Thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và đường dây cao áp dẫn tới trạm.

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
1
Thiết kế hệ thống chống sét cho một trạm biến áp và
đường dây cao áp dẫn tới trạm.

MỞ ĐẦU
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HIỆN TƯỢNG 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 người ta đã tìm ra được
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
tượng tự nhiên. Mật độ, thời gian và cường độ sét mang tính ngẫu nhiên cho
nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng đối v
ới 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 lượng trong một năm số ngày
giông trên Miền bắc nước ta thường giao động trong khoảng từ 70 đến 110
ngày và số lần giông từ 150 đến 300 lần, như vậy vào mùa mưa 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 tiế
p 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.
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

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
2
hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nói chung ở Bắc Bộ mùa mưa 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
tương 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
được 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 thường 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 được từ 5 đến 7 ngày giông.
Miền Nam cũng khá nhiều giông hàng năm trung bình quan sát được từ
40 đến 50 ngày đến trên 100 ngày tuỳ từng nơi. Khu vực nhiề
u 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 thường 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 được 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 t
ừ 5 đến 7
ngày giông.

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
3
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 tương đối giống nhau.
Kết quả nghiên cứu đề tài KC-03-07 người ta đã lập được 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 lượng đo lường nghiên cứu đã thực
hiện qua các giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ
phóng điện xuống các khu vực (bảng 2)
Bảng 2 :

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 ÷ 40 2,43 ÷ 4,68 2,1 ÷ 4,2 1,2 ÷ 2,4 1,22 ÷ 2,44 1,26 ÷ 2,52
4o ÷ 60 4,86 ÷ 7,92 4,2 ÷ 6,3 2,4 ÷ 3,6 2,44 ÷ 3,65 2,52 ÷ 3,78
60 ÷ 80 7,92 ÷ 9,72 6,3 ÷ 8,4 3,6 ÷ 4,8 3,65 ÷ 4,87 3,78 ÷ 5,04
80 ÷
100
9,72 ÷ 12,1 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷6,0 4,87 ÷ 6,09 5,04 ÷ 6,3
100 ÷
120
12,15÷14,58 10,5 ÷12,6 6,0 ÷7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ÷ 5,76

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
4
Qua nghiên cứu ở trên ta thấy Việt Nam là nước có số ngày giông nhiều
và mật độ phóng điện lớn cho nên dòng sét cũng gây nên những thiệt hại đáng
kể cho lưới điện và các công trình xây dựng ở Việt Nam
B. Ảnh hưởng của giông sét

Ở Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC-03-07 đã lắp đặt
các vật ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều
năm liên tục. Kết quả thu thập tình hình sự cố lưới điện 220kV Miền Bắc từ

năm 1987÷1992 (bảng 3 )
Bảng 3 :
Loại sự cố
năm
Dưới 220KV
ĐDK phả lại ÷ 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 đường dây không 220 kV Phả Lại ÷
Hà Đông nguyên nhân do sét là 8/11 chiếm 72,7%. Sở dĩ lấy kết quả sự cố
của đường dây Phả Lại ÷ Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lưới điện
Miền Bắc vì đây là đường dây quan trọng của Miền Bắc vì sự cố đường dây
này ảnh hưởng rất lớ
n 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 lưới điện, cho nên việc bảo vệ chống sét
cho đường dây điện và các trạm biến áp là không thể thiếu được khi thiết kế

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
5

lưới điện. Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chống sét là cần thiết để nâng cao độ
tin cậy trong vận hành lưới điện ở nước ta.


CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH
TRỰC TIẾP
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 hư hỏng các thiết bị điện,
dẫn đến việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trạm trong một thời gian dài làm
ảnh hưởng 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 thường
dùng các hệ thống thu sét như: 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 thường để giảm v
ốn đầu tư và để tận dụng các độ cao ở các trạm
biến áp người ta có thể đặt cột thu sẻt trên các xà đỡ, các cột đèn chiếu sáng,
trên mái nhà... Cột thu lôi độc lập thường 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 n
ối từ xà cuối cùng của trạm
đến cột đầu tiên của đường dây thì chúng sẽ được 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 được 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

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
6
cho phép mới được 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 trường 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 dưới,
chung quanh hệ thống thu sét. Bộ phận nối đất của h
ệ thống thu sét cần có
điện trở nối đất bé để việc tập trung điện tích cảm ứng trong đất được 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 ngược 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 thuậ
t 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
được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào trong đất theo 3÷4
thanh cái của hệ thống nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của các kế
t 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 tr
ở không được quá 4Ω.
+ Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm 35kV phải tăng cường cách điện

của nó lên đến mức cách điện của cấp 110kV .
+Trên đầu ra của cuộn dây 6÷10kV 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 được 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 được thực hiện . Khi dùng cột thu lôi độc lập phảI chú ý

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
7
đến khoảng cach giữa các cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả
năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật được bảo vệ.
Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ được đặt cột thu lôi trên xà
máy biến áp khi máy phát điện và máy biến áp được lối với nhau bằng cầu
bọc kín và hai đầu được lối đất. Nếu cầu có phân đo
ạn thì không được 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 dưới 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 tư.
+ Cột thu lôi được 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 tả

n nhiệt
ra môi trường xung quanh.
Kim thu sét phải nhỏ và nhọn để tập trung điện tích tạo lên trường lớn nhất
với tia tiên đạo ... do đó thu hút dòng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở
bên dưới 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 hưởng
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 đường 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 được
treo trên đường 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.


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
8
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 được xác định bởi phương 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 được bảo vệ.
- h - h
x
là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo
vệ dạng đơn giản hoá (hình 1-1) đường sinh hình chóp có dạng gấp khúc. Khi
đó bán kính bảo vệ được 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 )
Các công thức trên chỉ dùng trong trường 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

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
9

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 thước lớn hơn nhiều so với
tổng số phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Bằng thực nghiệm người ta đã chứng
minh được khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính r
=3,5h. Như 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 đ
ó suy ra
nếu hai cột thu sét đặt cách nhau khoảng cách a < 7h thì sẽ bảo vệ được 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):
Mặt bằng của
phạm vi bảo vệ ở
mức cao hx

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
10

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 vượt quá 30m cũng có hiệu chỉnh tương tự như 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 ). Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao, sau
đó qua đỉnh cột thấp vẽ đường thẳng gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
11
cao ở điểm 3, điểm này được 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

LΔ
.
Khi đó : a’= a -
LΔ

Nếu h
2
>
3
2
h
1
Thì:

LΔ
= 0.75 h
1
( 1- h
2
/h
1
)
Nếu h
2
≤
3
2
h1 Thì:

LΔ

=1,5 h
1
(1- h
2
/ h
1
)
d.Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
.
Khi công trình cần được 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
trường 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 được bảo vệ nếu
thoả mãn điều kiện:
D ≤ 8 ( h -
x
h
) = 8
a
h
( 1 - 5 )
Trong đó:
- D : đường 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 vượt cao hơn so với
mức cao
x
h

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 vượt quá 30m điều kiện
bảo vệ ở (1-5) được hiệu chỉnh theo

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
12
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 được tính như 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 thước trạm :
 Trạm có kích thước :
• 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.
• Chi
ều cao của xà kéo dây cao nhất là 11 m.

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
13
• 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 như dao cách li, máy cắt... nằm dưới 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 bả
o chống sét đánh trực tiếp cho tất cả các thiết bị trong
trạm. Bao gồm : dự tính số lượng, vị trí đặt cột thu sét, độ cao của từng cột.
Phạm vi bảo vệ của một cột, phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa 2 cột và phạm vi
bảo vệ của toàn bộ hệ thống thu sét.
*Ta bố trí các phương án như sau:

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
14
1.4 Vạch phương án và tính toán các phương án.
1.4.1 Phương án 1:
*Trong phương 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 như 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 được bảo vệ thì :
D ≤ 8 ha
Trong đó : D: là đường kíng đường 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.

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
15
+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 được bảo vệ thì :
D ≤ 8 ha
Trong đó : D là đường kính đường 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.
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 .

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
16
Vậy nên bán kính bảo vệ của cột được 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 được 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 tương 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 được 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 .

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
17
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 .
- Phạm vi bảo vệ tương 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 được 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 tương 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 .

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
18
Với : h
0
=12,857 m
r
ox
= 1,393 m.
- Phạm vi bảo vệ tương 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 được 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 tương hỗ giữa 2 cột D và E là :
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 .

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
19

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

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

Δ
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

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
20
Kết Luận :Trong phương 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 được bảo vệ giữa 2 cột và bán kính bảo vệ tương hỗ
của 2 cột có giá trị trong bảng sau .
Cột h
o
(m) r
ox
(m)
A và B 11,643 0,482
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.Phương án 2
*

Trong phương 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 như 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

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
21
AD = BC = 27 m
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột được bảo vệ thì :
D ≤ 8 ha
Trong đó : D: là đường kính đường 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 thường 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:

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
22
⇒ DF =
22
5,225,18
+
=29,129 m .
Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 3 đỉnh cột được bảo vệ thì :
D ≤ 8 ha
Trong đó : D là đường kính đường 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
thường bằng tam giác tạo thành từ nhóm 3 cột DEF và độ cao cần bảo vệ như
nhau nên độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là như nhau.
Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10,5m.

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
23
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 được 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 .
h
x
= 11 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột được 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.

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
24
- 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 được 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 được 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 tương hỗ giữa 2 cột E và F là :
Ta có : h = 11,5 m .
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Sinh viên : PHÙNG HUY ĐIỀM H7 HỆ THỐNG ĐIỆN
25
Với 7h = 7. 11,5 = 80,5 m .
⇒ a < 7 h
+ Độ cao thấp nhát được bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7
a

=11,5 -

7
27
= 7,643 m .
+ 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 được 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 tương 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 s
ử ta tăng
chiều cao của cột lên là 15m . Ta có:
+ Độ cao thấp nhát được 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 :