Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Lời nói đầu.
Đờng dây và trạm biến áp là những phần tử chính trong hệ thống truyền tải và
phân phối điện năng.Cùng với sự phát triển nhanh của khoa học kỹ thuật thì điện
năng ngày càng trở nên hết sức quan trọng trong sự phát triển chung của xã hội.
Công suất của phụ tải ngày càng tăng kèm theo đòi hỏi ngày càng cao về chất lợng
điện năng,điều đó thúc đẩy sự phát triển nhanh của hệ thống điện.Trạm biến áp là
nơi nhận điện và cung cấp cho các phụ tải. Các thiết bị trong trạm đều hiện đại và
chiếm một số vốn đầu t tơng đối lớn. Trong vận hành trạm có thể xuất hiện nhiều
loại sự cố khác nhau, một trong sự cố nguy hiểm nhất của trạm là sét đánh trực tiếp
vào trạm hoặc dây dẫn tới trạm.
Sét là hiện tợng phóng điện với dòng điện rất lớn sẽ gây phá hỏng máy biến áp và
đờng dây. Khi bị sét đánh thờng dẫn đến sự ngừng trệ việc cung cấp điện và truyền
tải điện ở một số khu vực, điều này làm thiệt hại lớn đến nền kinh tế , xã hội và tính
mạng con ngời.Điều đó đòi hỏi phải tính toán hệ thống chống sét sao cho giảm đợc
tối đa hiện tợng sét đánh vào khu vực bảo vệ.
Trong đề tài này với nhiệm vụ thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và
đờng dây cao áp dẫn tới trạm.
Tuy đã cố gắng rất nhiều nhng do thời gian còn hạn chế và kiến thức có hạn nên bản
đồ án này có thể không tránh khỏi những thiếu sót rất mong các thầy cô và các bạn
góp ý chỉ bảo thêm.
Bài đồ án đợc hoàn thành em xin chân thành cảm ơn sự động viên của các bạn và sự
giúp đỡ tận tình của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện Trờng Đại
Học Bách Khoa Hà Nội . Đặc biệt là sự hớng dẫn trực tiếp và sự chỉ bảo tận tình của
thầy giáo Trần Văn Tớp.
Em xin chân thành cảm ơn.
Mở đầu
Giới thiệu chung về hiện tợng sét ở Việt Nam.
Qua việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét cho các công trình,

thiết bị đã có lịch sử từ lâu đời. Ngày nay ngời ta đã tìm ra đợc những biện pháp,
những hệ thống thiết bị và những kỹ thuật tiên tiến để phòng chống sét một cách
hữu hiệu và an toàn. Tuy nhiên giông sét là hiện tợng tự nhiên. Mật độ, thời gian và
cờng độ sét mang tính ngẫu nhiên cho nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan
trọng đối với các công trình.
ở những vùng khác nhau, do điều kiện khí hậu và thiết bị kỹ thuật khác nhau nên
các đặc điểm về giông sét gây ra những tác hại khác nhau. Tuỳ theo từng vùng mà
có những biện pháp thích hợp để phòng chống sét có hiệu quả.
A.Tình hình giông sét ở việt nam:
Theo đề tài KC-03-07 của Viện năng lợng trong một năm số ngày giông trên Miền
bắc nớc ta thờng giao động trong khoảng từ 70 đến 110 ngày và số lần giông từ 150
đến 300 lần, nh vậy vào mùa ma trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 đến 3 cơn
giông.
Vùng giông nhiều nhất trên Miền Bắc là vùng Tiên Yên, Móng Cái; Tại đây hàng
năm có từ 100 đến 110 ngày, tháng nhiều giông nhất là các tháng VII, VIII có tới 25
ngày/ tháng.
Một số vùng khác có địa hình chuyển tiếp giữa cồng bằng số lần giông cũng nhiều
tới 200 lần với số ngày giông khoảng trên 100 ngày, các vùng còn lại từ 150 đến 200
cơn giông mỗi năm tập chung khoảng 90 đến 100 ngày.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
1

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Nơi ít giông nhất là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày giông. Xét về dạng
diễn biến của mùa giông trong năm ta thấy mùa giông không hoàn toàn đồng nhất
giữa các vùng. Nói chung ở Bắc Bộ mùa ma bão tập chung khoảng từ tháng 5 đến
tháng 9. ở phía tây Bắc Bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ đầu tháng 4 đến
tháng 8. ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ tháng 5, tháng 9 ở Hà Tĩnh, Quảng Bình .
Vùng Duyên hải trung bộ ở phần phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tơng đối

nhiều giông trong tháng 4 và từ tháng 5 đến tháng 8. Số ngày giông tập trung xấp xỉ
10 ngày/tháng. Tháng nhiều giông nhất (tháng 5 ) quan sát đợc 12 đến 15 ngày.
Những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) mỗi tháng chỉ gặp từ
2 đến 5 lần giông. Phía nam Duyên Hải trung bộ (từ Bình định trở vào) là khu vực ít
giông nhất thờng chỉ có tháng 5 số ngày giông chỉ xấp xỉ hoặc lớn hơn 10 ngày (Tuy
hoà 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày) còn các tháng khác của mùa
đông mỗi tháng chỉ quan sát đợc từ 5 đến 7 ngày giông.
Miền Nam cũng khá nhiều giông hàng năm trung bình quan sát đợc từ 40 đến 50
ngày đến trên 100 ngày tuỳ từng nơi. Khu vực nhiều giông nhất là vùng đồng bằng
Nam Bộ số ngày giông trung bình hàng năm lên tới 120 đến 140 ngày (Sài Gòn 138
ngày, Hà Tiên 129 ngày).
ở Bắc Bộ chỉ vào khoảng 100 ngày. Mùa giông ở Nam bộ từ tháng 4 đến tháng 11,
trừ tháng đầu mùa là tháng 4 tháng cuối mùa là tháng 11 số ngày giông trung bình
là 10 ngày trên mỗi tháng còn các tháng 5 tháng 6 đến tháng 10 mỗi tháng quan sát
trung bình gặp trên 20 ngày giông (sài gòn 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày).
Tây Nguyên mùa giông thờng chỉ có 2, 3 tháng số ngày giông đạt tới 10 đến 15
ngày đó là các tháng 4, tháng 5 và tháng 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan
sát đợc chừng 15 ngày giông. ở bắc Tây Nguyên 10 đến 12 ngày, nam Tây Nguyên
(P Lây Cu 17 ngày Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày) còn các tháng khác trong
mùa đông mỗi tháng trung bình từ 5 đến 7 ngày giông.
Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng tình hình giông sét trên ba miền khác nhau, những
vùng lân cận lại có mật độ giông sét tơng đối giống nhau.
Kết quả nghiên cứu đề tài KC-03-07 ngời ta đã lập đợc bản đồ phân vùng giông toàn
Việt nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. Các thông số cho ghi ở bảng 1.
Bảng 1 :
Vùng
Ngày giông
trung bình
(ngày/năm)
Giờ giông

trung bình
(giờ/năm)
Mật độ
sét trung
bình
Tháng
giông
cực đại
1. Đồng bằng ven biển Miền Bắc 81,1 215,6 6,47 8
2. Miền núi trung du Miền Bắc 61,6 219,1 6,33 7
3. Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 3,31 5;8
4. Ven biển Miền Trung 44,0 95,2 3,55 5;8
5. Đồng bằng Miền Nam 60,1 89,32 5,37 5;9
Từ các số liệu về ngày giờ giông số lợng đo lờng nghiên cứu đã thực hiện qua các
giai đoạn có thể tính toán đa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống các
khu vực (bảng 2)
Bảng 2 :
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
2

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Số ngày
giông
Khuvực
đồng bằng ven
biển miền bắc
Khuvực miền
núi trung du
miền bắc

Khu vực cao
nguyên
miền trung
Khu vực ven
biển miền
trung
Khu vực
đồng bằng
miền nam
20 ữ 40 2,43 ữ 4,68 2,1 ữ 4,2 1,2 ữ 2,4 1,22 ữ 2,44 1,26 ữ 2,52
4o ữ 60 4,86 ữ 7,92 4,2 ữ 6,3 2,4 ữ 3,6 2,44 ữ 3,65 2,52 ữ 3,78
60 ữ 80 7,92 ữ 9,72 6,3 ữ 8,4 3,6 ữ 4,8 3,65 ữ 4,87 3,78 ữ 5,04
80 ữ
100
9,72 ữ 12,1 8,4 ữ 10,5 4,8 ữ6,0 4,87 ữ 6,09 5,04 ữ 6,3
100 ữ
120
12,15ữ14,58 10,5 ữ12,6 6,0 ữ7,2 6,09 ữ 7,31 6,3 ữ 5,76
Qua nghiên cứu ở trên ta thấy Việt Nam là nớc có số ngày giông nhiều và mật độ
phóng điện lớn cho nên dòng sét cũng gây nên những thiệt hại đáng kể cho lới điện
và các công trình xây dựng ở Việt Nam
B. ảnh hởng của giông sét
ở Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nớc KC-03-07 đã lắp đặt các vật ghi sét
và bộ ghi tổng hợp trên các đờng dây tải điện trong nhiều năm liên tục. Kết quả thu
thập tình hình sự cố lới điện 220kV Miền Bắc từ năm 1987ữ1992 (bảng 3 )
Bảng 3 :
Loại sự cố
năm
Dới 220KV
ĐDK phả lại ữ Hà đông

Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét
1987 2 1 2 1 1
1988 5 2 5 2 1
1989 24 3 6 2 1
1990 25 4 2 1 1
1991 30 2 3 1 1
1992 19 4 4 4 3
Tổng số 106 16 38 11 8
Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đờng dây không 220 kV Phả Lại ữ Hà Đông
nguyên nhân do sét là 8/11 chiếm 72,7%. Sở dĩ lấy kết quả sự cố của đờng dây Phả
Lại ữ Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lới điện Miền Bắc vì đây là đờng dây
quan trọng của Miền Bắc vì sự cố đờng dây này ảnh hởng rất lớn đến tình hình
chuyên tải điện của Miền Bắc.
Kết luận : Qua những nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và những tác hại
của sét gây nên đối với lới điện, cho nên việc bảo vệ chống sét cho đờng dây điện và
các trạm biến áp là không thể thiếu đợc khi thiết kế lới điện. Vì vậy việc đầu t
nghiên cứu chống sét là cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lới điện ở n-
ớc ta.

Chơng I : Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
3

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
1.1 :Giới thiệu chung.
Khi các thiết bị điện của trạm phân phối điện ngoài trời bị sét đánh trực tiếp thì sẽ
gây những hậu quả ngiêm trọng : gây nên h hỏng các thiết bị điện, dẫn đến việc
ngừng cung cấp điện toàn bộ trạm trong một thời gian dài làm ảnh hởng đến việc
sản xuất điện năng và các ngàng kinh tế quốc dân khác.

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình thờng dùng các hệ thống
thu sét nh: cột thu sét, dây thu sét. Hệ thống thu sét gồm các bộ phận thu sét (kim,
dây ), bộ phận nối đất và các dây dẫn liên hệ hai bộ phận với nhau. Cột thu sét có
thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của
trạm và nhà máy.
Thông thờng để giảm vốn đầu t và để tận dụng các độ cao ở các trạm biến áp ngời ta
có thể đặt cột thu sẻt trên các xà đỡ, các cột đèn chiếu sáng, trên mái nhà... Cột thu
lôi độc lập thờng đắt hơn nên chỉ dùng khi không thể tận dụng các độ cao khác.
Nếu đặt cột thu lôi trên các kết cấu trạm phân phối điện ngoài trời và dùng dây
chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên
của đờng dây thì chúng sẽ đợc nối đất chung vào hệ thống nối đất của trạm.Vì vậy
khi sét đánh vào thu lôi hay đoạn dây chống sét ấy thì toàn bộ dòng điện sét sẽ đi
vào hệ thống nối đất của trạm và do đó làm tăng thế các thiết bị đợc nối đất chung
với hệ thống nối đất của trạm. Độ tăng thế đó lớn thì có thể gây nguy hiểm cho các
thiết bị, do vậy chỉ trong điều kiện cho phép mới đợc đặt cột thu lôi trên các công
trình trong trạm hoặc dùng dây chống sét ở trong trạm.
Tác dụng bảo vệ của hệ thống thu sét là ở chỗ tập trung điện tích ở đỉnh bộ phận thu
sét, tạo nên điện trờng lớn nhất giữa nó với đầu tia tiên đạo. Do đó thu hút các phóng
điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dới, chung quanh hệ thống thu sét. Bộ
phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện
tích cảm ứng trong đất đợc dễ dàng và khi có dòng điện sét đi qua điện áp trên các
bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ gây nên phóng điện ngợc từ nó tới công
trình đặt gần.
. Khi thiết kế hệ thống chống sét phải chú ý so sánh về các mặt kỹ thuật, mỹ thuật
và vấn đề nối đất của cột thu lôi. Đối với trạm phân phối ngoài trời 110kV trở nên
do có mức cách điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân
phối ,các trụ của các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi phải đợc ngắn nhất và sao cho
dòng điện sét khuếch tán vào trong đất theo 3ữ4 thanh cái của hệ thống nối đất.
Ngoài ra ở mỗi trụ của các kết cáu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện
trở nối đất. Khi bố trí cột thu sét của trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên phải0

thực hiện các điều sau:
+ ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối
đất bổ xung nhằm đảm bảo điện trở không đợc quá 4.
+ Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm 35kV phải tăng cờng cách điện của nó lên
đến mức cách điện của cấp 110kV .
+Trên đầu ra của cuộn dây 6ữ10kV cần đặt các chống sét van .
+Để bảo vệ cuộn dây 35kV cần đặt chống sét van. Khoảng cách giữa chỗ nối vào hệ
thống nối đất của vỏ máy biến áp và của chống sét van phải nhỏ hơn 5m . +
Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi và bộ
phận mang điện không đợc bé hơn chiều dài của chuỗi sứ.
+ Có thể nối cột thu lôi vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp110kV nếu
các yêu cầu trên đợc thực hiện . Khi dùng cột thu lôi độc lập phảI chú ý đến khoảng
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
4

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
cach giữa các cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ
cột thu lôi đến vật đợc bảo vệ.
Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ đợc đặt cột thu lôi trên xà máy biến
áp khi máy phát điện và máy biến áp đợc lối với nhau bằng cầu bọc kín và hai đầu
đợc lối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không đợc phép đặt cột thu lôi trên xà máy
biến áp. để đảm bảo về mặt cơ khí và để trống ăn mòn cần phải theo đúng qui định
về loại vật liệu, tiếp diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dới đất.
1.2. Yêu cầu đối vơí cột tròng sét và dây thu sét.
Cột thu sét lên dùng giá đỡ bằng cột bê tông cốt thép để làm dây dẫn dòng điện sét
từ kim thu sét đến hệ thống lối đất để giảm vốn đầu t.
+ Cột thu lôi đợc thiết kế làm việc ở trạng thai tự do không làm việc ở trạng thá
căng.
+ Khi trọn các phần tử của cột thu lôi (phần thu và dây dẫn dòng điện sét) dựa trên

sự phát nóng của chúng và trong tính toán có thể bỏ qua sự tản nhiệt ra môi trờng
xung quanh.
Kim thu sét phải nhỏ và nhọn để tập trung điện tích tạo lên trờng lớn nhất với tia
tiên đạo ... do đó thu hút dòng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dới và
xung quanh hệ thống thu sét.
+ Dây thu sét phải có tiết diện nhỏ và bề mặt dẫn điện tốt để đảm bảo dòng điện sét
chạy qua, tập trung điện tích và thu hút dòng điện sét về phía mình không gây ảnh
hởng đến phần tử nằm trong phạm vi bảo vệ đem lại sự an toàn cho các thiết bị đó.
- Khi bố trí dây thu sét để bảo vệ cho đờng dây cao áp thì tuỳ theo cách bố trí dây
đãn trên cột có thể treo một hoặc hai thu sét. Các dây trống sét đợc treo trên đờng
dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các
dây đó.
1.3. Tính toán hệ thống chống sét.
1.3.1.Các công thức sử dụng trong tính toán bảo vệ chống sét.
a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ của cột thu sét là miền giới hạn bởi mặt ngoài hình chóp tròn xoay
có bán kính đáy đợc xác định bởi phơng trình :

) -(
1
6,1
x
x
hh
h
h
r
x
+
=

(1-1)
Trong đó : - h là độ cao cột thu sét.
- r
x
là bán kính của phạm vi bảo vệ ở mức cao
x
h
.
- h
x
là độ cao của vật cần đợc bảo vệ.
- h - h
x
là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn
giản hoá (hình 1-1) đờng sinh hình chóp có dạng gấp khúc. Khi đó bán kính bảo vệ
đợc tính toán theo công thức sau đây :
- Khi
x
h

h
3
2
;
x
r
= 1,5h (1 -
h
h

x
8,0
) ( 1 - 2 )
- Khi
x
h

h
3
2
;
x
r
= 0,75h (1 -
h
h
x
) ( 1 - 3 )
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
5

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Các công thức trên chỉ dùng trong trờng hợp cột thu sét cao tới 30m. Khi cột có
độ cao trên 30m thì phải nhân theo hệ số hiệu chỉnh P với P =
h
5,5
và trên hình vẽ
dùng các hoành độ 0,75h.P và 1,5h.P
Hình 1.2 . Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét .

b. Phạm vi bảo vệ cuả hai cột thu sét có cùng độ cao.
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thớc lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi
bảo vệ của hai cột đơn. Bằng thực nghiệm ngời ta đã chứng minh đợc khu vực có
xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính r =3,5h. Nh vậy khi hai cột
thu sét đặt cách nhau a = 2R = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất trong khoảng
giữa hai cột sẽ không bị sét đánh. Từ đó suy ra nếu hai cột thu sét đặt cách nhau
khoảng cách a < 7h thì sẽ bảo vệ đợc độ cao
0
h
xác định bởi :
h -
0
h
=
7
a


0
h
= h -
7
a
( 1 - 4 )
Mặt cắt thẳng đứng đi qua hai cột thu sét của phạm vi bảo vệ cho trên hình ( 1-3):

Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
6
Mặt bằng của
phạm vi bảo vệ ở

mức cao hx

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Hình 1. 3 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng độ cao.
c. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau.
Cột 1 có độ cao h
1.
Cột 2 có độ cao h
2
(h
1
< h
2
)
Khoảng cách giữa 2 cột là a.
Ta có cách vẽ phạm vi bảo vệ :
Hình 1. 4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau.
Khi độ cao cột thu sét vợt quá 30m cũng có hiệu chỉnh tơng tự nh trên và:
0
h
= h -
p
a
7
Cách vẽ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao khác nhau đựoc trình
bày trên ( hình 1 - 4 ). Trớc tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao, sau đó qua đỉnh
cột thấp vẽ đờng thẳng gặp đờng sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3, điểm
này đợc xem là đỉnh của cột giả định nó sẽ cùng với cột thấp ( cột 2 ) hình thành đôi
cột có độ cao bằng nhau (

2
h
) với khoảng cách a
/

Khoảng cách giữa cột 1 với cột giả định là
L

.
Khi đó : a= a -
L

Nếu h
2
>
3
2
h
1
Thì:

L

= 0.75 h
1
( 1- h
2
/h
1
)

Nếu h
2

3
2
h1 Thì:

L

=1,5 h
1
(1- h
2
/ h
1
)
d.Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét.
Khi công trình cần đợc bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng vài cột
thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công, lắp giáp. Trong trờng hợp này
ta nên bố trí nhiều cột thu sét để phối hợp cùng bảo vệ . Vật có độ cao hx nằm trong
đa giác hình thành bởi các cột sẽ đợc bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D 8 ( h -
x
h
) = 8
a
h
( 1 - 5 )
Trong đó:
- D : đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi đỉnh các cột thu

sét.
-
a
h
= h -
x
h
: độ cao hiệu dụng cột thu sét, là phần vợt cao hơn so với mức
cao
x
h
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
7

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Khi các cột thu sét bố trí bất kỳ cần phải kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn cho từng
cặp ba cột đặt gần nhau. Nếu độ cao vợt quá 30m điều kiện bảo vệ ở (1-5) đợc hiệu
chỉnh theo
D 8 (h-
x
h
) p = 8
a
h
p Khi xét các nhóm cột bảo vệ gồm có ba cột hợp với nhau
thành một tam giác có ba cạnh là a, b, c thì D đợc tính nh sau :
D =
))()((.2
..

cpbpapp
cba

(m) (1 - 7)
Trong đó : p là nửa chu vi tam giác ABC.
P =
.2
cba
++

a) b)
Hình 1 . 4
a.Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét b.Phạm vi bảo vê của 4 cột thu sét
!.3.2 Các thiết bị trong trạm và nhiệm vụ tính toán :
a. Kích thớc trạm :
Trạm có kích thớc :
Chiều dài : 50m.
Chiều rộng : 35m.
Phía 110 kV có :
Hai lộ 110 kV dẫn điện vào trạm.
Thiết bị phân phối cao áp gồm hai hệ thống thanh góp có chiều dài 18,5 m.
Hai maý biến áp có độ cao 4 m.
Chiều cao của xà kéo dây cao nhất là 11 m.
Chiều cao thanh góp cứng là 8m.
Nhà điều khiển cao 5m , chiều dài 27 m , chiều rộng 7 m đặt các thiết bị phân phối,
thiết bị dự phòng và thiết bị điều khiển toàn bộ trạm.
Các thiết bị khác nh dao cách li, máy cắt... nằm dới hai hệ thống thanh góp nên ta
không cần xét đến.
*Nhiệm vụ của chúng ta là phải bố trí cột thu sét trên mặt bằng của trạm sao cho
đảm bảo chống sét đánh trực tiếp cho tất cả các thiết bị trong trạm. Bao gồm : dự

tính số lợng, vị trí đặt cột thu sét, độ cao của từng cột. Phạm vi bảo vệ của một cột,
phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột và phạm vi bảo vệ của toàn bộ hệ thống thu sét.
*Ta bố trí các phơng án nh sau:
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
8

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
1.4 Vạch phơng án và tính toán các phơng án.
1.4.1 Phơng án 1:
*Trong phơng án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà đỡ dây và
2 cột E,F đặt trên nóc nhà đIều khiển. Vị trí của các cột nh trên hình vẽ 1.7
a.Tính độ cao của cột phía 110 kV.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vê hx = 11 m.
-Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách các
cột :
AD = BC =18,5 m
AB = CD = 27 m
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D: là đờng kíng đờng tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD.
ha : là độ cao tác dụng của các cột
Ta có D=
22
ADAB
+
=
22
5,1827
+

= 32,73 m.
Ta có : ha
8
D
ha
8
73,32
ha 4,09.
Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,09 m
Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là :
h
1
= ha +h
x
= 4,09 + 11
= 15,09 m .
Do đó ta chọn chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D là 15,5 m
b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : h
x
= 5m.
-Xét nhóm 4 cột CDEF. Bốn cột này tạo thành một hình chữ nhật với khoảng cách
giữa các cột là :
DE = CF = 25,5 m.
EF = CD = 27 m.
Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật CDEF
D =
22

CDCF
+
=
22
275,25
+
=37,14 m.
ha : là độ cao tác dụng của các cột .
ha
8
D
ha
8
14,37
ha 4,64.
Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,64 m.
Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là:
h
2
=h
x
+ ha
= 5 + 4.64 = 9,64 m.
Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10 m.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
9

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà điều

khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10 m. Bốn cột A,B,C,D
có độ cao 15,5 m.
Tính toán phạm vi bảo vệ .
Phạm vi bảo vệ của cột cao 15,5 m là:
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 15,5 = 10.33 m .
hx = 11 m >
3
2
h .
Vậy nên bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 0,75 h
0
( 1 -
h
hx
)
= 0,75 . 15.5 ( 1 -
5,15
11
)
= 3,375 m.
Phạm vi bảo vệ của cột cao 10 m là :

Ta có :
3
2
h =
3
2
. 10 = 6,667 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 10 (1 -
10.8,,0
5
)
=5,625 m .
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột A và B là :
Ta có : h = 15,5 m .
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m
Với 7h = 7. 15,5 = 108,5 m .
a < 7 h
+ Độ cao thấp nhát đợc bảo vệ giữa 2 cột là :

h
0
= h -
7
a
=15,5 -
7
27
= 11,643 m .
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
0
=
3
2
. 11,643 = 7,762 m .
h
x
= 11 m >
3
2
h
0
.
r
0x
= 0.75 .h

0
( 1-
0
h
hx
).
= 0,75. 11,643. ( 1 -
643,11
11
)
= 0,482 m .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
10

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột A và D :
Ta có h = 15,5 m
Khoảng cách giữa 2 cột : a= 18,5 m
Với 7h = 7 . 15,5 = 108,5 m
. a < 7 h.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là:
h
o
= h -
7
a
= 15,5 -
7
5,18

= 12,857 m .
+Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có ;
3
2
h
o
=
3
2
.12,857 = 8,571 m .
h
x
= 11 m >
3
2
h
o
r
ox
= 0,75 ho (1 -
ho
hx
)
= 0,75. 12,857 ( 1 -
857,12
11
)
= 1,393 m .
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột B và C . Ta có hai cột B và C có khoảng cách , độ

cao và của thiết bị cần bảo vệ bằng của 2 cột A và D nên có giá trị bằng phạm vi
bảo vệ của 2 cột A và D .
Với : h
0
=12,857 m
r
ox
= 1,393 m.
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột E và F
Ta có : h = 10 m.
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m.
Với 7h = 7 .10 = 70 m
a < 7h
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7
a
=10 -
7
27
= 6,143 m .
+ Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
o
=

3
2
. 6,143 = 4,095 m .
h
x
= 5m >
3
2
h
r
ox
= 0,75 h
o
( 1-
ho
hx
)
= 0,75 .6,143 ( 1 -
143,6
5
)
=0,886 m.-
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột D và E là :
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
11

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Ta có :
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m.

Chiều cao cột D là : h
1
= 15,5 m.
Chiều cao cột E là : h
2
= 10 m .

3
2
h
1
=
3
2
. 15,5 = 10,333 m .

3
2
h
1
> h
2
.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h
2
-
7

,
a
,
a
= a -

L
a: là khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m.


L = 1,5 .h
1
( 1-
1
2
8.0 h
h
)
= 1,5 . 15,5 (1 -
5,15.8,0
10
)
= 4,5 m .
h
0
= 10 -
7
21
= 7 m.
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :

Ta có :
3
2

o
h
=
3
2
.7 = 4,67 m
h
x
= 5 m >
3
2
h
o
r
ox
= 0,75 h
o
( 1 -
o
h
hx
)
=0,75 .7 ( 1-
7
5
)

= 1,5 m.
-Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F .
Ta có 2 cột C và E có cùng chiều cao cột thu sét , chiều cao vật cần bảo vệ và
khoảng cách giữa 2 cột bằng 2 cột D và E nên phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F
bằng phạm vi bảo vệ giữa 2 cột D và E với :
h
o
= 7 m.
r
ox
= 1,5 m
Kết Luận :Trong phơng án I ta có 6 cột thu sét với :
+ Chiều cao cột A,B,C,D là 15,5 m.
+ Chiều cao cột E,F là 10 m.
+ Bán kính bảo vệ của cột A,B,C,D là 3,375 m.
+ Bán kính bảo vệ của cột E,F là 5,625 m.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột và bán kính bảo vệ tơng hỗ của 2 cột có
giá trị trong bảng sau .
Cột h
o
(m) r
ox
(m)
A và B 11,643 0,482
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
12

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
A và D 12,857 1,393

B và C 12,857 1,393
C và F 7 1,5
F và E 6,143 0,886
E và D 7 1,5
*Vẽ mặt bằng, mặt cắt của phạm vi bảo vệ:
+ Mặt bằng hình 1.8.
+ Mặt cắt hinh 1.9.
1.4.2.Phơng án 2
* Trong phơng án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà đỡ dây và
2 cột E,F đặt trên nóc nhà điều khiển. Vị trí của các cột nh trên hình vẽ 1.10.
a.Tính độ cao của cột phía 110 kV.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vê h
x
= 11 m.
-Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách các
cột :
AB = CD =18 m
AD = BC = 27 m
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D: là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD.
ha : là độ cao tác dụng của các cột
Ta có D=
22
ADAB
+
=
22
5,1818
+

= 25,812 m.
Ta có : ha
8
D
ha
8
812,25
ha 3,227 m .
Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 3,227 m
Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là :
h
1
= ha +h
x
= 3,227 + 11
= 14,227 m .
Do đó chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D ta lấy là 14,5 m
b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : h
x
= 5m.
-Xét nhóm 3 cột DEF. Ba cột này tạo thành một tam giác thờng với khoảng cách
giữa các cột là :
EF = 27 m.
DE =
22
HDEH
+
.
Với H là điểm cho trên hình vễ 1.10 ta có:

DE =
22
5,45,18
+
=19,04 m
DF =
22
IDFI
+

Với I là điểm cho trên hình vẽ 1.10 ta có:
DF =
22
5,225,18
+
=29,129 m .
Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 3 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
13

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Trong đó : D là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình tam giác DEF
ha : là độ cao tác dụng của các cột .
ha
8
D
+ Tính D
D =

))()((2
..
DFPDEPEFPP
DFDEEF

Với P là nửa chu vi của tam giác DEF
P =
2
DFDEEF
++
=
2
129,2904,1927
++
= 35,585 m.
D =
129,29585,35)(04,19585,35)(27585,35(585,352
129,29.04,19.27

= 42,7 m .
ha
8
7,42
ha 5,34 m.
Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 5,34 m.
Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là:
h
2
= h
x

+ ha
= 5 + 5,34 = 10,34 m.
- Xét nhóm 3 cột CEF . Ta thấy nhóm 3 cột này cũng tạo thành một tam giác thờng
bằng tam giác tạo thành từ nhóm 3 cột DEF và độ cao cần bảo vệ nh nhau nên độ
cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là nh nhau.
Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10,5m.
Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà điều
khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10,5 m. Bốn cột
A,B,C,D có độ cao 14,5 m.
Tính toán phạm vi bảo vệ .
Phạm vi bảo vệ của cột cao 14,5 m là:
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 14,5 = 9,667 m
hx = 11 m >
3
2
h .
Vậy nên bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 0,75 h ( 1 -
h
hx
)
= 0,75 . 14.5 ( 1 -

5,14
11
)
= 2,625 m.
Theo sơ đồ mặt bằng của trạm vì ta bố trí cột thu sét ở giữa xà đỡ dây nên khoảng
cách từ đầu xà đến giữa xà là 4,5 m. Ta phải bảo vệ toàn xà vì vậy bán kính bảo vệ
tối thiểu phải là 4,5 m. Vì vậy với độ cao 14,5 m không đảm bảo phạm vi bảo vệ.
Giả sử ta tăng cột lên cao 17m ta có :

3
2
h =
3
2
. 17 = 11,333 m .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
14

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
h
x
= 11 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-

h
hx
8.0
)
= 1,5. 17 (1 -
17.8,0
11
)
= 4,875 m. (Thoả mãn)
Vậy ta lấy chiều cao cột A,B,C,D là 17 m.
- Phạm vi bảo vệ của cột cao 10,5 m là :
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 10,5 = 7 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)

= 1,5. 10,5 (1 -
5,10.8,0
5
)
= 6,375 m .
Theo sơ đồ mặt bằng của trạm thì phạm vi bảo vệ của cột E và F tối thiểu cũng phải
bằng chiều rộng của nhà điều khiển thì mới đảm bảo yêu cầu. Chiều rộng của nhà
điều khiển là 7m vì vậy bán kính bảo vệ tối thiểu của cột E,F là 7m. Với độ cao của
cột là 10,5 m không đảm bảo vậy giả sử ta tăng chiều cao của cột lên là 11,5m . Ta
có:

3
2
h =
3
2
. 11,5 = 7,667 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 11,5 (1 -

5,11.8,0
5
)
= 7,875 m . (Thoả mãn )
Vậy ta lấy chiều cao cột E,F là 11,5 m.
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột E và F là :
Ta có : h = 11,5 m .
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m
Với 7h = 7. 11,5 = 80,5 m .
a < 7 h
+ Độ cao thấp nhát đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7
a
=11,5 -
7
27
= 7,643 m .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
15

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2
h

0
=
3
2
. 7,643 = 5,095 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 7,643 (1 -
643,7.8,0
5
)
= 2,09 m.
Theo sơ đồ mặt bằng của trạm thì phạm vi bảo vệ của cột E và F phải bảo vệ toàn
bộ nhà điều khiển thì mới đảm bảo yêu cầu. Chiều rộng của nhà điều khiển là 7m vì
vậy bán kính bảo vệ tơng hỗ tối thiểu của cột 2 cột E và F phải là 7 m. Với độ cao
của cột là 11,5 m không đảm bảo vậy giả sử ta tăng chiều cao của cột lên là 15m .
Ta có:
+ Độ cao thấp nhát đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0

= h -
7
a
=15 -
7
27
= 11,143 m .
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
0
=
3
2
. 11,143 = 7,429 m .
h
x
= 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0

)
= 1,5. 11.143 (1 -
143,11.8,0
5
)
= 7,34 m. (Thoả mãn)
Vậy ta lấy chiều cao cột E,F là 15 m.
Bán kính bảo vệ của cột cao 15m là:
Ta có:
3
2
h =
3
2
. 15 = 10 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 15 (1 -
15.8,0
5

)
=13,125 m.
- Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột A và D :
Ta có h = 17 m
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
16

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Khoảng cách giữa 2 cột : a= 18,5 m
Với 7h = 7 . 17 = 119 m
. a < 7 h.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là:
h
o
= h -
7
a
= 17 -
7
5,18
= 14,357 m .
+Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có ;
3
2
h
o
=
3

2
.14,357 = 9,571 m .
hx = 11 m >
3
2
h
o
r
ox
= 0,75 ho (1 -
ho
hx
)
= 0,75. 14,357 ( 1 -
357,14
11
)
= 2,531 m .
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột B và C . Ta có hai cột B và C có khoảng cách , độ
cao và của thiết bị cần bảo vệ bằng của 2 cột A và D nên có giá trị bằng phạm vi
bảo vệ của 2 cột A và D .
Với : h
0
=14,357 m
r
ox
= 2,531 m.
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột Avà B
Ta có : h = 17 m.
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 18 m.

Với 7h = 7 .17 = 119 m
a < 7h
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7
a
=17 -
7
18
= 14,429 m .
+ Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
o
=
3
2
. 14,429 = 9,619 m.
h
x
= 11m >
3
2
h
o
r

ox
= 0,75 h
o
( 1-
ho
hx
)
= 0,75 .14,429 ( 1 -
429,14
11
)
=2,572 m.-
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột D và E là :
Ta có :
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 19,04 m.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
17

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Chiều cao cột D là : h
1
= 17 m.
Chiều cao cột E là : h
2
= 15 m .

3
2
h

1
=
3
2
. 17 = 11,33 m .

3
2
h
1
< h
2
.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h
2
-
7
,
a
,
a
= a -

L
a: là khoảng cách giữa 2 cột : a = 19,04 m.

L = 0,75 ( h
1
h
2
)
= 0,75 (17 15 )
=1,5 m .

,
a
= 19,04 1,5 =17,54 m.
h
0
= 15 -
7
54,17
= 12,494 m.
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2

o
h
=
3
2
.12,494 = 8,33 m
h
x

= 5 m <
3
2
h
o
r
ox
= 1,5 h
o
( 1 -
o
x
h
h
8,0
)
=0,75 .12,494 ( 1-
494,12.8,0
5
)
= 9,366 m.
-Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột C và F .
Ta có 2 cột C và F có cùng chiều cao cột thu sét , chiều cao vật cần bảo vệ và
khoảng cách giữa 2 cột bằng 2 cột D và E nên phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F
bằng phạm vi bảo vệ giữa 2 cột D và E với :
h
o
= 12,494 m.
r
ox

= 9,366 m
Kết Luận :Trong phơng án II ta có 6 cột thu sét với :
+ Chiều cao cột A,B,C,D là 17 m.
+ Chiều cao cột E,F là 15 m.
+ Bán kính bảo vệ của cột A,B,C,D là 4,875 m.
+ Bán kính bảo vệ của cột E,F là 13,125 m.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột và bán kính bảo vệ tơng hỗ của 2 cột có
giá trị trong bảng sau .
Cột h
o
(m) r
ox
(m)
A và B 14,429 2,572
A và D 14,357 2,531
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
18

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
B và C 14,357 2,531
C và F 12,494 9,366
F và E 11,143 7,34
E và D 12,494 9,366
*Vẽ mặt bằng, mặt cắt của phạm vi bảo vệ:
+ Mặt bằng hình 1.11.
+ Mặt cắt hinh 1.12.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
19

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
1.2.3.Phơng án 3.
Ta bố trí hai dây thu sét dọc theo các điểm ABC và DEF. Bốn cột ABDE dặt trên xà
đỡ của hệ thống hai thanh góp 110KV hai cột C và F đặt trên nóc nhà điều khiển.
Vị trí của các cột đỡ dây nh trên hình vẽ 1.13, 1.14
Vì khoảng cách giữa các cột nhỏ lên ta không cần tính đến độ võng của dây chống
sét.
Tính độ cao của dây thu sét phía thanh góp 110kV.
+ Khoảng cách giữa hai dây : S =27m
+ Chiều cao cần bảo vệ: h
x
=11m
+Giả sử ta thiết kế hai dây có độ cao bằng nhau để cho toàn bộ diện tích nằm
trong hai dây đợc bảo vệ an toàn thì :
S 4ha
ha: là độ cao tác dụng của dây
ha
4
S
=
4
27
=6,75m
Vậy độ cao tác dụng tối thiểu để đảm bảo phạm vi bảo vệ là 6,75m
Độ cao tối thiểu của dây thu sét là :
h = ha + hx
= 6,75+11=17,75m
Tính chiều cao của dây thu sét phía máy biến áp và nhà điều khiển :
Khoảng cách giữa hai dây : S=27m

Độ cao cần bảo vệ h
x
= 5m
Giả sử ta thiết kế hai dây có độ cao bằng nhau để toàn bộ diện tích giới hạn bởi hai
dây đợc bảo vệ thì:
S 4ha
ha
4
s
=
4
27
= 6,75
Độ cao tối thiểu của dây thu sét là :
h = ha + h
x
= 6,75+5 =11,75
Vậy ta bố trí bốn cột đỡ dây ABDE bên phía hai hệ thống thanh góp 110kV cao
18m và hai cột C và F trên nóc nhà điều khiển cao 12m .

Tính phạm vi bảo vệ
Phạm vi bảo vệ của một dây cao 18m:
Ta có
mh 1218
3
2
3
2
=+
h

x
=11m <
h
3
2
Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx là:
b
x
= 1,2 h (1-
h
hx
8,0
)
= 1,2 18(1-
818,0
11
)
= 5,1m
- Phạm vi bảo vệ giữa hai dây có độ cao 18m
+ Điểm thấp nhất của phạm vi bảo vệ giữa hai dây là
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
20

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
h
0
= h-
4
s

=18-
4
27
=11,25m
+Chiều rộng nhỏ nhất ở hai đầu dây chống sét là:
Ta có
25,11.
3
2
3
2
0
=
h
= 7,5 m.
h
x
= 11 m >
0
3
2
h
b
0x
= 0,6. h
0
.( 1 -
0
h

hx
)
= 1,2. 12 (1 -
25,11
11
= 0,15 m.
Phạm vi bảo vệ của 1 dây cao 12 m .
Ta có:
mh 812.
3
2
3
2
==
h
x
= 11m <
h
3
2
Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở độ cao h
x
là ;
b
x
= 1,2 h (1-
h
hx
8,0
)

= 1,2. 12 ( 1-
12.8,0
5
)
= 6,9m .
Phạm vi bảo vệ giữa 2 dây có độ cao 12m.
+ Điểm thấp nhất của phạm vi bảo vệ giữa 2 dây là:

4
0
S
hh
=
= 12 -
4
27
= 5,25m.
+ Chiều rộng nhỏ nhất ở hai đầu dây chống sét là;
Ta có:
mh 5,325,5.
3
2
3
2
0
==
h
x
= 5m >
0

3
2
h









=
0
00
16,0
h
hx
hb
x
=







25,5
5

125,5.6,0
= 0,15m.
Vẽ mặt bằng , mặt cắt của phạm vi bảo vệ:
+ Mặt bằng ( Hình 1.15)
+ Mặt cắt ( hình 1.16).
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
21

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
1.5. So sánh các phơng án đa ra phơng án tối u.
Phơng án 1.
Trong phơng án này ta dùng 6 cột thu sét trong đó:
+ Bốn cột đợc đặt trực tiếp trên xà đỡ dây ở độ cao 11.
4 cột có độ cao 15,5m Chiều cao cột cần dựng là :
h
1
= 15,5 - 11 = 4,5m.
+Hai cột đặt trên nóc nhà điều khiển ở độ cao 5m có chiều cao là 10m
Chiều cao cột cần dựng là :
h
2
= 10 - 5 = 5m .
Ta có tổng chiều cao cột cần dựng trong phơng án I là:
h = 4.h
1
+2.h
2
= 4.4,5 + 2.5 = 28m.
- Nhận xét: Trong phơng án này các cột có độ cao tơng đối đồng đều thuận tiện

cho việc lắp đặt và bảo quản. Phạm vi bảo vệ đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong
trạm .
Phơng án 2.
Trong phơng án này ta bố trí 6 cột thu sét trong đó:
+ Bốn cột đợc đặt trực tiếp trên xà đỡ dây ở độ cao 11m.
4 cột có độ cao 17m Chiều cao một cột cần dựng là:
h
1
= 17 11 = 6m.
+ Hai cột đặt trên nóc nhà đIều khiển ở độ cao 5mcó chiều cao là 15m.
Độ cao một cột cần dựng là:
h
2
= 15 5 = 10m.
Ta có tổng chiều cao cột cần dựng trong phơng án này là:
h = 4.h
1
+ 2.h
2
= 4. 6 + 2. 10 = 44m.
Nhận xét: Trong phơng án này chiều cao các cột tơng đối đồng đều . Nhng chiều
cao 2 cột trên nóc nhà điều khiển tơng đối lớn so với độ cao cần bảo vệ. Phạm vi bảo
vệ đảm bảo an toàn cho mọi thiết bị trong trạm.
* Phơng án 3.
Trong phơng án này ta bố trí hai dây thu sét dọc theo hai hệ thống thanh góp tới nhà
điều khiển. Cột đỡ dây gồm 6 cột trong đó 4 cột đặt trực tiếp trên xà đỡ dây ở độ cao
11m và 2 cột đặt trên nóc nhà điều khiển ở độ cao 5m.
+ Chiều dài của dây thu sét :
h = 2 .44 = 88m.
+ Độ cao của cột đỡ dây:

Bốn cột đặt trên xà đỡ dây cao 18m độ cao một cột cần dựng là :
h
1
= 18 11 = 7m.
Hai cột đặt trên nóc nhà điều khiển có độ cao 12m Chiều cao một cột cần dựng
là:
h
2
= 12 5 = 7m.
Tổng độ cao của cột đỡ dây cần dựng là:
h = 4.h
1
+ 2. h
2
= 4. 7 + 2. 7 = 42m.
Nhận xét: Trong phơng án này độ cao của cột đỡ dây tơng đối đồng đều dễ lắp đặt
và bảo quản, phạm vi bảo vệ đảm bảo an toàn cho mọi thiết bị trong trạm. Nhng
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
22

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
phải lắp đặt cả phần cột đỡ và phần dây tơng đối dàI do vậy không có lợi về mặt
kinh tế.
* Kết luận: Trong 3 phơng án trên xét về mặt kinh tế và kỹ thuật thì phơng án I có
vốn đầu t nhỏ nhất và phạm vi bảo vệ đảm bảo an toàn cho mọi thiết bị trong trạm.
hai phơng án còn lại vốn đầu t lớn hơn. Vì vậy ta chọn phơng án I để thiết kế và thi
công cho trạm.
Chơng II
Thiết kế và tính toán hệ thống nối đất.

*Nhiệm vụ chung.
-Nhiệm vụ của hệ thống nối đất là tản dòng điện sét xuống đất để đảm bảo dòng
điện trên thiết bị chống sét có trị số bé. Trong việc bảo vệ quá điện áp, nối đất của
trạm biến áp, của các cột thu lôi, của đờng dây và của thiết bị chống sét rất quan
trọng. Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất khác nhau:
+Nối đất làm việc: Nhiệm vụ của loại nối đất này là đảm bảo sự làm việc bình th-
ờng của thiết bị hoặc của một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã đợc
quy định sẵn. Loại nối đất này gồm có nối đất điểm trung tính của máy biến áp
trong hệ thống có điểm trung tính nối đất, nối đất của máy biến áp đo lờng và của
kháng điện nằm trong bù ngang trên các đờng dây tải điện đi xa.
+Nối đất an toàn hay còn gọi là nối đất bảo vệ: Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho
ngời khi cách điện bị h hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi
bộ phận bình thờng không mang điện ( vỏ máy, thùng máy biến áp, máy cắt điện,
các giá đỡ, chân sứ...).Khi cách điện bị hỏng, trên các bộ phận này sẽ xuất hiện điện
thế nhng do đã đợc nối đất nên giữ đợc mức điện thế thấp...do đó đảm bảo an toàn
cho ngời khi tiếp xúc với chúng.
+Nối đất chống sét: Mục đích tản dòng điện sét vào trong đất ( khi có sét đánh vào
cột thu sét hoặc dây thu sét ) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên thân cột không
quá lớn...do đó hạn chế đợc các phóng điện ngợc tới công trình cần bảo vệ.
- ở các nhà máy điện và trạm biến áp về nguyên tắc phải tách rời các hệ thống nối
đất với nhau để đề phòng khi dòng điện ngắn mạch lớn hay dòng điện sét đi vào hệ
thống nối đất làm việc sẽ không gây điện thế cao trên hệ thống nối đất an toàn. Nh-
ng trong thực tế điều đó khó thực hiện cho nên thờng chỉ dùng một hệ thống nối đất.
Do đó hệ thống nối đất chung phải thoả mãn các yêu cầu của mọi thiết bị, hệ thống
nối đất cần có điện trở nối đất bé nhất. Điện trở nối đất của hệ thống này yêu sầu
không đợc quá 0,5 .
-Để đảm bảo về yêu cầu nối đất cũng nh để giảm khối lợng kim loại trong việc xây
dựng hệ thống nối đất nên tận dụng các loại nối đất tự nhiên nh:
+ ống nớc chôn dới đất hay các ống kim loại khác ( không chứa các chất dễ nổ, cháy
),

+ Hệ thống dây chống sét cột thu sét .
+ Kết cấu kim loại của các công trình .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
23

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
- Khi dùng nối đất tự nhiên phải tuân theo các quy định của quy phạm. Nếu điện trở
nối đất tự nhiên đã thoả mãn các yêu cầu của thiết bị có dòng điện ngắn mạch chạm
đất bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa. Nhng đối với các thiết bị có
dòng ngắn mạch lớn thì cần phải nối đất nhân tạo và yêu cầu trị số điện trở nối đất
nhân tạo vẫn phải nhỏ hơn 1.
2.1. Phơng pháp nối đất, các tham số ảnh hởng đến điện trở nối đất và hiện tợng
phóng điện xung kích.
2.1.1.Phơng pháp nối đất.
-Hệ thống nối đất bao gồm các điện cực đợc chôn trong đất để làm giảm nối đất
theo tiêu chuẩn của từng loại đất. Các điện cực thờng là các thanh dài nằm ngang
hoặc cột thẳng đứng để điện áp bớc nhỏ, lối đất có thể là mạch vòng hoặc lới vuông.
Khi tính toán ta phân làm 2 loại:
+Nối đất tự nhiên: ta sử dụng các nối đất có sẵn nh dây chống sét,cột thu sét, các kết
cấu kim loại của công trình.
+Nối đất nhân tạo : Nhằm mục đích đảm bảo điện trở nối đất của công trình khi nối
đất tự nhiên không đảm bảo đợc.
2.1.2.Các tham số ảnh hởng đến nối đất.
Các tham số ảnh hởng gồm: Kích thớc hình học của điện cực, cách bố trí điện cực,
trị số điện trở xuất của đất .
*ảnh hởng của kích thớc hình học:Trong trờng hợp tổng quát bất kỳ dạng nối đất
nào cũng có sơ đồ thay thế nh đờng dây dài với tham số : r, l, g, c. ( hình 2.1 ).
Hình 2.1
Khi tính toán có thể bỏ qua r vì điện trở tác dụng của nối đất có thể nhỏ hơn nhiều

so với điện trở tản của nối đất và bỏ qua điện dung c vì dòng điện dung cũng nhỏ
ngay cả trờng hợp sóng sung kích. Điện cảm L và điện dẫn G phụ thuộc vào kích th-
ớc hình học của điện cực hệ thống nối đất. Sơ đồ thay thế rút gọn có dạng nh hình
2.2

Hình 2.2.
Khi có điện cảm L thì tác dụng của nó đối với dòng điện đi vào hệ thống nối đất
khác nhau, với dòng điện có tốc độ biến thiên nhỏ nh dòng điện công nghiệp thì giá
trị L nhỏ và có thể gây tác dụng không đáng kể. Với dòng điện có tốc độ biến thiên
lớn nh dòng điện sét thì giá trị điện cảm rất lớn, điện cảm đối với dòng điện thể
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
24

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
hiện ở thời gian quá độ. T là thời gian mà dòng điện tính từ lúc cha ổn định đến ổn
định. Với dòng điện sét thời gian quá độ T đợc tính từ thời điểm dòng điện bắt đầu
đi vào hệ thống nối đất đến khi kết thúc quá trình quá độ. Thời gian tỷ lệ với điện
cảm và điện dẫn của các hệ thống nối đất T L.g.l
2
. Khi dòng điện đi trong đất là
dòng điện sét, tham số biểu thị của nối đất với dòng điện thể hiện ở
đs
và thời gian
T.
Khi T
đs
dòng điện đạt cực đại quá trình cha kết thúc, điện cảm L không thể bỏ
qua trong tính toán và phản ứng của nối đất là một tổng trở có giá trị lớn hơn nhiều.
Trong trờng hợp này tơng tự nh đờng dây nối đất gọi là nối đất phân bồ dài .

Khi T <
đs
dòng điện đạt cực đại thời gian quá độ kết thúc và nối đất thể hiện nh
một điện trở tản. Trờng hợp này ứng với nối đất tập trung.
*ảnh hởng của cách bố trí điện cực :
Cách bố trí điện cực có ảnh hởng rất lớn đến trị số của điện trở tản của hệ thống nối
đất. Điều này thể hiện ở chỗ điện trờng trong đất của các điện cực khác nhau nhiều
so với trờng hợp một cực đơn , có ngĩa là điện trở một cực của hệ thống nối đất tỷ lệ
với điện trở một cực qua hệ số.
*ảnh hởng của trị số điện trở xuất của đất .
Đất là môi trờng phức tạp không đồng nhất về mặt kết cấu và thành phần do đó điện
trở xuất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố thành phần : độ ẩm, nhiệt độ của đất .
Do khí hậu các mùa thay đổi nên giá trị điện trở xuất của đất cũng thay đổi. Vì vậy
khi thiết kế hệ thống nối đất trị số tính toán điện trở xuất của đất ta phải thay đổi lấy
trị số lớn nhất.
Trị số đó đợc tính toán bởi công thức:
=
đo
. K
mùa
Trong đó :
đo
: Điện trở xuất đo đợc của đất.
K
mùa
: hệ số mùa.
Hệ số mùa mỗi loại đất khác nhau có trị số khác nhau.
2.1.3. Hiện tợng phóng điện xung kích.
Khi có dòng điện sét đi vào điện cực nối đất thì gây ra một điện trờng lớn đến một
thời hạn thì xảy ra quá trình phóng điện trong đất. Các tia lửa điện phát triển xung

quang điện cực tạo ra vùng hồ quang, cực nối đất xem nh là to ra và điện trở nối đất
giảm. Điện trở nối đất đợc tính bằng công thức:
R
xk
=
xk
. R ; Với
xk
< 1 là hệ số xung kích.
2.2.Yêu cầu đối với hệ thống nối đất.
Bộ phận nối đất của hệ thống thu sét cần có điện trở nối đất bé để việc tập trung điện
tích cảm ứng phía mặt đất đợc đẽ dàng và khi có dòng điện sét đi qua, điện áp trên
các bộ phận của hệ thống thu sét sẽ không đủ để gây phóng điện ngợc từ nó tới các
công trình đặt gần.
2.3.Tính toán nối đất cho trạm.
2.3.1.Tính toán nối đất an toàn.
-Trạm 110kVyêu cầu điện trở nối đất của hệ thống 0,5 .
-Điện trở nối đất gồm 2 phần :
+Điện trở nối đất tự nhiên .
+Điện trở nối đất nhân tạo .
Tính toán điện trở nối đất tự nhiên.
Trạm thiết kế có dây chống sét dùng để bảo vệ đờng dây đợc kéo vào tận xà của
trạm. Nên điện trở nối đất tự nhiên là điện trở hệ thống dây thu sét cột .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
25