CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO DỰ ÁN TRẠM BIẾN ÁP 220KV VĨNH CHÂU – TỈNH SÓC TRĂNG 1. Giới thiệu về Trạm biến áp 220kV Vĩnh Châu Dự án “Trạm biến áp 220kV Vĩnh Châu” là công trình quan trọng giúp ổn định lưới điện của tỉnh và giải phóng công suất của các nhà máy điện gió, điện mặt trời trong khu vực và góp phần phát triển kinh tế - xã hội của Thị xã Vĩnh Châu nói riêng và tỉnh Sóc Trăng nói chung. Dự án Trạm biến áp 220 kV Vĩnh Châu được đấu nối qua đường dây 220 kV mạch kép đấu nối Trạm biến áp 220 kV Bạc Liêu chuyển tiếp trên đường dây 220 kV NĐ Cà Mau - Sóc Trăng do Ban quản lý các công trình điện Miền Nam làm chủ đầu tư.
Dự kiến đóng điện trước Tháng 10 năm 2021 theo 1. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng Khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và quá trình sản xuất, phát triển kinh tế. Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng bao gồm: a) Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an toàn của hệ thống bảo vệ.
Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp mà hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn của công trình như xà, cột đèn chiếu sáng. hoặc được đặt độc lập. - Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét. Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải đảm bảo mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất bé.
6 Tieu luan + Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao (khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu của trạm. Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối. Theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện is khuyếch tán vào đất theo 3- 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4.
+ Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn dây của MBA. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thu sét và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15m. - Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách nhất định, nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí và đất b) Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét 1.
Phạm vi bảo vệ của cột thu sét: a) Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi công thức. 1,6 r x= (h−h x ) hx 1+ h ( 1 – 1) Trong đó: h: độ cao cột thu sét hx: độ cao vật cần bảo vệ h- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét rx: bán kính của phạm vi bảo vệ 7 Tieu luan Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đường sinh của hình chóp có dạng đường gãy khúc được biểu diễn như hình vẽ 1. Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức sau.(1 - ) + Nếu 3 thì h ( 1 – 3) Chú ý: a 0,2h b h 0,8h a' c 0,75h 1,5h R Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân với hệ 5,5 p= số hiệu chỉnh p. Với √h và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp.
b) Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét. 8 Tieu luan Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Nhưng để hai cột thu sét 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 sét có cùng độ cao.
- Khi hai cột thu sét 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 sét ho được tính như sau: a ho = h - 7 ( 1 – 4) Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau. 0,2h h ho hx 0,75h a 1,5h rx 1- 2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét giống nhau. Tính rox: 2 h h x ≤ ho r ox = 1,5 h o (1 x ) + Nếu 3 thì 0,8 ho ( 1 – 5) 2 h h x ≥ ho r ox = 0,75h o (1 - x ) + Nếu 3 thì ho ( 1 – 6) Chú ý: 9 Tieu luan Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh như trong phần chú ý của mục 1 thì còn phải tính ho theo công thức: a ho =h - 7p ( 1 – 7) c) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Giả sử có hai cột thu sét: cột 1 có chiều cao h1, cột 2 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 h2 vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại điểm 3. Điểm này được xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h 2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau và bằng h 2 với khoảng cách là a’. Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của cột 1 với a '=a−x 1,6(h1 −h2 ) x= h 1+ 2 h1 ( 1 – 8) 1 2 3 0,2h2 h1 h2 ho 0,75h2 a' x 0,75h1 1,6h2 1,6h1 a Hình 1- 3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét khác nhau.
d) Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột ( số cột >2). Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ được xác định bởi toàn bộ miền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống như của từng đôi cột 10 Tieu luan rx rox rx rox a a c rox D D b b Hình 1- 4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột. Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện: D ¿ 8. (h - hx) ( 1 – 9) Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét.
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo p. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét: a) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng. Chiều rông của phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như hình vẽ. 11 Tieu luan a 0,2h b h 0,8h a' c 0,6h 1,2h 2bx Hình 1- 5: Phạm vi bảo vệ của một day thu sét.
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h.(1 - ) + Nếu 3 thì h ( 1 - 12) Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo p. b) Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h. Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao.
h ho = h- 4 ( 1 – 13) Phạm vi bảo vệ như hình vẽ. 12 Tieu luan 0,2h h ho hx 0,6h s 1,2h bx 1- 6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây thu sét và điểm có độ cao s ho =h- 4 so với đất. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ - Trạm biến áp: Trạm 220/110 kV.
+ Phía 220kV 6 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp (T3, T4) và 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2) + Phía 110kV 8 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2) - Tổng diện tích trạm 555000 m2 - Với trạm 220 kV có diện tích là: 34500 m 2. Độ cao xà cần bảo vệ là 16m và 11 m. - Với trạm 110 kV có diện tích là: 19200 m2. Độ cao xà cần bảo vệ là 11 và 8 m.
Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp 13 Tieu luan 1.