Bài tập dài cao áp

Bµi tËp dµi cao ¸p. B¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh trùc tiÕp. Bè trÝ cét thu sÐt. Theo s¬ ®å kÕt cÊu cña tr¹m th× míi chØ biÕt diÖn tÝch mÆt b»ng mµ ch­a biÕt cô thÓ vÞ trÝ ®Æt c¸c thiÕt bÞ trong tr¹m. Víi th«ng tin nµy ta chØ cÇn bè trÝ cét chèng sÐt sao cho c¸c cét cã thÓ b¶o vÖ ®­îc phÇn diÖn tÝch mÆt b»ng cña tr¹m víi ®é cao hX lµ ®­îc. Víi kÕt cÊu cña tr¹m ta bè trÝ c¸c cét N1¸ N12 cã kho·ng c¸ch gi÷a c¸c cét nh­ h×nh 1: · §­êng kÝnh cña vßng trßn qua 4 ®Ønh cña c¸c nhãm cét 1256 vµ 2345 lµ: Do ®ã ®Ó chän toµn bé diÖn giíi h¹n bëi c¸c nhãm tø gi¸c Êy ®­îc b¶o vÖ th× . D £ 8.ha . VËy ®é cao hiÖu dông cña nhãm cét nµy lµ: · §­êng kÝnh vßng trßn qua 4 ®Ønh cña c¸c nhãm cét 5678, 4589, 781112, 891011 lµ: §é cao t¸c dông tèi thiÓu ®Ó cho c¸c nhãm cét nµy b¶o vÖ hoµn toµn diÖn tÝch bëi chóng lµ: Nh­ vËy ®èi víi tÊt c¶ c¸c cét thu sÐt cã thÓ lÊy chung mét ®é cao t¸c dông lín nhÊt lµ : ha = 11,5 m. Tõ ®é cao t¸c dông ha ta cã ®é cao cét thu sÐt ®Ó b¶o vÖ ®­îc tr¹m cã ®é cao hX. + Tr¹m 110kV cã hX = 10 m : h = hX + ha = 10 + 11,5 = 21,5 m. + Tr¹m 220kV cã hX = 16 m : h= hX + ha = 16 + 11,5 =27,5 m. §Ó tÝnh to¸n ®¬n gi¶n ta chän toµn bé 12 cét cã ®é cao b»ng nhau.Muèn vËy th× ta ph¶i gi¶m kho·ng c¸ch gi÷a c¸c cét cña tr¹m 220kV víi môc ®Ých lµm gi¶m chiÒu cao cét thu sÐt cña tr¹m 220kV mµ vÉn tháa m·n ®iÒu kiÖn sau: D £ 8( h – hX). Tr¹m 110kV Tr¹m 220kV H×nh 2. Ta bè trÝ l¹i c¸c cét thu sÐt víi kho·ng c¸ch nh­ h×nh 2: Víi c¸ch bè trÝ nµy ta chän ®é cao cña 12 cét lµ: h = 25 m. KiÓm tra l¹i ®iÒu kiÖn b¶o vÖ cña c¸c vïng tø gi¸c. + Tr¹m 110kV: §­êng kÝnh cña vßng trßn qua 4 ®Ønh cña c¸c nhãm tø gi¸c 1256, 2345 lµ: Ta cã: D =101 m £ 8(h – hX) = 8(25 – 10 ) =120 m. VËy cét cao 25 m tháa m·n ®iÒu kiÖn . + Tr¹m 220kV: §­êng kÝnh vßng trßn qua 4 ®Ønh cña nhãm c¸c tø gi¸c 5678, 4589, 781112, 891011 lµ: Ta cã: D = 64 m £ 8(h –hX) = 8( 25 –16 ) = 72 m. VËy cét cao 25 m còng tháa m·n ®iÒu kiÖn cña tr¹m 220kV. VËy: Ta chän cét thu sÐt cao h = 25 m. TÝnh to¸n vµ vÏ ph¹m vi b¶o vÖ cña c¸c cét thu sÐt. Tr¹m cÊp ®iÖn ¸p 110kV. + B¸n kÝnh cña khu vùc b¶o vÖ cña c¸c cét thu sÐt b¶o vÖ cho ®é tr¹m cao hX = 10m lµ: V× hX £ 2/3h nªn : + §é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a hai cét thu l«i ë ®é cao hX =10 m lµ: gåm c¸c nhãm hai cét : 16, 34. Nh­ vËy b¸n kÝnh cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a 2 cét thu sÐt 16, 34 ë hX = 10 m : V× hX ³ 2/3 h0 nªn: + §é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a nhãm 2 cét thu sÐt 12, 13, 49, 67 lµ: Nh­ vËy b¸n kÝnh cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a 2 cét thu sÐt c¸c cÆp cét 12, 13, 49, 67 ë hX = 10 m : V× hX ³ 2/3 h0 nªn: Tr¹m cÊp ®iÖn ¸p 220kV. + B¸n kÝnh cña khu vùc b¶o vÖ cña cét thu sÐt b¶o vÖ cho ®é cao hX = 16 m lµ: V× hX £ 2/3h nªn : + §é cao lín nhÊt cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a hai cét thu l«i ë ®é cao hX =16 m lµ: gåm c¸c nhãm hai cét : 49, 67, 78, 910, 1011, 1112. Nh­ vËy b¸n kÝnh cña khu vùc b¶o vÖ gi÷a 2 cét thu sÐt 49, 67, 78, 910, 1011, 1112 ë hX = 16 m : V× hX ³ 2/3 h0 nªn: Tõ c¸c sè liÖu tÝnh to¸n ph¹m vi b¶o vÖ cña c¸c cét thu sÐt ë trªn ta cã b¶n vÏ ph¹m vi b¶o vÖ sau: h×nh 3. H×nh 3: Ph¹m vi b¶o vÖ cña c¸c cét thu sÐt. TÝnh to¸n nèi ®Êt. NhiÖm vô cña nèi ®Êt lµ t¶n dßng ®iÖn sÐt xuèng ®Êt ®Ó ®¶m b¶o cho thÕ trªn vËt nèi ®Êt cã gi¸ tri bÐ. Trong viÖc b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p, nèi ®Êt cña tr¹m, cña c¸c cét thu sÐt, cña ®­êng d©y vµ cña thiÕt bÞ chèng sÐt rÊt quan träng. V× tr¹m tr¹m biÕn ¸p cã cÊp ®iÖn ¸p tõ 110kV vµ 220kV nªn nãi ®Êt an toµn vµ nèi ®Êt chèng sÐt chung nhau. nèi ®Êt an toµn. RHT £ RTN // RNT £ 0,5 W. RNT £ 1 W. Nèi ®Êt an toµn víi môc ®Ých lµ b¶o vÖ con ng­êi. Nèi ®Êt an toµn víi tr¹m cã ®iÖn ¸p tõ 110kV trë lªn ph¶i tho¶ m·n 2 ®iÒu kiÖn sau: Trong ®ã : RTN : ®iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn . Ta lîi dông hÖ thèng d©y chèng sÐt cét. Víi: - n: Sè tuyÕn ®­êng d©y cña tr¹m, lÊy n = 2. - Rcs: §iÖn trë cña d©y chèng sÐt trong mét kho·ng v­ît Rcs = R0.l = 2,38.l - Rc: §iÖn trë nèi ®Êt cña cét. V× r = 12.104 W.cm > 104 W.cm nªn lÊy Rc = 15 W. - l: ChiÒu dµi kho·ng v­ît . §­êng d©y 110kV cã l = 200m. §­êng d©y 220kV cã l = 300m. Víi c¸c gi¸ trÞ trªn ta cã ®iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn cña tõng cÊp ®iÖn ¸p . + §­êng d©y 110kV : + §­êng d©y 220kV : VËy ®iÖn trë nèi ®Êt tù nhiªn cña hÖ thèng cã 2 cÊp ®iÖn ¸p 110kV vµ 220kV lµ: RTN(110) // RNT(220) = 1,22 // 1,47 = 0,67 W. - Víi RNT: §iÖn trë nãi ®Êt nh©n t¹o. W Þ RNT = 1,97 W. V× ®iÒu kiÖn RNT £ 1 W nªn lÊy RNT = 1 W. Ta thiÕt kÕ hÖ th«ng nèi ®Êt thoe ®iÖn trë nèi ®Êt nh©n t¹o. TÝnh toµn nèi ®Êt m¹ch vßng quanh tr¹m. Trong ®ã: - RT: ®iÖn trë cña thanh nèi ®Êt . - rtt : ®iÖn trë suÊt tÝnh to¸n . - h: ®é ch«n s©u. h = 0,8 m. - L: chu vi m¹ch vßng nèi ®Êt. L = 2( l1 + l2 ) = 2( 180 + 90 ) =540 m. - d: ®­êng kÝnh thanh. Sö dông thanh cã tiÕt diÖn trßn víi d = 2 cm. - k: hÖ sè h×nh d¸ng . k = f(l1/ l2) = f(180/90) = f(2) = 6,42. Víi c¸c sè liÖu trªn ta cã gi¸ trÞ ®iÖn trë nèi ®Êt m¹ch vßng lµ. Ta cã: RMV ³ RNT nªn ta ph¶i ®ãng cäc vµo hÖ thèng nèi ®Êt ®Ó gi¶m ®iÖn trë nèi ®Êt cña hÖ thèng. 3m 0,8m §iÖn trë cäc cÇn ®ãng. + Chän cäc trßn cã chiÒu dµi l = 3m, ®­êng kÝnh d = 5cm. + t = h + l/2 =0,8 + 3/2 = 2,3m. + Suy ra: . Gi· sö ®Çu tiªn ta ®ãng n1 = 50 cäc. Kho·ng c¸ch gi÷a 2 cäc: a1 = L/n1 = 540/50 = 10,8m. Tû sè : a1/ l =10,8/3 = 3,6. Tra b¶ng hÖ sè sö dông cña cäc vµ thanh ta cã : Víi a1/ l =3,6 Þ rc = 0,72 vµ rt = 0,45. §iÖn trë nèi ®Êt cña hÖ thèng nèi ®Êt víi sè cäc n1 = 50 cäc lµ: . T­¬ng tù tÝnh cho c¸c tr­êng hîp: n2 = 70 cäc, n3 = 100 cäc, n4 = 120 cäc, n5=160cäc ta cã b¶ng kÕt qu¶ b¶ng 1: B¶ng 1: N(cäc) A(m) a/l rc rt R(W) 50 10,8 3,6 0,70 0,4 0,86 70 7,7 3 0,61 0,35 0,82 100 5,4 2 0,49 0,24 0,80 120 4,5 1,5 0,48 0,22 0,71 160 3,4 1 0,37 0,18 0,7 R Tõ b¶ng sè liÖu ta cã ®å thÞ quan hÖ R = f(n) sau: n H×nh 4: §å thÞ quan hÖ R = f(n). Qua ®å thÞ quan hÖ trªn ta tra ®­îc sè cäc cÇn ®ãng lµ n =20 cäc. Tra l¹i c¸c sè liÖu vµ tÝnh l¹i ®iÖn trë nèi ®Êt cña hÖ thèng. Ta cã: Kho·ng c¸ch gi÷a 2 cét: a = L/ n = 540/ 20 = 27m. Tû sè a/ l = 27/3 = 9. V× a >> l nªn cã thÓ xem nh­ rc = 1 vµ rt = 1. Tõ ®ã ta cã gi¸ trÞ cña ®iÖn trë nèi ®Êt hÖ thèng tÝnh l¹i lµ: . VËy chØ cÇn ®ãng n =20 cäc lµ tháa m·n ®iÒu kiÖn R < RNT. Nèi ®Êt chèng sÐt: V× tr¹m sö dông hÖ thèng nèi ®Êt ph©n bè dµi ( nèi ®Êt m¹ch vßng) nªn ®ång thêi ph¶i xÐt ®Õn c¶ hai qu¸ tr×nh lµ : Qu¸ tr×nh qu¸ ®é vµ qu¸ tr×nh phãng ®iÖn trong ®Êt. Do tr¹m cã 2 cÊp ®iÖn ¸p 110kV vµ 220kV nªn ta chØ cÇn tÝnh nèi ®Êt chèng sÐt cho cÊp 110kV lµ ®­îc. ë cÊp ®iÖn ¸p nµy nèi ®Êt an toµn vµ nèi ®Êt chèng sÐt chung nhau nªn ta dïng nèi ®Êt an toµn kiÓm tra l¹i cho nèi ®Êt chèng sÐt. S¬ ®å ®¼ng trÞ cña nèi ®Êt chèng sÐt ®­îc biÓu thÞ ë h×nh sau: LO GO IS H×nh 4: S¬ ®å ®¼ng trÞ cña hÖ thèng nèi ®Êt. C¸c tham sè ph©n bè L, G x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: . - L: chiÒu dµi ®iÖn cùc L = 540 m. - r: b¸n kÝnh tiÕt diÖn thanh ®iÖn cùc r = 1 cm. . Vµ: . - R: ®iÖn trë xoay chiÒu tÝnh cho mïa sÐt. . Víi: - ®iÖn trë cäc tÝnh cho mïa sÐt: . - §iÖn trë thanh tÝnh cho mïa sÐt: . . . Tõ s¬ ®å ®¼ng trÞ cã thÓ thµnh lËp ®­îc hÖ ph­¬ng tr×nh vi ph©n. Sau khi gi¶i c¸c ph­¬ng tr×nh vi ph©n trªn víi d¹ng sãng cña dßng ®iÖn ë ®Çu vµo cña bé phËn nèi ®Êt cã d¹ng sãng xiªn gãc i(o,t) = a.t, sÏ ®­îc ®iÖn ¸p t¹i ®iÓm bÊt kú trªn ®iÖn cùc. Suy ra tæng trë xung kÝch ®Çu vµo: Víi: t = t®s = 5 ms, , Tæng trë tiÕn tíi gi¸ trÞ æn ®Þnh khi: = = = = 0,5. Þ Tæng trë xung kÝch cña hÖ thèng nèi ®Êt lµ: = §iÒu kiÖn nèi ®Êt chèng sÐt tháa m·n khi: Víi: dßng ®iÖn sÐt, Is = 150kA. ®iÖn ¸p 50% cña tr¹m, ®èi víi tr¹m 110kV cã U50% = 460kV. Þ Uxk = 3´150 = 450kV < 460kV . VËy hÖ thèng nèi ®Êt an toµn còng tho¶ m·n cho nèi ®Êt chèng sÐt cña tr¹m ta kh«ng cÇn ph¶i nèi ®Êt bæ sung.