ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP-THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT CHO MỘT TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY CÁO ÁP DẪN TỚI TRẠM

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Lời nói đầu.
Đờng dây và trạm biến áp là những phần tử chính trong hệ thống truyền
tải và phân phối điện năng.Cùng với sự phát triển nhanh của khoa học kỹ
thuật thì điện năng ngày càng trở nên hết sức quan trọng trong sự phát triển
chung của xã hội. Công suất của phụ tải ngày càng tăng kèm theo đòi hỏi
ngày càng cao về chất lợng điện năng,điều đó thúc đẩy sự phát triển nhanh của
hệ thống điện.Trạm biến áp là nơi nhận điện và cung cấp cho các phụ tải. Các
thiết bị trong trạm đều hiện đại và chiếm một số vốn đầu t tơng đối lớn. Trong
vận hành trạm có thể xuất hiện nhiều loại sự cố khác nhau, một trong sự cố
nguy hiểm nhất của trạm là sét đánh trực tiếp vào trạm hoặc dây dẫn tới trạm.
Sét là hiện tợng phóng điện với dòng điện rất lớn sẽ gây phá hỏng máy biến
áp và đờng dây. Khi bị sét đánh thờng dẫn đến sự ngừng trệ việc cung cấp điện
và truyền tải điện ở một số khu vực, điều này làm thiệt hại lớn đến nền kinh
tế , xã hội và tính mạng con ngời.Điều đó đòi hỏi phải tính toán hệ thống
chống sét sao cho giảm đợc tối đa hiện tợng sét đánh vào khu vực bảo vệ.
Trong đề tài này với nhiệm vụ thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm
biến áp và đờng dây cao áp dẫn tới trạm.
Tuy đã cố gắng rất nhiều nhng do thời gian còn hạn chế và kiến thức có hạn
nên bản đồ án này có thể không tránh khỏi những thiếu sót rất mong các thầy
cô và các bạn góp ý chỉ bảo thêm.
Bài đồ án đợc hoàn thành em xin chân thành cảm ơn sự động viên của các
bạn và sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hệ Thống
Điện Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội . Đặc biệt là sự hớng dẫn trực tiếp và
sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Trần Văn Tớp.
Em xin chân thành cảm ơn.
Mở đầu
Giới thiệu chung về hiện tợng sét ở Việt Nam.
Qua việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét cho các

công trình, thiết bị đã có lịch sử từ lâu đời. Ngày nay ngời ta đã tìm ra đợc
những biện pháp, những hệ thống thiết bị và những kỹ thuật tiên tiến để phòng
chống sét một cách hữu hiệu và an toàn. Tuy nhiên giông sét là hiện tợng tự
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
1

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
nhiên. Mật độ, thời gian và cờng độ sét mang tính ngẫu nhiên cho nên việc
nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đối với các công trình.
ở những vùng khác nhau, do điều kiện khí hậu và thiết bị kỹ thuật khác
nhau nên các đặc điểm về giông sét gây ra những tác hại khác nhau. Tuỳ theo
từng vùng mà có những biện pháp thích hợp để phòng chống sét có hiệu quả.
A.Tình hình giông sét ở việt nam:
Theo đề tài KC-03-07 của Viện năng lợng trong một năm số ngày giông
trên Miền bắc nớc ta thờng giao động trong khoảng từ 70 đến 110 ngày và số
lần giông từ 150 đến 300 lần, nh vậy vào mùa ma trung bình một ngày có thể
xảy ra từ 2 đến 3 cơn giông.
Vùng giông nhiều nhất trên Miền Bắc là vùng Tiên Yên, Móng Cái; Tại
đây hàng năm có từ 100 đến 110 ngày, tháng nhiều giông nhất là các tháng
VII, VIII có tới 25 ngày/ tháng.
Một số vùng khác có địa hình chuyển tiếp giữa cồng bằng số lần giông
cũng nhiều tới 200 lần với số ngày giông khoảng trên 100 ngày, các vùng còn
lại từ 150 đến 200 cơn giông mỗi năm tập chung khoảng 90 đến 100 ngày.
Nơi ít giông nhất là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày giông.
Xét về dạng diễn biến của mùa giông trong năm ta thấy mùa giông không
hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nói chung ở Bắc Bộ mùa ma bão tập
chung khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. ở phía tây Bắc Bộ mùa giông tập trung
trong khoảng từ đầu tháng 4 đến tháng 8. ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ tháng
5, tháng 9 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình .

Vùng Duyên hải trung bộ ở phần phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực t-
ơng đối nhiều giông trong tháng 4 và từ tháng 5 đến tháng 8. Số ngày giông
tập trung xấp xỉ 10 ngày/tháng. Tháng nhiều giông nhất (tháng 5 ) quan sát đ-
ợc 12 đến 15 ngày. Những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng
10) mỗi tháng chỉ gặp từ 2 đến 5 lần giông. Phía nam Duyên Hải trung bộ (từ
Bình định trở vào) là khu vực ít giông nhất thờng chỉ có tháng 5 số ngày giông
chỉ xấp xỉ hoặc lớn hơn 10 ngày (Tuy hoà 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan
Thiết 13 ngày) còn các tháng khác của mùa đông mỗi tháng chỉ quan sát đợc
từ 5 đến 7 ngày giông.
Miền Nam cũng khá nhiều giông hàng năm trung bình quan sát đợc từ 40
đến 50 ngày đến trên 100 ngày tuỳ từng nơi. Khu vực nhiều giông nhất là
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
2

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
vùng đồng bằng Nam Bộ số ngày giông trung bình hàng năm lên tới 120 đến
140 ngày (Sài Gòn 138 ngày, Hà Tiên 129 ngày).
ở Bắc Bộ chỉ vào khoảng 100 ngày. Mùa giông ở Nam bộ từ tháng 4 đến
tháng 11, trừ tháng đầu mùa là tháng 4 tháng cuối mùa là tháng 11 số ngày
giông trung bình là 10 ngày trên mỗi tháng còn các tháng 5 tháng 6 đến tháng
10 mỗi tháng quan sát trung bình gặp trên 20 ngày giông (sài gòn 22 ngày, Hà
Tiên 23 ngày).
Tây Nguyên mùa giông thờng chỉ có 2, 3 tháng số ngày giông đạt tới 10
đến 15 ngày đó là các tháng 4, tháng 5 và tháng 9. Tháng cực đại (tháng 5)
trung bình quan sát đợc chừng 15 ngày giông. ở bắc Tây Nguyên 10 đến 12
ngày, nam Tây Nguyên (P Lây Cu 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10
ngày) còn các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng trung bình từ 5 đến 7
ngày giông.
Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng tình hình giông sét trên ba miền khác

nhau, những vùng lân cận lại có mật độ giông sét tơng đối giống nhau.
Kết quả nghiên cứu đề tài KC-03-07 ngời ta đã lập đợc bản đồ phân vùng
giông toàn Việt nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. Các thông số cho
ghi ở bảng 1.
Bảng 1 :
Vùng
Ngày giông
trung bình
(ngày/năm)
Giờ giông
trung bình
(giờ/năm)
Mật độ
sét trung
bình
Tháng
giông
cực đại
1. Đồng bằng ven biển Miền
Bắc
81,1 215,6 6,47 8
2. Miền núi trung du Miền Bắc 61,6 219,1 6,33 7
3. Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 3,31 5;8
4. Ven biển Miền Trung 44,0 95,2 3,55 5;8
5. Đồng bằng Miền Nam 60,1 89,32 5,37 5;9
Từ các số liệu về ngày giờ giông số lợng đo lờng nghiên cứu đã thực hiện
qua các giai đoạn có thể tính toán đa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng
điện xuống các khu vực (bảng 2)
Bảng 2 :
Số

ngày
giông
Khuvực
đồng bằng ven
biển miền bắc
Khuvực miền
núi trung du
miền bắc
Khu vực
cao nguyên
miền trung
Khu vực
ven biển
miền trung
Khu vực
đồng bằng
miền nam
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
3

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
20 ữ 40 2,43 ữ 4,68 2,1 ữ 4,2 1,2 ữ 2,4 1,22 ữ 2,44 1,26 ữ 2,52
4o ữ 60 4,86 ữ 7,92 4,2 ữ 6,3 2,4 ữ 3,6 2,44 ữ 3,65 2,52 ữ 3,78
60 ữ 80 7,92 ữ 9,72 6,3 ữ 8,4 3,6 ữ 4,8 3,65 ữ 4,87 3,78 ữ 5,04
80 ữ
100
9,72 ữ 12,1 8,4 ữ 10,5 4,8 ữ6,0 4,87 ữ 6,09 5,04 ữ 6,3
100 ữ
120

12,15ữ14,58 10,5 ữ12,6 6,0 ữ7,2 6,09 ữ 7,31 6,3 ữ 5,76
Qua nghiên cứu ở trên ta thấy Việt Nam là nớc có số ngày giông nhiều và
mật độ phóng điện lớn cho nên dòng sét cũng gây nên những thiệt hại đáng kể
cho lới điện và các công trình xây dựng ở Việt Nam
B. ả nh h ởng của giông sét
ở Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nớc KC-03-07 đã lắp đặt các
vật ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đờng dây tải điện trong nhiều năm liên
tục. Kết quả thu thập tình hình sự cố lới điện 220kV Miền Bắc từ năm
1987ữ1992 (bảng 3 )
Bảng 3 :
Loại sự cố
năm
Dới 220KV
ĐDK phả lại ữ Hà đông
Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét
1987 2 1 2 1 1
1988 5 2 5 2 1
1989 24 3 6 2 1
1990 25 4 2 1 1
1991 30 2 3 1 1
1992 19 4 4 4 3
Tổng số 106 16 38 11 8
Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đờng dây không 220 kV Phả Lại ữ Hà
Đông nguyên nhân do sét là 8/11 chiếm 72,7%. Sở dĩ lấy kết quả sự cố của đ-
ờng dây Phả Lại ữ Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lới điện Miền Bắc vì
đây là đờng dây quan trọng của Miền Bắc vì sự cố đờng dây này ảnh hởng rất
lớn đến tình hình chuyên tải điện của Miền Bắc.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
4

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Kết luận : Qua những nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và
những tác hại của sét gây nên đối với lới điện, cho nên việc bảo vệ chống sét
cho đờng dây điện và các trạm biến áp là không thể thiếu đợc khi thiết kế lới
điện. Vì vậy việc đầu t nghiên cứu chống sét là cần thiết để nâng cao độ tin
cậy trong vận hành lới điện ở nớc ta.

Chơng I : Tính toán bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp
1.1 :Giới thiệu chung .
Khi các thiết bị điện của trạm phân phối điện ngoài trời bị sét đánh trực
tiếp thì sẽ gây những hậu quả ngiêm trọng : gây nên h hỏng các thiết bị điện,
dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trạm trong một thời gian dài làm
ảnh hởng đến việc sản xuất điện năng và các ngàng kinh tế quốc dân khác.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình thờng dùng
các hệ thống thu sét nh: cột thu sét, dây thu sét. Hệ thống thu sét gồm các bộ
phận thu sét (kim, dây ), bộ phận nối đất và các dây dẫn liên hệ hai bộ phận
với nhau. Cột thu sét có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho phép
có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy.
Thông thờng để giảm vốn đầu t và để tận dụng các độ cao ở các trạm
biến áp ngời ta có thể đặt cột thu sẻt trên các xà đỡ, các cột đèn chiếu sáng,
trên mái nhà Cột thu lôi độc lập thờng đắt hơn nên chỉ dùng khi không thể
tận dụng các độ cao khác.
Nếu đặt cột thu lôi trên các kết cấu trạm phân phối điện ngoài trời và
dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối cùng của trạm
đến cột đầu tiên của đờng dây thì chúng sẽ đợc nối đất chung vào hệ thống nối
đất của trạm.Vì vậy khi sét đánh vào thu lôi hay đoạn dây chống sét ấy thì
toàn bộ dòng điện sét sẽ đi vào hệ thống nối đất của trạm và do đó làm tăng
thế các thiết bị đợc nối đất chung với hệ thống nối đất của trạm. Độ tăng thế

đó lớn thì có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị, do vậy chỉ trong điều kiện
cho phép mới đợc đặt cột thu lôi trên các công trình trong trạm hoặc dùng dây
chống sét ở trong trạm.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
5

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét là ở chỗ tập trung điện tích ở đỉnh
bộ phận thu sét, tạo nên điện trờng 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 dới, chung
quanh hệ thống thu sét. Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở
nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng trong đất đợc dễ dàng và khi có
dòng điện sét đi qua điện áp trên các bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ
gây nên phóng điện ngợc từ nó tới công trình đặt gần.
. Khi thiết kế hệ thống chống sét phải chú ý so sánh về các mặt kỹ thuật,
mỹ thuật và vấn đề nối đất của cột thu lôi. Đối với trạm phân phối ngoài trời
110kV trở nên do có mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên các kết
cấu của trạm phân phối ,các trụ của các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi phải
đợc ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào trong đất theo 3ữ4
thanh cái của hệ thống nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của các kết cáu ấy phải có
nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khi bố trí cột thu sét của
trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên phải0 thực hiện các điều sau:
+ ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải
có nối đất bổ xung nhằm đảm bảo điện trở không đợc quá 4.
+ Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm 35kV phải tăng cờng cách điện của
nó lên đến mức cách điện của cấp 110kV .
+Trên đầu ra của cuộn dây 6ữ10kV cần đặt các chống sét van .
+Để bảo vệ cuộn dây 35kV cần đặt chống sét van. Khoảng cách giữa chỗ
nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp và của chống sét van phải nhỏ

hơn 5m . + Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt
cột thu lôi và bộ phận mang điện không đợc bé hơn chiều dài của chuỗi sứ.
+ Có thể nối cột thu lôi vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp110kV
nếu các yêu cầu trên đợc thực hiện . Khi dùng cột thu lôi độc lập phảI chú ý
đến khoảng cach giữa các cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả
năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật đợc bảo vệ.
Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ đợc đặt cột thu lôi trên xà
máy biến áp khi máy phát điện và máy biến áp đợc lối với nhau bằng cầu bọc
kín và hai đầu đợc lối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không đợc phép đặt cột
thu lôi trên xà máy biến áp. để đảm bảo về mặt cơ khí và để trống ăn mòn cần
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
6

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
phải theo đúng qui định về loại vật liệu, tiếp diện dây dẫn dùng trên mặt đất và
dới đất.
1.2. Yêu cầu đối vơí cột tròng sét và dây thu sét.
Cột thu sét lên dùng giá đỡ bằng cột bê tông cốt thép để làm dây dẫn dòng
điện sét từ kim thu sét đến hệ thống lối đất để giảm vốn đầu t.
+ Cột thu lôi đợc thiết kế làm việc ở trạng thai tự do không làm việc ở
trạng thá căng.
+ Khi trọn các phần tử của cột thu lôi (phần thu và dây dẫn dòng điện sét)
dựa trên sự phát nóng của chúng và trong tính toán có thể bỏ qua sự tản nhiệt
ra môi trờng xung quanh.
Kim thu sét phải nhỏ và nhọn để tập trung điện tích tạo lên trờng lớn nhất
với tia tiên đạo do đó thu hút dòng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở
bên dới và xung quanh hệ thống thu sét.
+ Dây thu sét phải có tiết diện nhỏ và bề mặt dẫn điện tốt để đảm bảo dòng
điện sét chạy qua, tập trung điện tích và thu hút dòng điện sét về phía mình

không gây ảnh hởng đến phần tử nằm trong phạm vi bảo vệ đem lại sự an toàn
cho các thiết bị đó.
- Khi bố trí dây thu sét để bảo vệ cho đờng dây cao áp thì tuỳ theo cách bố
trí dây đãn trên cột có thể treo một hoặc hai thu sét. Các dây trống sét đợc treo
trên đờng dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi
bảo vệ của các dây đó.
1.3. Tính toán hệ thống chống sét.
1.3.1.Các công thức sử dụng trong tính toán bảo vệ chống sét.
a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ của cột thu sét là miền giới hạn bởi mặt ngoài hình chóp
tròn xoay có bán kính đáy đợc xác định bởi phơng trình :

) -(
1
6,1
x
x
hh
h
h
r
x
+
=
(1-1)
Trong đó : - h là độ cao cột thu sét.
- r
x
là bán kính của phạm vi bảo vệ ở mức cao
x

h
.
- h
x
là độ cao của vật cần đợc bảo vệ.
- h - h
x
là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
7

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hoá (hình 1-1) đờng sinh hình chóp có dạng gấp khúc. Khi đó
bán kính bảo vệ đợc tính toán theo công thức sau đây :
- Khi
x
h

h
3
2
;
x
r
= 1,5h (1 -
h
h
x

8,0
) ( 1 - 2 )
- Khi
x
h

h
3
2
;
x
r
= 0,75h (1 -
h
h
x
) ( 1 - 3 )
Các công thức trên chỉ dùng trong trờng hợp cột thu sét cao tới 30m. Khi
cột có độ cao trên 30m thì phải nhân theo hệ số hiệu chỉnh P với P =
h
5,5
và
trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75h.P và 1,5h.P
Hình 1.2 . Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét .
b. Phạm vi bảo vệ cuả hai cột thu sét có cùng độ cao.
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thớc lớn hơn nhiều so với tổng
số phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Bằng thực nghiệm ngời ta đã chứng minh
đợc khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính r =3,5h.
Nh vậy khi hai cột thu sét đặt cách nhau a = 2R = 7h thì bất kỳ điểm nào trên
mặt đất trong khoảng giữa hai cột sẽ không bị sét đánh. Từ đó suy ra nếu hai

cột thu sét đặt cách nhau khoảng cách a < 7h thì sẽ bảo vệ đợc độ cao
0
h
xác
định bởi :
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
8
Mặt bằng của
phạm vi bảo vệ ở
mức cao hx

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
h -
0
h
=
7
a


0
h
= h -
7
a
( 1 - 4 )
Mặt cắt thẳng đứng đi qua hai cột thu sét của phạm vi bảo vệ cho trên
hình ( 1-3):

Hình 1. 3 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng độ cao.
c. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau.
Cột 1 có độ cao h
1.
Cột 2 có độ cao h
2
(h
1
< h
2
)
Khoảng cách giữa 2 cột là a.
Ta có cách vẽ phạm vi bảo vệ :
Hình 1. 4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau.
Khi độ cao cột thu sét vợt quá 30m cũng có hiệu chỉnh tơng tự nh trên và:
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
9

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
0
h
= h -
p
a
7
Cách vẽ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao khác nhau đựoc
trình bày trên ( hình 1 - 4 ). Trớc tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao, sau đó
qua đỉnh cột thấp vẽ đờng thẳng gặp đờng sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở
điểm 3, điểm này đợc xem là đỉnh của cột giả định nó sẽ cùng với cột thấp

( cột 2 ) hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau (
2
h
) với khoảng cách a
/

Khoảng cách giữa cột 1 với cột giả định là
L
.
Khi đó : a= a -
L
Nếu h
2
>
3
2
h
1
Thì:

L
= 0.75 h
1
( 1- h
2
/h
1
)
Nếu h
2

3
2
h1 Thì:

L
=1,5 h
1
(1- h
2
/ h
1
)
d.Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét.
Khi công trình cần đợc bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng
vài cột thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công, lắp giáp. Trong
trờng hợp này ta nên bố trí nhiều cột thu sét để phối hợp cùng bảo vệ . Vật có
độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột sẽ đợc bảo vệ nếu thoả
mãn điều kiện:
D 8 ( h -
x
h
) = 8
a
h
( 1 - 5 )
Trong đó:
- D : đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi đỉnh các
cột thu sét.
-

a
h
= h -
x
h
: độ cao hiệu dụng cột thu sét, là phần vợt cao hơn so với
mức cao
x
h
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
10

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Khi các cột thu sét bố trí bất kỳ cần phải kiểm tra điều kiện bảo vệ an
toàn cho từng cặp ba cột đặt gần nhau. Nếu độ cao vợt quá 30m điều kiện bảo
vệ ở (1-5) đợc hiệu chỉnh theo
D 8 (h-
x
h
) p = 8
a
h
p Khi xét các nhóm cột bảo vệ gồm có ba cột hợp
với nhau thành một tam giác có ba cạnh là a, b, c thì D đợc tính nh sau :
D =
))()((.2

cpbpapp
cba

(m) (1 - 7)
Trong đó : p là nửa chu vi tam giác ABC.
P =
.2
cba ++

a) b)
Hình 1 . 4
a.Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét b.Phạm vi bảo vê của 4 cột thu sét
!.3.2 Các thiết bị trong trạm và nhiệm vụ tính toán :
a. Kích thớc trạm :
Trạm có kích thớc :
Chiều dài : 50m.
Chiều rộng : 35m.
Phía 110 kV có :
Hai lộ 110 kV dẫn điện vào trạm.
Thiết bị phân phối cao áp gồm hai hệ thống thanh góp có chiều
dài 18,5 m.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
11

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Hai maý biến áp có độ cao 4 m.
Chiều cao của xà kéo dây cao nhất là 11 m.
Chiều cao thanh góp cứng là 8m.
Nhà điều khiển cao 5m , chiều dài 27 m , chiều rộng 7 m đặt các
thiết bị phân phối, thiết bị dự phòng và thiết bị điều khiển toàn bộ
trạm.

Các thiết bị khác nh dao cách li, máy cắt nằm dới hai hệ thống
thanh góp nên ta không cần xét đến.
*Nhiệm vụ của chúng ta là phải bố trí cột thu sét trên mặt bằng của
trạm sao cho đảm bảo chống sét đánh trực tiếp cho tất cả các thiết bị trong
trạm. Bao gồm : dự tính số lợng, vị trí đặt cột thu sét, độ cao của từng cột.
Phạm vi bảo vệ của một cột, phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột và phạm vi bảo
vệ của toàn bộ hệ thống thu sét.
*Ta bố trí các phơng án nh sau:
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
12

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
1.4 Vạch ph ơng án và tính toán các ph ơng án.
1.4.1 Phơng án 1:
*Trong phơng án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà
đỡ dây và 2 cột E,F đặt trên nóc nhà đIều khiển. Vị trí của các cột nh trên
hình vẽ 1.7
a.Tính độ cao của cột phía 110 kV.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vê hx = 11 m.
-Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng
cách các cột :
AD = BC =18,5 m
AB = CD = 27 m
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D: là đờng kíng đờng tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD.
ha : là độ cao tác dụng của các cột
Ta có D=
22

ADAB +
=
22
5,1827 +
= 32,73 m.
Ta có : ha
8
D
ha
8
73,32
ha 4,09.
Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,09 m
Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là :
h
1
= ha +h
x
= 4,09 + 11
= 15,09 m .
Do đó ta chọn chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D là 15,5 m
b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : h
x
= 5m.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
13

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp

-Xét nhóm 4 cột CDEF. Bốn cột này tạo thành một hình chữ nhật với
khoảng cách giữa các cột là :
DE = CF = 25,5 m.
EF = CD = 27 m.
Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật CDEF
D =
22
CDCF +
=
22
275,25 +
=37,14 m.
ha : là độ cao tác dụng của các cột .
ha
8
D
ha
8
14,37
ha 4,64.
Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,64 m.
Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là:
h
2
=h
x
+ ha
= 5 + 4.64 = 9,64 m.

Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10 m.
Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà
điều khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10 m. Bốn
cột A,B,C,D có độ cao 15,5 m.
Tính toán phạm vi bảo vệ .
- Phạm vi bảo vệ của cột cao 15,5 m là:
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 15,5 = 10.33 m .
hx = 11 m >
3
2
h .
Vậy nên bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
14

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
r
x
= 0,75 h
0
( 1 -
h
hx

)
= 0,75 . 15.5 ( 1 -
5,15
11
)
= 3,375 m.
- Phạm vi bảo vệ của cột cao 10 m là :
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 10 = 6,667 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 10 (1 -
10.8,,0
5
)

=5,625 m .
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột A và B là :
Ta có : h = 15,5 m .
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m
Với 7h = 7. 15,5 = 108,5 m .
a < 7 h
+ Độ cao thấp nhát đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7
a
=15,5 -
7
27
= 11,643 m .
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
0
=
3
2
. 11,643 = 7,762 m .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
15

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Đồ áN TốT Ngiệp
h
x
= 11 m >
3
2
h
0
.
r
0x
= 0.75 .h
0
( 1-
0
h
hx
).
= 0,75. 11,643. ( 1 -
643,11
11
)
= 0,482 m .
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột A và D :
Ta có h = 15,5 m
Khoảng cách giữa 2 cột : a= 18,5 m
Với 7h = 7 . 15,5 = 108,5 m
. a < 7 h.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là:
h

o
= h -
7
a
= 15,5 -
7
5,18
= 12,857 m .
+Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có ;
3
2
h
o
=
3
2
.12,857 = 8,571 m .
h
x
= 11 m >
3
2
h
o
r
ox
= 0,75 ho (1 -
ho
hx

)
= 0,75. 12,857 ( 1 -
857,12
11
)
= 1,393 m .
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột B và C . Ta có hai cột B và C có
khoảng cách , độ cao và của thiết bị cần bảo vệ bằng của 2 cột A và D
nên có giá trị bằng phạm vi bảo vệ của 2 cột A và D .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
16

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Với : h
0
=12,857 m
r
ox
= 1,393 m.
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột E và F
Ta có : h = 10 m.
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m.
Với 7h = 7 .10 = 70 m
a < 7h
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7

a
=10 -
7
27
= 6,143 m .
+ Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
o
=
3
2
. 6,143 = 4,095 m .
h
x
= 5m >
3
2
h
r
ox
= 0,75 h
o
( 1-
ho
hx
)
= 0,75 .6,143 ( 1 -

143,6
5
)
=0,886 m
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột D và E là :
Ta có :
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m.
Chiều cao cột D là : h
1
= 15,5 m.
Chiều cao cột E là : h
2
= 10 m .

3
2
h
1
=
3
2
. 15,5 = 10,333 m .

3
2
h
1
> h
2
.

+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
17

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
h
0
= h
2
-
7
,
a
,
a
= a -

L
a: là khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m.


L = 1,5 .h
1
( 1-
1
2
8.0 h
h
)

= 1,5 . 15,5 (1 -
5,15.8,0
10
)
= 4,5 m .
h
0
= 10 -
7
21
= 7 m.
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2

o
h
=
3
2
.7 = 4,67 m
h
x
= 5 m >
3
2
h
o
r

ox
= 0,75 h
o
( 1 -
o
h
hx
)
=0,75 .7 ( 1-
7
5
)
= 1,5 m.
-Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F .
Ta có 2 cột C và E có cùng chiều cao cột thu sét , chiều cao vật cần bảo vệ
và khoảng cách giữa 2 cột bằng 2 cột D và E nên phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C
và F bằng phạm vi bảo vệ giữa 2 cột D và E với :
h
o
= 7 m.
r
ox
= 1,5 m
Kết Luận :Trong phơng án I ta có 6 cột thu sét với :
+ Chiều cao cột A,B,C,D là 15,5 m.
+ Chiều cao cột E,F là 10 m.
+ Bán kính bảo vệ của cột A,B,C,D là 3,375 m.
+ Bán kính bảo vệ của cột E,F là 5,625 m.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
18

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột và bán kính bảo vệ tơng hỗ của 2
cột có giá trị trong bảng sau .
Cột h
o
(m) r
ox
(m)
A và B 11,643 0,482
A và D 12,857 1,393
B và C 12,857 1,393
C và F 7 1,5
F và E 6,143 0,886
E và D 7 1,5
*Vẽ mặt bằng, mặt cắt của phạm vi bảo vệ:
+ Mặt bằng hình 1.8.
+ Mặt cắt hinh 1.9.
1.4.2.Phơng án 2
*
* Trong phơng án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà
đỡ dây và 2 cột E,F đặt trên nóc nhà điều khiển. Vị trí của các cột nh trên
hình vẽ 1.10.
a.Tính độ cao của cột phía 110 kV.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vê h
x
= 11 m.
-Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng
cách các cột :

AB = CD =18 m
AD = BC = 27 m
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D: là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD.
ha : là độ cao tác dụng của các cột
Ta có D=
22
ADAB +
=
22
5,1818 +
= 25,812 m.
Ta có : ha
8
D
ha
8
812,25
ha 3,227 m .
Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 3,227 m
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
19

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là :
h
1
= ha +h

x
= 3,227 + 11
= 14,227 m .
Do đó chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D ta lấy là 14,5 m
b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : h
x
= 5m.
-Xét nhóm 3 cột DEF. Ba cột này tạo thành một tam giác thờng với
khoảng cách giữa các cột là :
EF = 27 m.
DE =
22
HDEH +
.
Với H là điểm cho trên hình vễ 1.10 ta có:
DE =
22
5,45,18 +
=19,04 m
DF =
22
IDFI +

Với I là điểm cho trên hình vẽ 1.10 ta có:
DF =
22
5,225,18 +
=29,129 m .
Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 3 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :

D 8 ha
Trong đó : D là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình tam giác DEF
ha : là độ cao tác dụng của các cột .
ha
8
D
+ Tính D
D =
))()((2

DFPDEPEFPP
DFDEEF

Với P là nửa chu vi của tam giác DEF
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
20

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
P =
2
DFDEEF ++
=
2
129,2904,1927 ++
= 35,585 m.
D =
129,29585,35)(04,19585,35)(27585,35(585,352
129,29.04,19.27

= 42,7 m .
ha
8
7,42
ha 5,34 m.
Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 5,34 m.
Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là:
h
2
= h
x
+ ha
= 5 + 5,34 = 10,34 m.
- Xét nhóm 3 cột CEF . Ta thấy nhóm 3 cột này cũng tạo thành một tam giác
thờng bằng tam giác tạo thành từ nhóm 3 cột DEF và độ cao cần bảo vệ nh
nhau nên độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là nh nhau.
Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10,5m.
Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà
điều khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10,5 m. Bốn
cột A,B,C,D có độ cao 14,5 m.
Tính toán phạm vi bảo vệ .
- Phạm vi bảo vệ của cột cao 14,5 m là:
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 14,5 = 9,667 m
hx = 11 m >

3
2
h .
Vậy nên bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 0,75 h ( 1 -
h
hx
)
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
21

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
= 0,75 . 14.5 ( 1 -
5,14
11
)
= 2,625 m.
Theo sơ đồ mặt bằng của trạm vì ta bố trí cột thu sét ở giữa xà đỡ dây nên
khoảng cách từ đầu xà đến giữa xà là 4,5 m. Ta phải bảo vệ toàn xà vì vậy bán
kính bảo vệ tối thiểu phải là 4,5 m. Vì vậy với độ cao 14,5 m không đảm bảo
phạm vi bảo vệ. Giả sử ta tăng cột lên cao 17m ta có :

3
2
h =
3
2

. 17 = 11,333 m .
h
x
= 11 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 17 (1 -
17.8,0
11
)
= 4,875 m. (Thoả mãn)
Vậy ta lấy chiều cao cột A,B,C,D là 17 m.
- Phạm vi bảo vệ của cột cao 10,5 m là :
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 10,5 = 7 m .
hx = 5 m <

3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 10,5 (1 -
5,10.8,0
5
)
= 6,375 m .
Theo sơ đồ mặt bằng của trạm thì phạm vi bảo vệ của cột E và F tối thiểu
cũng phải bằng chiều rộng của nhà điều khiển thì mới đảm bảo yêu cầu. Chiều
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
22

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
rộng của nhà điều khiển là 7m vì vậy bán kính bảo vệ tối thiểu của cột E,F là
7m. Với độ cao của cột là 10,5 m không đảm bảo vậy giả sử ta tăng chiều cao
của cột lên là 11,5m . Ta có:

3
2
h =

3
2
. 11,5 = 7,667 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 11,5 (1 -
5,11.8,0
5
)
= 7,875 m . (Thoả mãn )
Vậy ta lấy chiều cao cột E,F là 11,5 m.
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột E và F là :
Ta có : h = 11,5 m .
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m
Với 7h = 7. 11,5 = 80,5 m .
a < 7 h
+ Độ cao thấp nhát đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -

7
a
=11,5 -
7
27
= 7,643 m .
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
0
=
3
2
. 7,643 = 5,095 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
23

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
r
x
= 1,5 h ( 1-
h

hx
8.0
)
= 1,5. 7,643 (1 -
643,7.8,0
5
)
= 2,09 m.
Theo sơ đồ mặt bằng của trạm thì phạm vi bảo vệ của cột E và F phải bảo vệ
toàn bộ nhà điều khiển thì mới đảm bảo yêu cầu. Chiều rộng của nhà điều
khiển là 7m vì vậy bán kính bảo vệ tơng hỗ tối thiểu của cột 2 cột E và F phải
là 7 m. Với độ cao của cột là 11,5 m không đảm bảo vậy giả sử ta tăng chiều
cao của cột lên là 15m . Ta có:
+ Độ cao thấp nhát đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7
a
=15 -
7
27
= 11,143 m .
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
0
=

3
2
. 11,143 = 7,429 m .
h
x
= 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 11.143 (1 -
143,11.8,0
5
)
= 7,34 m. (Thoả mãn)
Vậy ta lấy chiều cao cột E,F là 15 m.
- Bán kính bảo vệ của cột cao 15m là:
Ta có:
3
2
h =
3
2

. 15 = 10 m .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
24

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 15 (1 -
15.8,0
5
)
=13,125 m.
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột A và D :
Ta có h = 17 m
Khoảng cách giữa 2 cột : a= 18,5 m
Với 7h = 7 . 17 = 119 m
. a < 7 h.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là:
h

o
= h -
7
a
= 17 -
7
5,18
= 14,357 m .
+Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có ;
3
2
h
o
=
3
2
.14,357 = 9,571 m .
hx = 11 m >
3
2
h
o
r
ox
= 0,75 ho (1 -
ho
hx
)
= 0,75. 14,357 ( 1 -

357,14
11
)
= 2,531 m .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
25