Đồ án tốt nghiệp - Cao áp (P1) potx

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 1

Chương 1 :

HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG
CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm NMĐ -
đường dây - TBA và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó có phần tử có số lượng lớn
và khá quan trọng đó là các TBA, đường dây. Trong quá trình vận hành các
phần tử này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như mưa, gió,
bão và đặc biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét. Khi có s
ự cố sét đánh vào
TBA, hoặc đường dây nó sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới
việc ngừng cung cấp điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế quốc dân.
Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ an
toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho HTĐ.

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 dông 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 ta chỉ 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 dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là
giai đoạn phóng điện tiên đạo. T
ốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của
lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10
7
cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 2
tăng lên khoảng 2.10
8
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 môi 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 đi
ện 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 địên dẫn đồng nhất thì điểm này
nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạ
o. Còn nếu vùng đất có điện dẫn không
đồng nhất (có nhiều nơi có 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 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
công trình được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là ν và mật độ điện trườ
ng của
điện tích trong tia tiên đạo là δ thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và
trong đất sẽ là:
i
s
= ν. δ
Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có
trị số điện trở nhỏ không đáng kể).
Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên
độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến
vài trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt
của sét ứ
ng với giai đoạn phóng điện ngược (hình 1-1)
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 3
- 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.



ρ.
S
α.
S
ρ
.S
min

ρ
.S
min
H×nh 1-1 :
Sù biÕn thiªn cña dßn
g
diÖn sÐt theo thêi
g
ia
n


1.1.2 - Tình hình dông sét ở Việt Nam:

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét
khá mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có
một đặc điểm dông sét khác nhau :
+ Ỏ miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ÷ 110 ngày trong một năm và số
lần dông từ 150 ÷ 300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ÷ 3
cơn dông.
+ Vùng dông nhiều nhất trên miề
n Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ
250 ÷300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ÷ 110 ngày. Tháng nhiều dông
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 còn lại có từ 150 ÷ 200 cơn
dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 ÷ 100 ngày.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 4

+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới
80 ngày dông.
Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không
hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông 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 dông trong tháng 4, từ
tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất
(tháng 5) quan sát được 12 ÷ 15 ngày (Đà Nẵ
ng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16
ngày/tháng ), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10)
dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2 ÷ 5 ngày dông.
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông
nhất, thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng như Tuy Hoà
10ngày/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. Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền B
ắc đó là từ tháng 4 đến
tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày
dông đều quan sát được trung bình có từ 15 ÷ 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng
nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng như ở thành phố Hồ
Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày.
Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn,
tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở
Bắc Tây Nguyên, 10 ÷ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10
ngày, PLâycu 17 ngày.
Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng
1-1.
Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông
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 đòi hỏi các nhà thiết kế
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 5
phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành
kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy.

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 6
Bảng 1-1 : Số ngày dông trong tháng:

Tháng
Địa điểm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
C
ả nă
m
PHÍA BẮC
Cao bằng 0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94
Bắc Cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97
Lạng Sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90
Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112
Hồng Gai 0,1 0,0 1,7 1,3 10 15 16 20 15 2,2 0,2 0,0 87
Hà Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102
Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97
Lào Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93
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
Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107
Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97
Hà Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99

Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111
Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112
Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93
Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112
Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99
Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99
Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100
Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95
Con Cuông 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103
Đồng Hới 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70
Cửa Tùng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85
PHÍA NAM
Huế 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
Quy Nhơn 0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3
Nha Trang 0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2
Phan Thiết 0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0
Kon Tum 0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2
Playcu 0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1 90,7
Đà Lạt 0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1
Blao 1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2
Sài Gòn 1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138
Sóc Trăng 0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104
Hà Tiên 2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128


đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 7
1.2- ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN H.T.Đ VIỆT NAM:

- Như đã trình bày ở phần trước biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm
kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó.
Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không 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 v
ỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm
theo việc di chuyển trong không 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 ổ
n định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các
nhà máy điện làm việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới. Sóng sét còn 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 c
ố 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 vô 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 dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe do
ạ hoạt động của lưới
điện.
*Kết luận:

Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông
sét tới hoạt động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 8
điện và trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới
điện.


chương2:

TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY

Đường dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ dùng
điện. Đường dây là phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất so với các
phần tử khác trong HTĐ. Khi đường dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét
lớn tới mức làm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích
của cách điệ
n sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đường dây, buộc máy
cắt đầu đường dây phải tác động. Như vậy việc cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu
điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích của cách điện đường dây thì sóng
sét sẽ truyền từ đường dây vào trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng
tại trạm biến áp. Vì vậy bảo vệ chống sét cho đường dây phải xuất phát từ chỉ
tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện của đường
dây đó.
2.1- LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN.

2.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét.

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như ( hình 2-1 )

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 9

h
x
H×nh 2-1:
Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét d©
y
chèn
g
sÐ
t
1,2h
0,6h
h
x
h
0,2h
D©
y
chèn
g
sÐt

Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h
2
cũng được tính theo công thức
sau:
+ Khi h
x

> 2/3h thì b
x
= 0,6h (1-h
x
/h ) (2 – 1)
+ Khi h
x
≤ h thì b
x
= 1,2h (1- h
x
/0,8h (2 – 2)
Chiều dài của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đường dây như hình (2– 2 ).
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 10

C B
A
α
2
α
1
H×nh 2-2:
Gãc b¶o vÖ cña mét d©
y
chèn
g
sÐt.

Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc α

là α = 31
0
, nhưng trong thực
tế thường lấy khoảng α = 20
0
÷ 25
0
.
2.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây.

Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét )
là h, đường dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện của sét trên dải đất có
chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài đường dây (l). Từ số lần phóng điện
sét xuống đất trên diện tích 1 km
2
ứng với một ngày sét là 0,1÷0,15 ta có thể tính
được tổng số lần có sét đánh thẳng vào đường dây (dây dẫn hoặc dây chống sét).
N=(0,6÷0,9). h .10
-3
.l.n
ng.s
(2 – 3)
Trong đó:
+ h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét (m).
+ l: chiều dài đường dây (km ).
+ n
ng. s
:số ngày sét /năm trong khu vực có đường dây đi qua.
Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (I
s

) và độ dốc của
dòng điện (a = di
s
/dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả
các lần có sét đánh lên đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện. Chỉ có
phóng điện trên cách điện của đường dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 11
hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Khả năng phóng điện được biểu
thị bởi xác suất phóng điện ( V
p đ
). Số lần xảy ra phóng điện sẽ là:
N
pđ
= N. V
pđ
= ( 0,6÷0,9 ). h . 10
-3
. l . n
ng s
. V
pđ
. ( 2 – 4 )
Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 μs mà
thời gian của các bảo vệ rơle thường không bé quá một nửa chu kỳ tần số công
nghiệp tức là khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên cách điện
là đường dây bị cắt ra. Đường dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kích
trên cách điện trở thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm vi
ệc của đường dây đó.
Xác suất hình thành hồ quang (η ) phụ thuộc vào Gradien của điện áp làm

việc dọc theo đường phóng điện :
η = ƒ(E
lv
) ; E
lv
= U
lv
/l
pđ
(kV/m ).
Trong đó:
+ η: xác suất hình thành hồ quang.
+ U
lv
: điện áp làm việc của đường dây ( kV ).
+ l
pđ
: chiều dài phóng điện ( m).
Do đó số lần cắt điện do sét của đường dây là:
N
cđ
= N
pđ
. η. = (0,6÷0,9). h. n
ng .s
. V
pđ
. η. (2 – 5)
Để so sánh khả năng chịu sét của đường dây có các tham số khác nhau, đi
qua các vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau người ta tính trị số " suất

cắt đường dây" tức là số lần cắt do sét khi đường dây có chiều dài 100km.
n
cđ
= ( 0,06÷0,09). h. n
ng s
. V
pđ
.η. (2 – 6)
Đường dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau:
+ Sét đánh thẳng vào đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột.
+ Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
+ sét đánh vào khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột.
Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đường dây gây quá điện áp cảm ứng
trên đường dây, nhưng trường hợp này không nguy hiểm bằng ba trường hợp
trên. Khi đường dây bị sét
đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng lượng
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 12
của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đường dây với ba
trường hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đường dây.
n
cđ
= n
c
+ n
kv
+ n
dd
( 2 – 7)
Trong đó:

+ n
c
: số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột.
+n
kv
: số lần cắt do sét đánh vào khoảng vượt.
+ n
dd
: số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn.
2.1.2.1 - Các số liệu chuẩn bị cho tính toán.

Đường dây tính toán l = 150km. (Ninh Bình – Hà Đông)
Xà đỡ kiểu cây thông, lắp trên cột bê tông đơn.
Dây chống sét treo tại đỉnh cột.
Dây dẫn được treo bởi chuỗi sứ Π- 4,5 gồm 7 bát sứ, mỗi bát sứ cao170mm.
Dây chống sét dùng dây thép C-70 có d = 11mm ; r = 5,5mm.
Dây dẫn dùng dây AC-120mm có d = 19mm; r = 9,5mm.
Khoảng vượt là 150m.
2.1.2.2 - Xác định độ treo cao trung bình của dây chống sét và dây dẫn.
Độ treo cao trung bình của dây được xác định theo công thức:
h
dd
= h – 2/3f . (2 – 8)
Trong đó:
+ h: độ cao của dây tại đỉnh cột hay tại khoá néo của chuỗi sứ.
+ f: độ võng của dây chống sét hay dây dẫn.
f
dd
= γ. l
2

/ 8. σ. (2 – 9)
γ = p/s =492/120. 1000 = 0,0041.
(p : khối lượng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây AC-
120 , s= 120 mm
2
.)
σ : hệ số cơ của đường dây ở nhiệt độ trung bình , σ = 7,25.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 13

16,2m
12m
1,5m
3m
3m
C
B
A
9,0m
1,2m
1,75m
H×nh 2-3:
§é cao d©
y
chèn
g
sÐt vμ d©
y
dÉ
n

.

l: chiều dài khoảng vượt của đường dây = 150m.
f
dd
= 0,0041.150
2
/8. 7,25 = 1,5905 m ≈ 1,6 m ở đây ta lấy f
dd
= 1,8 m.
f
cs
= 1,5 m.
Độ treo cao trung bình của dây dẫn theo (2-9) là:
h
dd
cs
= h
cs
– 2/3 f
cs
= 16,2 – 2/3.1,5 = 15,2m.
h
dd
tbA
= h
dd
A
– 2/3 f
dd

= 12 – 2/3. 1,8 = 10,8 m.
h
dd
tbB
= h
dd
B
– 2/3 f
dd
= 9 – 2/3. 1,8 = 7,8 m.
2.1.2.3- Tổng trở sóng của dây chống sét và dây dẫn.

Z
dd
= 60.ln (2.h
dd
/ r). ( 2 – 10 )
Z
dd
A
= 60. ln [ ( 2. 10,8) / (9,5. 10
-3
) ] = 463,75 Ω.
Z
dd
B
= 60. ln [ ( 2. 7,8 ) / ( 9,5. 10
-3
) ] = 444,22 Ω.
Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang và khi không có

vầng quang.
+ Khi không có vầng quang:
Z
d
cs
=60. ln [ ( 2. 15,2 ) / ( 5,5. 10
-3
)] = 517 Ω
+ Khi có vầng quang, ta phải chia Z
d
cs
cho hệ số hiệu chỉnh vầng quang.
λ = 1,3 ( tra bảng 3-3 sách hướng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp).
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 14
Z
dvq
cs
= Z
d
cs
/ λ = 517/1,3 = 397,69 Ω.
2.1.2.4 - Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn chống sét với các dây pha.

Công thức (2 – 11) được xác định theo hình (2 – 4).

2'
h
2
D

12
1 (A;B;C)
d
12
2
H×nh 2-4:
PhÐ
p
chiÕu
g
−¬n
g

q
ua mÆt ®Ê
t
.


)(
r
h
ln
d
D
ln
K 112
2
2
2

12
12
−=

Trong đó:
+ h
2
: độ cao trung bình của dây chống sét.
+ D
12
: khoảng cách giữa dây pha và ảnh của dây chống sét.
+ d
12
: khoảng cách giữa dây chống sét và dây pha.
+ h
1
: độ cao trung bình của dây dẫn pha.
+ λ: hệ số hiệu chỉnh vầng quang (λ = 1,3)
Theo kết quả tính trước ta có:
h
dd
A
= 10,8m ; h
dd
B
= h
dd
C
= 7,8m ; h
dd

cs
= 15,2m.
Áp dụng định lý Pitago ta có khoảng cách từ dây chống sét đến các dây pha
và từ dây pha đến ảnh của dây chống sét như hình ( 2 – 5).
Với pha A:
ỏn tt nghip K thut in cao ỏp
Trn T Bỡnh - HT.K35 Trang 15
m,,,)IA()ID(d 4645124
2222
12
=+=+=

D

'
K
B
C
1,75m
A
D
4
,
2m
12m
9m
16,2m
16
,
2m

K
1,5m
Hình 2-5:
Xác định khoản
g
cách theo
p
hé
p
chiếu
g
ơn
g

q
ua mặt đất.


m,,)IE()IA(D 046242451
2222
12
=+=+=

Vi pha B,C:

m,,,)IB()ID(d 41775127
2222
12
=+=+=

m,,)IE()IB(D 081818751
2222
12
=+=+=

H s ngu hp gia pha A v dõy chng sột : ỏp dng cụng thc (2 11):

197680
1055
2152
464
524
3
,
.,
,.
ln
,
,
ln
K ==


Khi cú vng quang: K
A-cs
vq
= K
A-cs
. = 1,3. 0,19768 = 0,257.

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 16
Hệ số ngẫu hợp pha B (hoặc pha C )với dây chống sét:

10
1055
2152
417
0818
3
,
.,
,.
ln
,
,
ln
KK
csCcsB
===
−
−−

Khi có vầng quang :
1303110 ,,.,KK
vq
csC
vq
csB
===

−−

2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét.
Từ hình (2 – 2 ) ta có:
0
65193570
24
51
,,
,
,
tg
AA
=α⇒==α

0
66132430
27
751
,,
,
,
tgtg
CBCB
=α=α⇒==α=α

2.1.2.6- Số lần sét đánh vào đường dây.
Áp dụng công thức (2-4) với l = 100km ; h
dd
cs

= 15,2 m ; n
ng.s
= 70ngày/ năm
; mật độ sét = 0,15. Ta có:
N = 0,15. 6 . 15,2. 70. 100. 10
-3
= 96 lần/ 100km. năm.
Từ cơ sở lý thuyết và các kết quả trên ta tiến hành tính toán suất cắt cho
đường dây với ba khả năng đã nêu đối với đường 110kV.
2.2 - TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÒNG
QUA DÂY CHỐNG SÉT VÀO DÂY DẪN.

Đường dây có U ≥ 110kV được bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn có
những trường hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn. Tuy xác suất
này nhỏ nhưng vẫn được xác định bởi công thức sau:
4
90
h
Vlg
cs
−
α
=α
(2-15)
Trong đó:
α: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ).
h
cs
: chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m).
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 17
Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn là I
S
/4, vì mạch của khe sét sẽ
được nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số như hình (2 – 6 )


Z
dd
/2 Z
dd
/ 2
I
s
/ 4 I
s
/4
I
s
/ 2
I
s
Z
0
H×nh (2 – 6):
Dßn
g
®iÖn sÐt khi sÐt ®¸nh vμo d©
y
dÉn.

Có thể coi dây dẫn hai phía ghép song song và Z
dd
= (400÷500) Ω nên dòng
điện sét giảm đi nhiều so với khi sét đánh vào nơi có nối đất tốt. Ta có dòng điện
sét ở nơi đánh là:

)(
I
Z
Z
Z
II
s
dd
s
132
2
2
0
0
−≈
+
=

Z
0
: Tổng trở sóng của khe sét.
Điện áp lúc đó trên dây dẫn là:

4
Z.I
U
dds
dd
= (2-14)
Khi U
dd
≥ U
50%
s
của chuỗi sứ thì có phóng điện trên cách điện gây sự cố
ngắn mạch 1 pha N
(1 )
từ ( 2 – 14) ta có thể viết:

s
%
dds
U
Z.I
50
4
≥
Hay độ lớn của dòng điện sét có thể gây nên phóng điện trên cách điện là:
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 18

dd
s

%
s
Z
U
I
50
4
≥

Ta có xác suất phóng điện trên cách điện là:

)152(eeV
dd
s
%50
s
Z.1,26
U.4
1,26
I
pd
−==
−
−

Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:
N
α
= N. V
α

(2 – 16)
Trong đó:
N: tổng số lần phóng điện sét của 100 km đường dây đã được xác định tại
mục 2.1.4 là: 96 lần / 100km. năm.
V
α
: Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn được xác định
theo ( 2 – 12)
Xác suất hình thành hồ quang
η phụ thuộc vào gradien của điện áp làm việc
dọc theo đường phóng điện ( E
lv
):
)172()m/kV(
l
U
E
pd
lv
lv
−=

+ l
pđ
: Chiều dài đường phóng điện lấy bằng chiều dài chuỗi sứ ( m ).
+ U
lv
: Điện áp pha của đường dây.

)m/kV(,

,.
E
lv
952
213
110
==

Dựa vào bảng (21 – 1) sách “giáo trình kỹ thuật điện cao áp” vẽ đồ thị và
bằng phương pháp nội suy ta có:
η = 0,63
Bảng 2 – 1: Xác định hình thành hồ quang:

)m/kV(
l
U
E
pd
lv
lv
=



50

30

20

10
η (đơn vị tương đối)

0,6 0,45 0,25 0,1

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 19
Ta có suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:
n
dd
= Nv
α
. v
pđ
η (2 – 18)


η
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
60
50
40
30
20
10
0
E
lv
(kV/m)
H×nh (2 – 7):

néi suy ®Ó x¸c ®Þnh
η

Từ ( 2 – 18) ta thấy v
α
và v
pđ
đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ cao
dây dẫn và góc bảo vệ
α, độ cao dây dẫn tăng hoặc α tăng đều làm cho n
dd
tăng,
vậy ta chọn pha A là pha có góc bảo vệ
α lớn nhất và h
dd
A
lớn hơn so với pha B
và pha C để tính suất cắt cho đường dây.
Pha A có
α
A
= 19,65
0
; h
dd
A
= 10,8m.
Z
dd
A

= 463,75 Ω ; h
cs
= 16,2m.
Thay các số liệu trên vào công thức ( 2 – 12 ) ta có:

3
1075601234
90
2166519
−
=α⇒−=−=α .,V,
,.,
Vlg

Xác suất phóng điện trên cách điện pha A theo công thức ( 2 – 15 )

8040
75463126
6604
126
4
126
50
,eeeV
,.,
.
Z.,
U.
,
I

pd
dd
s
%
s
====
−
−
−

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 20
U
50%c
= 660kV đối với đường dây 110kV [ tra bảng ( 9 – 5) Kỹ thuật điện
cao áp ].
Thay số vào (2 – 18 ) ta có:
n
dd
= 96. 0,756.10
-3
. 0,804. 0,63. = 0,03676 lần / 100km. năm.
2.3- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY 110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO
KHOẢNG VƯỢT.

Theo sách “hướng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp” thì số lần sét đánh vào
khoảng vượt là:
N
kv
= N / 2 ( 2 – 19)

Trong đó: N là số lần sét đánh vào đường dây đã được tính ở trên mục
(2.1.4) N = 96 lần / 100km. năm.
Vậy N
kv
= 96 / 2 = 48 lần / 100km. năm.
Trong 48 lần sét đánh vào khoảng vượt thì xác suất hình thành hồ quang khi
phóng điện đã được xác định tại mục [ 2.2 ] bằng phương pháp nội suy trên hình
(2-7) được η = 0,63. Suất cắt của đường dây 110kV do sét đánh vào khoảng
vượt như sau:
n
kv
= N
kv
. V
pđ
. η (2 – 20)
Để tính V
pđ
ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện của đường
dây.
2.3.1- Phương pháp xác định Vpđ.
Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ I
s
= a. t.
Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đường dây gồm hai thành phần:
lvcdcd
U)a,I(U)t(U
+
′
=

Trong đó:
+
:)a,I(U
cd
′
là thành phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ
thuộc vào biên độ (I) và độ dốc sét (a).
+ U
lv
: điện áp làm việc của đường dây
Xác suất các dòng điện sét có biên độ I ≥ I
s
và độ dốc a ≥ a
s
là:
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 21

)
,
a
,
I
(
a,I
ss
eV
910126
+−

=
(2 – 22)
Tại thời điểm t
i
nào đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc bằng điện áp
chịu đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính vôn – giây (V- S) của chuỗi
sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra:

⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
=
=+
′
=
iii
ipdlviicdicd
t.aI
)t(UU)a;I.(U)t(U
( 2 – 23)
U
pđ
(t
i
) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V – S ) tại t
i
.

Do coi dòng điện có dạng I = a. t thì thành phần U
cđ
'
(I,a) tỷ lệ với độ dốc a.
có thể đặt: U
cđ
'
(I,a) = Z.a (2 – 24)
Vậy: U
pđ
(t
i
) = Z.a
i
+ U
lv
(2 – 25)
Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm a
i
tại thời điểm t
i
:

Z
U)t(U
a
lvipd
i
−
=

(2 – 26)
Z là hằng số đối với I và a nên có thể tính được:

a
U)t(U
Z
lvipd
−
= (2 – 27)
Từ ( 2 – 26 ) và ( 2 – 27 ) ta có:

a
)t(U
U)t(U
a
icd
lvipd
i
′
−
=

Mặt khác ta có :
iii
t.aI =

Dựa vào các cặp (I
i
,a
i

) vẽ đường cong nguy hiểm hình (2 – 8)
( 2 – 28 )
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 22
MiÒn n
g
u
y
hiÓm
I
a
H×nh (2 – 8):
§−ên
g
con
g
n
g
u
y
hiÓ
m

Xác suất phóng điện được tính theo xác suất xuất hiện ở miền bên phải phía
trên đường cong nguy hiểm ở hình (2 – 8)
Từ đường cong nguy hiểm ta có thể xác định được:

∫
=
1

0
aipd
dV.VV
, với:
910126 ,
a
a
,
I
i
ii
eV;eV
−
−
==
Bằng phương pháp gần đúng và tuyến tính hoá đường cong nguy hiểm chia
đường cong thành: n = ( 10
÷ 15 ) khoảng, ta có:

∑
=
Δ=
n
i
aIpd
ii
V.VV
1

Sau khi xác định được V

pđ
, thay số vào ( 2 – 20 ) ta có suất cắt do sét đánh
vào khoảng vượt của đường dây 110kV.
2.3.2- Trình tự tính toán.
Để đơn giản hoá trong tính toán, coi như sét đánh vào khoảng giữa của dây
chống sét trong khoảng vượt, khi đó dòng điện sét được chia đều cho hai phía
của dây chống sét như hình (2 – 9 ).
( 2 – 29 )
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 23
a.t/2
a.t/2
H×nh (2 – 9) :
SÐt ®¸nh vμo d©
y
chèn
g
sÐt
g
i÷a kho¶n
g
v−ît.
R
C
R
C
R
C

Như giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc:

⎢
⎣
⎡
τ≥τ
τ<
=
dsds
ds
s
t nÕu.a
t nÕut.a
I

Ta sẽ tính toán I
s
ứng với các giá trị trong bảng (2 – 1) sau đây:
a(kA /
μs)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t (μs)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Điện áp trên dây chống sét tại đỉnh cột có trị số U
cs
là:
()
cccccccs
Lt.R
a
L

a
R
t.a
d
t
t.a
d
.LR
t.a
U +=+=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
222
2
2

Trong đó:
+ R
c
: điện trở nối đất cột
+ L
c
: điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét.
L
c

= h
cs
. L
0

L
0
: điện cảm đơn vị dài của cột ( L
0
= 0,6 μH/m )
Với h
cs
= 16,2m ta có L
c
=16,2.0,6 = 9,72 μH
Điện áp trên dây dẫn là U
dd
có kể đến ảnh hưởng của vầng quang:
U
dd
= - K
vq
.U
cs
+ U
lv
Trong đó:
+ U
lv
là điện áp trung bình của pha.

( 2 – 30 )
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 24

kV,
,
U
.U.
dt.t.sin.U.
U
lv
lv
1757
3
2
110
143
2
3
22
3
21
0
==
π
=
ω
π
=
∫

π

K
vq
: hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha với dây chống sét có kể đến ảnh hưởng
của vầng quang.
Điện áp đặt trên chuỗi cách điện là tổng đại số của U
dd
và U
cs
:
U
cđ
= U
cs
+ U
dd
= U
cs
- K
vq
. U
cs
+ U
lv
( 2 – 31 )
U
cđ
= U
cs

. (1- K
vq
) + U
lv


()
(
)
lvvqcccd
UK.Lt.R.
a
U +−+= 1
2

Từ biểu thức ( 2 – 32 ) ta thấy khi K
vq
nhỏ thì U
cđ
lớn do vậy theo tài liệu
“hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp” thì khi tính toán phải tính với pha có hệ
số ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục ( 2.1.3.3 ) ta có:
1302570 ,KK;,K
vq
csC
vq
csB
vq
csA
===

−
−
−

Ta tính U
cđ
với K
vq
= 0,13; R
c
= 20 Ω.
U
cđ
= a/2. (20. t + 9,72 ). (1- 0,257) + 57,17 (kV)
Cho các giá trị a khác nhau ta tính được điện áp đặt lên chuỗi cách điện của
đường dây như trên bảng ( 2 – 2 )
Bảng ( 2 – 2 ):
Giá trị U
cđ
khi sét đánh vào khoảng vượt, khi độ dốc a thay
đổi và ở các thời điểm khác nhau với R
c
= 20
Ω


a
t
12345678910
10 168 242 316 390 465 539 613 688 762 836

20 278 427 575 724 872 1021 1170 1318 1467 1615
30 388 611 834 1057 1280 1503 1726 1949 2172 2394
40 499 796 1093 1390 1688 1985 2282 2579 2876 3174
50 609 981 1352 1724 2095 2467 2838 3210 3581 3953
60 720 1165 1611 2057 2503 2949 3394 3840 4286 4732
70 830 1350 1870 2390 2910 3431 3951 4471 4991 5511
80 940 1535 2129 2724 3318 3912 4507 5101 5696 6290
90 1051 1720 2388 3057 3726 4394 5063 5732 6400 7069
100 1161 1904 2647 3390 4133 4876 5619 6362 7105 7848

( 2 – 32 )
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 25
100

80

60

40

20

0
Từ các giá trị trên ta vẽ đường U
cđ
= f(t) và a, trên hình vẽ còn thể hiện
đường đặc tính (V- S) của chuỗi cách điện
Đường đặc tính vôn – giây (V – S) của chuỗi cách điện sẽ cắt các hàm U
cđ

=
f(a; t; R
c
) tại các vị trí mà từ đó ta có thời gian xảy ra phóng điện trên chuỗi sứ
như hình (2 – 11).
Đặc tuyến vôn – giây (V-S) của chuỗi sứ được tra trong bảng 25 sách hướng
dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Bảng ( 2 – 3 ):
Đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện
t(μs)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
U
pđ
(kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795

Từ các giá trị trên ta vẽ được đường f(t) và a, trên hình vẽ này còn thể hiện
đường đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện. Ta có đồ thị hình (2 – 11)
Từ đồ thị hình (2 – 10 ) ta có:
t
i
= 0,53; 0,61; 0,73; 0,88; 1,13; 1,42; 1,95; 2,9; 4,88; 11,9
Tại thời điểm phóng điện t
i
tương ứng các độ dốc đầu sóng a
i
ta có trị số sét
nguy hiểm: I
i
= a
i

. t
i
, từ cặp số của (I ; a) ta vẽ được đường cong thông số
nguy hiểm hình (2 – 10).









Miền n
g
u
y
hiểm
I (kA)
MIỀN NGUY HIỂM