Đồ án cao áp Đại học điện lực 2023

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

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Sinh viên thực hiện : TRẦN QUỐC TÚ
Mã sinh viên

: 19810110023

Giáo viên hướng dẫn : TS. VŨ THỊ THU NGA
Ngành

: CÔNG NGHỆ KT ĐIỆN ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành

: HỆ THỐNG ĐIỆN

Lớp

: CLC.D14H

Hà Nội, tháng 05 năm 2023


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

LỜI CẢM ƠN
Ngành điện nói riêng và ngành năng lượng nói chung đóng góp một vai trị hết
sức quan trọng trong q trình cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. An tồn là
một u cầu vơ cùng quan trọng trong hệ thống điện. Cùng với sự phát triển của hệ
thống điện, cũng như sự phát triển hệ thống năng lượng quốc. Việc giải quyết đúng
đắn vấn đề kinh tế kĩ thuật trong thiết kế chống sét cho nhà máy điện và các cơng trình
điện sẽ mang lại lợi ích khơng nhỏ đối với nền kinh tế, thiết bị và con người.
Là một sinh viên theo học ngành hệ thống điện thì việc làm đồ án kỹ thuật điện
cao áp giúp em biết cách thiết kế đúng kỹ thuật, tối ưu về kinh tế trong bài toán thiết
kế chống sét cho cơng trình điện cụ thể là trạm biến áp, hướng dẫn sinh viên biết cách
đưa ra các phương án chống sét đúng kỹ thuật, biết phân tích, biết so sánh chọn ra
phương án tối ưu.
Với đồ án kỹ thuật điện cao áp đã phần nào giúp em làm quen dần với việc làm
việc sau này. Trong thời gian làm bài, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sự
giúp đỡ của các thầy cố giáo trong bộ môn hệ thống điện và đặc biệt với sự giúp tận
tình của T.S VŨ THỊ THU NGA, em đã hồn thành tốt đồ án của mình. Xong do thời
gian và kiến thức còn hạn chế nên bài làm khơng tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy
kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cơ giáo để em có được những
kinh nghiệm chuẩn bị cho công việc sau này.
Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội, ngày 1 tháng 5 năm 2023
Sinh viên

Trần Quốc Tú


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG CHỐNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ....4
1.1 Hiện tượng giơng sét....................................................................................4
1.2 Ảnh hưởng của giông sét..............................................................................6
CHƯƠNG 2: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG....................................8
2.1. Khái niệm chung.........................................................................................8
2.1.1. Các u cầu kỹ thuật khi tính tốn bảo vệ chống sét đánh trực tiếp....8
2.2. Lý thuyết về tính tốn cột, dây thu sét......................................................10
2.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.....................................................10
2.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi......................................11
2.3. Các phương án cột thu sét cho sơ đồ trạm theo yêu cầu...........................13
2.3.1. Đề xuất phương án bố trí cột và dây chống sét cho trạm biến áp......14
Phương án 1: Cột thu sét được đặt tại các vị trí đầu xà...............................15
Phương án 2: Đặt thêm các cột thu sét.........................................................21
2.4 Chọn phương án tối ưu...............................................................................28
CHƯƠNG 3 NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP..............................................29
3.1 Khái niệm chung........................................................................................29
3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất...........................................30
3.2.1 Trị số cho phép của điện trở nối đất....................................................30
3.2.2 Hệ số mùa...........................................................................................31
3.3 Tính tốn nối đất........................................................................................32
3.3.1 Tính tốn nối đất an toàn....................................................................32

i


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Sự biến thiên của dịng điện theo thời gian........................................................5
Hình 2.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lơi...................................................................10
Hình 3.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lơi (đường sinh gấp khúc)..............................10
Hình 4.Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lơi có độ cao bằng nhau..................................11
Hình 5. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lơi có độ cao khác nhau....................................12
Hình 6.Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu lơi có độ cao bằng nhau...................13
Hình 7.Sơ đồ của trạm điện...........................................................................................14
Hình 8.Sơ đồ bố trí cột chống sét..................................................................................15
Hình 9.Phạm vi bảo vệ phương án 1.............................................................................21
Hình 10.Bố trí các cột thu lơi của phương án 2............................................................22
Hình 11.Phạm vi bảo vệ phương án 2...........................................................................27
Hình 12. Sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp.....................................................................35

2


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.Bảng tính chiều cao hiệu dụng của phương án 1.............................................17
Bảng 2.Bảng tính phạm vi bao vệ 1 cột phương án 1...................................................20
Bảng 3.Bảng tính phạm vi bao vệ cặp cột phương án 1................................................20
Bảng 4.Bảng tính chiều cao hiệu dụng của phương án 2.............................................23
Bảng 5.Bảng tính phạm vi bao vệ 1 cột phương án 2...................................................26

Bảng 6.Bảng tính phạm vi bao vệ cặp cột phương án 2................................................27
Bảng 7. So sánh các phương án....................................................................................28
Bảng 8. Bảng hệ số kmùa...............................................................................................31
Bảng 9.Hệ số K phụ thuộc vào (l 1/l 2 ¿.........................................................................34

3


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG CHỐNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NĨ
1.1 Hiện tượng giơng sét
Giơng sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi
khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km).
Hiện tượng phóng điện của giơng 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. Trong
phạm vi đồ án này chúng ta nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với
mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tượng phóng điện này gây nhiều trở ngại cho
đời sống con người.
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 1,5.107 cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.
8
10 cm/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.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là  và mật độ điện trường của điện
tích trong tia tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ
là:
is = . 

4

(1.1)


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

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 hàng biến thiên trong phạm vi rộng (t vài k đến vài trăm k)

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 đã trình bày ở trên.

Hình 1: Sự biến thiên của dịng điện theo thời gian
Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ giơng sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặc
điểm giơng sét khác nhau:
+ Ở miền Bắc, số ngày giông dao động t 70  110 ngày trong một năm và số lần
giông t 150  300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra t 2  3 cơn giông.
+ Vùng giông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ
250  300 lần giơng tập trung trong khoảng 100  110 ngày. Tháng nhiều giông 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 giông cũng lên tới 200 lần, số ngày giông lên đến
100 ngày trong một năm. Các vùng cịn lại có t 150  200 cơn giông mỗi năm, tập
trung trong khoảng 90  100 ngày.
+ Nơi ít giơng nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới 80
ngày giông

5


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

Xét dạng diễn biến của giông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa giơng khơng
hồn tồn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa giơng tập chung trong

khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía Bắc (đến
Quảng Ngãi) là khu vực tương đối nhiều giông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8
số ngày giông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều giông nhất (tháng 5) quan sát được
12  15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ...), những tháng đầu
mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) giơng cịn ít, mỗi tháng ch gặp t 2  5
ngày giơng.
Phía Nam dun hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít giơng nhất,
thường có trong tháng 5 số ngày giơng khoảng 10/tháng như Tuy Hồ 10ngày/tháng,
Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng.
Ở miền Nam khu vực nhiều giông nhất ở đồng bằng Nam Bộ t 120  140
ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm. Mùa
giông ở miền Nam dài hơn mùa giơng ở miền Bắc đó là t tháng 4 đến tháng 11 tr tháng
đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày giơng đều quan sát được
trung bình có t 15  20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều giơng nhất trung bình gặp
trên 20 ngày giơng /tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày.
Ở khu vực Tây Nguyên mùa giơng ngắn hơn và số lần giơng cũng ít hơn, tháng
nhiều giông nhất là tháng 5 cũng ch quan sát được khoảng 15 ngày giông ở Bắc Tây
Nguyên, 10  12 ở Nam Tây Nguyên, on Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17
ngày. Ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của giông sét, đây là điều
bất lợi cho H.T.Đ 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 HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung
cấp điện liên tục và tin cậy.
1.2 Ảnh hưởng của giơng sét
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

6


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

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 n 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 không 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 giơng sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới điện.
Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình giơng sét và ảnh hưởng của giông 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.

7

Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

CHƯƠNG 2: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG
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 tồn 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.
2.1.1. Các yêu 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 lôi,
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

8


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

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 sét
đến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều
kiện để đặt cột thu lơi 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 dịng 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 lơi 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 lôi 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
9


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

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.
2.2. Lý thuyết về tính tốn cột, dây thu sét
2.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét
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.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lơi

r x=

Trong đó:

1,6
(h−h x )
hx
1+
h

- h: chiều cao cột thu sét.
- hx: chiều cao cần được bảo vệ.
- h- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét
- rx: bán kính của phạm vi bảo vệ

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

Hình 3.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đường sinh gấp khúc)
10


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

Bán kính bảo vệ rx được tính như sau:
+ Nếu hx ≤

h
2

1,5 h x
h thì rx = 1,5h (1- x ) = 1,5h –
3
0.8
0,8 h
h
h

2
3

+ Nếu hx > h thì rx = 0,75h (1- x ) = 0,75(h – hx)
Các công 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 p ¿

5,5
√h

2.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
2.2.2.1 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.

Hình 4.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 h 0 được

xác
định như sau: h0 = h -

a
7

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
11


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

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 là h1 và h2, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như hình vẽ:

Hình 5. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lơi có độ cao khác nhau
2.2.2.3 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi
Với những công 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 toàn.

12


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

rx12

1

rx12

1

rx
rx

D<8ha
rx13

D<8ha

rx13

2

1

rx12

1

rx12

2
rx

rx14

2

rx14

rx23
4

rx23

4

3

rx

D<8ha
D<8ha
rx34

2

3

rx23
rx23

3

rx34

3

Hình 6.Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 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:
D ≤8 (h−hx )=8 h a

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.
2.3. Các phương án cột thu sét cho sơ đồ trạm theo yêu cầu
▪ Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ

-

Độ cao xà đón dây:
+ Phía 220kV: 16m và 11m
+ Phía 110 kV: 11m và 8m

-

Điện trở suất của đất: 𝜌 =100Ωm - Đường dây: dây chống sét là dây C-70

-

Chiều dài khoảng vượt đường dây:
13


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

+ Đường dây 220 kV: l = 300 m
+ Đường dây 110 kv: l = 170 m
- Điện trở của cột: Rc =10 Ω
- Trạm biến áp: Trạm 220/110 kV.

+ Phía 220kV 4 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vịng được
cấp điện áp từ 2 MBA (T3, T4) và 2 MBA tự ngẫu (AT1, AT2).
+ Phía 110kV 4 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vịng, được
cấp điện từ 2 MBA tự ngẫu (AT1, AT2).
-

Tổng diện tích trạm 328x189= 61992 m2

Ta có sơ đồ bố trí của trạm điện 220/110kV:

Hình 7.Sơ đồ của trạm điện
2.3.1. Đề xuất phương án bố trí cột và dây chống sét cho trạm biến áp
- Các xà đón dây phía 110 kV cao 11m và 8m, các xà đón dây phía 220kV cao
16 m và 11m.
- Ta chia trạm thành 2 phần:
+ Khu vực chứa các xà phía 220kV có độ cao cần bảo vệ là hx = 16 m và hx
= 11m.

14


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

+ Khu vực chứa các xà phía 110kV và giữa 2 khu vực có độ cao cần bảo vệ là
hx = 11 m và hx = 8 m.
- Trình tự tính tốn:
+ Bước 1: Chọn vị trí đặt cột thu sét.
+ 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.
Phương án 1: Cột thu sét được đặt tại các vị trí đầu xà
a. Bố trí cột thu sét
Ta bố trí 18 cột thu sét ở các vị trí như sau:
- Phía 220kV dùng 9 cột trong đó có 6 cột được đặt trên xà cao16m, 3 cột đặt
trên xà cao 11m.
- Phía 110kV dùng 9 cột trong đó có 6 cột được đặt trên xà cao 11m, 3 cột
đặt trên xà cao 8m.
Vậy:
- Chiều cao tính tốn bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 16m
- Chiều cao tính tốn bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 10m.
Sơ đồ bố trí cột được trình bày ở hình dưới.

Hình 8.Sơ đồ bố trí cột chống sét
15


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

b, Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu sét
Do các cột thu sét được bố trí trên một mặt bằng lớn, tạo thành một lưới cột nên ta
phải nhóm các cột thu sét thành các đa giác để tính tốn. Để tính được độ cao tác dụng

của các cột thu sét ta phải xác định được đường kính đường trịn ngoại tiếp các đa giác
đi qua chân các cột là D.

Độ cao tác dụng phải thỏa mãn điều kiện: h a ≥

D
8

Phía 220kV:
- Xét nhóm 1 các cột 7-8-5-4 tạo thành hình chữ nhật
a 7−8=70m; b 7−4=60m

Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:
D = √ 702 +602=92,19 (m)
Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi
ha ≥

D 92,19
=
=11,52 (m)
8
8

Vậy độ cao tối thiểu của cột thu sét là h a=¿11,52m
- Xét các nhóm cột: nhóm 2 (2-3-6-5); nhóm 3 (4-5-8-7); nhóm 4 (5-6-9-8)
tính tương tự như nhóm 1 (7-8-5-4)
Phía 110 kV:
- Xét nhóm 1 các cột 10-11-14-13 tạo thành hình chữ nhật
a 10−11 = 54m; b 10−15 =49 m

Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:
D = √ 542 + 492=72,92(m)
Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi
ha ≥

D 72,92
=
=9,115 (m)
8
8

Vậy độ cao tối thiểu của cột thu sét là h a=9,115 m

-Các nhóm cịn lại tính tương tự ta có bảng tổng hợp kết quả sau:
16


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

Bảng 1.Bảng tính chiều cao hiệu dụng của phương án 1
Phía 220kV
1-2-5-4
2-3-6-5
4-5-8-7
5-6-9-8
Phía 110kV
10-11-14-13
11-12-15-14

13-14-17-16
14-15-18-17

Chiều dài a
(m)

Chiều rộng b
(m)

D

ha (m)

70

64

94.847

11.856

70
Chiều dài a
(m)

60
Chiều rộng b
(m)

92.195

11.524

D

ha

ha max

54

49

72.92

9.115

9.115

ha max (m)

11.856

+Chọn độ cao tác dụng cho tồn trạm biến áp
Sau khi tính tốn độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn độ cao tác
dụng cho tồn trạm như sau:
-Phía 220kV có hamax =11,856 m
-Phía 110kV có hamax = 9,115 m
Ta có cơng thức tính độ cao của cột thu sét h = ha + hx
-Phía 220kV:

Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx =16
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 220kV là:
h = ha + hx =16+18,856=27,856 (m)
Vậy để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng
cột lên h= 28m.
-Phía 110kV:
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx =111
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 110kV là:
h = ha + hx =9,115+11=20,115 (m)
Vậy để thuận tiện cho việc thi cơng và tăng độ an tồn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng
cột lên h=21m.

c. Tính tốn phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi
17


Đồ án môn học kỹ thuật điện cao áp

Trần Quốc Tú, CLC.D14H

Ta chỉ xét phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên dọc của trạm 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 thêm hệ số hiệu chỉnh p.
 Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lơi
- Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 28 m
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 16m là:
Do

(

)

(

)

(

)

(

)

2
hx
16
h x =16 m≤ ×28=18,67 ( m ) nên r x (16 )=1,5× h220 1−
=1,5× 28 × 1−
=12m
3
h220 × 0,8
28× 0,8

Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 11m là:
Do
2
hx
11
h x =11m≤ ×28=18,67 ( m ) nên r x (11 )=1,5 ×h 220 1−

=1,5 ×28 × 1−
=21.375 m
3
h220 ×0,8
28 ×0,8

- Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 21m
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 11m là:
Do

(

)

(

)

(

)

(

)

2
hx
11
h x =11m≤ ×21=14 ( m ) nên r x (11 )=1,5 × h110 1−

=1,5 × 21× 1−
=10,875 m
3
h110 × 0,8
21 ×0,8

Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 8 m là:
Do
2
hx
8
h x =8 m≤ × 21=141 ( m) nên r x ( 8)=1,5 × h110 1−
=1,5× 21× 1−
=16,5 m
3
h 110 × 0,8
21 ×0,8

d, Tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên
- Phía 220kV:
+ Xét cặp cột (1-4) có độ cao bằng nhau h 1 = h2 = 28m và đặt cách nhau một khoảng
là a = 64m.

Do a = 64m < 7h1 = 7.28 = 196m nên chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa 2 cột là:
18