Đồ án kĩ thuật điện cao áp trạm 220110 KV

Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 1

Mục Lục
PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM 220-
110kV 3
1.1. Hiện tượng dông sét. 3
1.2. Ảnh hưởng của dông sét tới hệ thống điện Việt Nam 8
1.3. Kết luận về vấn đề chống sét 9
2.1 Mở đầu 10
2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng 10
2.3 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét 11
2.5 Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp. 17
2.5.1 Phương án 1: 17
2.5.2 Phương án 2: 26
2.6 So sánh và lựa chọn phương án 34
CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 35
3.1 Yêu cầu nối đất cho trạm biến áp. 35
3.2 Tính toán nối đất 37
3.2.1. Nối đất an toàn. 37
3.2.2. Nối đất chống sét 41
3.2.3. Nối đất bổ sung. 46
CHƯƠNG IV : BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY 110kV 51
4.1 Mở đầu 51
4.2 Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây 51
4.2.2 Cường độ hoạt động của sét 52
4.2.3 Số lần sét đánh vào đường dây 52
4.2.4 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây 53
4.2.5 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây 54
4.2.6 Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng 55

4.3 Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây 55
4.3.1 Thông số đường dây cần bảo vệ 55
4.3.2. Tính độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, của dây chống sét và
đường dây. 57
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 2

4.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây. 60
4.3.4 Suất cắt do sét đánh vào đường dây 61
PHẦN II: CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI
ĐIỆN 110 kV VÀO TRẠM BIẾN ÁP 97
CHƯƠNG V: BẢO VỆ SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO
TRẠM 97
5.1. Mở đầu. 97
5.2.Phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng
truyền vào trạm 98
5.3. Tính toán bảo vệ khi có sóng quá điện áp truyền vào trạm 103
5.3.1 Sơ đồ tính toán quá trình truyền sóng trong trạm biến áp 103
5.3.2 Thiết lập phương pháp tính điện áp với tất cả các nút trên sơ đồ rút gọn. 107
5.3.3 Dạng sóng quá điện áp truyền vào trạm. 110
5.3.4 Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm. 111

Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 3


PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ
CHỐNG SÉT CHO TRẠM 220-110kV
CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA
NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN.
1.1. Hiện tượng dông sét.
Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi
khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km). Hiện tượng phóng
điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện
và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất.
Ở đây ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất
(phóng điện mây - đất). Vì hiện tượng phóng điện này gây ảnh hưởng trực tiếp tới
hệ thống điện.
Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ
điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai
đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần

phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10
7
cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên
khoảng 2.10
8
cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp
nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện
tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được nối với một
trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này
đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài
tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung
điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện
của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu
tia tiên đạo. Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn
khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao.
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 4

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia
tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên
mặt đất đã được định sẵn.
Do vậy để định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ
tập trung điện diện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công
trình được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là  và mật độ điện trường của
điện tích trong tia tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và
trong đất sẽ là: i
s

= .  (1.1)
Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị
số điện trở nhỏ không đáng kể).
Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên
độ và độ dốc phân bố theo hàm biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài
trăm kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét
ứng với giai đoạn phóng điện ngược (hình 1.1)
Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí
quyển và gây hậu quả nghiêm trọng như: Ngắn mạch đầu thanh góp, cháy nổ, mất
điện trên diện rộng….

Hình-1: Sự biến thiên của dòng điện sét theo thời gian.
Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và cao độ an toàn khi vận hành, đồng
thời chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện.
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 5

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét
khá mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một
đặc điểm dông sét khác nhau.
Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70110 ngày trong một năm và số
lần dông từ 150300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 23 cơn
dông. Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ
250300 lần dông tập trung trong khoảng 100110 ngày. Tháng nhiều dông nhất là
các tháng 7, tháng 8.
Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng
núi và vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên
đến 100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150200 cơn dông mỗi năm,
tập trung trong khoảng 90100 ngày. Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng

Bình hàng năm chỉ có dưới 80 ngày dông.
Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không
hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung, ở Bắc Bộ mùa dông tập chung
trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía
Bắc (đến Quảng Ngãi) là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng 4, từ tháng 5
đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5)
quan sát được 1215 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ),
những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi
tháng chỉ gặp từ 25 ngày dông.
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông
nhất, thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng như Tuy Hoà
10 ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng. Ở miền Nam
khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120  140 ngày/năm, như ở thành
phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm. Mùa dông ở miền Nam
dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa
(tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông đều quan sát được trung
bình có từ 1520 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên
20 ngày/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày…
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 6

Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam xem bảng 1-1
Bảng-1: Số ngày dông trong tháng của một vùng trên lãnh thổ Việt Nam.
Tháng
Địa điểm
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm

Cao bằng 0,2

0,6

4,2 5,9

12 17 20 19 10 11 0,5 0,0

94
Bắc Cạn 0,1

0,3

3,0

7,0

12 18 20 21 10 2,8

0,2

0,1

97
Lạng Sơn 0,2

0,4

2,6

6,9

12 14 18 21 10 2,8

0,1

0,0

90
Móng Cái 0,0

0,4

3,9

6,6

14 19 24 24 13 4,2

0,2

0,0

112
Hồng Gai 0,1

0,0

1,7

1,3

10 15 16 20 15 2,2

0,2

0,0

87
Hà Giang 0,1

0,6

5,1

8,4

15 17 22 20 9,2

2,8

0,9

0,0

102
Sa Pa 0,6

2,6

6,6

12 13 15 16 18 7,3

3,0

0,9

0,3

97
Lào Cai 0,4

1,8

7,0

10 12 13 17 19 8,1

2,5

0,7

0,0

93
Yên Bái 0,2

0,6

4,1

9,1

15 17 21 20 11 4,2

0,2

0,0

104
Tuyên Quang 0,2

0,0

4,0

9,2

15 17 22 21 11 4,2

0,5

0,0

106
Phú Thọ 0,0

0,6

4,2

9,4

16 17 22 21 11 3,4

0,5

0,0

107
Thái Nguyên

0,0

0,3

3,0

7,7

13 17 17 22 12 3,3

0,1

0,0

97
Hà Nội 0,0

0,3

2,9

7,9

16 16 20 20 11 3,1

0,6

0,9

99
Hải Phòng 0,0

0,1

7,0

7,0

13 19 21 23 17 4,4

1,0

0,0

111
Ninh Bình 0,0

0,4

8,4

8,4

16 21 20 21 14 5,0

0,7

0,0

112
Lai Châu 0,4

1,8

13 12 15 16 14 14 5,8

3,4

1,9

0,3

93
Điện Biên 0,2

2,7

12 12 17 21 17 18 8,3

5,3

1,1

0,0

112
Sơn La 0,0

1,0

14 14 16 18 15 16 6,2

6,2

1,0

0,2

99
Nghĩa Lộ 0,2

0,5

9,2

9,2

14 15 19 18 10 5,2

0,0

0,0

99
Thanh Hoá

0,0

0,2

7,3

7,3

16 16 18 18 13 3,3

0,7

0,0

100
Vinh 0,0

0,5

6,9

6,9

17 13 13 19 15 5,6

0,2

0,0

95
Con Cuông

0,0

0,2

13 13 17 14 13 20 14 5,2

0,2

0,0

103
Đồng Hới 0,0

0,3

6,3

6,3

15 7,7

9,6

9,6

11 5,3

0,3

0,0

70
Cửa Tùng 0,0

0,2

7,8

7,8

18 10 12 12 12 5,3

0,3

0,0

85
Huế 0,0

0,2

1,9

4,9

10 6,2

5,3

5,1

4,8

2,3

0,3

0,0

41,8
Đà Nẵng 0,0

0,3

2,5

6,5

14 11 9,3

12 8,9

3,7

0,5

0,0

69,5
Quảng Ngãi

0,0

0,3

1,2

5,7

10 13 9,7

1,0

7,8

0,7

0,0

0,0

59,1
Quy Nhơn 0,0

0,3

0,6

3,6

8,6

5,3

5,1

7,3

9,6

3,3

0,6

0,0

43,3
Nha Trang 0,0

0,1

0,6

3,2

8,2

5,2

4,6

5,8

8,5

2,3

0,6

0,1

39,2
Phan Thiết 0,2

0,0

0,2

4,0

13 7,2

8,8

7,4

9,0

6,8

1,8

0,2

59,0
Kon Tum 0,2

1,2

6,8

10 14 8,0

3,4

0,2

8,0

4,0

1,2

0,0

58,2
Playcu 0,3

1,7

5,7

12 16 9,7

7,7

8,7

17 9,0

2,0

0,1

90,7
Đà Lạt 0,6

1,6

3,2

6,8

10 8,0

6,3

4,2

6,7

3,8

0,8

0,1

52,1
Blao 1,8

3,4

11 13 10 5,2

3,4

2,8

7,2

7,0

4,0

0,0

70,2
Sài Gòn 1,4

1,0

2,5

10 22 19 17 16 19 15 11 2,4

138
Sóc Trăng 0,2

0,0

0,7

7,0

19 16 14 15 13 1,5

4,7

0,7

104

Hà Tiên 2,7

1,3

10 20 23 9,7

7,4

9,0

9,7

15 15 4,3

128

Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 7

Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng tình hình dông sét trên ba miền Bắc-Trung-
Nam, những vùng lân cận có mật độ dông sét tương đối giống nhau. Ta có thể phân
thành 5 vùng, 147 khu vực. Các thông số ghi ở bảng sau:
Bảng 2: Thông số về dông sét các vùng trung bình trong năm.
Vùng
Miền núi
trung du
Miền Bắc
Cao
nguyên

Miền
Trung
Ven biển
Miền
Trung
Đồng bằng
miền Nam
Đồng
bằng ven
biển miền
Nam
Ngày dông 61,6 47,6 44 60,1 81,1
Giờ dông 219,1 126,21 95,2 89,32 215,6
Mật độ sét 6,33 3,31 3,55 5,37 6,47
Tháng dông cực đại 7 5; 8 5; 8 5; 9 8
Từ các số liệu về ngày giờ dông, số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện
qua các giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện
xuống các khu vực. Các thông số ghi ở bảng sau:
Bảng 3: Thông số về các ngày dông sét ở các khu vực.
Số ngày
dông
Khu vực ven
biển miền
Bắc
Khu vực
trung du
miền Bắc
Khu vực cao
nguyên miền
Trung

Khu vực ven
biển miền
Trung
Khu vực ven
biển miền
Nam
2040 2,434,68 2,14,2 1,22,4 1,222,44 1,262,52
4060 4,687,92 4,26,3 2,43,6 2,443,65 2,523,78
6080 7,929,72 6,38,4 3,64,8 3,654,87 3,785,06
80100 9,7212,15 8,410,5 4,86,0 4,876,09 5,066,3
100120 12,1514,58 10,512,6 6,07,2 6,097,31 6,37,76
Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông
sét, đây là điều bất lợi cho hệ thống điện Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư
nhiều vào các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải
chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho hệ thống điện vận hành
kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy.
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 8

1.2. Ảnh hưởng của dông sét tới hệ thống điện Việt Nam
Như đã trình bày ở phần trước, biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA,
đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó. Thực tế đã
có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng
chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã
bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong
không gian lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn
gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả
những nơi cách xa hàng trăm km.
Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ

sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên
cách điện của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn
mạch pha-đất hoặc ngắn mạch pha–pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải
làm việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể
gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc
không nhanh có thể dẫn đến rã lưới. Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vào
trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách
điện của trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn
mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng điện sét
vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả
thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.
Ở
Việt Nam đã lắp đặt các thiết bị ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường
dây tải điện trong nhiều năm liên tục, kết quả thu thập tình hình sự cố lưới điện
220kV miền Bắc từ năm 1987-2009 được cho trong bảng sau:






Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 9


Bảng 4: Tình hình sự cố lưới điện 220kV miền Bắc từ năm 1987-2009.
Loại sự cố
năm
Dưới 220 kV ĐDK Phả Lại-Hà Đông

Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét
1987 2 1 2 1 1
1989 2 5 5 2 1
1996 24 3 6 2 1
2000 25 4 2 1 1
2004 30 2 3 1 1
2009 19 4 4 4 3
Tổng số 106 16 22 11 8
Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đường dây 220kV Phả Lại-Hà Đông
nguyên nhân do sét là 8/11 chiếm 72%. Vì đường dây Phả Lại-Hà Đông là đường
dây quan trọng của miền Bắc nên lấy kết quả trên làm kết quả chung cho sự cố lưới
điện miền Bắc.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố
lưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới
điện.
1.3. Kết luận về vấn đề chống sét
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông
sét tới hoạt động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới điện
và trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện.








Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 10

CHƯƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
VÀO TRẠM BIẾN ÁP
2.1 Mở đầu
Trạm biến áp và đường dây truyền tải là một bộ phận quan trọng trong hệ
thống truyền tải và phân phối điện năng.
Đối với trạm biến áp thì các thiết bị phân phối của trạm thường được đặt ngoài
trời, nên khi bị sét đánh trực tiếp có thể sẽ gây ra nhưng hậu quả nặng nề (phóng
điện, phá hủy cách điện, gây cắt điện…) nếu không được bảo vệ. Sự cố mất điện ở
trạm còn ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp khác do hậu quả của việc mất điện.
Do vậy trạm biến áp có yêu cầu bảo vệ cao.
Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng cột thu lôi
và dây chống sét bởi vì dùng như vậy sẽ đảm bảo về mặt kỹ thuật , kinh tế và mỹ
thuật. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các
phóng điện sét tập trung vào đó tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần
phải đảm bảo về mặt kỹ thuật và quan tâm tới các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý.
2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng
Yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đánh trực tiếp của trạm biến áp là tất cả các
thiết bị cần bảo vệ phải nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ.
Đối với trạm biến áp 220/110 kV ta dùng cột thu lôi, còn đối với đường dây 220kV
ta dùng dây chống sét.
Đối với trạm biến áp 220/110 kV có mức cách điện cao, do đó có thể đặt các
thiết bị thu lôi trên các kết cấu của trạm gắn vào hệ thống nối đất của trạm theo
đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào hệ thống nối đất theo 3 đến
4 thanh nối đất với hệ thống, mặt khác phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số của
điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời 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 cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp phải lớn

hơn 15m.

Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 11

Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt
khi có dòng sét chạy qua.
Đối với các dây chống sét ta treo dọc theo chiều dài của đường dây cần bảo vệ
và đặt cao hơn các đường dây được bảo vệ.
2.3 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét
a, Các công thức sử dụng để tính toán:
- Độ cao cột thu lôi:
h=h
x
+h
a
(2.1)
Trong đó : h
x
: Độ cao vật được bảo vệ
h
a
: Độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng
nhóm cột
-Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi độc lập là:
1,6
.( )
1
x x

x
r h h
h
h
 


(2.2)
- Nếu h
x
 2/3h thì:
)
8,0
1.(5,1
h
h
hr
x
x

(2.3)
- Nếu h
x
> 2/3h thì:
)1.(75,0
h
h
hr
x
x


(2.4)
- Phạm vi bảo vệ của nhiều cột lớn hơn từng cột cộng lại. Nhưng để phối hơp
bảo vệ giữa các cột thì khoảng cách giữa hai cột phải thoả mãn a  7h. Khi có 2 cột
thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa 2 cột là h
0
được xác
định theo công thức:
7
a
hh
o


(2.5)
-Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột
là r
xo
:




)(
1
6,1
0 x
o
x
xo

hh
h
h
r 


(2.6)
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 12

1,5h 0,75h
(2/3)h0,8h
h
x
(a)
(b)
r
0
r
x1
r
x2
h
0
h
O
1
O
2

(1)
(2)

Hình 2.1:Trường hợp 2 cột thu lôi có chiều cao bằng nhau
-Nếu hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì xác định phạm vi bảo vệ như sau:
1
2
3
O
1
O
O
3
O
2
0.8h
1
h
x
h
0
2/3h
1
2/3h
2
0.8h
2
h
2
r

x1
r
0x
r
x2
1.5h
2
0.75h
2
x

Hình 2.2: Trường hợp 2 cột thu lôi có chiều cao khác nhau
Giả sử vị trí x đặt cột thu lôi C có độ cao h
2
, khi đó các khoảng cách AB=a ,
BC=a’ . Xác định được khoảng cách x và a’ như sau:

(2.7)




).(
1
6,1
-ax-aa'
).(
1
6,1
21

1
2
21
1
2
hh
h
h
hh
h
h
x






Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 13

b, Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
Phạm vi bảo vệ cả dây chống sét được thể hiện như hình vẽ:

h
x

1,2h

0,6h
h
x

h
0,2h
Dây chống sét

Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
+ Khi h
x
> 2/3h thì
b
x
=0,6h(1-
h
h
x
) (2.8)
+ Khi hx h thì
b
x
=1,2h(1- )
.8,0 h
h
x
(2.9)
 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
Khi công trình cần được bảo vệ chiếm một khu vực rộng lớn nếu chỉ dùng
một vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công và lắp ráp.

Trong trường hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ. Phần ngoài
của phạm vi bảo vệ sẽ được xác định cho từng đôi cột một (với yêu cầu khoảng
cách là a  7h). Còn phần bên trong đa giác sẽ được kiểm tra theo điều kiện an toàn.
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 14



x a
D 8 h h 8h
  
(2.10)
Với: D - đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu lôi
h
a
= h – h
x
- độ cao hiệu dụng của cột thu sét
Nếu độ cao cột vượt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ được hiệu chỉnh là.


x a
D 8 h h p 8h p
  
với
5,5

p
h


+ Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét.
Nhóm cột tam giác có 3 cạnh là a, b, c ta có:
. .
2. .( ).( ).( )
a b c
D
p p a p b p c

  
(2.11)
Với p là nửa chu vi :
2
a b c
p
 


+ Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét.
2 2
D a b
 
(2.12)
Với a, b là độ dài hai cạnh
hình chữ nhật.
Như vậy độ cao hiệu dụng
của cột thu sét h
a
phải thỏa mãn
điều kiện.

8
a
D
h


r
x1
r
x2
r
x3
r
0x12
r
0x23
r

0x13
h
x
r
x1
r
0x12
1
2
3
4
(a)
(b)
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 15

2.4 Mô tả đối tượng bảo vệ
-Trạm biến áp 220kV/110kV Sơn La, gồm hai máy biến áp AT1và AT2
-Chiều rộng phía 220kV là 72m, chiều dài là 175 m.
-Chiều rộng phía 110kV là 64m, chiều dài là 188 m.
-Các xà phía 110kV cao 8m và 11m,các xà phía 220kV cao 11m và 17m.
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 16

Mặt bằng trạm như hình vẽ.

Hình 2.4 Mặt bằng trạm 220-110kV Sơn La.
136.0000

15.0000
18.0000
188.0000
AT1
AT2
nhà
di?u
khi?n
30.0000
17.0000
8.0000
64.0000
136.0000
175.0000
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 17

2.5 Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp.
2.5.1 Phương án 1:
a. Bố trí các cột thu sét.


Hình 2.5:Bố trí cột thu lôi cho phương án1
AT1
AT2
NHA
DIEU
KHIEN
30.0000

17.0000
8.0000
64.0000
136.0000
175.0000
136.0000
15.0000
18.0000
188.0000
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11
12
1413
9
15 16
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 18

+ Phía 110kV bố trí 8 cột trên các xà cao 8m .
+ Phía 220kV bố trí 8 cột trong đó các cột 13; 14; 15; 16 được đặt trên các xà
cao 17m, các cột 9; 10; 11; 12 đặt trên các xà cao 11m.

2.5.1.2 Tính toán cho phương án 1:
a) Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét
Để tính được độ cao tác dụng của các cột thu sét ta phải xác định được đường
kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đi qua các chân cột D. Độ cao tác dụng thoả mãn
điều kiện: h
a
8
D


+) Phía 110kV:
Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật (1; 2; 5; 6) là:
2 2
39 60 71,56( )
D m
  

Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột 1; 2; 5; 6 là:
71,56
8,945( )
8 8
a
D
h m
  

Ta nhận thấy các hình chữ nhật (2; 3; 6; 7) có diện tích bằng hình chữ nhật (1;
2; 5; 6) nên độ cao tác dụng tối thiểu của chúng đều bằng nhau và bằng 8,945 m.
Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật (3; 4; 7; 8) là:
2 2

39 30 49,203( )
D m
  

Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột 3; 4; 7; 8 là:
49,203
6,15( )
8 8
a
D
h m
  

+) Phía 220kV:
Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật (9; 10; 13; 14) là:
2 2
52 34 62,13( )
D m
  

Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột 9; 10; 13; 14 theo điều kiện (1) là:
h
a
=
62,13
7,77( )
8 8
D
m
 

Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật (10; 11; 14; 15) là:
2 2
52 51 72,83( )
D m
  

Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột 10; 11; 14; 15 là:
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 19

72,83
9,1( )
8 8
a
D
h m
  

Ta nhận thấy hình chữ nhật (11; 12; 15; 16) có diện tích bằng hình chữ nhật
(10; 11; 14; 15) nên độ cao tác dụng tối thiểu của chung đều bằng nhau và bằng
9,1m.
Như vậy ta có thể lấy độ cao tác dụng chung cho các cột là 9,5m
Độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h=h
x
+h
a
=17+9,5=26,5(m)
+) Bảo vệ cho 2 MBA:

- Xét tam giác (5; 6; 9) lần lượt có các cạnh (5; 6) , (6; 9) và (5;9) là 60m;
37,12m ;35,47m.
Ta có
60 37,12 35,47
66,3
2
p
 
 

Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình tam giác (5; 6; 9) là:
60.37,12.35,47
64,47( )
2. 66,3.(66,3 60).(66,3 37,12).(66,3 35,47)
D m
 
  

Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột 5; 6; 9 là:
64,47
8,06( )
8 8
a
D
h m
  

Tính toán tương tự cho các tam giác khác ta có kết quả như sau:

Tam giác a b c p D h

a
5; 6; 9 60 35,47 37,12 66,30 64,47 8,06
6; 9; 10 34 35,47 56,30 62,88 59,30 7,41
6; 10; 11 51 35,47 50,33 68,40 54,09 6,76
6;11; 7 60 50,33 39,66 74,99 60,48 7,56
11;7; 12 51 43,93 39,66 67,29 52,79 6,60
7; 8; 12 30 43,93 33,01 53,47 43,95 5,49
Hai máy biến áp AT1 và AT2 có kích cỡ 12x8x9,5. Có 2 xà cao 17m bảo vệ. Các
tam giác trên chứa toàn bộ 2 máy biến áp và các thiết bị bên trong diện tích.
Như vậy kết hợp phía 110kV và bảo vệ cho máy biến áp ta có thể lấy chung
độ cao tác dụng cho các cột là h
a
=9 m.
Độ cao cột thu lôi phía 110kV là: h=h
x
+h
a
=11+9=20(m).
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 20

b) Phạm vi bảo vệ của từng cột:
* Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 20m
-Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m

2 2
8 . .20 13,33( )
3 3
x

h h m
   

Nên:
8
8
1,5.20.(1 ) 15( )
0,8.20
r m
  

-Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m

2 2
11 . .20 13,33( )
3 3
x
h h m
   

Nên:
11
11
1,5.20.(1 ) 9,375( )
0,8.20
r m
  

* Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 26,5m
-Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m

2 2
11 . .26,5 17,67( )
3 3
x
h h m
   

Nên
'
11
11
1,5.26,5.(1 ) 19,125( )
0.8.26,5
r m
  

-Bán kính bảo vệ ở độ cao 17m
2 2
17 . .26,5 17,67( )
3 3
x
h h m
   

Nên
'
17
17
1,5.26,5.(1 ) 7,875( )
0.8.26,5

r m
  

c) Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên.
Xét cặp cột (1, 2): h
1
= h
2
= 20 m; a
12
= 60 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là: h
o1-2
=
12
1
60
20 11,42
7 7
a
h    
m
Do h
x
=11>
1 2
2 2
. .11,42 7,61
3 3
o

h m

 

Nên
0 1 2 1 2
1 2
11
0,75. . 1 0,75.11,42. 1 0,321
11,42
x
x o
o
h
r h m
h
 

 
 
    
 
 
 
 

Do h
x
=8>
1 2

2 2
. .11,42 7,61
3 3
o
h m

 

Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 21

Nên
0 1 2 1 2
1 2
8
' 0,75. . 1 0,75.11,42. 1 2,571
11,42
x
x o
o
h
r h m
h
 

 
 
    
 

 
 
 

Tính toán tương tự cho cặp cột (2, 3).
. Xét cặp cột (1, 5): h
1
= h
5
= 20 m; a
15
= 39 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là: h
o1-5
=
15
1
39
20 14,42
7 7
a
h    
m
Do h
x
=11>
1 5
2 2
. .14,42 9,61
3 3

o
h m

 

Nên
1 5 1 5
1 5
11
0,75. . 1 0,75.14,42. 1 2,571
14,42
x
ox o
o
h
r h m
h
 

 
 
    
 
 
 
 

Do h
x
=8<

1 5
2 2
. .14,42 9,61
3 3
o
h m

 

Nên
0 1 5 1 5
1,5. 1,875. 1,5.14,42 1,875.8 6,64
x o x
r h h m
 
    

Tính toán tương tự cho cặp cột (4,8).
- Xét cặp cột (3, 4): h
3
= h
4
= 20 m; a
34
= 30 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là: h
o3-4
=
34
3

30
20 15,71
7 7
a
h    
m
Do h
x
=11>
3 4
2 2
. .15,71 10,47
3 3
o
h m

 

Nên
0 3 4 3 4
3 4
11
0,75. . 1 0,75.15,71. 1 3,536
15,71
x
x o
o
h
r h m
h

 

 
 
    
 
 
 
 

Do h
x
=8<
3 4
2 2
. .14,42 10,47
3 3
o
h m

 

Nên
3 4 3 4
1,5. 1,875. 1,5.15,71 1,875.8 8,751
ox o x
r h h m
 
    

Tương tự cho bên phía 220kV. Ta có kết quả ghi trong bảng.
Cặp cột a h
0
r
0(11)
r
0(17)
9;13 52 19,071 7,982 1,553
13;14 34 21,643 11,839 3,482
14;15 51 19,214 8,196 1,661
 Xét cặp cột (5, 9): h
5
= 20 m ; h
9
= 26,5 m ; a
5-9
= 35,47 m.
Trước hết ta xét bán kính bảo vệ của cột h
9
cho cột h
7
:
5 9
x


Do h
5
>
9

2
.
3
h
nên
5 9 9 5
0,75.( ) 0,75.(26,5 20) 4,875
x h h

    

Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 22

Khoảng cách từ cột h
5
đến cột giả tưởng h’
5-9
là : a’ = a
5-9
– x = 35,47 – 4,875 =
30,595 m
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa cột h
5
và cột h’
5-9
là :
,
5 9 5

30,595
20 15,63
7 7
o
a
h h m

    
Do
5 9
2
11 .
3
x o
h m h

 
nên
0 5 9 5 9
' 0,75.( ) 0,75.(15,63 11) 3,4725
x o x
r h h m
 
    

Do
5 9
2 2
8 . .15,63 10,42
3 3

x o
h m h m

   

nên
0 5 9 5 9
' 1,5. 1,875 1,5.15,63 1,875.8 8,445
x o x
r h h m
 
    

 Xét cặp cột (8, 12): h
8
= 20 m ; h
12
= 26,5 m ; a
8-12
= 33,01m.
Trước hết ta xét bán kính bảo vệ của cột h
12
cho cột h
8
:
8 12
x


Do h

8
>
12
2
.
3
h
nên
8 12 12 8
0,75.( ) 0.75.(26,5 20) 4,875( )
x h h m

    
Khoảng cách từ cột h
8
đến cột giả tưởng h’
8-12
là :
a’ = a
8-12
– x = 33,01 – 4,875= 28,135 m
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa cột h
8
và cột h’
8-12
là :
,
8 12 8
28,125
20 15,98

7 7
o
a
h h m

    
Do
8 12
2
11 .
3
x o
h m h

 
nên
8 12 8 12
' 0,75.( ) 0,75.(15,98 11) 3,375
ox o x
r h h m
 
    

Do
8 12
2 2
8 . .15,98 10,65
3 3
x o
h m h m


   

nên
8 12 8 12
' 1,5. 1,875. 1,5.15,98 1,875.8 8,97
ox o x
r h h m
 
    








Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 23

Bảng 2.5.1.1. Kết quả tính bán kính bảo vệ giữa các cột thép liền kề.

Cặp cột

Độ cao
cột
(m)
a (m) h

0
(m) r
0x
(m)
110kV h
x
=8m hx=11m
1-2
20
60 11,43 2,571 0,321
1-5 39 14,42 6,643 2,571
3-4 30 15,71 8,751 3,353
220kV h
x
=11m h
x
=17m
9-14
26,5

52

19,07

7,98

1,55
14-15 34 21,64 11,84 3,48
15-16 51 19,21 8,19 1,66
110-220kV h

x
=8m h
x
=11m
5-9
20-26,5
35,47 15,63 8,44 3,47
8-12 33,01 15,98 8,97 3,73
Tổng số cột: 16
Tổng chiều dài cột:196m

Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 24

2.5.1.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 1:

Hình 2.6:Phạm vi bảo vệ của phương án 1
AT1
AT2
1
2
3
4
5
6
7
8
10
11

12
1413
9
15 16
R2.5710
R1.5500
R3.4800
R1.6600
R3.7300
R0.3210
R9.3750
R7.8750
R3.3530
R19.1250
R15.0000
Đồ án tốt nghiệp kĩ thuật điện Cao Áp

SVTH: Nguyễn Như Đức-Lớp: Đ4H3 Trang 25

Chú thích:
Phạm vi bảo vệ cột cao 17m:
Pham vi bảo vệ cột cao 11m:
Nhận xét: Ta thấy tất cả các thiết bị trong trạm đều được bảo vệ