Chương 1. Sự ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện. Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm biến áp. Thiết kế hệ thống nối đất.
1 CHƢƠNG 1 SỰ ẢNH HƢỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1 1 KHÁI QUÁT CHUNG Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km). Hiện tượng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Trong phạm vi đồ án này ta ch nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tượng phóng điện này gây nhiều trở ngại cho đời sống con người.
Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2. Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn.
Đầu tia được nối với một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo.
Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao. 2 Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn. Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập trung điện diện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là và mật độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo là thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là: is = . Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể). Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (t vài k đến vài trăm k ) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình M-1) - hi sét đánh th ng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên.1 : Sù biÕn thiªn cña dßng diÖn sÐt theo thêi gian 3 Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặc điểm dông sét khác nhau : + Ở miền Bắc, số ngày dông dao động t 70 110 ngày trong một năm và số lần dông t 150 300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra t 2 3 cơn dông.
+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có t 250 300 lần dông tập trung trong khoảng 100 110 ngày. Tháng nhiều dông nhất là các tháng 7, tháng 8. + Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi và vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100 ngày trong một năm.
Các vùng còn lại có t 150 200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 100 ngày. + Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm ch có dưới 80 ngày dông. Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chung trong khoảng t tháng 5 đến tháng 9.
Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng 4, t tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát được 12 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng .), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi tháng ch gặp t 2 5 ngày dông. Phía Nam duyên hải Trung Bộ (t Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất, thường ch có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng như Tuy Hoà 10ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng. 4 Ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ t 120 140 ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm. Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là t tháng 4 đến tháng 11 tr tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông đều quan sát được trung bình có t 15 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày.
Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn, tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng ch quan sát được khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây Nguyên, 10 12 ở Nam Tây Nguyên, on Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày. Ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho H.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy. ẢNH HƢỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VN.
- Như đã trình bày ở phần trước biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm k , đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó. Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện t trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử , ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm km. - hi sét đánh th ng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện t truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng 5 lên cách điện của đường dây. hi 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 n 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 t đường dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh th ng 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 dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới điện.
* ết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông sét tới hoạt động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới điện và trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện. 6 CHƢƠNG 2 THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM 2 1 KHÁI QUÁT CHUNG Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một thể thống nhất. Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng.
Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những ch làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ng ng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác. Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng. Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế. Nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm được bảo vệ an toàn chống sét đánh trực tiếp.
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 t xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây. Do đó tùy t ng trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp và đáp ứng nhu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của trạm.