Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220 Ninh Bình

Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một thể thống nhất.Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếp sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những làm hỏng các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác. Do vậy việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng. Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn đây dẫn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây.

docx26 trang | Chia sẻ: baohan10 | Ngày: 17/09/2020 | Lượt xem: 134 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220 Ninh Bình, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI NÓI ĐẦU Là một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại trường đại học Điện Lực,em cảm thấy là một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát triển của bản thân trong tương lai. Sau một khoảng thời gian khá lâu được sự giúp đỡ và quan tâm của các thầy cô,nỗ lực của bản thân , em đã thu được những kiến thức rất ổ ích, được tiếp cận các khoa học kỹ thuật tiên tiến phục vụ cho lĩnh vực chuyên môn mình theo đuổi. Có thể nói,những đồ án môn học,bài tập lớn hay những nghiên cứu khoa học mà một sinh viên thực hiện chính là một cách thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức và vận dụng kiến thức đó. Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đồ án “Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220 Ninh Bình” này như một cố gắng đền đáp công ơn của thầy cô cũng như tổng kết lại kiến thức thu được sau một quá trình học tập và rèn luyện tại trường đại học Điện Lực. Em không chỉ coi đây là nhiệm vụ mà còn là một cơ hội để thực hành, thu thập kiến thức và rèn luyện kỹ năng bản thân. Sau một thời gian cố gắng, dưới sự hướng dẫn của cô Phạm Thị Thanh Đam, em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao. Trong quá trình làm bài tập dài, không thể tránh khỏi sai sót, nên em rất mong nhận được sự góp ý của thầy để em có thể bổ sung những thiếu sót của mình. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng 3 năm 2018 Sinh viên thực hiện Lã Trọng Nhân Phần I:Thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp Chương I:Cơ sở lý thuyết chung Mở đầu Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một thể thống nhất.Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Khi các thiết bị của trạm bị sét đánh trực tiếp sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những làm hỏng các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác. Do vậy việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng. Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp. Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn đây dẫn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây. 1.2 . Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp. Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an toàn của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp mà hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn của công trình như xà, cột đèn chiếu sáng... hoặc được đặt độc lập. Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét. Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải đảm bảo mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất bé. Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao (khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu của trạm. Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối. Theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện is khuyếch tán vào đất theo 3- 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4W. Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn dây MBA. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thu sét và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15m. Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách nhất định, nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí và đất. Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua. 1.3 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét. 1.3.1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là: Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đường sinh của hình chóp có dạng đường gãy khúc được biểu diễn như hình vẽ 1.1 dưới đây. Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức sau -Nếu hx > 23 h thì rx = 0,75h(1- hxh ) - Nếu hx ≤ 23 h thì rx = 1,5h(1- hx0,8.h ) Trong đó: h: độ cao cột thu sét hx: độ cao vật cần bảo vệ h - hx = ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét rx: bán kính của phạm vi bảo vệ Hình 1.1 :Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét Chú ý: Các công thức trên chỉ đúng với cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Khi tính toán phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p = 5,5h và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp 1.3.1.2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ của 2 cột đơn. Để hai cột thu sét có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa 2 cột phải thỏa mãn điều kiện a < 7h (h là chiều cao của cột). 1.3.1.2.1. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a(a<7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là h0 được tính như sau ho = h - a7 Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau. Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét giống nhau Tính rox: -Nếu hx > 23 ho thì rx = 0,75ho(1- hxho ) - Nếu hx ≤ 23 ho thì rx = 1,5ho(1- hx0,8.ho ) Chú ý: Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì ngoài việc hiệu chỉnh như phần chú ý của mục 1.3.1.1 thì còn phải tính h0 theo công thức: ho = h - a7p 1.3.1.2.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau Giả sử có 2 cột thu sét: cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2và h1>h2 . Hai cột cách nhau một khoảng là a. Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h1, sau đó qua đỉnh cột thấp h2 vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại điểm 3. Điểm này được xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau và bằng h2 với khoảng cách là a’. Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của cột 1 với a’=a-x -Nếu h2 > 23 h1 thì rx = 0,75h1(1- h2h1 ) - Nếu h2 ≤ 23 h1 thì rx = 1,5h1(1- h20,8.h1 ) Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột (số cột > 2) Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ được xác định bởi toàn bộ miền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống như của từng đôi cột Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột. Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện: D ≤ 8.ha =8.(h-hx ) Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét. Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ phải hiệu chỉnh theo p. D ≤ 8.ha .p =8.(h-hx ).p . Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 1.3.2.1 Phạm vi bảo vệ của một 1 dây chống sét Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng. Chiều rộng của phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như hình vẽ. Hình 1.5: Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét. Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h. -Nếu hx > 23 h thì bx = 0,6h(1- hxh ) - Nếu hx ≤ 23 h thì bx = 1,2h(1- hx0,8.h ) Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ phải hiệu chỉnh theo p. 1.3.2.2 . Phạm vi bảo vệ của 2 dây chống sét phối hợp Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h. Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao. ho =h- s4 Phạm vi bảo vệ như hình vẽ. Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét. Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây thu sét và điểm có độ cao ho =h- s4 so với đất Chương II: Thiết kế hệ thống bảo vệ cho trạm biến áp 2.1 Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ. Gồm có 6 lộ đường dây 1 trạm cắt sân phân phối 220kV Có 2 loại xà: + Xà thanh góp :10 m + Xà đón dây :16m -Phía máy biến áp và nhà điều khiển trong phạm vi bài tập không cần thiết kế bảo vệ. 2.2 Phương án 1 :Dùng cột thu sét Chọn vị trí cột như hình vẽ: 2.2.1 Tính toán độ cao tác dụng cột thu sét cho toàn trạm. Để tính được độ cao tác dụng của các cột thu sét ta phải xác định được đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đi qua các chân cột D (m). Độ cao tác dụng thỏa mãn điều kiện: D ≤ 8.ha Chia đa giác thành các nhóm cột hình chữ nhật như sau: -Nhóm 1:(1,2,7,8) ,(2,3,8,9),(3,4,9,10),(4,5,10,11),(5,6,11,12),a=30,8(m) ; b= 43(m) D1=30,82+432 = 52,89(m) + Độ cao tác dụng tối thiểu của nhóm cột này là: ha1 ≥ D18 = 52,898 = 6,61 (m) Nhóm 2 :(7,8,13,14);(8,9,14,15);(9,10,15,16);(10,11,16,17);(11,12,17,18) a=30,8(m); b=39,55(m) D2=30,82+39,552 = 50,13 (m) + Độ cao tác dụng tối thiểu của nhóm cột này là: ha2 ≥ D28 = 50,138 = 6,27 (m) ha = max { ha1, ha2} = 6,61 (m) Chiều cao của cột thu sét là: hx : chiều cao nhất của phần tử trong trạm : hx = 16 (m) h = ha + hx = 6,61 + 16 = 22,61(m) Chọn h = 24 (m) -Tính phạm vi bảo vệ ở 2 độ cao : + hx = 16(m) -Tính bán kính bảo vệ của 1 cột: Do hx = 16(m) = 23 h = 16 (m) Nên rx = 1,5.h.(1- hx0,8.h ) = 1,5.24.(1- 160,8.24 ) = 6 (m) -Tính bán kính bảo vệ giữa các cột (1,2);(2,3);(3,4);(4,5);(5,6);(13,14);(14,15);(15,16);(16,17);(17,18) là như nhau : h012= h – a127 = 24 - 30,87 = 19,6 (m) Do hx = 16(m) > 23 h012 = 13,07 (m) Nên ro12 = 0,75.h012.(1- hxh012 ) = 0,75.19,6.(1- 1619,6 ) = 2,7 (m) -Tính bán kính bảo vệ của 2 cột (1,7);(6,12) là như nhau : h017= h – a177 = 24 - 437 = 17,86 (m) Do hx = 16(m) > 23 h017 = 11,91 (m) Nên r017 = 0,75.h017.(1- hxh017 ) = 0,75.17,86.(1- 1617,86 ) = 1,395 (m) -Tính bán kính bảo vệ của 2 cột (7,13);(12,18) là như nhau : h0713= h – a7137 = 24 - 39,557 = 18,35 (m) Do hx = 16(m) > 23 h015 = 12,233 (m) Nên ro713 = 0,75.h0713.(1- hxh0713 ) = 0,75.18,35.(1- 1618,35 ) = 1,763 (m) + hx = 10(m) -Tính bán kính bảo vệ của 1 cột: Do hx = 10(m) < 23 h = 16 (m) Nên rx = 1,5..h.(1- hx0,8.h ) = 1,5.24.(1- 100,8.24 ) = 17,25(m) -Tính bán kính bảo vệ giữa các cột (1,2);(2,3);(3,4);(4,5);(5,6);(13,14);(14,15);(15,16);(16,17);(17,18) là như nhau : h012= h – a127 = 24 - 30,87 = 19,6 (m) Do hx = 10 (m) < 23 h012 = 13,07 (m) Nên ro12 = 1,5.h012.(1- hx0,8.h012 ) = 1,5.19,6.(1- 100,8.19,6 ) = 10,65 (m) -Tính bán kính bảo vệ của 2 cột (1,7);(6,12) là như nhau : h017= h – a177 = 24 - 437 = 17,86 (m) Do hx = 10(m) < 23 h017 = 11,91 (m) Nên r017 = 1,5.h017.(1- hx0,8.h017 ) = 1,5.17,86.(1- 100,8.17,86 ) = 8,04 (m) -Tính bán kính bảo vệ của 2 cột (7,13);(12,18) là như nhau : h0713= h – a7137 = 24 - 39,557 = 18,35 (m) Do hx = 10(m) < 23 h015 = 12,233 (m) Nên ro713 = 1,5.h0713.(1- hx0,8.h0713 ) = 1,5.18,35.(1- 100,8.18,35 ) = 8,775 (m) Nhận xét : phương án 1 thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật Phạm vi bảo vệ như hình vẽ : 2.3. Phương án 2 :Dùng dây thu sét Chọn dây thu sét như hình vẽ : Ta dùng 3 dây : với 9 cột đỡ dây tận dụng trên các thanh xà và xây thêm : -Xét dây D1 với dây D2 điều kiện để vật nằm giữa 2 dây được bảo vệ an toàn khỏi sét đánh trực tiếp là : hx ≤ ho = h - S4 h1 ≥ hx + S4 = 16 + 434 = 26,75 (m) -Xét dây D2 với dây D3 điều kiện để vật nằm giữa 2 dây được bảo vệ an toàn khỏi sét đánh trực tiếp là : hx ≤ ho = h - S4 h2 ≥ hx + S4 = 16 + 39,554 = 25,89 (m) Ta chọn h = max{ h1,h2} = 27( m) - hx=16(m) Bề rộng bảo vệ được của 1 dây là : Có hx=16(m) < 23 h = 18 (m) bx = 1,2 .h.(1- hx0,8.h ) = 1,2 .27.(1- 160,8.27 ) = 8,4 (m) -đầu cột treo dây tính giống như cột thu sét: Xét 1 đầu cột : Có hx=16(m) < 23 h = 18 (m) rx = 1,5 .h.(1- hx0,8.h ) = 1,5 .27.(1- 160,8.27 ) = 10,5 (m) Xét cặp đầu cột (1,4); (3,6): h014= h – a147 = 27 - 437 = 20,86 (m) Do hx = 16(m) > 23 h014 = 13,91 (m) Nên ro14 = 0,75.h014.(1- hxh014 ) = 0,75.20,86.(1- 1620,86 ) = 3,65 (m) Xét cặp đầu cột (4,7); (6,9): h047= h – a477 = 27 - 39,557 = 21,35 (m) Do hx = 16(m) > 23 h047 = 14,23 (m) Nên ro47 = 0,75.h047.(1- hxh047 ) = 0,75.21,35.(1- 1621,35 ) = 4,013 (m) - hx=10(m) Bề rộng bảo vệ được của 1 dây là : Có hx=10(m) < 23 h = 18 (m) bx = 1,2 .h.(1- hx0,8.h ) = 1,2 .27.(1- 100,8.27 ) = 17,4 (m) -đầu cột treo dây tính giống như cột thu sét: Xét 1 đầu cột : Có hx=10(m) < 23 h = 18 (m) rx = 1,5 .h.(1- hx0,8.h ) = 1,5 .27.(1- 100,8.27 ) = 21,75 (m) Xét cặp đầu cột (1,4); (3,6): h014= h – a147 = 27 - 437 = 20,86 (m) Do hx = 10(m) < 23 h014 = 13,91 (m) Nên ro14 = 1,5.h014.(1- hx0,8.h014 ) = 1,5.20,86.(1- 100,8.20,86 ) = 12,54 (m) Xét cặp đầu cột (4,7); (6,9): h047= h – a477 = 27 - 39,557 = 21,35 (m) Do hx = 10(m) < 23 h047 = 14,23 (m) Nên ro47 = 1,5.h047.(1- hx0,8.h047 ) = 1,5.21,35.(1- 100,8.21,35 ) = 13,28 (m) Nhận xét : phương án 2 thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật Phương án bảo vệ như hình vẽ : 2.4 Kết luận chọn phương án Phương án 1 : sử dụng 18 cột cao 23 (m) trong đó có 12 cột dựng trên xà thanh góp cao 10(m);3 cột dựng mới,3 cột dựng trên xà đón dây cao 16(m) Coi số 1m cột bằng 1 m dây: Thì số mét cần cho phương án 1 là :12.(23-10)+3.23+3.(23-16) = 246 (m) Phương án 2 : Sử dụng 3 dây mỗi dây dài 154 (m) ,9 cột đỡ dây trong đó có 6 cột đặt trên xà thanh góp cao 10 (m), 3 cột xây mới Coi số 1m cột bằng 1 m dây: Thì số mét cần cho phương án 2 là : 3.154 + 6.(27-10) + 3.27 = 645 (m) Nhận xét : Cả 2 phương án đều thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật. Phương án 1 sử dụng ít dây hơn,chi phí ít hơn .Vì vậy, trong 2 phương án này ta chọn phương án 1 làm phương án thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220kV Ninh Bình CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT TRẠM BIẾN ÁP 2.1 Mở đầu Nối đất là nối các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ tiếp xúc với dòng điện do hư hỏng cách điện đến một hệ thống nối đất. Trong HTĐ có 3 loại nối đất: Nối đất an toàn có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện của thiết bị bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phân kim loại bình thường không mang điện (vỏ máy, thùng máy biến áp, các giá đỡ kim loại ). Khi cách điện bị hư hỏng trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện thế nhưng do đã được nối đất nên mức điện thế thấp. Do đó đảm bảo an toàn cho người khi tiếp xúc với chúng. Nối đất làm việc có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hoặc một số bộ phận của thiết bị theo chế độ đã được quy định sẵn. Loại nối đất này bao gồm: nối đất điểm trung tính MBA trong HTĐ có điểm trung tính nối đất, nối đất của MBA đo lường và của các kháng điện bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa. Nối đất chống sét là loại nối đất có nhiệm vụ tản dòng điện sét trong đất (khi có sét đánh vào cột thu sét hoặc trên đường dây) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn do đó cần hạn chế các phóng điện ngược trên các công trình cần bảo vệ. 2.2 Các yêu cầu kĩ thuật Bộ phận nối đất có trị số điện trở tản càng bé càng tốt. Tuy nhiên việc giảm thấp điện trở tản đòi hỏi phải tốn nhiều kim loại và khối lượng thi công. Do đó việc xác định tiêu chuẩn nối đất và lựa chọn phương án nối đất phải sao cho hợp lý về mặt kinh tế và đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật. Điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện áp bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp không vượt qua giới hạn cho phép. Theo quy trình hiện hành tiêu chuẩn nối đất được quy định như sau: – Đối với thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn mạch chạm đất lớn) trị số điện trở nối đất cho phép là: R ≤ 0,5 Ώ . -Đối với thiết bị điện có điểm trung tính cách điện (dòng ngắn mạch chạm đất bé) thì: -Nếu chỉ dùng cho các thiết bị cao áp R ≤ 250I (Ώ ) - Nếu dùng cho cả cao áp và hạ áp R ≤ 125I (Ώ ) Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, nối đất làm việc và nối đất an toàn ở các cấp điện áp khác thường được nối thành hệ thống chung. Khi đó phải đạt được yêu cầu của loại nối đất nào có trị số điện trở nối đất cho phép bé nhất. Trong khi thực hiện nối đất, cần tận dụng các hình thức nối đất có sẵn ví dụ như các đường ống và các kết cấu kim loại của công trình chôn trong đất, móng bê tông cốt thép... Việc tính toán điện trở tản của các đường ống chôn trong đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia. Do nối đất làm việc trong môi trường không đồng nhất (đất - bê tông) nên điện trở suất của nó lớn hơn so với điện trở suất của đất thuần tuý và trong tính toán lấy tăng lên 25%. Vì khung cốt thép là lưới không phải cực đặc nên không phải hiệu chỉnh bằng cách nhân thêm hệ số β=1,4 đó là hệ số chuyển từ cực lưới sang cực đặc. Đối với các thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm đất bé khi điện trở tản của các phần nối đất có sẵn đạt yêu cầu thì không cần nối đất bổ sung. Với các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì phải đặt thêm nối đất nhân tạo với trị số điện trở tản không quá 1 Ώ. Nối đất chống sét thông thường là nối đất của cột thu sét, cột điện và nối đất của hệ thống thu sét ở trạm biến áp và nhà máy điện. – Do bộ phận nối đất của cột thu sét và cột điện thường bố trí độc lập (không có liên hệ với bộ phận khác) nên cần sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt nhất. – Khi đường dây đi qua các vùng đất ẩm (ρ ≤ 3.104 Ώ.cm) nên tận dụng phần nối đất có sẵn của móng và chân cột bê tông để bổ sung hoặc thay thế cho phần nối đất nhân tạo. – Đối với nối đất của hệ thống thu sét ở các trạm biến áp khi bộ phận thu sét đặt ngay trên xà trạm thì phần nối đất chống sét buộc phải nối chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm. Lúc này sẽ xuất hiện nối đất phân bố dài làm Zxk lớn làm tăng điện áp giáng gây phóng điện trong đất. Do đó việc nối đất chung này chỉ thực hiện được với các trạm biến áp có cấp điện áp U ≥ 110kV. Ngoài ra còn phải tiến hành một số biện pháp bổ sung, khoảng cách theo mạch dẫn điện trong đất từ chỗ nối đất của hệ thống thu sét phải từ 15m trở lên 2.3 Lý thuyết tính toán nối đất 2.3.1 Tính toán nối đất an toàn Với cấp điện áp lớn hơn 110kV nối đất an toàn phải thoả mãn điều kiện là: – Điện trở nối đất của hệ thống có giá trị R ≤ 0,5 Ώ – Cho phép sử dụng nối đất an toàn và nối đất làm việc thành một hệ thống Điện trở nối đất của hệ thống RHT = RNT // RTN ≤ 0,5 (Ώ) (2.3) Trong đó: RTN: điện trở nối đất tự nhiên RNT: điện trở nối đất nhân tạo (RNT ≤ 1 Ώ ) · Nối đất tự nhiên Trong phạm vi của đề tài ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét đường dây và cột điện 220kV tới trạm. Ta có công thức tính toán như sau: (2.4) Trong đó: Rcs: Điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt. Rc: Điện trở nối đất của cột điện. · Nối đất nhân tạo Xét trường hợp đơn giản nhất là trường hợp điện cực hình bán cầu. Dòng điện chạm đất I đi qua điểm sự cố sẽ tạo nên điện áp giáng trên bộ phận nối đất. U = I.R Với R là điện trở tản của nối đất. Theo tính toán xác định được sự phân bố điện áp trên mặt đất theo công thức: (2.6) Trong thực tế nối đất có các hình thức cọc dài 23m bằng sắt tròn hay sắt góc chôn thẳng đứng: thanh dài chôn nằm ngang ở độ sâu 0,50,8m đặt theo hình tia hoặc mạch vòng và hình thức tổ hợp của các hình thức trên. Trị số điện trở tản của hình thức nối đất cọc được xác định theo các công thức đã cho trước. Đối với nối đất chôn nằm ngang có thể dùng công thức chung để tính trị số điện trở tản xoay chiều: (2.7) Trong đó: L: Chiều dài tổng của điện cực. t: Độ chôn sâu d: Đường kính điện cực khi điện cực