Bài giảng Tính toán và chọn kim chống sét cho nhà máy

Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 117 CHÖÔNG 4: TÍNH TOAÙN & CHOÏN KIM CHOÁNG SEÙT CHO NHAØ MAÙY ∗∗∗∗∗∗∗ I. TÌM HIEÅU VEÀ SEÙT VAØ THIEÄT HAÏI DO SEÙT GAÂY RA: Seùt laø söï phoùng ñieän trong khí quyeån giöõa caùc ñaùm maây vaø ñaát, hay giöõa caùc ñaùm maây mang ñieän traùi daáu. Tröôùc khi coù söï phoùng ñieän cuûa seùt ñaõ coù söï phaân chia vaø tích luõy raát cao ñieän tích trong caùc ñaùm maây gioâng, do taùc ñoäng cuûa caùc luoàng khí noùng boác leân vaø hôi nöôùc ngöng tuï trong caùc ñaùm maây. Phaàn döôùi cuûa caùc ñaùm maây gioâng thöôøng tích ñieän aâm (85%). Giöõa caùc ñaùm maây vaø ñaát hình thaønh caùc tuï ñieän khoång loà. Cöôøng ñoä ñieän tröôøng cuûa tuï ñieän giöõa maây vaø ñaát khoâng ngöøng taêng leân vaø neáu cöôøng ñoä ñieän tröôøng ñaït tôùi giaù trò giôùi haïn (25-30 KV/cm) thì baét ñaàu coù söï phoùng ñieän hay goïi laø seùt. Haàu heát trong moïi lónh vöïc ñeàu söû duïng ñieän, ñieän laø moät phaàn quan troïng khoâng theå thieáu, neáu vieäc cung caáp ñieän bò giaùn ñoaïn coù theå gaây ra nhieàu thieät haïi lôùn veà tính maïng con ngöôøi, veà kinh teá ... Trong thöïc teá vieäc cung caáp ñieän bò giaùn ñoaïn coù theå do nhieàu nguyeân nhaân. Moät trong nhöõng nguyeân nhaân nguy hieåm nhaát laø do seùt. Khi seùt ñaùnh vaøo khu nhaø ôû, coâng trình, toøa nhaø cao taàng doøng ñieän seùt seõ gaây ra caùc taùc duïng nhö nhieät, cô, ñieän töø gaây hö haïi taøi saûn vaø nguy hieåm cho tính maïng con ngöôøi. Do ñoù, baûo veä choáng seùt laø vieäc caàn thieát cho caùc coâng trình. II. PHÖÔNG PHAÙP BAÛO VEÄ DUØNG KIM THU SEÙT: Ngöôøi ta thöôøng baûo veä seùt ñaùnh thaúng baèng phöông phaùp duøng coät thu loâi. Ñaây laø nhöõng keát caáu goám: boä phaän thu seùt, boä phaän noái ñaát vaø boä phaän daãn doøng ñieän seùt noái lieàn hai boä phaän treân vôùi nhau. 3 2 1 Hình 3.1 Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 118 - Caáu taïo cuûa coät thu seùt bao goàm caùc thaønh phaàn sau (Hình 3.1): + Boä phaän thu seùt (kim thu seùt ) (1), kim thu seùt baèng theùp oáng hoaëc thanh coù tieát dieän phaûi lôùn hôn 100mm 2. + Boä phaän noái ñaát (taûn doøng seùt ) (3), boä phaän daãn doøng ñieän seùt ñöôïc taïo bôûi keát caáu coät hay daây theùp coù tieát dieän khoâng nhoû hôn 50mm2 + Boä phaän daãn doøng ñieän seùt (2), boä phaän noái ñaát ñöôïc taïo bôûi heä thoáng coïc vaø thanh baèng ñoàng hoaëc theùp noái lieàn nhau, coù ñieän trôû taûn beù. 1. Phaïm vi baûo veä cuûa moät coät thu seùt (Hình 3.2): - Laø hình choùp troøn xoay coù ñöôøng sinh laø moät hypebol vaø coù ñaùy laø moät hình troøn. - Coät thu seùt coù ñoä cao h, coâng trình coù ñoä cao hx thì baùn kính baûo veä cuûa coät thu seùt öùng vôùi ñoä cao hX seõ laø : r x = x x h+h hh .p.h6,1 - + Khi h≤ 30m thì p=1 + Khi 30m < h ≤ 60m thì p=5,5/ h - Trong thieát keá ñeå ñôn giaûn, ngöôøi ta thay ñöôøng sinh hypebol baèng hai ñoaïn thaúng nhö hình veõ. Khi ñoù baùn kính baûo veä cuûa coät thu seùt öùng vôùi ñoä cao hx ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : 1,5.h.p h⋅ 3 2 0,2.h 1,5.h.p 00,75.h.p 0,75.h.p rX hX h Hình 3.2 Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 119 rx = )h.8,0 h 1(p.h5,1 x- neáu hx ≤ h.3 2 ) h h 1.(h.75,0=r xx - neáu hx > h3 2 - Khi ñoä cao h > 60m thì seùt khoâng chæ ñaùnh vaøo ñænh kim thu seùt maø coøn ñaùnh vaøo moät phaàn gaàn ñænh kim thu seùt. Vì vaäy, khi tính toaùn thieát keá ta phaûi hieäu chænh laïi ñoä cao naøy (moät phaàn cuûa kim thu seùt bò seùt ñaùnh vaøo laø hΔ ). Neáu 60m < h ≤ 100m thì Δh=0.5(h - 60) Neáu 100m< h ≤250m thì Δh=0.2h. 2. Phaïm vi baûo veä cuûa hai coät thu seùt coù ñoä cao baèng nhau (hình 3.3): -Hai coät thu seùt coù ñoä cao baèng nhau ñaët caùch nhau moät ñoaïn a =7h thì moïi ñieåm treân maët ñaát giöõa hai coät thu seùt seõ ñöôïc baûo veä. Neáu a<7h thì 2 coät thu seùt coù theå baûo veä ñöôïc coâng trình coù ñoä cao ho ñaët giöõa hai coät thu seùt . Vôùi p7 ah=h0 - 1,5.h.p h⋅ 3 2 0,2.h 1,5.h.p 0,75.h.p 0,75.h.p hX h R rXr0X a h0 Hình 3.3 Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 120 - Caùch veõ phaïm vi baûo veä cuûa hai coät thu seùt coù ñoä cao baèng nhau : + Phaàn ngoaøi hai coät thu seùt veõ gioáng nhö moät coät thu seùt. + Phaàn trong hai coät thu seùt laø moät cung troøn ñi qua hai ñænh cuûa hai coät thu seùt vaø ñieåm giöõa coù ñoä cao ho. Khi tính toaùn thieát keá choáng seùt, ñeå naâng cao ñoä an toaøn ta neân choïn ñoä cao cuûa coät thu seùt sao cho rox ≥ 0,5 m. Vôùi r0x ñöôc xaùc ñònh nhö sau: ) h.8,0 h 1(p.h5,1=r 0 x 0x0 - neáu 0x h.3 2<h ) h h 1(p.h75,0=r 0 x 0x0 - neáu 0x h.3 2>h 3. Phaïm vi baûo veä cuûa ba coät thu seùt coù cuøng ñoä cao h naèm treân ba ñænh cuûa moät tam giaùc (Hình 3.4): - Beân ngoaøi tam giaùc, ta xaùc ñònh phaïm vi baûo veä cho töøng ñoâi moät gioáng nhö phaàn hai coät thu seùt coù cuøng doä cao h. - Phaàn beân trong tam giaùc seõ ñöôïc baûo veä neáu noù thoûa maõn ñieàu kieän sau : D≤8.p.(h-hx ) =8.p.ha Trong ñoù, D laø ñöôøng kính ñöôøng troøn ñi qua ba ñænh cuûa ba coät thu seùt. ha :laø ñoä cao hieäu duïng cuûa coät thu seùt. D r0 r0Hình 3.4 Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 121 4. Phaïm vi baûo veä cuûa boán coät thu seùt naèm treân boán ñænh cuûa hình chöõ nhaät (Hình 3.5): Caùch xaùc ñònh hoaøn toaøn gioáng nhö ba coät thu seùt. Trong ñoù D laø ñöôøng cheùo cuûa hình chöõ nhaät (hay ñöôøng kính cuûa ñöôøng troøn ñi qua boán ñænh cuûa boán coät thu seùt). 5. Phaïm vi baûo veä cuûa n coät thu seùt boá trí baát kyøø: Trong tröôøng hôïp naøy ta chia ra laøm nhieàu vuøng, moãi vuøng laø moät tam giaùc hoaëc laø moät hình chöõ nhaät. Sau ñoù ta xaùc ñònh phaïm vi baûo veä cuûa töøøng vuøng gioáng nhö phaàn 3,4. Khi tính toaùn thieát keá choáng seùt, ñeå naâng cao ñoä an toaøn ta neân choïn ñoä cao cuûa coät thu seùt sao cho rox ≥ 0.5 m. Vôùi r0x ñöôc xaùc ñònh nhö ôû muïc 2. III. PHÖÔNG PHAÙP BAÛO VEÄ HIEÄN ÑAÏI: Phöông phaùp baûo veä coå ñieån baèng kim thu seùt laø phöông phaùp baûo veä thuï ñoäng, töùc laø ta tính toaùn vaø ñaët kim thu seùt ñeå phoøng ngöøa. Khi coù seùt ñaùnh thì khoâng ñaûm baûo chaéc chaén 100% seõ ñaùnh vaøo kim thu seùt maø khoâng ñaùnh vaøo vò trí caàn baûo veä. Ngaøy nay, hieän töôïng seùt ñöôïc nghieân cöùu moät caùch saâu roäng vaø ñaày ñuû. Ngöôøi ta ñaõ nghieân cöùu vaø cheá taïo thaønh coâng caùc thieát bò thu seùt tích cöïc. Vôùi thieát bò thu seùt naøy thì khaû naêng ñaûm baûo thu seùt gaàn nhö 100%. r0 rX D Hình 3.5 Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 122 Coù nhieàu nhaø saûn xuaát ñaõ ñöa kyõ thuaät choáng seùt tieân tieán vaøo thöïc teá, ôû ñaây xin giôùi thieäu coâng ngheä vaø caùch tính toaùn toaùn cuûa nhaø saûn xuaát Indelec (Phaùp).Moät nhaø saûn xuaát tieân phong vaø ñaït thaønh coâng sôùm vôùi thieát bò choáng seùt taïo tia tieân ñaïo Prevectron-2. 1. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa ñaàu thu seùt Prevectron-2: Khi coù gioâng baõo, ñieän tröôøng khí quyeån taêng nhanh khoaûng vaøi ngaøn Volt/meter, ñaàu thu seùt Prevectron 2 seõ thu naêng löôïng ñieän tröôøng khí quyeån baèng heä ñieän cöïc phía döôùi, naêng löôïng naøy ñöôïc tích luõy trong thieát bò ion hoùa. Tröôùc khi xaûy ra hieän töôïng seùt (goïi laø seùt ñaùnh), coù söï gia taêng nhanh choùng vaø ñoät ngoät cuûa ñieän tröôøng khí quyeån, aûnh höôûng naøy taùc ñoäng laøm thieát bò ion hoùa giaûi phoùng naêng löôïng ñaõ ñöôïc tích luõy daïng caùc ion, taïo ra moät ñöôøng daãn tieân ñaïo veà phía treân, chuû ñoäng thu doøng seùt. *Ñaëc ñieåm cuûa quaù trình ion: Quaù trình ion hoùa ñöôïc ñaëc tröng bôûi tính chaát sau: - Ñieàu khieån söï giaûi phoùng ion ñuùng thôùi ñieåm: thieát bò ion hoùa cho pheùp phaùt ra trong khoaûng thôøi gian raát ngaén vaø taïi thôøi ñieåm thích hôïp ñaëc bieät, chæ vaøi phaàn cuûa giaây tröôùc khi coù phoùng ñieän seùt. Do ñoù ñaûm baûo daãn seùt kòp thôøi, chính xaùc vaø an toaøn. - Söï hình thaønh hieäu öùng quaàng saùng ñieän corona: söï xuaát hieän cuûa moät soá löôïng lôùn caùc electron tieân ñaïo cuøng vôùi söï gia taêng cuûa ñieän tröôøng coù taùc duïng ruùt ngaén thôøi gian taïo hieäu öùng quaàng quang corona. - Söï chuaån bò tröôùc moät ñöôøng daãn seùt veà phía treân: ñaàu thu seùt Prevectron-2 phaùt ra moät ñöôøng daãn seùt chuû ñoäng veà phía treân nhanh hôn baát cöù moät ñieåm nhoïn naøo gaàn ñoù. Do ñoù, ñaûm baûo daãn doøng seùt moät caùch chuû ñoäng vaø chính xaùc. 2. Caáu taïo cuûa thieát bò choáng seùt Prevectron-2: Thieát bò naøy bao goàm: + Kim thu seùt trung taâm baèng ñoàng ñieän phaân hay theùp khoâng ræ, kim naøy coù taùc duïng taïo moät ñöôøng daãn doøng seùt lieân tuïc töø tia tieân ñaïo xuoáng ñaát theo daây daãn seùt. Kim thu seùt naøy ñöôïc gaén treân truï ñôõ cao toái thieåu 2m. Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 123 + Hoäp baûo veä baèng ñoàng hay theùp khoâng ræ, coù taùc duïng baûo veä thieát bò taïo ion beân trong. Hoäp ñöôïc gaén vaøo ñaàu kim thu seùt trung taâm. + Thieát bò taïo ion, giaûi phoùng ion vaø phaùt tia tieân ñaïo, ñaây laø thieát bò coù tính naêng ñaëc bieät cuûa ñaàu thu seùt Prevectron-2. Nhôø thieát bò naøy maø ñaàu thu seùt coù theå taïo moät vuøng baûo veä roäng lôùn vôùi möùc ñoä an toaøn cao. + Heä thoáng caùc ñieän cöïc phía treân: coù taùc duïng phaùt tia tieân ñaïo. + Heä thoáng caùc ñieän cöïc phía döôùi: coù taùc duïng thu naêng löôïng ñieän tröôøng khí quyeån giuùp cho caùc thieát bò hoaït ñoäng. Caùc loaïi ñaàu thu seùt: - Loaïi caáu taïo baèng ñoàng: kim thu seùt trung taâm vaø caùc ñieän cöïc ñöôïc cheá taïo baèng ñoàng, ñaûm baûo thu seùt vaø daãn seùt toát. - Loaïi caáu taïo baèng theùp khoâng ræ: kim thu seùt trung taâm vaø caùc ñieän cöïc cheá taïo baèng theùp khoâng ræ. Loaïi ñaàu thu seùt thích hôïp vôùi moâi tröôøng aên moøn vaø nôi coù nhieàu buïi baäm. Toùm laïi moãi ñaàu thu seùt ñeàu coù baùn kính baûo veä khaùc nhau phuø hôïp vôùi töøng caáu truùc coâng trình khaùc nhau. Tuyø moãi loaïi coâng trình maø löïa choïn cho phuø hôïp. Baùn kính baûo veä ñaàu thu seùt Prevectron-2: - Baùn kính baûo veä roäng: RP = )L+D.2.(L+)hD.2(h ΔΔ- Trong ñoù: ƒ D =20m, 45m, 60m tuøy thuoäc vaøo caáp baûo veä yeâu caàu. ƒ h: chieàu cao thöïc ñaàu kim thu seùt. ƒ LΔ : maët baèng phaûi baûo veä. IV. LÖÏA CHOÏN PHÖÔNG AÙN VAØ TÍNH TOAÙN CHOÁNG SEÙT CHO COÂNG TRÌNH: Do tính chaùy noå cuûa nhaø maùy cao vì vaäy yeâu caàu veà choùng seùt ñaùnh tröïc tieáp laø khaù cao. Neân vieäc baûo veä choáng seùt ñaùnh tröïc tieáp laø khaù quang troïng. Caên cöù vaøo maët baèng nhaø maùy ta daët 3 quaû caàu thu seùt (h4.7) laø coù theå baûo veä toaøn boä nhaø maùy. Caùc thoâng soá cuûa ñaàu thu seùt TS2.25, caáp baûo veä trung bình D=45 [Trang 414 – Cung Caáp Ñieän, Nguyeãn Xuaân Phuù]: Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 124 • Ñöôøng kính: 100 mm. Vaät lieäu: ñoàng. • Troïng löôïng: 2,3 kg. Chieàu cao: 330 mm. Baùn kính baûo veä: mRp 69.39)645*2(6)1045*2(10 =+++= Ñeå tính toaùn ñöôïc phaïm vi baûo veä cuûa caùc quaû caàu thu seùt xem nhö quaû caàu coù Rp = 39.69m töông öùng vôùi kim thu seùt coù chieàu cao hieäu duïng h=34.84m. mh h hh hh hh hrR x x xP 84.346 66.169.396.1 =⇒+ −=⇔+ −== Kieåm tra kim thu seùt 1 vaø 3 nhaän thaáy phaân xöôûng söûa chöõa cô khí vaø kho toång khoâng ñöôïc che phuû, vì vaäy phaûi thieát keá theâm kim thu seùt ôû caùc ñænh ñeå baûo veä cho phaân xöôûng. Vôùi chieàu cao moãi kim h=10m ⇒ rx=4m. 1 2 3 Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 125 CHÖÔNG 5: TÍNH TOAÙN NOÁI ÑAÁT CHO NHAØ MAÙY ∗∗∗∗∗∗∗ I. KHAÙI NIEÂM CHUNG: Taùc duïng noái ñaát laø taûn doøng ñieän söï coá (roø caùch ñieän, ngaén maïch, chaïm ñaát hay doøng ñieän seùt) vaø giöõ cho ñieän theá cuûa caùc phaàn töû ñöôïc noái ñaát thaáp. Theo chöùc naêng cuûa noù, noái ñaát trong heä thoáng ñieän chia laøm 3 loaïi: - Noái ñaát laøm vieäc: coù nhieäm vuï baûo ñaûm söï an toaøn laøm vieäc cuûa trang thieát bò trong caùc ñieàu kieän bình thöôøng vaø söï coá theo caùc cheá ñoä quy ñònh. Ñoù laø noái ñaát ñieåm trung tính cuûa aùc daây maùy bieán aùp, maùy phaùt vaø maùy buø, noáu ñaát maùy bieán aùp ño löôûng, noái ñaát pha-ñaát. - Noái ñaát an toaøn hay noái ñaát baûo veä: coù nhieäm vuï baûo ñaûm an toaøn cho ngöôøi phuïc vuï khi caùch ñieän cuûa thieát bò hö hoûng gaây roø ñieän. Ñoù laø noái ñaát voû maùy bieán aùp, voû caùp, noái ñaát cuûa caùc keát caáu kim loaïi cuûa trang thieát bò phaân phoái ñieän… noùi chung, ñoù laø noái ñaát caùc boä phaän kim loaïi, bình thöôøng coù ñieän theá baèng khoâng, nhöng khi caùch ñieän bò hoûng gaây phoùng ñieän xuyeân thuûng hay phoùng ñieän beà maët seõ coù ñieän theá khaùc khoâng. - Noái ñaát choáng seùt: nhaèm taûn dìng ñieän seùt vaøo ñaát, giöõ cho ñieän theá cuûa caùc phaàn töû noái ñaát khoâng quaù cao ñeå haïn cheá phoùng ñieän ngöôïc töø caùc phaàn töû ñoù leân caùc boä phaän mang ñieän vaø trang thieát bò ñieän khaùc. Ñoù laø noái ñaát coät thu seùt, daây choáng seùt, noái ñaát caùc keát caáu kim loaïi coù theå bò seùt ñaùnh … - Trong raát nhieàu tröôøng hôïp cuøng moät heä thoáng noái ñaát thöïc hieän 2 hay 3 nhieäm vuï treân. - Caùc loaïi noái ñaát thoâng thöôøng ñöôïc thöïc hieän baèng moät heä thoáng nhöõng coïc theùp (hoaëc ñoàng) ñoùng vaøo ñaát hay nhöõng thanh ngang cuøng loaïi vaät lieäu choân trong ñaát hoaëc coïc vaø thanh noái lieàn nhau vôùi vaät caàn noái ñaát. Coïc thöôøng laøm baèng theùp oáng hay theùp thanh troøn khoâng ræ (hoaëc maï keõm), ñöôøng kính töø 3-6 cm daøi töø 2-3 m hoaëc laøm baèng theùp goùc 30x30 – 40x40mm ñoùng thaúng vaøo ñaát , coøn thanh ngang baèng theùp deït tieát dieän (3-4)*(20-40) mm2 hoaëc theùp thanh troøn ñöôøng kính 10 – 20 mm. coïc vaø thanh ñöôïc goïi chung laø cöïc noái ñaát, thöôøng ñöôïc choân saâu Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 126 döôùi ñaát töø 50 – 80 cm ñeå giaûm bôùt aûnh höôûng cuûa thôøi tieát khoâng thuaän lôïi (quaù khoâ vaøo muøa naéng hoaëc bò baêng giaù vaøo muøa ñoâng). II. TÍNH TOAÙN NOÁI ÑAÁT CHO NHAØ MAÙY: 1. Noái ñaát trung tính MBA: Daây trung tính cuûa caáp 22kv vaø 0.4kv ñöôïc noái vôùi coïc noái ñaát cuûa MBA. Ñaây laø daïng noái ñaát laøm vieäc, theo tieâu chuaån IEC Rñ <4Ω. Theo ñeà taøi nghieân cöùu khoa hoïc cuûa tröôøng Kyõ Thuaät Coâng Ngheä veà ñieän trôû ñaát theo chieàu saâu. Baèng caùch khoan gieáng vaø ñaët oáng Inox. Theo soá lieäu thoáng keâ coù ñöôïc, taïi chieàu saâu 17m ñieän trôû ñaát giaûm coøn 3.7Ω. Do vaäy, noái ñaát trung tính MBA söû duïng daây Inox d=20mm , thaû xuoáng gieáng coù chieàu saâu 17m 2. Noái ñaát laäp laïi: Noái ñaát laäp laïi nhaèm ñaûm baûo tính an toaøn trong heä thoáng ñieän vaø nhaèm giaûm thaáp nhaát ñieän trôû ñaát coù theå. Nhö theá môùi ñaûm baûo ñöôïc an toaøn tuyeät ñoái cho ngöôøi vaän haønh.Theo tieâu chuaån IEC Rll < 10Ω.Cuõng töông töï nhö noái ñaát trung tính MBA, gieáng ñöôïc ñaøo vôùi chieàu saâu 9m coù Rñ = 6Ω 3. Noái ñaát choáng seùt: Töông töï nhö noái ñaát trung tính MBA vaø noái ñaát laäp laïi, ta vaãn khoan gieáng vôùi chieàu saâu 9m luùc ñoù ñieän trôû ñaát coøn 6Ω . Ñieàu naøy thoaû tieâu chuaån IEC veà noái ñaát choáng seùt. Tuy nhieân möùc ñoä an toaøn caøng cao vì khi taûn doøng seùt thì ñieän trôû taûn xung cuûa coïc noái ñaát giaûm maïnh. Nguyeân nhaân laø do doøng seùt khi taûn coù giaù trò raát lôùn (80KA) laøm phaùt sinh hoà quang ñieän giöõa coïc vaø ñaát daãn ñeán ñieän trôû suaát cuûa ñaát giaûm maïnh. Vì theá ñieän trôû taûn xung cuûa ñaát giaûm theo. Thieát Keá Cung caáp Ñieän Phaàn IV : Choïn TB Ñieän 127 4 L (m) 21 18 2 15 12 9 6 3 2014 168 10 126 18 R (Ω) ÑOÀ THÒ KEÁT QUAÛ THÖÛ NGHIEÄM ÑIEÄN TRÔÛ NOÁI ÑAÁT