Mở đầu Trong hệ thống điện, trạm biến áp (TBA) là một phần tử hết sức quan trọng, Nó thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Trạm biến áp 220/110kV là trạm phân phối ngoài trời, nên khi sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng: gây hư hỏng các thiết bị trong trạm, có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện một phần hay toàn bộ hệ thống trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất, tiêu thụ điện năng ảnh hưởng đến đời sống kinh tế chính trị và xã hội. Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào TBA đặt ngoài trời là nhiệm vụ rất quan trọng. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào TBA, ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây chống sét.
Tác dụng của hệ thống này là định hướng các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này.Các cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy, các cột đèn chiếu sáng. Chiều cao của cột và cách bố trí các cột thu lôi tuỳ thuộc vào từng mặt bằng trạm, cách bố trí các thiết bị trong trạm, độ cao bảo vệ theo yêu cầu. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó.
Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn đây dãn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây, Để bảo vệ cho đoạn đường dây nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên của đường dây ta dùng dây chống sét.Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này. Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bên cạnh những vấn đề đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế và mỹ thuật của hệ thống nối đất. Thông thường để giảm vốn đầu tư và cũng để tận dụng các độ cao ở các TBA và các nhà máy điện ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các cột đèn chiếu sáng, trên các kết cấu của trạm, trên mái nhà. Cột thu lôi độc lập đắt hơn nên chỉ dùng khi không thể tận dụng được các chiều cao khác.
1 Đồ án thiết kế tốt nghiệp cao áp 1. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào TBA Phải đảm bảo tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các yêu cầu cụ thể, hệ thống các cột thu lôi có thể được đặt trên các độ cao có sẵn như xà, cột đèn chiếu sáng,,, hoặc được đặt độc lập. Đối với trạm phân phối ngoài trời có cấp điện áp cao áp và siêu cao do có mức cách điện khá cao nên có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm.
Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét I S khuếch tán vào đất theo 3 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu đó phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khi đặt hệ thống cột thu lôi trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Tuy nhiên cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị.
Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên thì phải thực hiện yêu cầu: ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở nối đất không được quá 4 (ứng với dòng điện tần số công nghiệp). Khi dùng cột thu lôi độc lập thì phải thì phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến thiết bị được bảo vệ. Khâu yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110KV trở nên là cuộn đây máy biến áp.Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện.
Tuy nhiên nếu ta sử dụng hệ thống nối đất chung thì ta có thể bỏ qua yêu cầu này. Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và được chôn trong đất.Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét Theo tài liệu [1.2] ta có: 1 Sinh viên thực hiện :PHẠM VĂN THUYẾT:HTĐ1 - K49 2 Đồ án thiết kế tốt nghiệp cao áp 1. Độ cao của cột thu lôi, h=hx + ha h=hx + ha (1.1) Trong đó: hx: Độ cao của của vật cần được bảo vệ ha: Độ cao tác dụng của cột thu lôi xác định theo nhóm cột: (1.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập rx Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình: (1.3) Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá, được tính toán theo công thức sau: (1.4) + Nếu hx ≤ 2/3h thì (1.5) + Nếu hx > 2/3h thì Trong đó: Với h ≤30 m: p = 1 Với h >30 m: (1.6) Biểu diễn trên hình vẽ. 2 Sinh viên thực hiện :PHẠM VĂN THUYẾT:HTĐ1 - K49 3 Đồ án thiết kế tốt nghiệp cao áp h/3 0,2h h hx 1,5h 0,75h r Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột thì phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h là chiều cao của cột).Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao.
Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi ho được tính như sau: (1.8) + Nếu hx ≤ 2/3h0 thì (1.9) + Nếu hx > 2/3h0 thì Chú ý: Với p tính như ở mục 1.2 thì còn phải tính ho theo công thức: (1.10) 3 Sinh viên thực hiện :PHẠM VĂN THUYẾT:HTĐ1 - K49 4 Đồ án thiết kế tốt nghiệp cao áp R 1 2 h hx h0 0,75h a 1,5h rox rx Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao giống nhau. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau. Cách xác định phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có chiều cao khác nhau như sau: Giả sử có hai cột thu sét : cột 1 có chiều cao h1, cột hai có chiều cao h2 và h1 > h2. Hai cột cách nhau một khoảng là a.
Trước tiên, vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h 1, sau đó qua đỉnh cột thấp h 2 vẽ đường thẳng song song mặt đất cắt đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao (cột h1) tại điểm 2’, Điểm này được xem là đỉnh của cột thu lôi giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau và bằng h 2 với khoảng cách là a’, Hình 1.3 : Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ cột cao h 1 (cột 1) đến cột giả tưởng (cột 2’) đúng bằng bán kính bảo vệ của cột cao h 1 đối với chiều cao cần bảo vệ h 2. Do đó có thể tính khoảng cách x theo công thức sau: 4 Sinh viên thực hiện :PHẠM VĂN THUYẾT:HTĐ1 - K49 5 Đồ án thiết kế tốt nghiệp cao áp (1.11) (Tính gần đúng theo các công thức ở mục 1.từ các công thức 1.3 đến công thức 1.6) Từ đó tính được: (1.12) Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa cột 1 và cột giả tưởng (cột 2’), (1.13) Bán kính bảo vệ: rox (1.14) + Nếu hx ≤ 2/3h0 thì: (1.15) + Nếu hx > 2/3h0 thì 1. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột (số cột >2).
Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu lôi sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện: D 8,ha =8,(h-hx) (1.16) Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu lôi, Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có: (1.18) với p là nửa chu vi : Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật: (1.19) với a, b là độ dài hai cạnh hình chữ nhật. Độ cao tác dụng của cột thu sét ha phải thoả mãn điều kiện: 5 Sinh viên thực hiện :PHẠM VĂN THUYẾT:HTĐ1 - K49 6 Đồ án thiết kế tốt nghiệp cao áp a a D c b b D Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật.