ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 110KV VÀ ĐƯỜNG DÂY 110KV Giáo viên hướng dẫn NGUYỄN MINH CHƯỚC (ĐỀ 1)

n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 1
Chơng mở đầu :
hiện tợng dông sét và ảnh hởng của dông sét đến hệ
thống điện việt nam
MĐ.1.Hiện tợng dông sét
Dông sét là một hiện tợng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi
khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km).
Hiện tợng 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 tợng phóng điện này gây nhiều
trở ngại cho đời sống con ngời.
Các đám mây đợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cờng độ
điện trờng lớn sẽ hình thành dòng 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 1,5.10
7
cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ 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 lợt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là môi trờng Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia đợc 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 đợc phân bố khá đều dọc theo
chiều dài tia xuống mặt đất. Dới tác dụng của điện trờng của tia tiên đạo, sẽ có
sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình

hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay
ở phía dới đầu tia tiên đạo. 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.
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 2
Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đờng sức nối liền giữa đầu tia tiên
đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và nh vậy địa điểm sét đánh trên mặt
đất đã đợc định sẵn.
Do vậy để định hớng 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 đợc dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngợc là và mật độ điện trờng của điện
tích trong tia tiên đạo là thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất
sẽ là:
i
s
= .
Công thức này tính toán cho trờng 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 ứng
với giai đoạn phóng điện ngợc (hình M-1)
- Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí
quyển và gây hậu quả nghiêm trọng nh đã trình bày ở trên.
T (às)
I(kA
)
t

I
max
Hình M-1
:
Sự biến thiên của dòng diện sét theo thời gian
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 3
Việt Nam là một trong những nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ dông sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nớc Việt nam có một đặc
điểm dông sét khác nhau :
+ ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ữ 110 ngày trong một năm và số
lần dông từ 150 ữ 300 lần nh vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ữ 3 cơn
dông.
+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ
250 ữ 300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ữ 110 ngày. Tháng nhiều dông nhất
là các tháng 7, tháng 8.
+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thờng là khu vực chuyển tiếp giữa vùng
núi và vùng đồng bằng, số trờng hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên
đến 100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ữ 200 cơn dông mỗi năm,
tập trung trong khoảng 90 ữ 100 ngày.
+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dới 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 tơng 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 đợc 12 ữ 15 ngày (Đà Nẵng 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 ữ 5 ngày dông.

Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất,
thờng chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng nh 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 ữ 140
ngày/năm, nh 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 Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng 11
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 4
trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông đều
quan sát đợc trung bình có từ 15 ữ 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông
nhất trung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng nh 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 đợc khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây
Nguyên, 10 ữ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu
17 ngày.
Ta thấy Việt Nam là nớc phải chịu nhiều ảnh hởng của dông sét, đây là điều
bất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu t nhiều vào các thiết bị
chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế 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.
MĐ.2- ảnh hởng của dông sét đến hệ thống điện việt nam:
- Nh đã trình bày ở phần trớc 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 vỡ và chảy ra nh nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong
không gian lợng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trờng rất mạnh, đây là nguồn
gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử , ảnh hởng của nó rất rộng, ở cả
những nơi cách xa hàng trăm km.

- Khi sét đánh thẳng vào đờng dây hoặc xuống mặt đất gần đờng dây sẽ sinh
ra sóng điện từ truyền theo dọc đờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách
điện của đờng dây. Khi cách điện của đờng dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn
mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đờng dây
phải làm việc. Với những đờng dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có
thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm
việc không nhanh có thể dẫn đến rã lới. Sóng sét còn có thể truyền từ đờng dây
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 5
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 tơng đơng 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 vô cùng lớn.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố
lới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lới
điện.
*Kết luận:
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hởng của dông sét
tới hoạt động của lới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lới điện và
trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lới điện.
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 6
Chơng i:
Bảo Vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp Vào
Trạm Biến áp 110/35 kV
1.1. Khái niệm chung:
Trong hệ thống điện trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng thực hiện
nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét
đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làm

hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện
toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hởng đến việc sản suất điện năng và các
ngành kinh tế quốc dân khác. Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng. Ta có thể đa ra những phơng án
bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế, nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm
đợc bảo vệ an toàn không bị sét đánh trực tiếp .
Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũng
phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đờng dây gần trạm và đoạn dây dẫn nối
từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đờng dây .
Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, ngời ta dùng hệ thống cột
thu lôi, dây thu lôi.Các cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện
cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy,các cột đèn chiếu sáng
Để bảo vệ cho đoạn đờng dây nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên của
đờng dây ta dùng dây chống sét . Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích
để định hớng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên
dới hệ thống này. Chiều cao của cột và cách bố trí các cột thu lôi tuỳ thuộc vào
từng mặt bằng trạm, cách bố trí các thiết bị trong trạm, độ cao bảo vệ theo yêu cầu .
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào
hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ
phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 7
có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây
phóng điện ngợc đến các thiết bị khác gần đó.
Điện trở nối đất của hệ thống thu sét của các trạm biến áp có cấp điện áp khác
nhau là không giống nhau. Với trạm biến áp có cấp điện áp từ 110KV trở nên thì hệ
thống nối đất chống sét và hệ thống nối đất an toàn có thể ghép chung.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bên
cạnh những vấn đề đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật ta cần phải quan tâm đến các
chỉ tiêu kinh tế và mỹ thuật của hệ thống nối đất.

Thông thờng để giảm vốn đầu t và cũng để tận dụng các độ cao ở các trạm
biến áp và các nhà máy điện ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các cột đèn chiếu
sáng, trên các kết cấu của trạm, trên mái nhà .Cột thu lôi độc lập đắt hơn nên chỉ
dùng khi không thể tận dụng đợc các chiều cao khác.
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp vào trạm biến áp.
* Hệ thống chống sét phải đảm bảo tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm
trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ.
* Đối với trạm phân phối ngoài trời có điện áp từ 110KV trở lên do có mức
cách điện khá cao nên có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm.Tuy nhiên
các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối vào hệ thống nối đất của
trạm theo đờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét i
S
khuếch tán vào đất theo 3
ữ
4
thanh nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu đó phải có nối đất bổ xung để cải
thiện trị số điện trở nối đất .
* Khâu yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110KV trở lên là cuộn
đây 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 điểm nối vào
hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đờng điện. Tuy
nhiên nếu ta sử dụng hệ thống nối đất chung thì ta có thể bỏ qua yêu cầu này.
* Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm có đặt cột thu lôi và bộ
phận mang điện không đợc bé hơn độ dài của chuỗi sứ .
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 8
* Khi đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đợc độ cao của
phạm vi bảo vệ và sẽ giảm đợc độ cao của cột. Nhng mức cách điện của trạm
phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang

thiết bị. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi 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.
* Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên thì
phải thực hiện yêu cầu :
ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có
nối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở nối đất không đợc
quá 4 (ứng với dòng điện tần số công nghiệp).
* Khi dùng cột thu lôi độc lập thì phải thì 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
thiết bị đợc bảo vệ .
* Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt
khi có dòng điện sét chạy qua.
* Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn
điện phải đợc cho vào ống chì và đợc chôn trong đất.
1.3. Các phơng thức sử dụng để tính toán chiều cao cột và
phạm vi bảo vệ .
1.3.1. Công thức tính chiều cao của cột thu lôi .
h = h
x
+ h
a
Trong đó :
. h- là chiều cao cột thu lôi .
. h
x
- là độ cao cần đợc bảo vệ .
. h
a
- là độ cao tác dụng của cột thu lôi .
h

a
- xác định theo nhóm cột với điều kiện là h
a
D/8.
. D-là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các cột .
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 9
1.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền giới hạn bởi mặt ngoài của
hình chóp tròn xoay có đờng sinh xác định bởi phơng trình :
r
x
=
( )
x
x
hh
h
h
1
6,1

+
Trong đó :
r
x
-Là phạm vi bảo vệ ở mức cao hx của cột thu lôi .
Để dễ dàng thuận tiện trong việc tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hoá. Đợc tính toán theo công thức :
- Nếu h

x
h
3
2

thì
)
h.8,0
h
1.(h.5,1r
x
x
=
- Nếu h
x
h.
3
2
>
thì
)
h
h
1.(h.75,0r
x
x
=
* Các công thức trên chỉ đúng với những cột thu lôi cao dới 30 m. Hiệu quả
của cột thu lôi hơn 30 m sẽ giảm do độ cao định hớng của sét là hằng số .
h

r
x
h
x
2/3h
0,75h
1,5h
0,75h
1,5h
0,2h
Hình 1.1Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 10
Khi cột có chiều cao trên 30m thì ta vẫn dùng công thức trên nhng phải nhân thêm
với hệ số hiệu chỉnh p =
h
5,5
Và trên hình vẽ ta sử dụng các hoành độ 0,75.h.p
1,5.h.p
1.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng số
phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột đơn .Nhng để hai cột thu lôi có thể phối hợp
bảo vệ đợc khoảng giữa chúng thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn điều
kiện a

7.h
a) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao .
Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau một khoảng cách là a(a

7.h)

thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là h
0
đợc xác định :
h
0
= h -
7
a
Bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột đợc tính nh sau :
- Nếu h
x
0
h
3
2

thì r
0x
=
)
h.8,0
h
1.(h.5,1
0
x
0

- Nếu h
x
0

h
3
2
>
thì r
0x
=
)
h
h
1.(h.75,0
0
x
0

Trong đó :
. h
0
-là độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi
. r
0x
-là bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột thu lôi
Khi độ cao của cột thu lôi lớn hơn 30 m thì ta cũng phải thêm hệ số hiệu chỉnh
p nh mục 1.3.2 và tính h
0
theo
h
0
= h -
p.7

a
; p =
h
5,5
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 11
0
Hình 1.2. Trờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau .
r
x
0,2h
h
1,5h
0,75h
r
xo
r
x
R
h
x
a
b) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau đợc xác định nh sau :
Giả sử có hai cột thu lôi : Cột 1 có độ cao h
1
Cột 2 có độ cao h
2
Khoảng cách giữa hai cột la a và h
1
> h

2
Trớc tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h
1
sau đó từ đỉnh của cột thấp h
2
gióng đờng thẳng ngang sang cột h
1
. Cắt đờng sinh của phạm vi bảo vệ của cột 1
tại điểm 3.
Điểm này đợc coi là đỉnh của cột thu lôi giả định (cột 3). Cột thu lôi giả định
này có cùng độ cao với cột 2 và hình thành đôi cột có chiều cao bằng nhau, cách
nhau một khoảng a
,
1,5h
0
0,75h
0
h
0
0,2h
0
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 12
Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ h
1
(cột 1) đến cột giả tởng (cột 3) chính
là bán kính bảo vệ của cột cao h
1
đối với chiều cao cần bảo vệ bằng h
2

Do đó tính khoảng cách x theo :
Nếu :






=
8,0
5,1
3
2
2
112
h
hxhh
( )
2112
75,0
3
2
hhxhh =>
Từ đó ta tính đợc a = a - x và h
0
= h
2
- a/7
Từ đó ta tính đợc bán kính bảo vệ r
0x

Nếu








=
0
000
8,0
1.5,1
3
2
h
h
hrhh
x
xx








=>

0
000
1.75,0
3
2
h
h
hrhh
x
xx
h
0
a
'
2
h
2
1
h
1
3
R
a
r
0x
r
1x
r
2x
h

x
1,5h
2
0,75h
2
0,75h
1
1,5h
1
Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
x
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 13
c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
Khi công trình cần đợc bảo vệ chiếm một khu vực rộng lớn nếu chỉ dùng
một vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công và lắp ráp.
Trong trờng hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ. Phần ngoài
của phạm vi bảo vệ sẽ đợc xác định cho từng đôi cột một ( với yêu cầu khoảng
cách là a 7h ). Còn phần bên trong đa giác sẽ đợc kiểm tra theo điều kiện an
toàn.
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác sẽ đợc bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D 8.(h - h
x
) = 8.h
a
Trong đó :
D - đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét
h

a
= h - h
x
là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Nếu độ cao cột vợt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ đợc hiệu chỉnh là
D 8.(h - h
x
).p = 8.h
a
.p ; p =
h
5,5
1.4- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ
trạm biến áp 110kV.
Với yêu cầu của đề tài. Thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào TBA
110/35kV.
+ Hai máy biến áp T
1
và T
2
+ Sơ đồ đấu dây của trạm là sơ đồ hai thanh góp có thanh góp đờng vòng.
- Độ cao các thanh xà là 10,7 m phía 110kV và 7,5m phía 35kV
- Sơ đồ TBA đợc biểu diễn trên hình vẽ 1.4
1.5. Các phơng án bố trí cột thu lôi bảo vệ
1.5.1. Phơng án 1.
Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi nh hình vẽ (1 5), ở phơng
án này ta bố trí cột thu lôi (3) ; (5) trên xà của trạm có chiều cao 7,5 m và các cột 1,
2, 4, 6, 7 đặt độc lập.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: 14

nhµ ®iÒu khiÓn
64.0m
7,5 m
7,5 m
10,7 m
10,7 m
104.0m
3m 3m 9m
13,5m
15m
13m
22,5m
18m
9.0m
9.0m
9.0m
9.0m
6.0m
6.0m
6.0m
T1
T2
50.0m
110kV 35kV
H×nh 1.4. S¬ ®å mÆt b»ng tr¹m biÕn ¸p
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: 15
nhµ ®iÒu khiÓn
64,00m
7,5 m

7,5 m
10,7 m
10,7 m
104,00m
3m 3m 9m
13,5m
15m
13m
22,5m
18m
1
7
2
4
6 5
110 kV 35 kV
T1
T2
3
33,6m
46,3m
36,8m
60,00m
H×nh 1.5. S¬ ®å mÆt b»ng tr¹m vµ c¸ch bè trÝ c¸c cét thu l«i ph¬ng ¸n 1
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 16
Ta tiến hành tính toán chiều cao của các cột và phạm vi bảo vệ của hệ thống.
1. Độ cao tác dụng của các cột thu lôi .
Để tính đợc độ cao tác dụng ha của các cột thu lôi, trớc hết ta cần xác định
đờng kính D của đờng tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) đi qua 3 (hoặc 4)

đỉnh cột .
Để cho toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ) đó đợc bảo
vệ thì : D 8.h
a
hay h
a

8
D
a. Xét các nhóm cột (1),(2),(6),(7):
Các nhóm cột này hình thành một hình chữ nhật có độ dài các cạnh là:
a
12
= 36,8 m
a
17
= 60 m
Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là độ dài đờng chéo
của hình chữ nhật :
2 2 2 2
12 17
D= a +a = 36,8 +60 =70,39m
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bởi
chúng là:
a
D 70,39
h = =8,8m
8 8

b. Xét các nhóm cột (2),(3),(5),(6):

Các nhóm cột này hình thành một hình chữ nhật có độ dài các cạnh là:
a
23
= 46,3 m
a
35
= 60 m
Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là độ dài đờng chéo
của hình chữ nhật :
2 2 2 2
23 35
D= a +a = 46,3 +60 =75,79m
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bởi
chúng là:
a
D 75,79
h = =9,47m
8 8

c.Xét nhóm cột (3),(4),(5)
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 17
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thờng có độ dài các cạnh là :
a = a
34
= 33,6 m ; b = a
45
= 33,6 m; c = a
35
= 60 m

Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định
bởi công thức Hê rông:
)cp)(bp)(ap.(p.
c.b.a
r

=
4
2
cba
p
++
=
: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p
++
=
=
33,6 33,6 60
63,6
2
m
+ +
=
Từ đó :
))()(.(.2

cpbpapp
cba
D

=
=
( ) ( ) ( )
33,6.33,6.60
74,61
2. 63,6. 63,6 33,6 . 63,6 33,6 . 63,6 60
m=

Độ cao tác dụng để nhóm cột (3),(4),(5) bảo vệ đợc hoàn toàn phần diện tích
giới hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện :
h
a

8
D
=
74,61
8
= 9,33 m
c) Chọn độ cao tác dụng chung cho toàn trạm
Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị
độ cao tác dụng lớn nhất của cột thu lôi cho toàn trạm là. h
max
= 9,47 m
Do vậy ta lấy : h
a

= 9,47 m.
2. Tính độ cao của các cột thu lôi
Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp
đợc xác định bởi: h = h
a
+ h
x
Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.
+ h
x
: độ cao của vật đợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi.
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 18
- Đối với phía 110kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao là 10,7m
(h
x
= 10,7m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là:
h = h
x
+ h
a
=10,7 + 9,47 = 20,17 m.
Để thi công thuận tiện và tăng phạm vi bảo vệ an toàn cho thiết bị ta nâng độ
cao của cột thu lôi cho phía 110kV là: h = 21 m
- Đối với phía 35kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao là 7,5 m do
đó độ cao tối thiểu cột thu lôi là:
h = h

x
+ h
a
= 7,5 + 9,47 = 16,97 m.
Để thi công thuận tiện và tăng phạm vi bảo vệ an toàn cho thiết bị ta nâng độ
cao của cột thu lôi cho phía 35kV là: h = 17 m
3. Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:
a) Phía 110kV:
- Tính r
x
cho vật bảo vệ có độ cao 10,7m
h = 21 m : h
x
=10,7 m :
Ta có: h
x
= 10,7 <
2
3
h =
2
3
.21 = 14 m.
Nên:
x
x
h
10,7
r =1,5.h 1- =1,5.21 1- =11,44m
0,8.h 0,8.21

- Tính r
x
cho vật bảo vệ có độ cao 10,7m
h = 21 m : h
x
=7,5 m :
Ta có: h
x
= 7,5 <
2
3
h =
2
3
.21 = 14 m.
Nên:
x
x
h
7,5
r =1,5.h 1- =1,5.21 1- =17,44m
0,8.h 0,8.21



b) Phía 35kV:
h = 17 m : h

x
= 7,5 m:
Ta có : h
x
= 7,5 <
2
3
h =
2
3
.17 = 11,33 m.
Nên
x
x
h
7,5
r =1,5.h 1- =1,5.17 1- =11,44m
0,8.h 0,8.17



n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 19
4. Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi
a, Xét cặp cột (1-2); (6-7).
Có độ cao bằng nhau : h
1
= h
2
= h

6
= h
7
=21 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 36,8 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
36,8
21 15,74
7 7
o
a
h h m= = =
- Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 10,7m: h
x
= 10,7m >
3
2
h
o
= 10,5m.
Nên :
x
xo o
o
h
10,7
r =0,75.h 1- =0,75.15,74. 1- =3,78m.
h 15,74

b, Xét cặp cột (1-7).
Có độ cao bằng nhau : h
1
= h
7
= 21 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 60 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
o
a 60
h =h- =21- =12,43m
7 7
- Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 10,7m: h
x
= 10,7m >
3
2
h
o
= 8,29m.
Nên :
x
xo o
o

h
10,7
r =0,75.h 1- =0,75.12,43. 1- =1,3m.
h 12,43






c, Xét cặp cột (2-3),(5-6).
Độ cao các cột: h
2
= h
6
=21 m
h
3
= h
5
=17 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 46,3 m.
3 2
2
h =17m> h =14m
3
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 20
2 3 3
2

1 2 2
h -h h
x
= x=0,75h 1-
0,75h h h
17
x=0,75.21. 1- =3m
21








Vậy a = a x = 46,3 3 = 43,3 m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
o 3
a' 43,3
h =h - =17- =10,81m
7 7
h
x
= 7,5m >
3
2
h
o
=

3
2
.10,81 = 7,21m.
Nên :
x
xo o
o
h
7,5
r =0,75.h 1- =0,75.10,81. 1- =2,49m.
h 10,81






d, Xét cặp cột (3-4),(4-5).
Độ cao các cột: h
3
= h
4
= h
5
=17 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 33,6m
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
o
a 33,6
h =h- =17- =12,20m

7 7
- Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 7,5m: h
x
= 7,5m <
3
2
h
o
= 8,13m.
Nên :
x
xo o
o
h
7,5
r = 1,5.h 1- = 1,5.12,2. 1- = 4,24m.
0,8h 0,8.12,2






5. Bảng kết quả tính toán của phơng án I
Cặp cột
a (m)
a(m)
h(m)
h

0
(m)
R
x
(m)
R
0
(m)
(1-2); (6-7)
36,8
-
21
15,74
11,44
3,78
(1-7)
60
-
21
12,43
11,44
1,30
(3-4); (4-5)
33,6
-
17
12,2
11,44
4,24
(2-3); (5-6)

46,3
43,3
21-17
10,81
17,44-11,44
2,49
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 21
6. Kết luận
Tổng số cột: 7 cột gồm 4 cột phía 110kVcao 21m và 3 cột phía 35kVcao
17m.
Tổng chiều dài: L
I
= 21.4 + 3.17 = 135 m
Sơ đồ phạm vi bảo vệ của phơng án I (Hình 1.6).
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: 22
nhµ ®iÒu khiÓn
64,00m
7,5 m
7,5 m
10,7 m
10,7 m
104,00m
3m 3m 9m
13,5m
15m
13m
22,5m
18m

1
7
2
4
6 5
110 kV 35 kV
T1
T2
3
R11,44m
R11,44m
R3,78m
R2,49m
R11,44m
R4,24m
R11,44m
R1,30m
R11,44m
R3,78m
R2,49m
R4,24m
R11,44m
R11,44m
R17,44m
R17,44m
H×nh 1.6. S¬ ®å ph¹m vi b¶o vÖ cét thu sÐt ph¬ng ¸n 1
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 23
1.5.2. Phơng án 2
Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi nh hình vẽ (1 7), ở phơng án này ta bố trí 5 cột thu sét.

nhà điều khiển
64m
7,5 m
7,5 m
10,7 m
10,7 m
104m
3m 3m 9m
13,5m
15m
22,5m
18m
1
6
2
5
13m
110 kV 35 kV
T1
T2
3
4
60m
47m 51m
Hình 1.7. Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi phơng án 2