ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ÁP BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 220KV Giáo viên hướng dẫn NGUYỄN ĐÌNH THẮNG (ĐỀ 2)

Bộ giáo dục và đào tạo cộng hoà x hội chủ nghĩa việt nam
Trờng đH Bách khoa hà nội Độc lập Tự do Hạnh phúc

Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp

Họ và tên sinh viên:
Khoa:
Điện
Ngành:
Hệ thống điện

Lớp :
Hệ Thống Điện
Khoá : Hệ:
1-
ĐầU Đề THIếT Kế
Bảo vệ chống sét trạm biến áp 220/110kV và đờng dây 220kV
Trạm biến áp
+ Sơ đồ TBA 220/110kV
+ Độ cao cần bảo vệ 220kV 17m v 11m
110kV 11m v 8m
+ Diện tích: S = 148x136 m
2
+ Máy biến áp 2xAT 220/110kV
+ Đờng dây vào trạm 220kV 5
110kV 4
+ Điện trở suất của đất 72.m

đờng dây
+ Cấp điện áp 220kV
+ Cột

Loại cột Sắt
Chiều cao cột 26,8m
Độ treo cao dây dẫn pha A20,8m
Độ treo cao dây dẫn pha B15,3m
Độ treo cao dây dẫn pha C15,3m
Chiều dài xà đỡ pha A, B, C 3m
+ Dây dẫn
Loại dây AC-240
Độ võng của dây dẫn 4.5m
+ Dây chống sét
Loại dây C70
Số dây chống sét 1
Độ võng dây chống sét 4m.
+ Cách điện
Loại cách điện Treo
Đặc tính 14
+ Khoảng vợt Phía 220kV: 300m
Phía 110kV: 200m
+ Điện trở nối đất cột điện 10
+ Vùng ô nhiễm II
+ Số ngày giông sét 83
2-
Nội dung các phần tính toán
- Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 220/110kV.
- Tính toán nối đất cho trạm biến áp 220/110kV.
- Tính toán chỉ tiếu chống sét của đờng dây 220kV.
- Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đờng dây 220kV.
3-
các bản vẽ
- Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phơng án bảo vệ chống sét đánh

trực tiếp.
- Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm
- Phơng pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đờng
dây.
- Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền v trạm
biến áp.
4-
cán bộ hớng dẫn:
PGS,TS. Nguyễn Đình Thắng
5-
Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:
6-
Ngày hoàn thành nhiệm vụ

Nộp quyển
Bảo vệ



Cán bộ hớng dẫn

(Ghi rõ họ tên và ký tên)





PGS,TS. Nguyễn Đình Thắng

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:

MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu.

Chương 1 – Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm 220/110kV
PHỐ NỐI

1.1. Mở đầu
1
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật
2
1.3. Đặc điểm về kết cấu côt thu lôi
2
1.4. Phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét
3
1.5. Trình tự tính toán
6
1.6 . Các phương án bố trí hệ thống thu sét
7
1.6.1. Phương án 1
9
1.6.2. Phương án 2
20
Chương 2 – Tính toán nối đất cho trạm biến áp 220/110kV

2.1. Mở đầu

33
2.2. Trị số cho phép của điện trở nối đất
33
2.3. Hệ số mùa
34
2.4. Tính toán nối đất
35
2.4.1. Nối đất an toàn
35
a. Nối đất tự nhiên
35
b. Nối đất nhân tạo
37
2.4.2. Nối đất chống sét
38
Chương 3 – Bảo vệ chống sét đường dây 220kV

3.1 Yêu cầu chung
49
3.2 Chỉ tiêu chống sét của đường dây
49
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:

3.3 Tính toán bảo vệ đường dây
52
3.3.1 Các tham số của đường dây
52
3.3.2 Các số liệu tính toán khác
53

3.3.3 Hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét với dây dẫn các pha
54
3.3.4 Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm
55
3.3.5 Xác định suất cắt đường dây
56
3.3.5.1 Suất cắt của đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét
vào dây dẫn
56
3.3.5.2 Suất cắt của đường dây do sét đánh vào khoảng vượt
57
3.3.5.3 Suất cắt của đường dây do sét đánh vào đỉnh cột hoặc gần
đỉnh
cột
67
3.3.5.4 Suất cắt của đường dây
85
3.4 Kết luận
85
Chương 4 – Bảo vệ chống quá điện áp truyền từ đường dây
220kV vào trạm

4.1 Yêu cầu chung
86
4.2 Đặc điểm tính toán
87
4.2.1 Phương trình truyền sóng trên đường dây
87
4.2.2 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền
vào trạm bằng phương pháp lập bảng

88
4.2.3 Trình tự tính toán
93
4.2.4 Kiểm tra an toàn cho các thiết bị trong trạm
104
Tài liệu tham khảo


Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học thì điện năng là nguồn năng lượng hết sức quan trọng
đối với mọi lĩnh vực. Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá nên điện năng
góp một phần đáng kể đối với sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.
Để đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lượng tốt thì bảo vệ và chống sét cho hệ thống
điện có một vị trí rất quan trọng. Trong phạm vi đồ án thiết kế chúng ta phải làm các vấn đề
sau:
CHƯƠNG 1: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV.
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV.
CHƯƠNG 3 : BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY 220 kV.
CHƯƠNG 4: BẢO VỆ CHỐNG SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ PHÍA ĐƯỜNG
DÂY 220 kV.
Từ việc hoc tập, nghiên cứu, tính toán đồ án này rút ra được một số kết luận sau:
Quá trình học tập cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình
của PGS,TS. Nguyễn Đình Thắng bản đồ án này đã được hoàn thành. Nhưng do thời gian có
hạn, cùng với sự thiếu sót về kinh nghiệm thực tế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót cần
bổ sung.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã giúp đỡ hướng dẫn cho em hoàn thành bản
đồ án này.
Thực hiện

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
1
CHƯƠNG 1:
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO
TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV
1.1 Mở đầu
Khi các thiết bị điện trong trạm biến áp bị sét đánh trực tiếp thì sẽ đưa đến các
hậu quả nghiêm trọng: gây nên hư hỏng các thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng cung
cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện năng
và làm ảnh hưởng đến các ngành kinh tế quốc dân khác.
Đối với nhà máy điện và các trạm biến áp ngoài việc bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp vào thiết bị điện cần phải chú ý bảo vệ các công trình khác như:
- Đoạn dây nối từ xà cuối của trạm ra cột đầu tiên của đường dây.
- Đoạn dây dẫn hay thanh dẫn nối máy phát điện và máy biến áp.
- Gian máy của các loại nhà máy điện kiểu hở, các thiết bị thu đựng khí
Hidro ngoài trời, các thiết bị chứa dung dịch điện phân ngoài trờ1.
- Kho dầu, các thùng dầu để ngoài trời, kho xăng.
Đối với các công trình dễ cháy nổ thì không những cần bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp mà phải đề phòng sự phát sinh tia lửa do điện áp gây nên, vì vậy khi tiến
hành thiết kế bảo vệ đối với phần này cần nghiên cứu thêm qui trình đối với các công
trình dễ cháy nổ.
Để bảo vệ sét đánh trực tiếp ở các nhà máy điện và trạm biến áp cần dùng cột
thu lô1. Các cột thu lôi có thể được đặt độc lập hoặc trong các điều kiện cho phép có
thể đặt trên các kết cấu của trạm, nhà máy.
Thông thường để giảm vốn đầu tư và cũng là để tận dụng độ cao ở các trạm
biến áp và nhà máy điện người ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các kết cấu trong
trạm, trên các cột đèn pha dùng để chiếu sáng, trên mái nhà … Cột thu lôi độc lập
thường đắt hơn nên chỉ dùng khi không tận dụng được độ cao khác.

Nếu đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân phối điện ngoài trời và dùng
dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối của trạm đến cột đầu tiên
của đường dây thì chúng sẽ được nối đất chung vào hệ thống nối đất của trạm. Vì vậy
khi sét đánh vào dây thu lôi hay vào dây chống sét thì toàn bộ dòng điện sét sẽ đi vào
hệ thống nối đất của trạm, do đó làm tăng thế của các thiết bị được lối đất chung với
hệ thống nối đất của trạm. Độ tăng đó lớn thì có thể gây nên nguy hiểm cho các thiết
bị ấy, do vậy chỉ trong điều kiện cho phép mới được đặt cột thu lôi trên các công trình
trong trạm hoặc dùng dây chống sét ở trong trạm.
Khi thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và nhà máy điện ngoài các yêu
cầu kỹ thuật còn phải chú ý đến các mặt kinh tế và mỹ thuật.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
2
1.2 Các yêu cầu kỹ thuật
Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110kV trở lên do có mức cách điện
cao nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối. Các trụ của các kết cấu
trên đó có đặt côt thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét I
s
khuếch tán
vào trong đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệ thống nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết
cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số của điện trở nối đất.
- Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp 110kV trở lên là cuộn
dây của máy biến áp, vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp
thì yêu cầu khoảng cách giữa 2 điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu
lôi và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15 m.
- Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên
phải thực hiện các yêu cầu sau:
+ Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần
phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở
khuếch tán không được quá 4 Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp).

+ Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột
thu lôi và bộ phận mang điện không được bé hơn chiều dài của chuỗi sứ.
- Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp
điện áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện.
- Khi dùng cột thu lôi độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi
đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến
vật được bảo vệ.
- Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi phải cho dây
dẫn điện đến đèn vào ống chì và chôn vào trong đất.
- Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất của
trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của trạm đến điểm nối đất của
máy biến áp lớn hơn 15 m.
- Để đảm bảo về mặt cơ tính và để chống ăn mòn cần phải theo đúng qui
định về loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dưới đất:
1.3 Đặc điểm về kết cấu côt thu lôi
Trong nhưng điều kiện cho phép, như trên đã nói, nếu tận dụng được các độ
cao của các công trình trong trạm như các xà để làm giá đỡ cho cột thu lôi.
Đối với cột thu lôi độc lập nếu:
+ Độ cao h của cột thu lôi không quá 20 m thì dùng các ống kim loại ghép lại.
+ Độ cao h lớn hơn 20 m thì dùng loại kết cấu kim loại kiểu mạng để làm giá
đỡ bộ phận thu sét.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
3
1.4 Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi
1.4.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập:
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền được giới hạn bởi mặt
ngoài hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình.

)hh(

h
h
1
6,1
r
x
x
x



(1-1)
Để rễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hóa, được tính theo công thức sau:
+ Nếu
x
2
hh
3

thì
)
h8,0
h
1(h5,1r
x
x

(1-2)
+ Nếu

x
2
h > h
3
thì
)
h
h
1(h75,0r
x
x

(1-3)
2h/3
0.2h
h
0.75h
1.50h
rx
hx

Hình 1-1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập
Chú ý các công thức trên chỉ đúng khi cột thu lôi cao dưới 30 m. Hiệu quả của
cột thu lôi cao quá 30 m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có
thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng phải hiệu chỉnh kết quả
bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh
h
5,5
p 
và trên hình vẽ dùng các hoành độ

0,75hp và 1,5hp.
1.4.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi:
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với phạm vi
bảo vệ của 2 hay nhiều cột đơn cộng lại. Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp
được thì khoảng cách a giữa chúng phải thỏa mãn điều kiện a < 7h.
+ Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có cùng độ cao:
Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì
độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h
0
được tính như sau:
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
4

7
a
hh
0


ho=h-a/7
Rx
hx
a
Rx
1.5ho
1.5h

Hình 1-2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi cùng độ cao
Các phần bên ngoài giống như các trường hợp một cột còn phần bên trong

được giới hạn bởi vòng tròn đi qua 3 điểm hai đỉnh cột và điểm ở giữa có độ cao h
0
,
mặt cắt thẳng đứng theo mặt phẳng vuông góc đặt giữa hai cột của phạm vi bảo vệ
được vẽ giống như một cột có độ cao h
0
, từ hai mặt cắt này có thể vẽ được phạm vi
bảo vệ của các mức cao khác nhau.
Khi độ cao vượt qúa 30 m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và độ cao
h
0
cũng được tính theo
p7
a
hh
0

.
+ Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi không cùng độ cao:
Cách vẽ phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có chiều cao khác nhau được trình
bày như hình vẽ (1-3). Trước tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao sau đó qua đỉnh
cột thấp vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3
điểm này được xem là đỉnh cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp hình thành
đôi cột có độ cao bằng nhau với khoảng cách a’.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
5
Rx
hx
a

Rx
h2
h1

Hình 1-3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi không cùng độ cao
Cột thấp hơn có độ cao h
2
và cột cao hơn có độ cao h
1
.
- Khi h
2
>
1
h
3
2
thì:
a' = a
)
h
h
1(h75,0
1
2
1


- Khi h
2

<
1
h
3
2
thì:
a' = a
)
h8,0
h
1(h5,1
1
2
1



Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h
0
được tính như sau:

7
'a
hh
20


Khi độ cao vượt qúa 30 m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và độ cao
h
0

cũng được tính theo
p7
'a
hh
20

.
+ Phạm vi bảo vệ của nhóm cột thu lôi:
Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng một vài
cột thu lôi thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho thi công, lắp ráp. Trong các trường
hợp này sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ. Phần ngoài của phạm vi bảo vệ được xác
định như của từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách
h7a 
, không cần vẽ phạm vi bảo
vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu lôi mà chỉ kiểm tra điều kiện an toàn.
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thỏa mãn điều kiện:
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
6

ax
h8)hh(8D 

Trong đó:
D: là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu
lô1.
h
a

: là độ cao hiệu dụng của cột thu lôi, là phần cột vượt cao hơn so với
mức cao h
x
.
Nếu độ cao vượt qua 30 m cần hiệu chỉnh theo:

ph8p)hh(8D
ax


1.5 Trình tự tính toán
Trình tự hành:
- Xem xét toàn bộ các cột thu lôi ở những vị trí đã chọn.
- Tính độ cao tác dụng h
a
của các cột xác định đường kính D vòng tròn
ngoại tiếp tam giác qua 3 đỉnh cột (hoặc ngoại tiếp tứ giác).
Để cho toàn bộ diện tính giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ấy) được bảo vệ
thì
a
h8D 
.
Lấy chung một độ cao tác dụng lớn nhất cho toàn trạm.
- Tính độ cao h của cột thu lôi:
h = h
a
+ h
x
,
Trong đó:

h
x
độ cao của vật được bảo vệ.
- Kiểm tra lại khả năng bảo vệ đối với các vật nằm ngoài phạm vi bảo vệ:
+ Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi:
Nếu
2
3
x
hh
thì
)
h8,0
h
1(h5,1r
x
x


Nếu
h
3
2
h
x

thì
)
h
h

1(h75,0r
x
x


+ Tính bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi:
Tính độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h
0
:

7
a
hh
0

a là khoảng cách giữa 2 cột thu lôi
Tính r
0x
như trên theo độ cao h
0
.
- Vẽ các khu vực bảo vệ theo kích thước đã tính.
- Kiểm tra lại nếu có vật được bảo vệ nào nằm ngoài khu vực bảo vệ thì cần
phải tăng độ cao cột thu lôi hoặc bố trí thêm cột và tính toán theo trình tự
trên.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
7
Nếu dùng cột thu lôi độc lập thì phải kiểm tra khoảng cách giữa cột thu lôi đến
các bộ phận của trạm, phải tính khoảng cách trong không khí S

k
và khoảng cách trong
đất S
d
.
Cho là sóng dòng điện có dạng xiên góc với độ dốc trung bình là:

)
dt
di
(
s
= a

Khi sét đánh vào cột thu lôi thì điện thế tại điểm cách mặt đất một đọan l
0
bằng
chiều cao của vật được bảo vệ là:

()
s
i s d
di
U I R L
dt


Trong đó:
I
s

– là biên độ dòng điện sét
R
đ
– là điện trở nối đất xung kích của cột thu lôi
L – điện cảm phần dây dẫn có chiều dài l
0
:L= L
0
l
0
Để tránh hiện tượng phóng điện từ cột thu lôi sang vật bảo vệ có độ cao h
x
thì
yêu cầu
pđi


. Trong đó 
pđ
là điện áp phóng điện xung kích của cách điện của vật
được bảo vệ.
Để thực hiện yêu cầu trên thì khoảng cách trong không khí S
k
giữa vật được
bảo vệ và cột thu lôi phải:

l
k
cpk
U

S
E


Mặt khác do có dòng điện I
s
đi vào R
đ
của cột thu lôi cho nên để tránh phóng
điện từ hệ thống nối đất của cột đến vật ở trong đất thì yêu cầu:

cpđ
đs
d
E
RI
S 

1.6 Các phương án bố trí hệ thống thu sét
Trạm có tổng diện tích 148x136 m
2
, gồm hai phần 110kV và 220kV. Tại trung tâm
của trạm đặt hai máy biến áp 220/110kV AT
1
và AT
2
.
- Phía 110kV bao gồm 4 lộ dây ra và xà đỡ. Độ cao của các xà cần bảo vệ là 11m và
8m.
- Phía 220kV bao gồm 5 lộ dây đến và các xà đỡ. Độ cao của các xà cần bảo vệ là

17m và 11m. (Hình 1-4).
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Thực hiện:
8
148,0m
30,0m
6,0m
5,0m 10,0m 6,0m 8,0m 8,0m 5,0m 9,0m 10,0m 17,0m 17,0m 5,0m 14,0m 17,0m 5,0m
6,0m
34,0m
34,0m
6,0m
136,0m
Nhµ ®iÒu khiÓn
Nhµ ph©n phèi
220kV
110kV
11 m
11 m
11 m
17 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m

11 m
34,0m
34,0m
22,0m
11 m
11 m
30,0m
30,0m
30,0m
8 m
8 m
8 m
8 m
8 m
17 m
17 m
17 m
17 m
17 m
17 m

Hình 1-4 Sơ đồ mặt bằng trạm Phố Nối
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
9
1.6.1. Phương án 1 bố trí cột như hình vẽ 1-5:
- Phía 220kV bố trí 15 cột trong đó: (cột 4 và cột 7) cột đặt trên xà cao 17m, các cột
còn lại đặt trên xà cao 11m bên trong trạm.
- Phía 110kV bố trí 10 cột trong đó: (cột 23) đặt trên xà cao 8m, các cột còn lại đặt

trên xà cao 11m bên trong trạm.
Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét:
Để tính được độ cao tác dụng h
a
của các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽ coi
những nhóm cột đó như những đa giác hình học, từ đó xác định được bán kính đường
tròn ngoại tiếp đa giác đó.
Phía 220kV:
- Xét nhóm cột (1,2,5,4); (4,5,8,7); (8,7,11,10); (11,10,14,13) ta có:
Nhóm 4 cột này tạo thành một hình vuông có cạnh là:
a = 34 m
Ta có đường kính đường tròn ngoại tiếp hình vuông là:
m08,4834.2a.2D 

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 4 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:
a
D 48,08
h 6m
88
  

- Xét nhóm cột (2,3,6,5); (5,6,9,8); (8,9,12,11); (11,12,15,14) ta có:
Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là:
a = 36 m
b = 34 m
Ta có đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật là:
2 2 2 2

D a b 34 36 49,5m    

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 4 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:
a
D 49,5
h 6,19m
88
  

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
10
30,00m
6,00m
5,00m 10,00m 6,00m 8,00m 8,00m 5,00m 9,00m 10,00m 17,00m 17,00m 5,00m 14,00m 17,00m 5,00m
6,00m
34,00m
34,01m
6,00m
136,00m
Nhµ ®iÒu khiÓn
Nhµ ph©n phèi
220 kV
110kV
17 m
34,01m

34,02m
22,04m
30,00m
30,00m
30,00m
24
22
25
23
2120
18 19
1716 1
2
3
4 5 6
987
10 11 12
15
1413
148,00m
11 m
11 m
11 m
17 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m

11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
8 m
8 m
8 m
8 m
8 m
17 m
17 m
17 m
17 m
17 m
17 m


Hình 1-5 Bố trí hệ thống cột chống sét phương án 1
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
11
Phía 110kV
- Xét các nhóm cột (16,17,19,18); (18,19,21,20); (20,21,23,22); (22,23,24,25) ta có:
Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là:
a = 30 m
b = 24 m
Ta có đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật là:

2 2 2 2
D a b 24 30 38,4m    

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 4 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:
a
D 38,4
h 4,8m
88
  

Ranh giới giữa 220kV và 110kV:
- Xét nhóm cột (1,4,17) ta có:
Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có các cạnh là:
a = 32 m
b = 34 m
Ta có đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác vuông là:

2 2 2 2
D a b 32 34 46,7m    

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:

a
D 46,7

h 5,84
88
  
(m)
- Xét nhóm cột (4,17,19) ta có:
Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = 30 m b = 46,7 m c = 32,25 m
Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:

a b c 30 46,7 32,25
p 54,47
22
   
  
(m)
Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:
D =
)cP)(bP)(aP(P2
c.b.a


=
30.46,7.32,25
2 54,47(54,47 30)(54,47 46,7)(54,47 32,5)  
=47,06 (m)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
12
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h

a
để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:

a
D 47,06
h 5,88
88
  
(m)
- Xét nhóm cột (4,7,19) ta có:
Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = 32,25 m b = 34 m c = 49,7 m
Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:

a b c 32,25 34 49,7
p 57,98
22
   
  
(m)
Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:
D =
32,25.34.49,7
2 57,98(57,98 32,25)(57,98 34)(57,98 49,7)  
=50,09 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:

a
D 50,09
h 6,26
88
  
(m)
- Xét nhóm cột (7,19,21) ta có:
Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = 49,7 m b = 30 m c = 33 m
Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:

a b c 49,7 30 33
p 56,35
22
   
  
(m)
Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:
D =
49,7.30.33
2 56,35(56,35 49,7)(56,35 30)(56,35 33)  
=51,23 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:

a
D 51,23

h 6,4
88
  
(m)
- Xét nhóm cột (7,21,23) ta có:
Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = 33 m b = 30 m c = 39 m
Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:

a b c 33 30 39
p 51
22
   
  
(m)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
13
Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:
D =
33.30.39
2 51(51 33)(51 30)(51 39)  
= 40 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:

a

D 40
h5
88
  
(m)
- Xét nhóm cột (7,10,23) ta có:
Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = 38,8 m b = 34 m c = 34,2 m
Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:

a b c 38,8 34 34,2
p 53,5
22
   
  
(m)
Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:
D =
38,8.34.34,2
2 53,5.(53,5 38,8)(53,5 34)(53,5 34.2)  
= 41,5 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:

a
D 41,5
h 5,2
88

  
(m)
- Xét nhóm cột (10,23,25) ta có:
Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = 30 m b = 36,7 m c = 34,2 m
Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:

a b c 30 36,7 34,2
p 50,5
22
   
  
(m)
Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:
D =
30.36,7.34,2
2 50,5.(50,5 30)(50,5 36,7)(50,5 34,2)  
= 39,2 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:

a
D 39,2
h 4,9
88
  
(m)

- Xét nhóm cột (10,13,25) ta có:
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
14
Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = 34 m b = 36,7 m c = 35,8 m
Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:

a b c 34 36,7 35,8
p 53,3
22
   
  
(m)
Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:
D =
34.36,7.35,8
2 53,3.(53,3 34)(53,3 36,7)(53,3 35,8)  
= 41,1 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h
a
để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn diện
tích của chúng phải thỏa mãn:

a
D 41,1
h 5,13
88
  

(m)
Ta có bảng tổng hợp độ cao tác dụng của từng nhóm cột trong Phương án 1
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
15

Nhóm cột
a
b
c
p
D
h
a
(1,2,5,4); (4,5,8,7);
(8,7,11,10); (11,10,14,13)
34
34
-
-
48,08
6,01
(2,3,6,5); (5,6,9,8); (8,9,11);
(8,9,12,11); (11,12,15,14)
34
36
-
-
49,52

6,19
(16,17,19,18); (18,19,21,20);
(20,21,23,22); (22,23,24,25)
30
24
-
-
38,42
4,80
(1,4,17)
32
34
46,7
56,4
46,70
5,84
(4,17,19)
30
46,7
32,25
54,5
47,07
5,88
(4,7,19)
32,25
34
49,7
58,0
50,09
6,26

(7,19,21)
49,7
30
33
56,4
51,24
6,40
(7,21,23)
33
30
39
51,0
40,14
5,02
(7,10,23)
38,8
34
34,2
53,5
41,46
5,18
(10,23,25)
30
36,7
34,2
50,5
39,21
4,90
(10,13,25)
34

36,7
35,8
53,3
41,05
5,13
Qua tính toán cụ thể độ cao tác dụng cho từng nhóm cột ta nhận thấy:
Đối với trạm thì h
amax
= 6,4 m
- Phía 220kV cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất là h
x
= 17 m cho nên độ cao của cột thu
sét phía 220kV là:
h
220kV
= h
a
+h
x
= 17 + 6,4 = 23,4 (m) ta chọn h
220kV
= 24 (m)
- Phía 110kV cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất là h
x
= 11 m cho nên độ cao của cột thu
sét phía 110kV là:
h
110kV
= h
a

+h
x
= 11 + 6,4 = 17,4 (m) ta chọn h
110kV
= 18 (m)
+ Tính bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi:
Bên phía 220kV bảo vệ bằng cột thu lôi cao 24 m và các độ cao cần bảo vệ là 17 m
và 11 m.
Ta có:
22
h 24 16
33

(m)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao h
x
= 17 m > 16 m là:

x
x1
h
17
r 0,75h(1 ) 0,75 24(1 ) 5,25
h 24
     
(m)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao h
x
= 11 m < 16 m là:

x
x2
h
11
r 1,5h(1 ) 1,5 24(1 ) 15,38
0,8h 0,8.24
     
(m)
Bên phía 110kV bảo vệ bằng cột thu lôi cao 18 m và các độ cao cần bảo vệ là 11 m
và 8 m.
Ta có:
22
h 18 12
33

(m)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
16
- Bán kính bảo vệ ở độ cao h
x
= 11 m < 12 m là:

x
x
h
11
r 1,5h(1 ) 1,5 18(1 ) 6,375
0,8 h 0,8 18

     

(m)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao h
x
= 8 m < 12 m là:

x
x
h
8
r 1,5h(1 ) 1,5 18(1 ) 12
0,8 h 0,8 18
     

(m)
+ Tính bán kính bảo vệ ở khu vực giữa 2 có độ cao bằng nhau:
Phía 220kV bảo vệ cho 2 độ cao 17m và 11m
- Xét các cặp cột (1,2); (3,6); (6,9); (9,12); (12,15); (13,14); (1,4); (4,7); (7,10);
(10,13) ta có:
h
1
= h
2
= 24 m, a = 34 m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:

0
a 34
h h 24 19,1

77
    
(m)
Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:
+ Độ cao 17 m:
h
x
= 17 m >
0
22
h 19,1 12,8
33

m
Nên
x
0x 0
0
h
17
r 0,75h (1 ) 0,75 19,1(1 ) 1,61
h 19,1
     
(m)
+ Độ cao 11 m:
h
x
= 11 m <
0
22

h 19,1 12,8
33

m
Nên
x
0x 0
0
h
11
r 1,5h (1 ) 1,5 19,1(1 ) 8,09
0,8h 0,8.19,1
     
(m)
- Xét cặp cột (2,3); (14,15) ta có:
h
1
= h
2
= 24 m, a = 36 m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:

0
a 36
h h 24 18,9
77
    
(m)
Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:
+ Độ cao 17 m:

h
x
= 17 m >
0
22
h 18,9 12,6
33

m
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
17
Nên
x
0x 0
0
h
17
r 0,75h (1 ) 0,75 18,9(1 ) 1,39
h 18,9
     
(m)
+ Độ cao 11 m:
h
x
= 11 m <
0
22
h 18,9 12,6

33

m
Nên
x
0x 0
0
h
11
r 1,5h (1 ) 1,5 18,9(1 ) 7,66
0,8h 0,8.18,9
     
(m)
Phía 110kV bảo vệ cho 2 độ cao 11m và 8m
- Xét các cặp cột (16,18); (18,20); (20,22); (22,24) ta có:
h
1
= h
2
= 18 m, a = 30 m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:

0
a 30
h h 18 13,7
77
    
(m)
Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:
+ Độ cao 11 m:

h
x
= 11 m >
0
22
h 13,7 9,1
33

m
Nên
x
0x 0
0
h
11
r 0,75h (1 ) 0,75 13,7(1 ) 2,04
h 13,7
     
(m)
+ Độ cao 8 m:
h
x
= 8 m <
0
22
h 13,7 9,1
33

m
Nên

x
0x 0
0
h
8
r 1,5h (1 ) 1,5 13,7(1 ) 5,57
0,8h 0,8.13,7
     
(m)
- Xét các cặp cột (16,17); (24,25) ta có:
h
1
= h
2
= 18 m, a = 24 m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:

0
a 24
h h 18 14,6
77
    
(m)
Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:
+ Độ cao 11 m:
h
x
= 11 m >
0
22

h 14,6 9,7
33

m
Nên
x
0x 0
0
h
11
r 0,75h (1 ) 0,75 14,6(1 ) 2,68
h 14,6
     
(m)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
18
+ Độ cao 8 m:
h
x
= 8 m <
0
22
h 14,6 9,7
33

m
Nên
x

0x 0
0
h
8
r 1,5h (1 ) 1,5 14,6(1 ) 6,86
0,8h 0,8.14,6
     
(m)
+ Tính bán kính bảo vệ ở khu vực giữa 2 có độ cao khác nhau:
- Xét cặp cột (1,17) ta có:
h
1
= 24 m h
2
= 18 m a = 32m
Hai cột này có chiều cao khác nhau và h
2
= 18m>
3
2
h
1
= 16m nên ta có:
x =
2
1
1
0,75 (1 )
h
h

h

=
18
0,75 24(1 ) 4,5
24
  
(m)
a' = a – x = 32 – 4,5 = 27,5 (m)
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:

02
a ' 27,5
h h 18 14,07
77
    
(m)
Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:
+ Bảo vệ cho độ cao 11 m:
h
x
= 11 m >
0
22
h 14,07 9,38
33

m
Nên
x

0x 0
0
h
11
r 0,75h (1 ) 0,75 14,07(1 ) 2,3
h 14,07
     
(m)
+ Bảo vệ cho độ cao 8 m:
h
x
= 8 m <
0
22
h 14,07 9,38
33

m
Nên
x
0x 0
0
h
8
r 1,5h (1 ) 1,5 14,07(1 ) 6,11
0,8h 0,8.14,07
     
(m)
- Xét cặp cột (13,25) ta có:
h

1
= 24 m h
2
= 18 m a = 35,8m
Hai cột này có chiều cao khác nhau và h
2
= 18m>
3
2
h
1
= 16m nên ta có:
x =
2
1
1
0,75 (1 )
h
h
h

=
18
0,75 24(1 ) 4,5
24
  
(m)
a' = a – x = 35,8 – 4,5 = 31,3 (m)
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:
19

02
a ' 31,3
h h 18 13,53
77
    
(m)
Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:
+ Bảo vệ cho độ cao 11 m:
h
x
= 11 m >
0
22
h 13,53 9,02
33

m
Nên
x
0x 0
0
h
11
r 0,75h (1 ) 0,75 13,53(1 ) 1,89
h 13,53
     

(m)
+ Bảo vệ cho độ cao 8 m:
h
x
= 8 m <
0
22
h 13,53 9,02
33

m
Nên
x
0x 0
0
h
8
r 1,5h (1 ) 1,5 13,53(1 ) 5,29
0.8h 0,8.13,53
     
(m)
Cuối cùng ta có bảng kết quả tính toán phạm vi bảo vệ của từng cặp cột thu sét:
Cặp cột
h1
h2
a
hx
r01
r02
r0

(1,2); (3,6); (6,9);
(9,12); (12,15);
(13,14); (1,4); (4,7);
(7,10); (10,13)
24
24
34
17
5 ,25
5 ,25
1 ,61
11
15 ,38
15 ,38
8 ,09
(2,3); (14,15)
24
24
36
17
5 ,25
5 ,25
1 ,39
11
15 ,38
15 ,38
7 ,66
(16,18); (18,20);
(20,22); (22,24)
18

18
30
11
6 ,38
6 ,38
2 ,04
8
12 ,00
12 ,00
5 ,57
(16,17); (24,25)
18
18
24
11
6 ,38
6 ,38
2 ,68
8
12 ,00
12 ,00
6 ,86
(1,17)
24
18
32
11
6 ,38
6 ,38
2 ,30

8

12 ,00
6 ,11
(13,25)
24
18
35 ,8
11
6 ,38
6 ,38
6 ,11
8

12 ,00
1 ,90

Vậy phương án 1 đặt 25 cột thu lôi trong đó:
- Phía 220kV bố trí 15 cột cao 24m với 2 cột đặt trên xà cao 17m và 13 cột đặt trên xà
cao 11m bên trong trạm.
- Phía 110kV bố trí 10 cột cao 18m với 1 cột đặt trên xà cao 8m và 9 cột đặt trên xà
cao 11m bên trong trạm.
Tổng chiều dài:
L
1
= 2.(24 - 17) + 13.(24-11)+ 1.(18 - 8)+9.(18-11) = 256 (m)
Ta có phạm vi bảo vệ của phương án 1 như sau:
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Thực hiện:

20
30,00m
6,00m
5,00m 10,00m 6,00m 8,00m 8,00m 5,00m 9,00m 10,00m 17,00m 17,00m 5,00m 14,00m 17,00m 5,00m
6,00m
34,00m
34,01m
6,00m
136,00m
Nhµ ®iÒu khiÓn
Nhµ ph©n phèi
220kV
110kV
17 m
34,01m
34,02m
22,04m
30,00m
30,00m
30,00m
24
22
25
23
2120
18 19
1716 1 2 3
4 5 6
987
10 11 12

151413
R6,38m
R2,68m
R2,04m
R6,38m
R1,61m
R5,25m
R5,25m
R1,39m
R5,25m
R1,61m
R5,25m
R1,61m
R1,39m
R2,68m
R6,38m
R1,61m
R2,04m
R5,25m
R5,25m
R1,89m
R2,30m
148,00m
11 m
11 m
11 m
17 m
11 m
11 m
11 m

11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
11 m
8 m
8 m
8 m
8 m
8 m
17 m
17 m
17 m
17 m
17 m
17 m
R6,38m
R15,38m
R8,09m
R7,66m
R8,09m
R15,38m
R8,09m
R15,38m
R6,86m
R5,57m

R12,00m
R12,00m
R12,00m
R6,86m
R5,29m
R5,29m
R8,09m
R5,57m
R12,00m

Hình 1-6 Phạm vi bảo vệ của phương án 1