Đồ án Tính toán chống sét cho đz và tba 110/35kv Châu Khê – Từ Sơn – Bắc Ninh

Chương mở đầu : hiện tượng dông sét và ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện việt nam Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm NMĐ - đường dây - TBA và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó có phần tử có số lượng lớn và khá quan trọng đó là các TBA, đường dây. Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa, gió, bão và đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét. Khi có sự cố sét đánh vào TBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân. Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ an toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ. 1.1 - Hiện tượng dông sét 1.1.1 - Khái niệm 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 (trung bình 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 chỉ 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 1,5.107cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.108 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất). 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. 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 n và mật độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo là d thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là: is = n. d 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 (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình 1-1) - Khi sét đánh thẳng 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. 1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam: 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 : + ỏ miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 á 110 ngày trong một năm và số lần dông từ 150 á 300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 á 3 cơn dông. + Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 á300 lần dông tập trung trong khoảng 100 á 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 từ 150 á 200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 á 100 ngày. + Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ 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 từ 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, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát được 12 á 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 chỉ gặp từ 2 á 5 ngày dông. Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất, thường chỉ 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. ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 á 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 từ tháng 4 đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông đều quan sát được trung bình có từ 15 á 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 chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây Nguyên, 10 á 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17 ngày. Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng 1-1. Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất lợi cho H.T.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. Bảng 1-1 : Số ngày dông trong tháng: Tháng Địa điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Phía Bắc Cao bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 Bắc Cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97 Lạng Sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90 Bắc Ninh 0,2 0,4 2,6 6,9 10 12 16 18 9 2,8 0,1 0,0 80 Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 Hồng Gai 0,1 0,0 1,7 1,3 10 15 16 20 15 2,2 0,2 0,0 87 Hà Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102 Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97 Lào Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93 Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104 Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106 Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107 Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97 Hà Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99 Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111 Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112 Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93 Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112 Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99 Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99 Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95 Con Cuông 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103 Đồng Hới 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70 Cửa Tùng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85 Phía Nam Huế 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8 Đà Nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5 Quảng Ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1 Quy Nhơn 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3 Nha Trang 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2 Phan Thiết 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0 Kon Tum 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2 Playcu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7 Đà Lạt 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1 Blao 1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2 Sài Gòn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138 Sóc Trăng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104 Hà Tiên 2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128 1.2- ảnh hưởng của dông sét đến h.t.đ việt nam: - Như đã trình bày ở phần trước biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA, 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 từ 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. - Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây. Khi 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 ổn 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 từ đường dây vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng 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 dọa hoạt động của lưới điện. *Kết 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. Chương 1: bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/35 kV Châu Khê - Bắc Ninh. 3.1-Khái niệm chung. Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện. Đối với trạm biến áp 110/35kV Châu Khê - Bắc Ninh thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những hậu quả cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện. Do vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao. Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó. Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật. 3.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110/35kV ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể được đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể. Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mà mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 cọc nối đất, mặt khác mỗi trụ phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là cuộn dây máy biến áp vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện. Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và chôn trong đất. 3.3- Tính toán thiết kế, các phương án bố trí cột thu lôi. Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa vào độ cao của các thiết bị ta có thể bố trí được các cột thu lôi và tính được độ cao của chúng. 3.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán. - Độ cao cột thu lôi: h =hx + ha (3 – 1) Trong đó: + hx : độ cao của vật được bảo vệ. + ha : độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng nhóm cột. (ha ³ D/8 m). (với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) - Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là: - Nếu hx Ê 2/3h thì: (3 –3) - Nếu hx > 2/3h thì: (3-4) Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a Ê 7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi ). Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho và được xác định theo công thức: Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là rxo và được xác định như sau: - Trường hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: - Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h1 và h2 như hình vẽ dưới đây: - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó các khoảng cách AB = a; BC = a'. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như sau: Đối với trường hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho : Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là: 3.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/35kV Châu Khê - Bắc Ninh. - Trạm có diện tích là: 57 x 58,350m và bao gồm: + Hai máy biến áp T1 và T2 + 2 lộ 110kV và 6 lộ 35kV. - Độ cao các thanh xà phía 110kV là 10m và 8m. - Độ cao các thanh xà phía 35kV là 9m và 7m. - Ngoài ra trạm còn có 3 cột chiếu sáng cao 21m. 3.3.3- Trình tự tính toán. Trạm biến áp E27.3 Phù Khê được hai đường 110kV cấp, đó là lộ đường dây mạch kép Phả Lại đi Đông Anh, hai đường 110kV này được nối với nhau qua máy cắt liên lạc giữa hai hệ thống thanh góp. Trạm có cấp điện áp 110/35kV và có hai máy biến áp T1 ; T2 được nối với hai lộ đường dây vào 110kV và sáu lộ đường dây 35kV. Phía 110kV có hai hệ thống thanh góp và có máy cắt liên lạc. Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm và yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đưa ra hai phương án đặt cột thu lôi như sau: 3.3.3.1- Phương án 1. - Các cột thu lôi phía trạm 110kV được bố trí độc lập là cột số 5 có độ cao là 21m; các cột số 1 đến số 4 được bố trí trên các thanh xà có độ cao 10m và các cột này có độ cao là 21m ( tính từ xà đến kim thu sét là 6m, kim thu sét cao 5m) - Các cột thu lôi phía 35kV được bố trí trên các thanh xà có độ cao 9m, cột cao thêm 7m, kim thu sét cao 5m là các cột số 6;7;8;9. Ngoài ra còn hai cột thu lôi độc lập cao 21m là cột số 10 và 11. Hình ( 3 – 3 ) Hình (3–3): Đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột thu lôi Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi: Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D Ê 8ha Trong đó: - D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được. - ha : Là độ cao tác dụng của cột thu lôi. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp được với nhau để bảo vệ được vật có độ cao hx nào đó là: a Ê 7h Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lôi. - Xét nhóm cột 1;2;5. Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 1;2;5. (1 á 2 = 26m; từ điểm giữa 1á2 với 5 = 8,5m ) Và đường kính vòng tròn là: Xét tam giác (1;2;5) , ta có: (1;2)=26 m ; (0;5)=8,5 m, suy ra : Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5): Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;2;5): + r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5). Thay số vào (3 –8 ) ta có: Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;5) là: D =14,2. 2 = 28,4m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;5 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: - Xét nhóm cột (3;4;5) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 3;4;5. (3 á 4 = 17m; khoảng cách từ 5 đến (3á4)= 20,35m ). Đoạn (4á5): Đoạn (3á5): Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (3;4;5) là: D =12,55. 2 = 25,1m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 3;4;5 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: - Xét nhóm cột (6;7;11) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 6;7;11. Có: (6 á 7) = 15m; (6á11) = 15m ); (7á11) = 15.1,41 = 21,2m Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 10,6. 2 =21,2m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;11 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Vì tam giác (8;9;10)bằng tam giác (6;7;11) nên ta có độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 8;9;10 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Các cột 2;5;3. Có: (2 á 5) = 19m; (3á5) = 24m ); (2á3) = 28,85m Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;11) là: D = 14,75. 2 =29m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 2;5;3 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị độ cao tác dụng tối thiểu của cột thu lôi toàn trạm là chiều cao tác dụng của nhóm cột nào có giá trị lớn nhất. Do vậy ta lấy: ha = 3,6m. Tính độ cao cột thu lôi – chọn kim thu sét: Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp được xác định bởi: Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi. + hx: độ cao của vật được bảo vệ. + ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi. Đối với phía 110kV các thanh xà cao 10m (hx = 10m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là: h = hx + ha =10 + 3,6 = 13,6m. Vì chủng loại chung của cột ly tâm cốt sắt có độ cao 12m ;16 m, mặt khác do có các cột chiếu sáng có độ cao là 21m, nên ta chọn loại cột 16m. Kim thu sét ta chọn loại sắt ống có chiều cao là 5m. Do đó độ cao cột thu lôi là: h = 16 + 5 = 21m. Vậy độ cao bảo vệ phía 110kV là: 21m. Đối với phía 35kV các thanh xà cao 9m (hx = 9m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là: h = hx + ha =9 + 3,55 = 12,6m. Ta cũng chọn độ cao bảo vệ phía 35kV là: 21m. Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi: * Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 21m: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 10m: hx =10 m < 2/3 h = 14 m. Nên: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 9m: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 7m: * Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi: - Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 26m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,5m. Nên : ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3h = 11,5m - Xét cặp cột 1;5: khoảng cách giữa hai cột là : Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,52m. ở độ cao 8m: hx = 8 < 2/3ho = 12,52m. Tương tự như cặp cột 1;5, cặp cột 2;5 có: ở độ cao 10m: rxo = 9,42m ; ở độ cao 8m : rxo =13,17m. - Xét cặp cột 3;4: khoảng cách giữa hai cột là: a =17m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 12,38m. ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 12,38m. - Xét cặp cột 3;5: khoảng cách giữa hai cột là: Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,688m. ở độ cao 8m: hx = 8m <2/3 ho = 11 688m. - Xét cặp cột 4;5: khoảng cách giữa hai cột là: Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,688m. ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 11,688m. - Xét cặp cột 2;3: khoảng cách giữa hai cột là: a =28,85m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 10m: hx = 10m < 2/3ho = 11,25m. ở độ cao 8m: hx = 8m < 2/3ho = 11,25m. - Xét cặp cột 6;7: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 12,85m. ở độ cao 7m: hx = 7m < 2/3ho = 12,85m. - Xét cặp cột 6;11: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Tương tự như cặp cột 6;7 ta có: - ở độ cao 9m: rxo =12,045m. - ở độ cao 7m: rxo =15,795m. - Xét cặp cột 7;11: khoảng cách giữa hai cột là: Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m. ở độ cao 7m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m. - Xét cặp cột 8;9: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Tương tự cặp cột 6;7 ta có: - ở độ cao 9m: rxo = 12,045m. - ở độ cao 7m: rxo = 15,795m. - Xét cặp cột 9;10: khoảng cách giữa hai cột là: a = 15m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Tương tự cặp cột 6;7 ta có: - ở độ cao 9m: rxo = 12,045m. - ở độ cao 7m: rxo = 15,795m. - Xét cặp cột 8;10: khoảng cách giữa hai cột là: Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m. ở độ cao 7m: hx = 9m < 2/3ho = 11,979m. - Xét cặp cột 7;8: khoảng cách giữa hai cột là: a = 10m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 9m: hx = 9m < 2/3ho = 13m. ở độ cao 7m: hx = 7m < 2/3ho = 13m. Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi cho toàn trạm. Cụ thể được trình bày ở hình (3 – 5 ). Từ hình vẽ (3 – 5 ) ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi. Vậy với cách bố trí thu lôi như phương án I là đảm bảo về mặt kỹ thuật. Bảng (3–1) và bảng (3-2) trình bày kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu lôi ở phương án I . Bảng 3-1 : Kết quả tính toán phạm