Giáo trình Thiết kế chống sét - Chương 15: Tính xác suất phóng điện

Chương 15: 
Tính xác suất phóng điện
 Tính thành phần điện áp Udc-(t):













 
84,32.84,4.84,18.)3,01(
)84,32.90).(84,4.90().84,18.90(
ln.
3,0
.14.1,0
.
14
84,18.224,0
1)(
2
ttta
tU dcu
 Kết quả tính toán giá trị của Udc-(t) ứng với các giá trị của :
 a = 10 , 20 , 30 , 40 , 50 , 60 , 70 , 80 , 90 , 100(KA/s)
 t = 0,5 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 (s )
 Đ-ợc ghi ở bảng sau :
 t
 a 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10 159 213 268 322 367 431 485 539 594 648
20 261 370 478 587 696 805 913 1022 1131 1240
30 363 526 689 852 1015 1179 1342 1505 1668 1831
40 465 682 900 1118 1335 1550 1770 1988 2205 2423
50 567 839 1111 1383 1655 1927 2198 2470 2742 3014
60 669 995 1322 1648 1975 2300 2627 2953 3279 3606
70 771 1152 15321 1913 2294 2675 3055 3436 3816 4197
80 873 1308 1743 2178 2613 3048 3483 3918 4353 4789
90 975 1465 1954 2444 2933 3428 3912 4401 4891 5380
100 1077 1621 2165 2709 3253 3796 4340 4884 5428 5971
 Bảng III_5 : Giá trị tính toán Udc-(t) ứng với các giá trị của a 
và t
 Ta tính Mdd(t) ,Mcs(t) với các khoảng chia nhỏ của thời gian :
 


 

 1
84,4
84,32
ln
14.2
84,4
84,32).3,01(
84,32.90
ln14.2,0)(
t
tM dd



 

 1
84,4
84,32
ln
84,18.2
84,4
84,32).3,01(
84,32.90
ln84,18.2,0)(
t
tMcs
Bảng (III –6): Giá trị tính toán của Mdd(t) , Mcs(t):a
t(s) 0,5 1 1,3
3
2 3 4 5 6 7 8 9 10
Mdd(
t)
5,1
1
6,8
3
7,6
5
8,9
0
10,
2
11,
2
12,
0
12,
6
13,
2
13,
7
14,
1
14,
5
Mcs(t
)
3,5
5
4,8
3
5,4
3
6,3
7
7,3
6
8,0
9
8,6
6
9,1
4
9,5
5
9,9
1
10,
2
10,
5
Từ kết quả trong bảng ( III- 4 ) ta tính ic(t); dic/dt theo a và R với 2 
khoảng thời gian là t  1,33 s và t  1,33s.
 a/ Với t  1,33s ta tính ic(t) ; dic /dt theo công thức (III–49) và 
công thức (III–50)



 







 


7,18
)(.2
.46,402
10.246,402
)(
7,18
304,11.2
10.246,402
;
)(.2
.
2
)( 1
1
tM
t
a
ti
tM
tZ
RZ
a
ti
cs
c
csvq
cs
c
vq
cs
c 
a
a
RZ
Za
dt
di
c
vq
cs
vq
csc .953,0
10.246,402
46,402.
.2
. 




b/ Với t  1,33s ta xác định ic(t) và dic /dt theo công thức ( 
III– 49 ) và (III – 50):
 
  )1.()(28,348
10.2
)(
054,0
)1.(
.2
)(
.054,0
2
.
)(.2
2
t
csc
t
tMcs
c
c
etM
a
ti
eL
R
a
ti
cs








  )](28,348[
304,11.28,348
.
)(2.
2
, .054,0.2
tM
ea
tML
LL
ea
dt
di
cs
t
cscsc
cscs
t
c 





Cho biên độ dòng sét nhận các giá trị khác nhau từ 10 đến 
100kA chúng ta tính đ-ợc điện áp đặt lên cách điện của đ-ờng dây. 
Từ bảng (III-9) vẽ dồ thị Ucd (t , a) và đặc tính (v - s) ta d-ợc 
các giá trị Ti và các số liệu tính toán ở bảng (III – 10).
 * T-ơng tự nh- phần sét đánh vào khoảng v-ợt ta đ-ợc :
- Xác suất phóng điện Vpđ là xác suất mà tại đó có các cặp thông 
số (Ii;ai) thuộc miền nguy hiểm
 N)I;a(PVpd 
- Các cặp số (Ii ; ai) nằm trong miền giới hạn nguy hiểm thì sẽ 
xảy ra phóng điện. Do đó xác suất phóng điện trên cách điện chính 
là xác suất để cho cặp số (Ii ; ai) thuộc miền nguy hiểm.
dVpđ = P (a  ai) P (I  Ii ). ( 
III – 33 )
Trong đó:
+ P(I  Ii ): là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn giá trị dòng 
điện Ii nào đó.
+ P(a  ai): là xác suất để cho độ dốc a lớn hơn giá trị ai nào đó 
để gây ra phóng điện 
 P(a  ai) = P( ai – da ≤a≤ ai + da ) = dVa
Với:  i,
a
a aaPeV
i


910
Thay vào biểu thức ( 2 – 34 ) đ-ợc:
dVpđ = Vi.dVa 

1
0
aIpd dV.VV
Bằng ph-ơng pháp sai phân xác định đ-ợc:
 

n
1i
aiIipd VVV
Với : 9,10
a
a
1,26
I
I
ii
eV;eV


Do trong tính toán về đ-ờng cong thông số nguy hiểm ta chỉ 
tính với 10 giá trị của a và I nên phải tiến hành ngoại suy để phủ 
kín các giá trị của chúng.
Ta có kết quả số liệu của Vpđ tính nh- sau :
(III–34 
) 
a( kA/  s)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 
Ii (kA)  64 55,4 51 48 45 43 37,5 32 24 17 0
VIi
0 0,08
6
0,12 0,14
2
0,15
9
0,17
8
0,19
3
0,23
8
0,29
3
0,39
9
0,52
1
1
Vai
1 0,4 0,16 0,06
4
0,02
6
0,01
0
0,00
4
0,00
24
0,00
16
0,00
065
0,00
026
0
Vai =
 Vai –
Va+i
0,6 0,24
1
0,09
5
0,03
8
0,01
6
0,00
6
0,00
2
0,00
1
0,00
07
0,00
02
0,00
01
0
Vai. aiΔV
0 0,02
60
0,01
15
0,00
55
0,00
25
0,00
11
0,00
005
0,00
023
0,00
011
0,00
007
0,00
005
0
 Bảng III_10 : Kết quả xác xuất phóng điện 
Từ bảng (III – 10) ta tính đ-ợc Vpđ = 0,05509
Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột:
nc = Nc. Vpđ .  (lần / 100km. năm ) 
Nc = N / 2 = 120 / 2 = 60
Vậy: 
n = 60. 0,05509. 0,48 = 1,5866 ( lần / 100km. năm ).
III.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vào 
đ-ờng dây tải 
điện 110kV.
Suất cắt toàn bộ đ-ờng dây khi có sét đánh trực tiếp đ-ợc xác 
định bởi:
n = ndd + nkv + nđc (lần /100km.năm)
Ta đã tính đ-ợc suất cắt ndd ; nkv ; nđc ở các phần trên:
n = 0,04646+ 0,0314 + 1,5866= 1,66446 (lần/100km.năm)
III.4- Tính chỉ tiêu chống sét cho đ-ờng dây 
tải điện110kV
Chỉ tiêu chống sét cho đ-ờng dây là số năm vận hành an toàn 
giữa hai lần sự cố liên tiếp, ta đã tính đ-ợc suất cắt đ-ờng dây khi
bị sét đánh:
 60080,0
66446,1
11 
n
m (Năm / lần sự cố )
Nhận xét:
Sau khi tính toán suất cắt cho đ-ờng dây tải điện 110kV ta thấy:
- Suất cắt của đ-ờng dây do sét đánh vòng qua dây chống sét 
vào dây dẫn không phụ thuộc vào trị số điện trở nối đất của cột 
điện, nh-ng lại phụ thuộc vào góc bảo vệ , do đó để giảm số lần 
cắt điện do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn thì phải 
giảm góc bảo vệ .
- Khi sét đánh vào khoảng v-ợt thì khả năng phóng điện trên 
cách điện của đ-ờng dây phụ thuộc vào trị số của điện trở nối đất. 
Nếu điện trở nối đất nhỏ thì khả năng phóng điện là rất ít vì khi sét 
đánh vào dây chống sét trong khoảng v-ợt sẽ gây ra các sóng quá 
điện áp truyền về cột điện, sóng này gặp điện trở nối đất nhỏ nên 
điện áp đi vào bộ phận nối đất đ-ợc giảm thấp.
- Khi sét đánh vào đỉnh cột thì phần lớn dòng điện sét sẽ đi vào 
hệ thống nối đất của cột điện. Phần còn lại sẽ theo dây chống sét đi 
vào hệ thống nối đất của cột điện bên cạnh. Do vậy trị số của điện 
trở nối đất ảnh h-ởng lớn đến trị số điện áp tác dụng lên cách điện 
của đ-ờng dây.
Vậy để giảm số lần cắt điện đ-ờng dây do sét thì phải giảm điện 
trở nối đất của cột điện và tăng c-ờng cách điện cho đ-ờng dây. 
Lời kết
 Qua việc tính toán và thiết kế cho hệ thống cao áp của trạm 
biến áp Văn ĐIún 110/22 kV thì ta đã thấy đ-ợc việc đảm bảo yêu 
cầu kỹ thuật trong khi thiết kế là hết sức quan trọng , vì đây là hệ 
thống nhằm bảo vệ cho sự an toàn của thiết bị trong trạm cũng nh- 
ng-ời vận hành 
Từ việc bố trí các cột thu lôI sao cho hợp lý nhất , nối đất an toàn 
cũng nh- nối đất chống sét và việc tính toán các trạng tháI khi sét 
đánh vào đ-ờng dây tảI đIện