Đặt vấn đề Trong những năm gần đây thế giới phải chịu sự biến đổi khí hậu diễn ra ngày càng gay gắt, thiên tai diễn ra liên miên. Việt nam là một trong những nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất do sự thay đổi khí hậu này. Khí hậu Việt Nam rất thuận lợi cho việc phát sinh và phát triển của giông sét. Theo số liệu của Viện Nghiên cứu sét Gia Sàng Thái Nguyên thì tại Việt Nam, sét có cường độ mạnh được ghi nhận bằng dao động ký tự động có biên độ Imax = 90,67kA.
Do đó, việc nghiên cứu vấn đề chống sét để bảo vệ hệ thống lưới điện cũng là một trong những vấn đề quan trọng để đảm bảo cho nguồn năng lượng cung cấp cho quốc gia được thông suốt hay chính là chất lượng điện năng được đảm bảo tính liên tục. Vấn đề chống sét cho hệ thống điện quốc gia được nghiên cứu rất nhiều cho hệ thống bảo vệ trạm, đường dây, cột điện. Việc xác định ảnh hưởng của dòng sét đối với máy biến áp như thế nào là rất quan trọng. Tuy nhiên các nghiên cứu tập trung nhiều việc tính toán các điện cực nối đất chứ chưa tập trung nghiên cứu sâu vào việc tính toán phân bố dòng điện vào máy biến áp trong trường hợp có sét đánh.
Chính vì vậy mà tôi đã chọn đề tài luận văn “Khảo sát dòng qua máy biến áp khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây” II Mục đích của đề tài - Khảo sát dòng sét đi qua hệ thống nối đất máy biến áp trong trường hợp sét đánh trên đường dây chống sét - Khảo sát dòng sét đi qua cuộn dây máy biến áp trong trường hợp sét đánh trên đường dây truyền tải - Xác định dòng sét có ảnh hưởng như thế nào để đưa ra đề xuất một số kết luận III Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu - Dùng phương pháp Fourier nghiên cứu đặc tính tần số HVTH: Trịnh Minh Sang 1 GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây - Sử dụng phần mềm Matlab chạy mô phỏng - Phân tích các kết quả và đề ra hướng phát triển IV Phạm vi ứng dụng - Làm tài liệu để giảng dạy - Giúp cho người thiết kế hệ thống điện V Nội dung luận văn Nội dung luận sẽ được trình bày theo các nội dung sau đây: Mở đầu Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nghiên cứu biến đổi Fourier và các vấn đề nối đất Chương 3: Xác định tổng trở Thevenin của đường dây chống sét – cột điện và phương pháp tính toán phân bố dòng sét Chương 4: Khảo sát dòng qua hệ thống nối đất máy biến áp khi sét đánh trên đường dây chống sét Chương 5: Khảo sát dòng qua cuộn dây máy biến áp khi sét đánh trên đường dây truyền tải Chương 6: Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục HVTH: Trịnh Minh Sang 2 GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu Sét là hiện tượng tự nhiên đa dạng có nhiều ảnh hưởng đến đời sống con người. Việc chế ngự sét là vấn đề đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu.
Phòng chống tác hại của sét phải là vấn đề mang tính tổng thể. Do đó trong những thập niên gần đây, việc nghiên cứu vấn đề chống sét ngày càng nhiều. Hàng loạt công trình nghiên cứu đã ra đời, đáng kể nhất là việc nghiên cứu ra các thiết bị có khả năng chống sét từ xa hay thiết bị có khả năng hấp thu sét và dẫn sét đi nơi khác… Bên cạnh đó việc nghiên cứu vấn đề nối đất cho hệ thống chống sét – cột điện cũng đã được thực hiện từ lâu. Nhiều vấn đề đã được nghiên cứu trên các tạp chí và báo cáo nghiên cứu khoa học hằng năm như: Tính toán điện cực nối đất và các giải pháp giảm điện trở của trang bị nối đất [3]; Formulas for calculating physical grounding resistance of grounding wire – electric pole system of high voltage transmission line [8]; Modelling of Long Grounding Conductors Using EMTP [17]; Simple methods of measuring resistance between electrodes [14]… 1.2 Đánh giá, phân tích bài báo 1.1 Formulas for calculating physical grounding resistance of grounding wire – electric pole system of high voltage transmission line [8] Đường dây truyền tải điện cao thế kết hợp với dây chống sét hình thành hệ thống dây chống sét – cột điện như hình 1.
0 Rcs 1 Rcs 2 Rcs Rcs n Rc Rc Rc Rc Hình 1.1: Mô hình đơn giản hệ thống dây chống sét – cột điện HVTH: Trịnh Minh Sang 3 GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây Hệ thống có n khoảng vượt, ở dưới chân mỗi cột điện có điện trở nối đất Rc và điện trở của dây chống sét trong mỗi khoảng vượt Rcs. Đường dây được nối vào trạm biến áp cao thế tại điểm 0. Tổng trở của mạch tại vị trí 0 được xác định bằng công thức [8]: Z b 4R R R 1 b 4 Rcs Rc Rcs2 n 2 cs c 2 cs n b 4R R R b 4R R R cs c 2 cs n cs c 2 cs n b Rcs 2 Rc Rcs 4 Rcs Rc Rcs2 Với 1 2 Z cs 4 Rcs Rc Rcs2 2 hay 2 1 Rcs 2 Với đường dây truyền tải cụ thể thì có các thông số Rcs và Rc.
Do đó, quan hệ Z f (n) có dạng như trong hình với Rc 10 và Rcs 0,9125 Bảng 1.1: Quan hệ tổng trở theo khoảng vượt Z f (n) n 1 5 10 15 19 20 25 30 Zn 10.2: Quan hệ tổng trở theo khoảng vượt Z f (n) HVTH: Trịnh Minh Sang 4 GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây Phương pháp tính điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống dây chống sét – cột điện đơn giản với độ chính xác cao: - Bước 1: Xác định Rc và loại dây chống sét - Bước 2: Xác định khoảng vượt tới hạn Tại một khoảng vượt xác định, tổng trở Zn sẽ ổn định không thay đổi. Tùy thuộc vào giá trị điện trở dây chống sét, giá trị nối đất và chiều dài khoảng vượt mà có thể xác định được các giá trị khoảng vượt tới hạn khác nhau dựa vào bảng 1.2: Dùng để xác định khoảng vượt tới hạn Loại dây C50 C70 C90 PASTEL 147 .1 chống sét nth 0,96 .Rc 20 ,4 - Bước 3: Xác định điện trở tự nhiên dây chống sét cột điện + Trường hợp 1: Khi số khoảng vượt n nth 1 1 Rc Rdcs c Rcs 2 4 Rcs + Trường hợp 2: Khi số khoảng vượt n nth Rcs R Rdcs c 1 Rcs Rc coth n cs 4 Rc Rc 1.2 Ưu điểm của các bài báo - Mô hình mô phỏng đơn giản hệ thống dây chống sét – cột điện - Đưa ra được công thức tính toán điện trở nối đất của hệ thống chống sét – cột điện với sai số nhỏ.23 Hạn chế của các bài báo - Chưa đề cập đến việc ảnh hưởng của thành phần xoay chiều R – L – G – C - Chưa đưa ra mô hình đơn giản có xét đến ảnh hưởng của các thành phần thông số đường dây, thông số tổng trở của hệ thống nối đất…. HVTH: Trịnh Minh Sang 5 GVHD: TS.
Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây - Chưa khảo sát ảnh hưởng của các thông số khi dòng sét qua hệ thống nối đất của trạm biến áp cao thế. Chính vì vậy đề tài tôi tập trung vào xét ảnh hưởng của các thông số khi dòng sét qua hệ thống nối đất của trạm biến áp cao thế.3 Nhiệm vụ của đề tài Việc xác định dòng điện qua hệ thống nối đất của trạm biến áp cao thế quyết định biên độ và điện áp phân phối dọc lưới nối đất là vấn đề vô cùng quan trọng trong việc tính toán dòng điện qua hệ thống nối đất khi có sét đánh ở dây chống sét. Bên cạnh đó việc khảo sát ảnh hưởng dòng sét đến máy biến máy như thế nào là rất quan trọng. Vì vậy đề tài tôi tập trung vào các nhiệm vụ cụ thể sau: - Nghiên cứu các vấn đề cơ bản về nối đất và an toàn trong hệ thống điện.
- Khảo sát dòng sét đi qua hệ thống nối đất máy biến áp trong trường hợp sét đánh trên đường dây chống sét - Khảo sát dòng sét đi qua cuộn dây máy biến áp trong trường hợp sét đánh trên đường dây truyền tải - Xác định dòng sét có ảnh hưởng như thế nào để đưa ra đề xuất một số kết luận - Sử dụng Matlab để chạy kết quả mô phỏng từ đó đưa ra đề xuất tốt hơn cho việc nghiên cứu sau đó.4 Phạm vi nghiên cứu và giới hạn đề tài 1.1 Phạm vi nghiên cứu - Xác định các công thức tính tổng trở Thevenin của đường dây - Tính toán phân bố dòng sét chạy qua các thành phần nối đất của đường dây, qua cuộn dây máy biến áp - Chạy mô phỏng trên phần mềm Matlab 1.2 Giới hạn đề tài - Xét những ảnh hưởng nhất định của các thông số đường dây. - Chưa xét cụ thể các trường hợp ảnh hưởng của các loại đất đến giá trị điện trở nối đất HVTH: Trịnh Minh Sang 6 GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sĩ Khảo sát dòng qua MBA khi sét đánh bất kỳ một điểm trên đường dây 1.5 Điểm mới của luận văn - Xác định tổng trở Thevenin của đường dây - Đề xuất một phương pháp tính toán phân bố dòng sét đơn giản - Xét ảnh hưởng của các thông số đến dòng sét qua hệ thống nối đất trạm biến áp - Khảo sát dòng sét đi qua hệ thống nối đất máy biến áp trong trường hợp sét đánh trên đường dây chống sét - Khảo sát dòng sét đi qua cuộn dây máy biến áp trong trường hợp sét đánh trên đường dây truyền tải 1.