Đồ án tốt nghiệp - Cao áp (P2) pps

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trang 7
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
Trang 8

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
Trang 9

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
Trang 10
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
Trang 11
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
Trang 12

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
Trang 13
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:
N TT NGHIP K thut in cao ỏp
Trang 14
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
Trang 15
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
Trang 16
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
Trang 17

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
Trang 18
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
Trang 19
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
Trang 20

)
,
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
Trang 21
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

Trang 22
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
Trang 23

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
Trang 24
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
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trang 25

10 20 30 40 50 60 70 80 90
a (kA/μs)
Hình(2 –10):
Đường cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng
vượt.

Trong hình 2-11 dưới đây ta lưu ý các điểm sau :
- Xác suất phóng điện V
pđ
là xác suất mà tại đó có các cặp thông số (I
i
;a
i
)
thuộc miền nguy hiểm

{
}
N)I;a(PV
pd
∈=

- Các cặp số (I
i
; a
i
) nằm trong miền giới hạn nguy hiểm thì sẽ xảy ra phóng
điện. Do đó xác suất phóng điện trên cách điện chính là xác suất để cho cặp số
(I
i
; a
i
) thuộc miền nguy hiểm.
dV
pđ
= P (a ≥ a
i
) P (I ≥ I
i
). ( 2 – 33 )
Trong đó:
+ P(I ≥ I
i
): là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn giá trị dòng điện I
i
nào đó.

+ P(a ≥ a
i
): là xác suất để cho độ dốc a lớn hơn giá trị a
i
nào đó để gây ra
phóng điện

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trang 26

Hình 2–11:
Điện áp đặt lên cách điện của đường dây khi sét đánh vào
khoảng vượt U
cđ
(a,t) với R
c
= 20
Ω
và đặc tính vôn – giây (V-S)
của chuỗi cách điện U
pđ
(t).

+ P(a ≥ a
i
) = P( a
i
– da ≤a≤ a
i
+ da ) = dVa
Với:
()
i
,
a
a
aaPeV
i
≥==

−
910

Thay vào biểu thức ( 2 – 34 ) được:
dV
pđ
= V
i
.dV
a


∫
=⇒
1
0
aIpd
dV.VV
Bằng phương pháp sai phân xác định được:
0 1 2 3 4 5

5000





4000

3000





2000





1000





0
Đặc tính (v-s)
12345
a=90kA
/
μ
s
a=20kA/μs
a=30kA

/
μ
s
a=100kA/
μ
s
a=10kA/
μ
s
a=40kA
/
μ
s
a=50kA/
μ
s
a=60kA/
μ
s
a=70kA/
μ
s
a
=
80kA/
μ
s
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trang 27
∑

Δ=
=
n
1i
aiIipd
VVV
Với :
9,10
a
a
1,26
I
I
ii
eV;eV
−−
==
Do trong tính toán về đường cong thông số nguy hiểm ta chỉ tính với 10 giá
trị của a và I nên phải tiến hành ngoại suy để phủ kín các giá trị của chúng.
Ta được các kết quả như bảng (2 – 4 ). Tính được V
p.đ
= 0,00767.
2.3.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vào khoảng vượt đường dây tải điện
110kV.

Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt được xác định theo công thức:
n
kv
= N
kv

. V
pđ
. η (lần / 100km. năm ) ( 2 – 35 )
N
kv
= N/ 2 = 96/ 2 = 48
Vậy: n
kv
= 48. 0,00767. 0,63 = 0,204 ( lần / 100km. năm )
2.4- TÍNH SUẤT CẮT CỦA ĐƯỜNG DÂY110KV DO SÉT ĐÁNH VÀO
ĐỈNH CỘT HOẶC LÂN CẬN ĐỈNH CỘT.

Đối với đường dây có dây chống sét bảo vệ, phần lớn thì sét đánh vào dây
chống sét ở khoảng vượt và đánh vào khu vực đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột. Để
đơn giản ta xét trường hợp sét đánh ngay đỉnh cột như hình (2 – 12 ):











( 2 – 34 )
i
c
i

c

I
cs
I
cs
I≈0
i
c

R
c
R
c
R
c
Hình 2-12 : Sét đánh đỉnh cột đường dây có dây chống sét bảo vệ .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trang 28
2.4.1- Lý thuyết tính toán.
Khi sét đánh vào đỉnh cột đường dây có treo dây chống sét, đa số dòng điện
sét sẽ đi vào đất qua bộ phận nối đất của cột, phần còn lại theo dây chống sét đi
vào các bộ phận nối đất của các cột lân cận.
Điện áp trên cách điện của đường dây khi sét đánh vào đỉnh cột có treo dây
chống sét là:

lvcs
d
cu
is

dd
iC
dd
ccccd
U)t(kU)t(U
d
t
d
)t(M
d
t
d
LRi)t(U
+−+++=
Trong biểu thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện gồm:
+ Thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng sét
đi trong cột gây ra:
d
t
d
LRi
ic
dd
ccc
+

+Thành phần điện của điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm
giữa dây dẫn và kênh sét gây ra:
d
t

d
)t(M
is
dd
+

+Thành phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn do hỗ cảm
giữa dây dẫn và kênh sét gây ra:
d
cu
U+

+Thành phần điện áp do dòng điện đi trong dây chống sét gây ra, k là hệ
số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét : kU
cs

+Điện áp làm việc trung bình của đường dây : U
lv

Dấu trừ (-) thể hiện điện áp này ngược dấu với thành phần điện áp khác
trong công thức (2 – 36).Vì vậy thành phần này làm giảm điện áp trên cách điện
khi bị sét đánh.
2.4.1.1- Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do
dòng điện sét đi trong cột gây ra.
Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột do dòng điện
sét đi trong cột và điện áp trên dây chống sét liên quan với nhau vì chúngphụ
( 2 – 36 )
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trang 29
thuộc vào điện áp đi trong cột và dây chống sét. Để tính toán các thành phần này

có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét. Ta chia làm hai
trường hợp:
a/ Trường hợp 1: Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên trở về:
v
l.
t
kv
2
≤

Trong đó :
+ l
kv
: là chiều dài khoảng vượt
+ν = c. β với: c là tốc độ ánh sáng ;
β: tốc độ phóng điện ngược tương đối của dòng sét.
Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét như hình ( 2 – 13 )








Hình ( 2 – 13 )
: Sơ đồ tương đương mạch đẫn dòng sét khi chưa có sóng
phản xạ tới
Trong sơ đồ dòng sét được coi như một nguồn dòng, còn thành phần từ của
điện áp cảm ứng trên dây chống sét như một nguồn áp.

M
cs
là hỗ cảm giữa kênh sét và mạch vòng " dây chống sét - đất ".

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
Δ
Δ
−
β+
+
= 1
h
H
ln
h2
h
H).1(
Ht.v
ln.h.2,0)t(M
cs
cs
cs

(2-37)
Trong đó:
+h
cs
: độ cao dây chống sét ; h
dd
: độ treo cao của dây dẫn ;
h
c
: độ cao của cột.
i
c
i
cs
i
cs
i
s
2
vq
cs
Z

dt
di
tM
s
cs
).(
2i

cs
R
c
cs
c
L
i
s
i
c

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trang 30
+H = h
dd
+ h
cs
;
+Δh = h
c
- h
dd
;
+β : tốc độ phóng điện ngược tương đối của dòng sét. Theo sách hướng
dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có β = 0,3.
+ν = β.c với c là tốc độ ánh sáng c = 3.10
8
m/s = 300m/μs
+L
c

cs
; L
c
dd
: là điện cảm của cột từ mặt đất tới dây chống sét hoặc dây
dẫn.

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
Δ
Δ
+= 1
h
H
ln
h2
h
r
H2
lnh.2,0L
ddtd
dd
dd

c
( 2 – 38 )
Khi tính cho dây chống sét ta chỉ việc thay h
dd
bởi h
cs
r
td
: Bán kính tương đương của dây tiếp địa từ cột xuống cọc nối đất chính là
dây dẫn dòng sét trong thân cột.
Từ sơ đồ thay thế dây chống sét được biểu thị bởi tổng trở sóng của dây
chống sét, có xét đến ảnh hưởng của vầng quang. Từ sơ đồ hình ( 2 – 13 ) ta viết
hệ phương trình như sau:
Phương trình mạch vòng(*)
Phương trình thế nút(**)

⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
==+
=+++
(**)t.aiii
(*)

Z
.i)t(M.a
dt
di
.LR.i
scsc
vq
cs
scs
c
cs
cc
2
0
2
2

Giải hệ phương trình nàyđược kết quả là:

⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
α
−−=
1

2
vq
cs
cs
vq
cs
vq
cs
c
Z
)t(Mt.Z
Z
a
)t(i (2 – 39 )

c
vq
cs
vq
csc
cs
c
c
vq
cs
R.Z
Z.a
dt
di
L.

R.Z
2
2
2
1
+
=
+
=α

Tổng trở sóng của dây chống sét Z
cs
được xác định bởi:
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kỹ thuật điện cao áp
Trang 31

cs
tb
cs
cs
r
h.
ln.Z
2
60
=
(2 – 40 )
Trong đó:

2

3
2
ds
r
fhh
cs
cscs
tb
cs
=
−=

Điện áp giáng trên dây chống sét U
cs
(t) =i
cs
(t).Z
cs
b/ Trường hợp 2: Khi có sóng phản xạ từ cột bên trở về: t > 2l
kv
/ v:
Trường hợp này tính chính xác phải áp dụng phương pháp đặc tính, ở đây để
đơn giản ta tính gần đúng tức là có thể thay dây chống sét bằng điện cảm tập
trung nối tiếp với điện trở của đất của hai cột bên cạnh như hình ( 2 – 14 )
2i
cs
2
cs
L
d

t
d
i
t
M
s
cs
).(
2i
cs
R
c
cs
c
L
i
s
i
c
2
cs
R

Hình 2–14:
Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ
tới
L
cs
: là điện cảm của một khoảng vượt dây chống sét khong kể đến ảnh
hưởng của vầng quang.

c
i.Z
L
kvcs.o
cs
=

Trong đó: + Z
o.cs
: là tổng trở sóng của dây chống sét không kể đến ảnh
hưởng của vầng quang .
+ l
kv
: chiều dài khoảng vượt
+ c : tốc độ ánh sáng c =300/
μs
( 2 – 41 )