Chương I: Hiện tượng giông sét và ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện Việt Nam Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha-đất hoặc ngắn mạch pha–pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới. Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng.
Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn. Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố lưới điện, vì vậy giông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe dọa hoạt động của lưới điện.3 Kết luận Sau khi nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của giông sét tới hoạt động của hệ thống điện, ta thấy rằng việc tính toán bảo vệ chống sét cho hệ thống điện là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành hệ thống điện. 3 Tieu luan CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV 2.1 Khái niệm chung Đối với Trạm biến áp 220 kV có các thiết bị đặt ngoài trời, khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nghiêm trọng, làm hư hỏng các thiết bị điện, có thể phải ngừng cung cấp điện năng trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến sản xuất và gây ra những chi phí tốn kém cho ngành điện, ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc dân. Do vậy, trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. 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 các khu vực an toàn bên dưới hệ thống này. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ thống 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 sét một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi 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 ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật.2 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220/110kV ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể. Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Tuy nhiên trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện không đủ lớn.
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. Trạm biến áp có điện áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn). Do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm. Tuy nhiên cần lưu ý đặt cột thu lôi sao cho đường dẫn từ cột thu sét xuống hệ thống nối đất là ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất 4 Tieu luan Chương II: Thiết kê hệ thống bảo vệ sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110kV theo 3 đến 4 thanh dẫn của hệ thống nối đất.
Mặt khác phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khâu yếu nhất trong trạm biến áp ngoài trời điện áp từ 110 kV trở lên là cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống 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. 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. Đối với cấp điện áp 110kV trở lên cần phải chú ý: Ở nơi có đặt cột thu lôi dẫn vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không được quá 4 (ứng với tần số công nghiệp).
Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi và bộ phận mang điện không được bé hơn độ dài chuỗi sứ. Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện. Khi dùng cột thu lôi độc lập thì cần 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 các vật cần được bảo vệ. 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 chôn trong đất.
Có thể nối dây chống sét vào hệ thống nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của điểm nối đất ấy đến điểm nối đất của máy biến áp lớn hơn 15m.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột & dây và phạm vi bảo vệ 2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi có độ cao là h là một hình chóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau: 1, 6 rx (h hx ) h 1 x h h Trong đó: hx - h: chiều cao cột thu lôi. rx - hx: chiều cao cần được bảo vệ.1: bánPhạm kính vi bảobảovệvệở của một hcột độ cao x. thu lôi Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc ABC được xác định như 5 Tieu luan Chương II: Thiết kê hệ thống bảo vệ sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110kV sau: A 0,8h B 2h h h 3 x C 1,5h 0,75h 0,75h 1,5h r Ox Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi trong tính toán (đường sinh gấp khúc) Bán kính bảo vệ rx được tính như sau: 2 hx h + Nếu hx ¿ 3 thì rx = 1,5×h× (1- 0,8 h ) = 1,5×h – 1,875×hx 2 hx h + Nếu hx > 3 thì rx = 0,75×h× (1- h ) = 0,75× (h – hx) Các công thức trên chỉ để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h < 30m. Khi h ¿ 5,5 = 30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p, với p √h .2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi 2.1 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi a.
Hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau Xét 2 cột thu lôi có độ cao bằng nhau h1 = h2 = h, cách nhau 1 khoảng a. 6 Tieu luan Chương II: Thiết kê hệ thống bảo vệ sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110kV Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau +Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét đánh vào. +Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h 0 được xác định a như sau: h0 = h - 7 Các công thức trên được áp dụng khi hệ thống chống sét có độ cao nhỏ hơn 30m. Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn hơn hoặc bằng 30m thì các công thức cũng cần được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục trên.
Hai cột thu lôi có độ cao khác nhau Xét 2 cột thu lôi có độ cao là h1 và h2, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như hình vẽ: O R h h 2 1 h 0 h rx x rx r0 x 2 1 x a a’ O O O O 1 3 2 Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau 7 Tieu luan Chương II: Thiết kê hệ thống bảo vệ sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110kV 2.2 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi rx1 1 2 1 rx1 2 r r x2 x2 rx1 D<8h 4 rx1 a D<8h rx2 3 a 3 rx2 3 4 3 3 rx3 4 Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu lôi có độ cao bằng nhau Vật có độ cao hx nằm trong đa giác được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện: D 8 (h h x ) 8 h a Trong đó: - D: đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác được tạo bởi các cột thu lôi. - h: độ cao của cột thu lôi. - hx: độ cao của vật cần được bảo vệ. - ha = h – hx: là độ cao hiệu dụng.