Tính toán thiết kế chống sét

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO
TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV
I. SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
* Trạm biến áp: Phía 220 kV có diện tích: (120.90) m
2
Phía 110 kV có diện tích: (100.90) m
2
* Điện trở suất của đất: ρ
đ
=100 Ωm
* Đường dây:
- Trạm 220 kV có 3 lộ
- Trạm 110 kV có 5 lộ
- Dây dẫn: ACO – 240
- Dây chống sét: C-70
* Chiều dài khoảng vượt của đường dây 110 kV: l = 300 m
* Chiều dài khoảng vượt của đường dây 220 kV: l = 300 m
* Khi tính nối đất: R
c
= 6 Ω
II. NỘI DUNG BÀI TẬP.
Phần I:
* Chương I: Tính toán bảo vệ sét đánh trực vào trạm biến áp 220/110 kV
A. Lý thuyết chung
+ Các yêu cầu đối với hệ thống thu sét
+ Cách xác định, tính toán PVBV của hệ thống thu sét ( 1 cột, 2 cột …)
B. Tính toán
* Chương II: Tính toán hệ thống nối đất trạm biến áp 220/110 kV
Phần II: Các bản vẽ liên quan
1
I.1. Cơ sở lý thuyết chung:

I.1.1. Những yêu cầu đối với hệ thống thu sét:
Các thiết bị phân phối điện đặt ngoài trời như đường dây, trạm biến áp rất dễ bị
quá điện áp có thể là do quá điện áp khí quyển (sét đánh trực tiếp, cảm ứng hay lan truyền
trên đường dây), hoặc quá điện áp nội bộ. Trong đó, sự quá điện áp khí quyển do sét đánh
là rất nguy hiểm và gây những thiệt hại nghiêm trọng cho các công trình trong hệ thống
điện. Vì vậy, bảo vệ chống sét đánh trực tiếp là một trong những yêu cầu hàng đầu khi
thiết kế và vận hành một mạng điện.
Hệ thống thu sét là một bộ phận công trình quan trọng nhằm bảo vệ các bộ phận
của hệ thống điện như đường dây, trạm biến áp khỏi hư hỏng khi bị sét đánh. Đối với
đường dây, để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp người ta sử dụng hệ thống dây chống sét.
Đối với trạm biến áp và nhà máy điện người ta sử dụng các cột thu lôi. Các cột thu lôi có
thể đặt độc lập hoặc trong điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và của
nhà máy.
Yêu cầu chính đối với hệ thống thu sét là phải có điện trở nối đất đủ nhỏ để đảm
bảo tản nhanh dòng điện sét xuống đất, tránh hiện tượng phóng ngược dòng điện sét từ
thiết bị này sang thiết bị khác, hoặc từ cột thu sét hay dây chống sét sang các công trình
mang điện đặt lân cận. Khi thiết kế bảo vệ chống sét thì cần đảm bảo các yêu cầu về kỹ
thuật, kinh tế và mỹ thuật.
- Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110 kV trở lên do có mức cách điện cao
nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối. Các trụ cột của các kết cấu trên
đó có đặt cột thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét I
S
khuếch tán vào đất
theo 3÷4 thanh cái của hệ thống nối đất . Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối
đất bổ sung để cải thiện chỉ số điện trở nối đất.
- Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời với điện áp từ 110 kV trở lên là cuộn
dây máy biến áp, vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu
khoảng cách giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và vỏ máy biến áp
theo đường điện phải lớn hơn 15m.
2

- Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên phải
thực hiện các điểm sau:
+ Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có
nối đất bổ sung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được
quá 4Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp).
+ Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm 35kV phải tăng cường cách điện của
nó lên đến mức cách điện của cấp 110 kV.
+ Trên đầu ra của cuộn dây 6 – 10kV của máy biến áp phải đặt các cột chống
sét van (CSV), các thiết bị chống sét này có thể đặt ngay trên vỏ máy.
+ Để bảo vệ cuộn dây 35 kV cần đặt các cột chống sét van. Khoảng cách giữa
chỗ nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp và của chống sét van (theo đường điện)
phải nhỏ hơn 5m. Khoảng cách ấy có thể tăng lên nếu điểm nối đất của chống sét van ở
vào giữa hai điểm nối đất của vỏ máy biến áp và của kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi.
+ Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi và
bộ phận mang điện không được bé hơn chiều dài của chuỗi sứ.
- Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện
áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện.
- Không nên đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối20 ÷ 35 kV, cũng như
không nên nối các cột thu lôi vào hệ thống nối đất của trạm 20 ÷ 35 kV.
- Khi dùng cột thu lôi độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các
bộ phân của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật được bảo vệ.
- Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho các cột thu lôi phải cho dây dẫn
điện đến đèn vào ống chì và chôn vào đất.
- Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ được đặt cột thu lôi trên xà máy
biến áp khi máy phát điện và máy biến áp được nối với nhau bằng cầu bọc kín và hai đầu
3
được nối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không được phép đặt cột thu lôi trên xà của máy
biến áp. Với máy bù đồng bộ cũng áp dụng điều này.
- Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất của trạm nếu
như khoảng cách từ chỗ nối đất của trạm đến điểm nối đất của máy biến áp lớn hơn 15m.

- Để đảm bảo về mặt cơ tính (độ bền cơ học) và chống ăn mòn cần phải theo đúng
quy định về loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng trên mặt dất và dưới đất phải theo bảng
sau:
Bảng 1.1 Bảng qui định qui cách loại dây dẫn dùng để dẫn dòng điện sét
Loại vật liệu Dây dẫn dòng điện sét
dùng trên mặt đất
Dây dẫn dòng điện sét
dùng dưới mặt đất
Thép tròn mạ kẽm
φ
8 mm
φ
10 mm
Thép dẹt mạ kẽm 20 x 2,5 mm
2
30 x 3,5 mm
2
Cáp thép Không được dùng Không được dùng
Thanh đồng tròn
φ
8 mm
φ
8 mm
Thanh đồng dẹt 20x2,5 mm
2
20x2,5 mm
2
Dây đồng xoắn Không được dùng Không được dùng
Thanh nhôm tròn Không được dùng Không được dùng
1.2 Cách xác định phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét:

1.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét có độ cao là h tính cho độ cao h
x
là một hình
chóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau:
4
r
x

)hh(
h
h
1
6,1
x
x
−
+
=
h
x
r
r
x
h
Hình 1.1. Phạm vi bảo vệ cho một cột thu sét.
Trong đó:
- h: chiều cao cột thu sét.
- h
x

: chiều cao cần được bảo vệ.
- h – h
x
: chiều cao hiệu dụng.
Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc abc được xác định
như sau:
h
0,8h
h
x
2
3
h
0,75h
1,5h
r
x
a
b
c
Hình 1.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (đường sinh gấp khúc).
Trong đó:
ab: đường thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm trên mặt đất cách xa chân cột một
khoảng là 0,75h.
5
bc: là đường thẳng nối 1 điểm có độ cao trên thân cột là 0,8h đến 1 điểm trên mặt
đất cách chận cột là 1,5h.
Khi: h
x

≤

h
3
2
Thì: r
x
= 1,5h(1-
h8,0
h
x
) = 1,5h – 1,875h
x

Khi: h
x

≥

h
3
2
Thì: r
x
= 0,75h(1-
h
h
x
) = 0,75h – 0,75h
x

Các công thức chỉ để sử dụng cho HTTS có độ cao h < 30m. Khi h
≥
30m ta cần
hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p.
p
h
5,5
=

1.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét:
a. Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau:
Xét 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau h
1
= h
2
= h, cách nhau 1 khoảng a.
Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét 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: h
0
= h -
7
a
Phạm vi bảo vệ:
- Phần ngoài: giống như của từng cột.
6

- Phần giữa: cung tròn đi qua 3 điểm 1,2,3 (điểm 3 là điểm đặt cột giả tưởng có độ
cao h
0
.
+) Tính toán phạm vi bảo vệ:
- Bán kính bảo vệ của từng cột: r
x1
= r
x2
= r
x
- Bán kính bảo vệ giữa hai cột: r
0x
.
- Độ cao lớn nhất bảo vệ được giữa hai cột: h
0
= h -
7
a
Nếu: h
x
0
h
3
2
≤
Thì: r
0x
= 1,5h
0

.(1 -
0
x
h8,0
h
)
Nếu: h
x

0
h
3
2
≥
Thì: r
0x
= 0,75h
0
.(1 -
0
x
h
h
)
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 công thức cũng cần
được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục.
b. Hai cột thu sét có độ cao khác nhau:
Xét 2 cột thu sét có độ cao là h
1

và h
2
, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như hình
vẽ:
Hình 1.4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột có độ cao khác nhau.
+ Xác định phạm vi bảo vệ:
7
- Phần ngoài: giống như của từng cột.
- Phần trong: từ đỉnh cột h
1
dóng đường thằng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ của
cột h
2
tại 3
’
, với 3
’
là vị trí đặt cột giả tưởng có độ cao là h
1
.
- Phần giữa: giống như của hai cột có độ cùng độ cao h
1
.
(
xaOOOOaOO
2
'
321
''
31

−=−==
, x là bán kính bảo vệ của cột cao h
2
cho cột giả tưởng
'
1
h
.
+ Tính toán phạm vi bảo vệ:
- Tính bán kính bảo vệ từng cột r
x1
, r
x2
.
- Tính bán kính bảo vệ giữa hai cột r
ox
.
- Khoảng cách giữa cột thấp và cột giả tưởng 3
a
’
= a – x ( trong đó x là bán kính bảo vệ của cột cao h
2
cho cột giả tưởng có
độ cao h
1
).
- Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa 1, 3
’
:
'301

h
−
= h
1
-
7
'a
I.1.2.3.Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu sét:
+) Phạm vi bảo vệ cho 3 cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ cho 3 cột thu sét có độ cao h
1
= h
2
= h
3
= h cùng bảo vệ cho độ cao
h
x
được minh họa như hình vẽ dưới đây
r
0
x2-3
r
0
x1-3
r
0
x1-2
r
x3

r
x2
r
x1
Hình 1.5. Bán kính bảo vệ của 3 cột có độ cao bằng nhau
Đó là phần diện tích nằm trong đường bao mà các đường tròn tạo ra.
Trong đó:
- r
x1
= r
x2
= r
x3
= r
x
: bán kính bảo vệ của từng cột.
- r
ox1-2
= r
0x1-3
= r
0x3-2
: bán kính bảo vệ chung giữa các cột 1-2, 2-3, 3-1.
+) Phạm vi bảo vệ cho 4 cột thu sét:
8
Phạm vi bảo vệ cho 3 cột thu sét có độ cao h
1
= h
2
= h

3
= h
4
= h cùng bảo vệ cho
độ cao h
x
được minh họa như hình vẽ dưới đây.
1
2
3
4
r
0
x1-2
r
x1
Hình 1.6. Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét có độ cao bằng nhau
Phạm vi bảo vệ là phần diện tích công trình nằm trong đường bao ngoài cùng của
hình vẽ.
Với: r
x1
= r
x2
= r
x3
= r
x4
= r
x
r

ox1-2
= r
0x3-4
: bán kính bảo vệ chung giữa các cột 1-2, 3-4
r
ox1-4
= r
0x2-3
: bán kính bảo vệ chung giữa các cột 1-4, 2-3
Điều kiện để công trình nằm trong miền giới hạn bởi các cột thu sét được bảo vệ
an toàn là:
D
≤
8.(h-h
x)
)
- trong đó: D là đường tròn ngoại tiếp phần mặt bằng có dạng hình tam giác, chữ
nhật; h: chiều cao cột thu sét; h
x
: chiều cao cần bảo vệ.
II. Tính toán:
9
Theo sơ đồ kết cấu của trạm, ta mới chỉ biết diện tích mặt bằng trong trạm mà
chưa biết vị trí của các thiết bị trong trạm. Vì vậy chỉ cần bố trí các cột thu sét sao cho
bảo vệ được phần diện tích mặt bằng có độ cao h
x
.
Đối với phía 220 kV: h
x
= 16,5m

Đối với phía 110 kV: h
x
= 11m
Ta thực hiện tính toán cho các phía. Ta sẽ xét 2 phương án đặt vị trí cột thu sét cho
trạm biến áp.
*) Phương án A
Trong phương án này, ta sử dụng 15 cột thu sét được bố trí trên mặt bằng trạm
biến áp như hình vẽ.
120.000 100.000
1 4
7
10
13
14
15
12
9
6
3
2
5
11
8
50.000
40.000
60.000
50.000
A-1. Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 220 kV:
Điều kiện cần để công trình được bảo vệ an toàn là:
D

≤
8.(h-h
x
)
Suy ra: h
≥
h
x
+
8
D

*)Xét nhóm cột (5,8,9,6) tạo thành hình chữ nhật bảo vệ cho độ cao 16,5m.
+ Cạnh (5-8) = 60m = a
+ Cạnh (5-6) = 50 m =b
Đường kính D
1
của đường tròn ngoại tiếp qua các đỉnh cột là:
10
D=
2 2 2 2
a b 60 50 78,102+ = + =
m
Độ cao tác dụng tổi thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn bởi
chúng là:
h
a
=
78,102
8

= 9,763 m
Độ cao của cột thu lôi là:
h = h
x
+ h
a
= 16,5 + 10 = 26,5 m
A-2. Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 110 kV:
Xét nhóm cột (11,14,12,15) tạo thành hình chữ nhật bảo vệ cho độ cao 11m.
+ Cạnh (11-14) = 50m = c
+ Cạnh (11-12) = 50 m = d
Đường kính D của đường tròn ngoại tiếp đi qua các đỉnh cột là:
D =
2 2 2 2
c d 50 50+ = +
= 70,71 m
Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn bởi
chúng là:
h
a
=
70,71
8
=
8,84 m
Độ cao của cột thu lôi là:
h = h
x
+ h
a

= 11 + 9 = 20 m
*)Tính bán kính bảo vệ của cột thu lôi được bố trí như hình vẽ:
- Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi
+Xét cột 5:
Ta có: h
x
=16,5(m) <
2
3
h=
2
3
.26,5=17,667(m)
Vậy bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi với độ cao cần bảo vệ h
x
=16,5m
r
x5
=1,5.h(1-
x
h
0,8.h
)=1,5.26,5.(1-
16,5
0,8.26,5
)=8,812 (m)
+Xét cột 11:
11
Ta có: h
x

=11(m)<
2
3
h=
2
3
.20=13,33(m)
Vậy bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi với độ cao cần bảo vệ h
x
=11m
r
x11
=1,5.h(1-
x
h
0,8.h
)=1,5.20.(1-
11
0,8.20
)= 9,375 (m)
-Tính bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi:
Hai cột có chiều cao như nhau:
Phía 220kV:chiều cao cần bảo vệ h
x
=16,5m
+Xét 2 cột (5-8):khoảng cách giữa 2 cột 60m
Ta có: h
0
=h-
a

7
=26,5-
60
7
= 17,928 (m)
h
x
=16,5(m) >
2
3
h
0
=
2
3
.17,928=11,952(m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x5-8
=0,75.h
0
(1-
x
0
h
h
)=0,75.17,928.(1-
16,5
17,928
)=1,071 (m)

+Xét 2 cột (2-3): khoảng cách giữa 2 cột là 50 m
Ta có: h
0
=h-
a
7
=26,5-
50
7
= 19,357 (m)
h
x
=16,5(m) >
2
3
h
0
=
2
3
.19,357=12,905(m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x2-3
=0,75.h
0
(1-
x
0
h

h
)=0,75.19,357.(1-
16,5
19,357
)=2,143 (m)
+Xét 2 cột (1-2): khoảng cách giữa 2 cột là 40 m
Ta có: h
0
=h-
a
7
=26,5-
40
7
= 20,786 (m)
h
x
=16,5(m) >
2
3
h
0
=
2
3
.20,786=13,857(m)
12
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x1-2

=0,75.h
0
(1-
x
0
h
h
)=0,75.20,786.(1-
16,5
20,786
)=3,215 (m)
Phía 110kV:chiều cao cần bảo vệ h
x
=11m
+Xét 2 cột (11-14): khoảng cách giữa 2 cột là 50 m
Ta có: h
0
=h-
a
7
=20-
50
7
= 12,857 (m)
h
x
=11(m) >
2
3
h

0
=
2
3
.12,857=8,571(m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x11-14
=0,75.h
0
(1-
x
0
h
h
)=0,75.12,857.(1-
11
12,857
)=1,393 (m)
+Xét 2 cột (10-11): khoảng cách giữa 2 cột là 40 m
Ta có: h
0
=h-
a
7
=20-
40
7
= 14,286 (m)
h

x
=11(m) >
2
3
h
0
=
2
3
.14,286=9,524(m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x10-11
=0,75.h
0
(1-
x
0
h
h
)=0,75.14,286.(1-
11
14,286
)=2,464 (m)
Hai cột cột chiều cao khác nhau:
+Xét hai cột (7-10) với khoảng cách giữa 2 cột a=50m
Chiều cao cột cao h
7
=26,5m
Chiều cao cột thấp h

10
=20m.
Ta tính bán kính bảo vệ của từng cột cho độ cao 11 m. Cột 10 theo kết quả phần trên ta
tính được là r
x10
= 9,375 m.
Ta tính cho cột 7.
- Bán kính bảo vệ của cột 7 là r
x7
.
Ta có:
13
h
x
= 11m <
7
2 2
h 26,5 17,67
3 3
× = × =
m. Nên:
Bán kính bảo vệ của cột 7 là:
r
x7
= 1,5.h(1-
x
h
0,8.h
)=1,5.26,5(1-
11

0,8.26,5
)= 19,125 m.
Bán kính bảo vệ của cột cao h
7
=26,5m cho độ cao cần bảo vệ là chiều cao của cột thấp
h
10
=20m.
Ta có: h
x
=h
7
=20m >
2
3
.26,5=17,67m
x=0,75.h(1-
x
h
h
)=0,75.26,5.(1-
20
26,5
)=4,875 (m)
Ta có: a
’
= 50-4,875=45,125m

'
0710

h
=h
10
-
,
a
7
=20-
45,125
7
= 13,553(m)
h
x
=11(m) >
2
3
'
0710
h
=
2
3
.13,553=9,035 (m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi có độ cao h
x
=11m là:
r
x7-10
=0,75.
'

0710
h
(1-
x
0
h
h
)=0,75.13,553.(1-
11
13,553
)=1,915 (m)
Tính toán tương tự cho các cột còn lại ta có kết quả ghi trong bảng sau:
NHÓM CỘT CÓ ĐỘ CAO BẰNG NHAU
PHÍA 220KV h
x
= 16,5m
14
Cặp cột Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0
(m)
2
3
.h
0
(m)
r

0x
(m)
3-6 26,5 60 17,928 11,952 1,071
2-3 26,5 50 19,357 12,905 2,143
4-5 26,5 40 20,786 13,857 3,215
PHÍA 110KV h
x
= 11m
Cặp cột Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0
(m)
2
3
.h
0
(m)
r
0x
(m)
13-14 20 40 14,286 9,524 2,464
11-12 20 50 12,857 8,571 1,393
NHÓM CỘT CÓ ĐỘ CAO KHÁC NHAU h
x
= 11m
Cặp cột Độ cao cột
(m)

a
(m)
x
(m)
a’
(m)
h
0
’
(m)
r
0x

(m)
8-11 20 50 4,875 45,125 13,553 1,915
Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét trong phương án 1
1
4
7
10
13
14
15
12
9
6
3
2
5
11

8
R8.812
R9.375
1.071
3.215
2.143
1.071
1.915
1.393
1.393
2.464
R19.125
R9.375
R8.812
Kết luận.
Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra.
Tổng số cột là 15 cột, trong đó có 9 cột cao 26,5m và 6 cột cao 20m
Tổng chiều dài : L
1
= 9.(26,5 – 16,5) + 6.(20 – 11) =144 (m).
*) Phương án B
15
Trong phương án này, ta sử dụng 21 cột thu sét được bố trí trên mặt bằng trạm
biến áp như hình vẽ.
120.000
40.000
100.000
1
4
7

10
13
14
15
12
9
6
3
2
5
11
8
16
17
18
19
21
90.000
20
40.000
50.000
30.000
40.000
B-1 Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 220 kV:
Điều kiện cần để công trình được bảo vệ an toàn là:
D
≤
8.(h-h
x
)

Suy ra: h
≥
h
x
+
8
D
Xét nhóm cột (2,3,5,6) tạo thành hình chữ nhật để bảo vệ cho độ cao 16,5 m
+Cạnh (2-3)=50m=e
+Cạnh (3-6)=40m=f
Đường kính D của đường tròn ngoại tiếp đi qua các đỉnh cột là:
D =
2 2 2 2
e f 50 40+ = +
= 64,031 m
Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là:
h
a
=
64,031
8
=
8,004 m
Độ cao của cột thu lôi là: h = h
x
+ h
a
= 16,5 + 8 = 24,5 m
B-2 Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 110 kV:
16

Xét nhóm cột (17,18,20,21) tạo thành hình chữ nhật để bảo vệ cho độ cao 11 m
+Cạnh (17-18)=50m=k
+Cạnh (18-21)=40m=l
Đường kính D của đường tròn ngoại tiếp đi qua các đỉnh cột là:
D =
2 2 2 2
k l 50 40+ = +
= 64,031 m
Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là:
h
a
=
64,031
8
=
8,004 m
Độ cao của cột thu lôi là: h = h
x
+ h
a
= 11 + 8 = 19 m
*)Tính bán kính bảo vệ của cột thu lôi được bố trí như hình vẽ:
- Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi
+Xét cột 6:
Ta có: h
x
=16,5(m) >
2
3
h=

2
3
.24,5=16,33(m)
Vậy bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi với độ cao cần bảo vệ h
x
=16,5m
r
x6
=0,75.h(1-
x
h
h
)=0,75.24,5.(1-
16,5
24,5
)=6 (m)
+Xét cột 20:
Ta có: h
x
=11(m)<
2
3
h=
2
3
.19=12,667(m)
Vậy bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi với độ cao cần bảo vệ h
x
=11m
r

x20
=1,5.h(1-
x
h
0,8.h
)=1,5.19.(1-
11
0,8.19
)= 7,875 (m)
-Tính bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi:
Hai cột có chiều cao như nhau:
Phía 220kV:chiều cao cần bảo vệ h
x
=16,5m
+Xét 2 cột (2-3):khoảng cách giữa 2 cột a=50m
Ta có: h
0
=h-
a
7
=24,5-
50
7
= 17,357 (m)
17
h
x
=16,5(m) >
2
3

h
0
=
2
3
.17,357=11,571(m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x2-3
=0,75.h
0
(1-
x
0
h
h
)=0,75.17,357.(1-
16,5
17,357
)=0,643 (m)
+Xét 2 cột (3-6): khoảng cách giữa 2 cột là a=40 m
Ta có: h
0
=h-
a
7
=24,5-
40
7
= 18,786 (m)

h
x
=16,5(m) >
2
3
h
0
=
2
3
.18,786=12,524(m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x3-6
=0,75.h
0
(1-
x
0
h
h
)=0,75.18,786.(1-
16,5
18,786
)=1,714 (m)
Phía 110kV:chiều cao cần bảo vệ h
x
=11m
+Xét 2 cột (20-21): khoảng cách giữa 2 cột là a=50 m
Ta có: h

0
=h-
a
7
=19-
50
7
= 11,857 (m)
h
x
=11(m) >
2
3
h
0
=
2
3
.11,857=7,905(m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x20-21
=0,75.h
0
(1-
x
0
h
h
)=0,75.11,857.(1-

11
11,857
)=0,643 (m)
+Xét 2 cột (18-21): khoảng cách giữa 2 cột là a=40 m
Ta có: h
0
=h-
a
7
=19-
40
7
= 13,286 (m)
h
x
=11(m) >
2
3
h
0
=
2
3
.13,286=8,857(m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
18
r
x18-21
=0,75.h
0

(1-
x
0
h
h
)=0,75.13,286.(1-
11
13,286
)=1,714 (m)
+Xét 2 cột (15-18): khoảng cách giữa 2 cột là a=30 m
Ta có: h
0
=h-
a
7
=19-
30
7
= 14,714 (m)
h
x
=11(m) >
2
3
h
0
=
2
3
.14,714=9,809(m)

Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
r
x15-18
=0,75.h
0
(1-
x
0
h
h
)=0,75.14,714.(1-
11
14,714
)=2,785 (m)
Hai cột cột chiều cao khác nhau:
+Xét hai cột (10-13) với khoảng cách giữa 2 cột a=30m
Chiều cao cột cao h
10
=24,5m
Chiều cao cột thấp h
13
=19m.
Ta tính bán kính bảo vệ của từng cột cho độ cao 11 m. Cột 13 theo kết quả phần trên ta
tính được là r
x13
=7,875 m.
Ta tính cho cột 10.
- Bán kính bảo vệ của cột 10 là r
x10
.

Ta có:
h
x
= 11m <
10
2 2
h 24,5 16,33
3 3
× = × =
m. Nên:
Bán kính bảo vệ của cột 10 là:
r
x10
= 1,5.h(1-
x
h
0,8.h
)=1,5.24,5(1-
11
0,8.24,5
)= 16,125 m.
Bán kính bảo vệ của cột cao h
10
=24,5m cho độ cao cần bảo vệ là chiều cao của cột
thấp h
13
=19m.
Ta có: h
x
=h

10
=19m >
2
3
.24,5=16,33m
19
r
x
=0,75.h(1-
x
h
h
)=0,75.24,5.(1-
19
24,5
)=4,125 (m)
Ta có: a
’
= 30-4,125=25,875m

'
01013
h
=h
10
-
,
a
7
=19-

25,875
7
= 15,303(m)
h
x
=11(m) >
2
3
'
01013
h
=
2
3
.15,303=10,202 (m)
Vậy bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi có độ cao h
x
=11m là:
r
x10-13
=0,75.
'
01013
h
(1-
'
x
01013
h
h

)=0,75.15,303.(1-
11
15,303
)=3,227 (m)
Tính toán tương tự cho các cột còn lại ta co kết quả ghi trong bảng sau:
NHÓM CỘT CÓ ĐỘ CAO BẰNG NHAU
PHÍA 220KV h
x
= 16,5m
Cặp cột Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0
(m)
2
3
.h
0
(m)
r
0x

(m)
5-6 24,5 50 17,357 11,571 0,643
1-2 24,5 40 18,786 12,524 1,714
PHÍA 110KV h
x
= 11m

Cặp cột Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0
(m)
2
3
.h
0
(m)
r
0x

(m)
20-21 19 50 11,857 7,905 0,643
18-21 19 40 13,286 8,857 1,714
15-18 19 30 14,714 9,809 2,785
NHÓM CỘT CÓ ĐỘ CAO KHÁC NHAU h
x
= 11m
Cặp cột Độ cao cột
(m)
a
(m)
x
(m)
a’
(m)

h
0
’
(m)
r
0x

(m)
10-13 24,5-19 30 4,125 25,875 15,303 3,227

20
Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét trong phương án 2
1
4
7
10
13
14
15
9
6
3
2
5
11
8
16
17
18
19

21
20
1.714
1.714
0.643
2.785
1.714
0.643
1.714
3.227
R6.000
R7.875
R6.000
R7.875
1.714
R16.125
R7.875
R6.000
Kết luận.
Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra.
Tổng số cột là 21 cột, trong đó có 12 cột cao 24,5m và 9 cột cao 19m
Tổng chiều dài : L
1
= 12.(24,5 – 16,5) + 9.(19 – 11) =168 (m).
Tổng kết 2 phương án.
Cả hai phương án trên đều thỏa mãn nhu cầu kỹ thuật đề ra. Qua tính toán ta
thấy phương án A có chiều dài cột tính toán nhỏ hơn do vậy chi phí xây dựng cũng
nhỏ hơn vì vậy ta chọn phương án A làm phương án thiết kế.
21
CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV
2.1 YÊU CẦU KĨ THUẬT KHI NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP.
Nối đất là đem các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ bị tiếp xúc với dòng điện(hư
hỏng cách điện) nối với hệ thống nối đất. Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống
đất để dảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần
quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp. Tùy theo nhiệm vụ và hiệu quả mà hệ thống
nối đất được chia là ba loại.
- Nối đất làm việc.
- Nối đất an toàn.
- Nối đất chống sét.
*)Nối đất làm việc.
Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự là việc bình thường của thiết bị, hoặc một số bộ
phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ làm việc đã được quy định sẵn.
+ Nối đất điểm trung tính máy biến áp.
+ Hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất.
+ Nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù ngang trên
các đường dây cao áp truyền tải điện.
*)Nối đất an toàn.
Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện
nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phần kim loại không mang điện như vỏ máy,
thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại. Khi cách điện bị hư hỏng do lão hóa thì trên
các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhưng do nối đất nên điện thế này có giá trị nhỏ
không nguy hiểm cho người tiếp xúc.
22
*)Nối đất chống sét.
Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất khi sét đánh vào cột thu lôi hay
đường dây. Hạn chế hình thành và lan truyền của sóng điện áp do phóng điện sét gây nên.
Nối đất chống sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện thế giữa hai điểm bất kỳ trên cột
điện và đất. Nếu không, mỗi khi co sét đánh vào cột chống sét hoặc trên đường dây, sóng
điện áp có khả năng phóng điện ngược tới các thiết bị và công trình cần bảo vệ, phá hủy

các thiết bị điện và máy biến áp.
Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nhưng trong thực tế ta
chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải
đảm bảo yêu cầu của thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện
trở nối đất phải nhỏ.
Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của
nối đất tốt hơn an toàn. Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tổn kém do
vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được cả hai được cả hai yếu tố là đảm
bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế.
- Một số yêu cầu kỹ thuật của điện trở nối đất.
Trị số điện trở nối đất của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện áp
bược và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt quá giới hạn cho phép.
+ Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện trở nối
đất phải thỏa mãn : R ≤ 0,5 Ω.
+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì:
tt
250
R ( ).
I
≤ Ω
+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ thống nối
đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì :
tt
125
R ( ).
I
≤ Ω
23
+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thỏa mãn yêu cầu của
các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì không cần nối đất nhân tạo nữa. Còn nếu

điện trở nối đất tự nhiên không thỏa mãn đối với các thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch
chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số của điện trở nối đất
nhân tạo là: R ≤ 1 Ω. Thực tế dù R
TN
≤ 0,5 Ω thì vẫn phải nối đất nhân tạo vì R
TN
có thể
xảy ra biến động như đứt dây chống sét tại khoảng vượt gần trạm.
+ Trong khi thực hiện nối đất có thể tận dụng các hình thức nối đất sẵn có như các
đường ống và các kết cấu kim loại của công trình chộn trong đất… Việc tính toán điện
trở tản của các đường ống chon trong đất hoàn toàn giống với điện cực hình tia.
+ Vì đất là một trường không đồng nhất, khá phức tạp do đó điện trở suất của đất
phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần của đất như các loại muối, axit…chứa trong đất,
độ ẩm, nhiệt độ và điều kiện khí hậu. Ở Việt Nam khí hậu thay đổi theo từng mùa, độ ẩm
của đất cũng thay đổi theo dẫn đến điện trở suất của đất cũng biến đổi trong phạm vi
rộng. Do vậy trong tính toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở của đất dựa theo kết quả
đo lường thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cường an
toàn.
Công thức hiệ chỉnh như sau:
tt d mua
.kρ = ρ

Trong đó:
tt
ρ
là điện trở suất tính toán của đất.

d
ρ
là điện trở suất đo được của đất.

mua
k
là hệ số mùa của đất.
Hệ số
mua
k
của đất phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chộn sâu của điện cực.
2.2 CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT.
Điện trở suất đo được của đất
d
ρ
=100 Ωm.
Điện trở nối đất cột đường dây : R
c
= 6 Ω.
Dây chống sét sử dụng loại C-70 có điện trở đơn vị là r
0
= 2,38 Ω/km.
Chiều dài khoảng vượt đường dây:
24
Phía 220kV: l
220
= 300m.
Phía 110kV: l
110
= 300m.
Điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt là:
( )
( )

3
cs.220 o 220
3
cs.110 o 110
R r .l 2,38.300.10 0,714
R r .l 2,38.300.10 0,714
−
−
= = = Ω
= = = Ω
Số lộ trong trạm:
Trạm 220kV : n = 3 lộ.
Trạm 110kV : n = 5 lộ.
2.2.1 Nối đất an toàn.
Cho phép sử dụng nối đất an toàn với nối đất làm việc thành một hệ thống. Điện
trở nối đất của hệ thống là :
( )
TN NT
HT TN NT
TN NT
R .R
R R / /R 0,5
R R
= = ≤ Ω
+

Trong đó:
TN
R
: Điện trở nối đất tự nhiện.

NT
R
: Điện trở nối đất nhân tạo,
NT
R
≤ 1 Ω.
a/ Điện trở nối đất tự nhiên.
Nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống chống sét đường dây và cột điện 110kV và
220kV tới trạm.
Ta có công thức sau:
c
TN
c
cs
R
1
R .
n
R
1 1
2 R 4
=
+ +

Trong đó: n : là số lộ dây.
R
cs
:là điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt.
R

c
: là điện trở nối đất của cột điện.
25