BÀI TẬP DÀI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP BẢO VỆ CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT

Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

BÀI TẬP DÀI MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Sinh viên thực hiện : Phan Đình Thái
Lớp

: Đ6_H2

Giảng viên hướng dẫn : ThS. Phạm Thị Thanh Đam
ĐỀ BÀI (Đề: Lẻ)

STT 69

PHẦN I: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT
A.Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp.
B.Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm đảm bảo tiêu chuẩn
nối đất an toàn và yêu cầu chống sét khi có dòng điện sét 150 kA, độ dốc 30
kA/ μs .
PHẦN II: TÍNH SÓNG LAN TRUYỀN VÀO TBA TỪ ĐƯỜNG DÂY 110
kV
I. SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
• Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt bằng và kích thước của trạm.
• Điện trở suất của đất: ρđ = 75 + 0,1*N (Ωm.)
• Đường dây: Dây pha là dây AC – 240, dây chống sét là dây C-70

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 1


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

PHẦN I: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀ NỐI ĐẤT
A.Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp.
Mô tả kết cấu của trạm
123.0
108.0

6.0

6.0 5.0 6.0
21.5

11.0

95.0

19.0

4.5 6.0

10.0

9.0

MBA

6.0

MBA

11 m
17 m

Hình 1.1 Bản vẽ sơ đồ mặt bằng và kích thước của trạm.
Độ cao các thanh xà là 17 m và 11m.
1 Các phương án bối trí hệ thống thu sét:
Phương án 1 ta dùng 15 cột thu sét bố trí cột như hình vẽ

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 2


GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

3

11

4

12

11 m

11 m

4.5 6.0

10.0

Bài Tập Dài Môn Cao Áp

19.0

17 m

17 m

5

2

10

13
11 m

6.0 5.0 6.0

95.0

11 m

17 m

17 m

1

6

17 m

9

17 m

17 m

15

21.5

11.0

11 m

6.0

MBA

MBA

17 m

7

8

Hình 1.2 Bố trí hệ thống cột chống sét phương án 1
Bố trí 15 (cột 1 đến cột 15) cột đặt trên xà bên trong trạm.
Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét:
Để tính được độ cao hieu dụng h a của các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽ
coi những nhóm cột đó như những đa giác hình học, từ đó xác định được bán
kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đó.
• Xét nhóm cột (1, 2, 6) ta có:

Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng đường
kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác :
D = 38,9 (m)

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 3

14


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h a để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn
diện tích của chúng phải thỏa mãn:
ha ≥

D 38,9
=
= 4,86
8
8
(m)

• Xét nhóm cột (1, 6, 7) ta có:

Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = L1-6 = 27 m

b = L1-7 = 32,9 m

c = L6-7 = 28,9 m

Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:
P=

a+ b+ c 27 + 32,9 + 28,9
=
= 44, 4
2
2
(m)

Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:

a.b.c
D = 2 P(P − a )(P − b)(P − c)
27.32,9.28,9
= 2 44, 4(44, 4 − 27)(44, 4 − 32,8)(44, 4 − 28,9) =34.6 (m)

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h a để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn
diện tích của chúng phải thỏa mãn:
ha ≥

D 34,6
=
= 4,33
8
8
(m)

• Xét nhóm cột (2,3,4,5), nhóm cột (4,5,10,11) và nhóm cột (10,11,12,13)

ta có:
Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có đường chéo bằng đường kính
của đường tròn ngoại tiếp:
D = 46.5 (m)

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 4


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h a để nhóm 4 cột trên bảo vệ được hoàn toàn
diện tích của chúng phải thỏa mãn:
ha ≥

D 46,5
=
= 6,81
8
8

Tính toán tương tự ta có bảng sau.

Bảng 1.1
Nhóm cột
1,2,6
1,6,7
2,5,6
5,6,9
6,7,8
6,8,9
5,9,10
9,10,15
10,13,14

10,14,15
2,3,4,5
4,5,10,11
10,11,12,13

a

b

c

P

27
36
29,4
28,9
32,9
33,3
33,3

32,9
38,9
33,3
32,9
27
36
36

28,9

29,4
27
27
28,9
33,3
33,33

44,40
52,15
44,85
44,40
44,40
51,30
51,32

39,8

33,3

21,1

47,10

D

ha

Nhóm đa giác

38,90

34,59
40,86
34,97
34,59
34,59
39,58
39,59
39,80
39,81
46,50
46,50
46,50

4,86
4,32
5,11
4,37
4,32
4,32
4,95
4,95
4,98
4,98
6,81
6,81
6,81

Tam giác vuông
Tam giác
Tam giác

Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác vuông
Tam giác
Hình chữ nhật
Hình chữ nhật
Hình chữ nhật

Qua tính toán cụ thể độ cao hieu dụng cho từng nhóm cột ta nhận thấy:
hamax = 6,81 m vì vậy ta chọn ha chung cho cả trạm là 7,5 m.
cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất của trạm là h x = 17 m cho nên độ cao của cột
thu sét là :
h = hx + ha = 17 + 7,5 = 24,5 (m)
Tính bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi :
Bảo vệ bằng cột thu lôi cao 23,5 m và các độ cao cần bảo vệ là 17 m và 11 m

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 5


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

Ta có :

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

2 2
h= 24,5=16,3
3 3
(m)

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 17 m > 16,3 m là :
rx =0,75h(1-

hx
17
)=0,75×24,5(1)=5,63
h
24,5
(m)

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 11 m < 16,3 m là :
rx = 1,5 h(1-

hx
11
) = 1,5× 24,5(1) = 16,13
0,8× h
0,8× 24,5
(m)

Tính bán kính bảo vệ ở khu vực giữa 2 cột xung quanh trạm :
Xét cặp cột 1, 2 ta có :
h1= h2 = 24,5 m,

a = 28 m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là :
a
28
h 0 = h - = 24,5 - = 20,5
7
7
(m)

Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là :
+ Độ cao 17 m :
2
2
h 0 = 20,5 =13,67
3
hx = 17 m > 3
(m)

Nên

r0 x = 0, 75 h 0 (1-

hx
17
) = 0,75× 20,5(1) = 2,63
h0
20,5
(m)

+ Độ cao 11 m :
2
2
h 0 = 20,5 = 13,67
3
hx = 11 m < 3
m

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 6


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

Nên

r0 x = 1,5h 0 (1-

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

hx
11
) = 1,5× 20,5(1) = 10,13
0,8× h 0
0,8× 20,5
(m)

Xét cặp cột 2, 3 cặp cột 12, 13 ta có :
h2= h3 = 24,5 m,

a = 29,5 m

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là :
a
29,5
h 0 = h - =24,5= 20,29
7
7
(m)

Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là :
+ Độ cao 17 m :
2
2
h 0 = 20, 29 = 13,52
3
hx = 17 m > 3
(m)

Nên

r0 x = 0, 75 h 0 (1-

hx
17
) = 0, 75× 20, 29(1) = 2, 47

h0
20, 29
(m)

+ Độ cao 11 m :
2
2
h 0 = 20, 29 = 13,52
3
hx = 11 m < 3
m

Nên

r0x = 1,5 h 0 (1-

hx
11
) = 1,5× 20, 29(1) = 9,81
0,8× h 0
0,8× 20, 29
(m)

Tính toán tương tự ta có bảng sau.
Bảng 1.2
Cặp cột

h

h1

h2

a

h0

r017

r011

1,2
2,3
3,4

24,5
24,5
24,5

24,5
24,5
24,5

24,5
24,5
24,5

28
29,5
36

20,50
20,29
19,36

2,63
2,46
1,77

10,13
9,80
8,41

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 7


Bài Tập Dài Môn Cao Áp
4,11
11,12
12,13
13,14
14,15
8,9
9,15
7,8
1,7

24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5

24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5
24,5

24,5

36
36
29,5
17
21,1
28,9
36
27
32,9

19,36
19,36
20,29
22,07
21,49
20,37
19,36
20,64
19,80

1,77
1,77
2,46
3,80
3,36
2,53
1,77
2,73

2,10

8,41
8,41
9,80
12,48
11,60
9,93
8,41
10,34
9,08

Vậy phương án 1 đặt 15 cột thu lôi cột cao 24,5 m (9 cột đặt trên xà cao 11 m
và 6 cột đặt trên xà cao 17 m).
Tổng chiều dài:
L1 = 9.(24,5 - 11) + 6.(24,5 - 17) = 166,5 (m)
Ta có phạm vi bảo vệ của phương án 1 như sau:

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 8


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

rx

3

= 16.13m

rx

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

11 m

= 5.63 m

11

4

r0x = 8.41m

12

r0x = 1.77m

11 m

17 m

17 m

5

2

10

13
11 m

11 m
17 m

17 m

11 m

1

6

17 m

MBA

7

9

17 m

MBA

17 m

17 m

15

14

8

Hình 1.3 Phạm vi bảo vệ của phương án 1

Phương án 2 ta dùng 20 cột thu sét bố trí cột như hình vẽ

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 9


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam
123.0
108.0

3

6.0

14

10

19
11 m

11 m

4.5 6.0

10.0

9.0

19.0

17 m

4

11
9

2

17 m

15

13

18
11 m

6.0 5.0 6.0

95.0

11 m
17 m

17 m

1

17 m

5

8

12

17 m

17 m

16

21.5

11.0

11 m

6.0

MBA

6

MBA

7

Hình 1.4 Bố trí hệ thống cột chống sét phương án 2
Bố trí 19 (cột 1 đến cột 19) cột đặt trên xà bên trong trạm.
Xác định độ cao hiệu dụng của các cột thu sét:
Để tính được độ cao tác dụng h a của các cột chống sét trên mặt bằng bản vẽ
coi những nhóm cột đó như những đa giác hình học, từ đó xác định được bán
kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đó.
• Xét nhóm cột (1, 2, 5) (5, 8, 9) (8, 9, 12) ta có:

Các nhóm 3 cột này là nhóm tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền
bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác :

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 10

17


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam
D = 33,3 (m)

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h a để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn
diện tích của chúng phải thỏa mãn:
ha ≥

D 33,3
=
=4,16
8
8
(m)

• Xét nhóm cột (1, 5, 6) (5, 6, 8) ta có:

Các nhóm 3 cột này là nhóm tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền
bằng đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác :
D = 32,9 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h a để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn
diện tích của chúng phải thỏa mãn:
ha ≥

D 32,9
=
=4,11
8
8
(m)

• Xét nhóm cột (13, 17, 18) ta có:

Nhóm 3 cột này là nhóm tạo thành một tam giác vuông có cạnh huyền bằng
đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác :
D = 39,8 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h a để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn
diện tích của chúng phải thỏa mãn:

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 11


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

ha ≥

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

D 39,8

=
=4,98
8
8
(m)

• Xét nhóm cột (2, 3, 4) ta có:

Nhóm 3 cột này tạo thành một tam giác có các cạnh là:
a = L2-3 = 29,5 m

b = L2-4 = 26,2 m

c = L3-4 = 20.8 m

Ta có nửa chu vi của tam giác tạo bởi nhóm cột trên là:
P=

a+ b+ c 29,5 + 26, 2 + 20,8
=
= 38, 25
2
2
(m)

Vậy đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác là:

a.b.c
D = 2 P(P − a )(P − b)(P − c)
29,5.26, 2.20,8

= 2 38, 25(38, 25 - 29,5)(38, 25 - 26, 2)(38, 25 - 20,8) =30,3 (m)

Độ cao hiệu dụng của cột thu sét h a để nhóm 3 cột trên bảo vệ được hoàn toàn
diện tích của chúng phải thỏa mãn:
ha ≥

D 30,3
=
= 3,79
8
8
(m)

Tính toán tương tự ta có bảng sau.

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 12


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

Bảng 1.3
Nhóm cột
1,2,5
1,5,6

5,6,8
5,8,9
8,9,12
13,17,18
2,3,4
2,4,9
2,5,9
3,4,10
4,9,10
9,10,11
9,11,13
9,12,13
10,11,14
11,13,14
12,13,16
13,14,15
13,15,18
13,16,17
14,15,19
15,18,19
6,7,8
7,8,12

a

29,5
26,2
33,3
20,8
26,2

29,5
26,2
33,3
20,8
26,2
33,3
29,5
26,2
33,3
20,8
26,2
27
28,9

b

c

26,2
36
36
36
29,5
26,2
36
36
36
29,5
36
26,2

36
39,8
36
29,5
32,9
28,9

20,8
26,2
33,3
20,8
20,8
20,8
26,2
33,3
20,8
20,8
33,3
20,8
26,2
21,1
20,8
20,8
28,9
18

P

D

ha

Nhóm đa giác

38,25
44,20
51,30
38,80
38,25
38,25
44,20
51,30
38,80
38,25
51,30
38,25
44,20
47,10
38,80
38,25
44,40
37,90

33,3
32,9
32,9
33,3
33,3
39,8
30,30

36,06
39,58
41,51
30,30
30,30
36,06
39,58
41,51
30,30
39,58
30,30
36,06
39,81
41,51
30,30
34,59
30,41

4,16
4,11
4,11
4,16
4,16
4,98
3,79
4,51
4,95
5,19
3,79
3,79

4,51
4,95
5,19
3,79
4,95
3,79
4,51
4,98
5,19
3,79
4,32
3,80

Tam giác vuông
Tam giác vuông
Tam giác vuông
Tam giác vuông
Tam giác vuông
Tam giác vuông
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác

Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác
Tam giác

Qua tính toán cụ thể độ cao hieu dụng cho từng nhóm cột ta nhận thấy:
hamax = 5.19 m vì vậy ta chọn ha chung cho cả trạm là 6 m.
cần bảo vệ cho độ cao lớn nhất của trạm là h x = 17 m cho nên độ cao của cột
thu sét là:
h = hx + ha = 17 + 6 = 23 (m)
Tính bán kính bảo vệ của 1 cột thu lôi:
Bảo vệ bằng cột thu lôi cao 23 m và các độ cao cần bảo vệ là 17 m và 11 m

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 13


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

Ta có:

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

2

2
h = 23 = 15.33
3
3
(m)

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 17 m > 15,33 m là:
rx =0,75h(1-

hx
17
)=0,75.23(1- ) = 4,5
h
23
(m)

Bán kính bảo vệ ở độ cao hx = 11 m < 15,33 m là:
rx = 1,5 h(1-

hx
11
) = 1,5.23(1) = 13,86
0,8× h
0,8× 23
(m)

Tính bán kính bảo vệ ở khu vực giữa 2 cột xung quanh trạm:
Xét cặp cột 1, 2 ta có:
h1= h2 = 23 m, a = 28 m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:

a
28
h 0 = h - = 23 - = 19
7
7
(m)

Bán kính của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu sét là:
+ Độ cao 17 m:
2
2
h 0 = 19 =12,67
3
hx = 17 m > 3
(m)

Nên

r0 x = 0, 75 h 0 (1-

hx
17
) = 0, 75×19(1- ) = 1,5
h0
19
(m)

+ Độ cao 11 m:
2
2

h 0 = 19 = 12,67
3
hx = 11 m < 3
m

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 14


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

Nên

r0 x = 1,5 h 0 (1-

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

hx
11
) = 1,5×19(1) = 7,88
0,8× h 0
0,8×19
(m)

Tính toán tương tự ta có bảng sau.
Bảng 1.4
Cặp cột

h

h1

h2

a

h0

r017

r011

1,2
2,3
3,1
10,14
14,19
18,19
17,18
16,17
12,16
7,12
6,7
1,6

23
23

23
23
23
23
23
23
23
23
23
23

23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23
23

23
23
23
23
23
23

23
23
23
23
23
23

28
29,5
36
36
36
29,5
17
21,1
36
28,9
27
32,9

19,00
18,79
17,86
17,86
17,86
18,79
20,57
19,99
17,86
18,87

19,14
18,30

1,50
1,34
0,64
0,64
0,64
1,34
2,68
2,24
0,64
1,40
1,61
0,98

7,88
7,55
6,16
6,16
6,16
7,55
10,23
9,35
6,16
7,68
8,09
6,83

Vậy phương án 2 đặt 19 cột thu lôi cột cao 23 m (9 cột đặt trên xà cao 11 m

và 10 cột đặt trên xà cao 17 m).
Tổng chiều dài:
L2 = 9.(23 - 11) + 10.(23 - 17) = 168 (m)
Ta có phạm vi bảo vệ của phương án 2 như sau:

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 15


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

rx

= 13.86m

rx

3

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

= 4.5 m

19
11 m

r0x = 0.64m

11 m

17 m

14

10

r0x = 6.16m

4

11

17 m

9

2

15

13

18
11 m

11 m
17 m

17 m

11 m

1

17 m

5

8

MBA

6

12

17 m

MBA

17 m

16

17

7

17 m

Kết luận:
Phương án 1 dùng 15 cột,

L1 = 166,5 m.

Phương án 2 dùng 19 cột,

L2 = 168 m.

Từ việc tính toán và so sánh giữa 2 phương án ta thấy phương án 1 là phương
án thoản mãn các yêu cầu về kinh tế kỹ thuật nên được dùng làm phương án
trong cho thiết kế.

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 16


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

B.Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm
Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét.
Tính toán nối đất an toàn.

Tính toán nối đất:
Với cấp điện áp lớn hơn 110 kV nối đất an toàn phải thỏa mãn điều kiện là:
điện trở nối đất của hệ thống phải có giá trị R ≤ 0,5 Ω. Điều kiện này xuất phát
từ việc ở cấp điện áp lớn hơn 110 kV dòng điện ngắn mạch lớn, khi chạm vỏ
hoặc khi rò điện thì dòng điện sẽ rất lớn gây nguy hiểm.
Ở cấp điện áp 110 kV trở lên do có trị số điện trở tản bé và có mức cách điện
cao nên có thể thực hiện nối đất an toàn và nối đất chống sét chung.
Điện trở nối đất của hệ thống phải thỏa mãn các điều kiện sau:

R HT = R NT // R TN =

R NT R TN
≤ 0,5
R NT + R TN
Ω

(4-3)

Trong đó:
RTN : là điện trở nối đất tự nhiên.
RNT : là điện trở nối đất nhân tạo.

RNT

≤ 1Ω

Nối đất tự nhiên:
Ta có công thức tính toán điện trở nối đất tự nhiên của trạm:




÷
Rc

÷. 1
R TN =
1
Rc 1 ÷ n
+ ÷
 +
÷
 2 R cs 4 

(4-4)

Trong đó:

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 17


Bài Tập Dài Môn Cao Áp
n

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

là số lộ đường dây đi vàotrạm

Rcs là điện trở của dây chống sét trong khoảng một cột
Rc là điện trở nối đất của cột.
Dây chống sét dùng ở đây là dây C-70 có điện trở đơn vị là r0=2,38Ω/km
Có 6 lộ đường dây 110 kV, khoảng vượt L= 200+69 = 269 m.
Điện trở nối đất của cột điện là 10 Ω
Giả thiết khoảng vượt của các đường dây cùng cấp điện áp và khoảng vượt
của các khoảng cột trong cùng đường dây là bằng nhau thì ta có:
R cs = r0 L = 2,38.269.10 -3 = 0,6402

(Ω)

Điện trở nối đất tự nhiên của 6 lộ đường dây:
R TN =

Rc
1
1
10
=
= 0,372
61
Rc 1 6 1
10
1
+
+
+
+
2

0, 6402 4
2
R cs 4

(Ω)

RTN = 0,372 Ω < 0,5 Ω nên ta lấy luôn trị số này là trị số điện trở của hệ thống
nối đất an toàn.
Trong lưới điện trung tính cách đất khi trị số điện trở nối đất đã đảm bảo thì
không cần thực hiện nối đất nhân tạo, tuy nhiên lưới 110 kV là lưới trung tính
nối đất dòng điện ngắn mạch lớn cho nên ta vẫn phải thực hiện nối đất nhân
tạo và yêu cầu điện trở nối đất nhân tạo là R NT ≤ 1 Ω và đảm bảo yêu cầu về
nối đất chống sét.
Nối đất nhân tạo:
Ta phải thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo với yêu cầu R NT ≤ 1 Ω.

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 18


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

Nối đất nhân tạo trong phạm vi đồ án này ta dùng là nối đất dạng mạch vòng
xung quanh trạm,
Mạch vòng được thiết kế cách tường 0.5m.

0.5 m

123.0

81.5

94.0

95.0

80.5

122.0

61.8

61.2

13.5

13.5

60.2

61.8

Hinh 1.4 Mạch vòng nối đất
Chu vi của mạch vòng:
L= 122+80,5+61,8+13,5+60,2+94 = 432 m
Điện trở tản xoay chiều của mạch vòng:

Đối với các điện cực dạng thanh nằm ngang (mạch vòng):
R mv =

ρ tt
K.L2
ln
2.π.L t.d

Trong đó : Rmv - điện trở nối đất của hệ thống mạch vòng.

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 19


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

ρtt - điện trở suất tính toán của đất phụ thuộc vào hệ số mùa (Ωm)
h - độ sâu chôn cọc
L - chiều dài toàn bộ thanh nối, nếu là mạch vòng thì sẽ lấy chu vi
của mạch vòng (m).
d - đường kính thanh nối đất. Nếu là thanh nối dẹt thì đường kính
thanh nối sẽ được lấy bằng b/2, với b là chiều rộng của thanh dẹt ( b=4cm).

l1
K - là hệ số hình dáng phụ thuộc vào tỉ số l 2 .

l1
Giá trị K = f( l 2 ) được cho trong bảng:
l1/l2
K

1
5,53

1,5
5,81

2
6,42

3
8,17

4
10,4

Ở đây do hình dáng trạm không phải là hình chữ nhật do đó ta phải qui đổi về
dạng hình chữ nhật theo cách sau:

 2(l1 + l 2 ) = L

l1 ⋅ l 2 = S
Với L= 432 m
S = 60,2.13,5 + 122.80,5 = 10633.7 m2

=>

 2(l1 + l2 ) = L = 432

 l1 .l 2 = S = 10633, 7

=>

l1 =140,1

l2 =75,9

l1 140,1
=
=1,85
l
75,9
2
Như vậy tỷ số:

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 20


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

K

10.4

8.17

6.42
6.2
5.81
5.53

1 1.5 1.85 2

3

4

l1/l2

Hình 1.5
l1
=1,85
l
Xác định K bằng phương pháp đồ thị với tỉ số 2
thì K =6,2

Thay số liệu vào công thức, ta được:
R mv =

114, 66 6, 2.4322

.ln
= 0, 764 (Ω )
2π.432 0,8. 0, 04
2

RNT = Rmv = 0,764 Ω < 1 Ω cho nên đã đảm bảo yêu cầu nối đất an toàn.
Tuy nhiên cần kiểm tra thêm về điều kiện nối đất chống sét, nếu như đã đảm
bảo về điều kiện nối đất chống sét thì không cần phải tiến hành nối đất bổ
sung, còn nếu không đảm bảo yêu cầu của nối đất chống sét thì cần phải tiến
hành nối đất bổ sung.
Nối đất chống sét.
Nối đất phân bố dài

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 21


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

Trong tính toán thiết kế trạm biến áp 220/110 kV, thường thì phần nối đất nối
chung với mạch vòng nối đất an toàn của trạm. Như vậy sẽ gặp trường hợp
nối đất phân bố dài, tổng trở xung kích Zxk có thể lớn gấp nhiều lần so với
điện trở tản xoay chiều làm tăng điện áp giáng trên bộ phận nối đất và có thể
gây phóng điện ngược đến các phần mang điện của trạm. Do đó ta phải tính
toán, kiểm tra theo yêu cầu của nối đất chống sét trong trương hợp có dòng

điện sét đi vào hệ thống nối đất.
Yêu cầu kiểm tra : ta kiểm tra theo điều kiện nhằm đảm bảo an toàn cho cách
điện của máy biến áp : U(0;τđs) = I.Z(0;τđs) ≤ U50%MBA
Trong đó : I – là trị số dòng điện sét lấy bằng 150 kA
Z(0;τđs) – tổng trở xung kích nối đất tại thời điểm ngay chỗ dòng
điện sét đi vào điện cực.
U50%MBA - trị số điện áp phóng điện bé nhất của máy biến áp
U50%MBA = 900 kV
Sơ đồ đẳng trị của nối đất được thể hiện như sau:

L

G

C

R

L

G

C

R

L

G

C

R

L

G

R

C

Trong mọi trường hợp đều có thể bỏ qua điện trở tác dụng R vì nó bé so với
trị số điện trở tản, đồng thời cũng không cần xét tới phần điện dung C vì ngay
cả trong trường hợp sóng xung kích, dòng điện dung cũng rất nhỏ so với dòng
điện trở tản.

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 22


Bài Tập Dài Môn Cao Áp
L

G

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

L

G

L

G

L

G

Trong đó:
L : điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài.
G: điện dẫn của điện cực trên một đơn vị dài.
 l

L = 0,2.  ln - 0,31 ÷ (μ H/ m)
 r


Với:
l : chiều dài điện cực (chiều dài mỗi tia).
Vì nối đất chống sét là nối đât phân bố dài mạch vòng, nên mạch vòng này
được xem như là hai tia ghép song song do vậy l = P/2 = 432/2 = 216 m.
r : bán kính của tiết diện ( r = d/2)
d là đường kính thanh nối đất. Nếu là thanh nối dẹt thì đường kính thanh nối
sẽ được lấy bằng b/2, với b là chiều rộng của thanh dẹt ( b=4cm).
Do đó r = b/4 = 0,01m
Thay số ta có :

 216

 l

L = 0, 2.  ln - 0,31÷ = 0, 2.  ln
- 0,31 ÷ = 1,996(μH/m)
 r

 0,01

Điện dẫn của điện cực được xác định theo công thức sau:
g=

SVTH: Phan Đình Thái

 1 

÷
R HTcs .lΩm


1

Đ6_H2

Trang 23


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

Trong đó:

R HTcs

là điện trở mạch vòng tính cho mùa sét và được xác định theo công

thức sau:

R HTcs =

R mv cs
.k mua
k atmua

Trong đó:

R mv =0,764Ω
( ;k)

at
mua

=1,6;k

cs
mua

=1,2

(Tra bảng 4.2 giáo trình kỹ thuật điện cao áp trang 123)
Thay số vào công thức ta được:
R HTcs =

R HTat cs 0,764
.k mua =
.1,2=0,573Ω
(
k atmua
1,6

)

Khi đó ta được điện dẫn điện cực là:
g=

1
R HTcs .l

=

1
 1 
= 8.08.10-3 
÷
0,573.216Ωm



Ta có điện áp tại điểm bất kì và tại thời điểm t
∞
a 
1
 k.π.x  
U xk (x,t)=  t +2.T1 ∑ 2 1-e-t/TK cos 
÷
g.l 
 l 
k=1 k

(

a là độ dốc dòng sét ( a= 30 kA/

)

μs )

Từ đó ta suy ra tổng trở xung kích
Zxk (0,t)=

U xk (0,t) 1  2.T1 ∞ 1

= 1+
1-e-t/TK 
∑
2
I(0,t) g.l 

t k=1 k


(

)

Với:

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 24


Bài Tập Dài Môn Cao Áp

GVHD:ThS. Phạm Thị Thanh Đam

L.g.l2 1,996.8,08.10-3 .2162
T1 = 2 =
=76.24μs
(
π
π2

)

L.g.l2

T
Tk = 2 2
Tk = 12
k
k .π =>
Biên độ dòng điện sét được quy định là: I = 150 kA.
Độ dốc của dòng điện sét là :

a = 30 kA/μs

Thời gian đầu sóng là :

τds = I/a = 5μs
∞

1

∑k

Xét:

k=1

2

(1- e

τ
- ds
Tk

∞

∞

-

τds
Tk

1
e
2 ∑
2
k=1 k
k=1 k

)=∑

Dễ dàng nhận thấy rằng từ e-4 thì giá trị rất bé so với các giá trị trước nên ta

τ ds
≤4
T
phải tìm k sao cho k

Ta có :
Thay

Tk =

T1
k2

τ ds
T .4
T .4
≤ 4 ⇒ k2 ≤ 1 ⇒ k ≤ 1
T1
τ ds
τ ds
2
⇒ k

T1= 76,24 (µs) và τds = I/a = 5μs vào



k≤

4.76,24
=7.81
5

Như vậy ta sẽ tính toán với k lớn nhất là 7 ( k = 1÷ 7). Ta có bảng kết quả
tính như sau:

SVTH: Phan Đình Thái

Đ6_H2

Trang 25