CHƯƠNG III CHƯƠNG III . THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
3.4. Tính toán nối đất an toàn
3.4.1 N ối đất tự nhiên
Trong phạm vi của đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống ch ng ố sét đường dây và cột điện 220kV tới tr m. ạ
-Tính Rc:
Dây ch ng sét ta s d ng loố ử ụ ại C-70 có ro =2,38 𝛺/𝑘𝑚 76 . cm
Ta có điện trở suất của đất 𝜌 = 𝛺 Theo công thức ta có:
𝑅TN = 1 𝑛 . 𝑅𝑐
12 + √𝑅𝑐
𝑅𝑐𝑠+ 14 Trong đó: n ố ộ- s l dây
-Đối với các lộ đường dây ch ng sét 220 KV: ố Rcs220 = Ro * L = 2,38.0,22 0,524 ( ) kv =
𝑅𝑇𝑁220= 15.1 10
2+√0,52410 +14= 0,408 ( ) Nhận xét:
Ta thấy rằng RTN< 0,5 , tuy nhiên trên thực tế điều kiện đất thay đổi nên ta cần phải nối đất nhân tạo.
3.4.2 Nối đất nhân t o ạ
Nối đất nhân tạo ở đây ta sử dụng hình thức nốt đất bằng thanh ngang dẹt 50x5mm, chôn sâu 0,8m, vòng quanh chu vi khu vực xà tường bao của trạm và cách tường bao 3m.
Chu vi và diện tích mạch vòng nối đất của trạm:
L = 600 m S = 18180m2
Biến đổi mạch vòng về hình chữ nhật tương đương có kích thước l1, l2như sau.
Trong đó: l1,l2 là nghiệm của hệ phương trình:
{2. (l1+ l2) = 600m
l1. l2= 18180m2 => {l1= 215 72, m l2= 84 27 m, Điện tr mở ạch vòng của trạm là :
𝑅MV= 𝜌𝑡𝑡
2. 𝜋. 𝐿 𝑙𝑛 𝐾. 𝐿2 𝑡. 𝑑
198000
102000
144000 88000
3000
54000 14000
215700
84270
Trong đó:
L: chu vi của mạch vòng
t: độ chôn sâu c a thanh làm mạch vòng, lấy t =0,8 m ủ
𝜌𝑡𝑡: điện trở su t tính toán của đấ ất đối v i thanh làm m ch vòng chôn ớ ạ ở độsâu t.
= . kmùa
Tra bảng v i thanh ngang chôn sâu 0,8 m ta có kớ mùa =1,6
⇒𝜌𝑡𝑡= 76. 1,6 = 121,6 ( . m) 𝛺
d: đường kính thanh làm mạch vòng : 0,5.b = 0,5 * 0,05 = 0,025 m K: hệ s ốphụ thuộc hình dáng c a hủ ệ thống nối đất.
Bảng 3 1: H s– ệ ố K phụ thuộc vào (l1/l2) 𝑙1
𝑙2 1 1.5 2 3 4
K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4
Ta có : l1/l2 = 2,56 Nội suy ta xác định đượ c : K = 6,42+(8,17 6,42-(3-2))(2,56-2) = 7,4 Như vậy điện trở mạch vòng là :
𝑅𝑀𝑉= 2 𝜋 𝐿𝜌 ∗ 𝑙𝑛𝐾∗𝑙𝑑∗𝑡 2= 2𝜋 .600121,6 𝑙𝑛7,4.6000,8∗0,0252 = 0,603 (𝛺) (<1) ( thỏa mãn) Vậy điện trở nối đất của hệ thống là:
Rht = 𝑅𝑡𝑛∗𝑅𝑛𝑡
𝑅𝑡𝑛+𝑅𝑛𝑡=0,0,408 603408.0,+0,603= 0,243 (𝛺) <0,5 (𝛺) Kết luận:
Hệ thống thiết kế nối đất như trên đảm bảo an toàn cho trạm biến áp 220/ 110 kV 3.5. Nối đất ch ng sét ố
Trong khi thiết kế nối đất chống sét cho trạm biến áp 110/220kV cho phép nối đất chống sét nối chung với nối đất an toàn. Do v y nậ ối đất chống sét s là nẽ ối đất phân bố dài d ng m ch vòng. ạ ạ
Giá trị của Lo và Go được xác định như sau:
*Tính Lo: Theo công thức ta có:
𝐿 = 0,2𝑜 (𝑙𝑛𝑟𝑙− 0,31) (𝜇𝐻/𝑚) Trong đó: l là chiều dài điện cực l =L2=6002 = 300 m
r: bán kính điện cực
tt do
𝑟 =𝑑2=𝑏4=0,0252 = 0,0125 (m)
⇒ 𝐿 = 0,2𝑜 [ln 300
0,0125 − 0,31]= 2,02 (𝜇𝐻/𝑚)
*Tính Go: ng công th c:
Áp dụ ứ
𝐺0= 1 2. 𝑅𝑚𝑣𝑠𝑒𝑡. 𝑙 ( 1
𝛺𝑚) Trong đó:
R: điện trở xoay chi u tính cho mùa sét ề
Vì ta thực hiện việc nối đất bằng cách dùng m t m ch vòng bao quanh tr m mà ộ ạ ạ không đóng thêm cọc nên giá trị điện trở nhân tạo mùa sét được tính theo công thức:
𝑅𝑚𝑣𝑠𝑒𝑡= 𝑅𝑘𝑚𝑣𝑎𝑡
𝑚𝑢𝑎𝑎𝑡 . 𝑘𝑚𝑢𝑎𝑠𝑒𝑡 , kmùa at = 1,6 và kmùa set = 1,25 𝑅𝑚𝑣𝑠𝑒𝑡= 𝑅𝑚𝑣𝑎𝑡
𝑘𝑚𝑢𝑎𝑎𝑡 ⋅. 𝑘𝑚𝑢𝑎𝑠𝑒𝑡 =0,603.1,25
1,6 = 0,471 𝛺 Thay s ố vào ta được điện d n cẫ ủa điện c c là: ự
𝐺0= 1
2. 𝑅𝑚𝑣𝑠𝑒𝑡. 𝑙 = 1
2.0,471.300= 3, .1054 −3 ( 1 𝛺𝑚)
*Tính phân b ố điện áp và t ng tr xung kích c a h ổ ở ủ ệthống nối đất.
Trong thiết k tính toán ta ch n d ng sóng xiên góc cế ọ ạ ủa dòng điện sét có biên độ không đổi.
Phương trình sóng có dạng như sau và được thể hiện ở hình 2-5:
𝐼𝑠= {𝑎𝑡 khi t < 𝜏𝑑𝑠
𝐼 = 𝑎 .𝜏 khi t > 𝜏𝑑𝑠 𝑑𝑠
Hình 3- 5: Đồ d ng sóng cthị ạ ủa dòng điện sét.
I = a.
Is(A)
t(s)
Với biên độ dòng điện sét là I =150 kA Độ dốc c a dòng sét là a=30 kA/ s ủ 𝜇
Nên thời gian đầu sóng là đs= 𝑎𝐼=15030= 5(𝜇 s)
Theo công thức ta có tổng tr xung kích c a h ở ủ ệthống nối đất nhân tao là:
𝑍(0, 𝜏𝑑𝑠) = 1𝐺𝑜.𝑙 [1 +2. 𝑇1 𝜏𝑑𝑠. ∑ (1
𝑘2−𝑒−𝜏𝑇𝑑𝑠𝐾 𝑘2 )
∞
𝑘=1
] Do coi m ch vòng là s ghép song song c a hai tia nên ạ ự ủ
𝑍(0, 𝜏𝑑𝑠)𝑀𝑉= 1 2. 𝐺𝑜. 𝑙
[ 1 +2. 𝑇1
𝜏𝑑𝑠. ∑ (1
𝑘2−𝑒−𝜏𝑇𝑑𝑠𝐾 𝑘2 )
∞
𝑘=1 ]
Để xác định được Z(0, đs), ta xét các chuỗ ối s sau:
Chuỗi s : ố ∑∞𝑘=1𝑘12= 112+212+. . . +𝑘12+..
Chuỗi số: ∑∞𝑘=1𝑘12. 𝑒−𝜏𝑑𝑠𝑇𝐾=𝑒−𝜏𝑑𝑠12𝑇1 +𝑒−𝜏𝑑𝑠2𝑇22 +. . . +𝑒−𝜏𝑑𝑠𝑘𝑇𝐾2 +. ..
Trong chuỗi số này ta chỉ xét đến số hạng chứa e-4 (Từ số hạng e trở đi có giá trị rất -5 nhỏ so với các số ạng trướ h c nên ta có thể bỏ qua) . Tức là ta tính đến k sao cho:
𝜏𝑑𝑠
𝑇𝑘≤ 4 (kZ+) Ta có:
𝜏𝑑𝑠 𝑇𝑘 = 𝜏𝑇1𝑑𝑠
𝑘2 ≤ 4 hay 𝑘2≤4.𝑇𝜏1
𝑑𝑠(kZ+)
2. 1 ds
k T
𝑇1=𝐿0𝑘.𝐺2.𝜋0.𝑙22=2,02.3,54.10−3.3002
3,142 = 65,273 ( ) 𝜇𝑠
𝑘 ≤ 2. √𝑇𝜏1 = 2. √65,2735 = 7,23
Ta chọn k trong kho ng t 1 7 ả ừ (kZ+)
Bảng 3 – 3: B ng tính toán chuả ỗi ∑∞𝑘=1𝑘12. 𝑒−𝜏𝑑𝑠𝑇𝐾
Từ b ng trên ta có ả
∑ 5 1𝑘2
𝑘=1 = 1,512
∑1 𝑘2
5
𝑘=1
. 𝑒−𝜏𝑇𝑑𝑠𝐾= 1,190
Vậy
𝑍(0, 𝜏𝑑𝑠) =2.0,00354 3001 . [1 +2.64 352,5 ∗ (1,512− 1,190)]= 4,37 () Kiểm tra điện áp trên các thiết bị
Trong trạm biến áp phần tử quan trọng nhất là trạm biến áp, đây cũng là phần tử yếu nhất nên ta chỉ cần kiểm tra với máy biến áp. Đối với trạm biến áp khi có dòng điện sét đi vào nối đất để đảm bảo an toàn phải thoả mãn điều kiện:
Uđ=IS. Zxk(0, đs) < U50%MBA
Trong đó:
I S: Biên độ của dòng điện sét.
Zxk(0, đs): Tổng trở xung kích ở đầu vào nối đất của dòng điện sét.
U50% MBA : Điện áp 50% của máy biến áp Đối với MBA 220(kV) U50%MBA=900 kV.
=> Lấy U50%MBA = 900kV.
Kiểm tra điều kiện này ta thấy:
Uđ=I. ZXK(0, đs) = 150. 4,37 = 655,5 kV < U50%MBA 900 kV =
Ta thấy rằng không phải tiến hành nối đất bổ sung để đảm bảo không có phóng điện ngược.
k 1 2 3 4 5 6 7
𝑘12 1,000 0,250 0,111 0,063 0,040 0,028 0,020 Tk(s) 65,273 16,318 7,252 4,079 2,611 1,813 1,332
𝜏𝑑𝑠
𝑇𝑘 0,076 0,306 0,689 1,226 1,915 2,758 3,754 𝑒−𝜏𝑇𝑑𝑠𝐾 0,926 0,733 0,502 0,293 0,147 0,063 0,023 𝑒−𝜏𝑇𝑑𝑠𝐾
𝑘2 0,926 0,183 0,056 0,018 0,006 0,002 0,000
Như vậy phương án đóng cọc kết hợp với thanh làm thành mạch vòng thanh cọc đạt được yêu cầu về tiêu chuẩn chống sét.
Ta có sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp như hình vẽ:
Hình 3.4 Sơ đồ ối đấ n t toàn tr m bi n áp ạ ế