIỆM Cọc nối đất: được đóng thẳng xuống mặt đất ở độ sâu từ 0,5m đến 0,8m dây dẫn dòng sự cố, dòng sét Không khí

Đất

độ chôn sâu t0 Cọc nối đất bằng đồng hay thép mạ kẽm

3

3.1 KHÁI NIỆM Thanh nối đất: được chôn trong đất ở độ sâu từ 0,5m đến 0,8m dây dẫn dòng sự cố, dòng sét Không khí

Đất

độ chôn sâu t0 Thanh nối đất bằng đồng hay thép mạ kẽm

4

3.1 KHÁI NIỆM Lưới nối đất: do nhiều cọc hay thanh ghép nối với nhau, chôn trong đất ở độ sâu 0,5m đến 0,8m các thanh nối đất hay dây cáp kết nối thành lưới Cọc nối đất đóng ven chu vi (học dọc theo đường chéo)

5

3.1 KHÁI NIỆM Các mối ghép kỹ thuật

6

3.1 KHÁI NIỆM  Nối đất làm việc: là nối đất điểm trung tính của máy phát, máy biến áp công suất, TI, TU…Đảm bảo sự làm việc của trang thiết bị điện lúc bình thường và sự cố.  Nối đất an toàn: là nối đất vỏ trang thiết bị điện hoặc kết cấu kim loại. Đảm bảo an toàn cho người vận hành khi có sự cố rò cách điện.

A N B Rđ

C

Muốn điện áp tại N = 0

Rđ KTS

 Nối đất chống sét: là nối đất các bộ phận thu sét ( KTS, DCS…) Nhằm tản dòng sét vào đất, tránh phóng điện ngược từ phần tử đó đến các bộ phận mang điện. Rđ 7

3.1 KHÁI NIỆM Trạm phân phối: 3 hệ thống nối đất phải được nối riêng lẻ. Trạm truyền tải ( >=110 kV): 3 hệ thống nối đất được dùng chung.

Cấu tạo của nối đất: thông thường được thực hiện bằng một hệ thống những cọc bằng thép hoặc đồng ( có thể tròn hoặc dẹt) đóng vào đất, hoặc những thanh ngang chôn vào đất. Hoặc cọc và thanh nối liền với nhau và chôn vào đất. Điện trở nối đất Rđ là tỉ số giữa điện áp trên cực Uđ và dòng điện qua nó Iđ . Điện trở Rđ bao gồm điện trở của bản thân điện cực và điện trở tản trong đất.

Uđ

Iđ

Rđ

 Khi tản dòng một chiều hay xoay chiều thì điện trở bản thân điện cực rất bé có thể bỏ qua. 8

3.1 KHÁI NIỆM

Hình : Mô hình điện cực nối đất đơn giản ( thanh hay cọc nối đất)

 Khi tản dòng một chiều hay xoay chiều thì điện trở bản thân điện cực rất bé có thể bỏ qua.

9

3.1 KHÁI NIỆM  Khi tản dòng sét, quá trình truyền sóng trên cực nối đất tương tự như trên đường dây tải điện. Do có điện cảm cản trở dòng điện đi sâu vào chiều dài điện cực nên điện thế phân bố không đều trên điện cực. Rx (Ω) Tđs

T=L0.g0.l2 R∞ t (µs)

Ảnh hưởng của điện cảm sẽ giảm dần theo thời gian. Điện trở tản của cực nối đất lớn nhất gần đúng vào lúc dòng sét đạt giá trị cực đại.

T < =Tđs ( l lớn): Nối đất kéo dài ( nối đất phân bố). Rx ≥ R∞

10

3.1 KHÁI NIỆM

Hình : Quá điện áp tại các vị trí trên các thanh nối 20 m và 100m

11

3.1 KHÁI NIỆM  Khi tản dòng sét, ngoài ảnh hưởng của điện cảm L làm giảm khả năng tản dòng sét của htnđ, còn có ảnh hưởng phi tuyến bởi hiện tượng phóng điện tia lửa trong đất khi dòng sét có biên độ lớn. Vùng đất quanh điện cực trở nên dẫn điện tốt, làm tăng khả năng tản dòng sét, tức làm điện trở tản xung giảm.

12

3.1 KHÁI NIỆM

a)

b)

Hình: Bán kính của các phân đoạn trên thanh tại các thời điểm a) 0.2 μs và b) 0.5μs

13

3.1 KHÁI NIỆM

a)

b)

Hình: Quá điện áp tại vị trí vào dòng sét và vị trí cuối trên thanh từ a) FEM và b) FDTD

14

3.1 KHÁI NIỆM  Đối với nối đất chống sét cần phân biệt điện trở tản xung Rx với điện trở tản ổn định R∞. R∞ cũng chính là điện trở tản dòng xoay chiều ( R~ ) hay dòng một chiều. Rx x  R

Nối đất tập trung: αx < 1, ảnh hưởng của phóng điện tia lữa chiếm ưu thế

Nối đất kéo dài: αx ≥ 1, ảnh hưởng của điện cảm dọc theo chiều dài của thanh dẫn trong HTNĐ chiếm ưu thế 15

3.1 KHÁI NIỆM  Một số phương pháp đo điện trở suất đất

U   2 a I Phương pháp Wenner



2 l U 4l I ln d

Phương pháp Driven Rod

16

3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DÒNG XOAY CHIỀU R~  Khi dòng điện xoay chiều chạy qua điện cực tản vào đất, tạo nên trong đất quanh nó một điện trường. Mỗi điểm trong điện trường đó kể cả trên mặt đất có một điện thế nhất định. φr/Uđ Utx Ub

Giảm Utx , Ub Uđ

 Trên mặt đất khu vực nối đất được rải một lớp sỏi hoặc đá để giảm sự chên lệch điện thế.  Giảm điện áp trên điện cực Uđ hay giảm điện trở tiếp đất.

17

3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DÒNG XOAY CHIỀU R~  Đối với điện cực nối đất đơn giản: công thức xác định điện trở tản ở tần số công nghiệp của một số dạng điện cực thường dùng (Bảng 4.1, 4.2) tt  km do Điện trở suất tính toán của đất: d tt 4l Rc  ln Cọc chôn nổi: dang tròn 2 l d tt 2l 1 4t  l R  (ln  ln ) c b Cọc chôn chìm: 2 l d 2 4t  l b t  t0  l 2 2 dang góc  l tt d=0,95b Thanh chôn chìm: Rt  ln 2 l dt0 Thanh hình xuyến chôn chìm:

tt 8D D RV  (ln  ln ) 2 . D d 4t0 2  kL tt Thanh có hình dáng đặc biệt: R  ln t 2 L dt0

dang dẹp d=0,5b 18

3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DÒNG XOAY CHIỀU R~  Đối với điện trở nối đất của tổ hợp nhiều điện cực:  Hiệu ứng màn che làm méo dạng vùng đẳng thế giữa hai điện cực, làm giảm khả năng tản của hệ thống nối đất. Để đặc trưng cho hiệu ứng màn che, người ta dùng hệ số η~. η~ là hệ số sử dụng khi tản dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp. Đây là đại lượng toán học thể hiện bản chất vật lý là hiệu ứng màn che.

R1

R2

R3

 Bỏ qua hiệu ứng màn che Rtđ = R1//R2//R3  Xét đến hiệu ứng màn che Rth~=Rtđ/η~ > Rtđ

~ 

Rtd 1 Rth ~

19

3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DÒNG XOAY CHIỀU R~ Hệ số sử dụng phụ thuộc vào vào loại điện cực, số lượng và cách bố trí chúng. Nó có thể tra cứu trong các bảng số hoặc các đường cong cho trong các tài liệu hướng dẫn(SBT PL 4 đến PL 7). Xét tổ hợp thanh và cọc … cọc

n

Rc Rt  nc t Rc  Rt Rth   Rc Rt Rct  Rt  n c  nc t

Rc, Rt: điện trở của từng cọc riêng lẻ và thanh. ηc,ηt hệ số sử dụng của cọc và thanh trong tổ hợp

3m

VD 12 m

ηc = 0.7 , ηt = 0.74 20

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.1 Điện trở tản xung của dạng nối đất tập trung  Kích thước thật của điện cực có thể IS Biên độ lớn

Phóng điện trong đất thay thế bằng kích thước của khu vực E > Epđ(đ)

phóng điện tia lửa.

Rx = αx R~

(αx < 1 )

 αx= f(Is , ρđ ): đặc trưng cho phóng điện trong đất và giản nở điện cực nối đất.

 Khi chiều dài của điện cực tăng lên E = Epđ(đ) ρđ

thì αx tăng lên do ảnh hưởng của điện cảm.

 Nếu nối đất là tổ hợp Rthx = Rtđx/ηx > Rtđx

ηx: thể hiện hiệu ứng màn che của tổ hợp

khi tản dòng điện xung.

21

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Trình tự tính toán điện trở tản xung của một tổ hợp nối đất tập trung B1: Chọn km (nối đất chống sét) .

ρtt = km.ρđo

B2: Tính R~ của từng loại điện cực riêng lẻ. (R~c, R~t) B3: Tính Rx của từng loại điện cực rriêng lẻ (Rxc, Rxt) - Tính dòng sét phân bố qua mỗi điện cực riêng lẻ - Tính αx : có thể tra bảng hoặc tính bằng công thức Rxc = αxcR~c ; Rxt = αxtR~t B4: Điện trở tản xung của cả tổ hợp Rxc  Rxt Rxc  Rxt 1 1 n Rth     Rxc  Rxt  x Rxc  n  Rxt  x n

n : số cọc ηx : hệ số sử dụng xung của tổ hợp. ( ηx < η~ )

22

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT BT 1: Chúng ta có một thanh sắt tròn dài 40 m đường kính 20 mm. Hỏi dạng nối đất nào sau đây, có điện trở tản xoay chiều nhỏ nhất? Biết nối đất được chôn sâu 0.8 m trong đất. Đất có điện trở suất đo vào mùa mưa là 100 Ωm.

BT 2: Cho một hệ tổ hợp phức như hình gồm 5 cọc, mỗi cọc dài 3 m, đường kính 30 mm, đóng cọc dọc theo thanh dạng tròn đường kính 20 mm dài 12 m. Cả tổ hợp nằm sâu trong đất 0.8 m có điện trở suất đo lúc khô ráo là 120 Ωm. Bỏ qua hiệu ứng màn che. Tính điện trở tản xoay chiều của tổ hợp.

b)

a) l2 = 2l1 l1

c)

23

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT BT 3: Cho một hệ tổ hợp phức như hình gồm 3 cọc, mỗi cọc dài 3 m, đường kính 25 mm, đóng cọc dọc theo thanh dạng tròn đường kính 15 mm dài 12 m. Cả tổ hợp nằm sâu trong đất 0.5 m có điện trở suất đo lúc khô ráo là 150 Ωm. Tính điện trở tản xoay chiều và tản xung của tổ hợp.

Is = 100kA

BT 4: Xác định điện trở xoay chiều và xung kích của ba thanh nối đất làm bằng thép dẹt 4x40 mm2, mỗi thanh dài 15 m chôn sâu trong đất 0.8 m. Điện trở suất đất đo vào mùa ẩm là 200 Ωm. Giả sử dòng sét chạy qua hệ thống nối đất là 120 kA. Is

 It

1500lt  tt  320  It  45 24

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.2 Điện trở tản xung của nối đất kéo dài bằng thanh ngang a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, is nhỏ) is

is U(l)

U(0) l  l  L0  0.2  ln  0.31  H / m  r  1 g0  1/ m R~ l

g0

L0

L0

L0

g0

g0

L0 g0

g0

Phương trình truyền sóng qua điện cực có dạng:        

u i  L0 x t i  g 0u t

 Dòng sét có độ dốc đầu sóng không đổi is(0,t) = at 25

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.2 Điện trở tản xung của nối đất kéo dài bằng thanh ngang a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, is nhỏ)  Điện áp tại vị trí bất kỳ theo thời gian t: t   a  1  u ( x, t )  t  2T1  2 1  e Tk  g 0l  k 1 k  

  k x    cos    l    

t   a  1   u (0, t )  t  2T1  2 1  e Tk  g 0l  k 1 k  

   

 Tổng trở tản xung đầu vào tại một thời điểm bất kỳ t: t  u (0, t ) 1  2T1  1  Tk Z (0, t )   1  e 1    is (0, t ) g0l  t k 1 k 2  

T1 

L0 g0l 2



2

; Tk 

T1 k2

   

Hằng số thời gian của quá trình truyền sóng điều hòa bậc 1 và bậc k

26

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.2 Điện trở tản xung của nối đất kéo dài bằng thanh ngang a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, is nhỏ)  Một cách gần đúng khi dòng sét đạt trị số cực đại (t = Tđs) thì tổng trở xung dầu vào có trị số lớn nhất. Tds     2T 1 1 1  1  2 1  e Tk Z (0, Tds )  g0l  Tds k 1 k  

   

 Trường hợp Tđs/T1 > 3  T1 2  1  2T1  1  Z (0, Tds )   R 1   1   2 g 0l  Tds k 1 k  3 T ds   L0l Z (0, Tds )  R  3Tds 27

3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 3.3.2 Điện trở tản xung của nối đất kéo dài bằng thanh ngang b. Khi xét đến quá trình phóng điện trong đất  Phóng điện dọc theo chiều dài thanh làm cho khu vực phóng điện thu hẹp dần, dẫn đến điện dẫn tản xung không còn là hằng số. Hệ phương trình truyền sóng trở nên không tuyến tính và được giải bằng phương pháp gần đúng hoặc phương pháp số.  Ứng với một trị số ρ và Is nhất định có một trị số giới hạn của chiều dài điện cực mà vượt quá giới hạn đó, tổng trở xung không giảm khi tăng chiều dài điện cực nữa 28