đồ án tốt nghiệp bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110-35 kv

Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Đại học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Hệ thống Điện

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập Tự do Hạnh phúc
***
Nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp
Họ và tên:
Lớp :
I. Đầu đề thiết kế:
Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110 / 35 kV.
(Sơ đồ trạm cho nh hình vẽ)
II. Các số liệu ban đầu:
Trạm biến áp 110/35 kV có:
Kích thớc trạm là 100x64m
Bốn lộ 110 kV đi vào
Hai máy biến áp
Điện trở suất của đất là
đ
= 0,8.10
2
.m
Điện trở của cột đờng dây R
C
= 10
Cùng sơ đồ mặt bằng đi kèm
III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
1. Tính toán phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp.
2. Tính toán nối đất cho trạm.
3. Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đờng dây 110 kV.

4. Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm 35 kV.
IV. Các bản vẽ và đồ thị minh hoạ
Bảy bản vẽ A
0
kèm theo.

1
Khoa ®¹i häc t¹i chøc ®å ¸n tèt nghiÖp
Ngµy giao nhiÖm vô thiÕt kÕ:
Ngµy hoµn thµnh ®å ¸n:
C¸n bé híng dÉn thiÕt kÕ tèt nghiÖp:
TS. NguyÔn Minh chíc
Sinh viªn thùc hiÖn

2
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Mục lục
Chơng mở đầu: Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt
Nam
1. Hiện tợng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí
quyển
1.1. Quá trình phóng điện của sét



1.2. Tham số của phóng điện sét.



1.3. Cờng độ hoạt động của sét.

2. Tình hình giông sét ở Việt Nam.
3. Kết luận :
Ch ơng 1 : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp
I. Khái niệm chung
II. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào
trạm biến áp
III. Tính toán thiết kế các phơng án bố trí cột chống sét
1.Các công thức sử dụng để tính toán
2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp
3. Vạch các phơng án bảo vệ
3.1- Phơng án 1
3.2 Phơng án 2
3.3 Kết luận chung
Chơng 2 : Tính toán nối đất trạm biến áp
I.Giới thiệu chung

3
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
II- Các số liệu dùng để tính toán nối đất.
III- tính toán hệ thống nối đất
1. Tính toán nối đất an toàn.
2. Nối đất chống sét
3. Nối đất bổ xung.
3.1. Điện trở của thanh.
3.2. Điện trở của cọc.
3.3. Điện trở bổ xung.
3.4. Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung.

Ch ơng 3: Bảo vệ chống sét đờng dây tải điện
I.Các yêu cầu chung
1. Đặt vấn đề
2. Tính toán số lần cắt điện do sét
II. Các tham số của đờng dây 110kV lộ kép và các số liệu tính toán
1. Các tham số của đờng dây 110kV lộ đơn
2. Các số liệu tính toán
III. Tính toán các tham số sét đánh vào đờng dây
1. Số lần sét đánh vào đờng dây
2. Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
3.Tính toán suất cắt do sét đánh vào khoảng vợt
4. Tính toán suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột
5. Điện áp đặt lên cách điện pha A trong trờng hợp sét đánh vào đỉnh cột
Ch ơng 4 : Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm từ đờng dây 110kV
I - Khái niệm chung
1. Khái quát chung
2 . Đặc điểm
3.Khoảng cách giới hạn
II- phơng pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng
truyền vào trạm
III. Sơ đồ tính toán sóng truyền trạm.

4
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
1-Tính thời gian truyền sóng giữa các nút.
2-Tính điện áp tại các nút
3. Kiểm tra an toàn của các thiết bị trong trạm

5
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp

Chơng mở đầu
Quá điện áp khí quyển
và tình hình chống sét ở Việt Nam
Nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một
lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành tựu tiên tiến,
đảm bảo phòng chống sét một cách hữu hiệu, an toàn, đáp ứng đợc nhu cầu
thực tiễn đòi hỏi. Tuy nhiên giông sét là hiện tợng tự nhiên : mật độ, thời
gian và cờng độ hoạt động mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy trong nghiên cứu
chống sét vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết.
1. Hiện tợng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp
khí quyển.
1.1. Quá trình phóng điện của sét
Sét là một trờng hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các
điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét
giống nh quá trình xảy ra trong trờng không đồng nhất. Khi các lớp mây đ-
ợc tích điện (khoảng 80% số trờng hợp phóng điện sét xuống đất diện tích
của mây có cực âm tính). Tới mức độ có thể tạo nên cờng độ lớn sẽ hình
thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này gọi 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 1,5.10
7
cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt tới 2.10
8
cm/s
(trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau trung
bình là ba lần).
Tia tiên đạo là môi trờng plama có điện dẫn rất lớn. Đầu tia nối với
một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích
của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem nh gần

đều dọc theo chiều dài tia. Dới tác dụng của điện trờng của tia tiên đạo, sẽ
có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tuỳ
thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất
thì địa điểm này nằm ngay ở phía dới đầu tia tiên đạo. Trờng hợp mặt đất có

6
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện
dẫn cao.
Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đờng sức nối liền giữa
đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đây cờng độ tr-
ờng có trị số lớn nhất và nh vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã đợc
định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng điện đã đợc vận dụng trong việc
bảo vệ trống sét đánh thẳng cho công trình.
1.2. Tham số của phóng điện sét.
Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Hiện nay đã
tích luỹ đợc khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này (đo bằng thỏi sắt
từ hoặc bằng máy hiện sóng cao áp).
Kết quả đo lờng cho thấy biên độ dòng điện sét (I
s
) biến thiên trong
phạm vi rộng từ vài kA tới hàng trăm kA và đợc phân bố theo quy luật thực
nghiệm sau :
V
i
=
1,26
Is
60
i

e10
s


=
V
i
: xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện i
s
Quy luật này cũng đợc biểu thị trên đờng cong (hình 1)
Độ dốc trung bình : a =
ds
s
T
I
( T
ds
: độ dài đầu sóng)

7
60
20
40
60
80
100
0
20
40
80

%
V
i
KA
I
s
Hình 1
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Xác suất của độ dốc trung bình của dòng điện sét (Hình 2)
Dạng sóng có đầu sóng xiên góc ở (hỉnh 3) dùng khi quá trình cần
xét xảy ra ở đầu sóng hoặc trong các trờng hợp mà thời gian diễn biến tơng
đối ngắn so với độ dài sóng. Trong các trờng hợp này sự giảm dòng điện sau
trị số cực đại không có ý nghĩa nên khi t > T
ds
có thể xem dòng điện không
thay đổi và bằng trị số biên độ. Ngợc lại khi quá trình xảy ra trong thời gian
dài
(t >>T
ds
) nh khi tính toán về hiệu ứng dòng điện sét có thể không sét đến giai
đoạn đầu sóng và dạng sóng tính toán đợc chọn theo dạng hàm số mũ (hình
4).
1.3. Cờng độ hoạt động của sét.

8
0,6
10
20
30
40

50
0
0,2
0,4
0,8
KA/às
a
1,0
U
a
Hình 2
I
s
= a.t
I
s
= a.T
ds
Hình 3
T
ds
I
s
I
s
/2
T =
is =I
s
t

t
i
s
i
s
Hình 4
T
s
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Cờng độ hoạt động của sét đợc biểu thị bằng số ngày có giông sét
hàng năm (N
ng.s
) hoặc tổng số thời gian kéo dài của giông sét trong năm
tính theo thời gian (N
g.s
). Theo số liệu thống kê của nhiều nớc, số ngày sét
hàng năm ở vùng xích đạo khoảng 100 ữ 150 ngày, vùng nhiệt đới từ 75 ữ
100 ngày, vùng ôn đới khoảng 30 ữ 50 ngày.
* Mật độ sét :
- Là số lần có sét đánh trên diện tích 1km
2
trên mặt đất ứng với 1 ngày
sét.
m
s
= 0,1 ữ 0,15
Số lần sét đánh trên diện tích 1m
2
mặt đất trong 1 năm sẽ là :
N = m

s
. n
ng.S
= (0,1 ữ 0,15) n
ng.S
2. Tình hình giông sét ở Việt Nam.
Việt Nam là một nớc khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hoạt động của giông
sét có cờng độ mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều cản trở đến đời sống, xã hội
con ngời.
Theo đề tài KC - 03 - 07 của Viện Năng lợng, số ngày giông sét trên
miền Bắc nớc ta thờng dao động trong khoảng từ 70 ữ 100 ngày và số lần
giông từ 150 ữ 300 lần, vùng giông sét nhiều nhất trên miền Bắc là vùng
Tiên Yên - Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 ữ 300 lần. Tập trung
trong khoảng từ 100 ữ 110 ngày. Tháng nhiều giông nhất là các tháng 7, 8
có tới 25ngày/tháng. Nơi ít giông nhất miền Bắc là vùng Quảng Bình, hàng
năm chỉ có khoảng 80 ngày giông.
Nhìn chung ở Bắc bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ tháng 5 ữ
tháng 6, ở phía Tây của Trung Bộ và Bắc Bộ mùa giông tơng đối sớm hơn.
Bắt đầu vào tháng 4 quá trình diễn biến của mùa giông thờng có xê dịch
trong khoảng tháng 5, tháng 6 là nhiều nhất. ở miền Nam cũng khá nhiều

9
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
giông, hàng năm trung bình quan sát đợc từ 40 ữ 50 ngày (đến 100 ngày tuỳ
nơi) khu vực nhiều giông nhất là vùng Đồng bằng Nam Bộ, số ngày giông
hàng năm trung bình lên tới 120 ữ 140 ngày (Sài Gòn : 138 ngày, Hà Tiên :
129 ngày).
ở Bắc Bộ chỉ có khoảng trên dới 100 ngày. Mùa đông ở Nam Bộ từ
tháng 4 ữ tháng 9 trừ tháng 11 có số ngày giông trung bình 10 ngày/1
tháng. Còn suốt 6 tháng từ tháng 5 ữ 11 mỗi tháng đều quan sát đợc trung

bình từ 15 ữ 20 ngày giông.
ở Tây Nguyên, trong mùa đông thờng chỉ 2 ữ 3 tháng số ngày giông
đạt tới 1 ữ 5 ngày. Đó là các tháng 4, 5, 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung
bình quan sát đợc chừng 15 ngày giông.
Qua khảo sát số liệu ở trên ta thấy rằng tình hình giông sét trên 3
miền khác nhau nhng có những vùng lân cận nhau, mật độ giông sét tơng
đối giống nhau. Để tổng kết tình hình giông sét ở Việt Nam một cách hệ
thống qua kết quả nghiên cứu của đề tài KC-03-07 ngời ta đã lập đợc bản
đồ phân vùng giông trong đó nêu rõ toàn thể lãnh thổ Việt Nam có thể phân
thành 5 vùng 147 khu vực.
STT Vùng Ngày giông
trung bình
(ngày/năm)
giơ giông
trung bình
(ngày/năm)
Mật độ sét
trung bình
(lần/km)
tháng giông
cực đại
1 Đồng bằng ven biển Miền Bắc 81,4 215,6 6,47 8
2 Miền núi Trung du Miền Bắc 61,6 219,1 6,33 7
3 Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 3,31 5,8
4 Ven biển Miền Trung 44 95,2 3,35 5,8
5 Đồng bằng Miền Nam 60,1 89,32 5,37 5,9
Bảng 1 : Thông số về giông sét ở các vùng

10
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp

Từ các số liệu về ngày giờ giông, số liệu đo lờng nghiên cứu thực
hiện qua các giai đoạn, có thể tính toán để đa ra số liệu dự kiến về mật độ
phóng điện xuống đất cho các khu vực nh ở bảng 2.
Qua số liệu nghiên cứu ở trên ta thây rằng Việt Nam là nớc có số
ngày giông nhiều, mật độ sét lớn. Vì vậy giông sét là hiện tợng thiên nhiên
gây ra nhiều thiệt hại cho lới điện và các công trình quan trọng của Việt
Nam.
Số ngày
giông
Khu vực ven
biển miền
Bắc
Khu vực
trung du
miền Bắc
Khu vực cao
nguyên miền
Ttrung
Khu vực ven
biển miền
Trung
Khu vực ven
biển miền
Nam
20 ữ 40 2,43 ữ 4,86 2,4 ữ 4,2 1,2 ữ 2,4 1,22 ữ 2,44 1,26 ữ 2,52
40 ữ 60 4,86 ữ 7,29 4,2 ữ 6,3 2,4 ữ 3,6 2,44 ữ 3,65 2,52 ữ 3,78
60 ữ 80 7,29 ữ 9,27 6,3 ữ 8,4 3,6 ữ 4,8 3,65 ữ 4,87 3,78 ữ 5,04
80 ữ 100 9,27 ữ 12,15 8,4 ữ 10,5 4,8 ữ 6,0 4,87 ữ 6,09 5,04 ữ 6,3
100 ữ 120 12,15 ữ 14,5 10,5 ữ 12,6 6,0 ữ 7,2 6,09 ữ 7,31 6,3 ữ 7,36
Bảng 2 : Số ngày giông sét ở các khu vực

3. Kết luận :
Sau khi nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và ảnh hởng của
giông sét tới hoạt động của lới điện ta thấy rằng việc bảo vệ các trạm điện
và các đờng dây trên không là rất cần thiết.
ở những vùng lãnh thổ khác nhau, do điều kiện khí hậu và trang thiết
bị kỹ thuật khác nhau nên đặc điểm về giông sét, tính chất và mức độ tác
hại do giông sét gây ra cũng khác nhau. Vì vậy, việc tiếp thu các kết quả
nghiên cứu về các thông số giông sét đặc tính hoạt động giông sét của từng
vùng, từng khu vực để có những biện pháp chống sét cho hiệu quả và thích
hợp.
Ch ơng 1

11
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
trạm biến áp
I.Mở đầu
Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện nhất là hệ
thống điện lớn vì khi cần truyền tải đi xa ngời ta phải nâng cao điện áp cao
để cho hiệu quả kinh tế (tổn thất điện áp nhỏ ).
Đối với trạm biến áp theo thiết kế trong đồ án này thì các thiết bị điện
của trạm đợc đặt ngoài trời (nh máy biến áp, máy cắt, máy biến áp đo l-
ờng) nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng
nề (làm hỏng đến các thiết bị trong trạm và gây nên những tổn thất vê kinh
tế cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện và ảnh h-
ởng đến đời sống sinh hoạt của con ngời). Do vậy trạm biến áp thờng có
yêu cầu bảo vệ rất cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta
dùng hệ thống cột chống sét, dây thu sét. Tác dụng của hệ thống này là tập
trung điện tích để định hớng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra

khu vực an toàn bên dới hệ thống này. Cột chống sét làm bằng sắt, bê tông
hay cột gỗ.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét
vào hệ 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 một cách nhanh nhất,
đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp xuất hiện trên bộ
phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến các thiết bị khác
gần đó. Bởi vì khi có sét đánh vào bộ phận chống sét thì trên đó có một điện
áp d, nếu điện áp d này đủ lớn thì nó có thể phóng điện qua các thiết bị
khác lân cận. Ngoài 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 về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật.

12
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp

II. Tính toán thiết kế các ph ơng án bố trí cột chống sét
Dựa vào đặc điểm của trạm ta có thể đặt cột chống sét độc lập hay trên
kết cấu của trạm biến áp. Ta bố trí sơ bộ cột chống sét và số lợng cột chống
sét trên cơ sở tận dụng các độ cao của các thiết bị kết cấu của trạm.
1.Các công thức sử dụng để tính toán
a) Cột chống sét
*) Độ cao cột chống sét:
h =h
x
+ h
a
(1-1)
Trong đó: + h
x

: độ cao của vật đợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột chống sét, đợc xác định theo
từng nhóm cột. (h
a
D/8 m).
(với D là đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột)
*) Phạm vi bảo vệ của cột chống sét
- Phạm vi bảo vệ của một cột chống sét độc lập sẽ là một miền xác định
bởi mặt ngoài của một hình chóp nón tròn xoay có đờng sinh là đờng cong
và bán kính bảo vệ đối với vật cao h
x
đợc tính nh sau:
)()hh(
h
h
,
r
x
x
x
21
1
61

+
=
Trong đó: - h: là độ cao của cột thu sét
- r

x
: là bán kính của phạm vi bảo vệ ở đô cao h
x
Tuy nhiên việc sử dụng công thức (1-2) trong thực tế thì mà ngời ta chia
ra các trờng hợp sau để tính toán dạng công thức đơn giản hoá:
+ Nếu h
x
2/3h
)
h,
h
.(h.,r
x
x
80
151 =
(1-3)
+ Nếu h
x
> 2/3h
)
h
h
.(h,r
x
x
= 1750
(1- 4)

13

Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Trong thực tế có những công trình rất rộng do đó đòi hỏi độ cao của một
cột là rất lớn gây khó khăn cho thi công nên ngời ta thờng phối hợp nhiều
cột chống sét với nhau.
- Phạm vi bảo vệ của nhiều cột phối hợp với nhau lớn hơn nhiều so với
phạm vi bảo vệ của nhiều cột độc lập. Trớc tiên xét trờng hợp hai cột chống
sét: phạm vi giữa hai cột đợc bảo vệ nếu a < 7.h (với a là khoảng cách giữa
hai cột chống sét).
Khi có hai cột chống sét đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn
nhất giữa hai cột là h
o
và đợc xác định theo công thức:
)(
a
hh
o
51
7
=
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đờng nối hai chân
cột là r
xo
và đợc xác định nh sau:
)61(
h
h
1
6,1
r
o

x
xo

+
=
r
ox
0,2h
h
x
h
o
=h-a/7
0,2h
o
a
1, 5h
0,75h
h
0,75h
o
1, 5h
o
r
x
R
x

Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có cùng độ cao
- Trờng hợp hai cột chống sét có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm

vi bảo vệ đợc xác định nh sau:
- Khi có hai cột chống sét 1 và 2 có độ cao h
1
và h
2
khác nhau:

14
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
1
2
2
0.75h
2
1,5h
2
0.75h
1
1,5h
1
a
a'
h
2
R
h
0
h
1
Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao khác độ cao.

- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột chống sét 2 có độ cao h
2
, khi đó các
khoảng cách a
12
= a; a
12
= a
'
. Khi đó xác định đợc các khoảng cách x và a
'
nh sau với giả sử h
2
> h
1
.
+ Nếu h
1
> 2.h
2
/3:
a = a- 0,75(h
2
h
1
) (1-7)
+ Nếu h
1

2.h
2
/3:
a = a 1,5.h
2









2
1
80
1
h.,
h

(1-8)
Đối với trờng hợp khi có hai cột chống sét cao bằng nhau ta có phạm vi
bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là h
o
:
7
a
hh
o

=
(1-9)
Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột 1 và 2 là:
7
a'
hh
o
=
2
(1-10)
+ Nếu h
x
> 2.h
0
/3 ta có:
r
0x
= 0,75.h
0
(1- h
x
/h
0
) (1-11)
+ Nếu h
x


2h
0

/3 ta có;
r
0x
=









0
0
80
151
h.,
h
h.,
x
(1-12)
- Xác định đờng kính của ba cột chống sét:

15
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Để bảo vệ đợc một diện tích giới hạn bởi một tam giác hoặc tứ giác thì
độ cao của cột chống sét phải thoả mãn: D 8h
a
Trong đó: + D: Là đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ

giác), tạo bởi các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ đợc.
+ h
a
: Là độ cao tác dụng của cột chống sét.
+Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột chống sét bao giờ cũng lớn hơn
phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột chống sét có
thể phối hợp đợc với nhau để bảo vệ đợc vật có độ cao h
x
nào đó là: a 7h.
Để xác định đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác ta sử dụng các
công thức tính diện tích tam giác sau:
S =
R.
c.b.a
4
; S =
)cp).(bp).(ap.(p
)(
)cp).(bp).(ap.(p.
c.b.a
R 131
4


=
Trong đó: + p: là nửa chu vi tam giác (1;2;3):
2
cba
p
++

=
+ R: là bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;3).
- Xác định đờng kính của đờng tròn đi qua bốn đỉnh của tứ giác:
Ta có công thức xác định đờng kính của hình chữ nhật sau:
2
2
2
1
llD +=
(1-14)
b) Dây thu sét
*) Độ cao của dây thu sét
h = h
x
+ h
a
(1-15)
Trong đó: + h
x
là độ cao trung bình của dây dẫn.
+ h
a
là độ cao tác dụng của dây thu sét.
*) Phạm vi bảo vệ của dây thu sét
- Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng dọc theo chiều dài của
dây dẫn.
*) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét

16

0,2h
h

h

1,2h
0,6h
a
0,2h
2b
x

1,2h
h

0,6h
h
x

2b
x

4
0

a
hh
=

Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
- Khi h
x


2h/3:






=
h.,
h
h.,b
x
x
80
121
(1-16)
- Khi h
x


2h/3:

=
h
h
h.,b
x
x
160
(1-17)
*) Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét
Khi đặt hai dây thu sét cách nhau một khoảng s = 4h thì mọi điểm
trên mặt đất đợc bảo vệ nếu khoảng cách s < 4h. Phần bên ngoài của phạm
vi bảo vệ đợc xác định nh trờng hợp một dây, còn phần bên trong đợc giới
hạn bởi vòng cung qua ba điểm: hai điểm treo dây chống sét và điểm giữa
có độ cao
4
a
hh
o
=

Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến
áp
- Trạm có diện tích là: 100m x64m và bao gồm:

+ Hai máy biến áp T
1
và T
2


17
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
+ 4 lộ 110kV đi vào.
- Độ cao các thanh xà phía 110kV là 10,7m.
3. Vạch các ph ơng án bảo vệ
3.1- Ph ơng án 1
a)Sơ đồ bố trí các cột
Phơng án này ta sử dụng 15 cột thu sét để bảo vệ trạm. Để tận dụng độ
cao của trạm ta đặt các cột thu sét trên các xà của trạm, sơ đồ bố trí cụ thể
đợc vẽ chi tiết theo hình 1.4 sau:
Hình 1.4: Sơ đồ bố trí các cột thu sét trong phơng án 1

18
Khoa ®¹i häc t¹i chøc ®å ¸n tèt nghiÖp

19
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
b)Xác định độ cao của các cột chống sét
+Xét nhóm cột 1;2;4;5 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(5,375,255,27llD
222
14
2

121
=+=+=
Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(69,4
8
5,37
8
D
h
1
1a
===
+Xét nhóm cột 2;3;5;6 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(5,375,255,27llD
222
52
2
232
=+=+=

Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(69,4
8
5,37
8
D
h
1
1a

===
+Xét nhóm cột 4;5;7;8 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(5,375,255,27llD
222
54
2
743
=+=+=

Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(69,4
8
5,37
8
D
h
1
1a
===
+Xét nhóm cột 5;6;8;9 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(5,375,255,27llD
222
65
2
854
=+=+=

Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:

)m(69,4
8
5,37
8
D
h
1
1a
===
+Xét nhóm cột 7;8;10;11 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(4,325,2522llD
222
87
2
1075
=+=+=


20
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(2,4
8
68,33
8
D
h
5
5a

===
+Xét nhóm cột 8;9;11;12 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(68,335,2522llD
222
1110
2
13106
=+=+=

Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(2,4
8
68,33
8
D
h
6
6a
===
+Xét nhóm cột 10;11;13;14 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(68,335,2522llD
222
98
2
1187
=+=+=

Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:

)m(2,4
8
68,33
8
D
h
7
7a
===
+Xét nhóm cột 11; 12;14;15 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(68,335,2522llD
222
1211
2
14118
=+=+=

Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(2,4
8
68,33
8
D
h
8
8a
===
Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột chống sét, có thể lấy chung
một giá trị độ cao tác dụng tối thiểu của cột chống sét toàn trạm là chiều

cao tác dụng của nhóm cột nào có giá trị lớn nhất. Do vậy ta lấy giá trị độ
cao của cột chống sét chung là: h
a
= 4,69m cho cả hai mạng 110 kV và 35
kV.
Với mạng 110 kV ta có:
h = h
x
+ h
a
= 10,7 + 4,69 = 15,39(m)
Để tăng độ dự trữ bảo vệ ta chọn cột có độ cao h = 17m.

21
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Với mạng 35 kV ta có:
h = h
x
+ h
a
= 7,5 + 4,69 = 12,19(m)
Để tăng độ dự trữ bảo vệ ta chọn cột có độ cao h = 14m.
Ngoài ra vì có 3 cột đặt trên cột chiếu sáng có độ cao là 21m.
*) Phạm vi bảo vệ của cột chống sét
a) Phía 110 kV có độ cao cần bảo vệ là 10,7 m.
+ Bán kính bảo vệ ở độ cao 17m: h
x
=10,7 m < 2/3 h. Do vậy ta có:
)m(44,5
17.8,0

7,10
1.17.5,1
h.8,0
h
1h.5,1r
x
x
=






=






=
+ Bán kính bảo vệ ở độ cao 21m: h
x
=10,7 m < 2/3 h. Do vậy ta có:
)m(44,11
21.8,0
7,10
1.21.5,1
h.8,0

h
1h.5,1r
x
x
=






=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1,2):
Ta có:
)m(36,13
7
5,25
17
7
a
hh
o
===

Vì h
x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(2
36,13
7,10
1.36,13.75,0r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (2,3):
Ta có:
)m(36,13
7
5,25
17
7
a
hh
o
===
Vì h

x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(2
36,13
7,10
1.36,13.75,0r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1;4):
)m(07,13
7
5,27
17
7
a
hh
o
===
Vì h
x
>2/3 h

0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:

22
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
)m(78,1
07,13
7,10
1.07,13.75,0r
x0
=






=

+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (3;6):
)m(07,13
7
5,27
17
7
a
hh
o
===
Vì h

x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(78,1
07,13
7,10
1.07,13.75,0r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (4,7):
a= a 0,75.(h
1
h
2
) = 27,5 0,75.( 21 - 17) = 24,5
)m(5,17
7
5,24
21
7
a
hh

o
===
Vì h
x
< 2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ nh sau:
)m(19,6
5,17.8,0
7,10
1.5,17.5,1r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (6;9):
a= a 0,75.(h
1
h
2
) = 27,5 0,75.( 21 - 17) = 24,5
)m(5,17
7
5,24
21

7
a
hh
o
===
Vì h
x
< 2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ nh sau:
)m(19,6
5,17.8,0
7,10
1.5,17.5,1r
x0
=






=
b) Phía 35 kV có độ cao cần bảo vệ là 7,5 m nên:
+ Bán kính bảo vệ ở độ cao 14m: h
x
=7,5 m < 2/3 h. Do vậy ta có:
)m(94,6
14.8,0
5,7

1.14.5,1
h.8,0
h
1h.5,1r
x
x
=






=






=
+ Bán kính bảo vệ ở độ cao 21m: h
x
=7,5 m < 2/3 h. Do vậy ta có:
)m(44,17
21.8,0
5,7
1.21.5,1
h.8,0
h

1h.5,1r
x
x
=






=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (7,10):

23
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
a= a 0,75.(h
1
h
2
) = 22 0,75.( 21 - 14) = 17,5
)m(5,18
7
5,17

21
7
a
hh
o
===
Vì h
x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(25,8
5,18
5,7
1.5,18.75,0r
x0
=






=

+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (9,12):
a= a 0,75.(h
1
h
2

) = 22 0,75.( 21 - 14) = 17,5
)m(5,18
7
5,17
21
7
a
hh
o
===
Vì h
x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(25,8
5,18
5,7
1.5,18.75,0r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (10,13):
)m(86,10

7
22
14
7
a
hh
o
===
Vì h
x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(52,2
86,10
5,7
1.86,10.75,0r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (12,15):
)m(86,10
7
22

14
7
a
hh
o
===
Vì h
x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(52,2
86,10
5,7
1.86,10.75,0r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (13,14):
a= a 0,75.(h
1
h
2
) = 25,5 0,75.( 21 - 14) = 20,25

)m(11,18
7
25,20
21
7
a
hh
o
===
Vì h
x
<2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:

24
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
)m(1,13
11,18.8,0
5,7
1.11,18.5,1r
x0
=






=

+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (14,15):
a= a 0,75.(h
1
h
2
) = 25,5 0,75.( 21 - 14) = 20,25
)m(11,18
7
25,20
21
7
a
hh
o
===
Vì h
x
<2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(1,13
11,18.8,0
5,7
1.11,18.5,1r
x0
=

=
c) Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với các thiết bị và công trình nằm
ngoài phạm vi các cột
Các thiết bị đều đợc an toàn khi đặt các cột bảo vệ nh trên.
* Nhận xét: các cột bảo vệ có chiều cao cụ thể nh sau:
h
1
= h
2
= h
3
= h
4
= h
5
=h
6
= 17m
h
7
= h
9
= h
14
= 21m
h
10
= h

11
= h
12
= h
13
= h
15
= 14 m
Từ đó ta vẽ đợc phạm vi bảo vệ của các cột thu sét ở phơng án 1.
d) Tổng chiều dài các cột chống sét
Trong phơng án này sử dụng 15 cột chống sét:
+ 3 cột cao 21m trong đó tận dụng đợc độ cao có sẵn là 21m.
+ Các cột còn lại trồng độc lập.
Vậy tổng chiều dài các cột phải xây dựng thêm là:
H = 7.(17) + 5.14 = 189(m)

25