Đồ án thuyết minh và những bản vẽ thiết kế chống sét cho trạm biến áp 220 kV

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
LỜI NÓI ĐẦU
Điện năng trong cuộc sống, là một ngành then chốt, mũi nhọn hết sức quan trọng và
nó cũng không thể thiếu được trước công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá ở nước ta.
Trải qua nhiều năm, ngày nay dưới vận hội mới, thời kỳ đổi mới của đất nước,
chúng ta lại cần quan tâm hơn nữa trong ngành năng lượng đặc biệt là ngành điện đó là nhu
cầu cấp thiết của toàn xã hội.
Đặc thù của hệ thống nguồn điện thường đặt ở xa những trung tâm tiêu thụ điện
năng nên phải chuyển qua những máy biến áp tăng hoặc giảm. Ở nước ta, do có thời tiết
nhiệt đới gió mùa mà hệ thống điện lại trải dài từ Bắc vào Nam, do đó phải đi qua nhiều
vùng có thời tiết khí hậu khác nhau và đặc biệt là những nơi có độ ẩm cao, mật độ giông sét
nhiều và thiệt hại do giông sét gây ra cho ngành điện và các ngành khác trong nền kinh tế
quốc dân là rất lớn.
Vì vậy, chúng ta cần phải đầu tư, nghiên cứu và tìm ra những giải pháp tối ưu nhất
để bảo vệ chống giông sét cho những nhà máy điện và cho trạm biến áp. Với yêu cầu cấp
bách và cần thiết, qua đồ án tốt nghiệp này của em đã được hoàn thành gồm bản thuyết
minh và những bản vẽ thiết kế để chống sét cho trạm biến áp 220 kV.
Do quá trình làm thiết kế cũng như trình độ và thời gian có hạn nên bản đồ án của
em không tránh khỏi những sai sót, rất mong được sự chỉ bảo của các Thầy, Cô giáo trong
bộ môn Hệ thống điện, trường đại học Bách Khoa Hà Nội.
Cũng qua đồ án này, em xin chân thành cảm ơn sự tận tình hướng dẫn của thầy
Nguyễn Văn Thịnh cũng như các Thầy, Cô giáo trong Bộ môn đã giảng dạy em trong suốt
quá trình học tập tại trường và hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành nhiêm vụ thiết kế tốt
nghiệp.
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
1
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Chương 1:
b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh trùc tiÕp
1.1. Mở đầu
Khi các thiết bị của trạm phân phối điện ngoài trời bị sét đánh trực tiếp thì sẽ gây

nên những hậu quả nghiêm trọng như sau:
Gây nên hư hỏng các thiết bị điện có thể gây đến việc cung cấp điện bị ngừng toàn
bộ trong thời gian dài làm ảnh hưởng tới việc sản xuất điện năng cùng các ngành kinh tế và
xã hội khác.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho công trình thường dùng các hệ thống
cột thu sét, dây thu sét.
Hệ thống thu sét gồm kim thu sét hoặc dây thu sét, bộ phận nối đất và các dây dẫn
liên hệ các bộ phận máy với nhau. Tác dụng bảo vệ của các hệ thống thu sét là tập trung
điện tích ở đỉnh các hệ thống thu sét tạo nên điện trường lớn nhất giữa nó với đầu tia tiên
đạo. Do đó thu hút các phóng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dưới và xung
quanh hệ thống thu sét.
Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để tập trung điện tích
cảm ứng phía mặt đất được dễ dàng và khi có dòng điện sét đi qua, điện áp trên các bộ phận
thu sét sẽ không đủ gây lên phóng điện ngược từ nó tới các công trình đặt gần.
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng.
1. Công trình được bảo vệ an toàn cần được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ của hệ
thống thu sét, hệ thống này có thể được đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt cách ly
tuỳ thuộc vào hoàn cảnh và điều kiện của công trình. Đặt hệ thống thu sét ngay trên bản
thân công trình có ưu điểm:
+ Tận dụng được phạm vi bảo vệ do đó sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét
như kim đặt trên xà của trạm biến áp hoặc treo dây chống sét trên cột điện.
+ Khi có phóng điện sét dòng điện sẽ gây lên điện áp giáng trên điện trở nối đất và
trên phần điện cảm của thân cột, trị số điện áp này là khá lớn và có thể phóng điện ngược từ
hệ thống thu sét đến bộ phận mang điện nếu cách điện giữa chúng không chịu nổi. Do đó
điều kiện để đặt hệ thống thu sét trên công trình có mang điện là phải đảm bảo có mức cách
điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất
bé. Đối với điện áp đường dây và trạm 110kV trở lên do có mức cách điện cao nên có thể
đặt hệ thống thu sét ngay trên kết cấu của trạm phân phối công trình. Đối với điện áp thấp
hơn việc đặt hệ thống thu sét ngay trên công trình sẽ gặp nhiều khó khăn và cũng không hợp
lý về kinh tế cũng như về kỹ thuật. Trong trường hợp này hệ thống thu sét sẽ được đặt cách

Sinh viªn: Líp: HT§ 1
2
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
ly với công trình, nếu khoảng cách quá bé thì vẫn có thể bị phóng điện không khí cũng như
trong đất từ hệ thống thu sét tới công trình.
2. Nơi yếu nhất của trạm phân phối điện ngoài trời cấp điện cao áp 110kV trở lên là
cuộn dây của máy biến áp vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu
khoảng cách hai điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và vỏ máy biến áp theo
đường điện trong đất phải lớn hơn 15m.
3. Phần dẫn điện của hệ thống thu sét (của bộ phận thu nhận sét và của dây nối đất)
phải có đủ tiết diện nhằm thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua.
4. Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi thì phải cho dây dẫn
điện vào ống chì và chèn vào đất.
1.3. Giới thiệu về trạm biến áp được bảo vệ.
Trạm biến áp được bảo vệ là trạm biến áp phân phối điện ngoài trời cụ thể có các
thông số kỹ thuật như sau:
+ Cấp điện áp: 220/110 kV
+ Kích thước: 203 x 148 (m)
+ Chiều cao được bảo vệ:
- Phía cấp điện áp 220 kV: 17 m
- Phía cấp điện áp 110 kV: 10,5 m
+ Trạm biến áp có:
- 02 máy biến áp 220/110 kV
- Cùng các thiết bị phân phối khác.
+ Trong trạm biến áp có:
- 06 lộ đường dây 220 kV
- 04 lộ đường dây 110 kV
Nhiệm vụ thiết kế ở đây ta đưa ra các phương án bố trí cột thu sét bảo vệ cột biến áp
ngoài trời 220/110kV theo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật và kinh tế sau đó lựa chọn một
phương án hợp lý nhất để tính toán vào các phần về sau.

1.4. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét.
1.4.1. Phạm vi bảo vệ của một cột.
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
3
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
c'
0,75h
r
x
1,5h
a
hx
b
h
0
,
8
h
c
0,2h
Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét
Bán kính bảo vệ của cột thu sét độ cao có sẵn cần được bảo vệ là:
( )
x
x
x
hh
h
h
R −

+
=
1
6,1
(m)
Trong đó:
h: là độ cao cột thu sét
h
x
: là độ cao cần được bảo vệ trong trạm
h - h
x
= h
a
: chiều cao hiệu dụng của cột
Nếu:
h
x
≤
3
2
h thì






−=
h

h
hr
x
x
8,0
15,1
h
x
>
3
2
h thì






−=
h
h
hr
x
x
175,0
Nếu chiều cao của cột h > 30 m thì ta phải kể đến hệ số hiệu chỉnh nghĩa là:
r
x
(h . 30 m) = r
x

. p
Với p là hệ số hiệu chỉnh: p =
h
5,5
1.4.2. Phạm vi bảo vệ của 2 cột
Giả thiết khoảng cách giữa hai cột thu sét
- Nếu a ≥ 7h thì bất kỳ điểm nào cũng được bảo vệ
- Nếu a < 7h thì cột độc lập được xác định là:
7
0
a
hh =−
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
4
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Suy ra
7
0
a
hh −=
Ta xem như h
0
như chiều cao của một cột thu sét và tính phạm vi bảo vệ cho độ cao
h
x
r
ox
ho
a
2h/3

1,5h
0,75h
hx
1,5h
h
Hình 1.2 : Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét
Nếu h
x
≤
3
2
h
0
thì








−=
0
00
8,0
15,1
h
h
hr

x
x
h
x
>
3
2
h
0
thì








−=
0
00
175,0
h
h
hr
x
x
Nếu cột thu sét có độ cao h > 30 m thì h
0
= h -

p
a
7
- Với 2 cột thu sét có chiều cao khác nhau:
L
L
φ
ho
h2
h1
Rx2
Rx1
x
Cét thø nhÊt
Cét gi¶ tëng
hx
Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao khác nhau
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
5
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
1.4.3. Với nhiều cột thu sét.
- Trong nhiều trường hợp có nhiều cột thu sét ta phải xác định cho từng nhóm cột
gần nhau (với 3 hoặc 4 cột gần nhau) phối hợp để bảo vệ thu sét cho đường tròn ngoại tiếp
tam giác, tứ giác do các cột tạo nên, do đó sẽ được bảo vệ nếu:
D ≤ 8(h - h
x
) = 8h
a
Với D là đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác.
a

a
r
o
x
a
D
a'
a
Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ của 3 và 4 cột thu sét
1.5. Khoảng cách bảo vệ an toàn trong không khí và đất
- Để có khoảng phóng điện trong không khí với khoảng cách là S
k
thì điện áp tại
điểm A khi có sét đánh sẽ là:
U
A
= I
s
. R
d
+ L
c
+
dt
dis
L
hx
c
s
®

s
k
R
®
ThiÕt bÞ
h
x
Hình 1.5: Khoảng cách bảo vệ an toàn trong không khí và trong đất
Trong đó:
- I
s
: biên độ dòng sét, thường lấy I
s
= 150 kA
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
6
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
-
s
a
dt
dis
=
: độ dốc đầu sóng, thường lấy a
s
= 30 kA/µs
-
hx
c
L

= L
0
.h
x
: L
0
là đơn vị điện cảm của cột; L
0
= 1,7 µH/m
Khi có sét đánh thì: U
A
<
sk
pd
U
Trong đó:
sk
pd
U
=
k
pd
E
. S
k
với
k
pd
E
= 500 kV/m

⇒
sk
pd
E
. S
k
. 5 ≥ I
s
.R
d
+ L
0
.h
x
.a
s
500 . S
k
≥ 150.R
d
+ 1,7.30.h
x
Vậy: S
k
≥
500
.51150
xd
hR +
Để có phóng điện trong đất thì điện áp tại điểm B sẽ là U

B
U
B
≥ I
s
.R
d
hay U
B
≥ 150.R
d
Trong đó: U
B
=
d
pd
E
.S
d
Với:
d
pd
E
= 300 kV/W
⇒ S
d
≥
300
150
d

R
=0,5R
d
1.6. Trình tự tính toán chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220kV
* Bố trí vị trí các cột thu sét đã chọn sao cho hợp lý
* Xác định chiều cao hiệu dụng của các cột thu sét
- Tính đường kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác qua các đỉnh
cột thu sét sao cho toàn bộ các cột có đường kính tam giác hoặc tứ giác đó được bảo vệ toàn
diện khi điều kiện D ≤ 8h
a
được đảm bảo.
* Lấy độ cao tác dụng lớn nhất để bảo vệ cho chiều cao h
x
áp dụng cho toàn trạm, ta
phải tính độ cao h của cột thu sét theo công thức:
h = h
a
+ h
x
* Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với các vật nằm ngoài phạm vi mà cột thu sét bảo vệ
chúng.
- Tính bán kính bảo vệ của một cột thu sét
- Tính độ cao lớn nhất h
0
của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét và tính bán kính r
ox
mà chiều cao h
0
bảo vệ
- Thể hiện bằng bản vẽ kèm theo khu vực bảo vệ như kích thước đã được tính ở

phần trên.
* Kiểm tra toàn bộ bản vẽ thiết kế nếu có xà nào đó mà cần bảo vệ còn nằm ở ngoài
phạm vi bảo vệ của các cột thu sét thì cần bố trí lại trên bản vẽ thiết kế, ta có thể bố trí lại
các cột thu sét hoặc tăng độ cao các cột thu sét. Ngoài ra có thể tăng thêm các cột thu sét
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
7
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
nếu điều kiện cho phép sao cho các độ cao cần được bảo vệ phải nằm trong phạm vi của cột
thu sét.
1.6.1. Các độ cao trạm biến áp cần được bảo vệ
- Phía điện áp 220 kV
+ Độ cao lớn nhất: h
x
= 17 m
+ Độ cao xà đỡ, thanh góp h
x
= 11 m
- Phía điện áp 110 kV
+ Độ cao lớn nhất: h
x
= 10,5 m
+ Độ cao xà đỡ, thanh góp h
x
= 7 m
+ Sơ đồ mặt bằng trạm:
p. phân ph?i
220kV
MBA AT2
MBA AT1
NHÀ ÐI? U KHI? N

TM - 22
TM - 22
TM - 35
148000
168000
35000
85000
P. PHÂN PH? I
35 - 22 KV
203000
Hình 1.6: Sơ đồ mặt bằng trạm biến áp 220/110kV Vật Cách.
Dựa vào sơ đồ mặt bằng trạm và các độ cao cần bảo vệ của trạm biến áp em đề xuất
các phương án bố trí cột thu sét cho trạm như sau:
1.6.2. Đề xuất các phương án bố trí cột thu sét bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
cho trạm biến áp 220kV
A. Phương án 1.
- Giả thiết nhà điều khiển 22kV đã được bố trí bảo vệ
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
8
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
- Các cột thu sét được bố trí trên hình vẽ (1.6) với các cột đặt trên các xà đỡ và 4 cột
đặt độc lập.
MBA AT2
MBA AT1
NHÀ ÐI? U KHI? N
TM - 22
TM - 22
TM - 35
P. PHÂN PH? I
35 - 22 KV

7
1
8 9
3
10 11
5
12
13 14 15 16 17 18
20 21 22 23
24 25 26 27 28
17000 17000 17000 17000 17000 17000 17000 17000 17000 17000
17000170001700017000
30000 30000 3000050000
29 31 32 33 34
62 4
19
30
Hình 1.7: Sơ đồ bố trí cột phương án 1
1) Tính toán độ cao tác dụng h
a
của cột thu sét.
a) Phía điện áp 220 kV
* Xét nhóm cột: (1,2,7,8). (2,3,8,9). (3,4,9,10). (4,5,10,11). (5,6,11,12). (14,15,19).
(15,16,19) chúng tạo thành một hình chữ nhật có:
Chiều dài a = 34 (m)
Chiều rộng b = 17 (m)
D =
22
1734 +
= 38 (m)

h
a
=
75,4
8
38
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (7,8,13,14). (8,9,14,15). (9,10,15,16). (10,11,16,17). (11,12,17,18)
chúng tạo thành những hình vuông có cạnh =34m
D =
22
3434 +
= 48 (m)
h
a
=
6
8
48
8
==
D
(m)
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
9
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
* Xét nhóm cột: (13,14,20). (16,17,22). (17,18,22,23) chúng tạo thành một tam giác

vuông có:
a = 43 (m)
b = 34 (m)
D =
22
3443 +
= 54,8 (m)
h
a
=
85,6
8
8,54
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (14,19,20) chúng tạo thành một tam giác thường có:
a= 38 (m)
b= 43(m)
c= 43 (m)
p =
2
434338 ++
= 62
D =
)4362()4362()3862(622
434338
−×−×−×
××

= 46 (m)
h
a
=
6
8
48
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (19,20,21) chúng tạo thành một tam giác thường có:
a = 43 (m)
b = 51(m)
c = 31 (m)
p =
2
314351 ++
= 62,5
D =
)515,62()435,62()315,62(5,622
514331
−×−×−×
××
= 51 (m)
h
a
=
735,6
8

51
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (16,19,21) chúng tạo thành một tam giác thường có:
a = 38 (m)
b = 46(m)
c = 31 (m)
p =
2
314638 ++
= 57,5 (m)
D =
)385,57()465,57()315,57(5,572
384631
−×−×−×
××
= 46,4 (m)
h
a
=
8,5
8
4,46
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (16,21,22) chúng tạo thành một tam giác thường có:

Sinh viªn: Líp: HT§ 1
10
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
a = 51 (m)
b = 46(m)
c = 54,8 (m)
p =
2
8.544651 ++
= 76 (m)
D =
)8,5476()4676()5176(762
8,544651
−×−×−×
××
= 58,5 (m)
h
a
=
31,7
8
5,58
8
==
D
(m)
b) phía điện áp 110kV
* Xét nhóm cột: (24,29,30) chúng tạo thành một tam giác vuông có:
a = 30 (m)
b = 20 (m)

D =
22
2030 +
= 36 (m)
h
a
=
5,4
8
36
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (24,25,30). (25,30,31). (25,26,31). (26,31,32) chúng tạo thành một
tam giác thường có:
a = 36 (m)
b = 30(m)
c = 31,6 (m)
p =
2
6,313036 ++
= 48,8 (m)
D =
)6,318,48()308,48()368,48(8,482
6,313036
−×−×−×
××
= 38 (m)
h

a
=
75,4
8
38
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (26.27.32) chúng tạo thành một tam giác thường có:
a = 50 (m)
b = 36(m)
c = 42,4 (m)
p =
2
4,423650 ++
= 64m
D =
)4,4264()3664()5064(642
4,423650
−×−×−×
××
= 51,6 (m)
h
a
=
45.6
8
6.51
8

==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (27.32.33). (27.28.33.34) chúng tạo thành một tam giác vuông có:
a = 30

(m)
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
11
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
D =
22
3030 +
= 42,4 (m)
h
a
=
3,5
8
4,42
8
==
D
(m)
- Chọn h
a max
= 7,5 (m) cho các cột thu sét
- Kiểm tra lại với phần thiết bị nằm giữa 2 cấp điện áp với giả thiết rằng chiều cao cần
bảo vệ ở cả 2 phía điện áp là bằng nhau.
Cụ thể ở đây là các tam giác: (20,24,25); (20,21,25); (21,25,26); (21,26,22); (22,26,27);

(22,27,23); (23,27,28).
* Xét tam giác (20,24,25) và (23,27,28)
a = 17 (m)
b = 30 (m)
c = 33 (m)
p =
2
333017 ++
= 40 m
D =
)3340()3040()1740(402
333017
−×−×−×
××
= 33 (m)
h
a
=
14.4
8
33
8
==
D
(m)
* Xét tam giác (20,21,25)
a = 33 (m)
b = 28,6 (m)
c = 51 (m)
p =

2
516,2833 ++
= 56,3 m
D =
)513,56()6,283,56()333,56(3,562
516,2833
−×−×−×
××
= 54,84 (m)
h
a
=
85,6
8
84,54
8
==
D
(m)
* Xét tam giác (21,25,26)
a = 30 (m)
b = 28,6 (m)
c = 18,4 (m)
p =
2
4,186,2830 ++
= 38,5 m
D =
)4,185,38()6,285,38()305,38(5,382
4,186,2830

−×−×−×
××
= 30,9 (m)
h
a
=
87,3
8
9,30
8
==
D
(m)
* Xét tam giác (21,26,22)
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
12
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
a = 47 (m)
b = 51 (m)
c = 18,4 (m)
p =
2
4,185147 ++
= 58,2 m
D =
)4,182,58()512,58()472,58(2,582
4,185147
−×−×−×
××
= 51 (m)

h
a
=
38,6
8
51
8
==
D
(m)
* Xét tam giác (22,26,27)
a = 47 (m)
b = 50 (m)
c = 18 (m)
p =
2
185047 ++
= 57,5 m
D =
)185,57()505,57()475,57(5,572
185047
−×−×−×
××
= 50 (m)
h
a
=
25,6
8
50

8
==
D
(m)
* Xét tam giác (22,27,23)
a = 33 (m)
b = 34 (m)
c = 18 (m)
p =
2
183433 ++
= 42,5 m
D =
)185,42()345,42()335,42(5,422
183433
−×−×−×
××
= 34,8 (m)
h
a
=
35,4
8
8,34
8
==
D
(m)
Qua tính toán ta thấy chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột này đều nhỏ hơn h
amax

=
7,5m nên khu vực giữa 2 cấp điện áp 110kV và 220kV đều nằm trong phạm vi an toàn
2) Xác định độ cao của cột thu sét.
Theo công thức: h = h
x
+ h
a
- h là độ cao cột thu sét
- h
x
là chiều cao của vật cần được bảo vệ
- h
a
là độ cao tác dụng của các cột thu sét
- Phía điện áp 220kV
- Độ cao cần bảo vệ là: h
x
= 17 (m)
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
13
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
- Độ cao hiệu dụng đã chọn là: h
a
= 7,5 (m)
- Độ cao cột thu sét tính toán là: h = 17 +7,5 = 24,5 (m)
- Phía điện áp 110kV
- Độ cao cần bảo vệ là: h
x
= 10.5 (m)
- Độ cao hiệu dụng đã chọn là: h

a
= 7.5 (m)
- Độ cao cột thu sét tính toán là: h = 10,5 + 7,5 = 18 (m)
3) Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phía ngoài trạm.
3.1. Phía điện áp 220 kV
a) Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét.
- Bán kính bảo vệ của cột thu sét cao 24,5 (m) bảo vệ cho h
x
= 17 (m)
Vì h
x
= 17 (m) > 2h/3 = 16,3
r
x
= 0,75 h(1 – h
x
/h)
= 0,75x24,5(1-17/24,5) = 5,625 (m)
- Bán kính bảo vệ của cột thu sét cao 24,5 (m) bảo vệ cho h
x
= 11 (m)
Vì h
x
= 11 (m) < 2h/3 = 16,3
r
x
= 1,5 h(1 – h
x
/0,8h)
= 1,5x24,5(1-11/0,8x24,5)= 16 (m)

b) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột
- Xét các cặp cột (1-2); (2-3); (3-4); (4-5); (5-6); (6-7); (7-8); (8-9); (9-10); (10-11);
(11-12); (12-13); (13-14); (14-15); (15-16); (16-17); (17-18); (7-13); (8-14); (9-15); (10-
16); (11-17); (12-18); (22-23)
Có khoảng cách L = 34 (m)
Ta thấy chúng có khoảng cách bằng nhau nên ta chỉ xét một cặp cột rồi suy ra các
cặp cột còn lại.
- Xét cặp cột (1-2) có:
l
1-2
= 34 (m)
h
0
= 24,5 -34/7 = 19,6 (m)
Với h
x
= 17 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75xh
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x19,6(1 – 17/19,6) = 1,95 (m)
Với h

x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox
= 1,5xh
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x19,6(1 – 11/0,8x9,6) = 8,8 (m)
- Xét nhóm cột (1-7); (2-8); (3-9); (4-10); (5-11); (6-12); (15-19) Có:
l = 17 (m)
h
0
= 24,5 -17/7 = 22 (m)
Với h
x
= 17 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75xh
0
(1 - h
x

/h
0
)
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
14
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
= 0,75x22(1 - 17/22) = 3,75 (m)
Với h
x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox
= 1,5xh
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x22(1 – 11/0,8x22) = 12,4 (m)
- Xét cặp cột (14-20); (17-22); (18-23) Có:
l = 43 (m)
h
0
= 24,5 -43/7 = 18,4 (m)
Với h
x
= 17 (m) > 2h

0
/3
r
ox
= 0,75.h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75.18,4(1 - 17/18,4) = 1.05 (m)
Với h
x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox
= 1,5.h
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5.18,4(1 – 11/0,8.18,4) = 7 (m)
- Xét cặp cột (20-21); (21-22) Có:
l = 51 (m)
h

0
= 24,5 -51/7 = 17,2 (m)
Với h
x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox
= 1,5xh
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x17,2(1 – 11/0,8x17,2) = 5.2 (m)
- Xét cặp cột 13-20 Có:
l = 54,8 (m)
h
0
= 24,5 - 54,8/7 = 16,67 (m)
Với h
x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox
= 1,5h

0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x16,68(1 – 11/0,8x16,68) = 4,38 (m)
3.2.Phía điện áp 110kV
a) Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét.
- Bán kính bảo vệ của cột thu sét cao 18 (m) bảo vệ cho h
x
= 10,5 (m)
Vì h
x
= 10,5 (m) < 2h/3 = 12m
r
x
= 1,5 h(1 – h
x
/0,8h)
= 1,5x18x(1-10,5/0,8x18)= 7,3 (m)
- Bán kính bảo vệ của cột thu sét cao 18 (m) bảo vệ cho h
x
= 7 (m)
Vì h
x
= 7 (m) < 2h/3
r
x
= 1,5 h(1 – h

x
/0,8h)
= 1,5x18x(1-7/0,8x18)= 13,875 (m)
b) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột
- Xét các cặp cột (24-25); (25-26); (27-28); (24-29); (30-31); (31-32); (32-33); (33-
34); (27-33); (28-34) Có:
l = 30 (m)
h
0
= 18 -30/7 = 13,7 (m)
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
15
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Với h
x
= 10,5 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x13,7x(1 – 10,5/13,7) = 2,4 (m)
Với h
x

= 7 (m) < 2h
0
/3
r
ox
=1,5h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 1,5x13,7x(1 - 7/0,8x13,7) = 7,425 (m)
- Xét cặp cột (26-27) Có:
l = 50 (m)
h
0
= 18 -51/7 = 10,86 (m)
Với h
x
= 10,5 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h
0
(1 - h
x
/h

0
)
= 0,75x10,86x(1 - 10,5/10,86) = 0,27 (m)
Với h
x
= 7 (m) > 2h
0
/3
r
ox
=0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x10,86x(1 - 7/10,86) = 2,895 (m)
- Xét cặp cột (29-30) Có:
l = 20 (m)
h
0
= 18 -20/7 = 15 (m)
Với h
x
= 10,5 (m) > 2h
0
/3
r
ox

= 0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x15x(1 - 10,5/15) = 3,375 (m)
Với h
x
= 7 (m) < 2h
0
/3
r
ox
=1,5h
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x15x(1 - 7/0,8x15) = 9,375 (m)
- Xét căp cột (20-24); (23-28) có l = 17m.
Hai cặp cột này có chiều cao khác nhau vì vậy ta sẽ tính theo công thức sau:
C?t th? nh?t
C?t gi? tu?ng
R
2
x

R
1
x
ho
a'
a
o o'
h2
h1
Rox
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
16
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Hình 1.8: phạm vi bảo vệ của 2 cột có độ cao khác nhau
a’ = a - oo’= a -
( )
12
2
1
1
6,1
hh
h
h
−
+

h
1
: chiều cao cột phía 110kv = 18 m

h
2
: chiều cao cột phía 220kV = 24,5 m
⇒
a’ = 17 -
( )
185,24
5,24
18
1
6,1
−×
+
= 11m
h
01
= h
1
- a’/7 = 18 - 11/7 =16,4 m
h
x
= 10,5<2/3h
0
→
r
ox
=1,5h
0
(1 - h
x

/h
0
)
= 1,5x16,4x(1 - 10,5/0,8x16,4) = 4,9 (m)
- Bảng tổng kết phương án 1
+ Phía điện áp 220kV
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
17
Cột
Khoảng cách
(m)
r
ox
(m)
Với h
x
= 17m Với h
x
=11m
1 - 2 34 1,95 8,8
2 - 3 34 1,95 8,8
3 - 4 34 1,95 8,8
4 - 5 34 1,95 8,8
5 - 6 34 1,95 8,8
6 - 12 17 3,75 12,4
12 - 18 34 1,95 8,8
18 - 23 43 1,05 7
23 - 22 34 1,95 8,8
22 - 21 51 5,2
21 - 20 51 5,2

20 - 14 43 1,05 7
14 - 13 34 1,95 8,8
13 - 7 34 1,95 8,8
7 - 1 17 3,75 12,4
20 - 13 54,8 4,38
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
B¶ng 1.1: b¸n kÝnh b¶o vÖ cña c¸c cÆp cét phÝa ®iÖn ¸p 220kV

+ Phía điện áp 110kV
Cột
Khoảng cách
(m)
r
ox
(m)
Với h
x
= 10,5m Với h
x
=7m
24 - 29 30 2,4 7,425
29 - 30 20 3,375 9,375
30 - 31 30 2,4 7,425
31 - 32 30 2,4 7,425
32 - 33 30 2,4 7,425
33 - 34 30 2,4 7,425
34 - 28 30 2,4 7,425
28 - 27 30 2,4 7,425
27 - 26 50 0,27 2,895
26 - 25 30 2,4 7,425

25 - 24 30 2,4 7,425
B¶ng 1.2: b¸n kÝnh b¶o vÖ cña c¸c cÆp cét phÝa ®iÖn ¸p 110kV
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
18
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
4) Hình vẽ phạm vi bảo vệ của phương án.
MBA AT2
MBA AT1
NHÀ ÐI? U KHI? N
TM - 22
TM - 22
TM - 35
P. PHÂN PH? I
35 - 22 KV
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22
23 24 25 26 27
3328 29 30 31 32
PVBV cho hx = 7m
PVBV cho hx = 10m
PVBV cho hx = 11m PVBV cho hx = 17m
Hình1.9: Phạm vi bảo vệ phương án 1
* Nhận xét: Phương án đặt cột thu lôi như phương án trên đảm bảo khả năng chống
sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong trạm.
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
19
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
B. Phương án 2.

- Giả thiết nhà điều khiển 22kV đã được bố trí bảo vệ
- Các cột thu sét được bố trí trên hình vẽ (1.8) với các cột đặt trên các xà đỡ và 4 cột
đặt độc lập. phía điện áp 110 kV ta giữ nguyên như phương án 1.
MBA AT2
MBA AT1
TM - 22
TM - 22
TM - 35
P. PHÂN PH? I
35 - 22 KV
1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17 18
19 20 21 22
23 24 25 26 27
33
30000 30000 3000050.0000
28 29 30 31 32
34000 34000 34000 34000 34000
3400034000
Hình 1.10: Sơ đồ bố trí cột phương án 2
1) Tính toán độ cao tác dụng h
a
của cột thu sét.
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
20
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
* Xét nhóm cột: (1,2,7,8); (2,3,8,9); (3,4,9,10); (4,5,10,11); (5,6,11,12); (7,8,13,14);
(8,9,14,15); (9,10,15,16); (10,11,16,17); (11,12,17,18) chúng tạo thành những hình vuông
có:

Cạnh : a = 34m
D =
22
3434 +
= 48 (m)
h
a
=
6
8
48
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (13,14,19); (14,15,19); (16,17,21); (17,18,21,22) chúng tạo thành
một tam giác vuông có:
a = 26 (m)
b = 34 (m)
D =
22
2634 +
= 42,8 (m)
h
a
=
35,5
8
8.42
8

==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (15,19,20); (16,20,21) chúng tạo thành một tam giác thường có:
a = 43 (m)
b = 51(m)
c = 31 (m)
p =
2
314351 ++
= 62,5
D =
)515,62()435,62()315,62(5,622
514331
−×−×−××
××
= 51 (m)
h
a
=
735,6
8
51
8
==
D
(m)
* Xét nhóm cột: (15,16,20) chúng tạo thành một tam giác thường có:
a = 34 (m)
b = 31(m)

c = 31 (m)
p =
2
313431 ++
= 48 (m)
D =
)3148()3448()3148(482
313431
−×−×−××
××
= 37 (m)
h
a
=
6,4
8
37
8
==
D
(m)
Phía điện áp 110 kV giống phương án 1 vì vậy ta không cần tính lại nữa.
⇒
ta chọn h
amax
= 7m
2) Xác định độ cao của cột thu sét.
Theo công thức: h = h
x
+ h

a
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
21
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
- h là độ cao cột thu sét
- h
x
là chiều cao của vật cần được bảo vệ
- h
a
là độ cao tác dụng của các cột thu sét
+Phía điện áp 220kV
- Độ cao cần bảo vệ là: h
x
= 17 (m)
- Độ cao hiệu dụng đã chọn là: h
a
= 7 (m)
- Độ cao cột thu sét tính toán là: h = 17 + 7 = 24 (m)
+Phía điện áp 110kV
- Độ cao cần bảo vệ là: h
x
= 10,5 (m)
- Độ cao hiệu dụng đã chọn là: h
a
= 7 (m)
- Độ cao cột thu sét tính toán là: h = 10,5 + 7 = 17,5 (m)
3) Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phía ngoài trạm.
3.1. Phía điện áp 220 kV
a) Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét.

- Bán kính bảo vệ của cột thu sét cao 24 (m) bảo vệ cho h
x
= 17 (m)
Vì h
x
= 17 (m) > 2h/3 = 16 (m)
r
x
= 0,75 h(1 – h
x
/h)
= 0,75.24.(1-17/24)= 5.25 (m)
- Bán kính bảo vệ của cột thu sét cao 24 (m) bảo vệ cho h
x
= 11 (m)
Vì h
x
= 11 (m) < 2h/3 = 16 (m)
r
x
= 1,5 h(1 – h
x
/0,8h)
= 1,5x24x(1-11/0,8x24)= 15,375 (m)
b) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột
- Xét các cặp cột (1-2); (2-3); (3-4); (4-5); (5-6); (6-7); (7-8); (8-9); (9-10); (10-11);
(11-12); (13-14); (14-15); (15-16); (16-17); (17-18); (1-7); (2-8); (3-9); (4-10); (5-11); (6-
12); (7-13); (8-14); (9-15); (10-16); (11-17); (12-18); (21-22)
Có khoảng cách L = 34 (m)
Ta thấy chúng có khoảng cách bằng nhau nên ta chỉ xét một cặp cột rồi suy ra các

cặp cột còn lại.
- Xét cặp cột (1-2) có:
l
1-2
= 34 (m)
h
0
= 24 -34/7 = 19 (m)
Với h
x
= 17 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x19x(1 – 17/19) = 1,5 (m)
Với h
x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox

= 1,5h
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x19x(1 – 11/0,8x19) = 7,875 (m)
- Xét các cặp cột (14-19); (17-21); (18-22) Có:
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
22
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
l = 26 (m)
h
0
= 24 -26/7 = 20,3 (m)
Với h
x
= 17 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)

= 0,75x20,3x(1 - 17/20,3) = 2,475 (m)
Với h
x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox
= 1,5h
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x20,3x(1 – 11/0,8x20,3) = 9,825 (m)
- Xét các cặp cột (19-15); (16-21) Có:
l = 42,8 (m)
h
0
= 24 - 42,8/7 = 17,9 (m)
Với h
x
= 17 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h
0

(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x17,9x(1 - 17/17,9) = 0,675 (m)
Với h
x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox
= 1,5h
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5.22x(1 – 11/0,8x22) = 12,4 (m)
- Xét các cặp cột (15-20); (16-20) Có:
l = 31 (m)
h
0
= 24 -31/7 = 19,5 (m)
Với h
x
= 17 (m) > 2h
0

/3
r
ox
= 0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x19,5x(1 - 17/19,5) = 1,875 (m)
Với h
x
= 11 (m) < 2h
0
/3
r
ox
= 1,5h
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x19,5x(1 – 11/0,8x19,5) = 8,625 (m)
- Xét các cặp cột (19-20); (20-21) Có:
l = 51 (m)
h
0

= 24 -51/7 = 15,86 (m)
Với h
x
= 11 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x15,86x(1 – 11/15,86) = 3,645 (m)
- Xét cặp cột (13-19) Có:
l = 54,8 (m)
h
0
= 24 -54,8/7 = 16,17 (m)
Với h
x
= 11 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h
0

(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x16,17x(1 – 11/16,17) = 3,88 (m)
3.2. Phía điện áp 110kV
a) Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét.
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
23
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
- Bán kính bảo vệ của cột thu sét cao 17,5 (m) bảo vệ cho h
x
= 10,5 (m)
Vì h
x
= 10,5 (m) < 2h/3 = 12 (m)
r
x
= 1,5h(1 – h
x
/0,8h)
= 1,5x17,5x(1-10,5/0,8x17,5)= 6,56 (m)
- Bán kính bảo vệ của cột thu sét cao 17,5 (m) bảo vệ cho h
x
= 7 (m)
Vì h
x
= 7 (m) < 2h/3
r

x
= 1,5h(1 – h
x
/0,8h)
= 1,5x17,5x(1-7/0,8x17,5)= 13,125 (m)
b) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột.
- Xét các cặp cột (24-25) (25-26) (27-28) (24-29) (30-31) (31-32) (32-33) (33-34)
(27-33) (28-34) Có:
l = 30 (m)
h
0
= 17,5 -30/7 = 13,2 (m)
Với h
x
= 10,5 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x13,2x(1 – 10,5/13,2) = 2,025 (m)
Với h
x
= 7 (m) < 2h

0
/3
r
ox
=1,5h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 1,5x13,2x(1 - 7/0,8x13,2) = 6,675 (m)
- Xét cặp cột (26-27) Có:
l = 50 (m)
h
0
= 17,5 -51/7 = 10.36 (m)
Với h
x
= 10,5 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75,h
0
(1 - h
x
/h
0

)
= 0,75x10,36x(1 - 10,5/10,36) = 0,105 (m)
Với h
x
= 7 (m) > 2h
0
/3
r
ox
=0,75h
0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x10,36x(1 - 7/10,36) = 2,52 (m)
- Xét cặp cột (29-30) Có:
l = 20 (m)
h
0
= 17,5 -20/7 = 14,5 (m)
Với h
x
= 10,5 (m) > 2h
0
/3
r
ox
= 0,75h

0
(1 - h
x
/h
0
)
= 0,75x14,5x(1 - 10,5/14,5) = 3 (m)
Với h
x
= 7 (m) < 2h
0
/3
r
ox
=1,5h
0
(1 - h
x
/0,8h
0
)
= 1,5x14,5x(1 - 7/0,8x14,5) = 8,625 (m)
- Xét căp cột (20-24); (23-28) có l = 17(m)
Hai cặp cột này có chiều cao khác nhau vì vậy ta sẽ tính theo công thức sau:
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
24
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
a’ = a - OO’= a -
( )
12

2
1
1
6,1
hh
h
h
−
+

h
1
: chiều cao cột phía 110kv = 17,5 (m)
h
2
: chiều cao cột phía 220kV = 24 (m)
⇒
a’ = 17 -
( )
5,1724
24
5,17
1
6,1
−×
+
= 11 (m)
= 1,5x16,4x(1 - 10,5/0,8x16,4) = 4,9 (m)
h
01

=h
1
- a’/7 = 18 -11/7 =16,4 (m)
h
x
= 10,5<2/3h
0
⇒
r
ox
=1,5h
0
(1 - h
x
/h
0
)
C?t th? nh?t
C?t gi? tu?ng
R
2
x
R
1
x
ho
a'
a
o o'
h2

h1
Rox
Hình 1.10: phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau
- Bảng tổng kết phương án 2:
+ Phía điện áp 220kV
Cột
Khoảng cách
(m)
r
ox
(m)
Với h
x
= 17m Với h
x
=11m
1 - 2 34 1,5 7,875
2 - 3 34 1,5 7,875
3 - 4 34 1,5 7,875
4 - 5 34 1,5 7,875
5 - 6 34 1,5 7,875
6 - 12 34 1,5 7,875
12 - 18 34 1,5 7,875
18 - 22 26 2,475 9,825
22 - 21 34 1,5 7,875
Sinh viªn: Líp: HT§ 1
25