thiet ke bao ve chong set cho tram bien ap

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................1
LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................................2
Chương 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
......................................................................................................................................12
2.1. Mở đầu..............................................................................................................12
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng...........................12
2.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét..............................................13
2.4. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ..........................................................................19
2.5. Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp.........19
2.6. So sánh và tổng kết phương án..........................................................................34
Chương 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT...........................................................35
3.1. Mở đầu..............................................................................................................35
3.2. Các yêu cầu kĩ thuật..........................................................................................35
3.3. Lý thuyết tính toán nối đất................................................................................37
3.4. Tính toán nối đất an toàn...................................................................................42
3.5. Nối đất chống sét...............................................................................................45
3.6. Kết luận.............................................................................................................57
CHƯƠNG 4. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY................................................58
4.1. Mở đầu..............................................................................................................58
4.2. Chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây................................................................58
4.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây.................................................62
CHƯƠNG 5. BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ PHÍA
ĐƯỜNG DÂY 220 KV................................................................................................87
5.1 Khái niệm chung................................................................................................87
5.2. Phương pháp tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền
vào trạm....................................................................................................................88

5.3. Tính toán khi có sóng quá điện áp truyền vào trạm..........................................93
5.4. Nhận xét..........................................................................................................102
5.6. Kết quả tính toán bằng ATP............................................................................112
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................117

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

LỜI MỞ ĐẦU
Là một sinh viên đang học tập và rèn luyện tại trường đại học Bách Khoa
Hà Nội, em cảm thấy một niềm tự hào và động lực to lớn cho sự phát triển
của bản thân trong tương lai. Sau năm năm học đại học, dưới sự chỉ bảo, quan
tâm của các thầy cô, sự nỗ lực của bản thân, em đã thu được những bài học rất
bổ ích, đựơc tiếp cận các kiến thức khoa học kĩ thuật tiên tiến phục vụ cho
lĩnh vực chuyên môn mình theo đuổi. Có thể nói, những đồ án môn học, bài
tập lớn hay những nghiên cứu khoa học mà một sinh viên thực hiện chính là
một cách thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức và vận dụng sự dạy bảo quan tâm
của thầy cô.
Chính vì vậy em đã dành thời gian và công sức để hoàn thành đồ án tốt
nghiệp “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV và đường
dây 220kV ”này như một cố gắng đền đáp công ơn của thầy cô cũng như
tổng kết lại kiến thức thu được sau một quá trình học tập và rèn luyện tại
trường đại học Bách Khoa.
Trong thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp em

luôn nhận được sự chỉ bảo, động viên tận tình của các thầy cô, gia đình và các
bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo Trần Văn Tớp đã giúp em hoàn
thành tốt bản đồ này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn TS. Trần Văn Tớp và các thầy,
các cô cùng toàn thể các bạn trong bộ môn Hệ thống điện.

Sinh viên
TRẦN TÂN ANH

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Chương I: Tổng quan về sấm sét
Khi bạn đi nghiên cứu một một hiện tượng hay sự kiện nào đó, đầu tiên
bạn cần biết đến là những khái niệm về hiện tượng đó, cũng như bản
chất, phân loại….
Vì vậy, khi nghiên cứu đề tài sấm sét, điều đầu tiên mà chúng tôi gửi
đến bạn là những kiến thức tổng quan về sấm sét. Trong chương này ,
chúng tôi giới thiệu đến bạn sấm sét là gì? Nguồn gốc bản chất của hiện
tượng tự nhiên này?
Bên cạnh đó chúng tôi muốn giới thiệu một số đặc điểm chung của
sấm sét: năng lượng từ tính, dạng đường đi của tia sét.
Có sự đa dạng trong cách phân loại của sấm sét,tuy nhiên dựa vào
tính chất nghiên cứu như nói ở lời mở đầu mà chúng tôi mà chúng tôi đã

phân loại sét thânh 2 loại: sét đánh xuống đất và sét đánh trên bầu trời.
Để hiểu nội dung của từng phần, mời các bạn đi tiếp cùng chúng tôi!

1.1 Sấm sét
Sét hay tia sét là những tia lửa điện phát
sinh do sự phóng điện trong khí quyển giữa các
đám mây và đất hay giữa các đám mây mang
điện tích trái dấu lại gần nhau.Sấm là tiếng
động do sét đốt nóng không khí tạo ra.
Thường thì chúng ta sẽ thấy hình ảnh
của tia sét trước, sau đó mới nghe được tiếng
sấm vì trong khí quyển vận tốc ánh sáng nhanh
hơn vận tốc tiếng động.
Ngoài ra, theo chúng tôi được biết sấm sét
còn được hình thành trong các trận phun trào núi lửa, bão cát thậm chí là một
vụ cháy rừng. (Do chưa có nhiều cơ sở nên chúng tôi không nghiên sự hình
thành này)

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

1.2 Nguyên nhân hình thành sấm sét
Các đám mây giông được tích điện là do các điện tích được phân tách ra
khi các hạt nước và hạt băng trong đám mây giông cọ xát vào nhau, sau đó chủ

yếu do đối lưu mà các điện tích dương dồn hết về phía đỉnh đám mây, còn các
phần tích điện âm về phần chân đám mây. Hai miền điện tích khác dấu của
đám mây giông cũng giống như 2 bản của một tụ điện khổng lồ. Không khí ở
giữa chúng là chất cách điện, lúc đầu ngăn không cho các điện tích chạy lại gặp
nhau và nâng dần hiệu điện thế giữa hai cực của bản tụ điện. Giữa phần chân
đám mây giông và mặt đất tích điện (do hưởng ứng tĩnh điện) cũng là một tụ
điện với không khí cách điện nằm giữa hai bản tụ. Hiệu điện thế giữa hai bản tụ
điện đủ lớn để đánh thủng chất điện môi (không khí giữa hai bản) thì có tia lửa
(sét) phóng qua.
Còn mặt đất, nơi mà tia sét cũng thường hay xuất hiện, giống như một
đám mây khổng lồ tích điện âm.Các tia sét xuất hiện là dự phóng điện do
những đám mây tích điện dương với mặt đất. Thường thì nhưng nơi sấm sét
xuất hiện những nơi mặt đất nhô cao hơn, vì lúc này khoảng cách giữa “2 cực”
của “tụ-mặt đất và mây” gần hơn.

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

1.3 Lịch sử nghiên cứu
Để nghiên cứu về sấm sét, không ít nhà khoa học đã từng làm những thí
nghiệm nguy hiểm, mà tiêu biểu:
Thành công nhất cũng như tiêu biểu nhất là thí nghiệm của Benjamin
Franklin (1706-1790). Sau những thí nghiệm năm 1752, ông đã phát hiện ra
sét chính là điện.

Trước thí nghiệm của Franklin khoảng vài tuần thì đã có 2 nhà khoa học
làm thí nghiệm tương tự như Franklin ở Marly-la-ville tại Pháp đó là Thomas
Francois Dalibard và Delos.
Và cái chết nổi tiếng nhất của giáo sư Georg Richmann (Saint PetersburgNga) là do bắt trước thí nghiệm của Franklin.
Tuy nhiên vào thế kỷ XVII khoa học vẫn chưa được phát triển, nên hơn
150 năm sau thí nghiệm của Franklin thì các thông tin và lý thuyết về sấm sét
rất ít. Mãi tới năm 1900 Nilcola tesla đã tạo ra được tia sét nhân tạo bằng một
quả cầu điện với một máy phát điện có công suất lớn đủ để tạo ra tia sét có thể
nhìn thấy được

1.4 Một vài thông số của sấm sét
 Điện thế của sự phóng điện: có thể từ vài chục tới vài trăm triệu
volt.
Cường độ dòng điện: 10A – 30kA
Chiều dài của sét trung bình là 5km, có khi tới 10km
Vận tốc phóng điện: 15.000 – 36.000 km/s
Đường kính tia sét: khoảng 40 – 50 cm, phần lõi tia sét khoảng






15cm
 Nhiệt độ trong tia sét: 18.000 – 28.000 0C
 Đường di của những tia sét là không thẳng.

1.5 Phân loại sét
1.5.1 Sét đánh xuống đất:
Trong loại sét đánh xuống đất người ta phân chúng làm 2 loại: Sét âm và

sét dương
Sét âm (90%) chủ yếu xuất hiện từ phía dưới đám mây đánh xuống
đất.

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

- Từ mây xuống đất: là hiện tượng trao đổi điện tích giữa các đám mây
tích điện và mặt đất, các điện tích từ trong đám mây dịch chuyển xuống đất,
thường xuyên xuất hiện, gây thiệt hại về người và của nhiều nhất
- Sét khô: được tạo thành mà không cần độ ẩm. Do diễn ra sự đối lưu
giữa các tầng khí quyển, mang theo các ion dương di chuyển lên trên. Đồng
thời các ion âm di chuyển xuống đất gây nên sét. Xuất hiện trong các trận cháy
rừng dữ dội hay do các cột tro núi lửa bốc lên cao.
- Từ đất lên mây: được hình thành khi các luồn điện tích di chuyển giữa
mặt đất và đám mây phía trên, xuất hiện khá nhanh nhưng rất nhiều. Khi các
ion âm từ các đám mây di chuyển xuống gần mặt đất thì lúc này các ion dương
có trong đất sẽ di chuyển đén những nơi cao để dễ dàng phóng điên lên trên nối
với luồn ion âm tạo ra tia sét. Nó thường đánh vào những nơi cao hoặc những
nơi dễ dẫn điện như: cây cao, cột cao thế cột thụ lôi..
Sét dương xuất hiện từ trên đỉnh các đám mây đánh xuống, xuất hiện
bất ngờ đôi khi rất nguy hiểm.
- Sét tự hình thành: được hình thành từ các ion dương xuất hiện từ vùng
đỉnh của tầng đối lưu. Nó đánh vào các đám mây bên dưới hay đánh xuống đất

nơi có các điện tích âm tăng vọt bất thường. Quãng đường di chuyển của tia sét
cực xa nên điện áp cao hơn 6 - 10 lần di chuyển xa và lâu hơn các tia sét thông
thường nên nó tạo ra một lượng lớn sóng ELF và sóng vô tuyến (VLF).
Nó thường xuất hiện trong các cơn bão tuyết, bão tuyết điện..

1.5.2 Sét đánh trên bầu trời:
- Mây và mây: là hiện tượng trao đổi điện tích giữa các đám mây với
nhau. Xảy ra khi các đám mây tích điện trái dấu di chuyển lại gần nhau. Tạo ra
hiệu điện thế đến xuất hiện dòng dịch chuyển các ion qua lại bên trong đám
mây chúng cố gắng tạo sự cân bằng bằng cách trao đổi ion với nhau tạo thành
sét. Đây là loại thường gặp nhất.
- Sét tên lửa: là sự phóng điện giữa các đam mây với nhau, thường di
chuyển theo chiều ngang, có thể trông thấy tia sét bằng mắt thường, xuất hiện
thường xuyên.
- Sét thượng tầng khí quyển
TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

• Sét dị hình (Sprites): là một loại sét có quy mô rất lớn nó hình thành
trên cả các đám mây bão và mây dông dẫn đến việc nó có rất nhiều hình
dạng khác nhau. Nó được kích hoạt bởi các tia sét tự hình thành phóng lên
trên từ bên dưới từ trong vùng bão hay từ mặt đất. Chúng thường xuất hiện ở
khoảng cách 50 dặm (80 km) đến 90 dặm (145 km) so với mặt đất.
• Sét dị hình xanh (Blue jets): thường hình thành phía trên các đám mây

bão nó thường trông giống như một ngôi sao băng và di chuyển trong tầng
điện li cách mặt đất khoảng 25 dặm (40 km) đến 50 dặm (80 km). Chúng
sáng hơn các sét dị hình sprites và như cái tên chúng có màu xanh.
• Sét dị hình Elves :bắt đầu hình thành trong tầng điện li phía trên các
đám mây bão khoảng 60 dặm (97 km). Màu sắc của chúng vẫn là một câu
hỏi nhưng hiện nay hầu hết đều đồng ý rằng nó có màu đỏ rực.

1.5.3 Sét hòn
- Sét hòn là dạng sét tồn tại dưới dạng một vật thể bay sáng, xuất hiện
cùng với tia sét đánh từ mây xuống đất.
- Sét hòn thường có dạng hình cầu, hình trứng, hình que hay có hình
giọt nước.
- Đường kính “quả cầu” thay đổi từ 0,01-1 m.
- Sét hòn có nhiều màu khác nhau, thông thường là màu
đỏ, da cam và màu vàng, có thể nhìn thấy rất rõ dưới ánh sáng
ban ngày, có thể giữ nguyên độ sáng và kích thước trong suốt
thời gian xuất hiện.
- Hiện nay sét hòn còn là một điều bí hiểm với con người.

1.6 Hiện tượng sét đánh
1.6.1 Định nghĩa:
Hiện tượng phóng tia lửa điện giữa các đám mây tích mây và mặt đất khi các
đám mây dông này di chuyển gần mặt đất tới những khu vực có con người hay
cây cối, công trình…

1.6.2 Đặc điểm

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

 Sét không những chọn những ngọn cây cao để đánh mà còn chọn
phần đất có cơ cấu rễ cây thích hợp. Sét thường hay đánh vào
những cây có nhiều rễ ăn sâu xuống đất. Những loại cây chứa
nhiều nước, dẫn điện tốt như cây Đa, cây Sến, cấy Sồi, cây Dừa.
 Sét thường đánh vào những nơi có dải đất sét chạy ngầm gần mặt
đất; những nơi có nhiều hơi ẩm như khe núi, vực sâu, nơi có mạch
nước ngầm gần mặt đất.
 Sét thường hay đánh vào những nơi có những luồng không khí
nóng bốc lên, đặc biệt là các ống khói vì ở đó vừa có luồng khí
nóng bốc lên, vừa có sự nhô cao hơn so với xung quanh.
 Sét hay đánh vào những vật đang di chuyển hơn là những vật tĩnh.
 Đặc biệt những vùng đất có kim loại nhất là sắt hoặc mỏ sắt là
những vùng bị sét đánh nhiều.

1.7 Tác hại của sét
1.7.1 Đối với con người

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Con người là đối tượng đầu tiên chúng tôi quan tâm khi nhắc đến tai nạn
do sấm sét gây ra. Sét gây ra thương tích cho con người theo những cách thức:
[2]

- Sét đánh trực tiếp vào nạn nhân.
- Sét đánh vào vật gần nạn nhân và các tia lửa điện này phóng qua
không khí đánh vào nạn nhân (còn gọi là sét đánh tạt ngang).
- Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh.
- Sét lan truyền trên mặt đất và gây tổn thương cho người tiếp xúc với
mặt đất nơi có sét đánh vào.
- Sét lan truyền qua đường dây cáp tới các vật như điện thoại, tivi (vô
tuyến), ổ cắm.
Mức độ nguy hiểm:
- Sét đánh trực tiếp là nguy hiểm nhất (cứ 10 người bị sét đánh thẳng thì
8 người chết).
- Sét đánh tiếp xúc hay tạt ngang (độ nguy hiểm phụ thuộc vào bản chất
của vật bị sét đánh và vị trí tương đối của nạn nhân).
- Thiệt hại do sét lan truyền trên mặt đất nhẹ hơn (chỉ khi năng lượng sét
đánh xuống không bị tiêu tán ngay tai chỗ mà truyền trong đất, và nạn nhân
đứng trên đường truyền đó mới bị ảnh hưởng)
- Trong thực tế sét lan truyền xuất hiện khi nạn nhân nói chuyện điện
thoại, cầm vào các dây cáp, dây anten dẫn từ ngoài vào.
Theo thống kê ở Hoa Kỳ [3], ngoài 40% nạn nhân bị sét đánh không được
biết rõ nguyên nhân, 27 % là khi họ đang ở khu vực trống trải, 19% ở gần cây,
8% đang bơi hay ở khu vực gần nước, 3% khi đúng gần máy móc, 2,4% khi
đang nói điện thoại, 0.7% liên quan đến đài, tivi, anten.

1.7.2 Đối với đồ vật

Sấm sét không chỉ cướp đi sinh mạng của nhiều người vô tội mà con phá
hủy rất nhiều công trình xây dựng, các thiết bị điện tử… và còn ở vật nuôi, cây
trồng.
Các con đường chính sét xâm nhập vào thiết bị: [4]
- Sét đánh thẳng vào công trình.
TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

- Sét xâm nhập qua thiết bị anten.
- Sét xâm nhập qua các đường dây treo nổi.
- Sét xâm nhập qua đường cáp đặt ngầm.
- Sét xâm nhập qua cáp nối giữa các thiết bị
- Sét xâm nhập qua các mạch cung cấp điện cho thiết bị viễn thông.
- Sét xâm nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung.
Những tác hại to lớn của sấm sét mà chúng tôi thu thập được:
Tại Ấn Độ, khởi đầu mùa “Gió Mùa”, từng cơn gió từ biển khơi thổi vào
đất liền ồ ạt đem khí ẩm vào xứ Ấn. Bầu trời có trong, nhưng thường bất chợt
trở thành xám xịt, để cơn giông đùng đùng kéo tới, rồi sấm chớp ngoằn ngoèo
sáng rực, kèm theo những tiếng sét nổ vang trời. Những người nông dân Ấn
chạy không kịp, nên đành đứng chịu trận dưới cơn mưa tầm tả.Sấm sét giáng
xuống một cánh đồng của tiểu bang Andhra Pradesh, một ngọn búa kinh hoàng
và tàn nhẫn, cướp đi một lúc tất tưởi và nhanh chóng 6 mạng người, trong đó
có 2 trẻ em. Thần sét còn nhả ra một quả cầu lửa bay lửng lơ trên đám dê nuôi
đang gặm cỏ, ở một làng khác, đốt cháy một lúc cả 28 con. Xuôi lên miền Bắc,

cơn mưa vần vũ đã kéo qua xứ Nepal và sét còn tung hoành đánh chết một lúc
cả 4 người dân tại làng Ikudo. Chuyện này chúng tôi đọc được cách đây vài
năm, nghe lại vẫn còn cảm giác rụng rời. Sét quả là một lực tàn phá của thiên
nhiên giết người nhiều nhất, hơn cả giông tố, vũ bão và những thiên tai khác.
Tập san Guinness, chuyên ghi nhận những kỷ lục toàn cầu trên mọi lãnh
vực, có báo cáo, một luồng sét giết người nhiều nhất và cùng một lúc đã xẩy ra
vào ngày 23-12-1975. Hôm đó sét đã đánh vào một chòi lá tại làng Chinamasa
Kraal, gần thị trấn Umtali của xứ Rhodesia, giết chết đến 21 người.
Tại Hoa Kỳ, trung bình trong một ngày có một người chết và 4 người bị
thương vì sét. Theo chúng tôi được biết chỉ riêng tại Hoa Kỳ, tính từ thời Tổng
thống Mỹ thứ 26, Teddy Roosevelt, đã có hơn 40.000 người bị sét đánh chết.
Theo thống kê thì phần lớn những người này là những người đi săn, thể tháo
gia, người câu cá, người nghỉ hè và các nông dân đang làm việc ngoài đồng
áng. Cũng riêng tại Mỹ hàng năm sét đã gây thiệt hại lớn lao có đến hàng trăm
triệu Mỹ kim. Chúng cũng đã xoẹt lửa xuống đốt rừng, gây hàng tháng có tới
TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

cả ngàn đám cháy. Riêng trong tháng 7 năm 1940, chỉ trong một ngày sét đã
gây nên 700 đám cháy rừng tại Hoa Kỳ, đến nỗi chính phủ phải huy động cả
lực lượng cứu hỏa gồm 8.000 người, để cứu nguy cho các rừng ở Bitterroot,
Deerloge, Kootenai, và Lâm viên quốc gia Cour d' Alene.
Các công trình viễn thông tại Việt Nam đã nhận những hậu quả nặng nề
do sét gây ra.Theo thông kê:làm hư hại hàng chục máy biến áp (trong đó có

trên 11 trạm biến áp có công suất từ 100kA đến 180kA), gây hư hỏng nghiêm
trọng cho hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn của tổng công ty Bưu chính
viễn thông Việt Nam.
Tháng 5/2000 sét đánh vào đường dây cung cấp trung thế AC gây hỏng
thiết bị chống sét phần hạ áp của trạm biến thế, dòng sét cảm ứng vào cáp điện
thoại, cáp trung kế từ chuyển mạch sang truyền dẫn gây ra thiệt hại nghiêm
trọng cho các card nguồn, card trung kế, và card thuê bao hệ thống tổng đài
NEAX 61S tại trạm Host Phủ Lý Hà Nam. Vào cuối tháng 10/2000 sét đánh
gây hỏng 5 Card Modem trạm VMS2 thiệt hại ước tính 3000 USD.v.v

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG
SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP
2.1. Mở đầu
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện đường dây và trạm biến áp là một
thể thống nhất. Trong đó trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng, nó
thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết bị
của trạm bị sét đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng
không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến
việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến
việc sản suất điện năng và các ngành kinh tế quốc dân khác. Do đó việc tính
toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất

quan trọng. Qua đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm một cách
an toàn và kinh tế. Nhằm đảm bảo toàn bộ thiết bị trong trạm được bảo vệ an
toàn chống sét đánh trực tiếp.
Ngoài việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các thiết bị trong trạm ta
cũng phải chú ý đến việc bảo vệ cho các đoạn đường dây gần trạm và đoạn
đây dãn nối từ xà cuối cùng của trạm ra cột đầu tiên của đường dây.
Do đó tùy từng trạm cụ thể mà ta thiết kế hệ thống chống sét phù hợp và
đáp ứng nhu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của trạm.

2.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét đánh thẳng
a) Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an toàn
của hệ thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện
áp mà hệ thống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn của công
trình như xà, cột đèn chiếu sáng... hoặc được đặt độc lập.
- Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được
độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét.
Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải
đảm bảo mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất bé.

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

+ Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao
(khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu

sét trên các kết cấu của trạm. Tuy nhiên 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 nhằm đảm bảo điện trở không quá 4Ω.
+ Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn
dây của MBA. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu
khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thu sét
và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15m.
- Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách
nhất định, nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí
và đất
b) Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm
bảo thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua.

2.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét
2.3.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét:
a) Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền được giới hạn bởi mặt ngoài
của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi công thức.
rx =

1,6
( h − hx )
hx
1+
h

( 1 – 1)

Trong đó:
h: độ cao cột thu sét
hx: độ cao vật cần bảo vệ
h- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét
rx: bán kính của phạm vi bảo vệ

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi
bảo vệ dạng dạng đơn giản hoá với đường sinh của hình chóp có dạng đường
gãy khúc được biểu diễn như hình vẽ 1.1 dưới đây.
Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo công thức
sau.
+ Nếu h x ≤

h
2
h thì rx = 1,5.h.(1 - x )
0,8.h
3

+ Nếu h x >

2
h
h thì rx = 0,75.h.(1 - x ) ( 1 – 3)
3
h

( 1 – 2)

Chú ý:
a
0,2h
h

b
0,8h
c

a'
0,75h

1,5h

R

Hình 1- 1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu sét cao dưới 30m.
Hiệu quả của cột thu sét cao quá 30m có giảm sút do độ cao định hướng của
sét giữ hằng số. Có thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng
phải nhân với hệ số hiệu chỉnh p. Với p =

5,5
h

và trên hình vẽ dùng các hoành

độ 0,75hp và 1,5hp.
b) Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét.

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so

với tổng phạm vi bảo vệ của hai cột đơn. Nhưng để hai cột thu sét có thể phối
hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột thì phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h
là chiều cao của cột).


Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao.

- Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a <
7h) thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét h o được tính

như sau:

ho = h -

a
7

( 1 – 4)

Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau.

R

0,2h
h
ho
0,75h

hx
1,5h

a
rx
r0x

Hình 1- 2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét giống nhau.
Tính rox:

hx
2

)
h o thì rox = 1,5 h o (1
0,8h o
3
hx
2
+ Nếu h x ≥ h o thì rox = 0,75h o (1 - )
ho
3
+ Nếu h x ≤

Chú ý:

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48

( 1 – 5)
( 1 – 6)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh như
trong phần chú ý của mục 1 thì còn phải tính ho theo công thức:

ho = h -

a
7p

( 1 – 7)

c) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.
Giả sử có hai cột thu sét: cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2 và
h1 > h2. Hai cột cách nhau một khoảng là a.
Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h 1, sau đó qua đỉnh cột thấp h2
vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại
điểm 3. Điểm này được xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với
cột thấp h2, hình thành đôi cột ở độ cao bằng nhau và bằng h2 với khoảng cách
là a’. Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của cột 1 với a' = a − x
x=

1,6(h1 − h2 )
h
1+ 2
h1

( 1 – 8)
1
3

2
0,2h2

h2

1,6h2

h1
ho

0,75h2

a'

x

0,75h1

1,6h1

a

Hình 1- 3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét khác nhau.
d) Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột ( số cột >2).
Một nhóm cột sẽ hình thành 1 đa giác và phạm vi bảo vệ được xác định
bởi toàn bộ miền đa giác và phần giới hạn bao ngoài giống như của từng đôi
cột

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

rx
rx

rox

a

rox

a
c

rox

D

b

D

b

Hình 1- 4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột.
Vật có độ cao hx nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ được
bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:

D ≤ 8. ha = 8. (h - hx)

( 1 – 9)

Với D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét.
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được
hiệu chỉnh theo p.

D ≤ 8.ha. p= 8. (h - hx).p

( 1 – 10)

2.3.2. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét:
a) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét
Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng. Chiều rông của phạm vi
bảo vệ phụ thuộc vào mức cao hx được biểu diễn như hình vẽ.

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

a
0,2h
b

h

0,8h

a'
c

0,6h

1,2h

2bx

Hình 1- 5: Phạm vi bảo vệ của một day thu sét.
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột
thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h.

h
2
h o thì b x = 1,2. h.(1 - x )
0,8h
3
hx
2
+ Nếu h x ≥ h o thì b x = 0,6.h.(1 - )
h
3
+ Nếu h x ≤

( 1 - 11)
( 1 - 12)

Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được
hiệu chỉnh theo p.

b) Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.
Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu
sét phải thoả mãn điều kiện s < 4h.
Với khoảng cách s trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao.

h o =h -

h
4

Phạm vi bảo vệ như hình vẽ.

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48

( 1 – 13)


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

R
0,2h

h
ho

hx

s

0,6h

1,2h

bx

Hình 1- 6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.
Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống của một dây còn phần bên trong
được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm treo dây thu sét và
điểm có độ cao h o = h -

s
so với đất.
4

2.4. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ
- Trạm biến áp: Trạm 220/110 kV.
+ Phía 220kV 6 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh
góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp (T3, T4) và 2 máy biến áp tự ngẫu
(AT1, AT2)
+ Phía 110kV 8 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh
góp vòng, được cấp điện từ 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2)
- Tổng diện tích trạm 555000 m2
- Với trạm 220 kV có diện tích là: 34500 m 2. Độ cao xà cần bảo vệ là
16m và 11 m.
- Với trạm 110 kV có diện tích là: 19200 m2. Độ cao xà cần bảo vệ là 11
và 8 m.

2.5. Tính toán các phương án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm
biến áp
2. 5. 1. Phương án 1

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

- Phía 220kV dùng 12 cột 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,11,12 trong đó cột 2,
3, 5, 6, 7, 8 được đặt trên xà cao 16m; cột 9, 10,11,12 được đặt trên xà cao
11m cột 1 được xây thêm và cột 4 đặt trên nóc nhà điều khiển cao 10m.
- Phía 110kV dùng 9 cột 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 trong đó cột 16,
17, 18 được đặt trên xà cao 8 m; cột 19, 20, 21, 22được đặt trên xà cao 11 m
và cột 23, 24 được xây thêm.
Vậy:
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 11 m và hx = 16 m
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 8 m và hx = 11 m.

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


20

4
3
2
1

T4
6
5

16m

10
9

8m

Hình 1-7: Sơ đồ bố trí cột thu sét
TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48

Nha dieu khien

19

7

11

T3

12

8

18

13

AT1

11m

17

14

AT2

16

21

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

15

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:

Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào đó
thì độ cao cột thu lôi phải thỏa mãn:

D ≤ 8. ha hay ha ≥

D
8

Trong đó
D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác.
ha: Độ cao hữu ích của cột thu lôi.
-Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo
vệ của 1 cột. Điều kiện để hai cột thu lôi phối hợp được với nhau là a ≤ 7. h.
Trong đó: a – Khoảng cách giữa 2 cột thu sét.
h – Chiều cao toàn bộ cột thu sét.


Xét nhóm cột 1-2-5-6 tạo thành hình chữ nhật:

a1-2 = 64 m ;

a1-5 = 52,5 m

Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:

D = 64 2 + 52,5 2 = 82,778 (m)
ha ≥

Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi


82,778
= 10,35 ( m)
8

Xét nhóm cột 12,13,8 tạo thành hình tam giác

- Áp dụng công thức Pitago ta có

a= a12-13 = (30 − 20) 2 + 30 2 = 31,623 ( m)
b= a13-8= 47,5 2 + 30 2 = 58,181 ( m)
c= a12-8 =57,5 ( m)
- Nửa chu vi tam giác là:

p=

31,623 + 58,181 + 57,5
= 72,652 ( m)
2

Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác là:
a.b.c

D = 2. p.( p − a ).( p − b).( p − c)

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

=

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

31,623.56,181.57,5
2 72,652(72,652 − 31,623).(72,652 − 56,181)(72,652 − 57,5)

Vậy độ cao hữu ích của cột thu lôi

ha ≥

= 59,219 ( m)

59,219
= 7,402 ( m)
8

Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại, kết quả tính toán được trình
bầy trong bảng:
Bảng 1-3. Độ cao hữu ích của cột thu lôi

Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp.
Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn
độ cao tác dụng cho toàn trạm như sau:
- Phía 220Kv có hmax =10,755 m nên ta chọn ha = 11m.
- Phía 110kV có hmax =9,1 m nên ta chọn ha = 10 m.


Tính độ cao của cột thu sét.

h = ha + hx
- Phía 220 kV:
Độ cao tác dụng ha = 11m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 16m.
TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Do đó, độ cao các cột thu sét phía 220kV là:

h = ha + hx = 11+ 16 = 27 ( m).
- Phía 110kV:
Độ cao tác dụng ha = 10m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 11m.
Do đó, độ cao các cột thu sét phía 110kV là:

h = ha + hx = 10+ 11 = 21 (m).


Bán kính bảo vệ của cột thu sét ở các độ cao bảo vệ tương ứng:

Bán kính bảo vệ của các cột 21m (các cột N13 ÷ N22 phía 110kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m.
2
2
h x = 11m < h = .21 = 14 ( m)
3
3

Nên

rx = 1,5.h ( 1 −

hx
11
) = 1,5.21.(1 −
) = 10,88(m)
0,8h
0,8.21

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 8m.
2
2
h x = 11m < h = .21 = 14 ( m)
3

3

Nên

rx = 1,5.h( 1 −

hx
8
) = 1,5.21.(1 −
) = 16,5( m)
0,8h
0,8.21

Bán kính bảo vệ của các cột 27m (các cột N1 ÷ N12 phía 220kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m.
2
2
h x = 11m < h = .27 = 18 ( m)
3
3

Nên

rx = 1,5.h ( 1 −

hx
11
) = 1,5.21.(1 −
) = 19,875(m)
0,8h

0,8.27

- Bán kính bảo vệ ở độ cao 16m.
2
2
h x = 11m < h = .27 = 18 ( m)
3
3

Nên rx = 1,5.h( 1 −

TRẦN TÂN ANH

hx
16
) = 1,5.24.(1 −
) = 10,5 ( m)
0,8h
0,8.27

HTĐ4-K48


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu sét.

* Xét cặp cột 1-2 có:
a = 64 m h = 27 m
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
h0 = h -

a
64
= 27 −
= 17,875 ( m)
7
7

- Bán kính của khu vực giữa hai côt thu sét là:
+ ở độ cao 16m:
2
2
h x = 16m > ho = .17,875 = 11,905 ( m)
3
3

Nên

rox = 0,75h o (1 -

hx
16
) = 0,75.17,875.(1 −
) = 1,393 ( m)
ho

17,875

+ ở độ cao 11m:
2
2
h x = 11m < ho = .17,875 = 11,905 ( m)
3
3

Nên

rox = 1,5h o (1 -

hX
11
) = 1,5.17,875.(1 −
) = 6,161 ( m)
0,8.h0
0,8.17,875

* Xét cặp cột 12,13 có độ cao khác nhau
có

a = 30 2 + 10 2 = 31,623 ( m) h12 = 27 ( m) h13 = 21 ( m)

2
Vì h13 = 21 > h12 = 18 ( m). Do vậy ta vẽ cột giả định 12’ có độ cao 21m
3

cách cột 13 một khoảng:

x=

1,6(h12 − h13 ) 1,6(27 − 21)
=
= 5,4
h13
21
( m)
1+
1+
27
h12

Vậy khoảng cách từ cột giả định dến cột 13 là:
a ' = a − x = 31,623 − 5,4 = 26,223 ( m)

Phạm vi bảo vệ của hai cột 12’ và 13 là:
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:

TRẦN TÂN ANH

HTĐ4-K48