Giáo trình Thiết kế chống sét - Chương 14: Thành phần từ của điện áp cảm ứng

Chương 14: 
Thành phần từ của điện áp cảm 
ứng
Độ dốc của dòng sét a = (dic/dt) có thể coi là một hằng số đối 
với mỗi dòng điện sét. Do đó để tính thành phần từ của điện áp cảm 
ứng ta phải xác định Mdd(t).
)46(1ln.
2).1(
.
ln2,0)( 


 



 III
h
H
h
h
H
Htv
htM
dd
dd
dd

4-Xác định suất phóng điện Vpđ :
Từ các giá trị điện áp giáng trên chuỗi cách điện và từ đặc tuyến 
vôn – giây của chuỗi sứ ta có các giá trị thời gian xảy ra phóng 
điện (ti) . Biên độ dòng điện sét nguy hiểm sẽ là: Ii = ai. ti
Từ đây ta có xác suất phóng điện là:
)47( .
1
 

IIIVVV
n
i
aIpd ii
Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột: nc = Vpđ . Nc .
III.2.1.2-Trình tự tính toán.
Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột.
Nc =N/2 = 120/2 = 60lần /100km.năm
Xác suất hình thành hồ quang:  = 0,48
Xác định Vpđ :
Để xác định Vpđ ta phải xác định điện áp đặt trên chuỗi cách 
điện khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột. 
Rc = 11 
Lc
dd = Lo.hdd = 0,6.14 = 8,4H với Lo là điện cảm đơn vị dài 
thân cột. 
v = .c = 0,3.300 = 90 m/s là vận tốc phóng điện ng-ợc của 
dòng điện sét (theo sách h-ớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta 
có  = 0,3 ; c là vận tốc ánh sáng c = 300m/s).
Ulv vận tốc trung bình của đ-ờng dây.
kV,
.
..
U lv 1757
3
11022 


Các thành phần còn lại của điện áp trong công thức ( III – 36 ) 
đều phụ thuộc vào độ dốc a, thời gian t và độ cao của dây dẫn.
1- Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha A.
a/ Thành phần điện của điện áp cảm ứng:
Thay công thức( III – 43 ) vào công thức ( III – 44 ) ta có: 
)48(
...)1(
).).(.()..(
ln.
..1,0
.
.
1)(
2














  III
Hhh
Htvhtvhtvah
h
hK
tU
c
c
A
dd
A
dd
csd
cu 
Trong đó:
+Hệ số ngẫu hợp khi có ảnh h-ởng của vầng quang pha A : 
 KA-cs
vq = 0,224 (đã tính ở III.1.2.4 ).
+ hcs =hc =18,84m ; hdd = hdd
A = 14m.
H = hcs + hdd = 18,84+14 = 32,84m ; 
h = hcs – hdd =18,84-14= 4,84m.
=0,3.
b/ Thành phần từ của điện áp cảm ứng:
dt
di
)t(M
dt
di
.L)t(U sdd
cdd
c
t
cu  ; 
Lc
dd = Lo.hdd
A = 8,4 H
a =dis/dt : độ dốc đầu sóng của sét
dic/dt: tốc độ biến thiên của dòng điện đi trong thân cột có xét 
tới sự thay đổi tr-ớc và sau phản xạ của sóng sét từ cột lân cận trở 
về.
c/ Điện áp trên dây dẫn gây ra bởi dòng điện sét đi trong dây 
chống sét K.Ucs(t).:
dt
di
).t(M
dt
di
.LR.i)t(U ccsccscsscs 
Lc
cs = Lo . hcs = 11,304H
- Ta phải tìm ic và dic /dt trong hai tr-ờng hợp:
 + Tr-ờng hợp 1: Tr-ớc khi có sóng phản xạ từ cột lân cận 
về đó là khoảng thời gian t  2.lkv /c (lkv = 190m là chiều dài 
khoảng v-ợt ).
t  2.190 /300 =1,27 s.
Theo công thức ( III – 39 ) và ( III – 40 ) ta có:








 1
2
vq
cs
cs
vq
csvq
cs
c
Z
)t(Mt.Z
Z
a
)t(i
c
vq
cs
vq
csc
R.Z
Z.a
dt
di
2
 trong đó : 
cs
c
c
vq
cs
L.
R.Z
2
2
1

Nhận xét: Khi R; a; t thay đổi thì ic (t) và dic /dt thay đổi.
+ Tr-ờng hợp 2: Khi có sóng sét phản xạ từ cột lân cận trở về :
Đó là thời gian t > 2.lkv hay t > 2.190 /300 = 1,27 s.
Theo công thức ( III – 42 ) và ( III – 43 ) ta có:
 
)49( )1.(
2
)(2.
)( .2   IIIe
R
tMLa
ti tcscsc

Và :
 
)50( ..
2
)(2. .
2
2   IIIe
R
tMLa
dt
di tcscsc 
Trong đó:
054,0
304,11.28,348
11.2
.2
.2
2 



cs
ccs
c
LL
R
Viết lại biểu thức điện áp trên chuỗi cách điện:
lvcs
d
cu
isddiCdd
ccccd U)t(kU)t(Udt
d
)t(M
dt
d
LRi)t(U 
Với dis / dt = a ta có :
)t(M.a
dt
di
LRi)t(U cscddccccs 
 Ta có:
lv
d
cu
csddcs
c
dd
c
c
cccd U)t(U)t(M.K)t(M.(a)L.KL(dt
di
)K(Ri)t(U  1
 Với K là hệ số ngẫu hợp của pha A với dây chống sét có kể đến 
ảnh h-ởng của vầng quang KA-cs
v q = 0,224
Thay số vào ta có:
17,57)()}(.224,0)(.{ 
)304,11.224,04,8()224,01()(


tUtMtMa
dt
di
RitU
d
cu
csdd
c
cccd (III – 51) 
2 - Điện áp giáng trên chuỗi cách điện của pha B; C.
Với  = 0,3; KB-csvq = 0,147 ; hdd = hddB = 11 m ; 
H = hcs+ hdd
B = 18,84+11=29,84m
h = hcs- hddB = 7,84m
 Với pha B,C ta có :
17,57)()}(.147,0)(.{ 
)304,11.147,06,6()147,01()()(


tUtMtMa
dt
di
RitU
d
cu
csdd
c
cc
CB
cd
3- So sánh điện áp giáng trên chuỗi cách điện pha A và pha B.
ở cùng một thời gian tác động và cùng một độ dốc của dòng 
điện sét, ở cùng một thời gian tác động và cùng độ dốc của 
dòng điện sét, nếu chuỗi cách điện của pha nào có điện áp giáng 
lớn hơn thì pha đó có xác suất phóng điện lớn hơn.
Chọn thông số của dòng điện sét tính toán :
t = 3s; a =10kA/s.
a/ Tính toán với pha A:
Thay t và a vào các công thức:
kVtU dcu 4,173)( 
22,101
84,4
84,32
ln
84,18.2
84,4
84,32).3,01(
84,323.90
ln84,18.2,0)(
36,71
84,4
84,32
ln.
14.2
84,4
84,32).3,01(
84,323.90
ln14.2,0)(



 





 


tM
tM
cs
dd
Thay t ; a đã chọn và R =11 vào công thức ( III – 39 ) và ( III 
– 40 ): 
  
skA
e
dt
di
kVeti
c
c
/54,7)22,10.28,348(.054,0.
11.2
.11
55,241.22,10.28,348
11.2
11
)(
3.054,0
3.054,0




Thay các giá trị Uc-
dd(t); Mdd(t) ; Mcs(t) ; ic(t) ; dic/dt vào ( III– 5 
0):
Ucđ
A (t) = (1 - 0,224).11.24,55 + 7,54.(8,4 - 0,224.11,304)+
 + 11. (7,366 + 0,224. 10,22) + 173,4 + 57,17 = 
561,8kV
b/Tính toán với pha B:
 kVtU dcu 25,140)( 
  
53,7)42,10.28,348(
11.2
.054,0.11
52,241.42,10.28,348
11.2
11
)(
42,101
84,7
84,29
ln
84,18.2
84,7
84,29.3,1
84,293.90
ln84,18.2,0)(
64,51
84,7
84,29
ln.
11.2
84,7
84,29.3,1
84,293.90
ln11.2,0)(
3.054,0
3.054,0





 



 
e
dt
di
eti
tM
tM
c
c
cs
dd
Thay các giá trị vừa tính toán vào công thức ta có:
Ucđ
B(t) = (1-0,147).11.24,52+7,53.(6,6-
0,147.11,304)+11(5,64+0,147.10,42)
 +140,25 + 57,17 =483,23kV.
So sánh điện áp trên cách điện khi đ-ờng dây bị phóng điện ta 
thấy:
Ucđ
A = 561,8kV > Ucđ
B = 483,23kV. Vậy với cùng một tham số 
của dòng điện sét thì chuỗi cách điện của pha A phải chịu điện áp 
lớn hơn so với pha B và Pha C. Do đó ta sẽ tính xác suất phóng điện 
khi sét đánh vào đỉnh cột với các thông số kỹ thuật của pha A.