TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT - CHỐNG SÉT NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT
4.2 Tính toán chống sét
1. Tính toán chống sét đánh trực tiếp
Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các thiết bị và các công trình khác đặt trong trạm biến áp thực hiện bằng các cột thu lôi . Cột thu lôi gồm kim thu lôi bằng kim loại đặt trên cột cao hơn vật được bảo vệ để thu sét và dây dẫn sét xuống đất cùng với trang bị nối đất.
Sét đánh theo quy luật xác xuất, và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố. Do vậy việc xác định chính xác khu vực hướng đánh của sét là rất khó khăn và không thể đảm bảo xác xuất 100% hướng của sét đến thu lôi chống sét. Nghiên cứu cho thấy quan trọng là chiều cao của cột thu lôi và hệ thống nối đất phải đảm bảo. Người ta có thể xác định vùng bảo vệ đặt trong đó rất ít khả năng bị sét đánh gọi là vùng bảo vệ của cột thu lôi.
Mô hình trạm biến áp cơ bản như sau:
Hình 4.1 Mô hình trạm biến áp 1 – máy biến áp
2 – tủ hạ thế 3 – rào chắn
Máy biến áp có kích thước 1570x940x1670 mm
Tủ hạ thế có kích thước (mm): cao – 2000, rộng – 400, sâu 500
Khoảng cách đặt tủ và máy biến áp là 30cm, như vậy lấy sơ bộ phạm vi cần phải bảo vệ khỏi sét đánh là hình tròn bán kính rx = 2500mm. Chiều cao cao hx = 2000mm lấy bằng chiều cao của tủ.
Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi xác định theo = 1,6..
P : hệ số với h ≤ 30 thì P = 1 , nếu h > 30 thì P = 5,5/ h
Hình 4.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi = h - .
Có = 2000 mm, = 2500 mm Biến đổi công thức ta được:
.h – 1,6..P +1,6..P.h = - . Chọn P = 1
Thay số ta được phương trình: -1,6. + 5700.h + 5.106 = 0
h 4291 mm
Vậy chiều cao cột thu lôi cần thiết để bảo vệ trạm BA là 4,3m 2. Lựa chọn thiết bị chống quá sóng điện áp
Các đường dây trên không dù có được bảo vệ chống sét hay không thì các thiết bị điện có nối với chúng đều chịu tác dụng của sóng sét từ đường dây đến.
Biên độ của quá điện áp khí quyển có thể lớn hơn điện áp cách điện của thiết bị, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị và mạch điện bị cắt ra. Vì vậy để bảo vệ các thiết bị trong trạm biến áp tránh sóng qúa điện áp truyền từ đường dây vào phải dùng các thiết bị chống sét. Các thiết bị chống sét này sẽ hạ thấp biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần được bảo vệ (cách điện của máy biến áp và các thiết bị khác đặt trong trạm).
Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm biến áp là chống sét van (CSV) kết hợp với chống sét ống (CSO) và khe hở phóng điện.
Khe hở phóng điện là thiết bị chống sét đơn giản nhất gồm hai điện cực, trong đó một điện cực nối với mạch điện còn điện cực kia nối đất.
Khi làm việc bình thường khe hở cách ly những phần tử mang điện (dây dẫn) với đất. Khi có sóng quá điện áp chạy trên đường dây, khe hở phóng điện và truyền xuống đất. Ưu điểm của loại thiết bị này là đơn giản, rẻ tiền. Song vì nó không có bộ phận dập hồ quang nên khi nó làm việc bảo vệ rơle có thể sẽ cắt mạch điện. Vì vậy khe hở phóng điện thường chỉ được dùng làm bảo vệ phụ cũng như làm một bộ phận trong các loại chống sét khác.
Chống sét ống (CSO) có sơ đồ nguyên lý cấu tạo bao gồm hai khe hở phóng điện. Trong đó khe hởS1được đặt trong ống làm vật liệu sinh khí như fibrôbakêlit vinipơlát. Khi có sóng quá điện áp S1,S2 đều phóng điện. Dưới tác dụng của hồ quang, chất sinh khí phát nóng và sản sinh ra nhiều khí làm cho áp suất trong ống tăng tới hàng chục ata và thổi tắt hồ quang.
Khả năng dập hồ quang của chống sét ống rất hạn chế. Ứng với mỗi trị số dòng điện giới hạn nhất định, nếu dòng điện lớn, hồ quang không bị dập tắt gây ngắn mạch tạm thời làm cho rơle có thể cắt mạch điện.
Chống sét ống chủ yếu dùng để bảo vệ chống sét cho các đường dây không treo đường dây chống sét cũng như làm phần tử phụ trong các sơ đồ về trạm biến áp.
Chống sét van (CSV) gồm có hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở làm việc. Khe điện của chống sét van là một chuỗi các khe hở có nhiệm vụ như đã xét ở trên. Điện trở làm việc hở phóng là điện trở phi tuyến có tác dụng hạn chế trị số dòng điện kế tục (dòng ngắn mạch chạm đất) quá chống sét van khi sóng quá điện áp chọc thủng các khe hở phóng điện. Dòng điện này được duy trì bởi điện áp định mức của mạng điện.
Cần phải hạn chế dòng điện kế tục để dập tắt hồ quang trong khe hở phóng điện sau khi chống sét van làm việc.
Nếu tăng điện trở làm việc thì sẽ làm cho dòng kế tục giảm xuống. Nhưng cần chú ý là khi sóng quá điện áp tác dụng lên chống sét van, dòng xung kích có thể đạt tới vài ngàn ampe đi qua điện trở làm việc, tạo nên trên điện trở đó một điện áp xung kích gọi là điện áp dư của chống sét van. Để bảo vệ cách điện phải giảm điện áp dư, do đó cần phải giảm điện trở làm việc.
Như vậy, trị số của điện trở làm việc phải thoả mãn hai yêu cầu trái ngược nhau: cần phải có trị số lớn để hạn chế dòng kế tục và lại cần có trị số nhỏ để hạn chế điện áp dư.
Chất vilit thoả mãn được hai yêu cầu này nên nó được dùng làm điện trở của chống sét van. Điện trở của nó giảm khi tăng điện áp đặt vào và điện trở của nó tăng khi điện áp giảm xuống bằng điện áp của mạng.
Bảo vệ chống quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm biến áp đạt được bằng cách đặt chống sét van và các biện pháp bảo vệ đoạn dây gần trạm.
Sơ đồ bảo vệ chống sóng quá điện áp như sau:
Hình 4.3: Sơ đồ bảo vệ chống sét quá điện áp 4.3 Tính toán nâng cao hệ số cos
Nâng cao hệ số công suất Cosφ bằng phương pháp bù công suất phản kháng.
Trong thiết kế này sử dụng tụ để bù công suất phản kháng.
Tụ điện điện áp thấp (0,4kV) được đặt theo ba cách: đặt tập trung ở thanh cái phía điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng, đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực và đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện.
Đứng về mặt giảm tổn thất điện năng mà xét thì việc đặt phân tán các tụ bù ở từng thiết bị điện có lợi hơn cả. Song với cách đặt này thì khi thiết bị nghỉ thì tụ điện cũng nghỉ theo, do đó hiệu suất sử dụng không cao. Phương án này chỉ được dùng để bù cho những động cơ không đồng bộ có công suất lớn.
Phương án đặt tụ điện thành những nhóm ở tủ phân phối động lực hoặc đường dây chính trong phân xưởng được dùng nhiều hơn vì hiệu suất sử dụng cao, giảm được tổn thất cả trong mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp. Vì các tụ được đặt thành từng nhóm nhỏ (khoảng 30 - 100 kVAr) nên chúng không chiếm diện tích lớn, có thể đặt chúng trong những tủ phân phối động lực hoặc trên xà nhà các phân xưởng. Nhược điểm của phương án này là các nhóm tụ điện nằm phõn tỏn khiến việc theo dừi chỳng trong khi vận hành khụng thuận tiện và khú thực hiện việc tự động điều chỉnh dung lượng bù.
Phương án đặt tụ điện tập trung ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng được dùng trong trường hợp dung lượng bù khá lớn hoặc khi có yêu
cầu tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp của mạng. Nhược điểm của phương án này là không giảm được tổn thất trong mạng phân xưởng.
Ta chọn phương pháp bù tập trung tại thanh cái.
1, Xác định dung lượng bù
Xác định dung lượng bù là đi tính giá trị công suất phản kháng cần bù để nâng hệ số công suất của xí nghiệp lên giá trị cos = 0,95. Ta tính với từng thanh cái hạ áp sau MBA.
Thanh cái sau máy biến áp 1:
P1 = PPXN + PPXG + PPXU + PPXY + PPXÊ+PPXO+PPXT
= 45,9 + 45,53 + 45,59 + 44,48 + 28,97 + 46,53 + 35,95 = 292,95 (KW) Q1 = QPXN + QPXG + QPXU + QPXY + QPXÊ + QPXO + QPXT
= 40,48 + 35,44 + 36,08 + 35,56 + 22,71 + 40,04 + 31,42 = 241,73 (KVAR) Dung lượng công suất cần bù tại thanh cái được xác định theo công thức
Qbù= P(tgφ1- tgφ2)α, (KVAR) Trong đó:
P - phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ điện, kW
φ1 - góc ứng với hệ số công suất trung bình (cosφ1) trước khi bù φ2 – góc ứng với hệ số công suất (cosφ2) muốn đạt được sau khi bù
α = 0,9÷1 - hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng những phương pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù
Suy ra: Qbù1 = P (tgφA- tgφ2)α = (0,825 – 0,329).1 = 145,3032 (KVAR) Thanh cái sau máy biến áp 2:
P2 = PPXR + PPXƯ + PPXƠ + PPXH +PPXI+ PPXK + PPXL +PPXV
=28,32 + 40,32 + 56,06 + 51,72 + 36,4 + 60,8 + 57,42 + 32,57 = 363,61(KW) Q2 = QPXR + QPXƯ + QPXƠ + QPXH + QPXI + QPXK + QPXL + QPXV
= 23,34 + 33,97 + 50,41 + 41,84 + 28,1 + 51,23 + 49,49 + 28,07 = 306,45 (KVAR)
Dung lượng công suất cần bù tại thanh cái:
Qbù2 = P.(tgφB- tgφ2)α = 363,61.(0,843 – 0,329).1 = 186,8955 (KVAR) 2, Chọn tụ bù
Chọn tụ bù theo bảng 2-69 Trang 661[2]
Mã hiệu Số pha
Uđm
[kV]
Điện dung
àF
Dung lượng Q[kVAr]
Kích thước, mm
Khối lượng
kG Đáy
Cao Có
sứ
Khôn g sứ
KM2-0,38 3 0,38 552 25 318x145 930 860 65
+ Nhóm 1 dùng 6 bộ tụ điện này đấu song song với nhau
⇒Qbù = 6.Qtđ = 6.25=150 (kVAR)
Điện trở phóng điện được xác định theo công thức:
2
15.10 .6 p ( )
pd
R U
= Q Ω
Trong đó: Q - dung lượng của tụ điện (KVAR) Upha- Điện áp pha của mạng (KV)
Dùng bóng đèn 220V- 40W làm điện trở phóng điện. Vậy điện trở của bóng đèn là:
Số lượng bóng đèn cần dùng là:
Như vậy sẽ dùng 6 bóng 220V- 40W, mỗi pha 2 bóng làm điện trở phóng điện cho bộ tụ điện.
*Nhóm 2 dùng 8 bộ tụ điện này đấu song song với nhau
⇒Qbù= 8.Qtđ = 8.25=200(kVAR)
Điện trở phóng điện được xác định theo công thức:
2
15.10 .6 p ( )
pd
R U
= Q Ω
Trong đó: Q - dung lượng của tụ điện, kVAR Upha- Điện áp pha của mạng, kV
Dùng bóng đèn 220V-40W làm điện trở phóng điện. Vậy điện trở của bóng đèn là:
Số lượng bóng đèn cần dùng là:
Như vậy sẽ dùng 3 bóng 220V-40W, mỗi pha 1 bóng làm điện trở phóng điện cho bộ tụ điện.
Sơ đồ nối dây tụ điện điện áp thấp
Khác với tụ điện áp cao (loại tụ một pha) được ghép lại thành hình tam giác, có cầu chì bảo vệ riêng cho từng pha. Tụ điện áp thấp 380V mà ta sử dụng là loại tụ ba pha, ba phần tử của nó được ghép lại thành hình tam giác. Sơ đồ điều chỉnh của nó bao gồm: cầu dao đóng mở, máy biến dòng, aptomat, bóng đèn sợi đốt có công suất 40W làm điện trở phóng điện cho tụ điện.
Bóng đèn sợi đốt có ưu điểm ở chỗ khi điện áp dư của tụ phóng hết thì đèn tắt, do đú dễ theo dừi nhưng cần theo dừi kiểm tra trỏnh trường hợp đốn hỏng không hiển thị được. Điện trở phóng điện của tụ điện phải thỏa mãn hai yêu cầu sau :
Giảm nhanh điện áp dư trên tụ điện để đảm bảo an toàn cho người vận hành, người ta quy định sau 30 phút điện áp trên tụ điện phải giảm xuống dưới 65V.
Ở trạng thái làm việc bình thường tổn thất tác dụng trên điện trở phóng điện so với dung lượng của tụ điện không vượt quá 1W/kVAR.
Các bóng đèn làm điện trở phóng điện phải mắc dưới thiết bị đóng cắt để có thể sẵn sàng làm việc ngay khi tụ được cắt ra khỏi mạng. Các bóng đèn này có thể được nối theo hình sao hoặc tam giác. Cách nối tam giác có ưu điểm hơn
vì khi một pha của điện trở phóng điện bị đứt thì ba pha của tụ điện vẫn có thể phóng qua hai pha còn lại của điện trở.