Upload
others
View
6
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
ĐAÏI HỌC BÁCH KHOA Tp.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬBỘ 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 sét
mây-đất
Phóng điện
bên trong
đám mây
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
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– 10
7m/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
1.4 CÁC GIAI ĐOẠN PHÓNG ĐIỆN SÉT
1-Giai đoạn phóng điện tiên đạo
1.4
CÁ
C G
IAI Đ
OẠ
N P
HÓ
NG
ĐIỆ
N S
ÉT
(20
-50m
s)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
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).
s
: thôøi gian soùng (µs).
1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT
I( / )m
ds
a kA s
Ñoä doác ñaàu soùng cuûa doøng seùt
Xaùc suaát xuaát hieän doøng seùt coù bieân ñoä lôùn hôn Im
(kA)
26
13
,
,
m
m m
I
I I
e DBv
e DN
1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Vis
Is(k
A)
Dong bang
Mien nui
Xaùc suaát xuaát hieän doøng seùt coù ñoä doác ñaàu soùng a(kA/ µs)
15,7
7,82
,
,
a
a a
e DBv
e DN
1.5 CÁC THÔNG SỐ DÕNG ĐIỆN SÉT
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Va
a(k
A/
s)
Dong bang
Doi nui
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 TỬBỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
Môn học
KỸ THUẬT CAO ÁP
9/9/2011 2
Trao đổi trực tuyến tại:
http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html
CHƯƠNG II
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC
TIẾP CHO HỆ THỐNG ĐIỆN
/ / / / / // / / / / /
R X
(1)
(2)
(3)
Boä phaän thu seùt
(100mm2)
Boä phaän daãn doøng seùt
(50mm2)
Boä phaän noái ñaát
1
2
3
4
Mô hình A.Kopian:
Bằng thực nghiệm trên mô hình và xử lý dữ liệu theo
nguyên lý thống kê
H
hhx
rx
R
Tỷ số k =H/h
• Khi h ≤30m, k = 20
• Khi h >30m, H = 600m
Mô hình A.Kopian:
H
h
R=3,5h
Khu vực có xác suất
100% sét đánh vào cột
thu sét: R=3,5h
Mô hình A.Kopian:
rx
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
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(<60m)
Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS laø hình choùp troøn xoay coù ñöôøng
sinh daïng hyperbol. ÔÛ ñoä cao hx
, rx
ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:
CTS
Vaät ñöôïc baûo veä
Vaät khoâng ñöôïc baûo veä
I. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA CTS
1,6 x
x
h hh p
h h
xr
p = 1 khi h 30m.
30p = khi 30m < h < 60m.
h
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 hx
, rx
ñöôïc xaùc ñònh nhö sau:
Vôùi:
-rx
baùn kính phaïm vi baûo veä.
-h chieàu cao cuûa CTS.
-hx
chieàu cao cuûa vaät ñöôïc baûo veä.
-p heä soá phuï thuoäc vaøo h.
ha
= h – hx: ñoä cao hieäu duïng cuûa coät thu seùt.
1,5 (1 )0,8
xx
hr h p
h
0,75 (1 )xx
hr h p
h
, khi hx
≤ 2h/3
rx
= (1,5h –1,875hx).p
, khi hx
> 2h/3
rx
= (0,75h – 0,75hx).p
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.
2/3h
h
0,2h
h
hx
2h/3
0,75ph
1,5ph
1,5 (1 )0,8
xx
hr h p
h
0,75 (1 )xx
hr h p
h
, khi hx
≤ 2h/3
rx
= (1,5h –1,875hx).p
, khi hx
> 2h/3
rx
= (0,75h – 0,75hx).p
I. CAÙCH XAÙC ÑÒNH PHAÏM VI BAÛO VEÄ CUÛA CTS
1. Phaïm vi baûo veä cuûa moät CTS: (<60m)
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
0,5( 60)h h
Đối với cột thu sét có chiều cao từ 60m đến 100m:
Đối với cột thu sét có chiều cao từ 100m đến 250m:
0,2h h
Nếu chiều cao hiệu dụng ha ≥∆h, thì phạm vi bảo vệ của cột thu sét
được tính với chiều cao hiệu chỉnh h’=h-∆h
7
a
p
p7
a
0,2h
h
hx
2h/3
0,75hp
1,5hp
a/2a/2rx
p7
ahh
0
RCoät thu seùt Coät thu seùt
rx
rx
r0x
r0x
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 coù ñoä cao h0
ñaët giöõa chuùng, vôùi h0
ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: h0
= h – a/7p
0,75h 1.5h0,75h
rx
xh
xh
rx
1.5h 1.5h O 0,75h O 0,75h O O1.5hrOX
R
a
ho
2. Phaïm vi baûo veä cuûa hai CTS
Tröôøng hôïp hai coät coù ñoä cao baèng nhau
Neáu hai coät thu seùt coù ñoä cao khaùc nhau, ví duï h1
< h2
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 (h1) veõ moät ñöôøng thaúng ngang, noù caét ñöôøng sinh
cuûa phaïm vi baûo veä cuûa coät cao h2
ôû moät ñieåm , ñieåm naøy ñöôïc coi
nhö ñænh cuûa coät thu seùt giaû töôûng h’ = h1
vaø khu vöïc baûo veä giöõa
coät thaáp h’ vaø h1
caùch nhau khoaûng a nhö giöõa hai coät coù ñoä cao
baèng nhau.
2. Phaïm vi baûo veä cuûa hai CTS
Tröôøng hôïp hai coät coù ñoä cao khaùc nhau
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)
1
2 3
4
a
b
r0X1
r0X2D
1 2
3
a
b c
rX
r0X12
r0X13 r0X23
rX
3. Phaïm vi baûo veä cuûa heä nhieàu CTS (n>2)
RAÕNH CAÙP LÖÏC 22 KV
RAÕNH CAÙP ÑIEÀU KHIEÅN
PHOØNG THIEÁT BÒ
PHAÂN PHOÁI 22 KV PHOØNG VAÄN HAØNH
2T
60 MVA
1T
60 MVA
25
00
25
00
30
00
30
00
30
00
30
00
30
00
30
00
15
00
10
00
10
00
30
00
30
00
30
00
30
00
40
00
45
00
70
00
50
00
10
00
04
00
0
10
00
0
35000
15
00
40
00
78
,5m
B B
A
A
GVHD
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
Ngày 12/11/2006 Bản vẽ số : 1
Người vẽ Đặng Như Tấn MẶT BẰNG BỐ TRÍ
TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kV
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CAO ÁP
Xaø ñôõ
daây
Xaø ñôõ
thanh
goùp
RAÕNH CAÙP LÖÏC 22 KV
RAÕNH CAÙP ÑIEÀU KHIEÅN
PHOØNG THIEÁT BÒ
PHAÂN PHOÁI 22 KV
PHOØNG
VAÄN HAØNH
2T
60 MVA
3000 30007000 1500 2500 25003000 30002500 25003000 30002500 25003000 30002500 2500 15001500 3000 3000 3000 1500 700015001500
78
,5m
51,7
9 m
35,23 m
1T
60 MVA
55,9
2 m
55,9
2 m
48,0
9 m
48,0
9 m
22 m15 m22m
Chuù thích :
Vuøng baûo veä cao ñoä 6m
Vuøng baûo veä cao ñoä 8m
Vuøng baûo veä cao ñoä 11m1 2 3 4
67
5
35,23 m
51,7
9 m
Vuøng I
Vuøng
II
Vuøng IIIVuøng IV
Vuøng V
13,875 m
9,75 m
4,125 m
9,75 m
2,4 m
0,6375 m
1,77 m 5,04 m9,75 m4,125 m
36,18 m
32,56 m
6,54 m2,52 m
GVHD
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
Ngày 12/11/2006 Bản vẽ số : 3
Vũ Phan Tú
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CAO ÁP
PHẠM VI BẢO VỆ CỦA KIM THU SÉT
TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kVNgười vẽ Đặng Như Tấn
MSSV:402HT039
Coät anten
Coät ñeøn
chieáu saùng
Coät ñeøn
chieáu saùng
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
MAËT CAÉT A-A
MAËT CAÉT B-B
BU
BU BIDS/ES
LA/ES
14m
11m
8m
4000 1500 3000 3000 3000 3000 3000 4000 3000 2500 3000 3000 4500
BIDS/ES
1500 3000 1000 2500 1000 3000
BU BU BULA
DS/ES
BI
CB
DS/ES DS/ES DS/ES
CB
LA
LA BU
DS/ES DS/ES
LABU
7000
ĐỒ ÁN MÔN HỌC CAO ÁP
MẶT CẮT TRẠM BIẾN ÁP 110/22 kVGVHD
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
Ngày 12/11/2006 Bản vẽ số : 2
Người vẽ Đặng Như Tấn
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
CAO ÁP
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 :
xx
x
h hb 1,2h
h hp
xx x
xx x
h2h > h: b 0,6h(1 )p
3 h
h2h: b 1,2h(1 )p
3 0,8.hh
Hay
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 :
30m h 100m
h 0,29(h-30)
100m h 250m
Δh 0,2h
Phaïm vi baûo veä theo chieàu
cao (maët caét ñöùng) giaûm moät
khoaûng tính töø ñænh:
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:
0
Sh 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:
4. .( )DCS DDs p h h
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:
031gh
c
α
α hlgν 4
90
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:
kS 0,3 0,1x AR l
dS 0,5 xR
lA
h
VBV
Sk
Sd Rx
1
Chương 3:
NỐI ĐẤT TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN
Trao đổi trực tuyến tại:
http://www.mientayvn.com/chat_box_li.html
3
3.1 KHÁI NIỆM
Cọc nối đất: được đóng
thẳng xuống mặt đất ở độ
sâu từ 0,5m đến 0,8m
Đất
Không khí
độ chôn
sâu t0
dây dẫn dòng
sự cố, dòng sét
Cọc nối đất
bằng đồng hay
thép mạ kẽm
4
3.1 KHÁI NIỆM
Thanh nối đất: được chôn
trong đất ở độ sâu từ 0,5m
đến 0,8m
Đất
Không khí
độ chôn
sâu t0
dây dẫn dòng
sự cố, dòng sét
Thanh nối đất
bằng đồng hay
thép mạ kẽm
5
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)
6
3.1 KHÁI NIỆM
Các mối ghép kỹ thuật
7
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.
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.
C
B
Rđ
A
N
Muốn điện áp tại N = 0
Rđ
Rđ
KTS
8
3.1 KHÁI NIỆM
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.
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.
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.
Khi tản dòng một chiều hay xoay chiều thì điện trở bản thân điện
cực rất bé có thể bỏ qua.
Rđ
IđUđ
9
3.1 KHÁI NIỆM
Khi tản dòng một chiều hay xoay chiều thì điện trở bản thân điện
cực rất bé có thể bỏ qua.
Hình : Mô hình điện cực nối đất đơn giản ( thanh hay cọc nối đất)
10
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.
T < <Tđs ( l bé): Nối đất tập trung. Rx =R∞
T >=Tđs ( l lớn): Nối đất kéo dài ( nối đất phân bố). Rx ≥ R∞
Rx (Ω)
t (µs)
R∞
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=L0.g0.l2Tđs
11
3.1 KHÁI NIỆM
Hình : Quá điện áp tại các vị trí trên các thanh nối 20 m và 100m
12
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.
13
3.1 KHÁI NIỆM
Hình: Bán kính của các phân đoạn trên thanh tại các thời điểm a) 0.2 μs và b) 0.5μs
a) b)
14
3.1 KHÁI NIỆM
Hình: Quá điện áp tại vị trí vào dòng sét và vị trí cuối trên thanh từ a) FEM và b) FDTD
a) b)
15
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.
xx
R
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
16
3.1 KHÁI NIỆM
Một số phương pháp đo điện trở suất đất
2U
aI
Phương pháp Wenner
2
4ln
l U
l I
d
Phương pháp Driven Rod
17
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.
Utx
Ub
Giảm Utx , Ub
Trên mặt đất khu vực nối đất
được rải một lớp sỏi hoặc đá để
giảm sự chên lệch điện thế.
Uđ
φr/Uđ
Giảm điện áp trên điện cực Uđ
hay giảm điện trở tiếp đất.
18
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)
3.2 ĐIỆN TRỞ TẢN DÒNG XOAY CHIỀU R~
4ln
2
ttc
lR
l d
Cọc chôn nổi:
0
2 1 4(ln ln )
2 2 4
2
ttc
l t lR
l d t l
lt t
Cọc chôn chìm:
2
0
ln2
ttt
lR
l dt
Thanh chôn chìm:
0
8(ln ln )
2 . 4
ttV
D DR
D d t
Thanh hình xuyến chôn chìm:
2
0
ln2
ttt
kLR
L dt
Thanh có hình dáng đặc biệt:
d
dang tròn
b
b
dang góc
d=0,95b
dang dẹp
d=0,5b
dott mk Điện trở suất tính toán của đất:
19
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 ~
~
1td
th
R
R
20
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: điện trở của từng cọc riêng lẻ và thanh.
ηc,ηt hệ số sử dụng của cọc và thanh trong tổ hợp
12 m
3 m ηc = 0.7 , ηt = 0.74VD
c t
c t c tth
c t c t t c
c t
R R
n R RR
R R R R n
n
21
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
thay thế bằng kích thước của khu vực
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
thì αx tăng lên do ảnh hưởng của điện
cảm.
Phóng điện trong đất
E > Epđ(đ)
IS
Biên độ lớn
E = Epđ(đ)
ρđ
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.
22
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
1 1xc
xtxc xt
thxc x xc xt x
xt
RR
R RnRR R n R
Rn
n : số cọc
ηx : hệ số sử dụng xung
của tổ hợp. ( ηx < η~ )
23
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.
a) b)
c)
l1
l2 = 2l1
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.
24
3.3 ĐIỆN TRỞ TẢN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT
BT 3:
BT 4:
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.
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 = 100kA
1500
320 45
t
tt t
l
I
Is
It
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)
is
l
U(0)U(l)
is
L0 L0 L0 L0
g0 g0g0 g0 g0
0
0
~
0.2 ln 0.31 /
1 1/
lL H m
r
g mR l
Phương trình truyền sóng qua điện cực có dạng:
0
0
u iL
x t
ig u
t
Dòng sét có độ dốc đầu sóng
không đổi is(0,t) = at
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)
Điện áp tại vị trí bất kỳ theo thời gian t:
1 210
1 210
1( , ) 2 1 os
1(0, ) 2 1
k
k
t
T
k
t
T
k
a k xu x t t T e c
g l k l
au t t T e
g l k
Tổng trở tản xung đầu vào tại một thời điểm bất kỳ t:
1
210
2(0, ) 1 1(0, ) 1 1
(0, )k
t
T
ks
Tu tZ t e
i t g l t k
2
0 0 11 2 2
; k
L g l TT T
k Hằng số thời gian của quá trình truyền
sóng điều hòa bậc 1 và bậc k
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
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.
s
1s 2
10 s
21 1(0, ) 1 1
d
k
T
T
d
kd
TZ T e
g l T k
Trường hợp Tđs/T1 > 3
2
1 1s 2
10 s s
0s
21 1(0, ) 1 1
3
(0, )3
d
kd d
d
ds
T TZ T R
g l T k T
L lZ T R
T
28
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