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

Bộ Giáo dục và đào tạo
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt nam
Trờng đH bách khoa hà nội
Bộ MÔN Hệ THốNG ĐIệN
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
H v tờn sinh viờn : LI TH KIM HOA
Lp : HT - Trm in lc Vnh phỳc
THIT K N TT NGHIP
TNH TON BO V CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/35 KV
1- CC S LIU BAN U
Trm bin ỏp: (S mt bng trong hỡnh v i kốm)
2 mỏy bin ỏp T1 v T2: 110/35 kV
Tng din tớch trm: 68x45 m
S l ng dõy: 2 l 110kV, 4 l 35kV
cao cỏc thanh x:
-Phớa 110kV l 11m
-Phớa 35kV l 7,5m
ng dõy:
in ỏp 110kV
Loi ct st
Kớch thc ct
S v kớch thc ct
Dõy dn AC-185
Dõy chng sột C-70
Khong vt ng dõy 110kV l 195m
in tr sut ca t l:
=
0,6.10
4
cm
in tr ni t ca ct ni vi trm l: R

c
= 10
in tr ni t ca ct trờn ng dõy l: R
c
= 10
S ngy sột: 85 ngy/nm
2- NI DUNG CC PHN TNH TON :
Thit k h thng bo v chng sột ỏnh trc tip vo trm bin ỏp 110/35kV
Thit k h thng ni t cho trm bin ỏp 110/35kV
Tớnh toỏn ch tiờu bo v chng sột ng dõy 110kV
Tớnh toỏn bo v chng sột quỏ in ỏp truyn t ng dõy 110kV vo trm
3- CC BN V :
Cỏc phng ỏn v phm vi bo v ca cỏc ct thu sột
S ni t an ton v ni t chng sột ca trm
Ch tiờu bo v chng sột ng dõy
S nguyờn lý v s thay th phớa 110kV
4- CN B HNG DN : TS. NGUYN èNH THNG
5- NGY GIAO NHIM V THIT K :
6- NGY HON THNH NHIM V :
Ch nhim khoa
Cỏn b hng dn
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
110 kV
35 kV
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 1

Môc lôc
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG MỞ ĐẦU: 1
HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1
1. HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT 1
2. ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM: . 4
CHƯƠNG 1: 6

BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO 6
TRẠM BIẾN ÁP 110/35 KV 6
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG: 6
1.2- CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT
ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP. 7
1.3. CÁC PHƯƠNG THỨC SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN CHIỀU CAO CỘT
VÀ PHẠM VI BẢO VỆ. 8
1.3.1. Công thức tính chiều cao của cột thu lôi. 8
1.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập 9
1.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi 10
1.4- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CỘT THU LÔI
BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 110KV. 13
1.5. CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT THU LÔI BẢO VỆ 14
1.5.1. Phương án 1 14
1.5.2. Phương án 2 24
CHƯƠNG II: 32
TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/35KV 32
2.1. KHÁI NIỆM CHUNG: 32
2.2. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT 35
2.2.1. Phía 110kV 35
2.2.2.Nối đất phía 35kV 52
CHƯƠNG III. 55
TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110 KV 55
3.1 YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI BẢO VỆ CHỔNG SÉT ĐƯỜNG DÂY
110 KV 55
3.2 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN: 57
1)Các tham số để tính toán: 57
2) Góc bảo vệ dây thu sét: 58
3) Xác định độ treo cao trung bình của dây thu sét và dây dẫn: 58
4) Xác định tổng trở sóng của dây thu sét và dây dẫn: 58

5) Hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và dây dẫn các pha: 59
6) Tính số lần sét đánh vào đường dây 110 kV. 62
7) Tính suất cắt của đường dây 110 kV do sét đánh vòng qua dây thu sét
vào dây dẫn ( tính cho pha A). 62
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 2

8) Tính suất cắt của đường dây 110 kV do sét đánh vào khoảng vượt ( tính
cho pha B,C): 65
9) Tính suất cắt của đường dây 110 KV do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân
cận đỉnh cột: 73
Chương IV 100
TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ
ĐƯỜNG DÂY 110 kV 100
4.1 Mở đầu: 100
4.2 Các phương pháp tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng
truyền vào trạm: 101
4.2.1 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào
trạm bằng phương pháp lập bảng. 101
4.2.2 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào
trạm bằng phương pháp đồ thi: 104
4.2.3 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào
trạm bằng phương pháp tiếp tuyến: 106
4.3 Trình tự tính toán: 107
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 1

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học thì điện năng là nguồn năng lượng hết sức
quan trọng đối với mọi lĩnh vực. Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện
đại hoá nên điện năng góp một phần đáng kể đối với sự nghiệp công nghiệp hoá
hiện đại hoá đất nước.
Để đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lượng tốt thì bảo vệ và chống sét cho
hệ thống điện có một vị trí rất quan trọng. Trong phạm vi đồ án thiết kế chúng ta
phải làm các vấn đề sau:
Chương mở đầu.
Chương I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110/35 kV
Chương II : Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến
áp 110/35 kV.
Chương III: Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110 kV.
Chương IV: Tính bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm biến
áp phía 110/35 kV.
Từ việc hoc tập, nghiên cứu, tính toán đồ án này rút ra được một số kết luận sau:
Quá trình học tập cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân đặc biệt là sự hướng
dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Đình Thắng bản đồ án này đã được hoàn thành.
Nhưng do thời gian có hạn, cùng với sự thiếu sót về kinh nghiệm thực tế nên sẽ
không tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giúp đỡ hướng dẫn cho em hoàn
thành bản đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Lại Thị Kim Hoa
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU:
HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

1. HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT
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 (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. 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 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 điện tích này được phân bố khá đều dọc theo
chiều dài tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có
sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình
hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay
ở phía dưới đầu tia tiên đạo. 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.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 2

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  và mật độ điện trường của
điện tích trong tia tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và
trong đất sẽ là:
i
s
= . 
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 ứng
với giai đoạn phóng điện ngược (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 như đã trình bày ở trên.


T (s)
I(kA
)
t
I
max

H×nh M-1
:
Sù biÕn thiªn cña dßng diÖn sÐt theo thêi gian

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 3

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:
+ Ở 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 miền 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.
+ 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 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  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.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 4

Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc 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.
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 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.
2. ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN 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 vỡ 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 ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 5

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 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
lưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ 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 điện và trạm biến áp là
rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện.

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 6

CHƯƠNG 1:
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 hưởng 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 đưa ra những phương
án bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế, nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong
trạm được 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 đường dây gần trạm và đoạn dây dẫn nối
từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây.

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, người 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 đường dây nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên
của đường dây ta dùng dây chống sét. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện
tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn
bên dưới 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
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 7

có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây
phóng điện ngược 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 thường để giảm vốn đầu tư 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 được 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 được 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 đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét i
S
khuếch tán vào đất theo 3

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 đường
điện. Tuy nhiên nếu ta sử dụng hệ thống nối đất chung thì ta có thể bỏ qua yêu cầu
này.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 8

* Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm có đặt cột thu lôi và bộ
phận mang điện không được bé hơn độ dài của chuỗi sứ.
* Khi đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của
phạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột. Nhưng mức cách điện của trạm
phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược 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
được 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 được 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 được cho vào ống chì và được chôn trong đất.
1.3. CÁC PHƯƠNG 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 được 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 đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các cột.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 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 đường sinh xác định bởi phương 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 thường dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hoá. Được 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 dưới 30 m. Hiệu quả
của cột thu lôi hơn 30 m sẽ giảm do độ cao định hướng 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
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 10

Khi cột có chiều cao trên 30m thì ta vẫn dùng công thức trên nhưng 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.Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp
bảo vệ được 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
được xác định:
h
0
= h -
7
a

Bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột được tính như 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 như mục 1.3.2 và tính h
0
theo
h
0
= h -
p.7
a
; p =
h
5,5

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 11

0
H×nh 1.2. Tr-êng hîp hai cét thu l«i cã chiÒu cao b»ng 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 được xác định như 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

Trước tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h
1
sau đó từ đỉnh của cột thấp h
2

gióng đường thẳng ngang sang cột h
1
. Cắt đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột 1
tại điểm 3.
Điểm này được 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

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 12



















Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ h
1
(cột 1) đến cột giả tưởng (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 được a’ = a - x và h
0
= h
2
- a’/7
Từ đó ta tính được bán kính bảo vệ r
0x

Nếu









0
000
8,0
1.5,1
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
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 13











0
000
1.75,0
3
2
h
h

hrhh
x
xx

c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
Khi công trình cần được 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 trường hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ. Phần ngoài
của phạm vi bảo vệ sẽ được xác định cho từng đôi cột một ( với yêu cầu khoảng
cách là a  7h ). Còn phần bên trong đa giác sẽ được kiểm tra theo điều kiện an
toàn.
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D  8.(h - h
x
) = 8.h
a

Trong đó:
D - đường 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 vượt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ được 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 trạm BA
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 đường vòng.
- Độ cao các thanh xà là 11 m và 7,5m phía 110kV và 7,5m phía 35kV
- Độ cao nhà điều khiển: 6 m
- Sơ đồ TBA được biểu diễn trên hình vẽ 1-4

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 14

1.5. CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT THU LÔI BẢO VỆ
1.5.1. Phương án 1.
Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi như hình vẽ (1 – 5) ,ở
phương án này ta bố trí cột thu lôi (1); (2) trên xà của trạm có chiều cao 11 m và
cột 3, 4, 5, 6, 7 đặt độc lập.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 14

11m 11m
11m
11m
12m
17m
12m
17m
17m
11m
17m
11m
11m
11m
17m
4.06
7.00
9.00
0.50
3.00
2.00
3.00
0.50
9.00
4.00
3.00
6.50
4.00 9.00
6.00
8.00

4.00
3.00
3.00 2.00 3.00 3.00
3.00
1.50
1.00
3.00
TN1TN2
7.80
7.00
55.01
60.00
45.00
22 kV
35 kV
T1
T2
phßng ®iÒu khiÓn
phßng ph©n phèi
bÓ c¸t

Hình 1.4. Sơ đồ mặt bằng trạm biến áp
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 15

11m 11m
11m
11m
12m
17m

12m
17m
17m
11m
17m
11m
11m
11m
17m
4.06
7.00
9.00
0.50
3.00
2.00
3.00
0.50
9.00
4.00
3.00
6.50
4.00 9.00
6.00
8.00
4.00
3.00
3.00 2.00 3.00 3.00
3.00
1.50
1.00

3.00
TN1TN2
7.80
7.00
55.01
60.00
45.00
22 kV
35 kV
T1
T2
3
7
6
5
4
2
1
phßng ®iÒu khiÓn
phßng ph©n phèi
bÓ c¸t

Hình 1.5. Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi phương án 1
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 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 được độ cao tác dụng ha của các cột thu lôi, trước hết ta cần xác định
đường kính D của đường 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 được bảo
vệ thì: D  8.h
a
hay h
a

8
D

a. Xét nhóm cột (1),(2),(3):
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thường có độ dài các cạnh là:
a
12
= 27m; a
13
= 16,25 m; a
23
= 17,9 m
Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì được 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


=
m
aaa
58,30
2
25,16279,17
2
231212





Từ đó:
))()(.(.2

cpbpapp
cba
D




=
   
m
ppp
84,27
25,16.27.9,17.58,30.2
25,16.27.9,17



Độ cao tác dụng để nhóm cột (1),(2),(3) bảo vệ được hoàn toàn phần diện tích
giới hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện:
h
a

8
D
=
8
84,27
=3,48 m
b.Xét nhóm cột (3),(4),(5)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 17

Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thường có độ dài các cạnh là:
a
34

= 24,62m; a
35
= 20,4 m; a
45
= 38 m
Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì được 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


=
m51,41
2
384,2062,24




Từ đó:
))()(.(.2

cpbpapp
cba
D



=
   
m
ppp
87,41
38.4,20.62,24.51,41.2
38.4,20.62,24



Độ cao tác dụng để nhóm cột (3),(4),(5) bảo vệ được hoàn toàn phần diện tích
giới hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện:
h
a

8
D
=

8
87,41
= 5,23 m
c. Xét nhóm cột (1),(5),(3)
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thường có độ dài các cạnh là:
a
15
= 22,85 m; a
13
= 16,25 m; a
35
= 20,4 m
Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì được 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.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 18

2
cba
p


=
m75,29
2
925,164,2085,22



Từ đó:
))()(.(.2

cpbpapp
cba
D



=
   
m
ppp
53,23
25,16.4,20.85,22.75,29.2
25,16.4,20.85,22




Độ cao tác dụng để nhóm cột (1),(5),(3) bảo vệ được hoàn toàn phần diện tích
giới hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện:
h
a

8
D
=
8
53,23
=2,94 m
d, Xét nhóm cột (3), (2), (4)
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thường có độ dài các cạnh là:
a
23
= 17,9 m; a
34
= 24,62 m; a
42
= 23,56 m
Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì được 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


=
m04,33
2
56,2362,249,17



Từ đó:
))()(.(.2

cpbpapp
cba
D



=

   
m
ppp
98,25
62,24.56,23.9,17.04,33.2
56,23.62,24.9,17



Độ cao tác dụng để nhóm cột (3),(2),(4) bảo vệ được hoàn toàn phần diện tích
giới hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện:
h
a

8
D
=
8
98,25
=3,32 m
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 19

e, Xét nhóm cột (4), (5), (6), (7). Nhóm cột này hình thành một hình chữ nhật
có độ dài các cạnh
a
67
= 38 m; a
47
= 26,9 m

Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là độ dài đường chéo
của hình chữ nhật:

maaD 56,469,2638
22
2
47
2
67


Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (4),(5),(6),(7) bảo vệ được hoàn toàn
diện tích giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
82,5
8
56,46
8


f) 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
= 5,82
Do vậy ta lấy: h
a

=6 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
được xác định bởi: h = h
a
+ h
x
Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.
+ h
x
: độ cao của vật được bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi.
Đối với phía 110kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao lớn nhất là
11m (h
x
= 11m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là:
h = h
x
+ h
a
=11 + 6 = 17 m.
Phía 35 kV ngoài trời có chiều cao xà lớn nhất là 7,5 m
Phòng phân phối và làm việc cao 6 m do đó độ cao tối thiểu cột thu lôi là:
h = h
x
+ h
a
=6 + 6 = 12 m.

3. Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:
a) Bán kính bảo vệ của từng cột thu lôi ở độ cao 11m:
h = 17 m: h
x
=11 m: