Tính toán và thiết kế hệ thống cao áp của trạm biến áp 110 trên 22 kV.DOC

N TT NGHIP MễN CAO P
Ch ơng mở đầu
Tình hình giông sét ở việt nam và ảnh hởng của nó tới l-
ới đIện
Việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp chống sét đã có lịch sử lâu dài
cùng với sự phát triển của nghành điện . Ngày nay ngời ta đã tìm ra đợc các ph-
ơng pháp nhữmh hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng chống sét đámh .
Sét là một hiện tợng tự nhiên , mật độ , thời gian phóng điện , biên độ dốc của sét
không thể dự đoán trớc nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng , đặc biệt
là trong nghành điện .
I . Tình hình giông sét ở V IệT NAM :
Theo đề tài KC 03 - 07 của viện năng lợng , trong một năm số ngày sét ở
miền Bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày và số lần có giông là từ 150 300 lần .
Vùng có giông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực Móng Cái , Tiên Yên ( Quảng
Ninh ) hàng năm có từ 100 110 ngày giông sét , tháng 7 , tháng 8 có thể có
đến 25 ngày giông \ tháng .
Một số vùng có điạ hình chuyển tiếp nh giữa các vùng núi và vùng đồng bằng số
lần giông cũng đến 200 lần sét / năm . Với số ngày giông khoảng 100 ngày / năm
. Nơi ít giông nhất là quảng Bình , hàng năm chỉ có 80 ngày giông . Xét về diễn
biến của mùa giông trong năm , mùa giông không hoàn toàn đồng nhất giữa các
vùng . Nói chung ở miền Bắc giông tập trung từ tháng 4 9 , ở phía tây bắc
giông tập trung từ thánh 5 8 trong năm .
Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tơng đối
nhiều giông trong tháng số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày / tháng . Tháng có nhiều
giông nhất là tháng 5 , có thể có từ 12 15 ngày . Những tháng đầu mùa và cuối
mùa chỉ gặp 2 5 ngày / tháng . Từ Bình Định trở vào là khu vực ít giông nhất
thờng chỉ có vào tháng 5 , số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày ( Tuy Hoà 10 ngày ,
Nha Trang 8 ngày , Phan Thiết 13 ngày ) , còn các tháng khác của mùa đông chỉ
quan sát đợc từ 5 7 ngày giông sét .

Trang - 1 -

N TT NGHIP MễN CAO P
Miền nam cũng có khá nhiều giông , hàng năm quan sát đợc từ 40 đến 50 ngày
và đến trên 100 ngày tuỳ nơi . Khu vực nhiều giông nhất là đồng bằng Nam bộ ,
số ngày giông sét có thể lên tới 120 140 ngày /năm . Mùa đông ở Nam Bộ từ
tháng 4 đến tháng 11 thì số ngày giông trung bình là 10 ngày /tháng , các tháng 5
đến tháng 10 có khoảng trên 20 ngày giông ( SàI Gòn 22 ngày , Hà Tiên 28 ngày.
Tây Nguyên , mùa giông chỉ có ở các tháng 4 , 5 và 9 . Tháng cực đại ( tháng 5 ) ,
trung bình quan sát đợc 15 ngày giông và ở Tây Nguyên trung bình số ngày giông
sét từ 10 đến 12 ngày ( Plây cu 17 ngày , Kon Tum 14 ngày , Đà Lạt 10 ngày còn
các tháng khác trong mùa trung bình có 5 7 ngày /tháng .
Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình giông sét trên 3 miền Bắc Trung
Nam , những vùg lân cận lại có mật độ giông sét tơng đối giống nhau . Kết quả
nghiên cứu , ngời ta đã lập đợc bản đồ phân vùng giông sét toàn Việt Nam ( các
thông số cho trong bảng 1 ) .
Vùng
Ngày đông
trung bình
(ngày / năm )
Gìơ đông
trung bình
(giờ /năm)
Mật độ sét
trung bình
Tháng giông
cực đại
đồng bằng ven biển
81.1 215.6 6.47 8
Miền núi trung du
Bắc Bộ 61,6 219,1 6.33 7
Cao nguyên miền

trung 47,6 126,21 3.31 5.8
Ven biển miền
trung 44 95,2 3.55 5.8
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 các
giai đoạn có thể tính toán đa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống
các khu vực ( số liệu dự báo nh trong bảng 2 )

Trang - 2 -
N TT NGHIP MễN CAO P
Số ngày
giông
đồng bằng ven
biển
Miền núi
trung du
phía Bắc
Cao
nguyên
miền
trung
Ven biển
trung bộ
đồng bằng
miền Nam
20 ữ 40 2,43 ữ4,68 2,1 ữ 4,2 12 ữ 2,4 1,22 ữ 2,44 1,26 ữ 2,52
40 ữ 60 4,68 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 5,06
80 ữ 100 9,72 ữ 12,15 8,4 ữ 10,5 4,8 ữ 6 4,87 ữ 6,09 5,06 ữ6,3

100 ữ 120 12,15 ữ 14,58 10,5 ữ12,6 6 ữ 7,2 6,09 ữ 7,31 6,3 ữ 7,76
II . ả nh h ởng của giông sét :
ỏ Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nớc KC 03 07 đã lắp đặt các
thiết bị 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 220 kV ở miền Bắc từ năm 1987 đến
năm 1992 đợc ghi trong bảng 3 :
Loại sự cố Dới 220 KV Đờng dây Phả Lại Hà Đông
Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét
1987
1988
1989
1990
1991
1992
2
5
24
25
30
19
1
2
3
4
2
4
2
5
6
2

3
4
1
2
2
1
1
4
1
1
1
1
1
3
105 16 22 11 8

Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đờng dây 220 KV Phả Lại Hà Đông , nguyên
nhân do sét là 8/11chiếm 72,7 % .Sở dĩ lấy kết quả sự cố của đờng dây Phả Lại
Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lới đIện Miền Bắc vì đây là đờng dây quan
trọng của Miền Bắc và sự cố đờng dây này ảnh hởng rất lớn đến tình hình truyền
tải điện năng trên lới điện .
Kết luận : Qua những nghiên cứu tính 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

Trang - 3 -
N TT NGHIP MễN CAO P
và các trạm biến áp là không thể thiếu đợc . Vì vậy việc đầu t nghiên cứu chống
sét là cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lới điện của nớc ta
Ch ơng I
bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

trạm biến áp 110/22 KV.
I.1-Khái niệm chung.
Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân
phối điện năng .

Trang - 4 -
N TT NGHIP MễN CAO P
Đối với trạm biến áp 110 KV thì các thiết bị điện của trạm đợc đặt ngoài trời,
khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những
chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những hậu quả cho
những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp
thờng có yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta dùng hệ
thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống này là tập trung điện tích để
định hớng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dới
hệ thống này.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào
hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của
bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho
khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để
gây phóng điện ngợc đến các thiết bị khác gần đó.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần
phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về
kỹ thuật, mỹ thuật.
I.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét
đánh trực tiếp vào trạm biến áp.
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn
của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110 kV ở đây ta dùng hệ thống cột thu
lôi, hệ thống này có thể đợc đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập
tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể.

Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đợc độ cao của phạm
vi bảo vệ và sẽ giảm đợc độ cao của cột thu lôi. Nhng mức cách điện của trạm
phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang
thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét,
dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần
điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngợc từ hệ

Trang - 5 -
N TT NGHIP MễN CAO P
thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mà mức cách điện không
đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là
mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ.
Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao
(cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn ) do đó có thể
đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu
lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đờng ngắn nhất sao cho
dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống , mặt
khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là
cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu
cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ
thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đờng điện .
Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt
khi có dòng điện sét chạy qua.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện
phải đợc cho vào ống chì và chôn trong đất.
I.3- Tính toán thiết kế, các phơng án bố trí cột thu lôi.
Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa vào độ cao
của các thiết bị ta có thể bố trí đợc các cột thu lôi và tính đợc độ cao của chúng.
I.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán.

- Độ cao cột thu lôi:
h =h
x
+ h
a
(I 1)
Trong đó: + h
x
: độ cao của vật đợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi, đợc xác định theo từng
nhóm cột. (h
a
D/8 m).
(với D là đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột)
- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là:

Trang - 6 -
N TT NGHIP MễN CAO P
)2()(
1
6,1

+
= Ihh
h
h
r
x

x
x
- Nếu h
x
2/3h thì:
)
h8,0
h
1.(h5,1r
x
x
=
(I 3)
- Nếu h
x
> 2/3h thì:
)
h
h
1.(h75,0r
x
x
=
(I - 4)
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng
lại. Nhng để các cột thu lôi có thể phối hợp đợc thì khoảng cách a giữa hai cột
phải thoả mãn a 7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi ).
Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa
hai cột là h
o

và đợc xác định theo công thức:
)5(
7
= I
a
hh
o
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đờng nối hai chân cột là
r
xo
và đợc xác định nh sau:
)(
1
6,1
0 x
o
x
xo
hh
h
h
r
+
=
( I-6 )

Trang - 7 -
N TT NGHIP MễN CAO P

Hình (I 1 ): Trờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau .

r
x
0,2h
h
1,5h
0,75h
r
xo
r
x
h
o
=h-a/7
R
h
x
0
a
- Trờng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo
vệ đợc xác định nh sau:
- Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h
1
và h
2
nh hình vẽ dới đây:

(Hình I 2 ): Trờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác
nhau
a

'

2
h
2
1

h
1
3
R
a
- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h
2
, khi đó các khoảng
cách AB = a; BC = a
'
. Khi đó xác định đợc các khoảng cách x và a
'
nh
sau:

Trang - 8 -
N TT NGHIP MễN CAO P
)7().(
1
6,1
-ax-aa'
).(
1

6,1
21
1
2
21
1
2

+
==

+
=
Ihh
h
h
hh
h
h
x
Đối với trờng hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở
độ cao lớn nhất giữa hai cột là h
o
:
7
a
hh
o
=
Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là:

)hh.(
h
h
,
ah
7
a'
hh
o 21
1
2
22
1
61

+
+==
)hh.(
h
h
,
r
xoxo

+
=
1
2
1
61

I.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp
110/22kV.
- Trạm có diện tích là: 94 x 71m và bao gồm:
+ Hai máy biến áp T1 và T2
- Độ cao các thanh xà phía 110kV là 11m
I.3.3- Trình tự tính toán.
Trạm có cấp điện áp 110kV và có hai máy biến áp MB1,MB2.
Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm
và yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đa ra hai phơng án đặt cột thu lôi nh sau:
I.3.3.1- Ph ơng án 1.
Ta bố trí 8 cột thu lôi trong đó 2 cột bố trí trên thanh xà cao 11m và các cột
còn lại bố trí độc lập nh hình vẽ :

Trang - 9 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP
15.000
19.000
T2
25.000
Phòng phân phối
Phòng tụ bù
32.000
Sơ đồ hiện trạng mặt bằng TBA 110kV Văn Điển : Phương án 1
2
T1
Phòng điều khiển
3
6
5
4

1
7
8
PHÍA 22KV
PHÍA 110KV
TÝnh ®é cao t¸c dơng cđa cét thu l«i:
§Ĩ b¶o vƯ ®ỵc mét diƯn tÝch giíi h¹n bëi mét tam gi¸c (hc tø gi¸c) th× ®é
cao cđa cét thu l«i ph¶i tho¶ m·n: D ≤ 8h
a
Trong ®ã:
- D: Lµ ®êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp tam gi¸c ( hc tø gi¸c), t¹o bëi c¸c
ch©n cét. ®ã lµ ph¹m vi mµ nhãm cét cã thĨ b¶o vƯ ®ỵc.
- h
a
: Lµ ®é cao t¸c dơng cđa cét thu l«i.
Ph¹m vi b¶o vƯ cđa hai hay nhiỊu cét thu l«i bao giê còng lín h¬n ph¹m vi
b¶o vƯ cđa cét ®¬n céng l¹i. §iỊu kiƯn ®Ĩ cho hai cét thu l«i cã thĨ phèi hỵp ®ỵc
víi nhau ®Ĩ b¶o vƯ ®ỵc vËt cã ®é cao h
x
nµo ®ã lµ: a ≤ 7h
Víi a lµ kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét thu l«i.
- XÐt nhãm cét (1;2;3;4) ta cã:
Ph¹m vi b¶o vƯ cđa nhãm cét nµy lµ ®êng trßn ngo¹i tiÕp h×nh ch÷ nhËt t¹o
bëi c¸c cét 1;2;3;4
§o¹n (1-2) = 30,6m

Trang - 10 -
N TT NGHIP MễN CAO P
Đoạn (2-4) = 34m
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp D :

mD 7,456,3034
22
=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (1;2;3;4) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích
giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
.7,5
8
7,45
8
===
- Xét nhóm cột (3;4;5;6) ta có:
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật tạo
bởi các cột 3;4;5;6
Đoạn (3-4) = 35m
Đoạn (4-5) = 30,6m
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp D :
mD 5,466,3035
22
=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (3;4;5;6) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích
giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
.8,5

8
5,46
8
===
- Xét nhóm cột 5;6;7
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 5;6;7. (5 - 7 =
22
4,3025 +
= 40m ; từ 5 6 = 28m ; 6 ữ 7 = = 17,8m) .
Và đờng kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5):
)81(
)).().(.(.2



=
cpbpapp
cba
D
Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;4;5):
2
cba
p
++
=
+ r là bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5).
Thay số vào (I 8 ) ta có:
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5) là:

Trang - 11 -
N TT NGHIP MễN CAO P
43
2
40288,17
=
++
=p

mD 45
3.15.2,25.43.2
40.28.8,17
==
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là: D =45 m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;7 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
6,5
8
45
8
===
- Xét nhóm cột 5;7;8
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 5;7;8 (5 ữ 8 = 17m , từ 7 8 = 25m .Và đờng kính vòng tròn là:
mD 3,301725

22
=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;7;8 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
4
8
3,30
8
===
- Xét nhóm cột 6;7;8
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 6;7;8. (6 - 7 =
22
5,317 +
= 17,4m ; từ 7 8 = 30,4m ; 60 ữ 8 = = 34,8m)
Và đờng kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8):
)81(
)).().(.(.2



=
cpbpapp
cba
D

Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (6;7;8):
2
cba
p
++
=
+ r là bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8).
Thay số vào (I 8 ) ta có:
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8) là:

Trang - 12 -
N TT NGHIP MễN CAO P
3,41
2
8,344,304,17
=
++
=p

mD 8,34
5,6.9,10.24.3,41.2
8,34.4,30.4,17
==
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8) là: D =34,8 m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;8 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a

4,4
8
8,34
8
===
- Xét nhóm cột 5;6;8
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 5;6;8 (5 ữ 8 = 17m , từ 5 6 = 30,4m .Và đờng kính vòng tròn là:
mD 35174,30
22
=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;8 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
4,4
8
35
8
===
Nh vậy đối với tất cả các cột thu lôi có thể lấy một độ cao tác dụng là :
h
a
= 5,8m
Tính độ cao cột thu lôi ;
Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đ-
ợc xác định bởi: h = h
x

+ h
a
Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.
+ h
x
: độ cao của vật đợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi.


độ cao tác dụng của các cột thu lôi là :
h

= 5,8 + 11 =16,8 m


ta chọn cột thu lô có độ cao h = 17m
Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:
* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 17m:

Trang - 13 -
N TT NGHIP MễN CAO P
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m: h
x
=11 m < 2/3 h = 11,33 m. Nên:
m
h
h
hr

x
x
9,4
17.8,0
11
117.5,1
.8,0
1.5,1 =






=






=
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m:
m
h
h
hr
x
x
25,14

17.8,0
6
117.5,1
.8,0
1.5,1 =






=






=
* Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi:
- Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
5,12
7
4,30
17

7
===
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 8,2m: h
x
= 8,2m > 2/3h
o
= 8,1m. Nên :
.85.2
5,12
2,8
1.15,12.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=
- Xét cặp cột 2;3. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 34m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
15,12
7
34
17
7
===
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 8,2m: h
x
= 8,2m > 2/3h
o
= 8m. Nên :
.97,2
15,12
2,8
1.15,12.75,01.75,0 m
h
h
hr

o
x
oxo
=






=








=
- Xét cặp cột 1;4. Khoảng cách giữa hai cột là: a =34m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
12
7
34
17

7
===
ở độ cao 8,2m: h
x
= 8,2m > 2/3h
o
= 8m. Nên :
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:

Trang - 14 -
N TT NGHIP MễN CAO P
.85,2
12
2,8
1.12.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=
- Xét cặp cột 3;6. Khoảng cách giữa hai cột là: a =35m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
13
7
35
18
7
===
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 8,7m. Nên :
.5,1
13
11
1.13.75,01.75,0 m

h
h
hr
o
x
oxo
=






=








=
- Xét cặp cột 7;8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 25m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
4,13

7
25
17
7
===
ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 8,9m. Nên :
.8,1
4,13
11
1.4,13.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=
- Xét cặp cột 6-7. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 17,8m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
45,14
7
8,17
17
7
===
ở độ cao7,5: h
x
= 11m > 2/3h
o
=9,63m
.58,2
45,14
11
1.45,14.75,01.75,0 m
h
h

hr
o
x
oxo
=






=








=
- Xét cặp cột 5;8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 17m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
57,14
7
17

17
7
===
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 9,72m. Nên :

Trang - 15 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠN CAO ÁP
.68,2
57,14
11
1.57,14.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






−=









−=
NhËn xÐt: Qu¸ tÝnh to¸n ë trªn ta vÏ ph¹m vi b¶o vƯ cđa hƯ thèng cét thu l«i
cho toµn tr¹m. Cơ thĨ ®ỵc tr×nh bµy ë h×nh vÏ
Tõ h×nh vÏ ta thÊy r»ng toµn bé c¸c thiÕt bÞ cđa tr¹m ®Ịu n»m trong ph¹m vi
b¶o vƯ cđa c¸c cét thu l«i.
VËy víi c¸ch bè trÝ thu l«i nh ph¬ng ¸n I lµ ®¶m b¶o vỊ mỈt kü tht.
I.3.3.2- Ph ¬ng ¸n 2.
Ta bè trÝ 9 cét thu l«i trong ®ã 5 cét bè trÝ trªn thanh xµ cao 11m vµ c¸c cét
cßn l¹i bè trÝ ®éc lËp :
T1
T2
Phòng điều khiển
Phòng phân phối
Phòng tụ bù
Sơ đồ hiện trạng mặt bằng TBA 110 kV Văn Điển : Phương án 2
1
2
4
3
5
7
15.000

19.000
25.000
32.000
3
6
PHÍA 22KV PHÍA 110KV
TÝnh ®é cao t¸c dơng cđa cét thu l«i:
§Ĩ b¶o vƯ ®ỵc mét diƯn tÝch giíi h¹n bëi mét tam gi¸c (hc tø gi¸c) th× ®é
cao cđa cét thu l«i ph¶i tho¶ m·n: D ≤ 8h
a
Trong ®ã:
- D: Lµ ®êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp tam gi¸c ( hc tø gi¸c), t¹o bëi c¸c
ch©n cét. ®ã lµ ph¹m vi mµ nhãm cét cã thĨ b¶o vƯ ®ỵc.
- h
a
: Lµ ®é cao t¸c dơng cđa cét thu l«i.

Trang - 16 -
N TT NGHIP MễN CAO P
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi
bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp đợc
với nhau để bảo vệ đợc vật có độ cao h
x
nào đó là: a 7h
Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lôi.
- Xét nhóm cột 1;2;3.
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 1;2;3. (1 ữ 2 = 30,4m , từ 2 3 = 34m .Và đờng kính vòng tròn là:
mD 5,46344,30
22

=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;3 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
.4,5
8
5,46
8
===
Ta thấy tam giác vuông 123 có diện tích lớn hơn diện tích tam giác 238 , do
đó phạm vi bảo vệ của nhóm cột 1;2;3 cũng là phạm vi bảo vệ của nhóm cột 2;3;8
- Xét nhóm cột 1;3;8 .
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 1;3;8. (1 ữ3 = 46,5m; từ 3 - 8 = 26m ; 1 ữ 8 = = 34,4m) .
Và đờng kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8):
)81(
)).().(.(.2



=
cpbpapp
cba
D
Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;3;8):
2

cba
p
++
=
+ r là bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8).
Thay số vào (I 8 ) ta có:
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8) là:
mp 5,53
2
4,34265,46
=
++
=

mD 9,46
)4,345,53).(265,53).(5,465,53(5,53.2
4,34.26.5,46
=

=

Trang - 17 -
N TT NGHIP MễN CAO P
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8) là: D =46,9 m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;3;8 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a

.9,5
8
9,46
8
===
- Xét nhóm cột 4;7;8 .
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 4;7;8. (4 ữ7 = 25m; từ 7 - 8 = 26m ; 4 ữ 8 = = 30m) .
Và đờng kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8):
)81(
)).().(.(.2



=
cpbpapp
cba
D
Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (4;7;8):
2
cba
p
++
=
+ r là bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8).
Thay số vào (I 8 ) ta có:
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8) là:
mp 5,40
2

302625
=
++
=

mD 6,31
)305,40).(265,40).(255,40(5,40.2
30.26.25
=

=
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8) là: D =31,6 m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 4;7;8 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
4
8
6,31
8
===
- Xét nhóm cột 4;5;7.
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 4;5;7. (4 ữ 5 = 32m , từ 4 7 = 25m .Và đờng kính vòng tròn là:
mD 6,402532
22
=+=

Trang - 18 -
N TT NGHIP MễN CAO P
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 4;5;7 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
.1,5
8
6,40
8
===
- Xét nhóm cột 5;6;7 .
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đờng tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các
cột 5;6;7. (5 ữ6 = 30,4m; từ 6 - 7 = 32m ; 5 ữ 7 = 40,6m) .
Và đờng kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7):
)81(
)).().(.(.2



=
cpbpapp
cba
D
Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (5;6;7):
2
cba

p
++
=
+ r là bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7).
Thay số vào (I 8 ) ta có:
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là:
mp 5,51
2
6,40324,30
=
++
=

mD 41
)6,405,51).(325,51).(4,305,51(5,51.2
6,40.32.4,30
=

=
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là: D =41 m.
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;7 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
.2,5
8
41
8

===
Nh vậy đối với tất cả các cột thu lôi có thể lấy một độ cao tác dụng là :
h
a
= 6m
Tính độ cao cột thu lôi ;
Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đ-
ợc xác định bởi: h = h
x
+ h
a
Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.

Trang - 19 -
N TT NGHIP MễN CAO P
+ h
x
: độ cao của vật đợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi.


độ cao tác dụng của các cột thu lôi là :
h

= 5,4 + 11 =16,4 m


ta chọn cột thu lô có độ cao h = 17m

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:
* Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 17m:
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m: h
x
=11 m < 2/3 h = 11,33 m. Nên:
m
h
h
hr
x
x
9,4
17.8,0
11
117.5,1
.8,0
1.5,1 =






=

=
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m:
m
h
h
hr
x
x
25,14
17.8,0
6
117.5,1
.8,0
1.5,1 =






=






=
* Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi:
- Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m.

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
66,12
7
4,30
17
7
===
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 8,2m: h
x
= 8,2m < 2/3h
o
= 8,4m. Nên :
.6,3
66,12.8,0
2,8
1.66,12.5,1
.8,0
1.5,1 m
h
h
hr
o
x
oxo
=

=








=
- Xét cặp cột 2;3. Khoảng cách giữa hai cột là: a =34m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
14,12
7
34
17
7
===
ở độ cao 8,2m: h
x

= 8,2m > 2/3h
o
= 8,1m. Nên :
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
.3
14,12
2,8
1.14,12.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=

Trang - 20 -
N TT NGHIP MễN CAO P
- Xét cặp cột 3,4. Khoảng cách giữa hai cột là: a =25,6m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
3,13
7
6,25
17
7
===
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 8,8m. Nên :
.72,1
3,13
11
1.3,13.75,01.75,0 m
h
h
hr
o

x
oxo
=






=








=
- Xét cặp cột 6,7: Khoảng cách giữa hai cột là: a = 32m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
4,12
7
32
17
7

===
ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 8,3m. Nên :
.05,1
4,12
11
1.4,12.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=
- Xét cặp cột 5-6. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
6,12
7
4,30
17
7
===
ở độ cao11: h
x
= 11m > 2/3h
o
=8,4m
.2,1
6,12
11
1.6,7512,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo

=






=








=
- Xét cặp cột 7-8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 26m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
3,13
7
26
17
7
===
ở độ cao11: h

x
= 11m > 2/3h
o
=8,9m
.73,1
3,13
11
1.3,7513,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=
- Xét cặp cột 1-8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 34,4m.

Trang - 21 -
N TT NGHIP MễN CAO P
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
1,12
7
4,34
17
7
===
ở độ cao11: h
x
= 11m > 2/3h
o
=8,1m
.82,0
1,12
11
1.1,7512,01.75,0 m
h
h
hr
o
x

oxo
=






=








=
Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi
cho toàn trạm. Cụ thể đợc trình bày ở hình vẽ :
Từ hình vẽ ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi
bảo vệ của các cột thu lôi.
Vậy với cách bố trí thu lôi nh phơng án II là đảm bảo về mặt kỹ thuật.
I.4 -Kết luận.
Qua quá trình tính toán trên ta thấy cả hai phơng án đều đảm bảo yêu cầu về
mặt kỹ thuật và hai phơng án tơng đơng về mặt kinh tế. Ta thấy phơng án II bố
trí hợp lí cột chống sét hơn phơng án I: Do vậy ta chọn phơng án II.

Trang - 22 -
N TT NGHIP MễN CAO P

Ch ơng 2
Tính toán nối đất cho trạm 110/22 kv
II.1- Giới thiệu chung và một số vần đề kỹ thuật khi tính
toán nối đất trạm biến áp.
Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên
vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ
quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đờng dây,
các thiết bị chống sét phải đợc tính toán cụ thể trong khi thiết kế.
Trong hệ thống điện thờng có ba loại nối đất :
+ Nối đất làm việc.
Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thờng của thiết bị, hoặc một số
bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ nối đất trực tiếp, thờng là nối
đất điểm trung tính máy biến áp. Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp
nối đất, nối đất của máy biến áp đo lờng và các kháng điện dùng trong bù ngang
trên các đờng dây cao áp truyền tải điện.
+ Nối đất chống sét.
Nối đất chống sét có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét
đánh vào cột thu lôi hay đờng dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột
không quá lớn tránh trờng hợp phóng điện ngợc từ cột thu lôi đến các thiết bị cần
đợc bảo vệ.
+ Nối đất an toàn.
Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con ngời khi cách điện bị h hỏng. Thực hiện
nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện nh vỏ
máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị h hỏng do

Trang - 23 -
N TT NGHIP MễN CAO P
lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy hiểm
(nếu không nối đất thì điện thế này sẽ làm nguy hiểm đến con ngời khi chạm vào
chúng). Do đó nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo đảm an toàn

cho con ngời khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống
nối đất nói trên nhng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho
các nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các thiết bị
khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ.
Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng
của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nhng để đạt đợc trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất
tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp đợc cả hai yếu tố
là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế.
Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất:
+ Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả
mãn: R 0,5.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ thuật điện
cao áp).
+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính không nối đất trực tiếp thì:

I
R
250
nếu nh hệ thống chỉ dùng cho thiết bị cao áp
+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện và chỉ hệ thống nối đất dùng
chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:

I
125
R
nhng không đợc quá 10
+ Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầu
của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì không cần nối đất nhân tạo
nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối với các thiết bị cao áp
có dòng ngắn mạch chạm đất lớn thì ta phải tiến hành nối đất nhân tạo và yêu cầu
trị số của điện trở nối đất nhân tạo là: R 1.

Trang - 24 -
N TT NGHIP MễN CAO P
Dòng điện I tuỳ theo mỗi trờng hợp sẽ có trị số khác nhau :
+ Trong hệ thống không thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là dòng điện khi
có chạm đất 1 pha ( cả mạng trên không và mạng cáp ) :
I = 3U
f
..C
+ Nếu hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần dòng điện còn
lại hay cha đợc bù của dòng điện ngắn mạch chạm đất trong mạng khi đã cắt đi
thiết bị bù có công suất lớn nhất , nhng chú ý là phần dòng điện ấy không đợc quá
30A.
+ Dòng điện tính toán trong hệ thống nối đất mà trong đó có nối thiết bị bù đ-
ợc lấy bằng 125% dòng điện định mức của thiết bị bù .
Bất kỳ một hệ thống nối đất nào cũng phải có các điện cực chôn trong đất và
nối với thiết bị mà ta cần nối đất (điện cực thờng sử dụng là các cọc sắt thẳng
đứng hay các thanh dài nằm ngang) các điện cực này đợc chôn trong đất .
Mức tản dòng điện phụ thuộc vào trạng thái của đất (vì đất là môi trờng không
đồng nhất, khá phức tạp, nó phụ thuộc vào thành phần của đất nh các loại muối, a
xít chứa trong đất ). Điều kiện khí hậu cũng ảnh hởng đến độ dẫn điện của đất.
ở Việt nam khí hậu thay đổi theo từng mùa , độ ẩm của đất cũng thay đổi theo
dẫn đến điện trở suất cuả đất cũng biến đổi trong phạm vi rộng. Do vậy trong tính
toán thiết kế về nối đất thì trị số điện trở suất của đất dựa theo kết quả đo lờng
thực địa và sau đó phải hiệu chỉnh theo hệ số mùa, mục đích là tăng cờng an toàn.
Công thức hiệu chỉnh nh sau:
tt
=
đ
.K

m
Trong đó:

tt
: là điện trở suất tính toán của đất.

đ
: điện trở suất đo đợc của đất.
K
m
: hệ số mùa của đất.
Hệ số K phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực.
Đối với trạm biến áp ta thiết kế có cấp điện áp 110kV và các cột thu lôi độc
lập do đó ta sử dụng hình thức nối đất tập trung để có hiệu quả tản dòng điện tốt
nhất.

Trang - 25 -