Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220KV

n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Chơng mở đầu :
hiện tợng dông sét và ảnh hởng của dông sét đến hệ
thống điện việt nam
MĐ.1.Hiện tợng dông sét
Dông sét là một hiện tợng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng
cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km).
Hiện tợng 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.
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 tợng phóng điện này gây nhiều trở
ngại cho đời sống con ngời.
Các đám mây đợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cờng độ điện
trờng 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 lợt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là môi trờng Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia đợc 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 đợc phân bố khá đều dọc theo chiều dài
tia xuống mặt đất. Dới tác dụng của điện trờng 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 dới 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.

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đờng sức nối liền giữa đầu tia tiên
đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và nh vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất
đã đợc định sẵn.
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 1
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Do vậy để định hớng 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
đợc dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngợc là và mật độ điện trờng 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
= .
Công thức này tính toán cho trờng 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 ngợc (hình M-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 nh đã trình bày ở trên.


T (
à
s)
I(kA
)
t
I

max
Hình M-1
:
Sự biến thiên của dòng diện sét theo thời gian
Việt Nam là một trong những nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ dông sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nớc Việt nam có một đặc
điểm dông sét khác nhau :
+ ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ữ 110 ngày trong một năm và số lần
dông từ 150 ữ 300 lần nh vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ữ 3 cơn dông.
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 2
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250
ữ 300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ữ 110 ngày. Tháng nhiều dông nhất là
các tháng 7, tháng 8.
+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thờng là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi
và vùng đồng bằng, số trờng hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến
100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ữ 200 cơn dông mỗi năm, tập
trung trong khoảng 90 ữ 100 ngày.
+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dới 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 tơng 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 đợc 12 ữ 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 ữ 5 ngày dông.
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất, th-
ờng chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10/tháng nh Tuy Hoà 10ngày/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 ữ 140
ngày/năm, nh 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 đợc trung bình có từ 15 ữ 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung
bình gặp trên 20 ngày dông/tháng nh 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 đợc khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 3
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Nguyên, 10 ữ 12 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17
ngày.
Ta thấy Việt Nam là nớc phải chịu nhiều ảnh hởng của dông sét, đây là điều bất
lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu t 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 HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện
liên tục và tin cậy.
MĐ.2- ảnh hởng của dông sét đến hệ thống điện việt nam:
- Nh đã trình bày ở phần trớc 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 nh nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian
lợng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trờng rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn
vô tuyến và các thiết bị điện tử , ảnh hởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa
hàng trăm km.
- Khi sét đánh thẳng vào đờng dây hoặc xuống mặt đất gần đờng dây sẽ sinh ra
sóng điện từ truyền theo dọc đờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện

của đờng dây. Khi cách điện của đờng dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha -
đất hoặc ngắn mạch pha pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đờng dây phải làm việc.
Với những đờng 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 lới. Sóng sét còn có thể truyền từ đờng 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 tơng đơng 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 rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố lới
điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lới điện.
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 4
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
*Kết luận:
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hởng của dông sét tới
hoạt động của lới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lới điện và trạm
biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lới điện.
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 5
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Chơng 1:
Bảo Vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp Vào
Trạm Biến áp 110/35 kV
1.1. Khái niệm chung:
Trong hệ thống điện trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng thực hiện
nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét
đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làm
hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc ngừng cung cấp điện
toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hởng đến việc sản suất điện năng và các
ngành kinh tế quốc dân khác. Do đó việc tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng. Ta có thể đa ra những phơng án bảo
vệ trạm một cách an toàn và kinh tế, nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm đợc
bảo vệ an toàn không bị sét đánh trực tiếp .
Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta cũng
phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đờng dây gần trạm và đoạn dây dẫn nối từ
xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đờng dây .
Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, ngời ta dùng hệ thống cột
thu lôi, dây thu lôi.Các cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho
phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy,các cột đèn chiếu sáng .. Để
bảo vệ cho đoạn đờng dây nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên của đờng
dây ta dùng dây chống sét . Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định
hớng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dới hệ
thống này. Chiều cao của cột và cách bố trí các cột thu lôi tuỳ thuộc vào từng mặt
bằng trạm, cách bố trí các thiết bị trong trạm, độ cao bảo vệ theo yêu cầu .
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ
nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận
thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 6
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện
ngợc đến các thiết bị khác gần đó.
Điện trở nối đất của hệ thống thu sét của các trạm biến áp có cấp điện áp khác
nhau là không giống nhau. Với trạm biến áp có cấp điện áp từ 110KV trở nên thì hệ
thống nối đất chống sét và hệ thống nối đất an toàn có thể ghép chung.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bên cạnh
những vấn đề đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu
kinh tế và mỹ thuật của hệ thống nối đất.
Thông thờng để giảm vốn đầu t và cũng để tận dụng các độ cao ở các trạm biến
áp và các nhà máy điện ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các cột đèn chiếu sáng,
trên các kết cấu của trạm, trên mái nhà.. .Cột thu lôi độc lập đắt hơn nên chỉ dùng khi

không thể tận dụng đợc các chiều cao khác.
1.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp vào trạm biến áp.
* Hệ thống chống sét phải đảm bảo tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm
trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ.
* Đối với trạm phân phối ngoài trời có điện áp từ 110KV trở lên do có mức cách
điện khá cao nên có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm.Tuy nhiên các
trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối vào hệ thống nối đất của trạm
theo đờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét i
S
khuếch tán vào đất theo 3
ữ
4 thanh nối
đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu đó phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện
trở nối đất .
* Khâu yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110KV trở lên là cuộn
đây máy biến áp .Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu
khoảng cách giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và điểm nối vào
hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đờng điện. Tuy nhiên
nếu ta sử dụng hệ thống nối đất chung thì ta có thể bỏ qua yêu cầu này.
* Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm có đặt cột thu lôi và bộ
phận mang điện không đợc bé hơn độ dài của chuỗi sứ .
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 7
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
* Khi đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đợc độ cao của
phạm vi bảo vệ và sẽ giảm đợc độ cao của cột. Nhng mức cách điện của trạm phải
đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị.
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.
* Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên thì

phải thực hiện yêu cầu :
ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có
nối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở nối đất không đợc
quá 4 (ứng với dòng điện tần số công nghiệp).
* Khi dùng cột thu lôi độc lập thì phải thì 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
thiết bị đợc bảo vệ .
* Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt
khi có dòng điện sét chạy qua.
* Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện
phải đợc cho vào ống chì và đợc chôn trong đất.
1.3. Các phơng thức sử dụng để tính toán chiều cao cột và phạm
vi bảo vệ .
1.3.1. Công thức tính chiều cao của cột thu lôi .
h = h
x
+ h
a
Trong đó :
. h- là chiều cao cột thu lôi .
. h
x
- là độ cao cần đợc bảo vệ .
. h
a
- là độ cao tác dụng của cột thu lôi .
h
a
- xác định theo nhóm cột với điều kiện là h
a

D/8.
. D-là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các cột .
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 8
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
1.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền giới hạn bởi mặt ngoài của
hình chóp tròn xoay có đờng sinh xác định bởi phơng trình :
r
x
=
( )
x
x
hh
h
h
1
6,1

+

Trong đó :
r
x
-Là phạm vi bảo vệ ở mức cao hx của cột thu lôi .
Để dễ dàng thuận tiện trong việc tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hoá. Đợc tính toán theo công thức :
- Nếu h
x
h

3
2

thì
)
h.8,0
h
1.(h.5,1r
x
x
=
- Nếu h
x
h.
3
2
>

thì
)
h
h
1.(h.75,0r
x
x
=
* Các công thức trên chỉ đúng với những cột thu lôi cao dới 30 m. Hiệu quả của
cột thu lôi hơn 30 m sẽ giảm do độ cao định hớng của sét là hằng số .
Khi cột có chiều cao trên 30m thì ta vẫn dùng công thức trên nhng phải nhân thêm
với hệ số hiệu chỉnh p =

h
5,5

Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 9
h
r
x
h
x
2/3h
0,75h
1,5h0,75h
1,5h
0,2h
Hình 1.1Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Và trên hình vẽ ta sử dụng các hoành độ 0,75.h.p
1,5.h.p
1.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng số
phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột đơn .Nhng để hai cột thu lôi có thể phối hợp
bảo vệ đợc khoảng giữa chúng thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn điều
kiện a

7.h
a) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao .
Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau một khoảng cách là a(a

7.h)
thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là h

0
đợc xác định :
h
0
= h -
7
a
Bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột đợc tính nh sau :
- Nếu h
x

0
h
3
2

thì r
0x
=
)
h.8,0
h
1.(h.5,1
0
x
0

- Nếu h
x

0
h
3
2
>
thì r
0x
=
)
h
h
1.(h.75,0
0
x
0

Trong đó :
. h
0
-là độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi
. r
0x
-là bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột thu lôi
Khi độ cao của cột thu lôi lớn hơn 30 m thì ta cũng phải thêm hệ số hiệu chỉnh p
nh mục 1.3.2 và tính h
0
theo
h
0
= h -

p.7
a
; p =
h
5,5
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 10
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
0
Hình 1.2. Trường hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau .
r
x
0,2h
h
1,5h
0,75h
r
xo
r
x
R
h
x
a
b) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau đợc xác định nh sau :
Giả sử có hai cột thu lôi : Cột 1 có độ cao h
1
Cột 2 có độ cao h
2

Khoảng cách giữa hai cột la a và h

1
> h
2
Trớc tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h
1
sau đó từ đỉnh của cột thấp h
2
gióng
đờng thẳng ngang sang cột h
1
. Cắt đờng sinh của phạm vi bảo vệ của cột 1 tại điểm 3.
Điểm này đợc coi là đỉnh của cột thu lôi giả định (cột 3). Cột thu lôi giả định này
có cùng độ cao với cột 2 và hình thành đôi cột có chiều cao bằng nhau, cách nhau
một khoảng a
,

Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 11
1,5h
0
0,75h
0
h
0
0,2h
0
h
0
a
'
2

h
2
1
h
1
3
R
a
r
0x
r
1x
r
2x
h
x
1,5h
2
0,75h
2
0,75h
1
1,5h
1
Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
x
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ h
1
(cột 1) đến cột giả tởng (cột 3) chính là

bán kính bảo vệ của cột cao h
1
đối với chiều cao cần bảo vệ bằng h
2
Do đó tính khoảng cách x theo :
Nếu :






=
8,0
5,1
3
2
2
112
h
hxhh

( )
2112
75,0
3
2
hhxhh
=>
Từ đó ta tính đợc a = a - x và h

0
= h
2
- a/7
Từ đó ta tính đợc bán kính bảo vệ r
0x
Nếu








=
0
000
8,0
1.5,1
3
2
h
h
hrhh
x
xx

=>
0
000
1.75,0
3
2
h
h
hrhh
x
xx

c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 12
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Khi công trình cần đợc 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 tr-
ờng hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ. Phần ngoài của phạm vi
bảo vệ sẽ đợc xác định cho từng đôi cột một ( với yêu cầu khoảng cách là a 7h ).
Còn phần bên trong đa giác sẽ đợc kiểm tra theo điều kiện an toàn.
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác sẽ đợc bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D 8.(h - h

x
) = 8.h
a
Trong đó :
D - đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét
h
a
= h - h
x
là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Nếu độ cao cột vợt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ đợc hiệu chỉnh là
D 8.(h - h
x
).p = 8.h
a
.p ; p =
h
5,5
1.4- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ
trạm biến áp 110kV.
Với yêu cầu của đề tài. Thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm BA
110/35kV.
+ Hai máy biến áp T
1
và T
2

+ Sơ đồ đấu dây của trạm là sơ đồ hai thanh góp có thanh góp đờng vòng.
- Độ cao các thanh xà là 11 m và 7,5m phía 110kV và 7,5m phía 35kV
- Độ cao nhà điều khiển : 6 m

- Sơ đồ TBA đợc biểu diễn trên hình vẽ 1-4
1.5. Các phơng án bố trí cột thu lôi bảo vệ
1.5.1. Phơng án 1.
Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi nh hình vẽ (1 5) ,ở phơng án
này ta bố trí cột thu lôi (1) ; (2) trên xà của trạm có chiều cao 11 m và cột 3, 4, 5, 6,
7 đặt độc lập.
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 13
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
11m 11m
11m
11m
12m
17m
12m
17m
17m
11m
17m
11m
11m
11m
17m
4.06
7.00
9.00
0.50
3.00
2.00
3.00
0.50

9.00
4.00
3.00
6.50
4.00 9.00 6.00
8.00
4.00
3.00 3.00 2.00 3.00 3.00
3.00
1.50
1.00
3.00
TN1TN2
7.80
7.00
55.01
60.00
45.00
22 kV
35 kV
T1
T2
phßng ®iÒu khiÓn
phßng ph©n phèi
bÓ c¸t
H×nh 1.4. S¬ ®å mÆt b»ng tr¹m biÕn ¸p
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 14
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
11m 11m
11m

11m
12m
17m
12m
17m
17m
11m
17m
11m
11m
11m
17m
4.06
7.00
9.00
0.50
3.00
2.00
3.00
0.50
9.00
4.00
3.00
6.50
4.00 9.00
6.00
8.00
4.00
3.00
3.00 2.00 3.00 3.00

3.00
1.50
1.00
3.00
TN1TN2
7.80
7.00
55.01
60.00
45.00
22 kV
35 kV
T1
T2
3
7
6
5
4
2
1
phßng ®iÒu khiÓn
phßng ph©n phèi
bÓ c¸t
H×nh 1.5. S¬ ®å mÆt b»ng tr¹m vµ c¸ch bè trÝ c¸c cét thu l«i ph¬ng ¸n 1
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 15
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Ta tiến hành tính toán chiều cao của các cột và phạm vi bảo vệ của hệ thống.
1.Độ cao tác dụng của các cột thu lôi .
Để tính đợc độ cao tác dụng ha của các cột thu lôi, trớc hết ta cần xác định đờng

kính D của đờng tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) đi qua 3 (hoặc 4) đỉnh cột .
Để cho toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ) đó đợc bảo vệ
thì : D 8.h
a
hay h
a

8
D
a. Xét nhóm cột (1),(2),(3):
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thờng có độ dài các cạnh là :
a
12
= 27m ; a
13
= 16,25 m ; a
23
= 17,9 m
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định bởi
công thức Hê rông:
)cp)(bp)(ap.(p.
c.b.a
r

=
4
2
cba
p
++

=
: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p
++
=
=
m
aaa
58,30
2
25,16279,17
2
231212
=
++
=
++
Từ đó :
))()(.(.2
..
cpbpapp
cba
D

=

=

( ) ( ) ( )
m
ppp
84,27
25,16.27.9,17.58,30.2
25,16.27.9,17
=

Độ cao tác dụng để nhóm cột (1),(2),(3) bảo vệ đợc hoàn toàn phần diện tích giới
hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện :
h
a
D/8 =
8
84,27
=3,48 m
b.Xét nhóm cột (3),(4),(5)
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thờng có độ dài các cạnh là :
a
34
= 24,62m ; a
35
= 20,4 m ; a
45
= 38 m
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định bởi
công thức Hê rông:
Lai Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 16
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
)cp)(bp)(ap.(p.

c.b.a
r

=
4
2
cba
p
++
=
: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p
++
=
=
m51,41
2
384,2062,24
=
++
Từ đó :
))()(.(.2
..
cpbpapp
cba
D

=

=
( ) ( ) ( )
m
ppp
87,41
38.4,20.62,24.51,41.2
38.4,20.62,24
=

Độ cao tác dụng để nhóm cột (3),(4),(5) bảo vệ đợc hoàn toàn phần diện tích giới
hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện :
h
a
D/8 =
8
87,41
= 5,23 m
c. Xét nhóm cột (1),(5),(3)
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thờng có độ dài các cạnh là :
a
15
= 22,85 m ; a
13
= 16,25 m ; a
35
= 20,4 m
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định bởi
công thức Hê rông:

)cp)(bp)(ap.(p.
c.b.a
r

=
4
2
cba
p
++
=
: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p
++
=
=
m75,29
2
925,164,2085,22
=
++
Từ đó :
))()(.(.2
..
cpbpapp
cba
D

=

=
( ) ( ) ( )
m
ppp
53,23
25,16.4,20.85,22.75,29.2
25,16.4,20.85,22
=

Độ cao tác dụng để nhóm cột (1),(5),(3) bảo vệ đợc hoàn toàn phần diện tích giới
hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện :
h
a
D/8 =
8
53,23
=2,94 m
Lai Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 17
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
d, Xét nhóm cột (3), (2), (4)
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thờng có độ dài các cạnh là :
a
23
= 17,9 m ; a
34
= 24,62 m ; a
42

= 23,56 m
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định bởi
công thức Hê rông:
)cp)(bp)(ap.(p.
c.b.a
r

=
4
2
cba
p
++
=
: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p
++
=
=
m04,33
2
56,2362,249,17
=
++
Từ đó :
))()(.(.2
..

cpbpapp
cba
D

=

=
( ) ( ) ( )
m
ppp
98,25
62,24.56,23.9,17.04,33.2
56,23.62,24.9,17
=

Độ cao tác dụng để nhóm cột (1),(2),(3) bảo vệ đợc hoàn toàn phần diện tích giới
hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện :
h
a
D/8 =
8
98,25
=3,32 m
e, Xét nhóm cột (4), (5), (6), (7). Nhóm cột này hình thành một hình chữ nhật có
độ dài các cạnh
a
67
= 38 m ; a
47
= 26,9 m

Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là độ dài đờng chéo của
hình chữ nhật :
maaD 56,469,2638
22
2
47
2
67
=+=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (4),(5),(7),(8) bảo vệ đợc hoàn toàn diện
tích giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
82,5
8
56,46
8
==
f) Chọn độ cao tác dụng chung cho toàn trạm
Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị độ
cao tác dụng lớn nhất của cột thu lôi cho toàn trạm là. h
max
= 5,82
Lai Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 18
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Do vậy ta lấy : h
a
=6 m.

2. Tính độ cao của các cột thu lôi
Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đợc
xác định bởi: h = h
a
+ h
x
Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.
+ h
x
: độ cao của vật đợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi.
Đối với phía 110kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao lớn nhất là 11m
(h
x
= 11m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là:
h = h
x
+ h
a
=11 + 6 = 17 m.
Phía 35 kV ngoài trời có chiều cao xà lớn nhất là 7,5 m
Phòng phân phối và làm việc cao 6 m do đó độ cao tối thiểu cột thu lôi là:
h = h
x
+ h
a
=6 + 6 = 12 m.
3. Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:

a) Bán kính bảo vệ của từng cột thu lôi ở độ cao 11m:
h = 17 m : h
x
=11 m :
Ta có : h
x
=11 < 2/3 h =2/3.17 = 11,3 m.
Nên:
m
h
h
hr
x
x
88,4
17.8,0
11
117.5,1
.8,0
1.5,1
=






=

=
b) Bán kính bảo vệ của từng cột ở độ cao 6 m:
h = 12 m : h
x
=6 m :
h
x
=6 < 2/3 h =2/3.12 = 8 m.
Nên
m
h
h
hr
x
x
75,6
12.8,0
6
112.5,1
.8,0
1.5,1
=

=






=
4 Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi
a, Xét cặp cột (1),(5).
Có độ cao bằng nhau : h
1
= h
5
= 17 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 22,85 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m
a
hh
o
74,13
7
85,22
17
7
===

Lai Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 19
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
- Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 11m: h
x
= 11m >
3
2
h
o
= 9,16m.
Nên :
.06,2
74,13
11
1.74,13.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=
b, Xét cặp cột (1),(2).
Có độ cao bằng nhau : h
1
= h
2
= 17 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 27 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m
a
hh
o
14,13
7
27
17
7
===
- Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 11m: h

x
= 11m >
3
2
h
o
= 8,76m.
Nên :
.6,1
14,13
11
1.14,13.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=

b, Xét cặp cột (2),(4) :
Độ cao các cột : h
4
= h
2
= 17 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 23,56 m.
-Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

m
a
hh
o
63,13
7
56,23
17
7
===
-Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 11m: h
x
= 11m >
3

2
h
o
= 9,08m. Nên :
.97,1
63,13
11
1.63,13.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






=

=
c, Xét cặp cột (4),(7); (5),(6)
Độ cao các cột : h
4
= 17 m
h
7
= 12 m
Khoảng cách giữa hai cột là :
ma 9,26
7;4
=
Lai Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 20
n Tt Nghip K thut in cao ỏp

mhh 33,113/2
47
=>
75,3
17
12
1.17.75,0
175,0
75,0
1
2
1
1
21
1

=






=








=

=
b
h
h
hb
h
hh
h
b
Vậy a = a b = 26,9 3,75 = 23,15 m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m

a
hh
o
69,8
7
15,23
12
7
.
2
===
h
x
= 6m >
3
2
h
o
=
3
2
.8,69 = 5,79m. Nên :
.02,2
69,8
11
1.69,8.75,01.75,0 m
h
h
hr
o

x
oxo
=






=








=
d, Xét cặp cột (7),(6) :
Độ cao các cột : h
7
= h
8
= 12m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 38 m.
-Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh

o
57,6
7
38
12
7
===
-Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 11m: h
x
= 6m >
3
2
h
o
=
3
2
6,57 = 4,38m. Nên :
.43,0
57,6
11
1.57,6.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=

=








=
5. Bảng kết quả tính toán của phơng án I
Cặp cột a (m) a(m) h(m) h
0
(m) R
x
(m) R
0
(m)
1-2 27 17 13,14 4,88 1,6
1-5 22,85 17 13,7 4,88 2,06
2-4 23,56 17 13,63 4,88 1,97
4-7 26,9 3,75 17-12 8,69 4,88-6,75 2,02
5-6 26,9 3,75 17-12 8,69 4,88-6,75 2,02
6-7 38 12 6,57 6,75 0,43

6. Kết luận
Tổng số cột: 7 cột gồm 5 cột cao 17m và 2 cột cao 12m
Lai Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 21
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Tæng chiÒu dµi: l = (17-11).2 + 3.17 +2.12 = 87 m
S¬ ®å ph¹m vi b¶o vÖ H×nh 1.6
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 22
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
11m
11m
11m
12m
12m
17m
17m
11m
17m
11m
0.32
11m
17m
11m
17m
11m
1.60
4.06
7.00
9.00
0.50
3.00

2.00
3.00
0.50
9.00
4.00
3.00
4.00
6.50
9.00 6.00
8.00
3.00
4.00
3.00
2.00
3.00 3.00
3.00
1.50
1.00
3.00
TN1TN2
7.80
7.00
1.99
55.01
60.00
45.00
2.84
R4.88
2.84
R6.75

R4.88
R6.75
R6.75
R4.88
1.87
R4.88
22 kV
35 kV
T1
T2
3
7
6
5
4
2
1
phßng ®iÒu khiÓn
phßng ph©n phèi
bÓ c¸t
H×nh 1.6. S¬ ®å ph¹m vi b¶o vÖ cét thu sÐt ph¬ng ¸n 1
1.5.2. Ph¬ng ¸n 2
Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 23
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi nh hình vẽ (1 7) ,ở phơng án này ta bố trí cột thu lôi (1) ; (2) trên xà
của trạm có chiều cao 11 m và cột 3, 4, 5, 6, 7,8 đặt độc lập.
17m
17m
12m
3

4
1
2
5
6
8
7
T2
T1
35 kV
22 kV
45.00
60.00
55.01
7.00
7.80
TN2 TN1
3.00
1.00
1.50
3.00
3.003.00
2.00
3.003.007.00
6.009.00
4.00
6.50
3.00
4.00
9.00

0.50
3.00
2.00
3.00
0.50
9.00
7.00
4.06
17m
11m
11m
11m
11m
17m
12m
12m
12m
11m
11m
11m11m
4.00
phòng điều khiển
phòng phân phối
bể cát
Hình 1.7. Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi phơng án 2
Li Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 24
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
1. Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi
a, Xét nhóm cột (1),(2),(3):
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thờng có độ dài các cạnh là :

a
12
= 27 m ; a
23
= 14,31 m ; a
13
= 36,23 m
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định bởi
công thức Hê rông:
)cp)(bp)(ap.(p.
c.b.a
r

=
4
;
2
cba
p
++
=
: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p
++
=
=
27 14,31 36,23

38,77
2
m
+ +
=
Từ đó :
))()(.(.2
..
cpbpapp
cba
D

=

=
( ) ( ) ( )
27.14,31.36,23
41,57
2. 38,77. 38,77 27 . 38,77 14,31 . 38,77 36,23
m
=

Độ cao tác dụng để nhóm cột (4),(2),(3) bảo vệ đợc hoàn toàn phần diện tích giới
hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện :
h
a
D/8 =
41,57
8
= 5,20 m

b, Xét nhóm cột (1),(2),(4):
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thờng có độ dài các cạnh là :
a
12
= 27m ; a
14
= 13,14 m ; a
24
= 33,42 m
Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định bởi
công thức Hê rông:
)cp)(bp)(ap.(p.
c.b.a
r

=
4
;
2
cba
p
++
=
: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p
++
=

=
27 13,14 33,42
36,78
2
m
+ +
=
Từ đó :
))()(.(.2
..
cpbpapp
cba
D

=

Lai Th Kim Hoa - Lp HT Trm in Lc Vnh Phỳc 25