Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó phần tử có số lượng khá lớn và quan trọng là trạm biến áp và đường dây. Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa gió, bão và đặc biệt nguy hiểm là chịu ảnh hưởng của sét đánh. Khi có sét đánh vào trạm biến áp hoặc đường dây nó có thể gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn đến việc...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp CHƯƠNG MỞ ĐẦU HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT- ẢNH HƯỞNG CỦA GIÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó phần tử có số lượng khá lớn và quan trọng là trạm biến áp và đường dây. Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa gió, bão và đặc biệt nguy hiểm là chịu ảnh hưởng của sét đánh. Khi có sét đánh vào trạm biến áp hoặc đường dây nó có thể gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục và gây thiệt hại lớn đến nền kinh tế quốc dân. Để nâng cao mức độ an toàn cung cấp điện liên tục giảm chi phí thiệt hại khi vận hành chúng ta phải tính toán bảo vệ chống sét cho hệ thống điện. 1. HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT. Giông sét là hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giưa các điện cực khá lớn. Hiện tượng phóng điện của giông sét bao gồm hai loại chính đó là: + Phóng điện giữa các đám mây tích điện với nhau. + Phóng điện giữa các đám mây tích điện xuống đất. Trong phạm vi đồ án này chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Hiện tượng này gây nhiều trở ngại cho con người. Các đám mây được tính điện với mật độ điện tích lớn có thể tạo ra cường độ điện lớn sẽ hình thành giông sét phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107 cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt đến 2.108 cm/s (trong một đợt), sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau, trung bình là 3 lần. Điều này được giải thích bởi cùng lớp mây điện có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất. Tiên đạo là một môi trường plasma có điện dẫn rất lớn. Đầu tia được nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trung tâm tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiều dài tia. 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 tâp kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Những vùng đất có điện dẫn đồng nhất, thì địa điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo .Trường hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau, thì điện dẫn trong đất sẽ tập trung về nơi có địên dẫn cao. Ví dụ: ao hồ, sông lạch ở vùng đất đá. ĐHBK - Hà Nội 1 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 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, vì ở đấy cường độ điện trường có trị số lớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình. Cột thu sét có độ cao lớn và trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điện sét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó. Nếu ở phía mặt đất, điện tích khác dấu được tập chung dễ dàng và có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ như đỉnh cột điện đường dây cao áp ) thì có thể đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều với tia tiên đạo từ phía lớp mây điện. Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất thì trường trong khoảng không gian giữa các điện cực sẽ có trị số lớn và có quá trình ion hoá mãnh liệt dẫn tới sự hình thành dòng plasma với mật độ ion lớn hơn nhiều so với của tia tiên đạo. Do có điện dẫn bản thân rất cao, nên đầu dòng sẽ có điện thế mặt đất và như vậy toàn bộ hiêu số điện thế giữa tia tiên đạo với mặt đất được tập trung vào khu vực giữa nó với đầu tia tiên đạo. Trường trong khu vực này tăng cao và gây ion hoá mãnh liệt … dòng plasma được kéo dài và di chuyển ngược về phía trên. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện ngược. Tốc độ phát triển của phóng điện ngược thay đổi trong giới hạn 1,5.109 ÷ 1,5.1010 (cm/s) tức là (0,05 ÷ 0,5) tốc độ ánh sáng. Trong giai đoạn này điện tích của lớp mây điện sẽ theo dòng điện ở nơi sét đánh. Nhưng tốc độ phát triển của phóng điện ngược là v và mật độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo bằng δ , thì trong một đơn vị thời gian điện tích đi vào trong đất sẽ là δ .v và đó cũng là công thức tính dòng điện sét: is = δ .v Công thức trên tính cho trường hợp sét đánh vào nơi 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 dọc theo hàm số 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. Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây ra quá điện áp khí quyển và gây hậu quả nghiêm trọng. Bằng hình vẽ minh hoạ và các giai đoạn phát triển của sóng điện sét và biến thiên của dòng điện theo thời gian: a- Giai đoạn phóng điện tiên đạo b- Hình thành khu vực ion hoá mãnh liệt gần mặt đất c- d: Giai đoạn phóng điện ngược ĐHBK - Hà Nội 2 Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp 1- Tia tiên đạo; 2- Khu vực ion hoá mãnh liệt; 3- Dòng của phóng điện ngược 2- Tình hình giông sét ở việt nam Việt nam là một nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ sét khá mạnh. Theo tài liệu nghiên cứu trên mỗi miền đất nước có những đặc điểm giông sét khác nhau: Miền Bắc: có số ngày giông sét dao động từ 70 ÷ 100 ...