KỸ THUẬT CAO ÁP QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Transcript

1 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

2 Trao đổi trực tuyến tại:

3 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 ( 3 rd edition) Rakosh Das Begamudre

4 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

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

6 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

7 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.

8 1.1 NGUỒN GỐC SINH RA PHÓNG ĐIỆN SÉT

9 1.2 CÁC DẠNG PHÓNG ĐIỆN SÉT

10 Phóng điện bên trong đám mây Phóng điện sét mây-đất Phóng điện mây-mây

11 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

12 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

13 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

14 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

15 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

16 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

17 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

18 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

19 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

20 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

21 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

22 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

23 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

24 1.3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

25 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 m/s. Ñaây laø giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo töøng ñôït ñöôïc goïi laø tieân ñaïo baäc.

26 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 ion/m 3. Moät phaàn ñieän tích aâm traøn vaøo keânh vaø phaân boá töông ñoái ñeàu doïc theo chieàu daøi cuûa noù.

27 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

28 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

29 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

30 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

31 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 ñeán ion/m 3.

32 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

33 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.

34 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

35 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

36 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

37 1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT 1-Giai đoạn phóng điện tiên đạo

38 2-Giai đoạn phóng điện ngược 1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT (20-50ms) 3-Giai đoạn kết thúc phóng điện

39 Phòng thí nghiệm nghiên cứu về hiện tượng phóng điện sét

40 1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT

41 1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT Bieåu thöùc toaùn hoïc ñöôïc vieát nhö sau Trong ñoù : I : haèng soá coù thöù nguyeân laø doøng ñieän (ka). 1, 2 : haèng soá coù thöù nguyeân laø thôøi gian (µs). ñs : thôøi gian ñaàu soùng (µs). : thôøi gian soùng (µs). s Ñoä doác ñaàu soùng cuûa doøng seùt Im a ( ka / s) ds

42 Is(kA) 1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT Xaùc suaát xuaát hieän doøng seùt coù bieân ñoä lôùn hôn I m (ka) Dong bang Mien nui v I m e e Im 26 Im 13,, DB DN Vis

43 a(ka/ s) v a 1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT Xaùc suaát xuaát hieän doøng seùt coù ñoä doác ñaàu soùng a(ka/ µs) e e a 15,7 a 7,82,, DB DN Dong bang Doi nui Va

44 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: , xích ñaïo (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/km 2.ngaøy seùt) Maät ñoä seùt trung bình trong năm: m.n (laàn/km 2 /năm)

45

46

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

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

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

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

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

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

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

54 THE END

55 ĐAÏI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN Môn học KỸ THUẬT CAO ÁP

56 Trao đổi trực tuyến tại: 9/9/2011 2

57 CHƯƠNG II BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN (1) Boä phaän thu seùt (100mm 2 ) (2) Boä phaän daãn doøng seùt (50mm 2 ) / / / / / / (3) R X / / / / / / Boä phaän noái ñaát

58 Mô hình A.Kopian: Bằng thực nghiệm trên mô hình và xử lý dữ liệu theo nguyên lý thống kê R 1 Tỷ số k =H/h Khi h 30m, k = 20 Khi h >30m, H = 600m H h 2 h x 4 3 r x

59 Mô hình A.Kopian: H h R=3,5h Khu vực có xác suất 100% sét đánh vào cột thu sét: R=3,5h

60 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 r x

61 Mô hình A.Kopian:

62 Mô hình A.Kopian:

63 I. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA CTS 1. Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS(<60m) Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS laø hình choùp troøn xoay coù ñöôøng sinh daïng hyperbol. ÔÛ ñoä cao h x, r x ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: Vaät khoâng ñöôïc baûo veä CTS Vaät ñöôïc baûo veä

64 I. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA CTS 1. Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS (<60m) Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS laø hình choùp troøn xoay coù ñöôøng sinh daïng hyperbol. ÔÛ ñoä cao h x, r x ñöôïc xaùc ñònh nhö sau: r x h hx 1,6h h h Vôùi: -r x baùn kính phaïm vi baûo veä. -h chieàu cao cuûa CTS. -h x chieàu cao cuûa vaät ñöôïc baûo veä. -p heä soá phuï thuoäc vaøo h. x p p = 1 khi h 30m. 30 p = khi 30m < h < 60m. h h a = h h x : ñoä cao hieäu duïng cuûa coät thu seùt.

65 I. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA CTS 1. Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS (<60m) Trong thieát keá, ñeå ñôn giaûn ngöôøi ta thöôøng thay theá ñöôøng sinh daïng hyperbol giôùi haïn khu vöïc baûo veä bôûi 2 ñoaïn thaúng. hx rx 1,5 h(1 ) p 0,8h hx rx 0, 75 h(1 ) p h, khi h x 2h/3 r x = (1,5h 1,875h x ).p 2/3h, khi h x > 2h/3 r x = (0,75h 0,75h x ).p h

66 I. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA CTS 1. Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS: (<60m) 0,2h h h x 2h/3 0,75ph 1,5ph hx rx 1,5 h(1 ) p 0,8h hx rx 0, 75 h(1 ) p h, khi h x 2h/3 r x = (1,5h 1,875h x ).p, khi h x > 2h/3 r x = (0,75h 0,75h x ).p

67 I. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA CTS 1. Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS: (>60m) Sét không những đánh vào đỉnh mà còn đánh vào phần thân cột gần đỉnh Đối với cột thu sét có chiều cao từ 60m đến 100m: h 0,5( h 60) Đối với cột thu sét có chiều cao từ 100m đến 250m: h 0,2h Nếu chiều cao hiệu dụng h a h, thì phạm vi bảo vệ của cột thu sét được tính với chiều cao hiệu chỉnh h =h- h

68 2. Phaïm vi baûo veä cuûa hai CTS Tröôøng hôïp hai coät coù ñoä cao baèng nhau Ta coù theå xaùc ñònh ñöôïc raèng neáu hai CTS ñaët caùch nhau moät khoaûng caùch a thì chuùng coù theå baûo veä vaät coùañoä cao h 0 ñaët giöõa chuùng, vôùi h 0 ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: h 0 = h a/7p 7 p Coät thu seùt R 7 a p Coät thu seùt 0,2h h h 0 h 7 a p h x 2h/3 r x a/2 a/2 0,75hp 1,5hp r 0x r x r x r 0x

69 2. Phaïm vi baûo veä cuûa hai CTS Tröôøng hôïp hai coät coù ñoä cao baèng nhau R h x h o h x 1.5h 0,75h 1.5h O 0,75h O 0,75h O 1.5h O r OX 0,75h 1.5h r x r x a

70 2. Phaïm vi baûo veä cuûa hai CTS Tröôøng hôïp hai coät coù ñoä cao khaùc nhau Neáu hai coät thu seùt coù ñoä cao khaùc nhau, ví duï h 1 < h 2 thì phaïm vi baûo veä cuûa chuùng ñöôïc xaùc ñònh nhö sau - Phaïm vi baûo veä phía ngoaøi hai coät thu seùt gioáng nhö phaïm vi baûo veä cuûa töøng coät rieâng leû. - Phaïm vi baûo veä giöõa hai coät thu seùt coù ñöôïc baèng caùch qua ñænh coät thaáp (h 1 ) veõ moät ñöôøng thaúng ngang, noù caét ñöôøng sinh cuûa phaïm vi baûo veä cuûa coät cao h 2 ôû moät ñieåm, ñieåm naøy ñöôïc coi nhö ñænh cuûa coät thu seùt giaû töôûng h = h 1 vaø khu vöïc baûo veä giöõa coät thaáp h vaø h 1 caùch nhau khoaûng a nhö giöõa hai coät coù ñoä cao baèng nhau.

71 3. Phaïm vi baûo veä cuûa heä nhieàu CTS (n>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 h x ñaët trong dieän tích cuûa ña giaùc seõ ñöôïc baûo veä an toaøn neáu ñieàu kieän sau ñöôïc thoûa maõn : D 8 (h h x ) p Trong ñoù: h : ñoä cao cuûa coät thu seùt. h x : ñoä cao lôùn nhaát cuûa cao trình. D : ñöôøng kính ñöôøng troøn ngoaïi tieáp ña giaùc.

72 3. Phaïm vi baûo veä cuûa heä nhieàu CTS (n>2) a 1 2 r 0X12 r X r X 1 a 4 b D r 0X2 b r 0X13 r 0X23 c r 0X

73 A Xaø ñôõ daây Xaø ñôõ thanh goùp B 78,5m RAÕNH CAÙP ÑIEÀU KHIEÅN B T 60 MVA 2T 60 MVA 7000 RAÕNH CAÙP LÖÏC 22 KV PHOØNG VAÄN HAØNH PHOØNG THIEÁT BÒ PHAÂN PHOÁI 22 KV A ĐỒ ÁN MÔN HỌC CAO ÁP TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN Người vẽ Đặng Như Tấn MẶT BẰNG BỐ TRÍ TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kv GVHD Ngày 12/11/2006 Bản vẽ số : 1

74 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 4,125 m Vuøng baûo veä cao ñoä 8m m 15 m 22 m 4 Vuøng baûo veä cao ñoä 11m 55,92 m Vuøng II 48,09 m Vuøng III 48,09 m Vuøng IV 55,92 m 0,6375 m 2,4 m 78,5m 51,79 m Vuøng I RAÕNH CAÙP ÑIEÀU KHIEÅN Vuøng V 51,79 m 1T 60 MVA 5 2T 60 MVA 7 35,23 m Coät anten 35,23 m 6 Coät ñeøn chieáu saùng RAÕNH CAÙP LÖÏC 22 KV Coät ñeøn chieáu saùng PHOØNG VAÄN HAØNH PHOØNG THIEÁT BÒ PHAÂN PHOÁI 22 KV 13,875 m 9,75 m 36,18 m 32,56 m GVHD Người vẽ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CAO ÁP Vũ Phan Tú 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

75 MAËT CAÉT A-A 14m 11m 8m DS/ES BI CB DS/ES DS/ES DS/ES CB LA LA BU BU BU BU BU DS/ES BI LA/ES MAËT CAÉT B-B DS/ES DS/ES LA BU BU LA DS/ES 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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN Người vẽ GVHD Đặng Như Tấn ĐỒ ÁN MÔN HỌC CAO ÁP MẶT CẮT TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kv Ngày 12/11/2006 Bản vẽ số : 2

76 II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS: 1. Phaïm vi baûo veä cuûa moät DCS: DD khoâng ñöôïc baûo veä DCS DD ñöôïc baûo veä

77 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 h x bx 1,2h p h h x x h x> h: bx 0,6h(1 )p h x Hay 2 h 3 h h 3 0,8.h 2 h: b x x 1,2h(1 )p

78 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

79 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: S h h 0 4p

80 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.( h h ) DCS DD

81 II. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA DCS (tt): 2. Phaïm vi baûo veä cuûa hai DCS:

82 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: α h c lgνα 4 90 gh 0 31

83 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 R nđ 4 Ohms

84 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)

85 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.

86 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: VBV S k l A h S d R x S 0,3R 0,1l k x S 0,5R d x A

87 Chương 3: NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1

88 Trao đổi trực tuyến tại:

89 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 t 0 Cọc nối đất bằng đồng hay thép mạ kẽm 3

90 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 t 0 Thanh nối đất bằng đồng hay thép mạ kẽm 4

91 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

92 3.1 KHÁI NIỆM Các mối ghép kỹ thuật 6

93 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. R đ A N B C Muốn điện áp tại N = 0 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. R đ 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. R đ KTS 7

94 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 R đ là tỉ số giữa điện áp trên cực U đ và dòng điện qua nó I đ. Điện trở R đ bao gồm điện trở của bản thân điện cực và điện trở tản trong đất. U đ R đ I đ Khi tản dòng một chiều hay xoay chiều thì điện trở bản thân điện cực rất bé có thể bỏ qua. 8

95 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

96 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. R x (Ω) T đs T=L 0.g 0.l 2 R T < <T đs ( l bé): Nối đất tập trung. R x =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 >=T đs ( l lớn): Nối đất kéo dài ( nối đất phân bố). R x R 10

97 3.1 KHÁI NIỆM Hình : Quá điện áp tại các vị trí trên các thanh nối 20 m và 100m 11

98 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

99 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

100 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

101 3.1 KHÁI NIỆM Đối với nối đất chống sét cần phân biệt điện trở tản xung R x với điện trở tản ổn định R. R cũng chính là điện trở tản dòng xoay chiều ( R ~ ) hay dòng một chiều. x R R x Nối đất tập trung: α x < 1, ảnh hưởng của phóng điện tia lữa chiếm ưu thế Nối đất kéo dài: α x 1, ảnh hưởng của điện cảm dọc theo chiều dài của thanh dẫn trong HTNĐ chiếm ưu thế 15

102 3.1 KHÁI NIỆM Một số phương pháp đo điện trở suất đất U 2 a I 2 lu 4l ln I d Phương pháp Wenner Phương pháp Driven Rod 16

103 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. φ r /U đ U tx U b Giảm U tx, U b U đ 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 U đ hay giảm điện trở tiếp đất. 17

104 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) Điện trở suất tính toán của đất: tt km do d tt 4l Cọc chôn nổi: Rc ln 2 l d tt 2l 1 4t l Rc (ln ln ) Cọc chôn chìm: b 2 l d 2 4t l t t l b Thanh chôn chìm: R R V t 0 Thanh hình xuyến chôn chìm: Thanh có hình dáng đặc biệt: 2 tt ln 2 l 2 l dt 0 tt 8D D (ln ln ) 2. D d 4t0 2 tt kl Rt ln 2 L dt 0 dang tròn dang góc d=0,95b dang dẹp d=0,5b 18

105 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. R 1 R 2 R 3 Bỏ qua hiệu ứng màn che R tđ = R 1 //R 2 //R 3 Rtd Xét đến hiệu ứng màn che R th~ =R tđ /η ~ > R tđ ~ Rth~ 1 19

106 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 R c, R t : điện trở của từng cọc riêng lẻ và thanh. η c,η t hệ số sử dụng của cọc và thanh trong tổ hợp R th Rc Rt n c t Rc Rt Rc Rt Rc t Rt n c n c t VD 3 m η c = 0.7, η t = m 20

107 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Điện trở tản xung của dạng nối đất tập trung Kích thước thật của điện cực có thể I S Biên độ lớn ρ đ Phóng điện trong đất E > E pđ(đ) E = E pđ(đ) thay thế bằng kích thước của khu vực phóng điện tia lửa. R x = α x R ~ (α x < 1 ) α x = f(i s, ρ đ ): đặc trưng cho phóng điện trong đất và giản nở điện cực nối đất. Khi chiều dài của điện cực tăng lên thì α x tăng lên do ảnh hưởng của điện cảm. Nếu nối đất là tổ hợp R thx = R tđx /η x > R tđx η x : thể hiện hiệu ứng màn che của tổ hợp khi tản dòng điện xung. 21

108 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 k m (nối đất chống sét). ρ tt = k m.ρ đo B2: Tính R ~ của từng loại điện cực riêng lẻ. (R ~c, R ~t ) B3: Tính R x của từng loại điện cực rriêng lẻ (R xc, R xt ) - Tính dòng sét phân bố qua mỗi điện cực riêng lẻ - Tính α x : có thể tra bảng hoặc tính bằng công thức R xc = α xc R ~c ; R xt = α xt R ~t B4: Điện trở tản xung của cả tổ hợp R th Rxc R xt n 1 Rxc Rxt 1 Rxc R x Rxc n Rxt x xt n n : số cọc η x : hệ số sử dụng xung của tổ hợp. ( η x < η ~ ) 22

109 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. a) b) l 2 = 2l 1 l 1 c) 23

110 BT 3: 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 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. I s = 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. I s I t 1500l 320 I 45 tt t t 24

111 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Điện trở tản xung của nối đất kéo dài bằng thanh ngang a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, i s nhỏ) i s i s L g 0 0 l 0.2 ln 0.31 H / m r 1 1/ m Rl ~ l U (0) Phương trình truyền sóng qua điện cực có dạng: U (l) L 0 L 0 L 0 L 0 g 0 g 0 g 0 g 0 g 0 u L 0 x i t gu 0 i t Dòng sét có độ dốc đầu sóng không đổi i s (0,t) = at 25

112 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Điện trở tản xung của nối đất kéo dài bằng thanh ngang a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, i s nhỏ) Điện áp tại vị trí bất kỳ theo thời gian t: t a 1 T k x k u( x, t) t 2T1 1 e cos 2 g0l k 1 k l a 1 u(0, t) t 2T1 1 e 2 g0l k 1 k Tổng trở tản xung đầu vào tại một thời điểm bất kỳ t: T L g l t T u(0, t) 1 2T1 1 Z(0, t) 1 1 e 2 is (0, t) g0l t k 1 k T k ; T 2 k 2 Hằng số thời gian của quá trình truyền sóng điều hòa bậc 1 và bậc k k t T k 26

113 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT Điện trở tản xung của nối đất kéo dài bằng thanh ngang a. Khi bỏ qua quá trình phóng điện trong đất (ρ lớn, i s nhỏ) Một cách gần đúng khi dòng sét đạt trị số cực đại (t = T đs ) thì tổng trở xung dầu vào có trị số lớn nhất. 1 2T1 1 Z(0, Td s) 1 1 e 2 g0l Td s k 1 k Trường hợp T đs /T 1 > 3 T T ds k 2 1 2T1 1 T1 ds 2 g0l Td s k 1 k Td s Z(0, T ) 1 R 1 3 Ll 0 Z(0, Td s) R 3T ds 27

114 3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 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 I s 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