TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220110 KV

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN
ÁP 220/110 KV
A. LÝ THYẾT CHUNG:
1. Các yêu cầu đối với hệ thống thu sét:
Để bảo vệ sét đánh trực tiếp ở các nhà máy điện và trạm biến áp cần dùng
cột thu lôi.Các cột thu lôi có thể được đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho
phép có thể đặt lên trên các kết cấu của trạm và nhà máy.
Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110 kV trở lên có mức cách điện
cao nên có thể đặt cột thu lôi lên trên 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 I s
khuyếch 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 xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn
dây của 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 theo các điều sau:
- Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nói đất cần phải
có nối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán
không được quá 4 Ω (ứng với dòng điện tần số công nghiệp).
- Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm 35 kV phải tăng cường cách điện
của nó lên mức cách điện của cấp 110 kV.
- Trên đầu ra của cuộn dây 6 – 10 kV của máy biến áp phải đặt các 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 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 thu lôi.
- Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi
và bộ phận mang điện không đựơc bé hơn chiều dài chuỗi sứ.
Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp
điện áp 110 kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện.
Không nên đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối 20 – 35 kV, cũng
như không nên nối các cột thu lôi vào hệ thống nối đất của trạm 20 – 35 kV.
Khi dùng cột thu lôi độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa các cột thu
lôi đến các bộ phận bảo vệ 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 cột thu lôi phải cho dây dẫn
điện đến đèn vào ống chì và chôn sâu xuống đất.
Đối với 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 đựơc nối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không được phép đặt cột thu lôi
trên xà 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 15 m.
2. Cách xác định phạm vi bảo vệ của một, hai hay nhiều cột thu sét
a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền giới hạn bởi mặt ngoài của hình
chóp tròn xoay có đường sinh xác định bởi phương trình:

rx =

Trong đó:

1,5
.( h − hx )

hx
h+
h


-

h là chiều cao cột thu sét.

-

hx là chiều cao cần bảo vệ.

-

rx là bán kính của phạm vi bảo vệ cho độ cao hx.

-

h – hx = ha là độ cao hiệu dụng.

Trong tính toán thực tế, đường sinh được đưa về dạng gẫy khúc a, b, c.

Khi h < 30m:
-

2
3



Khi hx ≤ h : rx = 1,5.h.1 −


hx 

0,8.h 


-



2
3

Khi hx > h : rx = 0,75.h.1 −


hx 

h

Trường hợp cột thu sét cao hơn 30m có thể dùng công thức trên nhưng phải
nhân với hệ số hiệu chỉnh p =

5,5
h

và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75h.p và

1,5h.p.
Khi h > 30m:
2
3



hx 

0,8.h 

-

Khi hx ≤ h : rx = 1,5.h. p.1 −

-

Khi hx > h : rx = 0,75.h. p.1 −

2
3






hx 


h

b. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét:
Hai cột cao bằng nhau:
Giả sử có hai cột thu sét có cùng độ cao h 1 = h2 = h đặt cách nhau một
khoảng là a.


Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa hai cột không bị sét
đánh vào.
Khi a < 7h thì giữa hai cột thu sét bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h o = h a
.
7

Phạm vi bảo vệ gồm hai phần:
+ Phần ngoài phạm vi bảo vệ xác định như đối với một cột.
+ Phần trong phạm vi bảo vệ xác định như đối với phạm vi bảo vệ của
cột có độ cao ho cho độ cao hx.
Cách xác định phạm vi bảo vệ của hai cột cao bằng nhau
+ Bán kính bảo vệ của từng cột: rx1 = rx2 = rx
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột: rox
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột: ho = h 2
3



Nếu hx ≤ .ho thì rox = 1,5.ho .1 −
2
3





hx
0,8.ho

Nếu hx > .ho thì rox = 0,75.ho .1 −


a
7

hx
ho









Hai cột có độ cao khác nhau
Giả sử có hai cột có độ cao khác nhau với h 1 > h2 và cách nhau một khoảng
là a.


Cách xác định phạm vi bảo vệ:

-

Xác định phạm vi bảo vệ của cột cao h1.

-

Từ đỉnh cột h2 gióng đường thẳng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ của h 1 tại
3’. Tại 3’ ta đặt một cột giả tưởng với độ cao h2.

-

Xác định phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao h2.
Tính toán phạm vi bảo vệ:

-

Xác định bán kính bảo vệ của từng cột: rx1 và rx2.

-

Xác định bán kính bảo vệ giữa hai cột:
O1O2 = a
O2 O3 = a − O1O3 = a ,
O1O3 = x là bán kính bảo vệ của cột h1 cho cột h2.


Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột 2 và 3’: ho = h2 -

a,
7

Xác định bán kính bảo vệ r ox của độ cao ho cho độ cao hx tương tự như
trương hợp hai cột cao bằng nhau.
c. Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ của ba cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét


Điều kiện cần để công trình nằm trong miền giới hạn của các cột thu sét
được bảo vệ an toàn:
D ≤ 8.( h − hx )

Trong đó:
-

D là đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác, tứ giác.

-

h là chiều cao cột.

-

hx là chiều cao cần bảo vệ.
Cách xác định đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác:
a.b.c

D=
p=

2. p.( p − a ).( p − b ).( p − c )
a+b+c
2

Với a, b,c là ba cạnh của tam giác.
Sau đó xác định phạm vi bảo vệ của từng cặp cột biên tương tự như xác
định phạm vi bảo vệ của hai cột.
B. NỘI DUNG TÍNH TOÁN:

Chương I. Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm
biến áp 220/110 kV:
Theo sơ đồ kết cấu của trạm thì thì mới chỉ biết diện tích mặt bằng mà chưa
biết cụ thể vị trí đặt các thiết bị trong trạm. Với thông tin này ta chỉ cẩn bố trí cột
chống sét sao cho các cột có thể bảo vệ được phần diện tích mặt bằng của trạm với
độ cao hx.
Diện tích mặt bằng phía 110 kV là 87x95 m và phía 220 kV là 121x95 m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ phía 110 kV là 11 m và phía 220 kV là 16,5 m.


1. Phương án 1:

a, Tính toán chiều cao cột:
Phía 220 kV:
Các cột (1, 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 13) tạo thành bốn hình chữ nhật có kích
thước bằng nhau (chiều dài a =47,5 m, chiều rộng b = 43,5 m). Do đó ta chỉ cần
tính cho nhóm cột (1, 2, 6, 7).
Đường kính đường tròn ngoại tiếp:
D = = a 2 + b 2 = 47,52 + 43,52 = 64, 409 (m)
Điều kiện để công trình nằm trong miền giới hạn của các cột thu sét được

bảo vệ an toàn là:
D ≤ 8.(h − hx ) = 8.ha
=> Độ cao hiệu dụng của các cột thu sét phía 220 kV:
ha ≥

D 64.41
=
= 8, 051 (m)
8
8

=>Độ cao thực tế của các cột thu sét phía 220 kV:
h ≥ hx + ha = 16,5 + 8.05 = 24,551 (m)

Các nhóm cột (2, 3, 8, 7), (6, 7, 13, 12), (7, 8, 12, 13) ta tính toán tương tự.


Phía 110 kV:
Các cột (3, 4, 5, 8, 9, 10) tạo thành bốn hình chữ nhật có kích thước bằng
nhau (a = 60,5 m; b = 47,5 m).
Ta chỉ cần tính cho nhóm cột (3, 4, 9, 8)
Đường kính đường tròn ngoại tiếp:
D = 60,52 + 47,52 = 76,919 m
Điều kiện để phần trong các cột thu sét được bảo vệ an toàn là:
D ≤ 8.(h − hx ) = 8.ha
=> Độ cao hiệu dụng của các cột thu sét phía 110 kV:
ha ≥

D 76,919
=

= 9, 615 (m)
8
8

=>Độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110 kV:
h ≥ hx + ha = 11 + 9, 645 = 20, 615 (m)

Tính toán tương tự với các nhóm cột (4, 5, 9, 10), (8, 9, 13, 14), và (9, 10,
14, 15) ta tính toán tương tự.
Từ kết quả tính toán ở trên, ta có thể chọn chiều cao thi công của các cột là:
h1 = h2 = h3 = h6 = h7 = h8 = h11 = h12 = h13 = 25m
h4 = h5 = h9 = h10 = h14 = h15 = 21m

b. Tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên:
Phía 220 kV:
Độ cao cần bảo vệ phía 220 kV là 16,5 m.
Bán kính bảo vệ của các cột (1, 2, 3, 6, 11, 12, 13) có cùng độ cao 25m cho
độ cao hx = 16,5 (m) là:
Do hx <

2
.h1 nên:
3


rx1 = 1,5. h1. 1 −


hx 
16,5 


÷ = 1,5.25. 1 −
÷ = 6,56 (m)
0,8.h1 
 0,8.25 

Tính bán kính bảo vệ giữa các cặp cột:


Xét cặp cột (1, 2):
h1 = h2 = 25 m ; a12 = 43,5 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là:
ho1-2 = h1 −
Do hx >

a12
43,5
= 25 −
= 18, 79 (m)
7
7

2
.ho nên
3


rox1-2 = 0,75. ho . 1 −



16,5 

÷ = 0, 75.18, 79. 1 −
÷ = 1, 71 (m)
 18, 79 


hx
ho

Tính toán tương tự cho các cặp cột (2, 3) (11, 12) (12, 13)
Xét cặp cột (1, 6):
h1 = h6 = 25 m ; a16 = 47,5 (m).
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là:
ho1-6 = h1 −
Do hx >

a16
47,5
= 25 −
= 18, 21 (m)
7
7

2
.ho nên:
3


rox1-6 = 0,75. ho . 1 −


hx
ho


16,5 

÷ = 0, 75.18, 21. 1 −
÷ = 1, 29 (m)
 18, 21 


Tính toán tương tự cho cột (6, 11)
Phía 110 kV:
Độ cao cần bảo vệ phía 110 kV là 11 m.
Bán kính bảo vệ của cột 3 và cột 13 (có cùng độ cao 25 m) cho độ cao h x =
11 (m) là: rx3 và rx13.
Do hx <

2
.h3 nên:
3




rx3 =1,5. h3 . 1 −


hx 
11 

÷ = 1,5.25. 1 −
÷ = 16,875 (m)
0,8.h3 
 0,8.25 

Bán kính bảo vệ của các cột (4, 5,10, 14, 15), (có cùng độ cao 21 m) cho độ
cao hx = 11 (m) là: rx4
Do hx <

2
.h4 nên:
3


rx4 =1,5. h4 . 1 −


hx 
11 

÷ = 1,5.21. 1 −
÷ = 10,875 m
0,8.h4 
 0,8.21 

Tính bán kính bảo vệ giữa các cặp cột biên:

Xét cặp cột (3, 4):
h3 = 25 m ; h4 = 21 m ; a34 = 60,5 m.
Trước hết ta xét bán kính bảo vệ của cột h3 cho cột h4 : O 3O 3'
Do h4 >

2
.h3 nên:
3
 h 
 21 
O 3O 3' = x = 0, 75.h3 . 1 − 4 ÷ = 0, 75.25. 1 − ÷ = 3 m
 h3 
 25 

Khoảng cách từ cột h4 đến cột giả tưởng h3’ là :
a’ = a34 – x = 60,5 – 3 = 57,5 m
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa cột h4 và cột h3’ là :
ho4-3’ = h4 −
Do hx >

a,
57,5
= 21 −
= 12, 78 m
7
7

2
.ho 4−3' nên:
3



rox4-3’ = 0,75. ho 4−3' . 1 −


hx 
11 

÷ = 0, 75.12, 78. 1 −
÷ = 1,34 m
ho 4 −3' 
 12, 78 

Tính toán tương tự cho cặp cột (13, 14)
Xét cặp cột (4, 5):
h4 = h5 = 21 m; a45 = 60,5 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là:


ho4-5 = h4 −

a45
60.5
= 21 −
= 12,36 (m)
7
7

2
3

Do hx > .ho nên:


rox4-5 = 0, 75.ho . 1 −


hx
ho


11 

÷ = 0, 75.12,36. 1 −
÷ = 1, 02 (m)
 12,36 


Tính toán tương tự cho cặp cột (14,15).
Xét cặp cột (5, 10):
h5 = h10 = 21 m; a5-10 = 47,5 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là:
ho4-5 = h4 −

a45
47.5
= 21 −
= 14, 21 (m)
7
7

2
3

Do hx > .ho nên:


rox4-5 = 0, 75.ho . 1 −


hx
ho


11 

÷ = 0, 75.14, 21. 1 −
÷ = 2, 41 (m)
 14, 21 


Tính toán tương tự cho cặp cột (10, 15)
Theo kết quả tính toán ở trên, ta có bảng tổng kết:
Phía 110 kV:
rx3
16,875

rx4
10,875

rx5
10,875

rx10
10,875

rx13
16,875

rox4-3’
1,22

rox4-5
1,02

rox14-15
1,02

rox14-13’
1,22

rox5-10
2,41

rx3
6,56

rx6
6,56

rx11
6,56

rox11-12
1,71

rox12-13
1,71

rx14
10,875

rx15
10,875

rox10-15
2,41

Phía 220 kV:
rx1
6,56
rox1-2
1,71

rx2
6,56
rox2-3
1,71

rox1-6

1,29

rox6-11
1,29

rx12
6,56

rx13
6,56


c. Vẽ phạm vi bảo vệ

2. Phương án 2:

a, Tính toán chiều cao cột:


Phía 220 kV:
Các cột (1, 2, 3, 4, 7, 8, 9, 10, 13, 14, 15, 16) tạo thành sáu hình chữ nhật có
kích thước bằng nhau (chiều dài a =47,5 m, chiều rộng b = 29 m). Do đó ta chỉ cần
tính cho nhóm cột (1, 2, 7, 8).
Đường kính đường tròn ngoại tiếp:
D = = a 2 + b 2 = 47,52 + 292 = 55, 65 (m)
Điều kiện để công trình nằm trong miền giới hạn của các cột thu sét được
bảo vệ an toàn là:
D ≤ 8.(h − hx ) = 8.ha
=> Độ cao hiệu dụng của các cột thu sét phía 220 kV:
ha ≥

D 55, 65
=
= 6,96 (m)
8
8

=>Độ cao thực tế của các cột thu sét phía 220 kV:
h ≥ hx + ha = 16,5 + 6,96 = 23, 46 (m)

Các nhóm cột (2, 3, 9,8), (3, 4, 10, 9), (7, 8, 14, 13), (8, 9, 15, 14), (9, 10,
16, 15) ta tính toán tương tự.
Phía 110 kV:
Các cột (4, 5, 6, 10, 11, 12, 16, 17, 18) tạo thành bốn hình chữ nhật có kích
thước bằng nhau
(a = 60,5 m; b = 47,5 m)
Ta chỉ cần tính toán cho nhóm cột (4, 5, 10, 11)
Đường kính đường tròn ngoại tiếp:
D = 60,52 + 47,52 = 76,919 m
Điều kiện để phần trong các cột thu sét được bảo vệ an toàn là:
D ≤ 8.(h − hx ) = 8.ha
=> Độ cao hiệu dụng của các cột thu sét phía 110 kV:
ha ≥

D 76,919
=
= 9, 615 (m)
8
8

=>Độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110 kV:
h ≥ hx + ha = 11 + 9, 645 = 20, 615 (m)

Các nhóm cột (5, 6, 12, 11), (10, 11, 17, 16), và (11, 12, 18, 17) ta tính toán
tương tự.
Từ kết quả tính toán ở trên, ta có thể chọn chiều cao thi công của các cột là:
h1 = h2 = h3 = h7 = h8 = h9 = h10 = h13 = h14 = h15 = 23,5m
h5 = h6 = h11 = h12 = h17 = h18 = 21m

b. Tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên:
Phía 220 kV:
Độ cao cần bảo vệ phía 220 kV là 16,5 m.
Bán kính bảo vệ của các cột (1, 2, 3, 4, 7, 13, 14, 15, 16) có cùng độ cao
23,5 (m) cho độ cao hx = 16,5 (m) là:
Do hx >

2
.h1 nên:
3


rx1= 0.75h1. 1 −


hx
h1


 16,5 

÷ = 0, 75.23,5. 1 −
÷ = 5, 25 (m)
 23,5 


Tính bán kính bảo vệ giữa các cặp cột:
Xét cặp cột (1, 2): h1 = h2 = 23,5 m ; a12 = 29 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là:
ho1-2 = h1 −
Do hx >

a12
29
= 23,5 −
= 19,36 (m)
7
7

2
.ho nên:
3


rox1-2 = 0,75. ho . 1 −


hx 
16,5 

÷ = 0, 75.19,36. 1 −

÷ = 2,14 (m)
ho 
 19,36 

Tính toán tương tự cho các cặp cột (2, 3) (3, 4) (13, 14) (14, 15) (15, 16)
Xét cặp cột (1, 7):


h1 = h7 = 23,5 m ; a17 = 47,5 (m).
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là:
ho1-7 = h1 −
Do hx >

a17
47,5
= 23,5 −
= 16, 71 (m)
7
7

2
.ho nên:
3


rox1-7 = 0,75. ho . 1 −


hx
ho


16,5 

÷ = 0, 75.16, 71. 1 −
÷ = 0,16 (m)
16,
71




Tính toán tương tự cho cột (7, 13)
Phía 110 kV:
Độ cao cần bảo vệ phía 110 kV là 11 m.
Bán kính bảo vệ của cột 4 và cột 16 (có cùng độ cao 23,5 m) cho độ cao h x
= 11 (m) là: rx4 và rx16.
Do hx <

2
.h3 nên:
3


rx4 = 1,5. h4 . 1 −


hx 
11 


÷ = 1,5.23,5. 1 −
÷ = 14, 625 (m)
0,8.h4 
 0,8.23,5 

Bán kính bảo vệ của các cột (5, 6, 12,18, 17), (có cùng độ cao 21 m) cho độ
cao hx = 11 (m) là: rx4
Do hx <

2
.h4 nên:
3


rx5 = rx4’ =1,5. h5 . 1 −


hx 
11 

÷ = 1,5.21. 1 −
÷ = 10,875 (m)
0,8.h5 
 0,8.21 

Tính bán kính bảo vệ giữa các cặp cột biên:
Xét cặp cột (4, 5):
h4 = 23.5 m ; h5 = 21 m ; a45 = 60,5 m.
Trước hết ta xét bán kính bảo vệ của cột h4 cho cột h5 : O 4O 4'

Do h5 >

2
.h4 nên:
3

h 
21 


O 4O 4' = x = 0, 75.h4 . 1 − 5 ÷ = 0, 75.23,5. 1 −
÷ = 1,875 (m)
 h4 
 23,5 

Khoảng cách từ cột h5 đến cột giả tưởng h4’ là :
a’ = a45 – x = 60,5 – 1,875 = 58,625 (m)
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa cột h5 và cột h4’ là :
ho5-4’ = h5 −
Do hx >

a,
58, 625
= 21 −
= 12, 625 (m)
7
7

2

.ho 5−4' nên:
3


rox5-4’ = 0,75. ho 5− 4' . 1 −


hx 
11 

÷ = 0, 75.12, 625. 1 −
÷ = 1, 22 (m)
ho 5−4' 
 12, 625 

Tính toán tương tự cho cặp cột (16, 17)
Xét cặp cột (5, 6):
h5 = h6 = 21 m; a56 = 60,5 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là:
ho5-6 = h5 −

a56
60.5
= 21 −
= 12,36 (m)
7
7

2
3

Do hx > .ho nên:


rox4-5 = 0, 75.ho . 1 −


hx
ho


11 

÷ = 0, 75.12,36. 1 −
÷ = 1, 02 (m)
 12,36 


Tính toán tương tự cho cặp cột (17,18).
Xét cặp cột (6, 12):
h6 = h12 = 21 m; a6-12 = 47,5 m.
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai cột là:
ho6-12 = h6 −
2
3

Do hx > .ho nên:

a6−12
47.5

= 21 −
= 14, 21 (m)
7
7




rox4-5 = 0, 75.ho . 1 −


hx
ho


11 

÷ = 0, 75.14, 21. 1 −
÷ = 2, 41 (m)
 14, 21 


Tính toán tương tự cho cặp cột (12, 18)
Theo kết quả tính toán ở trên, ta có bảng tổng kết:
Phía 110 kV:
rx4
14,625

rx5
10,875

rx6
10,875

rx12
10,875

rx16
16,875

rx17
10,875

rox5-4’
1,22

rox17-16’
1,22

rox5-6
1,02

rox17-18
1,02

rox6-12
2,41

rox12-18
2,41

rx18
10,875

Phía 220 kV:
rx1
5,25
rox1-2
2,14

rx2
5,25
rox2-3
2,14

c. Vẽ phạm vi bảo vệ:

rx3
5,25

rx4
5,25

rox3-4
2,14

rox13-14
2,14

rx7

5,25
rox14-15
2,14

rx13
5,25

rx14
5,25

rox15-16
2,14

rx15
5,25

rox1-7
0,16

rx16
5,25
rox7-13
0,16


3. Lựa chọn phương án tối ưu:
Dựa vào tổng chiều cao cột sắt mà ta sử dụng làm cột thu sét cho trạm, ta sẽ
chọn phương án tối ưu là phương án có tổng chiều cao cột sắt nhỏ hơn.
Phương án 1:
Chiều cao, m

Số cột
21
6
25
9
Tổng chiều cao cột

Tổng, m
126
225
351

Phương án 2:
Chiều cao, m
Số cột
21
6
25
12
Tổng chiều cao cột

Tổng, m
126
300
426

=> Cả hai phương án đều đáp ứng yêu cầu kĩ thuật nhưng phương án 1 có
tổng chiều dài sắt thi công nhỏ hơn nên ta chọn phương án 1 làm phương án thiết
kế.

Chương II: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp 220/110 kV
- Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện sét xuống đất để đảm bảo cho thế
trên vật nối đất có giá trị bé.
- Trong việc bảo vệ quá điện áp, nối đất của trạm, của các cột thu sét, của
đường dây và của thiết bị chống sét rất quan trọng. Vì trạm trạm biến áp có cấp
điện áp từ 110kV và 220kV nên nối đất an toàn và nối đất chống sét chung nhau.
1.Nối đất an toàn:


- Nối đất an toàn với mục đích bảo vệ con người bằng cách nối đất các bộ
phận kim loại có thể mang điện áp khi ngắn mạch. Ví dụ như: nối đất vỏ máy điện,
cột sắt của đường dây tải điện.
- Nối đất an toàn với trạm có điện áp từ 110kV trở lên phải thỏa mãn 2 điều
kiện sau:

 RHT ≤ RTN // R NT ≤ 0,5Ω

 R NT ≤ 1Ω
Trong đó: - RTN: điện trở nối đất tự nhiên.
- RNT: điện trở nối đất nhân tạo.
Với nối đất tự nhiên (RTN) ta lợi dụng hệ thống dây chống sét - cột:

RTN =

Rc
1
⋅
n 1
Rc 1
+

+
2
Rcs 4

Trong đó: - n: số tuyến đường dây của trạm.
- Rcs: điện trở của đường dây chống sét trong một khoảng vượt.
Dây chống sét C-70 có Ro = 2,38 Ω/km.
Rcs = Ro.l = 2,38. l
- Rc: điện trở nối đất của cột. Rc = 6 Ω
- l: chiều dài khoảng vượt.
Chiều dài khoảng vượt của đường dây 110 kV: l = 300 m = 0,3 km.
Chiều dài khoảng vượt của đường dây 220 kV: l = 300 m = 0,3 km.
Với các giá trị trên, ta có điện trở nối đất của từng cấp điện áp:
- Trạm 110 kV có số lộ là n = 4 lộ:
RTN =

1
6
×
= 0, 436Ω
4 1
6
1
+
+
2
2,38.0,3 4

- Trạm 220 kV có số lộ là n = 2 lộ:

RTN =

1
6
×
= 0,872Ω
2 1
6
1
+
+
2
2, 38.0,3 4

Vậy điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống có hai cấp điện áp 110 kV và
220 kV là:
HT
RTN
= RTN (110) // RTN (220) =

RTN (110) .RTN (220)
RTN (110) + RTN (220)

=

0, 436.0,872
= 0, 29Ω
0, 436 + 0,872

Với RNT: điện trở nối đất nhân tạo.
R NT .RTN
≤ 0,5 Ω
R NT + RTN

Vì điều kiện RNT ≤ 1 Ω nên ta lấy RNT = 1 Ω. Ta thiết kế hệ thống nối đất
theo điện trở nối đất nhân tạo.
Điện trở tản của hệ thống nối đất mạch vòng quanh trạm:

RMV

ρ tt
k .L2
= RT =
ln
.
2.π .L h.d

Trong đó: - RT: điện trở của thanh nối đất.
- ρtt : điện trở suất tính toán.
ρtt = ρđo .kmùa = 80. 1,6 = 128 Ω.m
- h: độ chôn sâu. h = 0,8 m.
- L: chu vi mạch vòng nối đất. L = 2. (l1 + l2) = 2. (208 + 95) = 606 m
- d: đường kính điện cực tròn. Nếu là thép dẹt thì d = b/2 với b là bề
rộng thanh
Sử dụng thép dẹt 4x40 mm2 ,do đó d = 20 mm = 2.10-2 m
- k: hệ số hình dáng. k = f (l 1/l2) = f (208/95) = f (2,19) = 6,75. (Xác
định bằng nội suy).
Với các số liệu trên, ta có giá trị điện trở nối đất mạch vòng là:
RMV

128
6,75.6062
=
.ln
= 0,634Ω.
2.π .606 0,8.2.10−2


Do RMV < RNT nên ta không phải đóng cọc vào hệ thống nối đất để giảm
điện trở nối đất của hệ thống.
2. Nối đất chống sét:
Vì trạm sử dụng hệ thống nối đất phân bố dài (nối đất mạch vòng nên đồng
thời phải xét đến cả hai quá trình là: quá trình quá độ và quá trình phóng điện
trong đất. Do trạm có hai cấp điện áp 110 kV và 220 kV nên ta chỉ cần tính nối đất
chống sét cho cấp 110 kV là được. Ở cấp điện áp này, nối đất an toàn và nối đất
chống sét chung nhau nên ta dùng nối đất an toàn kiểm tra lại cho nối đất chống
sét.
a. Xét quá trình phóng điện trong đất:
Quy đổi các điện trở nối đất an toàn sang mùa sét:

km'
R = Rt .
km
'
t

Trong đó: - Rt: điện trở tản

của thanh vào mùa khô.

- k m’ và km lần lượt là hệ số mùa của thanh chôn sâu 0,8 m trong
loại nối đất chống sét, nối đất an toàn, làm việc vào mùa khô.
Với: Rt = RMV = 0,634 Ω.
km’ = 1,25
km = 1,6
Vậy Rt’ = 0,634.

1, 25
= 0,495 Ω.
1, 6

b. Xét quá trình quá độ:
Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất:


Các tham số L, G được xác định theo công thức:



Lo = 0,2.  ln

L/2

− 0,31 μH/m
r


Trong đó: - L: chiều dài điện cực. L = 606 m
- r: bán kính tiết diện thanh điện cực.
r=

b 40
=
= 10 mm = 0,01 m
4 4

Suy ra:
 606


÷
Lo = 0,2.  ln 2 − 0,31÷= 2,00 μH/m
 0, 01
÷



Điện dẫn:
Go =

1
1/Ωm
R.L

Trong đó: - R: điện trở nối đất ổn định của cực.
- L: chiều dài điện cực.
Suy ra:
Go =

1

= 0,003 (1/Ωm)
0, 495.606

Từ sơ đồ đẳng trị có thể thành lập được hệ phương trình vi phân:

δi
 δu
−
= Lo .
 δ x
δt

− δ i = G .u
o
 δ x
Sau khi giải các phương trình vi phân trên với dạng sóng của dòng điện ở
đầu vào của bộ phận nối đất có dạng sóng xiên góc i(0,t) = a.t, ta sẽ được tổng trở
xung kích đầu vào.


Z ( 0, t ) =


T
=
1
+
2.

I ( 0, t )

Go .L 
t


U ( 0, t )

1

∞

∑

1

.

k =1

1
k

2

−

T
. 1 − e k


t


÷
÷



Để xác định được Z∑(0,τđs), ta xét các chuỗi số sau:
∞

Chuỗi số:

∑
k =1

Chuỗi số:

∞

1
k

2

1

∑k
k =1

=

.e
2

1
2

1

+

τ
− ds
Tk

1
2

=

2

1

+

e

−

3

2

τ ds
T1
2

1

+ ... +

+

e

−

1
k

τ ds
T2

2

2

2

+ ... =

+

e

−

π

τ ds
T3

3

2

2

6

= 1, 645

+ ... +

e

−

τ ds

Tk

k2

+ ...

Trong chuỗi số này, ta chỉ xét đến số hạng chứa e -4 (từ số hạng chứa 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 ds
≤ 4 k ∈ Z+
Tk
2

L
Lo .Go .  ÷
2
Ta có: T1 =
 2  = 2, 00.0, 003.  606  . 1 = 55,81 μs

÷ 2
π2
 2  π

τds = 5 μs
τ ds τ ds
4.T1
=
≤4
2

T1
hay k ≤
Tk
τ ds
k2

Suy ra: k ≤ 2.

T1
61,39
= 2.
= 7, 01
τ ds
5

Ta chọn k trong khoảng từ 1 ÷ 7 (k ∈ Z+)