Đồ án Thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và đường dây cao áp dẫn tới trạm

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 1 Thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và đường dây cao áp dẫn tới trạm. MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG SÉT Ở VIỆT NAM. Qua việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét cho các công trình, thiết bị đã có lịch sử từ lâu đời. Ngày nay người ta đã tìm ra được những biện pháp, những hệ thống thiết bị và những kỹ thuật tiên tiến để phòng chống sét một cách hữu hiệu và an toàn. Tuy nhiên giông sét là hiện tượng tự nhiên. Mật độ, thời gian và cường độ sét mang tính ngẫu nhiên cho nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đối với các công trình. Ở những vùng khác nhau, do điều kiện khí hậu và thiết bị kỹ thuật khác nhau nên các đặc điểm về giông sét gây ra những tác hại khác nhau. Tuỳ theo từng vùng mà có những biện pháp thích hợp để phòng chống sét có hiệu quả. A.Tình hình giông sét ở việt nam: Theo đề tài KC-03-07 của Viện năng lượng trong một năm số ngày giông trên Miền bắc nước ta thường giao động trong khoảng từ 70 đến 110 ngày và số lần giông từ 150 đến 300 lần, như vậy vào mùa mưa trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 đến 3 cơn giông. Vùng giông nhiều nhất trên Miền Bắc là vùng Tiên Yên, Móng Cái; Tại đây hàng năm có từ 100 đến 110 ngày, tháng nhiều giông nhất là các tháng VII, VIII có tới 25 ngày/ tháng. Một số vùng khác có địa hình chuyển tiếp giữa cồng bằng số lần giông cũng nhiều tới 200 lần với số ngày giông khoảng trên 100 ngày, các vùng còn lại từ 150 đến 200 cơn giông mỗi năm tập chung khoảng 90 đến 100 ngày. Nơi ít giông nhất là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày giông. Xét về dạng diễn biến của mùa giông trong năm ta thấy mùa giông không ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 2 hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nói chung ở Bắc Bộ mùa mưa bão tập chung khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. ở phía tây Bắc Bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ đầu tháng 4 đến tháng 8. Ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ tháng 5, tháng 9 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình . Vùng Duyên hải trung bộ ở phần phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối nhiều giông trong tháng 4 và từ tháng 5 đến tháng 8. Số ngày giông tập trung xấp xỉ 10 ngày/tháng. Tháng nhiều giông nhất (tháng 5 ) quan sát được 12 đến 15 ngày. Những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) mỗi tháng chỉ gặp từ 2 đến 5 lần giông. Phía nam Duyên Hải trung bộ (từ Bình định trở vào) là khu vực ít giông nhất thường chỉ có tháng 5 số ngày giông chỉ xấp xỉ hoặc lớn hơn 10 ngày (Tuy hoà 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày) còn các tháng khác của mùa đông mỗi tháng chỉ quan sát được từ 5 đến 7 ngày giông. Miền Nam cũng khá nhiều giông hàng năm trung bình quan sát được từ 40 đến 50 ngày đến trên 100 ngày tuỳ từng nơi. Khu vực nhiều giông nhất là vùng đồng bằng Nam Bộ số ngày giông trung bình hàng năm lên tới 120 đến 140 ngày (Sài Gòn 138 ngày, Hà Tiên 129 ngày). ở Bắc Bộ chỉ vào khoảng 100 ngày. Mùa giông ở Nam bộ từ tháng 4 đến tháng 11, trừ tháng đầu mùa là tháng 4 tháng cuối mùa là tháng 11 số ngày giông trung bình là 10 ngày trên mỗi tháng còn các tháng 5 tháng 6 đến tháng 10 mỗi tháng quan sát trung bình gặp trên 20 ngày giông (sài gòn 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày). Tây Nguyên mùa giông thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày giông đạt tới 10 đến 15 ngày đó là các tháng 4, tháng 5 và tháng 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được chừng 15 ngày giông. ở bắc Tây Nguyên 10 đến 12 ngày, nam Tây Nguyên (P Lây Cu 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày) còn các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng trung bình từ 5 đến 7 ngày giông. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 3 Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng tình hình giông sét trên ba miền khác nhau, những vùng lân cận lại có mật độ giông sét tương đối giống nhau. Kết quả nghiên cứu đề tài KC-03-07 người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông toàn Việt nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. Các thông số cho ghi ở bảng 1. Bảng 1 : Vùng Ngày giông trung bình (ngày/năm) Giờ giông trung bình (giờ/năm) Mật độ sét trung bình Tháng giông cực đại 1. Đồng bằng ven biển Miền Bắc 81,1 215,6 6,47 8 2. Miền núi trung du Miền Bắc 61,6 219,1 6,33 7 3. Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 3,31 5;8 4. Ven biển Miền Trung 44,0 95,2 3,55 5;8 5. Đồng bằng Miền Nam 60,1 89,32 5,37 5;9 Từ các số liệu về ngày giờ giông số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện qua các giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống các khu vực (bảng 2) Bảng 2 : Số ngày giông Khuvực đồng bằng ven biển miền bắc Khuvực miền núi trung du miền bắc Khu vực cao nguyên miền trung Khu vực ven biển miền trung Khu vực đồng bằng miền nam 20 ÷ 40 2,43 ÷ 4,68 2,1 ÷ 4,2 1,2 ÷ 2,4 1,22 ÷ 2,44 1,26 ÷ 2,52 4o ÷ 60 4,86 ÷ 7,92 4,2 ÷ 6,3 2,4 ÷ 3,6 2,44 ÷ 3,65 2,52 ÷ 3,78 60 ÷ 80 7,92 ÷ 9,72 6,3 ÷ 8,4 3,6 ÷ 4,8 3,65 ÷ 4,87 3,78 ÷ 5,04 80 ÷ 100 9,72 ÷ 12,1 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷6,0 4,87 ÷ 6,09 5,04 ÷ 6,3 100 ÷ 120 12,15÷14,58 10,5 ÷12,6 6,0 ÷7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ÷ 5,76 ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 4 Qua nghiên cứu ở trên ta thấy Việt Nam là nước có số ngày giông nhiều và mật độ phóng điện lớn cho nên dòng sét cũng gây nên những thiệt hại đáng kể cho lưới điện và các công trình xây dựng ở Việt Nam B. Ảnh hưởng của giông sét Ở Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC-03-07 đã lắp đặt các vật ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều năm liên tục. Kết quả thu thập tình hình sự cố lưới điện 220kV Miền Bắc từ năm 1987÷1992 (bảng 3 ) Bảng 3 : Loại sự cố năm Dưới 220KV ĐDK phả lại ÷ Hà đông Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 2 1 2 1 1 1988 5 2 5 2 1 1989 24 3 6 2 1 1990 25 4 2 1 1 1991 30 2 3 1 1 1992 19 4 4 4 3 Tổng số 106 16 38 11 8 Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đường dây không 220 kV Phả Lại ÷ Hà Đông nguyên nhân do sét là 8/11 chiếm 72,7%. Sở dĩ lấy kết quả sự cố của đường dây Phả Lại ÷ Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lưới điện Miền Bắc vì đây là đường dây quan trọng của Miền Bắc vì sự cố đường dây này ảnh hưởng rất lớn đến tình hình chuyên tải điện của Miền Bắc. Kết luận : Qua những nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và những tác hại của sét gây nên đối với lưới điện, cho nên việc bảo vệ chống sét cho đường dây điện và các trạm biến áp là không thể thiếu được khi thiết kế ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 5 lưới điện. Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chống sét là cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện ở nước ta. CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1.1 :Giới thiệu chung. ƒ Khi các thiết bị điện của trạm phân phối điện ngoài trời bị sét đánh trực tiếp thì sẽ gây những hậu quả ngiêm trọng : gây nên hư hỏng các thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trạm trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng và các ngàng kinh tế quốc dân khác. ƒ Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình thường dùng các hệ thống thu sét như: cột thu sét, dây thu sét. Hệ thống thu sét gồm các bộ phận thu sét (kim, dây ), bộ phận nối đất và các dây dẫn liên hệ hai bộ phận với nhau. Cột thu sét có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy. ƒ Thông thường để giảm vốn đầu tư và để tận dụng các độ cao ở các trạm biến áp người ta có thể đặt cột thu sẻt trên các xà đỡ, các cột đèn chiếu sáng, trên mái nhà... Cột thu lôi độc lập thường đắt hơn nên chỉ dùng khi không thể tận dụng các độ cao khác. ƒ Nếu đặt cột thu lôi trên các kết cấu trạm phân phối điện ngoài trời và dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên của đường dây thì chúng sẽ được nối đất chung vào hệ thống nối đất của trạm.Vì vậy khi sét đánh vào thu lôi hay đoạn dây chống sét ấy thì toàn bộ dòng điện sét sẽ đi vào hệ thống nối đất của trạm và do đó làm tăng thế các thiết bị được nối đất chung với hệ thống nối đất của trạm. Độ tăng thế đó lớn thì có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị, do vậy chỉ trong điều kiện ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 6 cho phép mới được đặt cột thu lôi trên các công trình trong trạm hoặc dùng dây chống sét ở trong trạm. ƒ Tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét là ở chỗ tập trung điện tích ở đỉnh bộ phận thu sét, tạo nên điện trường lớn nhất giữa nó với đầu tia tiên đạo. Do đó thu hút các phóng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dưới, chung quanh hệ thống thu sét. Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng trong đất được dễ dàng và khi có dòng điện sét đi qua điện áp trên các bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ gây nên phóng điện ngược từ nó tới công trình đặt gần. . Khi thiết kế hệ thống chống sét phải chú ý so sánh về các mặt kỹ thuật, mỹ thuật và vấn đề nối đất của cột thu lôi. Đối với trạm phân phối ngoài trời 110kV trở nên do có mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân phối ,các trụ của các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào trong đất theo 3÷4 thanh cái của hệ thống nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của các kết cáu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khi bố trí cột thu sét của trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên phải0 thực hiện các điều sau: + Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất bổ xung nhằm đảm bảo điện trở không được quá 4Ω. + Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm 35kV phải tăng cường cách điện của nó lên đến mức cách điện của cấp 110kV . +Trên đầu ra của cuộn dây 6÷10kV cần đặt các chống sét van . +Để bảo vệ cuộn dây 35kV cần đặt chống sét van. Khoảng cách giữa chỗ nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp và của chống sét van phải nhỏ hơn 5m . + 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 chiều dài của chuỗi sứ. + Có thể nối cột thu lôi vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp110kV nếu các yêu cầu trên được thực hiện . Khi dùng cột thu lôi độc lập phảI chú ý ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 7 đến khoảng cach giữa các cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật được bảo vệ. Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ được đặt cột thu lôi trên xà máy biến áp khi máy phát điện và máy biến áp được lối với nhau bằng cầu bọc kín và hai đầu được lối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không được phép đặt cột thu lôi trên xà máy biến áp. Để đảm bảo về mặt cơ khí và để trống ăn mòn cần phải theo đúng qui định về loại vật liệu, tiếp diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dưới đất. 1.2. Yêu cầu đối vơí cột tròng sét và dây thu sét. Cột thu sét lên dùng giá đỡ bằng cột bê tông cốt thép để làm dây dẫn dòng điện sét từ kim thu sét đến hệ thống lối đất để giảm vốn đầu tư. + Cột thu lôi được thiết kế làm việc ở trạng thai tự do không làm việc ở trạng thá căng. + Khi trọn các phần tử của cột thu lôi (phần thu và dây dẫn dòng điện sét) dựa trên sự phát nóng của chúng và trong tính toán có thể bỏ qua sự tản nhiệt ra môi trường xung quanh. Kim thu sét phải nhỏ và nhọn để tập trung điện tích tạo lên trường lớn nhất với tia tiên đạo ... do đó thu hút dòng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dưới và xung quanh hệ thống thu sét. + Dây thu sét phải có tiết diện nhỏ và bề mặt dẫn điện tốt để đảm bảo dòng điện sét chạy qua, tập trung điện tích và thu hút dòng điện sét về phía mình không gây ảnh hưởng đến phần tử nằm trong phạm vi bảo vệ đem lại sự an toàn cho các thiết bị đó. - Khi bố trí dây thu sét để bảo vệ cho đường dây cao áp thì tuỳ theo cách bố trí dây đãn trên cột có thể treo một hoặc hai thu sét. Các dây trống sét được treo trên đường dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các dây đó. 1.3. Tính toán hệ thống chống sét. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 8 1.3.1.Các công thức sử dụng trong tính toán bảo vệ chống sét. a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét: Phạm vi bảo vệ của cột thu sét là miền giới hạn bởi mặt ngoài hình chóp tròn xoay có bán kính đáy được xác định bởi phương trình : ) -( 1 6,1 x x hh h hrx + = (1-1) Trong đó : - h là độ cao cột thu sét. - rx là bán kính của phạm vi bảo vệ ở mức cao xh . - hx là độ cao của vật cần được bảo vệ. - h - hx là độ cao hiệu dụng của cột thu sét. Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hoá (hình 1-1) đường sinh hình chóp có dạng gấp khúc. Khi đó bán kính bảo vệ được tính toán theo công thức sau đây : - Khi xh ≤ h3 2 ; xr = 1,5h (1 - h hx 8,0 ) ( 1 - 2 ) - Khi xh ≥ h3 2 ; xr = 0,75h (1 - h hx ) ( 1 - 3 ) Các công thức trên chỉ dùng trong trường hợp cột thu sét cao tới 30m. Khi cột có độ cao trên 30m thì phải nhân theo hệ số hiệu chỉnh P với P = h 5,5 và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75h.P và 1,5h.P ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 9 Hình 1.2 . Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét . b. Phạm vi bảo vệ cuả hai cột thu sét có cùng độ cao. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh được khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính r =3,5h. Như vậy khi hai cột thu sét đặt cách nhau a = 2R = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất trong khoảng giữa hai cột sẽ không bị sét đánh. Từ đó suy ra nếu hai cột thu sét đặt cách nhau khoảng cách a < 7h thì sẽ bảo vệ được độ cao 0h xác định bởi : h - 0h = 7 a ⇒ 0h = h - 7 a ( 1 - 4 ) Mặt cắt thẳng đứng đi qua hai cột thu sét của phạm vi bảo vệ cho trên hình ( 1-3): Mặt bằng của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 10 Hình 1. 3 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng độ cao. c. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau. Cột 1 có độ cao h1. Cột 2 có độ cao h2 (h1< h2) Khoảng cách giữa 2 cột là a. Ta có cách vẽ phạm vi bảo vệ : Hình 1. 4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau. Khi độ cao cột thu sét vượt quá 30m cũng có hiệu chỉnh tương tự như trên và: 0h = h - p a 7 Cách vẽ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao khác nhau đựoc trình bày trên ( hình 1 - 4 ). Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao, sau đó qua đỉnh cột thấp vẽ đường thẳng gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 11 cao ở điểm 3, điểm này được xem là đỉnh của cột giả định nó sẽ cùng với cột thấp ( cột 2 ) hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau ( 2h ) với khoảng cách a / Khoảng cách giữa cột 1 với cột giả định là LΔ . Khi đó : a’= a - LΔ Nếu h2 > 3 2 h1 Thì: LΔ = 0.75 h1( 1- h2/h1) Nếu h2 ≤ 3 2 h1 Thì: LΔ =1,5 h1 (1- h2/ h1) d.Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét. Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng vài cột thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công, lắp giáp. Trong trường hợp này ta nên bố trí nhiều cột thu sét để phối hợp cùng bảo vệ . Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện: D ≤ 8 ( h - xh ) = 8 ah ( 1 - 5 ) Trong đó: - D : đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi đỉnh các cột thu sét. - ah = h - xh : độ cao hiệu dụng cột thu sét, là phần vượt cao hơn so với mức cao xh Khi các cột thu sét bố trí bất kỳ cần phải kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn cho từng cặp ba cột đặt gần nhau. Nếu độ cao vượt quá 30m điều kiện bảo vệ ở (1-5) được hiệu chỉnh theo ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 12 D ≤ 8 (h- xh ) p = 8 ah p Khi xét các nhóm cột bảo vệ gồm có ba cột hợp với nhau thành một tam giác có ba cạnh là a, b, c thì D được tính như sau : D = ))()((.2 .. cpbpapp cba −−− (m) (1 - 7) Trong đó : p là nửa chu vi tam giác ABC. P = .2 cba ++ a) b) Hình 1 . 4 a.Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét b.Phạm vi bảo vê của 4 cột thu sét !.3.2 Các thiết bị trong trạm và nhiệm vụ tính toán : a. Kích thước trạm : ™ Trạm có kích thước : • Chiều dài : 50m. • Chiều rộng : 35m. ™ Phía 110 kV có : • Hai lộ 110 kV dẫn điện vào trạm. • Thiết bị phân phối cao áp gồm hai hệ thống thanh góp có chiều dài 18,5 m. • Hai maý biến áp có độ cao 4 m. • Chiều cao của xà kéo dây cao nhất là 11 m. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 13 • Chiều cao thanh góp cứng là 8m. • Nhà điều khiển cao 5m , chiều dài 27 m , chiều rộng 7 m đặt các thiết bị phân phối, thiết bị dự phòng và thiết bị điều khiển toàn bộ trạm. • Các thiết bị khác như dao cách li, máy cắt... nằm dưới hai hệ thống thanh góp nên ta không cần xét đến. *Nhiệm vụ của chúng ta là phải bố trí cột thu sét trên mặt bằng của trạm sao cho đảm bảo chống sét đánh trực tiếp cho tất cả các thiết bị trong trạm. Bao gồm : dự tính số lượng, vị trí đặt cột thu sét, độ cao của từng cột. Phạm vi bảo vệ của một cột, phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột và phạm vi bảo vệ của toàn bộ hệ thống thu sét. *Ta bố trí các phương án như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 14 1.4 Vạch phương án và tính toán các phương án. 1.4.1 Phương án 1: *Trong phương án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà đỡ dây và 2 cột E,F đặt trên nóc nhà đIều khiển. Vị trí của các cột như trên hình vẽ 1.7 a.Tính độ cao của cột phía 110 kV. +Độ cao của thiết bị cần bảo vê hx = 11 m. -Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách các cột : AD = BC =18,5 m AB = CD = 27 m Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột được bảo vệ thì : D ≤ 8 ha Trong đó : D: là đường kíng đường tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD. ha : là độ cao tác dụng của các cột Ta có D= 22 ADAB + = 22 5,1827 + = 32,73 m. Ta có : ha ≥ 8 D ⇒ ha ≥ 8 73,32 ⇒ ha ≥ 4,09. Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,09 m ⇒ Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là : h1= ha +hx = 4,09 + 11 = 15,09 m . Do đó ta chọn chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D là 15,5 m b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển. ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 15 +Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : hx = 5m. -Xét nhóm 4 cột CDEF. Bốn cột này tạo thành một hình chữ nhật với khoảng cách giữa các cột là : DE = CF = 25,5 m. EF = CD = 27 m. Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột được bảo vệ thì : D ≤ 8 ha Trong đó : D là đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật CDEF D = 22 CDCF + = 22 275,25 + =37,14 m. ha : là độ cao tác dụng của các cột . ⇒ ha ≥ 8 D ⇒ ha ≥ 8 14,37 ⇒ ha ≥ 4,64. Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,64 m. ⇒Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là: h2 =hx + ha = 5 + 4.64 = 9,64 m. Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10 m. Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà điều khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10 m. Bốn cột A,B,C,D có độ cao 15,5 m. • Tính toán phạm vi bảo vệ . - Phạm vi bảo vệ của cột cao 15,5 m là: Ta có : 3 2 h = 3 2 . 15,5 = 10.33 m . hx = 11 m > 3 2 h . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 16 Vậy nên bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 0,75 h0 ( 1 - h hx ) = 0,75 . 15.5 ( 1 - 5,15 11 ) = 3,375 m. - Phạm vi bảo vệ của cột cao 10 m là : Ta có : 3 2 h = 3 2 . 10 = 6,667 m . hx = 5 m < 3 2 h . Vậy bán kính bảo vệ của cột được tính theo công thức : rx = 1,5 h ( 1- h hx 8.0 ) = 1,5. 10 (1 - 10.8,,0 5 ) =5,625 m . - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột A và B là : Ta có : h = 15,5 m . Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m Với 7h = 7. 15,5 = 108,5 m . ⇒ a < 7 h + Độ cao thấp nhát được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h - 7 a =15,5 - 7 27 = 11,643 m . + Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là : Ta có : 3 2 h0 = 3 2 . 11,643 = 7,762 m . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 17 hx = 11 m > 3 2 h0 . ⇒ r0x = 0.75 .h0 ( 1- 0h hx ). = 0,75. 11,643. ( 1 - 643,11 11 ) = 0,482 m . - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột A và D : Ta có h = 15,5 m Khoảng cách giữa 2 cột : a= 18,5 m Với 7h = 7 . 15,5 = 108,5 m . ⇒ a < 7 h. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là: ho = h - 7 a = 15,5 - 7 5,18 = 12,857 m . +Bán kính bảo vệ của 2 cột là : Ta có ; 3 2 ho = 3 2 .12,857 = 8,571 m . hx = 11 m > 3 2 ho ⇒ rox = 0,75 ho (1 - ho hx ) = 0,75. 12,857 ( 1 - 857,12 11 ) = 1,393 m . - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột B và C . Ta có hai cột B và C có khoảng cách , độ cao và của thiết bị cần bảo vệ bằng của 2 cột A và D nên có giá trị bằng phạm vi bảo vệ của 2 cột A và D . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 18 Với : h0 =12,857 m rox = 1,393 m. - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột E và F Ta có : h = 10 m. Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m. Với 7h = 7 .10 = 70 m ⇒ a < 7h + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h - 7 a =10 - 7 27 = 6,143 m . + Bán kính bảo vệ của 2 cột là : Ta có : 3 2 ho = 3 2 . 6,143 = 4,095 m . hx = 5m > 3 2 h ⇒ rox = 0,75 ho ( 1- ho hx ) = 0,75 .6,143 ( 1 - 143,6 5 ) =0,886 m.- - Phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột D và E là : Ta có : Khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m. Chiều cao cột D là : h1 = 15,5 m. Chiều cao cột E là : h2 = 10 m . 3 2 h1 = 3 2 . 15,5 = 10,333 m . ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 19 3 2 h1 > h2. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột là : h0 = h2 - 7 ,a ,a = a - ΔL a: là khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m. ΔL = 1,5 .h1 ( 1- 1 2 8.0 h h ) = 1,5 . 15,5 (1 - 5,15.8,0 10 ) = 4,5 m . ⇒ h0 = 10 - 7 21 = 7 m. + Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là : Ta có : 3 2 oh = 3 2 .7 = 4,67 m hx = 5 m > 3 2 ho ⇒ rox = 0,75 ho ( 1 - oh hx ) =0,75 .7 ( 1- 7 5 ) = 1,5 m. -Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F . Ta có 2 cột C và E có cùng chiều cao cột thu sét , chiều cao vật cần bảo vệ và khoảng cách giữa 2 cột bằng 2 cột D và E nên phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F bằng phạm vi bảo vệ giữa 2 cột D và E với : ho = 7 m. rox = 1,5 m ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 20 Kết Luận :Trong phương án I ta có 6 cột thu sét với : + Chiều cao cột A,B,C,D là 15,5 m. + Chiều cao cột E,F là 10 m. + Bán kính bảo vệ của cột A,B,C,D là 3,375 m. + Bán kính bảo vệ của cột E,F là 5,625 m. + Độ cao thấp nhất được bảo vệ giữa 2 cột và bán kính bảo vệ tương hỗ của 2 cột có giá trị trong bảng sau . Cột ho(m) rox(m) A và B 11,643 0,482 A và D 12,857 1,393 B và C 12,857 1,393 C và F 7 1,5 F và E 6,143 0,886 E và D 7 1,5 *Vẽ mặt bằng, mặt cắt của phạm vi bảo vệ: + Mặt bằng hình 1.8. + Mặt cắt hinh 1.9. 1.4.2.Phương án 2 * Trong phương án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà đỡ dây và 2 cột E,F đặt trên nóc nhà điều khiển. Vị trí của các cột như trên hình vẽ 1.10. a.Tính độ cao của cột phía 110 kV. +Độ cao của thiết bị cần bảo vê hx = 11 m. -Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách các cột : AB = CD =18 m ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 21 AD = BC = 27 m Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột được bảo vệ thì : D ≤ 8 ha Trong đó : D: là đường kính đường tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD. ha : là độ cao tác dụng của các cột Ta có D= 22 ADAB + = 22 5,1818 + = 25,812 m. Ta có : ha ≥ 8 D ⇒ ha ≥ 8 812,25 ⇒ ha ≥ 3,227 m . Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 3,227 m ⇒ Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là : h1= ha +hx = 3,227 + 11 = 14,227 m . Do đó chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D ta lấy là 14,5 m b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển. +Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : hx = 5m. -Xét nhóm 3 cột DEF. Ba cột này tạo thành một tam giác thường với khoảng cách giữa các cột là : EF = 27 m. DE = 22 HDEH + . Với H là điểm cho trên hình vễ 1.10 ta có: ⇒ DE = 22 5,45,18 + =19,04 m DF = 22 IDFI + Với I là điểm cho trên hình vẽ 1.10 ta có: ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN 22 ⇒ DF = 22 5,225,18 + =29,129 m . Để đả