ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ Hồ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG n M n ^ H r M 'Vo ĐHQG.HCM-12 155-2043/CXB/17-08 CK.GT.402 12(T MỤC LỤC L Ờ I N Ó I Đ ẦU Chương THÔNG s ố ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN t ả i đ i ệ n 1.1 Tóm tắ t lý thuyết 1.2 Bài tập ứng dụng 10 1.3 Bài tập tự kiểm tra 15 Chương SÉT VÀ THAM s ố CỦA DÒNG Đ IỆN SÉT 18 2.1 Tóm tắ t lý thuyết 18 2.2 Bài tập ứng dụng 21 2.3 Bài tập tự kiểm tra 23 Chương BẢO VỆ CHốNG SÉT ĐÁNH T R ựC T IẾ P 25 3.1 Vùng bảo vệ cột thu sét 25 3.2 Vùng bảo vệ hai cột thu sé t 29 3.3 Vùng bảo vệ nhiều cột thu sét 35 Chương TÍNH TOÁN N ố i ĐẤT TRONG HỆ THỐNG Đ IỆN 45 4.1 Đ iện trở tả n xoay chiều tầ n sô' công nghiệp 45 4.2 Đ iện trở nối đ ất dạng th a n h đặc b iệt 53 4.3 Đ iện trở nối đ ất xoay chiều tầ n số công nghiệp hệ phức hợp th an h - cọc 58 4.4 Đ iện trở tả n xung kích 63 4.5 Đ iện trở tự nhiên 71 Chương QUÁ TRÌNH SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 81 5.1 Tổng trở sóng riêng tổng trở sóng hỗ tương 81 5.2 Hệ phương trìn h Maxwell 84 5.3 Sự p h ản xạ khúc xạ sóng 93 5.4 Quy tắc Peterson tín h toán trìn h sóng 98 5.5 Sự p h ản nhiều lần sóng 101 5.6 Một vài phương pháp tín h toán trìn h truyền sóng 113 5.7 Phương pháp đồ thị, xác định điện áp cuổì đường dây điện dung 5.8 Quy tắc sóng đẳng trị Chương BẢO VÊ CHONG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI Đ IỆN CAO Á P 137 145 151 6.1 Đường lôi chung tín h suất cắt điện đường dây 151 6.2 Suất cắt đường dây điện áp cảm ứng sé t 156 6.3 Suất cắt đường dây sét đ án h vào đường dây không treo dây chông sét Chương BẢO VỆ C H ốN G SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM 159 166 7.1 Tóm tắ t lý thuyết 166 7.2 Bài tậ p ứng dụng 167 Chương CÁC BÀI TOÁN T ổN G H ự p 185 PH Ụ LỤ C 245 T Ả I L IỆ U TH A M KHẢO 274 LỜI NÓI ĐÁU B À I T Ậ P K Ỹ TH U ẬT Đ IỆ N CAO Á P dược biên soạn phục vụ việc giảng dạy học tập cho sinh viên ngành Hệ thống Điện Kỹ thuật Điện; giúp ích cho sinh viên hiểu rõ môn học Kỹ thuật Điện Cao áp Cuốn sách soạn theo chương mục bám sát giáo trình môn học Kỹ thuật Điện Cao áp gồm hai p h ầ n : - Phần tóm tắt lý thuyết: tóm tắt sơ lý thuyết dã học giới thiệu công thức tính toán - Phần tập: giới thiệu tập ứng d ụ n g giải sau dó tập d ể sinh viên tự kiểm tra Các toán môn học Kỹ thuật Điện Cao áp muốn giải m ột cách khỏ chí nhiều lúc không giải dược Chính thế, toán sách toán sở, nhằm giúp sinh viên nắm vững kiến thức m ôn học Kỹ thuật Điện Cao áp phương pháp tính củng giới hạn môn học Chúng mong muốn rằng, qua toán đả giải toán tự kiểm tra giúp cho sinh viên nắm vững phần lý thuyết học đạt kết tốt đẹp học tập Trong diều kiện nay, tài liệu tham khảo đ ể biên soạn thiếu thốn, th ế sách không tránh dược thiếu sót C húng m ong nhận ý kiến đóng góp quý báu cửu bạn dọc Mọi ý kiến dóng góp bạn đọc xin gửi cho theo địa chỉ: Bộ môn Hộ thống Điện, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Bách khoa •Đại học Quốc gia TPHCM, số 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TP HCM Điện thoại 08.865180ỉ X in chân thành cảm ơn Tác g iả TS Hồ Văn N h ậ t Chương Chương THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TÀI ĐIỆN 1.1 TÓM TẮT LÝ THUYẾT 1- Đ iện tr Điện trở R đường dây có chiều dài l tiết diện s R =ọ— s Q ( 11 ) đó: p - điện trở suất vật liệu làm dây dẫn Qm Giá trị điện trở R phụ thuộc vào nhiệt độ tín h theo biểu thức R = R ỵ[1 + cx(T2 - 7Ị)] với: (1.2) R ị , R - điện trở tương ứng n h iệt độ Tỵ T2 \ a - hệ sô^ nhiệt Hệ sô n h iệt điện trờ suất vài kim loại thông dụng cho bảng PL01 2- Đ iện m a- Đường dây pha, hai dây Biện cảm dây dản hệ truyền tải hai dây tính sau: L u = — (1 + n —) tĩ r H/m (1.3) ụo = tĩ X 10 H/m với: D - khoảng cách hai dây dần tín h từ tâm (m); r - bán kính dây dần (m) Như điện cảm cua hệ hai dây sè L =2L, Gọi r ĩr ,= — (1 + ln —) = (1 + ln ệ ) ' = rc r1 - bán kính trung bình hình học đường dây, (1.4) viết lại L - X10 l n — Hlm r b- Đường dây ba pha, ba dây (1.5) Điện cảm pha đường dây truyền tả i ba pha với dây d ẫn phân bố bình thường sè L = — (1 + l n — ) = 2(— + ln —) 8n r r H/m ( ) X 10 C hương đây: r - bán kính dây dẫn (m); D - khoảng cách dây dẫn (m) Tuy nh iên thực tế, để cân thông số dọc theo tuyến đường dây, người ta thường hoán chuyển thứ tự pha tương ứng với chiều dài n h ấ t định dây dẫn xem hình 1.1 Trong trường hợp này, điện cảm tru n g bình m ột pha L = 2(— + 41n ^ - ) r H/m (1.7) De = (Dob.Dbc.DcJ ì/3 với: (1.8) Hình 1.1 C’ Dây dẫn dạng tổng hợp Trong m ột pha đường dây bố trí nhiều dây dẫn Khảo sát đường dây hai sợi tro n g trường hợp tổng quát hình 1.2: bo bO a ° _ O c a' o o om n - - V Dây dẫn X Dây dẩn Y Hình 1.2 Giả sử dây dẫn X có n dây: a, b, c, , n; dây dẫn Y có m a \ b’, e’, , m điện cảm pha X tính sau L x =2 X10-7 X X ln 'Dạc - Dạm )(Dba"Dbb"Dbc' Pbm ^nb' Ã c ‘ ) nV^«a-D*.Dac Dan ){Dha.Dbb.Dbc Dbn ) (Dna.Dnb.Dnc Dnm) (19) Gọi tử số mẫu số p h ân số logarit biểu thức (1.9) Dm Ds , biểu thức (1.9) viết lại Lv = X '7 ln ^ Ds (1.30) Thông sồ đường dây tru y ền tải đ iện đó: D m - khoảng cách trung bình h ìn h học hỗ tương dây X Y (GMD) (m); Ds - khoảng cách trung bình học dây X (GMR) (m) Tương tự th ế th iế t lập công thức tín h điện cảm cho pha Y Điện cảm toàn đường dây L = L ỵ + Ly (1.11) oo o b' oa O a Oa oa o o Oc o o oa ocr d- Đường dây ba p h a y lộ k é p Ob Hình 1.3 Điện cảm trê n pha đường dây ba pha m ạch kép có hoán chuyển thứ tự pha cho công thức tổng quát L ỵ = X 1(T7 ln GMR H /m ( 12 ) Với đường dây ba pha vẽ hình 1.3 biểu thức (1.12) trở thành Ly = X 10 ln J77V f với VÕ 4D Ĩ (1.13) r ’- GMR dây dẫn (m) - Đ iện d u n g Điện dung tín h trê n đơn vị dài đường dây m ột pha hai sợi mr c = F/m cho (1.14) in ỊỊ r với: _ —— 10 = ° 36 tĩ T?, F/m Điện dung pha đôi với dây tru n g tín h , tín h trê n đơn vị dài, đường dây ba pha không hoán chuyển th ứ tự pha c= (1.15) ln — r Trong trường hợp đường dây ba pha có ho án chuyển th ứ tự pha, D (1.13) th ay D(, (1.8) 10 C hương Đối với đường dây ba pha, lộ kép (xem h ìn h 1.3), điện dung p h a tính theo 4718, c = F Im 2/3 (1.16 ln f Đối với đường dây cao th ế điện dung có ảnh hưởng đất Ánh hưởng đ ất đặc trưng ản h dây dẫn đôi với đ ất vẽ h ìn h 1.4 Do th ế điện dung đồi với dây tru n g tín h cho Hình 1.4 c= 47X8, F/m ^ B „h B,x B„ ln — — (1.17) Deđược r - b án kính dây dẫn; đó: Sử d ụ n g k h i niệm GMD, đ iện dung đốì với dây tru n g tín h đường d ây tru y ề n tả i ba pha, k h ô n g đôi xứng, lộ k ép tín h th e o công thức c = hay c = với £ = 2tts0 GMD ln GMR 10 " D, 18 ln D 10 36x 2tt£, ln D F/m (1.18) - F/m F Im (1.19) 1.2 BÀI TẬP ỨNG DỤNG 1.1 Xác định điện trở dây dần h ìn h trụ nhỏm dài 10 km , đường kính 0,635 cm n h iệ t độ 20uc 120°c Giải T iết diện cắt ngang dây dẫn s = — (0,635)2 = 0,317 cm 11 T hông số đư ờng clây tru yền tải điện Từ bảng PL01 cho: p = 2,83 pQ.cm; a) Điện trở dây dẫn a = 0,0039ƯC 20°c 20°c Áp dựng biểu thức (1.1) cho R = p— = ,8 X 1C T8 X x -3- = ,9 Q s0,317x10-4 b) Diện trở dây dẫn 120°c Ap dụng biểu thức (1.2) cho: R ì20 = R 20[l + a(120 - 20)1 = 8,93(1 + 0,0039 X 100) = 12,41 Q 1.2 Một dây cáp dài km chế tạo từ 19 sợi dây đồng giống nhau, sợi có đườnsr kính 1,5 mm Tính điện trở cáp Cho biết chiều dài thực dây đồng tăn g 5% so với chiều dài đoạn cáp xoắn dây Giải Chiều dài thực sợi dây đồng / = 1,05 X 2000 = 2100 m T iết diện cắt ngang 19 sợi dáy đồng s = 19 X - (1 ,5 X 10~3)2 = 33,576 X 10~6 m Áp dụng biểu thức (1.1) cho = 1,076 Q R = p— s 1.3 Một mẫu dây đồng có điện trở 50 Q 10°c Dây dẫn phải vận h àn h n h iệ t độ tói đa điện trờ cho phép tăn g 10% Cho biết hệ sô n h iệ t độ 10°c a = 0,00409°c Giải Điện trở dây đồng nhiệt độ cực đại R = 1,1 X 50 = 55 Q Áp dụng biểu thức (1.2) cho Rm = ^ìcA + a (Tm - 10)1 55 = 50(1 + 0,00409 X (T„, 10)] => Tm = - 1.4 Tổn hao m ột chiều trê n đường dây pha dài 40 km không vượt 60 kw với dòng điện dây 100 A Hãy xác định đường kính dây Cho b iết vật liệu kim loại làm dây d ẫn có điện trớ suât 1.72 X 10"8 D.m B ài tập kỹ th u ậ t đ iện cao áp 261 Phụ lục PL29: Hệ sô xung kích (Bề rộng + cm hay đường kính + cm Độ dài đầu sóng + 6gs) Điện trỏ suất tính toán, Q cm Chiều dài I(kA) thanh, m 104 5.10“ 0,75 0,55 - - 1, 00 0.75 0,55 - 1,15 0.90 0.75 - - - 10 1 0“ 10 20 100 0.60 I ,2 0,65 0,45 - 0,90 0.60 0,45 20 1,055 0,75 0,60 0,50 100 - - - , 10 0,50 0,30 - - ' 0,80 0,45 0,35 - 20 0,95 0,60 0,50 0,40 100 - - - 1,05 10 20 10 40 Phụ lục PL30: Hệ sô xung kích vòng nối đất (Bề rộng + cm hay dường kính + cni, Dòng điện di vào tâm vòng có từ +4 tia qua tâm) Đường kính Điện trở suất tính toán, Q cm vòng D, cm m m ■ I(k A ) 1o 5.10“ 1 0“ 20 0,60 0,50 0,35 40 0.45 0,40 0,25 80 0.35 0,25 0,20 20 0,75 0,55 0,40 40 0.65 0,45 0.30 80 0,50 0,30 0,25 20 0,80 0,60 0,45 40 0,70 0,50 0,40 80 0,60 0,35 0,30 ỊL 12 m 262 P h ụ lụ c Phụ lục PL31: Hệ số xung kích hệ thống nối đất phức tạp Loại nối đất Bố trí hệ thống nối phức tạp đất (mặt bằng) Số tia hay số Độ dài 1mỗi tia Tỷ số cọc đặt đứng n nốỉ đất theo tia a/1 Sô cọc tia Hệ số sử dụng Bất kỳ Nối đất hình tia nằm ngang Các cọc chôn thằng đứng 10 0,75 20 0,80 40 0,85 80 0,90 10 0,65 20 0,70 40 0,75 80 0,80 0,80 0,85 nối với ngang Tia nằm ngang có cọc dài m 0,75 0,80 0,70 0,75 0,70 0,75 0,65 0,70 10 0,90 20 0,90 30 0,85 40 10 0,85 10 0,65 20 0,75 30 0,80 40 10 0,85 10 0,55 20 0,65 30 0,70 40 10 0,70 Phụ lục PL32: Điện trở suất vài loại đất Loại đất Điện trở suất, Q cm Loại đất Điện trỏ suất, Q cm Đất cát 400 Đất đen 50 Đất pha cát 300 Đất bùn 20 Đất pha đất sét 100 Nước sông Đất sét 60 10 * 50 263 B ài tập kỹ th u ậ t điện cao áp Phụ lục PL32: Hệ số mùa ứng với loại điện cực Đất khố Đất ấm Điện cực kéo dài chôn sâu 0,5 m 1,4 1,8 Điện cực kéo dài, chôn sâu 0,8 + 1,0 m 1,25 1,45 Cọc dài + m 1,15 1,30 1, 1,10 Loại đỉện cực Nối đất chôn sâu với độ chôn sâu 2,5 + m Cliú ỷ: Đất khô hay ẩm trạng thái đất tiến hành đo điện trở suất Phụ lục PL33: Hệ số xung kích loại móng cột diện Dòng điện xung kích, kA Loại móng 10 20 Lọ mực 0,9 0,6 0,3 Móng cọc 0,7 0,5 0,3 Phụ lục PL34: Hệ số sử dụng dạng nối đất hình tia 264 P h ụ lụ c P hụ lục PL35: Hệ số xung kích nối đất dạng Điện trờ suất Q cm Dòng điện xung kích (kA) Độ dài, m 20 40 0,8 0,75 0,65 0,50 1,05 0,90 0,80 20 1,20 1, 0,90 0,80 0,60 0,55 0.45 0,30 10 10 10 104 ' 10 0,80 0,75 0,60 0,35 20 95 0,90 0,75 0,60 40 05 , 00 0,90 0,80 10 0,60 0,55 0,45 0,35 20 0,80 75 0,60 0,50 40 ,0 0,95 0,80 0,70 60 1,20 1,15 1, 0,95 20 0,65 0,60 0,50 0,40 40 0,80 0,75 0,65 0,55 60 0,95 90 0,80 0,75 80 10 1,05 0,95 0,90 100 1,25 ,2 1,10 1,05 105 • Phụ lục PL36: Hệ số sử dụng nối đất dạng cọc có nối BỐ trí hệ thống nối đất Hệ số sử dụng SỐ cọc a/l chôn đứng Tần số công nghiệp Dòng diện xung kích 2 0.9 0,8 0,95 0,85 0,85 0,75 3 0,90 0,80 0,8 0.70 3 0,85 0.75 0,75 0,65 0,80 0,70 Phụ lục PL37: Hệ số xung kích nối đất dạng vòng (với T(ìs -3 + 6ụs) Điện trở suất Dòng điện 1C)4 Q.cm 105 Q.cm 5.104 íl.c m I, kA 20 40 80 20 40 80 20 40 80 Vòng có m 0,6 0,45 0,35 0,5 0,4 0,25 0.35 0,25 0,20 đường kính 8m 0,75 0,65 0,5 0,55 0,45 0,3 0,4 0,3 0,25 D, m 12m 0,80 0,70 06 0,6 0,5 0,35 0,45 0,4 0,30 sét Phụ lục PL38: Hệ số xung kích cọc (cọc dài +3 m, tt(Ịs = + fjs) Điện trở suất, n Dòng đi