bài tập dài môn cao áp

Bài tập dài môn Cao Áp
Lời nói đầu
Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất
hay giữa các đám mây mang các điện tích trái dấu.
Sét không những mang đến hậu quả nghiêm trọng đối với con người
khi bị sét tác động mà với các thiết bị phân phối cũng vậy.
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 sự 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
Vì vậy việc thiết kế bảo vệ chống sét là một việc rất quan trọng đối với
những sinh viên nghành hệ thống điện.Dưới sự hướng dẫn của thầy Trần
Hoàng Hiệp thì em đã hoàn thành bài tập dài Cao áp. Tuy nhiên em không thể
tránh khỏi những sai sót, do vậy em mong được sự đóng góp cho em về bài
tập dài này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy đã hướng dẫn cho em hoàn
thành bài tập dài này.
1

Bài tập dài môn Cao Áp
CHƯƠNG I
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP
A. Lý thuyết chung

1.1 Đặt vấn đề:
Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân
phối điện.
Đối với trạm biến áp 220/110kV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài
trời nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề
không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những
hậu quả cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do
vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ cao
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta
dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả 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.
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 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.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm
ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về
yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật.
2

Bài tập dài môn Cao Áp
1.2 Yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống thu sét:
+ Công trình cần bảo vệ an toàn phải được nằm gọn trong phạm vi bảo
vệ của hệ thống thu sét.Hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình
hoặc đặt cách ly tùy thuộc vào hoàn cảnh và điều kiện cụ thể.
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 thu lôi. 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. Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có
phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối
đất và trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây
phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm
khi mà mức cách điện không đủ lớn. 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.
Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao
(cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có
thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt
cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn
nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 cọc nối đất, mặt
khác mỗi trụ phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là
cuộn dây máy biến áp vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì
yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống 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.
+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.Để chống ăn mòn phần dẫn điện cần
phải sơn hoặc tráng kẽm và không nên dùng loại dây xoắn.Các mối nối dọc
theo mạch điện của hệ thống thu sét phải đảm bảo có tiếp xúc tốt ,nếu không
tại các nơi này có thể quá nóng hoặc có phóng điện tia lửa.
3

Bài tập dài môn Cao Áp
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 chôn trong đất.
1.3 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và bố trí cột thu sét
Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu

hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau
đó dẫn dòng điện sét xuống đất.
Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một
điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công
trình. Cột thu sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có
vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ.
1.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt
ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình:
1,6
x
x
x
h h
r h
h h
−
=
+
Trong đó:
h: độ cao cột thu sét.
h
x
: độ cao cần bảo vệ.
h-h
x
= h
a
: độ cao hiệu dụng cột thu sét, được xác định theo từng nhóm cột (
h

a
≤ D/8m ).
( Với D là đường kính ngoại tiếp vòng tròn đa giác tạo bởi các chân cột)
r
x
: bán kính của phạm vi bảo vệ.
4

Bài tập dài môn Cao Áp
Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi
bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy
khúc như hình sau:
a'
b
c
a
h
0,8h
0,2h
0,75h
1,5h
R
Hình 1.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Bán kính được tính toán theo công thức sau:
Nếu
x
2
h
3
h

≤
thì
1,5 (1 )
0,8
x
x
h
r h
h
= −
Nếu
x
2
h
3
h
>
thì
0,75 (1 )
x
x
h
r h
h
= −
Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của
cột thu sét cao trên 30m giảm đi do độ cao định hướng của sét giữ hằng số.
Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân
5

Bài tập dài môn Cao Áp
thêm hệ số hiệu chỉnh
h
5,5
P
=
và trên hình vẽ dùng hoành độ 0,75h.p và
1,5h.p.
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu sét thì lớn hơn tổng phạm vi
bảo vệ các cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được
thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a ≤ 7h (trong đó h là độ cao của
cột thu sét).
1.3.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét
a. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao.
Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống như
của một cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là
hai đỉnh cột và điểm có độ cao h
0
- phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai
cột được xác định theo công thức:
0
7
a
h h
= −
h
0,2h
0,75h
a
h

o
h
x
1,5h
r
x
R
r
0x
Hình 1.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao giống nhau.
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân
cột là r
0x
và được xác định như sau:
6

Bài tập dài môn Cao Áp
Nếu
0
2
3
x
h h
≤
thì
0 0
0
1,5 (1 )
0,8
x

x
h
r h
h
= −
Nếu
0
2
3
x
h h
>
thì
0 0
0
0,75 (1 )
x
x
h
r h
h
= −
Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số
h
5,5
P
=
, trên hoành độ lấy các giá trị 0,75h.p và 1,5h.p; khi đó h
0
lấy theo công

thức:
0
7
a
h h
p
= −
b. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.
Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h
1
và h
2
khác nhau thì việc xác định
phạm vi bảo vệ được xác định như sau:
Vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao (cột 1) có độ cao h
1
và cột thấp (cột 2) có
độ cao h
2
riêng rẽ. Qua đỉnh cột thấp (cột 2) vẽ đường thẳng ngang gặp
đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này được xem là đỉnh
của một cột thu sét giả định. Cột 2 và cột 3 hình thành đôi cột có độ cao bằng
nhau và bằng h
2
với khoảng cách a’. Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu
lôi 3 có độ cao h
2
. Điểm này được xem như đỉnh của một cột thu sét giả định.
Ta xác định được các khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h
2

là a’ và x
như sau:
7

Bài tập dài môn Cao Áp
h
2
0,2h
2
0,75h
2
a'
h
o
1,6h
2
3
0,75h
1
1,6h
1
a
x
h
1
2
1
Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.
Nếu
2 1

2
3
h h
≤
thì
2
1
1
1,5 (1 )
0,8
h
x h
h
= −
Nếu
2 1
2
3
h h
>
thì
2
1
1
0,75 (1 )
h
x h
h
= −
'a a x

= −
Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao bằng nhau h
2
c. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét ( số cột > 2 ).
Khi công trình cần bảo vệ chiếm một diện tích rộng lớn thì người ta
thường dùng một hệ thống nhiều cột thu sét để bảo vệ. Để xác định phạm vi
bảo vệ, ta chia hệ thống cột thu sét thành từng nhóm ba hoặc bốn cột thu sét ở
gần nhau.
Bên ngoài diện tích của đa giác đi qua chân các cột thu sét, phạm vi bảo
vệ được xác định như giữa hai cột thu sét với nhau.
8

Bài tập dài môn Cao Áp
Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật.
Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một đa giác thì độ cao của cột
thu lôi phải thoả mãn:
. 8( )
a x
D h p h h p
≤ = −
Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân
cột. Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có:
2 2.
4 ( )( )( ) 2 ( )( )( )
abc abc
D R
p p a p b p c p p a p b p c
= = =
− − − − − −
Với p là nửa chu vi:

2
a b c
p
+ +
=
Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật:
2 2
D a b
= +
Với a, b là độ dài hai cạnh hình chữ nhật.
Chiều cao tác dụng của cột thu sét h
a
phải thoả mãn điều kiện:
8
a
D
h
≥
9

Bài tập dài môn Cao Áp
B. Tính toán
1.1 Bố trí cột thu sét
Theo sơ đồ kết cấu của trạm thì ta biết được mặt bằng mà chưa biết cụ
thể vị trí đặt các thiết bị trong trạm. Với thông tin này ta chỉ cần bố trí cột
chống sét sao cho các cột có thể bảo vệ được phần diện tích mặt bằng của
trạm với độ cao h
X
là được.Với h
x

là chiều cao của trạm cần được bảo vệ.
Đối với trạm 220 kV xà cao: 16,5m và 11,5m nên chọn độ cao cần bảo
vệ h
x
= 16,5m
Đối với trạm 110 kV xà cao: 11m và 7,5m nên chọn độ cao cần bảo vệ h
x
= 11m
Diện tích mặt bằng: l
1
=78+136 = 214 m.
l
2
= 104 m
Điện trở suất của đất 80 Ω.m
Với kết cấu của trạm ta có phương án bố trí các cột có khoảng cách giữa
các cột như hình vẽ sau.
10

Bài tập dài môn Cao Áp
Trạm 220 kV
Đường kính của vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm cột 1, 2, 6, 7 là:
2 2
39 52 65 .D m
= + =
Chiều cao cần bảo vệ h
x
= 16,5 m.
Nên chiều cao tối thiểu của cột chống sét là:
1,2,6,7

65
16,5 24,6 .
8 8
x
D
h h m
≥ + = + =
Trạm 110 kV
Đường kính của vòng tròn qua 4 đỉnh của các nhóm cột 3, 4, 9, 8 là:
2 2
68 52 85,6 .D m
= + =
Chiều cao cần bảo vệ hx = 11 m.
Nên chiều cao tối thiểu của cột chống sét là:
3,4,9,8
85,6
11 21,7 .
8 8
x
D
h h m
≥ + = + =
Vậy phương án 1 có:
Cột 1, 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 13 cao 25 m. Còn các cột còn lại cao 22 m
Cột 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
h(m) 25 25 25 22 22 25 25 25 22 22 25 25 25 22 22
Tổng 357 m
1.2 Tính toán và vẽ phạm vi bảo vệ của các cột thu sét
Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kv cao 25m.
+ Bán kính bảo vệ của từng cột ở độ cao 16,5m:

Do h
x=
16,5
2 2
. .25 16,7
3 3
h
〈 = =

m
11

Bài tập dài môn Cao Áp
Bán kính bảo vệ của từng cột độc lập phía 220kv là:
)
h8,0
h
1.(h5,1r
x
x
−=
=
16,5
1,5.25.(1 )
0,8.25
−
=6,6( m)
+ Bán kính bảo vệ của các cặp cột
Tính toán cho cặp cột (1,6)
Bán kính bảo vệ của từng cột độc lập là 6,6m.

Chiều cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột (1,6) ở độ cao h
x
=16,5m
0
h
=
52
25 17,6
7 7
a
h − = − =

(m)
Do h
x=
16,5
0
2 2
. .17,6 11,7
3 3
h〉 = =

m
Bán kính bảo vệ của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi (1,6) ở độ cao
h
x
=16,5m là:
)1.(.75,0
0
00

h
h
hr
x
x
−=
=
16,5
0,75.17,6.(1 )
17,6
−
=0,8( m)
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi ở độ cao h
X
= 16,5 m
gồm nhóm hai cột (1, 2) :

0
h
=
39
25 19,4
7 7
a
h m
− = − =
Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét (1,2) ở h
X
= 16,5m
Do h

X
= 16,5 > 2/3h0 = 13,52 nên:
)1.(.75,0
0
00
h
h
hr
x
x
−=
=
16,5
0,75.19,4.(1 )
19,4
−
=2,2( m)
12

Bài tập dài môn Cao Áp
Tính toán tương tự với các cặp cột khác ta có bảng sau:
NHÓM CỘT CẠNH NHAU
220kV
Cặp cột Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0
(m)

2/3*h
0
(m)
r
0x
(m)
h
x
=16.5m
1-6 25 52 17,6 11,7 0,8
3-8 25 52 17,6 11,7 0,8
6-11 25 52 17,6 11,7 0,8
8-13 25 52 17,6 11,7 0,8
1-2 25 39 12,9 12,9 2,2
2-3 25 39 12,9 12,9 2,2
11-12 25 39 12,9 12,9 2,2
12-13 25 39 12,9 12,9 2,2
Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kv cao 22m.
+ Bán kính bảo vệ của từng cột ở độ cao 11m:
Do h
x=
11
2 2
. .22 14,7
3 3
h
〈 = =

m
Bán kính bảo vệ của từng cột độc lập phía 110kv là:

)
h8,0
h
1.(h5,1r
x
x
−=
=
11
1,5.22.(1 )
0,8.22
−
=12,4( m)
+ Bán kính bảo vệ của các cặp cột
Tính toán cho cặp cột 4-5
Bán kính bảo vệ của từng cột là 12,4m.
Chiều cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi (4-5)ở độ cao
h
x
=11m.
0
h
=
68
22 12,3
7 7
a
h − = − =

(m)

Do h
x=
11
0
2 2
. .12,3 8,2
3 3
h
〉 = =
m
13

Bài tập dài môn Cao Áp
Bán kính bảo vệ của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi (4-5) ở độ cao
h
x
=11m là:
)1.(.75,0
0
00
h
h
hr
x
x
−=
=
11
0,75.12,3.(1 )
12,3

− ≈
1( m).
Tính toán cho cặp cột 5-10
Bán kính bảo vệ của từng cột là 12,4m.
Chiều cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi (5-10) ở độ cao
h
x
=11m.
0
h
=
52
22 14,6
7 7
a
h − = − =
( m)
Do h
x=
11
0
2 2
. .14,6 9,7
3 3
h
〉 = =

m
Bán kính bảo vệ của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi (5-10) ở độ cao
h

x
=11m là:
)1.(.75,0
0
00
h
h
hr
x
x
−=
=
11
0,75.14,6.(1 )
14,6
−
=2,7( m).
Tính toán tương tự với các cặp cột khác ta có bảng sau:
NHÓM CỘT CẠNH NHAU
110kV
Cặp cột Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0
(m)
2/3*h
0
(m)

r
0x
(m)
h
x
=11m
4-5 22 68 12,3 8,2 1
5-10
23,5 70 14,6 9,7 2,7
10-15
23,5 70 14,6 9,7 2,7
14-15 22 68
12,3 8,2 1
Bán kính bảo vệ cho cặp cột có độ cao khác nhau:
Tính toán cho cặp cột 3-4:
Cột 3 có độ cao 26m,bán kính bảo vệ của cột 3 là: r
03
=6,6 m
14

Bài tập dài môn Cao Áp
Cột 4 có độ cao 20m, bán kính bảo vệ của cột 4 là: r
04
=12,4 m
Bán kính bảo vệ của cột 3 cho cột 4.
Do h
x=
20
2 2
. .25 16,7

3 3
h
〉 = =
m
=>
)1.(.75,0
h
h
hr
x
x
−=
=
22
0,75.25.(1 )
25
−
=2,3( m).
Khoảng cách từ cột 4 tới cột giả tưởng là:
a
’
=a-r
x
=68 – 2,3=65,7m
Chiều cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa cột 4 và cột giả tưởng
h
0
=h
4
-

=
7
'
a
22-
65,7
7
=
12,6 m
Bán kính bảo vệ giữa hai cột là:
Do h
x=
11
0
2 2
. .12,6 8,4
3 3
h
〉 = =

m
=>
)1.(.75,0
0
00
h
h
hr
x
x

−=
=
11
0,75.12,6.(1 )
12,6
−
=1,2( m).
Tính toán tương tự đối với cặp cột 8-9,13-14 ta có bảng sau:
NHÓM CỘT CÓ ĐỘ CAO KHÁC NHAU
Cặp
cột
Độ cao cột
(m)
a
(m)
x
(m)
a'
(m)
ho
(m)
r
0x
(m)
h
x
=11 m
8-9 26-20 68 2,3 65,7 12,6 1,2
13-14 26-20 68 2,3 65,7 12,6 1,2
Qua tính toán cho thấy phương án trên thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đề ra,thỏa

mãn điều kiện bảo vệ cho trạm biến áp
15

Bài tập dài môn Cao Áp
16

Bài tập dài môn Cao Áp
17

Bài tập dài môn Cao Áp
CHƯƠNG II :
TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP.
2.1 YÊU CẦU KĨ THUẬT KHI NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP.
Nối đất là đem các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ bị tiếp xúc với
dòng điện(hư hỏng cách điện) nối với hệ thống nối đất. Nhiệm vụ của nối đất
là tản dòng điện xuống đất để dảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số
bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp.
Tùy theo nhiệm vụ và hiệu quả mà hệ thống nối đất được chia là ba loại.
 Nối đất làm việc.
 Nối đất an toàn.
 Nối đất chống sét.
Nối đất làm việc.
Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự là việc bình thường của thiết bị, hoặc
một số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ làm việc đã được
quy định sẵn.
+ Nối đất điểm trung tính máy biến áp.
+ Hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất.
+ Nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù
ngang trên các đường dây cao áp truyền tải điện.
Nối đất an toàn.

Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng.
Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phần kim loại không mang
điện như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại. Khi cách điện
bị hư hỏng do lão hóa thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhưng
do nối đất nên điện thế này có giá trị nhỏ không nguy hiểm cho người tiếp
xúc.
Nối đất chống sét.
18

Bài tập dài môn Cao Áp
Có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất khi sét đánh vào cột
thu lôi hay đường dây. Hạn chế hình thành và lan truyền của sóng điện áp do
phóng điện sét gây nên. Nối đất chống sét còn có nhiệm vụ hạn chế hiệu điện
thế giữa hai điểm bất kỳ trên cột điện và đất. Nếu không, mỗi khi co sét đánh
vào cột chống sét hoặc trên đường dây, sóng điện áp có khả năng phóng điện
ngược tới các thiết bị và công trình cần bảo vệ, phá hủy các thiết bị điện và
máy biến áp.
Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nhưng
trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ. Song
hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của thiết bị khi có dòng ngắn
mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ.
Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn,
tác dụng của nối đất tốt hơn an toàn. Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất
nhỏ thì rất tổn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp
được cả hai được cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế.
Một số yêu cầu kỹ thuật của điện trở nối đất.
Trị số điện trở nối đất của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số
điện áp bược và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt quá giới hạn
cho phép.
+ Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu

điện trở nối đất phải thỏa mãn : R ≤ 0,5 Ω.
+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì:
250
( ).
tt
R
I
≤ Ω
+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một
hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì :
125
( ).
tt
R
I
≤ Ω
+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thỏa mãn
yêu cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì không cần nối đất
nhân tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thỏa mãn đối với các
19

Bài tập dài môn Cao Áp
thiết bị cao áp có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất
nhân tạo và yêu cầu trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R ≤ 1 Ω. Thực tế
dù R
TN
≤ 0,5 Ω thì vẫn phải nối đất nhân tạo vì R
TN
có thể xảy ra biến động
như đứt dây chống sét tại khoảng vượt gần trạm.

+ Trong khi thực hiện nối đất có thể tận dụng các hình thức nối đất sẵn
có như các đường ống và các kết cấu kim loại của công trình chộn trong đất…
Việc tính toán điện trở tản của các đường ống chon trong đất hoàn toàn giống
với điện cực hình tia.
+ Vì đất là một trường không đồng nhất, khá phức tạp do đó điện trở
suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần của đất như các loại
muối, axit…chứa trong đất, độ ẩm, nhiệt độ và điều kiện khí hậu. Ở Việt Nam
khí hậu thay đổi theo từng mùa, độ ẩm của đất cũng thay đổi theo dẫn đến
điện trở suất của đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong tính toán
thiết kế về nối đất thì trị số điện trở của đất dựa theo kết quả đo lường thực
địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cường an toàn.
Công thức hiệ chỉnh như sau:
.
TT do mua
K
ρ ρ
=
(2.1)
Trong đó:
TT
ρ
là điện trở suất tính toán của đất.

do
ρ
là điện trở suất đo được của đất.

mua
K
là hệ số mùa của đất.

Hệ số
mua
K
của đất phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chộn sâu của điện cực.
2.2 CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT.
Điện trở suất đo được của đất
do
ρ
= 80 Ωm.
Điện trở nối đất cột đường dây : R
c
= 6 Ω.
Dây chống sét sử dụng loại C-70 có điện trở đơn vị là r
0
= 2,38 Ω/km.
Chiều dài khoảng vượt đường dây:
Phía 220kV: l
220
= 250m.
Phía 110kV: l
110
= 250m.
20

Bài tập dài môn Cao Áp
Điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng vượt là:
( )
( )
3
.220 220

3
.110 110
. 2,38.250.10 0,6
. 2,38.250.10 0,6
cs o
cs o
R r l
R r l
−
−
= = = Ω
= = = Ω
Số lộ trong trạm:
Trạm 220kV : n = 3 lộ.
Trạm 110kV : n = 9 lộ.
2.2.1 Nối đất an toàn.
Cho phép sử dụng nối đất an toàn với nối đất làm việc thành một hệ
thống. Điện trở nối đất của hệ thống là :
( )
.
/ / 0,5
TN NT
HT TN NT
TN NT
R R
R R R
R R
= = ≤ Ω
+
(2.2)

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

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

(2.3)
Trong đó: n : là số lộ dây.
R
cs
:là điện trở tác dụng của dây chống sét trong một khoảng
vượt.
R
c
: là điện trở nối đất của cột điện.
 Phía 220 kV.
( )
.220
.220
1 1 6
. . 0,5
3
1 6 1
1 1
2 0,6 4
2 4
c
TN
c
cs
R
R
n
R
R
= = = Ω

+ +
+ +
21

Bài tập dài môn Cao Áp
 Phía 110 kV.
( )
.110
.110
1 1 6
. . 0,2
9
1 6 1
1 1
2 0,6 4
2 4
c
TN
c
cs
R
R
n
R
R
= = = Ω
+ +
+ +
( )
1

.220 .110
1 1
// 0,1
0,5 0.2
TN TN TN
R R R
−
 
→ = = + = Ω
 ÷
 
Ta thấy giá trị điện trở R
TN
< 0,5Ω đạt yêu cầu về lý thuyết. Tuy vậy nối
đất tự nhiên có nhiều thay đổi vì vậy để đảm bảo an toàn ta phải nối đất nhân
tạo.
b/ Điện trở nối đất nhân tạo.
Nối đất có các hình thức cọc dài 2-3m bằng sắt tròn hay sắt chọn thẳng
đứng. Thanh dài chon nằm ngang ở độ sâu 0,5 ÷ 0,8 m đặt theo hình tia, mạch
vòng hoặc tổ hợp của hai hình thức trên.
 Đối với nối đất chọn nằm ngang có thể dùng công thức chung sau:
2
.
.ln
2. . .
tt
T
K L
R
l d t

ρ
π
=
(2.4)
Trong đó:
L: chiều dài tổng của điện cực.
d: đường kính điện cực khi diện cực dùng sắt tròn. Nếu dùng sắt
dẹt thì trị số d thay bẳng b/2 với b là chiều rộng của sắt dẹt.
t: độ chon sâu.
K: hệ số hình dạng phụ thuộc sơ đồ nối đất.
- Hệ thống nối đất gồm nhiều cọc bố trí dọc theo chiều dài hình tia hoặc
theo chu vi mạch vòng:
.
. . .
T C
HT
C T T C
R R
R
R n R
η η
=
+
(2.5)
Trong đó:
R
C
: điện trở tản của một cọc.
22

Bài tập dài môn Cao Áp
R
T
: điện trở tản của thanh.
n : số cọc.
ƞ
T
: hệ số sử dụng của tia dài hoặc của mạch vòng.
ƞ
C
: hệ số sử dụng của cọc.
Đối với trạm biến áp khi thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo ta sử dụng
hình thức nối đất mạch vòng xung quanh trạm bằng các thanh dẹt.
Điện trở mạch vòng của trạm là:
2
.
.ln
2. . .
tt
MV
K L
R
l d t
ρ
π
=
(2.6)
Trong đó L là chu vi mạch vòng.
Với mặt bằng của chạm ta có mạch vòng hình chữ nhật có các cạnh là
L

1
= 214 m và L
2
= 104m.
t : độ chon sâu của thanh lấy t = 0,8m.
ρ
tt
: điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm mạch vòng chon ở
độ sâu t:
.
tt do mua
K
ρ ρ
=
Tra bảng với thanh ngang chộn sâu 0,8m ta có K
mua
= 1,6
. 80.1,6 128( )
tt do mua
K m
ρ ρ
→ = = = Ω
d: đường kính thanh làm mạch vòng. Chọn thanh có bề rộng 4cm.
( )
2
2
4.10
2.10
2 2
b

d m
−
−
= = =
K : hệ số hình dạng phụ thuộc hình dáng của hệ thống nối đất.
Giá trị của K phụ thuộc vào kích thước mạch vòng và được cho ở bảng
sau:
L
1
/L
2
1 1.5 2 3 4
K 5.53 5.81 6.42 8.17 10.4
Với tỉ số L
1
/L
2
= 214/104 = 2,06 bằng phương pháp nội suy:
23

Bài tập dài môn Cao Áp
2,06 2 8,17
3 2 8,17 6,42
8,3
K
K
− −
=
− −
⇒ =

Như vậy điện trở mạch vòng là :
( )
2 2
2
. 128 8,3.636
.ln .ln 0,6
2. . . 2. .636 2.10 .0,8
tt
MV
K L
R
l d t
ρ
π π
−
= = = Ω
0,6 1
MV
R
= Ω < Ω
như vậy đạt yêu cầu.
Vậy ta thiết kế hệ thống nối đất theo điều kiện điện trở nối đất nhân tạo là:
( )
0,6
yc
NT
R
= Ω
Ta có điện trở nối đất của hệ thống:
0,1.0,6

// 0,1( )
0,1 0,6
HT NT TN
R R R
= = = Ω
+
0,1 0,5
HT
R
= Ω < Ω
như vậy đạt yêu cầu.
2.2.2 Nối đất chống sét.
Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất, nếu tốc độ biến thiên của
dòng điện theo thời gian rất lớn thì trong thời gian đầu điện cảm sẽ ngăn cản
không cho dòng điện đi tới các phần cuối của điện cực khiến cho điện áp phân
bố không đều, sau một thời gian ảnh hưởng của điện cảm mất dần và điện áp
phân bố sẽ đều hơn.
Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian
T = L.g.l
2
Từ đó ta thấy T tỉ lệ với trị số điện cảm tổng L và điện dẫn g.l = 1/R của
điện cực.
Từ biểu thức trên ta cũng thấy rằng : khi dòng điện tản trong đất là
dòng điện 1 chiều hoặc xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L
không đáng kể và bất kỳ hình thức nối đất nào cũng đều biểu thị bởi trị số
điện trở tản.
Khi dòng điện tản trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối
đất tùy thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng
24

Bài tập dài môn Cao Áp
của dòng điện. Khi T << τ
đs
(dòng điện đạt trị số cực đại) thì cần xét quá trình
quá độ đã kết thúc và nối đất thể hiện như một điện trở tản. Trường hợp này
ứng với các hình thức nối đất dùng cọc hoặc thanh có chiều dài không lớn lắm
và gọi là nối đất tập trung.
Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 220/110 kV, thường thì phần nối
đất nối chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm. Như vậy sẽ gặp trường
hợp nối đất phân bố dài, tổng trở xung kích Z
xk
có thể lớn gấp nhiều lần so với
điện trở tản xoay chiều làm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thể
gây phóng điện ngược đến các phần mang điện của trạm. Do đó ta phải tính
toán, kiểm tra theo yêu cầu của nối đất chống sét trong trương hợp có dòng
điện sét đi vào hệ thống nối đất.
Yêu cầu kiểm tra : ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn
cho cách điện của máy biến áp : I.Z(0;τ
đs
) ≤ U
50%MBA

Trong đó : I – là trị số dòng điện sét lấy bằng 150 kA
Z(0;τ
đs
) – tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ
dòng điện sét đi vào điện cực.
U
50%
- trị số điện áp phóng điện bé nhất của máy biến áp

Trạm 110 kV : U
50%
= 460 kV
Trạm 220 kV : U
50%
= 900 kV
Ta tiến hành nối đất chống sét cho toàn trạm với mức điện áp là 220kV:
Sơ đồ đẳng trị của nối đất được thể hiện như sau:
L R
G
C
L R L R L R
G
C
G
C
G
C
Hình 2.2 : Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất.
Trong mọi trường hợp đều có thể bỏ qua điện trở tác dụng R vì nó bé so
với trị số điện trở tản, đồng thời cũng không cần xét tới phần điện dung C vì
25