ĐỒ ÁN: KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP 1 VÀ 2

Đồ án

" Kỹ thuật điện
cao áp"


Đồ án – Kỹ thuật điện cao áp

1- ĐầU Đề THIếT Kế
Bảo vệ chống sét trạm biến áp và đường dây
Trạm biến áp
+ Sơ đồ

110kV

2TG+TGV

220kV

2TG+TGV

+ Độ cao cần bảo vệ 110kV

11 m

220kV
+ Mặt bằng:

16.5m

……………………………

+ Mặt cắt :

……………………………
+ Máy biến áp

2AT 110/220kV

+ Đường dây vào trạm

110kV

2

220kV
+ Điện trở suất của đất

5

80Ω.m

đường dây
+ Cấp điện áp

220kV

+ Cột
Loại cột

Sắt

Chiều cao cột

26,8m

Độ treo cao dây dẫn pha A………………20,8m
Độ treo cao dây dẫn pha B………………16,8m
Độ treo cao dây dẫn pha C………………16,8m
250

Góc bảo vệ pha A
Góc bảo vệ pha B

15,60

Góc bảo vệ pha C

15,60

+ Dây dẫn
Loại dây
Độ võng của dây dẫn
+ Dây chống sét
Loại dây

-1-

AC-240
…6m……
C70

Số dây chống sét
Độ võng dây chống sét
+ Cách điện
Loại cách điện
Đặc tính
+ Khoảng vượt
+ Điện trở nối đất cột điện
+ Vùng ô nhiễm
+ Số ngày giông sét
2- Nội dung các phần tính toán

1
…4m…….
Treo
14
Phía 220 kV: 290m
9; 16; 23Ω
II
80

- Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp
- Tính toán nối đất cho trạm biến áp
- Tính toán chỉ tiếu chống sét của đường dây 220kV
- Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kV
3- các bản vẽ
- Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
- Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm
- Phương pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây

- Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền.
4- cán bộ hướng dẫn :

5- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế :
6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ
Nộp quyển
Bảo vệ
Cán bộ hướng dẫn
(Ghi rõ họ tên và ký tên)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------------------BẢN NHẬN XẫT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Kiên
Ngành: Hệ Thống Điện

Khoá: 1 Hải Dương

Giáo viên hướng dẫn:
Giáo viên duyệt

:

-2-


Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................

.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
................................................................................
1. Nhận xét của giáo viên :
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
..............................................................................................
Ngày

tháng

năm

Giáo viên duyệt
( Ký, ghi rõ họ và tên )

Lời nói đầu
* * *

-3-


Đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điện giữ một
vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Trong cuộc sống điện
năng rất cần cho phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Cùng với sự phát triển của xã hội đòi
hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục và có chất luợng cao. Xuất phát từ thực tế
đó việc đảm bảo cho các trạm biến áp và đường dây truyền tải làm việc an toàn, không
gặp sự cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng.
Nhằm hoàn thiện kiến thức đã được học và bước đầu làm quen với thực tế em đã được
khoa Điện và bộ môn Hệ Thống Điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội giao nhiệm vụ
thiết kế tốt nghiệp với đề tài: ”Bảo vệ chống sét cho đường dây và trạm biến áp
110/220kV”.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy, cô giáo trong
bộ môn đặc biệt là

trong suốt quá trình hoàn thành đồ án.
Hà nội tháng 6-2007
Sinh viên
Phạm Văn Kiên

Mục lục
đặt vấn đề ....................................................................................................................................6
chương I ......................................................................................................................................6
bảo vệ chống sét đánh trực tiếp...................................................................................................6
1.1. Các yêu cầu: ....................................................................................................................6
1.2. Phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét: ..............................................................................7
1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét. ...............................................................................7
1.2.1. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét. ............................................................................12
1.3. Phương án bảo vệ của hệ thống thu sét: ........................................................................13

1.3.1. Phương án 1. ..........................................................................................................13
1.3.2. Phương án 2. ..........................................................................................................17
1.3.3. Phương án 3. ..........................................................................................................21
chương ii ...................................................................................................................................25
Tính toán nối đất cho trạm ........................................................................................................25
2.1. Yêu cầu kỹ thuật khi nối đất trạm biến áp. ...................................................................25

-4-


2.2- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. ...........................................................................27
2.2.1. Nối đất an toàn.......................................................................................................28
2.2.2. Nối đất chống sét. ..................................................................................................32
2.2.3. Nối đất bổ sung. .....................................................................................................37
Chương iii ................................................................................. Error! Bookmark not defined.
Bảo vệ chống sét đường dây ..................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1. Mở đầu .......................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây ...................... Error! Bookmark not defined.
3.2.1.Cường độ hoạt động của sét ................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Số lần sét đánh vào đường dây. ............................. Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây ...... Error! Bookmark not defined.
3.2.4. Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây ........... Error! Bookmark not defined.
3.2.5. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng. ............... Error! Bookmark not defined.
3.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây ............. Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Mô tả đường dây cần bảo vệ ................................. Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây. . Error!
Bookmark not defined.
3.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây. .................... Error! Bookmark not defined.
3.3.4. Suất cắt do sét đánh vào đường dây. ..................... Error! Bookmark not defined.
chương IV ................................................................................. Error! Bookmark not defined.

Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm Error! Bookmark not defined.
4.1. Mở đầu. ......................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2. Phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào
trạm. ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.1. Tác dụng của sóng bất kỳ lên điện trở phi tuyến đặt ở cuối đường dây. ....... Error!
Bookmark not defined.
4.2.2. Sóng bất kỳ tác dụng lên chống sét van đặt cuối đường dây.Error! Bookmark not
defined.
4.2.3. Sóng bất kỳ tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây (phương pháp tiếp tuyến).
......................................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.3.Tính toán bảo vệ khi có sóng quá điện áp truyền ........... Error! Bookmark not defined.
4.3.1.Mô tả trạm cần bảo vệ. ........................................... Error! Bookmark not defined.

-5-


4.3.2. Lập sơ đồ thay thế tính toán trạng thái sóng của trạm. ........ Error! Bookmark not
defined.
tài liệu tham khảo ...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Phụ lục ...................................................................................... Error! Bookmark not defined.

đặt vấn đề
Trong hệ thống điện trạm biến áp được dùng rất rộng rãi, làm nhiệm vụ truyền tải điện
năng từ lưới điện có điện áp U1 sang lưới điện có điện áp U2 phục vụ cho việc truyền tải và
phân phối năng lượng điện. Do vậy quá trình vận hành của trạm biến áp ảnh hưởng lớn tới
việc cung cấp và chất lượng điện năng. Bảo vệ chống sét trạm biến áp bao gồm các phần:
+ Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: các trạm biến áp được bảo vệ bằng dây chống sét
(treo trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái) hoặc các cột chống sét kiểu Franklin.
+ Mạng lưới nối đất: để tản dòng điện sét trong đất hạn chế các phóng điện ngược trên
các công trình cần bảo vệ.

+ Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm.
Yêu cầu đề ra là thiết kế chống sét cho trạm 110/220kV với số liệu sau :
Sơ đồ:

110kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng.
220kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng.

Độ cao cần bảo vệ:

220kV

là

110kV
Máy biến áp: 2AT 110/220 kV
Đường dây vào trạm: 110kV
220kV

2
5

Điện trở suất của đất: 80 Ω.m
Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt đi kèm.

-6-

16,5 m
là

11 m

chương I
bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
1.1. các yêu cầu:
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ
thống bảo vệ.
Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các yêu cầu cụ thể, hệ thống các cột thu sét
có thể được đặt trên các độ cao có sẵn như xà, cột đèn chiếu sáng... hoặc được đặt độc lập.
Khi đặt hệ thống cột thu sét trên kết cấu của trạm sẽ tận dụng được độ cao vốn có của
công trình nên sẽ giảm được độ cao của cột thu sét. Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét trên các
thanh xà của trạm thì khi có sét đánh sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên
một phần điện cảm của cột. Phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ
thống thu sét sang các phần tử mang điện khi cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt
cột thu sét trên hệ thống các thanh xà trạm là mức cách điện cao và điện trở tản của bộ phận
nối đất nhỏ.
Đối với trạm ngoài trời từ 110kV trở lên do có cách điện cao nên có thể đặt cột thu sét
trên các kết cấu của trạm phân phối. Các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối
đất vào hệ thống nối đất của trạm phân phối theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện IS
khuyếch tán vào đất theo 3 - 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất
bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngài trời điện áp 110kV 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 đất trong hệ thống nối đất của cột thu sét và vỏ máy biến áp theo đường điện
phải lớn hơn 15m.
Khi bố trí cột thu sét trên xà của trạm ngoài trời 110kV trở lên cần chú ý nối đất bổ sung
ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở
khuếch tán không được quá 4Ω.
Khi dùng cột thu sét độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu sét đến các bộ
phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu sét đến vật được bảo vệ.

Việc lắp đặt các cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công trình cần bảo
vệ, do đó cần chọn vị trí lắp đặt các cột thu sét một cách hợp lý

-7-


Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có
dòng điện sét chạy qua.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét thì các dây dẫn điện đến đèn
phải được cho vào ống chì và chèn vào.
1.2. phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét:
1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét.
Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng điện
sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất.
Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn
trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình. Cột thu sét tạo ra một
khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi
là phạm vi bảo vệ.
a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài của
hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình.
rX =

1,6
(h − h X )
h
1+ X
h

(1-1)

Trong đó : h: độ cao cột thu sét.
hX: độ cao cần bảo vệ.
ha=h-hX: độ cao hiệu dụng cột thu sét.
rX: bán kính của phạm vi bảo vệ.
Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng
dạng đơn giản hoá đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình sau:

-8-


a
0,2h

b

h

0,8h
c
0,75h

1,5h

Rx

Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Bán kính được tính toán theo công thức sau:
Nếu h X ≤

h
2
h thì rX = 1,5h(1 − x )
3
0,8h

(1.2)

Nếu h X >

h
2
h thì rX = 0.75h(1 − x )
h
3

(1.3)

Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao trên
30m giảm đi do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để
tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p =

5,5
h

và trên hoành độ

lấy các giá trị 0,75hp và 1,5hp .
b. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau.
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn tổng phạm vi bảo vệ các cột

đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột
phải thoả mãn a ≤ 7h (trong đó h là độ cao của cột thu sét). Phần bên ngoài khoảng cách giữa

hai cột có phạm vi bảo vệ giống như của một cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng
cung đi qua 3 điểm là hai đỉnh cột và điểm có độ cao h0 - phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất
giữa hai cột được xác định theo công thức:
h0 = h −

a
7

(1.4)

Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là rx0 và
được xác định như sau:

-9-