Bài tập dài môn kỹ thuật điện cao áp

Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

Bài Tập Dài Môn Kỹ Thuật Điện Cao Áp
Giáo viên hướng dẫn: Ths. Trần Hoàng Hiệp.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Tài
Lớp: Đ2-H2

Đề bài
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
220/110 kV
I. Số liệu ban đầu:
 Trạm biến áp: phía 220 kV có diện tích 82x79 m2
 Phía 110 kV có diện tích 82 x 104 m2
 Điện trở suất của đất: ρ d = 87Ω.m
 Đường dây:
- Trạm 220 kV có 3 lộ.
- Trạm 110 kV có 4 lộ.
- Dây dẫn : ACO – 240
- Dây chống sét: C – 70.

Chiều dài khoảng vượt của đường dây 110 kV: l = 300 m

Chiều dài khoảng vượt của đường dây 220 kV: l = 250 m

Khi tính nối đất: Rc = 7 Ω
II. Nội dung tính toán:
Phần 1:
 Chương I: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110
kV.

 Chương II: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp 220/110 kV.
Phần II: Các bản vẽ liên quan

Phần 1
Chương 1
Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220/110 kV
I.1 Cơ sở lý thuyết chung:
I.1.1 Những yêu cầu đối với hệ thống thu sét:
Các thiết bị phân phối điện đặt ngoài trời như đường dây, trạm biến áp rất
dễ bị quá điện áp có thể là do quá điện áp khí quyển (sét đánh trực tiếp, cảm ứng
hay lan truyền trên đường dây), hoặc quá điện áp nội bộ. Trong đó, sự quá điện
áp khí quyển do sét đánh là rất nguy hiểm và gây những thiệt hại nghiêm trọng
cho các công trình trong hệ thống điện. Vì vậy, bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
là một trong những yêu cầu hàng đầu khi thiết kế và vận hành một mạng điện.
Hệ thống thu sét là một bộ phận công trình quan trọng nhằm bảo vệ các
bộ phận của hệ thống điện như đường dây, trạm biến áp khỏi hư hỏng khi bị sét
SVTH: Nguyễn Văn Tài

1


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

đánh. Đối với đường dây, để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp người ta sử dụng hệ
thống dây chống sét. Đối với trạm biến áp và nhà máy điện người ta sử dụng các
cột thu lôi. Các cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc trong điều kiện cho phép có
thể đặt trên các kết cấu của trạm và của nhà máy.
Yêu cầu chính đối với hệ thống thu sét là phải có điện trở nối đất đủ nhỏ

để đảm bảo tản nhanh dòng điện sét xuống đất, tránh hiện tượng phóng ngược
dòng điện sét từ thiết bị này sang thiết bị khác, hoặc từ cột thu sét hay dây chống
sét sang các công trình mang điện đặt lân cận. Khi thiết kế bảo vệ chống sét thì
cần đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, kinh tế và mỹ thuật.
- Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110 kV trở lên do có mức cách
điện cao nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối. Các trụ cột
của các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng
điện sét IS khuếch tán vào đất theo 3÷4 thanh cái của hệ thống nối đất . Ngoài ra
ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện chỉ số điện trở nối
đất.
- Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời với điện áp từ 110 kV
trở lên là cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy
biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất của cột
thu lôi và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15m.
- Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở
lên phải thực hiện các điểm sau:
+ Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần
phải có nối đất bổ sung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuếch
tán không được quá 4Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp).
+ 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 110 kV.
+ Trên đầu ra của cuộn dây 6 – 10kV của máy biến áp phải đặt các cột
chống sét van (CSV), các thiết bị chống sét này có thể đặt ngay trên vỏ máy.
+ Để bảo vệ cuộn dây 35 kV cần đặt các cột chống sét van. Khoảng
cách giữa chỗ nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp và của chống sét van
(theo đường điện) phải nhỏ hơn 5m. Khoảng cách ấy có thể tăng lên nếu điểm
nối đất của chống sét van ở vào giữa hai điểm nối đất của vỏ máy biến áp và của
kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi.
+ 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 độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối
cấp điện áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện.
- Không nên đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối20 ÷ 35 kV,
cũng như không nên nối các cột thu lôi vào hệ thống nối đất của trạm 20 ÷ 35
kV.
SVTH: Nguyễn Văn Tài

2


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

- Khi dùng cột thu lôi độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi
đến các bộ phân của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến vật
được bảo vệ.
- Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho các cột thu lôi phải cho
dây dẫn điện đến đèn vào ống chì và chôn vào đất.
- 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 nối với nhau bằng cầu
bọc kín và hai đầu được nối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không được phép đặt
cột thu lôi trên xà của máy biến áp. Với máy bù đồng bộ cũng áp dụng điều này.
- Có thể nối dây chống sét bảo vệ đoạn đến trạm vào hệ thống nối đất của
trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của trạm đến điểm nối đất của máy
biến áp lớn hơn 15m.
- Để đảm bảo về mặt cơ tính (độ bền cơ học) và chống ăn mòn cần phải
theo đúng quy định về loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng trên mặt dất và dưới
đất phải theo bảng sau:
Loại vật liệu

Dây dẫn dòng điện sét
dùng trên mặt đất

Dây dẫn dòng điện sét
dùng dưới mặt đất

Thép tròn mạ kẽm

φ 8 mm

φ 10 mm

Thép dẹt mạ kẽm

20 x 2,5 mm2

30 x 3,5 mm2

Không được dùng

Không được dùng

Thanh đồng tròn

φ 8 mm

φ 8 mm

Thanh đồng dẹt

20x2,5 mm2

20x2,5 mm2

Dây đồng xoắn

Không được dùng

Không được dùng

Thanh nhôm tròn

Không được dùng

Không được dùng

Cáp thép

I.1.2 Cách xác định phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét:
I.1.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét có độ cao là h tính cho độ cao h x là
một hình chóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau:
1,6
=
⋅ (h − h x )
hx
1+
h
rx

Trong đó:
- h: chiều cao cột thu sét.
- hx: chiều cao cần được bảo vệ.
- h – hx: chiều cao hiệu dụng.
SVTH: Nguyễn Văn Tài

3


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc abc được
xác định như sau:

Hình 1.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
trong đó:
- ab: đường thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm trên mặt đất cách xa chân cột
một khoảng là 0,75h.
- bc: là đường thẳng nối 1 điểm có độ cao trên thân cột là 0,8h đến 1 điểm
trên mặt đất cách chận cột là 1,5h.
•

Khi:
hx ≤

2
h
3

Thì:
rx = 1,5h(1•

hx
) = 1,5h – 1,875hx
0,8h

Khi:
hx ≥

2
h
3

Thì:
rx = 0,75h(1-

SVTH: Nguyễn Văn Tài

hx
) = 0,75h – 0,75hx
h
4


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

Các công thức chỉ để sử dụng cho HTTS có độ cao h < 30m. Khi h ≥ 30m
ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p.
5,5
p=
h
I.1.2.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét:
I.1.2.2.2.1 Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau:
Xét 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau h1 = h2 = h, cách nhau 1 khoảng a.

1

2

3

hx
O1

O

O2

O1

O

O2

h0 h

+ Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị
sét đánh vào.
+ Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h 0
được xác định như sau:
a
h0 = h 7
Phạm vi bảo vệ:
- Phần ngoài: giống như của từng cột.
- Phần giữa: cung tròn đi qua 3 điểm 1,2,3 (điểm 3 là điểm đặt cột giả
tưởng có độ cao h0.
+) Tính toán phạm vi bảo vệ:
- Bán kính bảo vệ của từng cột: rx1 = rx2 = rx
- Bán kính bảo vệ giữa hai cột: r0x.
a
- Độ cao lớn nhất bảo vệ được giữa hai cột: h0 = h 7
Nếu:
SVTH: Nguyễn Văn Tài

5


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

2
≤ h0
hx 3
Thì:
r0x = 1,5h0.(1 -

hx
)
0,8h 0

Nếu:
2
hx ≥ h 0
3
Thì:
r0x = 0,75h0.(1 -

hx
)
h0

Các công thức trên được áp dụng khi hệ thống chống sét có độ cao nhỏ
hơn 30m. Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn hơn hoặc bằng 30m thì các công
thức cũng cần được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục.
I.1.2.2.2.2 Hai cột thu sét có độ cao khác nhau:
Xét 2 cột thu sét có độ cao là h 1 và h2, cách nhau 1 khoảng a được bố trí
như hình vẽ:
+ Xác định phạm vi bảo vệ:
- Phần ngoài: giống như của từng cột.
- Phần trong: từ đỉnh cột h1 dóng đường thằng nằm ngang cắt phạm vi bảo
vệ của cột h2 tại 3’, với 3’ là vị trí đặt cột giả tưởng có độ cao là h1.
- Phần giữa: giống như của hai cột có độ cùng độ cao h1.
( O1O 3' = a ' = O1O 2 − O '3 O 2 = a − x , x là bán kính bảo vệ của cột cao
h2 cho cột giả tưởng h 1' ).
+ Tính toán phạm vi bảo vệ:

- Tính bán kính bảo vệ từng cột rx1, rx2.
- Tính bán kính bảo vệ giữa hai cột rox .
- Khoảng cách giữa cột thấp và cột giả tưởng 3
a’ = a – x (trong đó x là bán kính bảo vệ của cột cao h 2 cho cột giả
tưởng có độ cao h1).
- Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa 1, 3’.
a'
h 01−3' = h1 7
I.1.2.3 Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu sét:
+) Phạm vi bảo vệ cho 3 cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ cho 3 cột thu sét có độ cao h1 = h2 = h3 = h cùng bảo vệ
cho độ cao hx được minh họa như hình vẽ dưới đây
SVTH: Nguyễn Văn Tài

6


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

Trong đó:
- rx1 = rx2 = rx3 = rx: bán kính bảo vệ của từng cột.
- rox1-2 = r0x1-3 = r0x3-2: bán kính bảo vệ chung giữa các cột 1-2, 2-3, 3-1.
+) Phạm vi bảo vệ cho 4 cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ cho 3 cột thu sét có độ cao h 1 = h2 = h3 = h4 = h cùng bảo
vệ cho độ cao hx được minh họa như hình vẽ dưới đây
Với: rx1 = rx2 = rx3 = rx4 = rx
rox1-2 = r0x3-4: bán kính bảo vệ chung giữa các cột 1-2, 3-4
rox1-4 = r0x2-3: bán kính bảo vệ chung giữa các cột 1-4, 2-3

Điều kiện để công trình nằm trong miền giới hạn bởi các cột thu sét được
bảo vệ an toàn là:
D ≤ 8.(h-hx))
- trong đó: D là đường tròn ngoại tiếp phần mặt bằng có dạng hình tam
giác, chữ nhật; h: chiều cao cột thu sét; hx: chiều cao cần bảo vệ.
I.2 Tính toán:
Theo sơ đồ kết cấu của trạm, ta mới chỉ biết diện tích mặt bằng trong trạm
mà chưa biết vị trí của các thiết bị trong trạm. Vì vậy chỉ cần bố trí các cột thu
sét sao cho bảo vệ được phần diện tích mặt bằng có độ cao hx.
Đối với phía 220 kV: hx = 16,5m
Đối với phía 110 kV: hx = 11m
Ta thực hiện tính toán cho các phía. Ta sẽ xét 2 phương án đặt vị trí cột
thu sét cho trạm biến áp.
Phương án A
Trong phương án này, ta sử dụng 15 cột thu sét được bố trí trên mặt bằng
trạm biến áp như hình vẽ.
47

4

1

2

7

10

8

5

13

14

11

50

50

15
6

3

50

9

60

97

SVTH: Nguyễn Văn Tài

12
110

7


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

I.2.1A Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 220 kV:
Điều kiện cần để công trình được bảo vệ an toàn là:
D ≤ 8.(h-hx)
Suy ra:
D
h ≥ hx +
8
Ta kiểm tra phạm vi bảo vệ của nhóm cột (5,8,9,6) tạo thành hình vuông
bảo vệ cho độ cao 16.5m.
Đường kính D1 của đường tròn ngoại tiếp qua các đỉnh cột là:
D= e 2 + f 2 = 412 + 412 = 57,983 m
(Với:e = f = 56 = 69 = 41 m là khoảng cách giữa các cột 5,6 và 6,9)
Độ cao tác dụng tổi thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
57,983
ha =
= 7,248m
8
Độ cao của cột thu lôi là:
h = hx + ha = 16,5 + 7,5 = 24m
I.2.2A Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 110 kV:
Xét nhóm cột (11,14,12,15) tạo thành hình chữ nhật bảo vệ cho độ cao
11m.

+ Cạnh (11,14) = 63m = a
+ Cạnh (11,12) = 41m = b
Đường kính D của đường tròn ngoại tiếp đi qua các đỉnh cột là:
D = a 2 + b 2 = 63 2 + 412 = 75,166 m
Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
75,166
= 9,396 m
ha =
8
Độ cao của cột thu lôi là:
h = hx + ha = 11 + 9,5 = 20,5 m
Xác định phạm vi bảo vệ của các nhóm cột cho trạm biến áp:
rx:: bán kính bảo vệ của các cột 1,2,3,4,5,6,7,8,9 cho độ cao 16,5m.
h = 24 m là chiều cao của các cột thu sét phía 220 kV.
2
2
Do: hx = 16,5> h = 24 = 16 nên:
3
3
rx = 0,75h – 0,75hx = 0,75.24 – 0,75.16,5 = 5,625 m
r0x1-4 = r0x3-6 = r0: bán kính bảo vệ chung giữa 2 cột 1-4 và 3-6
h01--4 = h03-6 = h0: độ cao lớn nhất bảo vệ được giữa 2 cột 1-4 và 3-6. Ta có:
a
38
=18,571m
h0 = h - = 24 −
7
7

SVTH: Nguyễn Văn Tài

8


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

Do: hx = 16,5>

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

2
2
h0 = 18,571 = 12,381m nên:
3
3

r0 = 0,75.18,571 – 0,75.16,5 = 1,553 m.
+ Xác định bán kính bảo vệ chung giữa các cột (1,2), (2,3), (6,9), (4,7) là
r0x1-2.
Khoảng cách giữa các cột đều bằng nhau và bằng a = 41 m.
h0: độ cao lớn nhất bảo vệ được giữa 2 cột
a
41
= 24 −
=18,143m
7
7
2
2

Do: hx = 16,5> h0 = 18,143 = 12,095 nên:
3
3

h0 = h -

r0 = 0,75.18,143 – 0,75.16,5 = 1,232 m
+ Xác định bán kính bảo vệ chung giữa các cột (7,10), (9,12), ta chỉ cần
tính toán cho 2 cột 7 và 10, gọi là r0x7-10. 2 cột này có chiều cao khác nhau.
Chiều cao cột 7: h7 = 24 m
Chiều cao cột 10: h10 = 20,5 m.
Gọi 10’ là cột giả tưởng có chiều cao bằng cột 10. Ta có:
h10’ = 20,5 m >

2
2
⋅ h7 = ⋅ 24 = 16
3
3

Như vậy bán kính bảo vệ của cột 7 cho cột giả tưởng 10 ’ được tính như
sau:
x = 0,75(h7 − h10 ' ) = 0,75.(24 − 20,5) = 2,625m
Khoảng cách giữa cột 10 và cột giả tưởng 10’ là:
a’ = a – x = 41 – 2,625 = 38,375 m.
Độ cao lớn nhất bảo vệ được giữa cột 10 và cột giả tưởng 10’ là
Ta có:
Bán kính bảo vệ giữa cột 10 và cột giả tưởng 10’ cho độ cao hx = 11 m là:
Khoảng cách giữa 2 cột này bằng a’= 38,375 m. Độ cao lớn nhât bảo vệ
được giữa 2 cột là:

h0 = h -

a
38,375
= 20,5 −
= 15,018m
7
7

2
2
Do: hx = 11> h0 = 15,018 = 10,012m nên:
3
3

r0 = 0,75.15,018 – 0,75.11 = 3,0135 m
SVTH: Nguyễn Văn Tài

9


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

+ Xác định bán kính bảo vệ chung giữa các cột (10,13), (12,15), gọi là
r0x10-13. Đây là bán kính bảo vệ giữa hai cột có chiều cao bằng nhau.
h10 = h13 = 20,5m
Khoảng cách giữa các cột bằng a = 63 m. Độ cao lớn nhât bảo vệ được
giữa 2 cột là:

h0 = h 2
3

a
63
= 20,5 −
= 11,5m
7
7
2
3

Do: hx = 11> h0 = 11,5 = 7,667 m nên:
r0 = 0,75.11,5 – 0,75.11 = 0,375 m
+ Xác định bán kính bảo vệ chung giữa các cột (13,14), (14,15).,gọi là
r0x13-14
Khoảng cách giữa các cột bằng a = 41 m. Độ cao lớn nhât bảo vệ được
giữa 2 cột là:
h0 = h -

a
41
= 20,5 − = 14,643m
7
7

2
2
Do: hx = 11> h0 = 14,643 = 9,762m nên:
3

3

r0x13-14 = 0,75.14,643 – 0,75.11 = 2,732 m
Ta vẽ được phạm vi bảo vệ của các cột thu sét cho mặt bằng như hình vẽ:

Phương án B
Trong phương án này, ta sử dụng 20 cột thu sét được bố trí trên mặt bằng
trạm biến áp như hình vẽ.

SVTH: Nguyễn Văn Tài

10


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

47
1

100

5

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

9

13

17

2

6

10

14

18

3

7

11

15

19

4

8

12

16

20

40

30

97

60

110

I.2.1B Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 220 kV:
Xét nhóm cột (7,6,10,11) tạo thành hình chữ nhật bảo vệ cho độ cao
16,5m.
+ Cạnh (7,11) = 41m = a
+ Cạnh (6,7) = 30 m = b
Đường kính D của đường tròn ngoại tiếp đi qua các đỉnh cột là:
D = a 2 + b 2 = 412 + 30 2 = 50,804 m
Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
50,804
= 6,351m
ha =
8
Độ cao cần thiết của cột thu lôi là:
hc = ha + hx = 6,351 + 16,5 = 22,851 m.
Vậy ta chọn độ cao của cột thu lôi là 23 m.
I.2.2B Tính toán phạm vi bảo vệ cho phía 110 kV:
Chiều cao cần bảo vệ của phía 110 kV là 11 m.
Ta nhận thấy nhóm cột (14,18,19,15) là nhóm cột có diện tích cần bảo vệ

là lớn nhất.
+ Cạnh (14,18) = 63 m = a
+ Cạnh (14,15) = 30 m = b
Đường kính D để cảu đường tròn ngoại tiếp đi qua các đỉnh cột là:
D = a 2 + b 2 = 63 2 + 30 2 = 69,778m
Độ cao tác dụng tối thiểu để cho các cột bảo vệ hoàn toàn diện tích giới
hạn bởi chúng là:
ha =

D 69,788
=
= 8,722m
8
8

SVTH: Nguyễn Văn Tài

11


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

Độ cao cần thiết của cột thu lôi là
hc = ha + hx = 11 + 8,722 = 19,722 m
Vậy ta chọn chiều cao cột thu lôi bằng 20 m.
+ Tính toán so sánh chọn phương án tối ưu:
Phương án A:
- Phía 220 kV có 9 cọc chiều cao mỗi cọc là 24 m.

- Phía 110 kV có 6 cọc chiều cao mỗi cọc là 20,5 m
Tổng chiều dài của các cọc tiếp địa là:
hΣ = 9.24 + 6.20,5 = 339 m
Phương án B:
- Phía 220 kV có 12 cọc chiều cao mỗi cọc là 23 m.
- Phía 110 kV có 8 cọc chiều cao mỗi cọc là 20 m
Tổng chiều dài của các cọc tiếp địa là:
hΣ = 12.23 + 8.20 = 436 m
Nhận xét:
Như vậy sau khi tính toán ta nhận thấy phương án A có tổng chiều dải cột
thu sét ít hơn tức khối lượng sắt thép nhỏ hơn phương án B. Như vậy phương án
A là phương án tối ưu. Ta chọn phương án A để tính tiếp.
Chương II:
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG NỐI ĐẤT
TRẠM BIẾN ÁP 220/110 kV
II.1 Mở đầu:
Tác dụng của hệ thống nối đất là để tản dòng điện và giữ mức điện thế
thấp trên các vật được nối đất. Trong hệ thống điện có ba loại nối đất khác nhau:
-

Nối đất an toàn (bảo vệ): có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người
khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem
nối đất mọi bộ phận kim loại bình thường không mang điện (vỏ máy,
thùng máy biến áp, máy cắt điện... ) Nhưng khi cách điện bị hư hỏng,
trên các bộ phận này xuất hiện điện thế, do đã được nối đất nên giữ
được mức điện thế thấp ... do đó đảm bảo an toàn cho người khi tiếp
xúc với chúng.

-

Nối đất làm việc: nhiệm vụ của loại nối đất này là đảm bảo sự làm
việc bình thường của thiết bị hoặc của một số bộ phận của thiết bị
theo chế độ làm việc đã được quy định sẵn. Loại nối đất này gồm có
nối đất điểm trung tính máy biến áp trong hệ thống có điểm trung tính
nối đất, nối đất của máy biến áp đo lường và nối đất của điện kháng
dùng trong bù ngang trên các đường dây tải điện đi xa của hệ thống
điện.

-

Nối đất chống sét: nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét trong đất
(khi có sét đánh vào cột chống sét trên đường dây) để giữ cho điện

SVTH: Nguyễn Văn Tài

12


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

thế tại mọi điểm trên thân cột không quá lớn... do đó hạn chế được
phóng điện ngược tới công trình cần bảo vệ.
Ở các nhà máy điện và trạm biến áp về nguyên tắc là phải tách rời hai hệ
thống nối đất làm việc và nối đất an toàn để 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. Nhưng trong thực tế điều đó khó thực hiện vì
nhiều lý do, cho nên thường chỉ dùng một hệ thống nối đất để làm hai nhiệm vụ.
Do đó hệ thống nối đất chung đó phải thỏa mãn các yêu cầu của các thiết bị, cần

có điện trở nối đất bé nhất. Điện trở nối đất của hệ thống này yêu cầu không
được quá 0,5Ω.
Để đảm bảo về yêu cầu nối đất cũng như để giảm nhẹ khối lượng kim loại
trong việc xây dựng hệ thống nối đất, nên tận dụng các loại nối đất tự nhiên như:
- Ống nước chôn dưới đất hay các ống kim loại khác (không chứa các
chất gây cháy nổ).
-

Hệ thống dây chống sét – cột.

-

Kết cấu kim loại của các công trình.

Khi dùng nối đất tự nhiên phải tuân theo những qui định của qui phạm.
Nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thỏa 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. Nhưng đối
với các thiết bị có dòng điện ngắn mạch lớn thì cần phải nối đất nhân tạo và yêu
cầu trị số điện trở nhân tạo phải nhỏ hơn 1Ω.
II.2 Trị số cho phép của điện trở nối đất:
Trị số điện trở nối đất càng bé thì tác dụng của nối đất càng cao. Nhưng
việc giảm trị số của điện trở nối đất sẽ làm tăng giá thành xây dựng lên nhiều vì
số lượng kim loại tăng lên, do đó cần phải qui định trị số cho phép của điện trở
nối đất.
Đối với hệ thống nối đất làm việc, trị số của nó phải thỏa mãn các yêu cầu
của tình trạng làm việc của mỗi thiết bị. Theo qui trình:
-

Đối với các thiết bị nối đất trực tiếp thì yêu cầu điện trở nối đất phải
thỏa mãn:

R ≤ 0,5 Ω

-

Đối với các thiết bị có điểm trung tính không nối đất trực tiếp thì yêu
cầu:
R≤

250
Ω
I

nếu như hệ thống nối đất ấy dùng cho các thiết bị cao áp
-

Nếu như hệ thống có điểm trung tính cách điện và hệ thống nối đất
cho cả các thiết bị cao áp và hạ áp thì yêu cầu:

SVTH: Nguyễn Văn Tài

13


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp
R≤

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

125
Ω nhưng không được quá 10 Ω

I

Dòng điện I tùy theo từng trường hợp sẽ có trị số khác nhau:
-

Trong hệ thống không có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là dong
điện khi có chạm đất một pha:
I = 3U f ωC

(4-1)

Trong đó:
C là điện dung của một pha của hệ thống nối đất.
-

Nếu hệ thống có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là phần dòng
điện còn lại hay chưa được bù của dòng điện ngắn mạch chạm đất
trong mạng khi đã cắt đi thiết bị bù có công suất lớn nhất, nhưng chú
ý là không được quá 30 A.

-

Dòng điện tính toán trong hệ thống nối đất mà trong đó có nối thiết bị
bù được lấy bằng 125% dòng điện định mức của thiết bị bù.

Ngoài việc đảm bảo trị số điện trở nối đất đã qui định và giảm nhỏ điện
trở nối đất của trạm và nhà máy, còn cần phải chú ý đến việc cải thiện sự phân
bố thế trên trên toàn diện tích của trạm.
II.3 Hệ số mùa
Đất là môi trường phức tạp không đồng nhất về kết cấu cũng như thành

phần, do đó điện trở suất của đất phụ thuộc phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành
phần, độ ẩm, nhiệt độ... của đất. Do khí hậu các mùa thay đổi nên độ ẩm, nhiệt
độ của đất luôn luôn thay đổi, đặc biệt đối với lớp đất ở trên, còn đối với lớp đất
sâu thì dao động của độ ẩm ít hơn.
Vì vậy khi thiết kế hệ thống nối đất, về trị số tính toán điện trở suất của
đất cần chú ý đến trị số lớn nhất của nó có trong các mùa được tính theo:
ρ = ρ đo K

(4-2)

Trong đó : K là hệ số mùa.
Trong bài tập này ta có điện trở suất của đất ρ = 87Ωm
II.4 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:
RHT = RNT // RTN =
SVTH: Nguyễn Văn Tài

RNT RTN
≤ 0,5 Ω
RNT + RTN
14

(4-3)

Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

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

RNT ≤ 1 Ω

II.4.1 Nối đất tự nhiên:
Nối đất tự nhiên bao gồm các dạng sau:
-

Các hệ thống ống dẫn nước, các ống kim loại chôn dưới đất không
chứa các chất dễ cháy, nổ.

-

Hệ thống dây chống sét, điện trở nối đất, cột điện đường dây mà được
nối vào hệ thống nối đất của trạm.

-

Các kết cấu kim loại của trạm như móng nhà, tường trạm.

Trong phạm vi đồ án này ta chỉ xét nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống
dây chống sét - điện trở của cột điện của đường dây 110 kV, 220 kV tới trạm.
Ta có công thức tính toán điện trở của hệ thống dây chống sét cột với số

lượng cột lớn hơn 20 cột là:
Rcs =

Rc
Rc 1
1
+
+
2
Rcs 4

(4-4)

Trong đó:
Rcs là điện trở của dây chống sét trong một khoảng vượt
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 3 lộ đường dây 220 kV, khoảng vượt L1 = 250 m.
Có 4 lộ đường dây 110 kV, khoảng vượt L2 = 300 m.
Điện trở nối đất của cột điện là 7 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:
Rcs1 = r0 L1 = 2,38 ⋅ 250 ⋅ 10 −3 = 0,595 (Ω)
Rcs 2 = r0 L2 = 2,38 ⋅ 300 ⋅ 10 −3 = 0,714 (Ω)

Điện trở nối đất tự nhiên của 3 lộ đường dây 220 kV:
RTN 1 =

Rc
1

1
7
=
= 0,588
31
Rc 1 3 1
7
1
(Ω)
+
+
+
+
2
0,595 4
2
Rcs 4

Điện trở nối đất tự nhiên của 4 lộ đường dây 110 kV:
RTN 2 =

SVTH: Nguyễn Văn Tài

Rc
1
1
7
=
= 0,477
41

Rc 1 4 1
7
1
(Ω)
+
+
+
+
2
0
,
714
4
2
Rcs 4
15


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

Điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống nối đất của trạm:
RTN =

RTN 1 ⋅ RTN 2
0,588 ⋅ 0,477
=
= 0,263 (Ω)
RTN 1 + RTN 2 0,588 + 0,477

RTN = 0,263 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 220 kV và 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 RNT ≤ 1 Ω và đảm bảo
yêu cầu về nối đất chống sét.
II.4.2 Nối đất nhân tạo:
Ta phải thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo với yêu cầu RNT ≤ 1 Ω.
Nối đất nhân tạo trong phạm vi đồ án này ta dùng là nối đất dạng mạch
vòng xung quanh trạm,
Phía 110 kV có khích thước 82 x 79 m
Phia 220 kV có khích thước 82 x 104 m
Chu vi của mạch vòng:
L=2(l1+l2)(m)
Với l1=79+104=183 (m)
l2=82 (m)
Vậy L=2(183+82)=530 (m)
Điện trở tản xoay chiều của mạch vòng:
ρ tt
K ⋅ L2
Rmv =
ln
2 ⋅π ⋅ L
t ⋅d

(4-6)

Trong đó:

L:

là chiều dài tổng của điện cực (chu vi của mạch vòng).

t:

độ chôn sâu của thanh làm mạch vòng, lấy t = 0,8 m.

ρ tt : điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm mạch
vòng chôn ở độ sâu t.
ρ tt = ρ đo k mùa , lấy hệ số mùa với độ chôn sâu 0,8 m kmùa = 1,6
ρ tt = 87 ⋅ 1,6 = 139,2

d:

SVTH: Nguyễn Văn Tài

(Ω.m)

đường kính của thanh làm mạch vòng (nếu thanh là thanh
dẹt có bề rộng b thì d=b/2). Ta chọn thanh dẹt 40*4(mm)
có bề rộng b = 4 cm, do đó d =2 cm.

16


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp
l1

K:

l1

là hệ số hình dáng phụ thuộc vào tỉ số l . Giá trị K=f( l )
2
2
được cho trong bảng:
l1/l2
1
1,5
2
3
4
K
5,53
5,81
6,42
8,17
10,4
l

1
Xác định K bằng phương pháp đồ thị (hình vẽ 4 - 2) với tỉ số l = 2,232 thì
2
K=6,826

Hình vẽ 4-2 Hệ số hình dáng
Như vậy trị số điện trở tản xoay chiều của mạch vòng nối đất nhân tạo:

139,2
6,826 ⋅ 530
ρ tt
K ⋅ L2
ln
Rmv =
ln
=
2 ⋅ π ⋅ 530
0,8 ⋅ 0,02
2 ⋅π ⋅ L
t ⋅d

2

= 0,778 (Ω).
RNT = Rmv = 0,778 Ω < 1 Ω
R HT =

R NT RTN
0,778.0,263
=
= 0,197 ≤ 0,5 cho nên đã đảm bảo yêu cầu nối
R NT + RTN 0,778 + 0,263

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.

II.4.3 Nối đất chống sét:
Khi có dòng điện sét đi vào bộ phận nối đất và tốc độ biến thiên của dòng
điện sét theo thời gian rất lớn trong thời gian đầu điện cảm của khu vực nối đất
SVTH: Nguyễn Văn Tài

17


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

rất lớn sẽ ngăn cản không cho dòng điện sét đi tới phần cuối của điện cực khiến
cho điện áp phân bố không đều. Trong thời gian về sau ảnh hưởng của điện cảm
mất dần và điện áp phân bố đều hơn.
Thời gian của quá trình quá độ nói trên phụ thuộc vào hằng số thời gian
T = L ⋅ g ⋅ l 2 . Như vậy T tỷ lệ với trị số điện cảm tổng ( L ⋅ l ) và điện dẫn tổng ( g ⋅ l )
của điện cực. Từ công thức trên ta thấy rằng khi dòng tản trong đất là dòng điện
một chiều hoặc dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp thì ảnh hưởng của L là
không đáng kể và bất kỳ hình thức nối đất nào (thẳng đứng hay nằm ngang)
cũng đều biểu thị trị số điện trở tản.
Khi dòng điện đi vào trong đất là dòng điện sét, tham số biểu thị của nối
đất tùy thuộc vào tương quan giữa hằng số thời gian T và thời gian đầu sóng của
dòng điện.
Với T<< τđs quá trình quá độ diễn ra rất nhanh, khi dòng điện sét đạt tới trị
số cực đại thì quá trình quá độ cũng kết thúc và hệ thống nối đất thể hiện như
một điện trở tản, trường hợp này ứng với trường hợp nối đất tập trung.
Nếu điện cực dài, l lớn, hằng số thời gian lớn có thể đạt đến τ đs và tại thời
điểm dòng điện sét đạt tới trị số cực đại, quá trình quá độ chưa kết thúc, nối đất
thể hiện như một tổng trở Z và có trị số rất lớn so với trị số điện trở tản. Trường

hợp này gọi là nối đất phân bố dài.
Trong hệ thống bảo vệ chống sét cho trạm thì hệ thống nối đất chống sét
được nối chung với mạch vòng nối đất an toàn, tạo thành một hệ thống nối đất
chung (chỉ áp dụng cho trạm có cấp điện áp lớn hơn 10 kV). Do vậy nối đất
chống sét là nối đất phân bố dài. Khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất,
tổng trở xung kích Zxk có thể lớn gấp nhiều lần so với điện trở nối đất an toàn và
điện áp trên các bộ phận nối đất có thể cao dẫn đến phóng điện ngược tới các
thiết bị điện của trạm. Do đó ta phải tính toán kiểm tra yêu cầu của nối đất
chống sét khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất.
-

Điều kiện kiểm tra

Đối với trạm biến áp 220/110 kV khi có dòng điện sét đi vào hệ thống nối
đất thì dòng điện sét I đi vào phải thỏa mãn điều kiện:
U đ = I ⋅ Z xk (0,τ đs )
(4-7)

Trong đó:
I
là biên độ dòng điện sét.
Zxk(0,t) là tổng trở xung kích đầu vào của hệ thống nối đất.
U50%MBA là trị số phóng điện xung kích của máy biến áp.
Đối với phía 110 kV thì U50%MBA = 460 kV.
Đối với phía 220 kV thì U50%MBA = 900 kV.
Như vậy điều kiện của nối đất chống sét là Uđ < U50%MBA = 460 kV.
-

Dạng sóng tính toán của dòng điện sét

SVTH: Nguyễn Văn Tài

18


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

Trong thiết kế ta chọn dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xiên góc
có biên độ không đổi cho dưới đây:
Khi t ≥ τ đs

I S = at

I S = aτ đs

Khi t > τ đs

Biên độ của dòng điện sét thường được dùng để tính là I = 150 kA.
Độ dốc của dòng điện sét là:

300 (kA/μs).

Như vậy thời gian đầu sóng là: τđs =

I 150
=
= 5 (μs)

a 30

Is(A)

I
t(s)

Hình vẽ 4-3 Dạng sóng tính toán vào trạm
Khi tính toán được giá trị tại chỗ dòng điện sét đi vào nối đất U đ ta phải so
sánh với U50%MBA =460 kV. Nếu thỏa mãn rồi thì thôi còn ngược lại nếu chưa
thỏa mãn thì cần phải tiến hành nối đất bổ sung.
- Kiểm tra phương án mạch vòng nối đất nhân tạo theo điều kiện nối đất
chống sét.
Trong nối đất chống sét:
Khi dùng thanh ngang chôn sâu 0,8 m thì kmùasét =1,25
Rmvsét =

Rmvantoàn
0,778
k mùasét =
1,25 = 0,608 (Ω)
k mùaantoàn
1,6

Để tính tổng trở đầu vào của nối đất chống sét ta xét các điều kiện sau:
-

Bỏ qua nối đất tự nhiên và các thanh cân bằng điện áp trong trạm.

-

Trong tính toán để đơn giản ta bỏ qua điện trở bản thân cực, vì nó rất
nhỏ so với điện cảm, ta cũng bỏ qua tác dụng của điện dung vì nó
cũng rất nhỏ so với điện dẫn.

-

Không xét quá trình phóng điện trong đất

-

Ta xem mạch vòng của hệ thống nối đất nhân tạo là sự ghép song
song của 2 tia chiều dài mỗi tia là l=L/2, với L là chu vi của mạch
vòng, l = 530/2 = 265 m.

Sơ đồ thay thế của một tia:

SVTH: Nguyễn Văn Tài

19


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

L

G

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

L

G

L

G

L

G

G

Hình vẽ 4-4 Sơ đồ thay thế 1 tia
Trong sơ đồ thay thế trên thì:
L
là điện cảm của điện cực trên một đơn vị dài.
G là điện dẫn tác dụng của điện cực theo đơn vị dài.
Với:

1

1

−3
G = 2 R l = 2 ⋅ 0,608 ⋅ 265 = 3,103 ⋅ 10 1/(Ωm)
mvsét

l

r

L= 0,2(ln − 0,31)
Trong đó:
l
r

chiều dài cực
bán kính cực, với thép dẹt như ta đã chọn thì:
r = b/4 = 4/4 = 1cm
265

Như vậy: L = 0,2(ln 0,01 − 0,31) = 1,975 μH/m
Từ sơ đồ ta có hệ phương trình vi phân:
δi
 δu
−
=
L
 δx
δt

− δl = Gu
 δt

Giải hệ phương trình này ta được điện áp tại điểm bất kỳ tại thời điểm t
bất kỳ trên điện cực:
t
∞
−

a 
1
kπx 
Tk
U ( x, t ) =
t + 2T1 ∑ 2 (1 − e ) cos

G ⋅ l 
l 
k =1 k

(4-8)

Từ đó ta suy ra tổng trở xung kích ở đầu vào của nối đất:
t
−

1  2T1 ∞ 1
Tk
Z (0, t ) =
(1 − e )
1 +
∑
2
G ⋅ l 
t k =1 k


Với:

L ⋅G ⋅l2
T1 =
π2

Tk =

T1
k2

L ⋅G ⋅l2
Tk = 2 2
k π

Do coi hệ thống nối đất là sự ghép song song của hai tia nên tổng trở xung
kích của hệ thống nối đất tại thời điểm t = τđs sẽ là:
1
Z (0,τ đs ) =
2⋅G ⋅l

 2T
1 + 1
 τ đs

∞

τ đs

−
1
Tk

(
1
−
e
∑
2
k =1 k


)


(4-9)

Từ công thức trên ta thấy tổng trở xung kích của nối đất gồm:
SVTH: Nguyễn Văn Tài

20


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

+

Thành phần biến thiên theo thời gian t.

+

Thành phần ổn định có trị số bằng trị số điện trở xoay chiều.

Tổng trở xung kích của hệ thống nối đất tiến tới trị số ổn định càng nhanh
thì trị số điện trở tản càng ngắn. Chiều dài của điện cực càng lớn thì điện áp ở
đầu cuối càng bé chứng tỏ các phần cuối của điện cực phát huy tác dụng kém.
Để xác định được Z∑(0,τđs) ta xét các chuỗi số sau:
1
1
1
1
π2
=
+
+
...
+
...
=
= 1,645
∑
2
6
12 2 2
k2
k =1 k
∞

Chuỗi số:

∞

Chuỗi số:

1

∑k
k =1

2

e

−

τ đs
TK

−

=

τ đs
T1

−

τ đs
T2

−

τ đs
Tk

e
e
e
+ 2 + ... 2 + ...
2
1
2
k

Trong chuỗi số này ta chỉ xét đến số hạng chứa e −4 (do e −5 trở đi có giá trị
rất nhỏ so với các số hạng trước nên ta có thể bỏ qua). Tức là ta tính với k sao
cho:
τ đs
≤ 4 với k ∈ Z +
Tk
τ đs τ đs
4T1
=
≤4
2
T1
Tk
hay k ≤ τ
đs
k2
4T1

L⋅G ⋅l2
1,975 ⋅ 3,103 ⋅ 10 −3 ⋅ 265 2
k≤
=2
=
2
= 5,906
τ đs
π 2τ đs
π 2 ⋅5

Ta chọn k trong khoảng từ 1 đến 6
L ⋅ G ⋅ l 2 1,975 ⋅ 3,103 ⋅ 10 −3 ⋅ 265 2
T1 =
=
= 43,605 μs
π2
π2

k
1
2
Tk(μs) 43,605 10,901

3
4,825

4
2,725

5
1,744

6
1,211

0,115

0,459

1,032

1,835

2,867

4,128

0,892

0,632

0,356

0,16

0,057

0,016

0,892

0,158

0,04

0,01

0,002 0,0004

τ đs
Tk

e

−

τđs
Tk

−

τđs
Tk

e
k2

Từ bảng trên ta có:
7

τ đs

1 − TK
e
=1,102
∑
2
k =1 k

Vậy:

τ
− đs 
1  2T1 ∞ 1
Z (0,τ đs ) =
(1 − e Tk ) 
1 +
∑
2
2 ⋅ G ⋅ l  τ đs k =1 k


SVTH: Nguyễn Văn Tài

21


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

=

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

1
 2 ⋅ 43,605

1+
(1,645 − 1,102)
−3

5
2 ⋅ 3,103 ⋅ 10 ⋅ 265 


=6,367 (Ω)
Uđ = I Z∑(0,τđs) = 150 ⋅ 6,367 = 955,05 (kV)
Vì Uđ = 955,05 kV > U50%MBA = 460 kV nên phương án nối đất mạch vòng
nhân tạo chưa đảm bảo yêu cầu nối đất chống sét, để đảm bảo an toàn cho thiết
bị thì ta phải tìm phương án nối đất khác. Và phương án có thể là:
+

Phương án nối đất bổ sung gồm thanh và cọc.

Trong nối đất bổ sung ta sử dụng dạng nối đất tập trung gồm thanh và
cọc. Do việc xác định Zbx bằng lý thuyết là rất khó khăn cho nên ta chọn hình
thức nối đất bổ sung như sau:
Chọn thanh nối đất bổ sung là loại thép dẹt có:
+ Chiều dài lT = 6 m
+ Bề rộng bT = 0,04 m

Dọc theo chiều dài thanh có chôn 3 cọc tròn có:
+ Chiều dài cọc lcọc = 2 m
+ Đường kính d=0,04 m
+ Độ chôn sâu t= 0,8 m
Khoảng cách giữa 2 cọc a= 2 m.
Sơ đồ nối đất bổ sung như sau:

2 m

2 m

2 m

2,8 m

2 m

Hình 4-5 Sơ đồ nối đất bổ sung thanh-cọc
Nối đất chống sét cho nên ta lấy hệ số kmùa như sau:
+

Đối với thanh ngang chôn sâu t= 0,8 m thì kmùa = 1,25.

+

Đối với cọc dài 2 m chôn sâu t= 0,8 m thì kmùa = 1,15.

Điện trở của thanh:
RT =
SVTH: Nguyễn Văn Tài

ρ ttT
K ⋅ lT2
ln
2 ⋅ π ⋅ lT t ⋅ d T

(4-11)
22


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

Trong đó:
lT

là chiều dài thanh lT = 6 m.

t

độ chôn sâu của thanh làm tia, lấy t = 0,8 m.

ρ tt

điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm tia chôn ở
độ sâu t.

ρ ttT = ρ đo k mùa , lấy hệ số mùa với độ chôn sâu 0,8m kmùa = 1,25

ρ tt = 87 ⋅ 1,25 = 108,75

d

(Ω.m)

đường kính của thanh làm mạch vòng (nếu thanh là thanh
dẹt có bề rộng b thì d=b/2). Ta chọn thanh có bề rộng b = 4
cm, do đó d =2 cm.

K hệ số hình dáng lấy K= 1 do thanh nằm ngang.
Thay vào công thức trên ta có:
RT =

ρ ttT
K ⋅ lT2 108,75
62
ln
=
ln
2 ⋅ π ⋅ lT
t ⋅ dT
2 ⋅ π ⋅ 6 0,8 ⋅ 0,02

(Ω)

= 22.266(Ω)
Điện trở của cọc:
Điện trở cọc:
Rcsét =

ρ ttc
2πlcoc

 2lcoc 1 4t '+lcoc 
+ ln
ln

d
2 4t '−lcoc 


Trong đó:
ρ tt

điện trở suất tính toán của đất, ρ tt = ρ ⋅ k mùasét

d

là đường kính cọc d = 0,04 m

t’ = t + lcọc/2 = 0,8 + 2/2 = 1,8 (m)
Thay vào công thức trên ta có:
Rcsét =

87 ⋅ 1,15  2 ⋅ 2 1 4 ⋅ 1,8 + 2 
ln
+ ln
2π 2  0,04 2 4 ⋅ 1,8 − 2 

= 38,936 (Ω)
Điện trở bổ sung:
Điện trở bổ sung được tính theo công thức:
Rbx =

RT ⋅ RC
RT ⋅ n ⋅ η c + RCη t

Trong đó:
n
SVTH: Nguyễn Văn Tài

là số cọc
23


Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

ηT, ηC là hệ số sử dụng của thanh và cọc
Tra bảng tìm ηT, ηC ta có với tỉ số a/l =1 và số cọc n = 3 thì:
ηT = 0,77
ηC = 0,76
thay các giá trị trên vào công thức trên ta có:
RT ⋅ RC
22,266 ⋅ 38,936
=
RT ⋅ n ⋅ η c + RCη t 22,266 ⋅ 3 ⋅ 0,76 + 38,936 ⋅ 0,77

Rbx =

= 10,737

(Ω)

Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ sung:
Tổng trở vào của hệ thống khi có nối đất bổ sung được tính như sau:
xk2 τ đs

∞
− 2⋅
R R
2 ⋅ RNTsét
Z XK (0,τ đs ) = bx NTsét + ∑
e π T1 = A + B
1
Rbx + RNTsét k =1 RNTsét
+
Rbx
cos 2 X k

(4-12)
Trong đó:
Rbx RNTsét

10,737 ⋅ 0,608

A= R +R
= 10,737 + 0,608 =0,575(Ω)

bx
NTsét
∞

B=

∑
k =1

xk2 τ đs

− 2⋅
2 ⋅ RNTsét
e π T1
RNTsét
1
+
Rbx
cos 2 X k

Trong chuỗi số trên thì ta chỉ xét đến

e

−

x 2k τ đs
⋅
π 2 T1

trị quá nhỏ có nghĩa là ta tính Xk sao cho:

≈e

−4

còn từ e −5 trở đi có giá

X k2 τ đs
T1
⋅
≤ 4 => X k ≤ 2π
2
τ đs
π T1

Khi lập sơ đồ thay thế ta coi hệ thống nối đất có dạng hình chữ nhật và
khi tính toán thì xem hệ thống gồm 2 phần song song với nhau và có cùng độ
dài, sơ đồ thay thế như sau:
L'

G'

Hình vẽ 4-6
Trong đó:
L’
SVTH: Nguyễn Văn Tài

là điện cảm tương đương của một đơn vị dài và L’ = L/2.
24

Bài tập dài môn: Kỹ thuật điện Cao áp

G’

GVHD: Ths. Trần Hoàng Hiệp

là điện dẫn tươn đương của một đơn vị dài G’ = 2G.

Ta có:
L
2Gl 2
L' G ' l
LGl 2
2
T1 =
=
=
= 43,605 (μs)
2
2
2
π
π
π
2

X k ≤ 2π

T1
43,605
= 18,555
= 2π
τ đs
5

Trong đó Xk là nghiệm của phương trình:
tgX k = −

RNTsét
0,608
Xk =−
= −0,057 X k
Rbx
10,737

Giải phương trình trên bằng phương pháp đồ thị ta xác định được các
nghiệm sau:
Đồ thị:

Hình vẽ 4-7
k
Xk
Cos(Xk)

1
2,906
-0,972
6

B=

∑

SVTH: Nguyễn Văn Tài

k =1

2
5,802
0,886

3
4
5
6
8,756 11,792 14,824 17,821
-0,785 0,715 -0,634 0,516
X k2 τ đs

− 2⋅
2 ⋅ RNTsét
e π T1
RNTsét
1
+
Rbx
cos 2 X k

25