Đồ án môn học thiết kế chống sét trạm 110kv

Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN


SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
GVHD: TS. Dương Vũ Văn
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương
MSSV: 409BK055
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10/05/2013
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
CHƯƠNG I
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
I. TỔNG QUAN:
Sét đánh trực tiếp vào đường dây tải điện, các thiết bị, các bộ phận mang điện của
trạm phân phối và nhà máy điện sẽ gây nên quá điện áp nguy hiểm làm ngắn mạch,
chạm đất các pha gây hư hỏng cách điện của các thiết bị, làm giảm độ tin cậy cung cấp
điện cho các phụ tải, gây thiệt hại lớn đối với nền kinh tế. Vì vậy khi thiết kế hệ thống
điện phải bảo vệ chống sét đánh trực tiếp một cách hiệu quả và tin cậy.
Đối với các trạm biến áp, lợi dụng độ cao của dàn trụ cổng và các trụ vượt, ta đặt
lên đó các kim thu sét để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm theo nguyên tắc bảo
vệ trọng điểm. Việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp thường được thực hiện bằng các
cột thu sét hoặc dây thu sét. Kết cấu của một hệ thống thu sét bao gồm:
Bộ phận thu sét: làm bằng thép ống hoặc thép thanh đặt thẳng đứng gọi là kim
thu sét; hoặc bằng dây thép căng ngang giữa các cột gọi là dây chống sét.
Bộ phận dẫn dòng điện sét: được tạo thành bởi bản thân kết cấu thép của cột
thu sét hay bằng dây thép có tiết diện không nhỏ hơn 50mm
2
.
Bộ phận nối đất: được tạo bởi hệ thống cọc và thanh bằng đồng hoặc thép nối

liền nhau, chôn trong đất có điện trở tản bé để dòng điện sét tản một cách dễ
dàng trong đất.
II. GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP VÀ CÁC MẶT BẰNG CẦN BẢO VỆ:
Trạm biến áp 110kV có thiết bị phân phối được lắp đặt ngoài trời sử dụng hệ thống
hai thanh góp gồm: nguồn nhận điện 110kV từ hai MBA chính trạm 220kV, cấp điện
cho 4 phát tuyến 110kV.
Các độ cao cần bảo vệ:
Đường dây vượt có độ cao: 11 m.
Thanh góp có độ cao: 7,5 m.
Các thiết bị trong trạm lấy theo độ cao của MC là: 5,65m
III. QUAN ĐIỂM BẢO VỆ:
1. Về mặt kỹ thuật:
Phạm vi bảo vệ cần phải phủ kín toàn bộ các trang thiết bị và các bộ phận mang
điện của trạm. Hệ thống nối đất chống sét phải được thiết kế sao cho không xảy ra
phóng điện ngược trên cách điện của thiết bị trạm.
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Kim thu sét đặt ngay trên trụ xà (không được đặt giữa xà) và độ cao không nên
vượt quá 50% độ cao xà. Dây chống sét của các đường dây tải điện cấp 110kV trở lên
được kéo vào tận các trụ cổng xuất tuyến của trạm và cũng được nối chung vào hệ
thống nối đất của trạm, khoảng cách từ điểm nối của cột thu sét hay dây thu sét đến
điểm nối đất của máy biến áp phải trên 15m theo mạch thanh dẫn trong đất. Khi đặt
kim thu sét trên kết cấu công trình thì nối đất của hệ thống thu sét cùng chung hệ thống
nối đất an toàn của trạm. Nếu cần thiết thì đặt nối đất bổ sung ngay tại chỗ nối đất của
kim thu sét để giảm tổng trở xung của hệ thống nối đất.
Hệ thống chống sét được thiết kế bằng cách tận dụng chiều cao trụ cổng, trụ đỡ
vượt có độ cao 14m trong trạm để lắp đặt kim thu sét. Ngoài ra tại các vị trí cần bố trí
kim thu sét mà không có trụ thì sẽ dựng trụ bêtông ly tâm cao 14m để lắp kim thu sét.
Sau khi chọn xong vị trí đặt kim thu sét, xác định độ cao hệ thống thu sét, cần tính
toán và vẽ phạm vi bảo vệ ven chu vi trạm để xem các phần tử của trạm có nằm ngoài

phạm vi bảo vệ của các cột thu sét hay không. Phạm vi bảo vệ ven chu vi này được tạo
bởi phạm vi bảo vệ của từng đôi cột gần nhau nhất.
2. Về mặt kinh tế:
Trước hết phải thỏa mãn tuyệt đối các yêu cầu kỹ thuật, phương án đầu tư xây dựng
hệ thống thu sét có kinh phí bé nhất. Do đó trong điều kiện kỹ thuật cho phép phải tận
dụng độ cao kết cấu công trình của trạm để đặt kim thu sét. Ngoài ra, hệ thống thu sét
phải không gây trở ngại sự vận hành bình thường của trạm, không cản trở phương tiện
giao thông ra vào trạm. Đồng thời cũng chú ý đến tính mỹ quan của công trình, nên
chọn kim thu sét có cùng độ cao. Tận dụng dây chống sét của các đường dây để bảo vệ
một phần trạm.
IV. CÁC CÔNG THỨC TÍNH TOÁN:
1. Phạm vi bảo vệ của một kim thu sét:
Kim thu sét có độ cao h, độ cao cần bảo vệ là h
x
, khi đó bán kính bảo vệ r
x
được
tính như sau:
Trong đó:
• p = 1 khi h< 30m
• khi 30m <h< 60m
Khi cột thu sét có độ cao lớn hơn 60m, sét không chỉ đánh vào đỉnh kim mà còn
đánh cả vào một phần thân cột gần đỉnh. Khi đó, chiều cao của phạm vi bảo vệ của cột
thu sét giảm còn .
Với cột thu sét có độ cao từ 60 ÷ 100m thì ∆h = 0,5(h – 60)
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Với cột thu sét cao từ 100 ÷ 250m thì ∆h = 0,2h.
2. Phạm vi bảo vệ của hai kim thu sét có độ cao bằng nhau:
Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau, đặt cách nhau một khoảng a, tại trung điểm

của hai cột sẽ tạo thành một cột giả có độ cao h
0
. Khi đó, phạm vi bảo vệ ở độ cao h
x
được giới hạn như hình vẽ và được tính như sau:
Mặt khác, độ cao h
x
nằm giữa hai cột thu sét được bảo vệ nếu thoả a ≤ 7(h – h
0
)
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
3. Phạm vi bảo vệ của hai kim thu sét có độ cao khác nhau:
Hai cột thu sét có độ cao khác nhau h
1
và h
2
đặt cách nhau một khoảng là a, cột thu
sét giả h
3
có độ cao bằng h
2
được tạo ra cách h
1
một khoảng:
Khi đó, cột giả h
0
được tạo ra từ hai cột có độ cao bằng nhau là h
2
và h

3
, với khoảng
cách giữa h
2
và h
3
là . Độ cao h
x
nằm giữa h
2
và h
3
được bảo vệ nếu thoả Với
Phạm vi bảo vệ của hai cột h
1
và h
2
có độ cao không bằng nhau cho độ cao h
x
được
giới hạn như hình vẽ trong đó:
4. Phạm vi bảo vệ của ba kim thu sét:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Giả sử ba cột thu sét có độ cao bằng nhau,
phạm vi bảo vệ bên ngoài của ba kim thu sét được tạo thành như với hai cột thu sét.
Phạm vi bên trong của tam giác được bảo vệ nếu thoả D ≤ 8(h – h
x
)p, với D là đường
kính đường tròn ngoại tiếp tam giác.

5. Phạm vi bảo vệ của bốn kim thu sét:
Bốn kim thu sét có độ cao bằng nhau đặt ở vị trí
hình chữ nhật, phạm vi bảo vệ bên ngoài hình chữ nhật được tạo thành như với hai cột
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
thu sét. Phạm vi bảo vệ bên trong hình chữ nhật được bảo vệ nếu thoả D ≤ 8(h – h
x
)p,
với D là đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật.
V. TÍNH ĐỘ CAO CỦA CỘT THU SÉT & KIỂM TRA PHẠM VI BẢO VỆ:
1. Mặt bằng trụ - xà đỡ và bố trí kim thu sét khu vực trạm 110kV:
2. Tính toán phạm vi bảo vệ:
Trạm 110kV được bảo vệ chống sét đánh thẳng bằng các kim thu sét đặt trên các
trụ đỡ xà trong trạm có độ cao 14m. Ngoài ra tại các vị trí không có trụ đỡ xà thì trồng
thêm trụ BTLT cao 14m. Việc thiết kế vị trí, độ cao kim thu sét có xét thêm phạm vi
bảo vệ liên kết các khu vực lân cận.
Mặt bằng trạm 110kV được bố trí 6 kim thu sét có số thứ tự từ 17 đến 22 chia làm
2 khu vực bảo vệ như trong bản vẽ mặt bằng trạm 110kV. Trong tính toán độ cao kim
thu sét sử dụng công thức trong phần lý thuyết nêu trên và số liệu tính toán theo sơ đồ
phạm vi bảo vệ chống sét của trạm 110kV.
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
a. Chọn chiều cao cột thu sét:
Với cách bố trí kim thu sét như trên, mặt bằng trạm 110kV tạo thành 2 khu vực bảo
vệ hình chữ nhật (I, II) có diện tích khác nhau. Lần lượt tính đường kính đường tròn
ngoại tiếp cho từng khu vực:
- Khu vực I được tạo thành từ các kim 17, 18, 19, 20 bảo vệ độ cao h
x
= 11m:
Điều kiện: D ≤ 8(h – h

x
)p
- Khu vực II được tạo thành từ các kim 19, 20, 21, 22 bảo vệ độ cao h
x
= 7,5m:
Điều kiện: D ≤ 8(h – h
x
)p
Từ đó chọn chiều cao của cột thu sét là h = 18m. Đặt trên trụ vượt và các trụ bêtông
có chiều cao 14m => các kim có độ cao là: h
kts
= 18 – 14 = 4m.
b. Tính toán phạm vi bảo vệ của các kim thu sét:
- Phạm vi bảo vệ của một cột ở độ cao 11m:
- Phạm vi bảo vệ của một cột ở độ cao 7,5m:
- Phạm vi bảo vệ của cột 17-18 và cột 19-20 ở độ cao 11m:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
- Phạm vi bảo vệ của cột 17-18 và cột 19-20 ở độ cao 7,5m:
- Phạm vi bảo vệ của cột 18-19 và cột 17-20 ở độ cao 11m:
- Phạm vi bảo vệ của cột 18-19 và cột 17-20 ở độ cao 7,5m:
- Phạm vi bảo vệ của cột 19-22 và cột 20-21 ở độ cao 7,5m:
c. Phạm vi bảo vệ khu vực trạm 110kV:
d. Kết luận:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Căn cứ theo kích thước bản vẽ mặt bằng trạm 110kV; cao độ của dây dẫn và các
thiết bị điện có trong trạm, toàn bộ khu vực trạm 110kV được bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp bởi 06 kim thu sét có độ cao h
kts

= 4m, đặt trên các trụ vượt và các trụ bêtông
có chiều cao 14m => chiều cao cột thu sét h = 18m.
Ta không tính bảo vệ cho các trụ vượt và các trụ bêtông cao 14m do ở các độ cao
này đã có sẵn kim bảo vệ theo tiêu chuẩn của trụ, chỉ cần nối đất các kim này là có thể
bảo vệ được các độ cao trên.
Vì lý do trên nên ở độ cao 11m nằm giữa hai cột 19-22 cũng không cần bảo vệ vì
sét đánh thì sẽ đánh vào độ cao 14m ở hai bên trụ cổng.
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
I. TỔNG QUAN:
Tác dụng của nối đất là để tản vào đất dòng điện sự cố (rò cách điện, ngắn mạch,
chạm đất hoặc dòng điện sét) và giữ cho điện thế trên các phần tử được nối đất thấp.
Nối đất được chia thành 3 loại: nối đất làm việc (đảm bảo làm việc của trang thiết bị,
nối đất trung tính máy phát điện, máy biến áp công suất …), nối đất an toàn (đảm bảo
an toàn cho người vận hành) và nối đất chống sét (nhằm tản dòng điện sét vào đất).
Trong trạm biến áp thì nối đất thực hiện cả ba nhiệm vụ trên.
II. CÁC VẤN ĐỀ CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT:
Đối với trạm ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên, phần lớn trong các trường hợp hệ
thống thu sét được đặt trên các công trình của trạm, nên một phần dòng sét sẽ tản qua
mạch nối đất an toàn của trạm vào trong đất. Lưới có điện áp 110kV trở lên thuộc hệ
thống có trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn mạch lớn, trên 500kA) theo quy phạm
thì điện trở nối đất phải thoả yêu cầu R ≤ 0,5Ω.
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 10
RCS
RCS
RC
RC
RC
Hình: Sơ đồ thay thế để nh RCS-C
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn

Nếu gọi phần nối đất phải thiết kế là nối đất nhân tạo có điện trở tản là R
nt
thì theo
quy phạm đã nêu ở phần trên, điện trở tản tổng của toàn bộ hệ thống nối đất phải thoả
yêu cầu:
Trong đó:
• R
tn
: là điện trở tản tự nhiên
• R
nt
: là điện trở tản nhân tạo
1. Nối đất tự nhiên:
Ở đây ta chỉ xét đến sự tham gia của điện trở nối đất của hệ “Dây chống sét – cột)
của đường dây truyền tải đấu vào trạm (R
CS-C
). Đó là điện trở đầu vào của mạch điện
thông số tập trung tạo nên bởi điện trở nối đất của các cột điện và điện trở tác dụng của
đoạn dây chống sét giữa hai cột.
Đối với đường dây truyền tải có đặt dây chống sét trên toàn tuyến thì số cột có đặt
dây chống sét lớn (m > 20), nên có thể tính gần đúng:
Đối với đường dây chỉ đặt dây chống sét ở đoạn gần trạm, thường m < 20, nên có
thể tính gần đúng:
Trong đó:
• R
C
: điện trở nối đất của cột điện đoạn tới trạm:
• R
CS
: điện trở của đoạn dây chống sét trong một khoảng vượt (giả thiết các

khoảng vượt bằng nhau): R
CS
= k.r
0
.l
Với:
 l : chiều dài trung bình của khoảng vượt (km)
 r
0
: điện trở của một đơn vị chiều dài dây chống sét
đường dây 110kV dùng dây chống sét TK_50: r
0
= 3,7 (Ω/km)
đường dây 220kV dùng dây chống sét TK_70: r
0
= 2,38 (Ω/km)
 k : hệ số phụ thuộc số dây chống sét trên đường dây
k = 1 : có một dây chống sét
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 11
l1
l2
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
k = 0,5 : có hai dây chống sét
Nếu có n đường dây đấu vào trạm thì:
2. Thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo:
Nối đất nhân tạo là bộ phận nối đất phải thiết kế thêm để thỏa mãn yêu cầu về điện
trở nối đất, để tiếp đất các trang thiết bị điện của trạm một cách thuận lợi và để cân
bằng điện thế.
Nối đất nhân tạo bao gồm: mạch vòng nối đất chạy ven chu vi trạm (R
mv

),bản thân
là một mạch vòng thanh hoặc có thể hàn với nhiều cọc rải đều ven chu vi. Bên trong
mạch vòng có một hệ thống thanh ngang, dọc tại thành một lưới nối đất có nhiệm vụ
cân bằng thế trong khu vực trạm và để tiếp đất thuận lợi các trang thiết bị điện. Khi nối
đất chống sét nối chung với nối đất an toàn thì chân cột thu sét và chân xà đỡ các dây
chống sét của các đường dây nối vào trạm phải có nối đất bổ sung(R
bs
), toàn bộ nối đất
bổ sung này cũng tham gia tản dòng ngắn mạch tần số công nghiệp.
Khi bỏ qua điện trở tản của lưới cân bằng thế thì điện trở nối đất nhân tạo tính theo
công thức:
a. Nối đất mạch vòng:
Nếu mạch vòng thuần tuý là thanh thì:
Trong đó:
•
ρ
tt
: điện trở suất tính toán của đất (Ω.m):
ρ
tt
=
ρ
đo
.k
m
Với:

ρ
đo
: điện trở suất của đất đo được (Ω.m)

 k
m
: hệ số phụ thuộc vào mùa: ẩm, khô …
• L : chiều dài của thanh ven chu vi (m)
• t : độ chôn sâu của thanh trong đất (m)
• d : đường kính của thanh (m)
• K : hệ số hình dáng của mạch vòng cho theo bảng:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 12
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
l
1
/l
2
1 1,5 2 3 4
K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4
Nếu mạch vòng có cả cọc và thanh thì:
Trong đó:
•
η
c,
η
t
: hệ số sử dụng cọc và thanh ở tần số công nghiệp (f = 50 ÷ 60 Hz)
• n : số cọc
• R
t
: điện trở của mạch vòng thanh (Ω)
• R
c
: điện trở tản của một cọc (Ω)

Đối với cọc chôn chìm điện trở tản tính theo:
Trong đó:
•
ρ
tt
: điện trở suất tính toán của đất (Ω.m):
ρ
tt
=
ρ
đo
.k
m
• l
c
: chiều dài cọc (m) l
c
= 2÷3 m
• t : độ chôn sâu trung bình của cọc (m) t = t
0
+ 0,5l
c
; với t
0
= (0,5 ÷ 0,8)m
• d
c
: đường kính của cọc (m)
b. Nối đất bổ sung:
Trường hợp nối đất bổ sung gồm tổ hợp nhiều tia (n

t
) và dọc theo mỗi tia có n
c
cọc
thì:
Trong đó:
•
η
c,
η
t
: hệ số sử dụng cọc và thanh nối theo hình tia.
• n
c,
n
t
: số cọc trong mỗi tia và số tia
• R
t
: điện trở tản của một tia (Ω)
• R
c
: điện trở tản của một cọc (Ω)
Điện trở tản xoay chiều của toàn bộ nối đất bổ sung của trạm bằng:
Với m là số điểm đặt nối đất bổ sung của toàn trạm.
Như vậy điện trở nối đất nhân tạo của trạm:
III. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT:
1. Tính toán nối đất tự nhiên: Trạm 110kV
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 13
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn

- Ta có:
ρ
đo
= 174 (Ω.m)
- Giả thiết trụ điện đấu vào trạm có nối đất dạng cọc dài 2m, chôn sâu 0,8m
- Tra bảng PL2.6 ta được hệ số k
m
= 1,4
- Đường dây truyền tải 110kV có 4 mạch đường dây đến phụ tải và đặt dây
chống sét trên toàn tuyến nên:
- Vì
ρ
tt
= 243,60 Ω.m < 500 Ω.m, nên chọn R
C
= 10 Ω
- Đường dây 110kV sử dụng dây chống sét loại TK – 50 nên r
0
= 3,7 (Ω/km)
- Chiều dài trung bình của khoảng vượt : l
kv
= 200 m
- Đường dây 110kV treo một dây chống sét nên k = 1
- Điện trở nối đất tự nhiên của trạm 110kV:
2. Tính toán thiết kế nối đất nhân tạo: Tính cho trường hợp nối đất mạch vòng
dùng thanh.
a. Nối đất mạch vòng:
Thiết kế nối đất mạch vòng dùng thanh. Thanh dùng vật liệu sắt tròn đường kính d
= 10mm, chôn sâu t = 0,8m.
• Tính điện trở tản của thanh:

- Ta có:
ρ
đo
= 174 Ω.m
- Từ cách bố trí thanh ngang tra bảng PL2.6 ta được hệ số k
m
= 1,6
- Khu vực trạm 110kV thiết kế có chiều dài l
1

= 100m chiều rộng l
2
= 58m nên
l
1
/l
2
= 1,724. Tra bảng PL2.16 kết hợp sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính
ta được hệ số hình dáng:
- Chiều dài ven chu vi L = 2(l
1
+ l
2
) = 2(100 + 58) = 316(m)
- Điện trở tản của thanh:
b. Nối đất bổ sung:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 14
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Trong mọi trường hợp để tản dòng sét thuận lợi phải thực hiện nối đất bổ sung tại
chỗ cột thu sét hoặc dây chống sét nối vào hệ thống nối đất của trạm, đồng thời phải

đảm bảo khoảng cách theo thanh dẫn từ chỗ nối đất của MBA đến chỗ nối đất của cột
thu sét và dây chống sét từ 15m trở lên.
Chọn nối đất bổ sung dạng hai tia, mỗi tia dài l = 2,5m. Tia làm bằng sắt tròn,
đường kính d = 10mm, chôn sâu t = 0,8m.
• Điện trở tản của một thanh:
- Ta có:
ρ
đo
= 174 Ω.m
- Từ cách bố trí thanh nêu trên tra bảng PL2.6 ta được hệ số k
m
= 1,6
- Điện trở tản thanh:
• Điện trở tản của tổ hợp hai tia 2,5m:
- Tra bảng PL2.11 ta được hệ số sử dụng:
Trên khu vực sân trạm 110kV đặt 05 điểm nối đất bổ sung tại vị trí các chân cột thu
sét. Điện trở tản xoay chiều của toàn bộ hệ thống nối đất bổ sung là:
• Điện trở tản nối đất nhân tạo:
• Điện trở tản của toàn bộ hệ thống nối đất trong trạm:
⇒ R
nđ
= 0,467 (Ω) < 0,5(Ω) : thoả quy phạm an toàn.
3. Tính tổng trở xung của hệ thống nối đất có nối đất bổ sung:
Tổng trở xung của hệ thống nối đất được tính gần đúng theo một số giả thuyết sau:
- Coi như chỉ có nối đất bổ sung dưới chân cột bị sét đánh trực tiếp và mạch
vòng nối đất ven chu vi của trạm tham gia vào việc tản dòng sét.
- Bỏ qua hiệu ứng màn che giữa nối đất bổ sung và mạch vòng nối đất.
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 15
2,5m
Hình: Nối đất bổ sung dạng tia

Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
- Bỏ qua hiện tượng phóng điện tia lửa trong đất, chỉ kể đến ảnh hưởng của
mạch vòng nối đất.
- Khi đó nghiệm tổng quát của tổng trở xung có dạng:
Với: Z(0,
τ
đs
) là tổng trở xung đầu vào (x = 0, nơi dòng sét đi vào hệ thống nối
đất) của mạch vòng nối đất khi dòng sét đạt trị số cực đại (t =
τ
đs
).
• Điện trở nối đất bổ sung quy đổi sang mùa mưa:
Trong đó: tra bảng PL 2.6 được các hệ số:
• k
mt
: hệ số mùa của thanh về mùa khô (k
mt
= 1,6)
• : hệ số mùa của thanh về mùa sét ( = 1,25)
• Điện trở nối đất mạch vòng quy đổi sang mùa mưa:
Trong đó: tra bảng PL 2.6 được các hệ số:
• k
mt
: hệ số mùa của thanh về mùa khô (k
mt
= 1,6)
• : hệ số mùa của thanh về mùa sét ( = 1,25)
Tổng trở xung đầu vào của mạch vòng nối đất bằng tổng trở xung đầu vào của một
tia tương đương có chiều dài l

’
, với l
’
= 100 + 58 = 158 m. Các thông số rãi được tính
(theo đơn vị dài m) như sau:
Suy ra điện cảm, điện dẫn tổng:
Tổng trở xung đầu vào của hệ thống nối đất đạt trị số cực đại gần đúng vào lúc
dòng sét qua biên độ, tứ lúc t =
τ
đs
. Từ hệ phương trình vi phân:
(Dùng phương pháp toán tử Laplace giải hệ phương trình vi phân)
Trong đó:
•
τ
đs
= 5µs
• Thời hằng
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 16
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
• X
k
: nghiệm của phương trình siêu việt
Chuỗi số hạng (1) chỉ cần tính đến số hạng thứ k - mà tại đó:
(bởi vì, khi thì < 0,05 có thể bỏ qua được)
Có nghĩa ta chỉ nhận những giá trị:
Giải phương trình: tgX + 0,033X = 0 bằng chương trình Matlab cho nghiệm:
• Đoạn chương trình “Tính tổng trở tản xung của hệ thống nối đất bằng
chương trình MATLAB.
function [z,mt] = tongtroxung(Rmv,Rbs,tds,t1)

clc;
esp = 1e-5;
Rmv = input('Rmv ='); % Dien tro mach vong qui ve noi dat chong
set
Rbs = input('Rbs ='); % Dien tro bo sung qui ve noi dat chong
set
tds = 5; % Do doc dau song cua dong set
t1 = input('t1 ='); % Thoi hang phu thuoc vao kich thuoc cua he
thong noi dat
for i = 1:6
x = (2*i-1)*pi/2:esp:(2*i+1)*pi/2;
fx = (Rmv/Rbs)*x+tan(x);
fabs = abs(fx);
fmin = min(fabs);
k = fabs==fmin;
X(i) = x(k)
a = (X(i)/pi)^2*tds/t1;
A(i) = a
b = exp(-A(i));
B(i) = b
c = cos(X(i));
C(i) = c
d = (1/(C(i))^2);
D(i) = d
f = (B(i)/((Rmv/Rbs)+ D(i)));
F(i) = f
end
end
Thiết lập được bảng kết quả sau:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 17

Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
k X
k
A B C D F
1 2.7222 0.4639 0.6288 -0.9133 1.1988 0.4615
2 5.5458 1.9253 0.1458 0.7402 1.8250 0.0733
3 8.4781 4.4995 0.0111 -0.5844 2.9281 0.0036
4 11.4842 8.2559 0.0003 0.4694 4.5377 0.0001
5 14.5349 13.2246 0.0000 -0.3873 6.6670 0.0000
6 17.6125 19.4179 0.0000 0.3276 9.3206 0.0000
ΣF
0,5385
Tổng trở xung của hệ thống nối đất có nối đất bổ sung:
IV. KIỂM TRA HỆ THỐNG NỐI ĐẤT THEO ĐIỀU KIỆN CHỐNG SÉT:
Dòng sét tản qua hệ thống nối đất của trạm sẽ tạo nên một điện áp giáng xung trên
tổng trở xung của nó. Mà trị số cực đại bằng: U = I
s
.Z
Σ
(0,
τ
đs
), với I
s
là biên độ dòng sét
ở đầu vào của hệ thống nối đất.
Để không xảy ra phóng điện làm hư hỏng cách điện của các trang thiết bị điện
trong trạm, hoặc phóng điện ngược đến các bộ phận mang điện thì điện áp giáng xung
phải nhỏ hơn mức cách điện xung bé nhất của trạm, tức là:
Với U

0,5
là mức cách điện xung bé nhất của thiết bị, cho bởi thực nghiệm.
Theo thiết kế, điểm nối đất của cột thu sét cách điểm nối đất trung tính của MBA
lớn hơn 15m theo đường thanh dẫn nên ta chỉ kiểm tra với U
0,5
của cách điện ngoài của
chuỗi sứ mà không cần kiểm tra với U
0,5
của cách điện trong của MBA.
Tra bảng U
0,5
của chuỗi sứ ở cấp điện áp 110kV là 660kV.
Theo điều kiện đề bài: 600kV<U
x
<660kV
Theo yêu cầu phải kiểm tra với dòng sét i = a.t có các thông số là:
Từ đó tính được điện áp xung kích cực đại là:
Vậy 600kV < U
x
= 609,9kV

< 660kV (Thỏa điều kiện đề bài).
⇒ Vậy hệ thống nối đất đã thiết kế thoả mãn yêu cầu theo quy phạm chống sét.
V. THIẾT KẾ HỆ THỐNG THANH CÂN BẰNG ĐIỆN THẾ:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 18
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Trong diện tích khu vực trạm, cần thiết kế một lưới thanh ngang dọc song song
nhau, với ô lưới 4m. Mục đích của lưới này làm nhiệm vụ cân bằng thế, đảm bảo điện
áp tiếp xúc và điện áp bước bé. Tất cả vỏ kim loại của các thiết bị, các kết cấu kim loại,
các điểm trung tính của máy biến áp công suất và máy biến áp đo lường phải nối vào

lưới nối đất theo đường ngắn nhất và vào giao điểm của các thanh.
Hình: Mặt bằng nối đất trạm 110 kV trường hợp mạch vòng dùng thanh
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 19
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
CHƯƠNG III:
TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY
I. TỔNG QUAN:
Đường dây tải điện trên không là phần tử dài nhất và thường bị sét đánh nhất. Sóng
quá điện áp không những gây quá điện áp trên đường dây làm phóng điện trên chuỗi sứ
dẫn đến cắt điện mà còn có thể truyền vào trạm gây nguy hiểm cho thiết bị.
Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây để chúng ta có thể biết được xác suất phóng
điện trên đường dây và có những biện pháp khắc phục sao cho suất cắt điện trên đường
dây là bé nhất có thể được, nhằm tăng tính liên tục cung cấp điện và giảm thiệt hại do
sét.
Quá điện áp khí quyển xuất hiện trên đường dây theo hai khả năng: hoặc do sét
đánh trực tiếp vào đường dây, hoặc do sét đánh gần đường dây gây nên quá điện áp
cảm ứng lên đường dây. Trường hợp đầu nguy hiểm nhất vì đương dây phải chịu toàn
bộ năng lượng của phóng điện sét do đó trường hợp này được chọn để tính toán chống
sét đường dây.
Sét đánh vào đường dây có treo dây chống sét theo 3 khả năng như sau :
• Sét đánh vào đỉnh cột hay đánh vào dây chống sét ở gần đỉnh cột.
• Sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt.
• Sét đánh vòng qua dây chống sét vào đường dây.
Vì dòng sét có tham số cao, xuất hiện với xác suất bé, nên sẽ không hợp lý nếu lựa
chọn cách điện đường dây thoả mãn quá điện áp lớn nhất có thể xảy ra, mà chỉ chọn
theo một mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật. Như vậy, yêu cầu bảo vệ chống sét đối
với đường dây tải điện không phải là loại trừ hoàn toàn khả năng xảy ra sự cố do sét mà
chỉ có thể giảm số lần sự cố tới một giới hạn hợp lý về kinh tế, tương ứng với một tổn
thất bé. Nói cách khác, phải so sánh chi phí đầu tư cho các biện pháp tăng cường chống
sét với tổn thất cho nền kinh tế quốc dân do mất điện khi đường dây bị cắt do quá điện

áp khí quyển, từ đó tìm ra giải pháp tối ưu.
II. TÍNH CHỈ TIÊU CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110kV:
1. Thông số của đường dây:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 20
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Dạng trụ truyền tải điện là cột thép dùng cho đường dây trên không 110kV loại
Π110-3 có dạng như hình vẽ bên dưới:
Dây chống sét sử dụng dây TK – 50: r
cs
= 4,6mm; độ treo cao h
cs
= 25m; độ võng
dây chống sét f
cs
= 1,8m.
Dây dẫn sử dụng dây dẫn có d = 12,6mm; độ võng f
dd
= 2,5m.
Số lượng đĩa sứ: 7 đĩa; loại đĩa sứ Π-4,5; chiều dài cách điện l
cđ
= 1,2m; chiều dài
chuỗi sứ l
cs
= 1,3m.
Hệ số hiệu chỉnh theo ảnh hưởng vầng quang khi có một dây chống sét:
λ
= 1,3.
Chiều dài trung bình khoảng vượt: l
kv
= 200m.

Số ngày sét trong năm n = 100; mật độ sét trung bình: m = 0,1 lần/km
2
.ng.s.
Hệ số phóng điện ngược:
β
= 0,3; điện trở nối đất của cột: R
c
= 10Ω.
Cách điện xung U
0,5
của chuỗi sứ: U
0,5
= 660kV.
Hình: Trụ điện 110kV loại Π110-3
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 21
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
2. Thông số tính toán:
Xác định pha dùng cho toàn bộ quá trình tính toán:
Hình: Sơ đồ tương đương tính góc bảo vệ của dây chống sét
Pha A có góc bảo vệ lớn nhất nên pha A sẽ được chọn dùng trong tính toán.
Độ treo cao trung bình của dây chống sét:
= 23,800 (m)
Độ treo cao trung bình của dây dẫn:
= 20,033 (m)
Hệ số ngẫu hợp k giữa dây dẫn và dây chống sét: đường dây có một dây chống sét
nên hệ số ngẫu hợp k được tính theo công thức:
Trong đó:
• : khoảng cách trung bình giữa ảnh của dây chống sét và dây dẫn pha A.
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 22
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn

• : khoảng cách trung bình giữa dây chống sét và dây dẫn pha A.
Hệ số ngẫu hợp động k
vq
(khi xét đến ảnh hưởng vầng quang)
Trong đó:
• λ : hệ số hiệu chỉnh theo ảnh hưởng của vầng quang xung, đường dây có
một dây chống sét thì λ = 1,3
Điện cảm của cột tính đến độ treo cao của dây dẫn:
Trong đó:
• r
tđ(c)
: là bán kính tương đương của trụ điện
• H = h
cs
+ h
dd
= 25 + 21,7 = 46,700 (m)
•
∆
h = h
cs
– h
dd
= 25 – 21,7 = 3,300 (m)
Điện cảm của cột tính đến độ treo cao của dây chống sét:
Hỗ cảm giữa khe sét và mạch vòng kín “Dây dẫn – đất”:
Trong đó:
•
β

: hệ số phóng điện ngược:
β
= 0,3
• v : vận tốc phóng điện ngược: v =
β
.c = 0,3 x 300 = 90 (m/
µ
s)
•
•
Hỗ cảm giữa khe sét và mạch vòng kín “Dây chống sét – đất”:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 23
R
x
R
x
i
DCS <<
i
c
i
c
i
DCS <<
i
c
i
DCS
i
DCS

i
S
R
x
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Tổng trở sóng của dây chống sét có xét đến ảnh hưởng của vầng quang xung được
tính theo công thức:
Trong đó:
• Z
cs
: tổng trở sóng của dây chống sét
Tổng trở sóng của dây dẫn có xét đến ảnh hưởng của vầng quang xung được tính
theo công thức:
Trong đó:
• Z
dd
: tổng trở sóng của dây dẫn
Điện cảm của đoạn dây chống sét trong một khoảng vượt:
Trong đó:
• l
kv
: chiều dài khoảng vượt: l
kv
= 200m
• c : vận tốc ánh sáng trong môi trường không khí: c = 300 m/µs
3. Xác suất phóng điện V
p
trên đường dây:
a. Khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc DCS gần đỉnh cột:
Sơ đồ phân bố dòng sét khi sét đánh vào cột:

SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 24
Đồ án: Thiết kế chống sét trạm 110kV GVHD: TS.Dương Vũ Văn
Do R
x
<< Z
DCS
nên dòng sét chủ yếu sẽ đi qua cột và bị sét đánh vào nối đất của cột
điện, còn phần nhỏ theo dây chống sét đến các cột kế cận và vào nối đất của chúng.
Trong trường hợp này chuỗi sứ của cột bị sét đánh chịu quá điện áp năng nề nhất.
Quá điện áp gồm các thành phần sau:
• Điện áp giáng trên điện trở tản xung của nối đất cột điện bị sét đánh:
U
R
= i
c
.R
x
với R
x
= 10
Ω
, i
c
= i
s
– 2i
DCS
= at – 2i
DCS
Do đó: U

R
= i
c
.R
x
= 10(at – 2i
DCS
), (vai trò quan trọng khi R
x
lớn) (1)
• Điện áp cảm ứng từ (): gồm hai thành phần gây nên bởi dòng qua cột tác
dụng lên điện cảm của cột và bởi dòng trong khe sét tác dụng lên hỗ cảm giữa
khe sét và mạch vòng kín “dây dẫn – đất”.
Hình: Sơ đồ minh hoạ thành phần điện áp cảm ứng từ
• Điện áp cảm ứng điện (): do sự trung hoà điện tích trong khe sét trong giai
đoạn phóng điện ngược, các điện tích ràng buộc trên dây dẫn (được tạo nên
cảm ứng trong giai đoạn phóng điện tiên đạo) được giải phóng, chạy về hai
phía của dây dẫn (tính từ cột bị sét đánh) tạo nên thành phần điện áp cảm ứng
điện. Dây chống sét có tác dụng làm giảm, vì trong giai đoạn phóng điện tiên
đạo dây chống sét có tác dụng màn che làm giảm số lượng điện tích cảm ứng
trên dây dẫn.
Gọi là điện áp cảm ứng điện khi chưa kể đến tác dụng của dây chống sét, thì
khi kể đến tác dụng của dây chống sét ta có:
Trong đó:
SVTH: Nguyễn Ngọc Phương – MSSV: 409BK055 Trang 25