Đồ án tốt nghiệp Hệ thống điện nguyễn văn đức

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA HỆ THỐNG ĐIỆN
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
===================

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Đức
Lớp : D4H2 Hệ: Đại học
Tên đề tài:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO
TRẠM BIẾN ÁP 220kV VIỆT TRÌ
I. SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
 Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt bằng và kích thước của trạm.
 Điện trở suất của đất: 
đ
= 95 m.
 Đường dây:
- Phía 220 kV có: 4 mạch đường dây, 01 mạch liên lạc, 01 mạch vòng, 02
mạch MBA.
- Phía 110kV có: 8 mạch đường dây, 01 mạch liên lạc, 01 mạch vòng, 02
mạch MBA.
- Dây dẫn:
+ Phía 220kV: ACSR-400
+ Phía 110kV: AC-185
- Dây chống sét: C-70
 Số ngày sét: 100 ngày/năm
 Chiều dài khoảng vượt của đường dây 220 kV: 250 m
 Chiều dài khoảng vượt của đường dây 110 kV: 210 m

 Khi tính nối đất: R
c
= 10 Ω
 Khi tính chống sét cho đường dây 220 kV, tính cho các trường hợp: R
c
= 7, 10,14 Ω
II. NỘI DUNG TÍNH TOÁN:
Phần I: Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV.
Chương I: Hiện tượng dông sét và ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện Việt Nam.
Chương II: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp cho toàn trạm.
Chương III: Tính toán hệ thống nối đất cho toàn trạm.
Chương IV: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện 220kV.
Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện 220 kV vào trạm biến áp.
III. CÁC BẢN VẼ: 6-8 bản vẽ A0
1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp.
2. Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét.
3. Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp.
4. Phương pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện.
5. Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền.
6. ………………………………
Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:
Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
Ngày tháng năm
TRƯỞNG KHOA




TS. Trần Thanh Sơn

Người hướng dẫn




THs.Phạm Thị Thanh Đam

Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, ngành điện giữ
một vai trò rất quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế của đất nước. Trong cuộc
sống hiện đại, điện năng rất cần cho cuộc sống sinh hoạt và phục vụ sản suất.
Nền kinh tế càng phát triển thì nhu cầu điện năng càng tăng lên. Nhiệm vụ đặt ra
cho ngành điện là phải đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đó. Vì vậy việc xây dựng và
mở rộng thêm các nhà máy điện, các trạm biến áp và các đường dây tải điện là không
thể thiếu với mỗi quốc gia. Để đảm bảo cho việc cung cấp điện thường xuyên và liên
tục cho các phụ tải điện ta phải tìm ra các biện pháp, các phương pháp hữu hiệu để bảo
vệ cho các đường dây tải điện và các thiết bị trong trạm điện .v.v. Trong đó, việc tính
toán bảo vệ chống sét cho các nhà máy điện, trạm điện và đường dây tải điện là một
việc làm hết sức cần thiết vì sét là một hiện tượng đặc biệt của thiên nhiên có thể gây
ra nguy hiểm tới tính mạng của con người và thiệt hại do sét gây ra cho ngành điện là
rất lớn.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, cùng với những kiến thức chuyên ngành đã được

học, em đã được giao thực hiện Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp với nhiệm vụ:
“Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV Việt Trì”. Đồ án tốt nghiệp gồm có
hai phần:
Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV Việt Trì.
Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đƣờng dây 220kV vào trạm.
Trong thời gian thực hiện đồ án, với sự lỗ lực của bản thân và được sự giúp đỡ
tận tình của các thầy cô giáo, đặc biệt là cô giáo Ths. Phạm Thị Thanh Đam đến nay
em đã hoàn thành bản đồ án này. Em mong nhận được sự đánh giá nhận xét của các
thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Văn Đức

Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2

NHẬN XÉT
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2

MỤC LỤC
BIỂU BẢNG
BIỂU HÌNH
PHẦN I
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220kV
VIỆT TRÌ 1
CHƢƠNG I
HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN
VIỆT NAM 2
1.1 Hiện tượng dông sét 2
1.1.1 Giải thích hiện tượng 2
1.1.2 Tình hình dông sét ở Việt Nam 4
1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện 7
1.3 Vấn đề chống sét 8
CHƢƠNG II
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220kV 9
2.1 Khái niệm chung 9
2.2 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 9
2.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ 11
2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu lôi 11
2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi 11
2.2.3 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi 12
2.4 Các phương án bố trí cột thu lôi 16
2.4.1 Phương án 1 17
2.4.2 Phương án 2 25
2.5 Chọn phương án tối ưu 33
CHƢƠNG III

TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 34
3.1 Khái niệm chung 34
3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất 35
3.2.1 Trị số cho phép của điện trở nối đất 35
3.2.2 Hệ số mùa 36
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2

3.3 Trình tự tính toán 37
3.3.1 Nối đất tự nhiên 37
3.3.2 Nối đất nhân tạo 38
3.3.3 Nối đất chống sét 40
CHƢƠNG IV
BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 51
4.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây 51
4.2 Lý thuyết tính toán 51
4.2.1 Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 51
4.2.2 Tính toán chung về chỉ tiêu chống sét 53
4.3 Tính toán bảo vệ chống sét cho đường dây 220kV 56
4.3.1 Các tham số tính toán 56
4.3.2 Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây hằng năm 59
4.3.3 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 60
4.3.4 Tính suất cắt đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt 62
4.3.5 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột 71
4.3.6 Chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện 91
PHẦN II
CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220kV
VÀO TRẠM BIẾN ÁP 93
A. Lý thuyết chung 94

1. Quy tắc Petersen 96
2. Quy tắc sóng đẳng trị 97
3. Xác định điện áp trên điện dung 98
4. Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van 99
B. Trình tự tính toán 102
1. Sơ đồ tính toán quá trình truyền sóng trong trạm biến áp 102
2. Tính sóng truyền trong trạm biến áp 105
C. Kết luận 111
PHỤ LỤC 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO 120

Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2

BIỂU BẢNG
Bảng 1.1 Thông số dông sét của một số vùng 5
Bảng 1.2 Số ngày dông sét trong các tháng ở một số vùng 5
Bảng 1.3 Tình hình sự cố lưới điện miền Bắc từ năm 1987-2009 7
Bảng 2.1 Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phía 110kV phương án1 19
Bảng 2.2 Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phía 220kV phương án 1 20
Bảng 2.3 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột phương án 1. Đơn vị (m) 23
Bảng 2.4 Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phía 110kV phương án 2 26
Bảng 2.5 Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phía 220kV phương án 2 28
Bảng 2.6 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột phương án 2. Đơn vị (m) 31
Bảng 2.7 Bảng so sánh giữa 2 phương án 33
Bảng 3.1 Bảng hệ số k
mùa
36
Bảng 3.2 Bảng quan hệ giữa k và tỉ lệ l

1
/l
2
40
Bảng 3.3 Bảng kết quả chuỗi
k
ds
T
e
k


2
1
44
Bảng 3.4 Hệ số sử dụng của thanh khi nối cọc theo dãy 47
Bảng 3.5 Kết quả tính toán các giá trị B
k
49
Bảng 4.1 Bảng xác suất hình thành hồ quang
).(
lv
Ef

55
Bảng 4.2 Đặc tính V-S của chuỗi sứ 64
Bảng 4.3 Giá trị U
cđ
(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ với R
c

= 7Ω 65
Bảng 4.4 Các cặp thông số (a
i
,I
i
), với R
c
= 7Ω 66
Bảng 4.5. Kết quả tính toán xác suất phóng điện với R
c
=7Ω 67
Bảng 4.6 Giá trị U
cđ
(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ với R
c
= 10Ω 67
Bảng 4.7 Các cặp thông số (ai,Ii), với R
c
= 10Ω 68
Bảng 4.8 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với R
c
=10Ω 69
Bảng 4.9 Giá trị U
cđ
(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ với R
c
= 14Ω 70
Bảng 4.10 Các cặp thông số (a
i
,I

i
), với R
c
= 14Ω 70
Bảng 4.11 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với Rc =14Ω 71
Bảng 4.12 Kết quả tính giá trị U
cđ
(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột với R
c
= 7Ω 83
Bảng 4.13 Kết quả tính xác suất phóng điện với R
c
= 7Ω 84
Bảng 4.14 Kết quả tính giá trị U
cđ
(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột với R
c
= 10Ω 86
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2

Bảng 4.15 Kết quả tính xác suất phóng điện với R
c
= 10Ω 87
Bảng 4.16 Kết quả tính giá trị U
cđ
(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột với R
c
= 14Ω 89

Bảng 4.17 Kết quả tính xác suất phóng điện với R
c
= 14Ω 90
Bảng 4.18 Kết quả tính toán suất cắt tổng do sét đánh vào đường dây 91
Bảng 4.19 Tính toán chỉ tiêu chống sét đường dây 92
Bảng 5.1 Giá trị điện dung của các phần tử thay thế 104
Bảng 5.2 Đặc tính cách điện của máy biến áp 109


Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2

BIỂU HÌNH
Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét 3
Hình 2.1 Phạm vi bảo vệ cho một cột thu lôi 11
Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đường sinh gấp khúc) 12
Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau 13
Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau 14
Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu lôi có độ cao bằng nhau 15
Hình 2.6 Mặt bằng trạm và sơ đồ bố trí thiết bị trạm 220kV Việt Trì 16
Hình 2.7 Sơ đồ bố trí các cột thu sét phương án 1 17
Hình 2.8 Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phương án 1 24
Hình 2.9 Sơ đồ bố trí các cột thu sét phương án 2 25
Hình 2.10 Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phương án 2 32
Hình 3.1 Sơ đồ nối đất nhân tạo mạch vòng 38
Hình 3.2 Đồ thị hệ số hình dáng 40
Hình 3.3 Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất 41
Hình 3.4 Sơ đồ đẳng trị rút gọn 41
Hình 3.5 Hình thức nối đất bổ sung 46

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ
η
T
= f(n) 47
Hình 3.7 Đồ thị xác định nghiệm của phương trình tgX
k
= - 0,086X
k
. 49
Hình 3.8 Sơ đồ nối đất tổng thể trạm biến áp 50
Hình 4.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét 52
Hình 4.2 Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét treo cùng độ cao 52
Hình 4.3 Góc bảo vệ của dây thu sét 53
Hình 4.4 Kết cấu cột 220kV 56
Hình 4.5 Dây dẫn và ảnh của nó qua mặt đất 58
Hình 4.6 Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 60
Hình 4.7 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ

= f (E
lv
) 61
Hình 4.8 Sét đánh vào khoảng vượt 62
Hình 4.9 Dạng sóng tính toán của dòng điện sét 62
Hình 4.10 Đồ thị U
cđ
(a,t) với R
c
= 7Ω 65
Hình 4.11 Đường cong nguy hiểm, với R
c

= 7Ω 66
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2

Hình 4.12 Đồ thị U
cđ
(a,t) với R
c
= 10Ω 68
Hình 4.13 Đường cong nguy hiểm, với R
c
= 10Ω 69
Hình 4.14 Đồ thị U
cđ
(a,t) với R
c
= 14Ω 70
Hình 4.15 Đường cong nguy hiểm, với R
c
= 14Ω 71
Hình 4.16 Sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột 72
Hình 4.17 Sơ đồ thay thế mạch khi chưa có sóng phản xạ. 74
Hình 4.18 Sơ đồ thay thế mạch khi có sóng phản xạ. 75
Hình 4.19 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U
cđ
(t) = f(a,t) với R
c
= 7Ω 84
Hình 4.20 Đường cong nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột với R

c
= 7Ω 85
Hình 4.21 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U
cđ
(t) = f(a,t) với R
c
= 10Ω 87
Hình 4.22 Đường cong nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột với R
c
= 10Ω 88
Hình 4.23 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ U
cđ
(t) = f(a,t) với R
c
= 14Ω 90
Hình 4.24 Đường cong nguy hiểm khi sét đánh vào đỉnh cột với R
c
= 14Ω 91
Hình 4.25 Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa n
cđ
và m với R
c
92
Hình 5.1 Sơ đồ truyền sóng giữa hai nút 95
Hình 5.2 Sơ đồ thay thế Petersen 96
Hình 5.3 Sơ đồ nút có nhiều đường dây nối vào 97
Hình 5.4 Sơ đồ thay thế Petsersen xác định điện áp trên điện dung 98
Hình 5.5 Đặc tính V-A của chống sét van 99
Hình 5.6 Sơ đồ thay thế Petersen cho chống sét van 100
Hình 5.7 Đồ thị xác định U(t), I(t) của chống sét van từ đặc tính V-A 101

Hình 5.8 Sơ đồ nguyên lý trạng thái nguy hiểm nhất 102
Hình 5.9 Sơ đồ thay thế trạng thái nguy hiểm nhất 102
Hình 5.10 Sơ đồ thay thế rút gọn trạng thái nguy hiểm nhất 103
Hình 5.11 Quy tắc phân bố lực 104
Hình 5.12 Sơ đồ Petersen tại nút 1 106
Hình 5.13 Sơ đồ Petersen tại nút 2 108
Hình 5.14 Sơ đồ Petersen tại nút 3 109
Hình 5.15 Điện áp trên cách điện chuỗi sứ khi có sóng truyền vào trạm 110
Hình 5.16 Điện áp trên cách điện máy biến áp khi có sóng truyền vào trạm 110
Hình 5.17 Dòng điện đi qua chống sét van khi có sóng truyền vào trạm 111
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 1







PHẦN I
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ
CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
220kV VIỆT TRÌ

Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 2

CHƢƠNG I

HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ
ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm nhà máy điện,
đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó trạm biến áp, đường dây là
các phần tử có số lượng lớn và khá quan trọng. Trong quá trình vận hành các phần tử
này chịu ảnh hưởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên như: mưa, gió, bão và đặc
biệt nguy hiểm khi bị ảnh hưởng của sét. Khi có sự cố sét đánh vào trạm biến áp hoặc
đường dây sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc gián đoạn cung cấp
điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế.
Để nâng cao mức độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu chi phí thiệt hại và nâng
cao độ an toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho hệ
thống điện.
1.1 Hiện tƣợng dông sét
1.1.1 Giải thích hiện tƣợng
Dông là hiện tượng thời tiết của tự nhiên kèm theo sấm, chớp xảy ra. Cơn dông
được hình thành khi có khối khí nóng ẩm chuyển động thẳng. Cơn dông có thể kéo dài
từ 30 phút đến 12 tiếng và có thể trải rộng từ vài chục đến vài trăm km.
Trong giai đoạn đầu phát triển của cơn dông, khối không khí nóng ẩm chuyển
động thẳng đứng trong đám mây. Sự phân bố điện tích trong mây dông khá phức tạp.
Khảo sát thực nghiệm cho thấy, thông thường mây dông có kết cấu như sau: vùng điện
tích âm chính nằm ở khu vực độ cao 6 km, vùng điện tích dương ở phần trên đám mây
ở độ cao 8-12km và một khối điện tích dương nhỏ phía dưới chân mây. Khi các vùng
điện tích đủ mạnh sẽ xảy ra phóng điện sét.
Quá trình phóng điện sét có thể là phóng điện giữa các đám mây với nhau hoặc
giữa đám mây với đất, hiện tượng phóng điện từ đám mây mang điện tích âm sang
đám mây mang điện tích dương. Quá trình phóng điện sét mây – mây sẽ dừng khi hai
đám mây trung hòa hết điện tích.
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 3

Khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét mây – đất thì các đám mây đều tích
điện âm.
Khi 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. Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích lớn. Tốc độ
di chuyển trung bình của tia tiên đạo ở lần phóng đầu tiên khoảng 1,5.10
7
cm/s. Ở các
lần phóng điện tiếp theo sẽ nhanh hơn có thể đạt tới 20.10
8
cm/s, trung bình mỗi đợt
sét có khoảng 3 lần phóng điện liên tiếp bởi trong đám mây có thể hình thành nhiều
trung tâm điện tích. Dưới mặt đất do hiệu ứng bề mặt mà tập trung nhiều điện tích
dương. Nếu điện tích ở dưới mặt đất đồng đều (điện trở suất tại mọi điểm đều như
nhau) thì tia tiên đạo phát triển theo hướng vuông góc với mặt đất. Nếu điện trở suất ở
các vị trí khác nhau thì điện tích dương tập trung ở những nơi có điện trở suất nhỏ và
đây cũng là mục tiêu của tia tiên đạo, đó cũng là tính chọn lọc của phóng điện sét.

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét
Tia tiên đạo càng gần mặt đất thì cường độ điện trường càng lớn, quá trình ion
hóa càng mãnh liệt tạo nên nhiều thác điện tử và có thể có dòng phóng điện ngược từ
mặt đất lên với tốc độ 1,5.10
9
– 1,5.10
10
cm/s. Trong giai đoạn này điện tích của mây
sẽ theo dòng Plasma xuống đất tạo nên dòng ở nơi sét đánh. Như vậy quá trình phóng

Tia tiên đạo
Địa điểm phụ
thuộc điện trở suất
của đất
Hình thành
khu vực ion
hóa mãnh liệt
Dòng của phóng
điện ngược
Hoàn thành
phóng điện
sét
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 4

điện chuyển từ phóng điện tiên đạo sang phóng điện ngược và dòng điện tích dương sẽ
giảm dần điện thế đám mây tới trị số 0 và lúc này quá trình phóng điện kết thúc.
1.1.2 Tình hình dông sét ở Việt Nam
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 và mùa dông sét khác nhau:
Ở miền Bắc mùa dông sét tập trung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9, 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 sét nhiều nhất ở 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 sét 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 sét cũng lên tới 200 lần, số ngày dông sét 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.
Vùng phía Bắc duyên hải Trung Bộ là khu vực tương đối nhiều dông sét trong
tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng, tháng nhiều dông
sét 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 sét
còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 25 ngày dông sét.
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông sét nhất,
thường chỉ có trong tháng 5, số ngày dông sét 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 sét nhất là 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 sét ở miền Nam dài hơn mùa dông sét 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 sét đều
quan sát được trung bình có từ 1520 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông sét
nhấttrung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày,
Hà Tiên 23 ngày.
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 5

Ở khu vực Tây Nguyên, mùa dông sét ngắn hơn và số lần dông sét cũng ít hơn,
tháng nhiều dông sét nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở
Bắc Tây Nguyên, 1012 ngày ở Nam Tây Nguyên, KonTum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày,
Plêiku 17 ngày.
Bảng 1.1 Thông số dông sét của một số vùng
Vùng
Số ngày dông
trung bình
( ngày/năm)

Số giờ dông
trung bình
( giờ/năm)
Mật độ sét
trung bình
Tháng
nhiều dông
sét nhất
Miền núi trung du Bắc Bộ
61,6
219,1
6,33
7
Ven biển miền Trung
44
95,2
3,55
5; 8
Cao nguyên miền Trung
47,6
126,21
3,31
5; 8
Đồng bằng ven biển Nam Bộ
81,1
215,6
6,47
8
Đồng bằng miền Nam
60,1

89,32
5,17
5; 9

Bảng 1.2 Số ngày dông sét trong các tháng ở một số vùng
Tháng
Địa điểm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Cả
năm
PHÍA BẮC
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
SaPa
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
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 6

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
PHÍA NAM
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
Plêiku
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
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 7

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
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, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư tốt vào các thiết
bị chống sét, đồng thời phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện để hệ
thống điện vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy.
1.2 Ảnh hƣởng của dông sét đến hệ thống điện
Khi có sét, 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. 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 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.
Bảng 1.3 Tình hình sự cố lưới điện miền Bắc từ năm 1987-2009
Loại sự cố năm
Dưới 220kV
Đường dây 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

Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần khu vực đường dây
có đi qua 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
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 8

dây phải làm việc. Với nhữngđường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt cắt 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.
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 toàn
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 hệ thống điện.
1.3 Vấn đề chống sét
Ảnh hưởng của sét là rất lớn tới các công trình xây dựng nói chung và các công
trình điện nói riêng. Do đó vấn đề chống sét cho các công trình là đặc biệt cần thiết và
quan trọng, nhằm hạn chế ảnh hưởng do sét gây ra. Để làm được điều đó, người ta đặt
các cột thu sét cho các công trình để thu dòng sét xuống đất. Đối với các đường dây tải
điện trên không, do khoảng cách đường dây là rất lớn, trải dài trên nhiều vùng địa hình
nên ta sử dụng dây chống sét để chống sét cho đường dây tải điện. Ngoài ra ta còn sử
dụng các thiết bị chống sét như chống sét van, chống sét ống để hạn chế tác động của
dòng sét cho các thiết bị, tránh được các hậu quả nghiêm trọng có thể xảy ra.
Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của
dông sét tới hệ thống điện, ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho đường dây tải điện
và trạm biến áp là rất cần thiết. Vì vậy, việc đầu tư nghiên cứu chống sét đúng mức rất
quan trọng nhằm giảm thiểu thiệt hại do dông sét gây ra, nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện trong vận hành hệ thống điện.
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 9

CHƢƠNG II
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220kV

2.1 Khái niệm chung
Đối với trạm biến áp 220 kV thì với các thiết bị đặt ngoài trời, khi có sét đánh
trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nghiêm trọng, làm hư hỏng các thiết bị
điện, có thể phải ngừng cung cấp điện năng trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến

sản xuất và gây ra những chi phí tốn kém cho ngành điện, ảnh hưởng đến nền kinh tế
quốc dân. Do vậy, trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta thường
dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. 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 các khu vực an toàn bên
dưới hệ thống này.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ
thống 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 sét một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi
dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng
điện ngược 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 các yêu cầu về kỹ
thuật, mỹ thuật.
2.2 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn
của hệ thống bảo vệ. Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220 kV ta dùng hệ thống cột thu lôi,
hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc độc lập tùy thuộc vào các
yêu cầu cụ thể.
Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm
vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của trạm phải
đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị,
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 10

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 ngược từ hệ thống thu
sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi 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 biến áp có điện áp từ 110 kV 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 trên các kết cấu đó có đặt cột thu lôi phải được
ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệ
thống nối đất, mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm biến áp ngoài trời điện áp từ 110 kV 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 đường 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.
Đối với cấp điện áp 110 kV trở lên cần phải chú ý:
 Ở nơi các kết cấu đó có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối
đất bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không được
quá 4 (ứng với 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 độ dài 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 thì
cần 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 các vật cần được bảo vệ.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện
phải được cho vào ống chì và chôn trong đất.Có thể nối dây chống sét vào hệ thống
nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của điểm nối đất ấy đến điểm nối
đất của máy biến áp lớn hơn15m.
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 11

2.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ
2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu lôi
Độ cao cột thu lôi: h = h
x
+ h
a

Trong đó:
h
x
: là độ cao công trình cần bảo vệ
h
a
: là độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng nhóm cột cụ thể.
2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi có độ cao là h tính cho độ cao h
x
là một hình
chóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau:
1,6
()
1
xx
x
r h h
h
h



h
x
r
rx
h

Hình 2.1 Phạm vi bảo vệ cho một cột thu lôi
Trong đó: - h: chiều cao cột thu lôi.
- h
x
: chiều cao cần được bảo vệ.
- (h-h
x
) = h
a
: chiều cao hiệu dụng.
Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc ABC được xác
định như sau:
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 12


Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đường sinh gấp khúc)
Trong đó:
- AB: đường thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm trên mặt đất cách xa chân cột một
khoảng là 0,75h.
- BC: là đường thẳng nối 1 điểm có độ cao trên thân cột là 0,8h đến 1 điểm trên
mặt đất cách chân cột là 1,5h.
Bán kính bảo vệ r

x
được tính như sau:
+ Nếu h
x

h
3
2
thì r
x
= 1,5h(1-
h
h
x
8,0
) = 1,5h – 1,875h
x

+ Nếu h
x
>
h
3
2
thì r
x
= 0,75h(1-
h
h
x

) = 0,75(h – h
x
)
Các công thức trên chỉ để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h < 30m. Khi
h

30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p, với p
h
5,5

.
2.2.3 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
2.3.2.1 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi
a. Hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
Xét 2 cột thu lôi có độ cao bằng nhau h
1
= h
2
= h, cách nhau 1 khoảng a.
h
0,8h
2h
h
x
r
x
O
1,5h
1,5h
0,75h

0,75h
3
A

B

C

Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 13


Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
 Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét
đánh vào.
 Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h
0
được
xác định như sau: h
0
= h -
7
a

- Xét phạm vi bảo vệ:
 Phần ngoài: giống như phạm vi bảo vệ của từng cột độc lập.
 Phần giữa: cung tròn đi qua 3 đỉnh cột 1, 2, 3 (điểm 3 là điểm đặt cột giả
tưởng có độ cao h
0

).
- Tính toán phạm vi bảo vệ:
 Bán kính bảo vệ của từng cột: r
x1
= r
x2
= r
x

 Bán kính bảo vệ giữa hai cột: r
0x

 Độ cao lớn nhất bảo vệ được giữa hai cột: h
0
= h -
7
a

- Nếu h
x
0
3
2
h
thì r
0x
= 1,5h
0
(1 -
0

8,0 h
h
x
) = 1,5h
0
– 1,875h
x

- Nếu h
x
0
3
2
h
thì r
0x
= 0,75h
0
(1 -
0
h
h
x
) = 0,75(h
0
– h
x
)
h
1

h
2
O

R

0,8h
1
h
0
0,8h
0
0,8h
2
0,75h
2
1,5h
2
O
2
O

O
1
0,75h
1
1,5h
1
1,5h
0

0,75h
0
a

r
x1
r
x2
r
x0
h
x
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 14

Các công thức trên được áp dụng khi hệ thống chống sét có độ cao nhỏ hơn
30m. Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn hơn hoặc bằng 30m thì các công thức cũng
cần được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục trên.
b. Hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
Xét 2 cột thu lôi có độ cao là h
1
và h
2
, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như
hình vẽ:

Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau
- Xác định phạm vi bảo vệ:
 Phần ngoài: giống như phạm vi bảo vệ của từng cột độc lập.

 Phần trong: từ đỉnh cột h
1
dóng đường thằng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ
của cột h
2
tại 3
’
, với 3
’
là vị trí đặt cột giả tưởng có độ cao là h
1
.
 Phần giữa: giống như của hai cột có độ cùng độ cao h
1
.
(
xaOOOOaOO
2
'
321
''
31

, x là bán kính bảo vệ của cột cao h
2
cho cột giả tưởng
'
1
h
).

- Tính toán phạm vi bảo vệ:
 Tính bán kính bảo vệ từng cột r
x1
, r
x2
.
 Tính bán kính bảo vệ giữa hai cột r
ox
.
 Khoảng cách giữa cột thấp và cột giả tưởng 3
O

R

h
1
O
1
h
0
O

O
3
O
2
h
2
r
x1

r
0x
x

r
x2
a

a’

h
x
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 15

a
’
= a – x ( trong đó x là bán kính bảo vệ của cột cao h
2
cho cột giả tưởng
có độ cao h
1
).
 Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa 1, 3
’
:
'301
h


= h
1
-
7
'a
.
2.3.2.2 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi
Với những công trình có mặt bằng rộng lớn, nếu chỉ sử dụng một hoặc một vài
cặp cột thì sẽ gây khó khăn cho việc thi công lắp đặt vì độ cao của cột sẽ rất lớn. Do
đó ta cần sử dụng nhiều cột thu sét để giảm độ cao của cột. Phần ngoài của phạm vi
bảo vệ được xác định như từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách a7h). Không cần vẽ
phạm vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét mà chỉ cần kiểm tra
điều kiện an toàn.

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu lôi có độ cao bằng nhau
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
xa
D 8(h h ) 8h  

Trong đó:
- D: đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác được tạo bởi các cột thu lôi.
- h: độ cao của cột thu sét.
- h
x
: độ cao của vật cần được bảo vệ.
- h
a
= h – h

x
: là độ cao hiệu dụng.
Ta cũng cần phải kiểm tra điều kiện an toàn cho từng cặp cột đặt gần nhau và nếu
độ cao cột thu sét vượt quá 30m thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p.
D<8h
a
1

2

3

r
x12
r
x23
r
x13
1

2

4

3

r
x12
r
x23

r
x34
r
x14
D<8h
a
r
x
r
x
Trường Đại học Điện Lực Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

SVTH: Nguyễn Văn Đức – Đ4H2 16

2.4 Các phƣơng án bố trí cột thu lôi
- Trạm biến áp 220kV/110kV Việt Trì, gồm hai máy biến áp AT1, AT2.
- Các xà phía 110 kV cao 8m và 11m, các xà phía 220kV cao 10m và 17m.
- Mặt bằng trạm và sơ đồ bố trí thiết bị như hình vẽ:

Hình 2.6 Mặt bằng trạm và sơ đồ bố trí thiết bị trạm 220kV Việt Trì
- Ta chia trạm thành 2 phần:
+ Từ xà máy biến áp trở về phía 220kV ta coi là khu vực 220, độ cao cần bảo vệ
là h
x
= 17m và h
x
= 10m.
+ Từ xà máy biến áp trở về phía 110kV ta coi là khu vực 110, độ cao cần bảo vệ
là h
x

= 11m và h
x
= 8m.
- Trình tự tính toán:
+ Khảo sát mặt bằng trạm và chọn vị trí đặt cột thu lôi.
+ Tính chiều cao hiệu dụng lớn nhất của từng phía h
a max
.
NÐK
AT1
AT2
154m
138m
140m
80m
2x8m
7x17m
2x17m
12x10m
16m
1
6m
14m
60m