Đồ án tốt nghiệp ngành hệ thống điện LÊ NGỌC CƯỜNG

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM
TRƢỜNG 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: Lê Ngọc Cƣờng
Lớp
: D4H2
Hệ: Đại học
Tên đề tài:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO
TRẠM BIẾN ÁP 220kV CAO BẰNG
I. SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
 Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt bằng và kích thƣớc của trạm.
 Điện trở suất của đất: đ = 100 m.
 Đƣờng dây:
- Phía 220 kV có: 5 mạch đƣờng dây, 01 mạch liên lạc, 02 mạch MBA
- Phía 110 kV có: 10 mạch đƣờng dây, 01 mạch liên lạc, 02 mạch MBA.
- Dây dẫn cả 2 phía: ACSR-500/64
- Dây chống sét: C-70
 Số ngày sét: 90 ngày/năm
 Chiều dài khoảng vƣợt của đƣờng dây 220 kV: 250 m
 Chiều dài khoảng vƣợt của đƣờng dây 110 kV: 200 m
 Khi tính nối đất: Rc = 10 Ω
 Khi tính chống sét cho đƣờng dây 220 kV, tính cho các trƣờng hợp: Rc = 5, 10, 15 Ω
II. NỘI DUNG TÍNH TOÁN:
Phần I:

Chƣơng I: Hiện tƣợng dông sét và ảnh hƣởng của nó đến hệ thống điện Việt Nam.
Chƣơng II: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp cho toàn trạm 110/220kV
Chƣơng III: Tính toán hệ thống nối đất cho toàn trạm 110/220kV.
Chƣơng IV: Bảo vệ chống sét cho đƣờng dây tải điện 220kV
Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đƣờng 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 phƣơng 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. Phƣơng pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét cho đƣờng dây tải điện
5. Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chóng sóng truyền
6. ………………………………..
Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:
Ngày hoàn thành nhiệm vụ :
Ngày
tháng
năm
TRƢỞNG KHOA
Người hướng dẫn
TS. Trần Thanh Sơn

Ths. Phạm Thị Thanh Đam


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

LỜI MỞ ĐẦU
Sét là hiện tƣợng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay giữa

các đám mây mang các điện tích trái dấu.
Sét không những mang đến hậu quả nghiêm trọng đối với con ngƣời khi bị sét tác
động mà với các thiết bị phân phối cũng vậy.
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lƣợng bao gồm NMĐ - đƣờng
dây - TBA và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó có phần tử có số lƣợng lớn và khá quan
trọng đó là các TBA, đƣờng dây. Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu ảnh
hƣởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên nhƣ mƣa, gió, bão và đặc biệt nguy hiểm
khi bị ảnh hƣởng của sét. Khi có sự cố sét đánh vào TBA, hoặc đƣờng dây nó sẽ gây
hƣ hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc ngừng cung cấp điện và gây thiệt hại
lớn tới nền kinh tế quốc dân.
Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm 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 HTĐ.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế, em đƣợc nhà trƣờng và khoa Hệ Thống Điện giao
cho đề tài tốt nghiệp: “Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét trạm biến áp 220kV Cao
Bằng”. Đồ án tốt nghiệp gồm có 2 phần:
Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm 220kV Cao Bằng
Phần II: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trƣờng Đại học
Điện lực nói chung và các thầy cô giáo trong khoa Hệ Thống Điện nói riêng đã tận
tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua.
Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến cô Ths. Phạm Thị Thanh Đam, cô đã tận tình
giúp đỡ trực tiếp chỉ bảo hƣớng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2014
Sinh viên
Lê Ngọc Cƣờng

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

MỤC LỤC
PHẦN I: THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM 220KV CAO BẰNG ....... 1
CHƢƠNG I: HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM ........................................................................................... 2
1.1 Hiện tƣợng dông sét ............................................................................................... 2
1.2 Ảnh hƣởng của dông sét đến hệ thống điện ........................................................... 5
1.3 Vấn đề chống sét ....................................................................................................5
CHƢƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO ............................... 7
TRẠM BIẾN ÁP ............................................................................................................ 7
2.1 Khái niệm chung ....................................................................................................7
2.2 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp ...................... 7
2.3 Lý thuyết để tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ ................................................8
2.3.1 Tính toán chiều cao cột thu lôi ........................................................................8
2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi..................................................................8
2.3.3 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu lôi ................................................... 10
2.4 Các phƣơng án bố trí cột thu lôi...........................................................................13
2.4.1 Phƣơng án 1 ...................................................................................................14
2.4.2 Phƣơn án 2 .....................................................................................................20
2.5 Chọn phƣơng án tối ƣu......................................................................................... 26
CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP ................................ 27
3.1 Khái niệm chung ..................................................................................................27
3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất ..................................................... 27
3.3 Trình tự tính toán .................................................................................................29
3.3.1 Nối đất tự nhiên ............................................................................................. 29
3.3.2 Nối đất nhân tạo ............................................................................................. 30
3.3.3 Nối đất chống sét ........................................................................................... 31

CHƢƠNG IV: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN .................. 42
4.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đƣờng dây ...................... 42
4.2 Lý thuyết tính toán ............................................................................................... 42
4.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét .......................................................... 42
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

4.2.2 Tính toán chung về chỉ tiêu chống sét ........................................................... 44
4.3 Tính toán cụ thể ....................................................................................................46
4.3.1 Các tham số tính toán .................................................................................... 46
4.3.2 Xác đinh tổng số lần sét đánh vào đƣờng dây hàng năm .............................. 51
4.3.3 Tính suất cắt đƣờng dây khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn .51
4.3.4 Tính suất cắt đƣờng dây do sét đánh vào khoảng vƣợt .................................53
4.3.5 Tính suất cắt đƣờng dây do sét đánh vào đỉnh cột ........................................65
4.3.6 Chỉ tiêu chống sét đƣờng dây ........................................................................86
PHẦN II: BẢO VỆ CHỐNG SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM .................................... 88
A. KHÁI NIỆM CHUNG ............................................................................................. 89
1. Quy tắc Petersen .....................................................................................................90
2. Quy tắc sóng đẳng trị ............................................................................................. 91
3. Xác định điện áp trên điện dung ............................................................................92
4. Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van ................................................94
B. TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN ........................................................................................ 97
1. Sơ đồ tính toán quá trình truyền sóng trong trạm biến áp......................................97
2. Số liệu sử dụng tính toán ........................................................................................ 98
3. Tính sóng truyền trong trạm biến áp ....................................................................100
4. Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm...............................................................103

PHỤ LỤC ................................................................................................................... 107
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 117

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét...................................................... 3
Hình 2.1Phạm vi bảo vệ cho một cột thu sét. ..................................................................9
Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (đường sinh gấp khúc). ............................ 9
Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau. ............................. 10
Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột có độ cao khác nhau. ............................................11
Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi ....................................................................12
Hình 2.6 Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu lôi ....................................................................12
Hình 2.7 Mặt bằng trạm 220kV Cao Bằng ....................................................................13
Hình 2.8 Bố trí các cột thu lôi của phương án 1 ........................................................... 15
Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ của phương án 1 ...................................................................20
Hình 2.10 Bố trí các cột thu lôi của phương án 2 ......................................................... 21
Hình 2.11 Phạm vi bảo vệ của phương án 2 .................................................................26
Hình 3.1 Hệ số hình dạng của K ................................................................................... 31
Hình 3.2 Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất. ............................................................. 32
Hình 3.3 Sơ đồ đẳng trị rút gọn..................................................................................... 32
Hình 3.4 Hình thức nối đất bổ sung ..............................................................................37
Hình 3.5 Đồ thị xác đinh nghiệm của phương trình tgXk=-0,1.Xk ................................ 39
Hình 3.6 Sơ đồ nối đất toàn trạm ..................................................................................41
Hình 4.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét .......................................................... 43

Hình 4.2 Góc bảo bệ của một dây chống sét .................................................................43
Hình 4.3 Kết cấu của cột điện ....................................................................................... 47
Hình 4.4 Dây dẫn và ảnh của nó qua đất ......................................................................50
Hình 4.5 Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn ...............................................51
Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ  = f (Elv) ....................................................... 53
Hình 4.7 Sét đánh vào khoảng vượt ..............................................................................54
Hình 4.8 Dạng sóng tính toán của dòng điện sét .......................................................... 55
Hình 4.9 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucd(t)=f(a,t) với Rc=10  ............................... 58
Hình 4.10 Đường cong nguy hiểm của Rc=10  ........................................................... 59
Hình 4.11 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucd(t)=f(a,t) với Rc=5  ............................... 61
Hình 4.12 Đường cong nguy hiểm của Rc=5  ............................................................. 61
Hình 4.13 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucd(t)=f(a,t) với Rc=15  ............................. 63
Hình 4.14 Đường cong nguy hiểm của Rc=15  ........................................................... 64
Hình 4.15 Sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh...................................................... 66
Hình 4.16 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ ......68
Hình 4.17 Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi có sóng phản xạ ...............69
Hình 4.18 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucd(t)=f(a,t) với Rc=10  ............................. 79
Hình 4.19 Đường cong nguy hiểm của Rc=10  .......................................................... 80
Hình 4.20 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucd(t)=f(a,t) với Rc=5  ............................... 82
Hình 4.21 Đường cong nguy hiểm của Rc=5  ............................................................ 83
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Hình 4.22 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucd(t)=f(a,t) với Rc=15  ............................. 85
Hình 4.23 Đường cong nguy hiểm của Rc=15  .......................................................... 86
Hình 5.1 Quá trình truyền sóng giữa hai nút. ............................................................... 90

Hình 5.2 Sơ đồ tương đương của quy tắc Petersen ....................................................... 90
Hình 5.3 Sơ đồ nút có nhiều đường dây nối vào ........................................................... 91
Hình 5.4 Sơ đồ thay thế Petersen xác định điện áp trên điện dung .............................. 92
Hình 5.5 Đồ thị điện áp trên tụ điện theo phương pháp tiếp tuyến ............................... 94
Hình 5.6 Đặc tính V – A của chống sét van ZnO .......................................................... 95
Hình 5.7 Sơ đồ thay thế Petersen cho chống sét van .................................................... 95
Hình 5.8 Đồ thị xác định U(t), I(t) của chống sét van từ đặc tính V-A ......................... 96
Hình 5.9 Sơ đồ nguyên lí trạng thái nguy hiểm nhất..................................................... 97
Hình 5.10 Sơ đồ thay thế trạng thái nguy hiểm nhất..................................................... 98
Hình 5.11 Sơ đồ thay thế trạng thái nguy hiểm nhất rút gọn ........................................98
Hình 5.12 Quy tắc phân bố lực ..................................................................................... 99
Hình 5.13 Sơ đồ Petersen tại nút 1..............................................................................100
Hình 5.14 Sơ đồ Petersen tại nút 2..............................................................................102
Hình 5.15 Sơ đồ Petersen tại nút 3..............................................................................103
Hình 5.16 Kiểm tra điện áp tác dụng lên cách điện máy biến áp ...............................104
Hình 5.17 Dòng điện qua chống sét van .....................................................................105
Hình 5.18 Kiểm tra an toàn cách điện cho thanh góp ................................................106

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1 Kết quả tính toán chiều cao ha của các nhóm cột phía 110kV phương án 1 .16
Bảng 2.2 Kết quả tính toán chiều cao ha của các nhóm cột trên MBA phương án 1 ...17
Bảng 2.3 Kết quả tính toán bán kính bảo vệ giữa các cột liền kề phương án 1............19
Bảng 2.4 Kết quả tính toán chiều cao ha của các nhóm cột phía 110kV phương án 2 .22

Bảng 2.5 Kết quả tính toán chiều cao ha của các nhóm cột trên MBA phương án 2 ...23
Bảng 2.6 Kết quả tính toán bán kính bảo vệ giữa các cột liền kề phương án 2............25
Bảng 3.1 Hệ số Km ứng với các trạng thái ....................................................................28


 ds

1 
Bảng 3.2 Bảng tính toán chuỗi số  2 .e TK ............................................................... 35
k 1 k

Bảng 3.3 Kết quả tính toán chuỗi số .............................................................................40
Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang   f ( Elv ). ...........................................45
Bảng 4.2 Giá trị Ucd(a,t) khi sét đánh vào khoảng vượt với Rc=10  ........................ 58
Bảng 4.3 Đặc tính V-S của chuỗi sứ..............................................................................58
Bảng 4.4 Kết quả tính toán các cặp thông số nguy hiểm (Ii,ai).....................................59
Bảng 4.5 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với Rc=10  .....................................59
Bảng 4.6 Giá trị Ucd(a,t) khi sét đánh vào khoảng vượt với Rc=10  ......................... 60
Bảng 4.7 Kết quả tính toán các cặp thông số nguy hiểm (Ii,ai).....................................61
Bảng 4.8 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với Rc=5  .......................................62
Bảng 4.9 Giá trị Ucd(a,t) khi sét đánh vào khoảng vượt với Rc=15  ......................... 63
Bảng 4.10 Kết quả tính toán các cặp thông số nguy hiểm (Ii,ai)...................................63
Bảng 4.11 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với Rc=15  ...................................64
Bảng 4.12 Kết quả tính toán giá trị Ucd(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột khi Rc = 10  .78
Bảng 4.13 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với Rc=10  ...................................79
Bảng 4.14 Kết quả tính toán giá trị Ucd(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột khi Rc = 5  ...81
Bảng 4.15 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với Rc=5  .....................................82
Bảng 4.16 Kết quả tính toán giá trị Ucd(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột khi Rc = 15  .84
Bảng 4.17 Kết quả tính toán xác suất phóng điện với Rc=15  ...................................85
Bảng 4.18 Kết quả tính toán chỉ tiêu chống sét của đường dây ....................................86

Bảng 5.1. Giá trị điện dung của các phần tử thay thế ..................................................99
Bảng 5.2 Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian .....................................104
Bảng 5.3 Đặc tính cách V-S của thanh góp ................................................................105

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

PHẦN I: THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG
SÉT CHO TRẠM 220kV CAO BẰNG

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

1


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

CHƢƠNG I: HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp chống sét đã có lịch sử lâu dài cùng
với sự phát triển của ngành điện. Ngày nay ngƣời ta đã tìm đƣợc các phƣơng pháp
những hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng chống sét đánh. Sét là một hiện
tƣợng tự nhiên, mật độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc của sét không thể dự đoán
trƣớc nên nghiên cứu chống sét là việc quan trọng, đặc biệt là ngành điện.

1.1 Hiện tƣợng dông sét
a. Kiến thức phổ thông về dông, sét
Dông sét là một hiện tƣợng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi
khoảng cách giữa các điện cực khác lớn (trung bình khoảng 5km).
Hiện tƣợng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa
các đám mây tích điện và giữa các đám mây tích điện với mặt đất.
Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích
điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tƣợng phóng điện này gây nhiều trở
ngại cho đời sống con ngƣời.
Các đám mây đƣợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cƣờng độ
điện trƣờng 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 tạo của lần phóng
điện đầu tiên là khoảng 1,5.107 cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng
2.108 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì
trong cùng một đám mây có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần
lƣợt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là môi trƣờng Plasma có điện tích lớn. Đầu tia đƣợc nối 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 đƣợc phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia
xuống mặt đất. Dƣới tác dụng của điện trƣờng 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 phía dƣới đầu tiên
đạo. Còn 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.
Quá trình phóng điện sẽ dọc theo đƣờng sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

2

Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

tập trung điện tích trên mặt đất và nhƣ vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã đƣợc định
sẵn.
Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đƣờng sức nối liền giữa đầu tia tiên
đạo vơi nơi tập trung điện tích trên mặt đất và nhƣ vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất
đƣợc định sẵn.

Tia tiên đạo
Địa điểm phụ
thuôc điện trở suất
của đất

Dòng của phóng
điện ngƣơc

Hình thành
khu vực ion
hóa mãnh liệt

Hoàn thành
phóng điện
sét

Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét
Do vây đệ định hƣớng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập
trung điện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình dựa
trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngƣợc là  và mật độ điện trƣờng trong tia
tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là:
is  .

Công thức này tính toán cho trƣờng 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 hàng 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 ngƣợc.
Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí
quyển và gây hậu quả nghiêm trọng nhƣ đã trình bày ở trên.
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

3


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

b. Diễn biến dông ở nƣớc ta
Việt Nam là một trong những nƣớc khi hậu nhiệt đới, có cƣờng độ dông sét khá
mạch. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nƣớc Việt Nam có một đặc
điểm dông sét khác nhau:
+ Ở miền Bắc số ngày dông sét dao động từ 70 110 ngày trong một năm và số
lần dông từ 150  300 lần nhƣ vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2  3 cơn dông.
Vùng có dông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh)
hàng năm có từ 100 110 ngày dông sét, tháng nhiều dông nhất là tháng 7, tháng 8.
+ Một số vùng có địa hình chuyển chuyển tiếp nhƣ giữa các vùng núi và vùng

đồng bằng số lần dông cũng đến 200 lần sét/năm. Với số ngày giông khoảng 100
ngày/năm. Nơi ít dông nhất là Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày dông. Xét về diễn
biến mùa dông trong năm, mùa dông hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nói chung ở
miền Bắc dông tập trung tƣ tháng 4  9 , ở phía Tây Bắc dông tập trung từ tháng 5  8
trong năm.
+ Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía Bắc đến Quảng Nam là khu vực tƣơng
đối nhiều dông trong tháng số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày/tháng. Tháng có nhiều
dông 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 dông nhất thƣờng chỉ có vào
tháng5, số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày (Tuy Hòa 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan
Thiết 13 ngày), còn các tháng khác của mùa dông chỉ quan sát đƣợc từ 5  7 ngày dông.
+ Miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 140
ngày/năm, nhƣ ở thàng 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 sét quan sát
đƣợc trung bình từ 15  20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung bình
gặp trên 20 ngày/tháng nhƣ ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày.
+ Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn tháng
nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát đƣợc khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây
Nguyên, 10 12 ở Nam Tây Nguyên, Kom Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, Plâycu 17
ngày.
Nhƣ vậy ta thấy Việt Nam là nƣớc phải chịu nhiều ảnh hƣởng của dông sét, đây
là điều kiện bất lợi cho hệ thống điện Việt Nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tƣ 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, hiểu
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

4

Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

quả đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy.
1.2 Ảnh hƣởng của dông sét đến hệ thống điện
Biên độ của dòng điện 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 động đã bị vỡ và chảy ra nhƣ nhũ thạch,
phóng điện sét còn kèm theo di chuyển trong không gian lƣợng điện tích lớn, do đó tạo
ra điện từ trƣờng rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện
tử, ảnh hƣởng của nó rất rộng, ở cả các nơi cách xa hàng trăm km.
Khi sét đánh vào đƣờng dây hoặc xuống mặt đất gần đƣờng dây sẽ sinh ra sóng
điện từ truyền theo dọc đƣờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của
đƣờng dây. Khi cách điện của đƣờng dây bị phá hỏng sẽ gây lên ngắn mạch pha - đất
hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị đầu đƣờng dây phải làm việc. Với những
đƣờng 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 thê dẫn đến
rã lƣới. Sóng sét còn có thể truyền từ đƣờng dây điện vào trạm biến áp hoặc sét đánh
thẳng vào nhà máy đều gây nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp, điều này
rất nguy hiểm vì nó tƣơng đƣơng 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.
Qua đó ta thấy sự cố do sét đánh gây hậu quả rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự
cố lƣới điện, vì vậy việc tính toán thiết kế lắp đặt các thiết bị chống sét rất quan trọng,
nếu tính toán chính xác lắp đặt đủ các thiết bị chống sét sẽ tạo ra hệ thống vận hành an
toàn và hiểu quả, tránh đƣợc những hậu quả xấu do sét gây ra, từ đó đảm bảo việc
cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ.

1.3 Vấn đề chống sét
Hệ thống điện chịu nhiều ảnh hƣởng của dông sét nên đòi hỏi phải có thiết bị
chống sét. Để bảo vệ chống sét cho hệ thống điện ngƣời ta sử dụng các cột thu lôi và
dây chống sét. Yêu cầu của việc chống sét là toàn bộ công trình đƣợc bảo vể cần phải
nằm trong vùng bảo vệ của hệ thống thu sét, hệ thống này có thể nằm ngay trên kết cấu
công trình hay đặt cách ly tùy thuộc hoàn cảnh và điều kiện cụ thể. Song song với việc
chọn lựa hệ thống thu sét còn lƣu ý đến vấn đề nối đất chống sét và nối đất bảo vệ.
Phƣơng pháp đƣợc chọn phải có hiểu quả chống sét cao, chi phía đầu tƣ xây dựng ít
nhất và yếu tố mỹ quan cũng cần đƣợc xem xét.
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

5


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Do đó việc đầu tƣ nghiên cứ chống sét đúng mức rất quan trọng nhằm giảm thiệt
hại do dông sét gây ra, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong vận hành điện.

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

6


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

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

Trạm biến áp là một phần tử quan trong trong hệ thống truyền tải và phân phối
điện năng. Các thiết bị phân phối của trạm thƣờng đƣợc đặt ngoài trời, nên khi bị sét
đánh trực tiếp có thể sẽ gây ra nhƣng hậu quả nặng nề: Gây hƣ hỏng các thiết bị điện,
làm ảnh hƣởng sản xuất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác… Do đó việc
tính toán bảo vệ chống sét cho trạm là rất quan trọng.
2.1 Khái niệm chung
Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngƣời ta dùng cột thu lôi và
dây chống sét bởi vì dùng nhƣ 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 hƣớng cho các phóng điện sét
tập trung vào đó tạo ra khu vực an toàn bên dƣới hệ thống này.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ
nội đất. Để nâng cao tác dụng cua 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 dòng điện
sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngƣợc
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.
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 đƣợc nằn gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn
của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 220kV và 110kV ở đây 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 đƣợc độ cao của phạm
vi bảo vệ và sẽ giảm đƣợc độ cao của cột thu lôi. Nhƣng mức cách điện của trạm phải
đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngƣợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị,
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 ngƣợc từ hệ thống thu
sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện không đủ lớn. Do điều
kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

7


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

số điện 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 trên các kết cấu đó có đặt cột thu lôi thì
phải có nối đất vào hệ thống nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đƣờng ngắn
nhất sao cho dòng điện sét khuếch tán và đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống,
mặt khác phải có nối đất bổ xung để cái 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 cọt thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của
vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đƣờng 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 đƣợc cho vào ống chì và chôn trong đất.
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=hx+ha
Trong đó: hx là độ cao vật đƣợc bảo vệ
ha là độ cao tác dụng của cột thu lôi, đƣợc xác định theo từng nhóm cột
2.3.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét có độ cao là h tính cho độ cao hx là một hình
chóp tròn xoay có đƣờng sinh đƣợc xác định nhƣ sau:
rx 

1,6
(h  h x )
hx
1
h

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

8


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

h
hx

rx
r

Hình 2.1Phạm vi bảo vệ cho một cột thu sét.

Trong đó

h: chiều cao hệ thống thu sét.
hx: chiều cao cần đƣợc bảo vệ.
h - hx: chiều cao hiệu dụng.
rx: bán kính bảo vệ của cột thu sét h cho độ cao hx

Trong tính toán, đƣờng sinh đƣợc đƣa về dạng đƣờng gãy khúc abc đƣợc xác
định nhƣ sau:
a
b
0,8h

2
3h

h

hx

c
0,75h
1,5h

rx

Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét (đường sinh gấp khúc).
Trong đó:
ab: đƣờng thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm trên mặt đất cách xa chân cột một
khoảng là 0,75h.

bc: là đƣờng thẳng nối 1 điểm có độ cao trên thân cột là 0,8h đến 1 điểm trên
mặt đất cách chận cột là 1,5h.
Khi: hx 

2
h
3

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

9


Trƣờng Đại học Điện Lực

Thì: rx = 1,5h(1-

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

hx
) = 1,5h – 1,875hx
0,8h

2
h
3

Khi: hx 

Thì: rx = 0,75h(1-

hx
) = 0,75h – 0,75hx
h

Các công thức 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.
p

5,5
1
h

2.3.3 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột thu lôi
a. Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
Xét 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau h1 = h2 = h, cách nhau 1 khoảng a.
(1)

(b)

(2)

(a)
h

0,8h (2/3)h

h0

hx

O1
1,5h

O2

0,75h
r0
rx1

rx2

Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét 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 đƣợc cho độ cao lớn nhất h0 đƣợc xác định
nhƣ sau: h0 = h -

a
7

+Phạm vi bảo vệ:
Phần ngoài: giống nhƣ của từng cột.
Phần giữa: cung tròn đi qua điểm 1,2,3 (điểm 3 là điểm đặt cột giả tƣởng có độ cao h0)
+Tính toán phạm vi bảo vệ:
- Bán kính bảo vệ của từng cột: rx1 = rx2 = rx
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

10

Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

- Bán kính bảo vệ giữa hai cột: r0x.

a
7

- Độ cao lớn nhất bảo vệ đƣợc giữa hai cột: h0 = h Nếu: hx 

2
h0
3

Thì: r0x = 1,5h0.(1 Nếu: hx 

hx
)
0,8h 0

2
h0
3

Thì: r0x = 0,75h0.(1 -

hx
)
h0

Các công thức trên đƣợc 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
đƣợc hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục.
b. Phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
Xét 2 cột thu sét có độ cao là h1 và h2, cách nhau 1 khoảng a đƣợc bố trí nhƣ hình vẽ:
2
1

3
h2
0.8h2

0.8h1
2/3h1

x

h0

hx
O1

O3
O 1.5h2

2/3h2
O2

0.75h2

rx1

rx2
r0x

Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột có độ cao khác nhau.
+ Xác định phạm vi bảo vệ:
- Phần ngoài: giống nhƣ của từng cột.
- Phần trong: từ đỉnh cột h1 dóng đƣờng thằng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ của cột
h2 tại 3’, với 3’ là vị trí đặt cột giả tƣởng có độ cao là h1.
- Phần giữa: giống nhƣ của hai cột có độ cùng độ cao h1.

O1O3'  a '  O1O 2  O3' O 2  a  x , x là bán kính bảo vệ của cột cao h2 cho cột giả tƣởng h’1.
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

11


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

+ Tính toán phạm vi bảo vệ:
- Tính bán kính bảo vệ từng cột rx1, rx2.
- Tính bán kính bảo vệ giữa hai cột rox .
- Khoảng cách giữa cột thấp và cột giả tƣởng 3
a’ = a – x ( trong đó x là bán kính bảo vệ của cột cao h2 cho cột giả tƣởng có
độ cao h1).
- Độ cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giữa 1, 3’: h 013' = h1 -

a'
7

c. Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của ba cột thu lôi

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu lôi

Hình 2.6 Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu lôi
Điều kiện cần để công trình nằm trong miền giới hạn của các cột thu sét đƣợc
bảo vệ an toàn:
D  8.h  hx 

Trong đó:
D là đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp tam giác, tứ giác.
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

12


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

h là chiều cao cột.
hx là chiều cao cần bảo vệ.
Cách xác định đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp tam giác:
D

p

a.b.c

2. p. p  a 
. p  b 
. p  c
abc
2

Với a, b,c là ba cạnh của tam giác.
Sau đó xác định phạm vi bảo vệ của từng cặp cột biên tƣơng tự nhƣ xác định
phạm vi bảo vệ của hai cột.
2.4 Các phƣơng án bố trí cột thu lôi
Mặt bằng trạm biến áp 220kV Cao Bằng
-Trạm biến áp 220kV Cao Bằng, gồm hai máy biến áp AT1 và AT2.
-Chiều rộng của trạm 120m và chiều dài 175m.
-Các xà phía 110kV cao 12m và 8m, các xà phía 220kV cao 17m và 11m, xà máy
biến áp cao 17m.
-Mặt bằng trạm nhƣ hình vẽ
175000
9000

8x17000=136000

17000
22000

AT1

AT2

5000
8000
5000
8000
14000

120000

17000

16000 8000

30000

13x10000=130000

13500

31500

Hình 2.7 Mặt bằng trạm 220kV Cao Bằng
SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

13


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Trình tự tính toán:
- Số liệu tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp:
+ Biên độ dòng điện sét Is= 150kA.
+ Độ dốc của dòng điện sét 30 kA/μs.
+ Điện cảm đơn vị của cột thu lôi L0 =1,7 μH/m.
+ Cƣờng độ điện trƣờng cho phép trong không khí là: Ecpk= 500kV/m.
+ Cƣờng độ điện trƣờng cho phép trong đất là: Ecpd = 300kV/m .
- Trình tự tiến hành:
+ Sau khi khảo sát sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm
và yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đƣa ra các phƣơng án đặt cột thu lôi.
+ Bố trí các cột thu lôi.
+ Tính độ cao tác dụng ha của các cột thu lôi, lấy chung một độ cao tác dụng
lớn nhất cho các phía.
+ Tính phạm vi bảo vệ của từng cột và của các cặp cột biên.
+ Vẽ phạm vi bảo vệ của các phƣơng án.
+ So sánh hai phƣơng án về mặt kĩ thuật và kinh tế.
2.4.1 Phƣơng án 1
Bố trí các cột thu lôi
Phƣơng án bố trí các cột thu sét đƣợc thể hiện trên Hình 2.8 :
+Phía 110kV bố trí 7 cột trong đó cột 13; 14 đƣợc đặt trên xà cao 8m, các cột 15;
16; 17; 18; 19 đƣợc đặt trên xà cao 12m.
+Phía 220kV bố trí 10 cột trong đó các cột 1; 2; 3; 4; 5 đƣợc đặt trên các xà cao
17m, các cột 6; 7; 8; 9; 10 đƣợc đặt trên xà cao 11m.
+Các cột 11; 12 đƣợc đặt trên xà MBA cao 17m.

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

14

Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
175000

16000 8000

9000

8x17000=136000
2

3

4

5

17000
6

9

8

22000

7

10

AT1

5000
8000
5000
8000
14000

120000

17000

1

30000

AT2
12

11

13

14

16

15

17

18

13x10000=130000

13500

19

31500

Hình 2.8 Bố trí các cột thu lôi của phương án 1
a. Tính độ cao tác dụng của các cột thu sét
Điều kiện cần để công trình đƣợc bảo vệ an toàn là:
D  8.(h-hx)=8.ha
Suy ra: ha 

D
8

+) Phía 110kV:
- Xét nhóm cột (11; 13; 16) nhóm cột này tạo thành hình tam giác
a = cạnh(11-13) =

46,52  52  46, 768 (m)

b = cạnh(13-16) = 302  302  42, 426(m)

c = cạnh(11-16) = 352  16,52  38,694(m)
a  b  c 46, 768  42, 426  38, 694

 63,944(m)
2
2

p

Đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp hình tam giác là
D


a.b.c
2 p( p  a)( p  b)( p  c)

46, 768.42, 426.38, 694
 49, 694(m)
2. 63,944(63,944  46, 768)(63,944  42, 426)(63,944  38, 694)

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

15


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Điều kiện để phần trong các cột thu sét đƣợc bảo vệ an toàn

ha 

D 49, 694

 6, 212(m)
8
8

Tinh toán tƣơng tự cho các nhóm cột còn lại, ta đƣợc kết quả ghi trong bảng sau:
Bảng 2.1 Kết quả tính toán chiều cao ha của các nhóm cột phía 110kV phương án 1
Nhóm cột
13; 15; 16
11; 16; 17
11; 12; 17
12; 17; 18
12; 18; 19
12; 14; 19

D(m)
42,426
46,607
68,193
61,281
41,434
40,222

ha(m)
5,303
5,826
8,524

7,661
5,179
5,028

Nhƣ vậy phía 110kV ta có thể lấy chung độ cao tác dụng cho các cột là ha=9m.
Độ cao cột thu lôi phía 110kV là: h=hx+ha=12+9=21(m).
+) Phía 220kV:
- Xét nhóm cột (1; 2; 7; 6); (2; 3; 8; 7); (3; 4; 9; 8); (4; 5; 10; 9) nhóm cột này tạo
thành hình chữ nhật.
Đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật là
D  502  342  60, 465(m)

Điều kiện để phần trong các cột thu sét đƣợc bảo vệ an toàn
ha 

D 60, 465

 7,559(m)
8
8

Nhƣ vậy phía 220kV ta có thể lấy chung độ cao tác dụng cho các cột là ha=8m.
Độ cao cột thu lôi phía 220kV là: h=hx+ha=17+8=25(m).
+) Phần máy biến áp
Để bảo vệ cho máy biến áp ta phối hợp cột thu lôi trên xà máy biến áp với cột thu lôi
phía 220kV.
Xét nhóm cột (7; 8; 11) nhóm cột này tạo thanh tam giác.
a = cạnh(7-8) = 34(m)
b = cạnh(7-11) = 172  222  27,803(m)
c = cạnh(8-11) = 172  222  27,803(m)

p

a  b  c 34  27,803  27,803

 44,803(m)
2
2

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

16


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp hình tam giác là
D


a.b.c
2 p( p  a)( p  b)( p  c)

34.27,803.27,803
 35,136(m)
2. 44,803(44,803  34)(44,803  27,803)(44,803  27,803)

Điều kiện để phần trong các cột thu sét đƣợc bảo vệ an toàn
ha 

D 35,136

 4,392(m)
8
8

Tính toán tƣơng tự cho các tam giác còn lại, kết quả tính toán đƣợc ghi trong bảng sau:
Bảng 2.2 Kết quả tính toán chiều cao ha của các nhóm cột trên MBA phương án 1
Nhóm cột
8; 11; 12
8; 9; 12
9; 10; 12

D(m)
70,194
70,189
35,136

ha(m)
8,774
8,773
4,392

Nhƣ vậy ta có thể lấy chung độ cao tác dụng cho các cột là ha=9m
Độ cao của cột thu lôi trên xà MBA là: h=17+9 = 26(m).
b. Phạm vi bảo vệ của từng cột
 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 21m
Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 8m
2

2
hx  8m  .h  .21  14m nên rx  1,5.21  1,875.8  16,5(m)
3
3

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 12m
2
2
hx  12m  .h  .21  14m nên rx  1,5.21  1,875.12  9(m)
3
3

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 17m
2
2
hx  17m  .h  .21  14m nên rx  0,75(21 17)  3(m)
3
3

 Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 25m
Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 11m
2
2
hx  11m  .h  .25  16, 667m nên rx  1,5.25  1,875.11  16,875(m)
3
3

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 12m

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

17


Trƣờng Đại học Điện Lực

Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

2
2
hx  12m  .h  .25  16,667m nên rx  1,5.25  1,875.12  15(m)
3
3

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 17m
2
2
hx  17m  .h  .25  16, 667m nên rx  0,75.25  0,75.17  6(m)
3
3

 Phạm vi bảo vệ của các cột trên xà máy biến áp có độ cao 26m
Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 12m
2
2
hx  12m  .h  .26  17,333m nên rx  1,5.26  1,875.12  16,5(m)
3
3

Bán kính bảo vệ của các cột thu lôi ở độ cao 17m

2
2
hx  17m  .h  .26  17,333m nên rx  1,5.26  1,875.17  7,125(m)
3
3

c. Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên
- Xét cặp cột (1-2):
Chiều cao của cột thu lôi: h1 = h2 = 25m.
Khoảng cách giữa hai cột thu lôi: a = 34m.
Độ cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giữa hai cột
h0  h 

a
34
 25   20,143(m)
7
7

2
2
hx  17(m)  .h0  .20,143  13, 429(m)
3
3

Bán kính bảo vệ giữa hai cột
r0 x  0,75.(h0  hx )  0,75.(20,143  17)  2,357(m)

- Xét cặp cột (6-13)
Chiều cao của cột thu lôi: h6 = 25m; h13 = 21m.

Khoảng cách giữa hai cột thu lôi: a = 22,456m.
Khoảng cách giữa cột h13 và cột giả tƣởng h’6 =h13:
2
2
hx  21m  .h6  .25  16, 667m
3
3

=> x  0,75(h6  h13 )  0,75.(25  21)  3(m)

SVTH: Lê Ngọc Cƣờng – Lớp: Đ4H2

18