Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp và hệ thống nối đất an toàn cho tba220110kv

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN
----------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC
TIẾP VÀ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO
TBA220/110kV

Sinh viên thực hiện : Mai Xuân Minh
Mã sinh viên

: 18810110128

Giáo viên hướng dẫn: PHẠM THỊ THANH ĐAM
Ngành

: CÔNG NGHỆ KT ĐIỆN ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành

: HỆ THỐNG ĐIỆN

Lớp

: D13H1

Hà Nội, tháng 3 năm 2021

Tieu luan

Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
1/ Tên đồ án: Thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp và hệ thống nối đất an tồn cho
TBA220/110kV
2/ Các số liệu
• Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt bằng và kích thước của trạm.

•
•
•

Độ cao xà đón dây:
- Phía 220kV: 16,7 (m)
- Phía 110kV: 10,7 (m)
Độ cao xà thanh góp:
- Phía 220kV: 10,7 (m)
- Phía 110kV: 8,7 (m)

Điện trở suất của đất: đ = 132 (m)
Đường dây: Dây pha là dây AC – 400, dây chống sét là dây C-70
Chiều dài khoảng vượt:
Đường dây 220kV: l = 547 (m)



Đường dây 110kV: l = 347 (m)
Điện trở nối đất của cột điện đường
dây:
- Nếu đ < 100 (m): Rc = 10 ()
- Nếu đ > 100 (m): Rc = 12 ()

3/ Nội dung, nhiệm vụ thực hiện
Chương 1: Tình hình giơng sét và ảnh hưởng tới HTĐ Việt nam.
Chương 2: Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho Trạm biến áp 220/110kV.
Chương 3: Thiết kế hệ thống nối đất cho Trạm biến áp 220/110kV
Kết luận chung
Yêu cầu các bản vẽ: 03 Bản vẽ A3 PVBV 2 phương án + Hệ thống nối đất
4/ Ngày giao đề tài: 04/01/2022

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

MẶT BẰNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1
MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN
HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM..................................................................................5
1.1. Hiện tượng dơng sét.................................................................................5
1.1.1. Khái niệm chung...............................................................................5
1.1.2. Tình hình dơng sét ở Việt Nam........................................................6
1.2. Ảnh hưởng của hiện tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam.........8
1.3. Kết luận.....................................................................................................8
CHƯƠNG 2. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM
BIẾN ÁP 220/110kV....................................................................................................9
2.1. Khái niệm chung......................................................................................9
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp....9
2.3. Lý thuyết về tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ..............................11
2.3.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi................................................11
2.3.2. Phạm vi bảo vệ cảu hai hay nhiều cột thu lôi................................12
2.4. Các phương án bố trí cột thu lơi cho đối tượng cần bảo vệ................15
2.4.1. Phương án 1.....................................................................................15
2.4.2. Phương án 2.....................................................................................24
2.5. Chọn phương án tối ưu..........................................................................30
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO TRẠM
BIẾN ÁP 220/110kV..................................................................................................31
3.1. Khái niệm chung....................................................................................31
3.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất.....................................32

3.2.1. Trị số cho phép của điện trở nối đất..............................................32
3.2.2. Hệ số mùa........................................................................................32
3.3. Trình tự tính tốn..................................................................................33
3.3.1. Nối đất an toàn làm việc.....................................................................33
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................37

4

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
1.1. Hiện tượng dông sét
1.1.1. Khái niệm chung
Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng
cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km). Hiện tượng phóng điện của
dơng sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện và phóng
điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất.
Ở đây ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất
(phóng điện mây-đất). Vì hiện tượng phóng điện này gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ
thống điện.
Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ điện
trường lớn sẽ hình thành dịng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn
phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện
đầu tiên khoảng 1,5.107cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng

2.108cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì
trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần
lượt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là mơi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được nối với một
trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này
đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài
tia xuống mặt đất. 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 tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện
của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu
tia tiên đạo. Cịn nếu vùng đất có điện dẫn khơng đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn
khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao.Q 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 và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn.
Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập
trung điện diện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các cơng trình
được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.
5

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là n và mật độ điện trường của điện
tích trong tia tiên đạo là d thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ
là:is=n.d. Cơng thức này tính tốn cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có
trị số điện trở nhỏ khơng đáng kể).
Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dịng điện sét, dịng điện này có biên độ và

độ dốc phân bố theo hàm biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA)
dạng sóng của dịng 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 quá điện áp khí quyển
và gây hậu quả nghiêm trọng như: Ngắn mạch đầu thanh góp, cháy nổ, mất điện trên
diện rộng….
1.1.2. Tình hình dơng sét ở Việt Nam
Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dơng sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặc
điểm dơng sét khác nhau.
Ở miền Bắc, số ngày dơng dao động từ 70÷110 ngày trong một năm và số lần dơng
từ 150÷300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2÷3 cơn dơng. Vùng
dơng nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250÷300 lần
dơng tập trung trong khoảng 100÷110 ngày. Tháng nhiều dơng nhất là các tháng 7,
tháng 8.
Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi và
vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100
ngày trong một năm. Các vùng cịn lại có từ 150÷200 cơn dơng mỗi năm, tập trung
trong khoảng 90÷100 ngày. Nơi ít dơng nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng
năm chỉ có dưới 80 ngày dơng.

6

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Bảng 1.1. Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam
Tháng

5

6

7

8

9

10

Cao Bằng

0,2 0,6 4,2 5,9 12

17

20

19

10

11 0,5 0,0

94

Móng Cái

0,0 0,4 3,9 6,6 14

19

24

24

13 4,2 0,2 0,0

112

Hà Giang

0,1 0,6 5,1 8,4 15

17

22

20 9,2 2,8 0,9 0,0

102

Yên Bái

0,2 0,6 4,1 9,1 15

17

21

20

11 4,2 0,2 0,0

104

Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15

17

22

21

11 4,2 0,5 0,0

106

Địa điểm

1

2

3

4

11

12

Cả năm

Hà Nội

0,0 0,3 2,9 7,9 16

16

20

20

11 3,1 0,6 0,9

99

Hải Phịng

0,0 0,1 7,0 7,0 13

19

21

23

17 4,4 1,0 0,0

111

Thanh Hố

0,0 0,2 7,3 7,3 16

16

18

18

13 3,3 0,7 0,0

100

0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0

41,8

Đà Nẵng

0,0 0,3 2,5 6,5 14

11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0

69,5

Quảng Ngãi

0,0 0,3 1,2 5,7 10

13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0

59,1

1,4 1,0 2,5 10

22

19

17

16

19

11 2,4

138

0,2 0,0 0,7 7,0 19

16

14

15

13 1,5 4,7 0,7

104

Huế

Sài Gịn
Sóc Trăng
Hà Tiên

2,7 1,3 10

20

15

23 9,7 7,4 9,0 9,7 15

15 4,3

128

Xét dạng diễn biến của dơng trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dơng khơng hồn
tồn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung, ở Bắc Bộ mùa dơng tập chung trong
khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào)

là khu vực ít dơng nhất, thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dơng khoảng 10
ngày/tháng như Tuy Hồ 10 ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13
ngày/tháng. Ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120÷140
ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm.
Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây
là điều bất lợi cho hệ thống điện Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào
các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó địi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi
tính tốn thiết kế các cơng trình điện sao cho hệ thống điện vận hành kinh tế, hiệu quả,
đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy.
7

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

1.2. Ảnh hưởng của hiện tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam
Như đã trình bày ở phần trước, biên độ dịng sét có thể đạt tới hàng trăm kA, đây là
nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dịng điện sét đi qua vật nào đó. Thực tế đã có dây
tiếp địa do phần nối đất khơng tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và
đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và
chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét cịn kèm theo việc di chuyển trong khơng gian
lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn
vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa
hàng trăm km.
Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra
sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện
của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch

pha-đất hoặc ngắn mạch pha–pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm
việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất
ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc khơng
nhanh có thể dẫn đến rã lưới. Sóng sét cịn có thể truyền từ đường dây vào trạm biến
áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của
trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên
thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến
áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc khơng hiệu quả thì cách điện
của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vơ cùng lớn.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố lưới
điện, vì vậy dơng sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới điện.
1.3. Kết luận
Sau khi nghiên cứu tình hình dơng sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông sét tới
hoạt động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính tốn chống sét cho lưới điện và trạm
biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện.

8

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

CHƯƠNG 2. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP
220/110kV
2.1. Khái niệm chung
Đối với trạm biến áp 220 kV thì với các thiết bị đặt ngồi trời, khi có sét đánh
trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nghiêm trọng, làm hư hỏng các thiết bị

điện, có thể phải ngừng cung cấp điện năng trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến
sản xuất và gây ra những chi phí tốn kém cho ngành điện, ảnh hưởng đến nền kinh tế
quốc dân. Do vậy, trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường
dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích
để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra các khu vực an toàn bên
dưới hệ thống này.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ
thống nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ
phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện sét một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi
dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ khơng đủ lớn để gây phóng
điện ngược đến các thiết bị khác gần đó.
Ngồi ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần
phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo các yêu cầu về kỹ
thuật, mỹ thuật.
2.2. Các u cầu kỹ thuật khi tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn
của hệ thống bảo vệ. Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220/110kV ta dùng hệ thống cột thu
lơi, hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân cơng trình hoặc độc lập tùy thuộc vào
các yêu cầu cụ thể.
Đặt hệ thống thu sét trên bản thân cơng trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm
vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của trạm phải
đảm bảo an tồn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị,
dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện
cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu
9

Tieu luan

Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện khơng đủ lớn. Do đó điều
kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số
điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ.
Đối với trạm biến áp có điện áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ
thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các
cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và trên các kết cấu đó có đặt cột thu lơi phải được
ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệ
thống nối đất, mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm biến áp ngoài trời điện áp từ 110 kV trở lên là cuộn dây
máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng
cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của
vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện.
Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi
có dịng điện sét chạy qua.
Đối với cấp điện áp 110 kV trở lên cần phải chú ý:
+ Ở nơi các kết cấu đó có đặt cột thu lơi vào hệ thống nối đất cần phải có nối
đất bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không được
quá 4 (ứng với tần số cơng nghiệp).
+ Khoảng cách trong khơng khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lơi và
bộ phận mang điện không được bé hơn độ dài chuỗi sứ.
Có thể nối cột thu lơi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện
áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện. Khi dùng cột thu lơi độc lập thì
cần phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả
năng phóng điện từ cột thu lôi đến các vật cần được bảo vệ.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lơi thì các dây dẫn điện
phải được cho vào ống chì và chơn trong đất.Có thể nối dây chống sét vào hệ thống

nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của điểm nối đất ấy đến điểm nối
đất của máy biến áp lớn hơn 15m.

10

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

2.3. Lý thuyết về tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ
2.3.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lơi có độ cao là h tính cho độ cao h x là một hình
chóp trịn xoay có đường sinh được xác định như sau:

Hình 2.1. Phạm vi bảo vệ cho một cột thu lơi
Trong đó:

- h: chiều cao cột thu lôi.
- hx: chiều cao cần được bảo vệ.

Trong tính tốn, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc ABC được xác
định như sau:

11

Tieu luan

Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Hình 2.2. Phạm vi bảo vệ của một thu lơi (đường sinh gấp khúc)
Bán kính bảo vệ rx được tính như sau:

+ Nếu hx ≤ h thì

+ Nếu hx > h thì
Các cơng thức trên chỉ để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h ≤ 30m. Khi

h > 30m ta cần hiệu chỉnh các cơng thức đó theo hệ số p, với

.

2.3.2. Phạm vi bảo vệ cảu hai hay nhiều cột thu lôi
2.3.2.1. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi
a. Hai cột thu lơi có độ cao bằng nhau
Xét 2 cột thu lơi có độ cao bằng nhau h1=h2=h, cách nhau 1 khoảng a.

12

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Hình 2.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lơi có độ cao bằng nhau
+ Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét
đánh vào.
+ Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h0
được xác định như sau:
Các công thức trên được áp dụng khi hệ thống chống sét có độ cao nhỏ hơn
30m. Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn hơn hoặc bằng 30m thì các cơng thức cũng
cần được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục trên.
b. Hai cột thu lơi có độ cao khác nhau
Xét 2 cột thu lơi có độ cao h 1 và h2, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như hình
vẽ:

13

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Hình 2.4. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lơi có độ cao khác nhau
2.3.2.2. Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lơi
Với những cơng trình có mặt bằng rộng lớn, nếu chỉ sử dụng một hoặc một vài
cặp cột thì sẽ gây khó khăn cho việc thi cơng lắp đặt vì độ cao của cột sẽ rất lớn. Do đó
ta cần sử dụng nhiều cột thu sét để giảm độ cao của cột. Phần ngoài của phạm vi bảo
vệ được xác định như từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách a 7h). Không cần vẽ phạm
vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét mà chỉ cần kiểm tra điều
kiện an tồn.

Hình 2.5. Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và nhóm 4 cột thu lơi có độ cao bằng nhau
Vật có độ cao hx nằm trong đa giác được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
14

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Trong đó:
D: đường kính đường trịn ngoại tiếp đa giác được tạo bởi các cột thu lôi.
h: độ cao của cột thu sét.
hx: độ cao của vật cần được bảo vệ.
ha = h – hx: là độ cao hiệu dụng.
Ta cũng cần phải kiểm tra điều kiện an toàn cho từng cặp cột đặt gần nhau và nếu
độ cao cột thu sét vượt quá 30m thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p.
2.4. Các phương án bố trí cột thu lơi cho đối tượng cần bảo vệ
- Trạm biến áp 220/110kV có diện tích 22750 (m2)
- Các xà phía 110 kV cao 8,7m và 10,7m, các xà phía 220kV cao 10,7m và 16,7m.
- Ta chia trạm thành 2 phần:
+ Khu vực chứa các xà phía 220kV có độ cao cần bảo vệ là hx = 16,7m và hx =
10,7m.
+ Khu vực chứa các xà phía 110kV và giữa 2 khu vực có độ cao cần bảo vệ là
hx = 10,7m và hx = 8,7m.
- Trình tự tính tốn:
+ Bước 1: Chọn vị trí đặt cột thu lơi.
+ Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng lớn nhất của từng phía ha max.

+ Bước 3: Tính chiều cao của cột thu lơi các phía: h = hx + ha max.
+ Bước 4: Tính và vẽ phạm vi bảo vệ và kiểm tra.
- Ta xét hai phương án như sau:
2.4.1. Phương án 1
+ Bước 1: Ta bố trí 42 cột thu sét ở các vị trí như hình vẽ sau:
Phía 220kV bố trí 24 cột, trong đó có 8 cột trên xà đón dây có độ cao 16,7m, 4 cột trên
xà máy biến áp cao 16,7m, 12 cột trên xà thanh góp cao 10,7m.
Phía 110kV bố trí 18 cột, trong đó 6 cột trên xà đón dây có độ cao 10,7m, 12 cột trên
xà thanh góp cao 8,7m.

15

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

16,7m
2

1

6

7

11

12

3

5

4

9

8

10

c
b
A

15
16,7m

c

13

14

16,7m

b

A

17

16

18

26

a
b
c

20

10,7m

AT1

21

25

19

AT2

22

23

28

27

24
8,7m

29

30

10,7m

a
b
c

32

33

34

35

36

31

37

38

39

40

42

41
10,7m

Hình 2.6. Sơ đồ bố trí các cột thu sét cho phương án 1
+ Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu lôi:
Do các cột thu lôi tạo thành lưới cột nên ta sẽ chia lưới cột thành các nhóm đa giác
đỉnh và tính độ cao hiệu dụng ha của từng nhóm cột theo điều kiện sau:

Trong đó: D là đường kính của đường trịn ngoại tiếp đa giác đỉnh.

16

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1
4

3

2

1

6

7

8

9

11

12

13

14

17

18

19

16

22

21

25

31

37

5

10

15

20

23

24

26

27

28

29

32

33

34

35

38

39

40

Hình 2.7. Chia đa giác cho vị trí đặt các cột thu sét

41

30

36

42

cho phương án 1

* Phía 110kV
Ta chia 18 cột phía 110kV thành 10 hình chữ nhật và kết hợp với phía 220kV ta
chia thành 11 tam giác.
Ta thấy các cột:

+ Có 3 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (26,27,33,32), (27,28,34,33),
(29,30,36,35),
+ Có 3 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (35,36,42,41), (33,34,40,39),
(32,33,39,38)
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (25,26,32,31), (28,29,35,34)
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (34,35,41,40), (31,32,38,37)
Xét nhóm cột (26-27-33-32) là hình chữ nhật có kích thước:
+ Chiều dài (các cạnh 26-27, 32-33): a = 30m
17

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

+ Chiều rộng (các cạnh 26-32, 27-33): b = 16m
Đường kính đường trịn ngoại tiếp đa giác đỉnh trên là:

Độ cao tác dụng tối thiểu của các nhóm 1là:
Xét nhóm cột (16-17-26) là hình tam giác có kích thước:
+ Cạnh 16-17: a = 34m
+ Cạnh 17-26: b = 38,21m
+ Cạnh 26-16: c = 44,38m
+ Nửa chu vi tam giác trên là :
Đường kính đường trịn ngoại tiếp đa giác đỉnh là:

Độ cao hiệu dụng của nhóm 2 là:
Tính tốn tương tự cho các đa giác cịn lại ta có bảng sau:

Bảng 2.1. Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 110kV phương án 1
Đa giác

a(m)

b(m)

c(m)

p(m)

26-27-33-32;
27-28-34-33;
29-30-36-35;

30

16

-

-

34.00

4.25

35-36-42-41
33-34-40-39
32-33-39-38

30

14

-

-

33.11

4.14

25-26-32-31
28-29-35-34
34-35-41-40
31-32-38-37
16-25-26
16-17-26

D(m) ha (m) ha- max (m)

5,73
20

16

-

-

25.61

3.2

20

14

-

-

24.41

3.05

20 44.38 50.825 44.71
38.21 44.38 58.295 45.82

5.59
5.73

37,27
34

18

Tieu luan

Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
17-21-26
21-26-27
21-22-27
22-27-28
22-23-28
23-28-29
23-24-29
20-24-30
24-29-30

27.78
30.42
17
20.18
34
23.05
17
27.82
20.84

30.42
30
20.18
30
23.05
20
20.84
21.6

30

Mai Xuân Minh, lớp D13H1
38.2
15.41
15.41
22.3
22.3
15.21
15.21
37.03
21.6

48.2
37.915
26.295
36.24
39.675
29.13
26.525
43.225
36.22

38.58
31.25
20.72
30.00
34.26
23.37
21.13

37.25
30.00

4.82
3.91
2.59
3.75
4.28
2.92
2.64
4.66
3.75

Nhận xét: Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột này là:

Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 110kV là
các nhóm cột thu sét là:

nên chiều cao của

Để thuận tiện cho việc thi cơng và tăng độ an tồn cho thiết bị ta nâng cột lên tới
17m
* Phía 220 kV
Ta chia 24 cột phía 220kV thành 13 hình chữ nhật và 4 hình tam giác.
Ta thấy các cột:
+ Có 4 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (1,2,6,7), (2,3,8,7), (3,4,9,8),
(4,5,10,9).
+ Có 8 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (6,7,12,11), (7,8,13,12),
(8,9,14,13), (9,10,15,14),(11,12,17,16), (12,13,18,17), (13,14,19,18), (14,15,20,19).
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình tam giác vng bằng nhau: (18,21,22), (19,23,24).

+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình tam giác bằng nhau: (17,18,21), (19,20,24)
Tính tốn tương tự như phía 110kV cho các đa giác ta có bảng sau:
Bảng 2.2. Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 220kV phương án 1
Đa giác
1-2-7-6
2-3-8-7
3-4-9-8
4-5-10-9
6-7-12-11
7-8-13-12
8-9-14-13
9-10-15-14

a(m)

b(m)

c(m)

p(m)

D(m)

ha (m)

34

16

-

-

37,58

4,7

34

17

-

-

38,01

4,75

19

Tieu luan

ha - max(m)
5,06


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
11-12-17-16
12-13-18-17

13-14-19-18
14-15-20-19
18-19-23-22
18-21-22
19-23-24
17-18-21
19-20-24
Nhận xét:

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

34

22

-

-

40,5

5,06

27,82

17

22

33,41

27,82

3,48

34

27,82

27,78

44,8

35,13

4,39

Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột này là:

Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 220kV là
các cột thu sét là:

nên chiều cao của

Để thuận tiện cho việc thi cơng và tăng độ an tồn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng cột
lên tới 22m
+ Bước 3: Tính tốn phạm vi bảo vệ cột thu lôi
Ta chỉ xét phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên dọc theo đa giác đỉnh do phần
diện tích bên trong đã được bảo vệ. Chiều cao các cột thu sét đều nhỏ hơn 30m nên
trong cơng thức tính ta khơng cần nhân với hệ số hiệu chỉnh p.

 Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi
-

Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 17m:

Bán kính bảo vệ cho độ cao
Do

là:
nên

Bán kính bảo vệ cho độ cao
Do

là:
nên

Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 22m
Bán kính bảo vệ cho độ cao
Do

là:
nên
20

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Bán kính bảo vệ cho độ cao
Do

là:
nên

 Tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên:
-

Phía 110kV:

+ Xét cặp cột (25-31) có độ cao

và đặt cách nhau một khoảng là

Do
2 cột là:

nên chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa

Bán kính bảo vệ cho độ cao

và

là:

Do

Nên :
Do
Nên :
-

Phía 220kV:

+ Xét cặp cột (1-2) có độ cao

Do
cột là:

và đặt cách nhau một khoảng là

nên chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa 2

Bán kính bảo vệ cho độ cao

và

Do
Nên:
21

Tieu luan

là:


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Do
Nên:
-

Phía 220-110kV:

+ Xét cặp cột (16-25) có độ cao

và

và đặt cách nhau một

khoảng là
Bán kính bảo vệ của cột

cho phần độ cao

là:

Do
Nên
Khoảng cách từ cột

đến cột giả tưởng có cùng độ cao là:

Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa cột

và cột giả tưởng cùng độ cao là:

Bán kính bảo vệ cho độ cao

là:

Do
Nên:
Bán kính bảo vệ cho độ cao

là:

Do
Nên
- Tính tốn tương tự cho các cặp cột biên cịn lại ta có kết quả như bảng sau:
Bảng 2.3 Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 1
Phía

Cặp
cột

h(m)

a(m)

ho(m)

220kV

1-2

2-3

22

34
34

17.14
17.14

ho(m)

11.43
11.43
22

Tieu luan

(m
)

16.7

(m)

0.33
0.33

(m
)

10.7

)

(m

5.65
5.65


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

110kV

110220

3-4
4-5
1-6
5-10
6-11
11-16
10-15
15-20
16-17
17-21
21-22
22-23
23-24

20-24
25-31
31-37
37-38
38-39
39-40
40-41
41-42
42-36
36-30
16-25
20-30

17

22-17

34
34
16
16
17
17
17
17
34
27.78
17
34
17

27.82
16
14
20
30
30
20
30
14
16

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

17.14
17.14
19.71
19.71
19.57
19.57
19.57
19.57
17.14
18.03
19.57
17.14
19.57
18.03
14.71
15.00
14.14

12.71
12.71
14.14
12.71
15.00
14.71

11.43
11.43
13.14
13.14
13.05
13.05
13.05
13.05
11.43
12.02
13.05
11.43
13.05
12.02
9.81
10.00
9.43
8.48
8.48
9.43
8.48
10.00
9.81

37.27 12.21

8.14

37.03 12.25

8.16

23

Tieu luan

10.7

10.7

0.33
0.33
2.26
2.26
2.15
2.15
2.15
2.15
0.33
1.00
2.15
0.33
2.15

0.99
3.01
3.23
2.58
1.51
1.51
2.58
1.51
3.23
3.01
1.13
1.16

8.7

8.7

5.65
5.65
9.51
9.51
9.29
9.29
9.29
9.29
5.65
6.98
9.29
5.65
9.29

6.98
5.76
6.19
4.90
3.01
3.01
4.90
3.01
6.19
5.76
2.63
2.66


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

Pham vi bao ve
cua hx=16,7m

Pham vi bao ve
cua hx=10,7m

R0,33m

2

1

6

7

11

12

3

R12,94m

R5,65m

R9,51m

9

8

R3,98m

5

4

10

c
b

A

15

13

14

c
b
A

17

16

18

AT1

21

25

26

a
b
c

20

19

AT2

22

23

28

27

R1,16m

24
29

30
R5,44m

10,7m

a
b
c

R3,01m
32

33

34

35

36

31
37

38

39

40

41

42

R3,23m

Hình 2.8. Phạm vi bảo vệ của phương án 1
Kết luận: Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra.
Tổng chiều dài kim thu sét là:

2.4.2. Phương án 2
+ Bước 1: Ta bố trí 31 cột thu sét ở các vị trí như hình vẽ sau:

Phía 220kV bố trí 19 cột, trong đó có 5 cột trên xà đón dây có độ cao 16,7m, 4 cột trên
xà máy biến áp cao 16,7m, 10 cột trên xà thanh góp cao 10,7m.
Phía 110kV bố trí 12 cột, trong đó 6 cột trên xà đón dây có độ cao 10,7m, 6 cột trên xà
thanh góp cao 8,7m.
24

Tieu luan


Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp

Mai Xuân Minh, lớp D13H1

16,7m
2

1

6

3

9

8

7

5

4

10

c
b
A

16,7m

16,7m

c
b
A

12

11

13

21

a
b
c

AT2

17

18

23

22

19
8,7m

24

25

10,7m

a
b
c

26

15

10,7m

AT1

16

20

14

27

28

29

31

30
10,7m

Hình 2.9. Bố trí các cột thu sét của phương án 2
+ Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu lôi:
Do các cột thu lôi tạo thành lưới cột nên ta sẽ chia lưới cột thành các nhóm đa giác
đỉnh và tính độ cao hiệu dụng ha của từng nhóm cột theo điều kiện sau:

Trong đó: D là đường kính của đường trịn ngoại tiếp đa giác đỉnh.

25

Tieu luan