đồ án thiết kế hộ thống chống sét và nối đất cho trạm biến áp 11022kv trường đại học công nghiệp hà nội

1
MỤC LỤC

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


2
LỜI MỞ ĐẦU
Trong hệ thống điện trạm biến áp là phần tử quan trọng, làm nhiệm vụ
cung cấp năng lượng điện [2]. Bảo vệ trạm biến áp là nhiệm vụ quan trọng để
việc cung cấp năng lượng điện được liên tục và ổn định.
Khi các thiết bị của trạm phân phối đặt ngoài trời bị sét đánh trực tiếp thì
sẽ gây những hậu quả ngiêm trọng: gây nên hư hỏng các thiết bị điện, dẫn đến
việc ngừng cung cấp điện toàn bộ trạm trong một thời gian dài làm ảnh hưởng
đến việc sản xuất điện năng và các ngàng kinh tế quốc dân khác.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình thường dùng
các hệ thống thu sét như: cột thu sét, dây thu sét. Hệ thống thu sét gồm các bộ
phận thu sét (kim, dây), bộ phận nối đất và các dây dẫn liên hệ hai bộ phận
với nhau [2]. Cột thu sét có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện cho
phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm. Vì vậy bảo vệ chống sét cho trạm
biến áp là việc không thể thiếu khi thiết kế lưới điện vì vậy nhóm chúng em
đã lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống nối đất và chống sét cho trạm biến áp
110/22kV”.
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 TS. Nguyễn Mạnh Quân đã
giúp em hoàn thành tốt đồ này.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô trong bộ
môn Hệ thống điện.

Sinh viên

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


3
CHƯƠNG 1. SỰ HÌNH THÀNH VÀ TÁC HẠI CỦA SÉT

1.1 Khái niệm sét.
Sét là hiện tượng phóng điện giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc
giữa đám mây và đất khi cường độ điện trường đạt đến trị số cường độ điện
trường phóng điện trong không khí.

Hình 1.1 Sét đánh vào công trình.
Khi bảo vệ chống sét cho các công trình, thiết bị dưới mặt đất, chúng ta cần
quan tâm đến hiện tượng phóng điện giữa đám mây và đất.
1.2 Quá trình phóng điện của sét.
Phần dưới các đám mây giông được tích điện âm, do đó cảm ứng trên
mặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí
khổng lồ. Theo đà tích lũy các điện tích âm của đám mây, cường độ điện
trường của tụ mây – đất sẽ tăng dần lên và nếu tại chỗ nào đó cường độ điện
trường đạt tới trị số tới hạn 25 – 30kV/cm thì không khí sẽ bị ion hóa tạo
thành dòng plasma và bắt đầu trở lên dẫn điện, mở đầu cho quá trình phóng
điện của sét.
Phóng điện sét có thể chia là 4 giai đoạn chính(thể hiện như hình 1.2):
-

Phóng điện tiên đạo.

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


4
-

Hình thành khu vực ion hóa mạnh.
Phóng điện ngược.
Kết thúc quá trình phóng điện.

Hình 1.2 Quá trình phóng điện của sét.
a)
b)
c)
d)

Giai đoạn phóng điện tiên đạo.
Tiên đạo gần đến mặt đất hình thanh khu vực ion hóa mạnh.
Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu.
Giai đoạn phóng điện kết thúc.

1.3 Tham số của sét.
Biên độ của sét có thể từ chục nghìn ampe tới hàng trăm nghìn ampe. Trị
số cực đại của dòng điện sét đạt đến 200 – 300 kA, xong nhìn chung rất hiếm
khi dòng điện sét có biên độ đạt đến trên kA. Do đó, trong thực tế tùy theo
tầm quan trọng của đối tượng cần bảo vệ, người ta thường lấy dòng điện sét
bằng 50 – 100 kA và tốc độ trung bình atb = 50 kA/s. Đường đặc tính của

dòng điện sét được thể hiện như hình 1.3.

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


5

Hình 1.3 Dòng điện sét.(1- dòng điện sét ghi trên máy hiện sóng, 2 và 3- dòng
điện sét tính toán).
Cụ thể :
Khi Is kA lấy atb = 30 kA/s [2].
Khi Is kA lấy atb =130 kA/s [2].
Ngoài ra cũng cần chú ý tới tds và ts.
-

tds: thời gian đầu sóng, là thời gian dòng điện sét đạt tới trị số cực đại.
ts: thời gian sóng, là thời gian phát triển dòng điện sét đến trị số dòng
điện sét cực đại giảm đi một nửa (0,5 Is)[2].

1.4 Cường độ hoạt động của sét.
Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày xuất hiện dông
sét trong năm nngs hoặc mật độ sét ms ( số lần sét đánh trên 1km2 diện tích ứng
với một ngày sét trong năm).
Các trị số này được xác định theo những số liệu quan trắc ở các đài trạm khí
tượng phân bố trên lãnh thổ từng nước. Theo thống kê của nhiều nước, số
ngày sét trong năm trung bình đối với các vùng khí hậu như sau:
-

Vùng xích đạo: 100 – 150 (ngày/năm)
Vùng nhiệt đới: 60 – 100 (ngày/năm)
Vùng ôn đới: 30 – 50 (ngày/năm)
Vùng hàn đới : 5 (ngày/năm)

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


6
Nước ta ở vào vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm rất thuận lợi cho việc
hình thành mây và giông sét. Qua nghiên cứu tình hình hoạt động dông sét
của nước ta cho thấy[2]:
-

Số ngày dông sét trung bình: 44 – 61,6 (ngày/năm).
Số ngày dông sét cực đại: 114 (ngày/năm).
Mật độ sét trung bình: 3,3 – 6,47 (lần/km2, năm).

1.5 Tác hại của sét.
Sét nguy hiểm trước hết như một nguồn điện áp cao và dòng lớn, bởi thế
dòng sét sinh ra nhiệt độ và lực cơ học rất lớn. Khi người bị sét đánh trực tiếp
thường bị chết ngay; sét đánh vào các vật liệu dễ cháy nổ gây nên đám cháy
lớn. Nhiều trường hợp các tháp cao, cây cối bị nổ tung vì dòng sét đi qua
nung nóng phần lõi, hơi nước bốc ra quá nhanh cộng lực tác động gây phá vỡ
tháp hoặc thân cây.
Nhiều khi sét không phóng điện trực tiếp cũng gây nguy hiểm vì dòng
điện sét gây nên một sự chênh lệch thế khá lớn tại những vùng đất gần nhau,
nếu người hoặc gia súc đứng gần sẽ phải chịu điện áp bước có thể nguy hiểm

đến tính mạng.
Trong thực tế, khi xuất hiện mây dông thì các công trình, thiết bị, vật thể
dưới mặt đất cũng bị cảm ứng tĩnh điện, có sự tập chung điện tĩnh cục bộ. Khi
điện tích và thế cảm ứng này đủ lớn sẽ xuất hiện phóng tia lửa điện, có thể
gây nguy hiểm cho người và thiết bị. Ngoài ra khi có các đường dây điện,
đường cáp, đường ống kim loại, dây phơi kim loại,... dẫn vào nhà hay công
trình nếu có sét đánh ở xa, sóng sét có thể lan truyền qua các đường dây,
đường ống vào công trình, nhà cửa, thiết bị gây nguy hiểm cho người và thiết
bị. Đặc biệt khi sét đánh vào các đường dây tải điện, sóng quá điện áp truyền
vào các trạm biến áp nối với đường dây bị sét đánh có thể phá hỏng các máy
biến áp và các thiết bị đóng cắt của trạm.
Quá điện áp khí quyển phát sinh khi sét đánh trực tiếp vào các công
trình, thiết bị đặt ngoài trời cũng như sét đánh gần các công trình điện. Mỗi
Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


7
điện áp định mức có mức cách điện tương ứng của nó; dùng mức cách điện
cao hơn nhiều trị định mức sẽ làm tăng giá thành thiết bị điện, còn nếu hạ
thấp mức cách điện dưới trị định mức có thể dẫn tới sự cố nặng nề. Do vậy,
mức cách điện phải được xác định tùy theo đặc tính và trị số quá điện áp có
thể có và các tham số của thiết bị dùng để hạn chế quá điện áp. Khả năng của
cách điện chịu được quá điện áp khí quyển được xác định bởi điện áp thí
nghiệm xung kích.
Tóm lại, sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp hoặc gián tiếp cho con người
và các công trình, thiết bị, vì thế nội dung nghiên cứu bảo vệ chống sét bao
gồm: bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và bảo vệ chống sét đánh lan truyền và
cảm ứng.

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH
TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV
2.1 Khái quát chunng về các hệ thống bảo vệ.
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp, tải là
một thể thống nhất. Trong đó trạm biến áp là một phầm tử hết sức quan trọng,
nó thực hiện niệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết
bị của trạm bị sét đánh trực tiếp sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng,
không những làm hỏng các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc
ngừng cung cấp điện trong một khoảng thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc
sản xuất điện năng và các ngành kinh tế 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.
Để hạn chế thiệt hại về người và công trình, thiết bị do sét đánh trực tiếp
có nhiều biện pháp ngày càng hoàn thiện nhưng đều dựa vào nguyên lý cổ
điển do FANKLIN phát minh ra vào năm 1750 là dùng vật thu sét (kim thu
sét, dây thu sét,...) đặt cao hơn vật cần bảo vệ rồi nối với hệ thống nối đất có
điện trở nhỏ bằng các dây (hoặc thanh) dẫn kim loại có tiết diện hợp lý để tản
dòng điện sét. Mục đích dùng các vật đặt cao hơn công trình, thiết bị và nối
các vật này với hệ thống có điện trở nhỏ để tập chung điện tích cảm ứng được
dễ dàng và khi xuất hiện mây dông, các vật thu này sẽ tập trung điện tích từ
mặt đất, tạo nên một cừng độ điện trường lớn giữa vật thu sét và mây do đó sẽ
định hướng phóng điện sét về phía mình để tạo nên một không gian an toàn
cho công trình, thiết bị cần bảo vệ. Mặt khác hệ thống nối đất có điện trở nhỏ

để tản dòng điện sét một cách dễ dàng; đồng thời khi có dòng điện sét đi qua
các bộ phận thu, dẫn sét, điện áp cao trên các bộ phận này sẽ không đủ để gây
phóng điện ngược từ nơi đó tới các công trình ở gần.
Như vậy, một hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cơ bản gồm:
-

Bộ phận thu sét (cột hoặc dây thu sét).

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


9
-

Bộ phận nối vật thu sét với điện cực nối đất (dây hoặc thanh dẫn dòng

-

điện sét).
Bộ phận tản dòng điện sét vào trong đất (điện cực nối đất).

Hình 2.1 Hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cơ bản(1-kim thu sét, 2dây dẫn, 3-điện cực nối đất).
Bộ phận thu sét trong thực tế hay dùng là kim hay dây thu sét. Muốn các
công trình được bảo vệ an toàn thì bộ phận thu sét phải được bố trí sao cho
phạm vi bảo vệ của nó bao kín công trình.
-

Kim thu sét: thông dụng, dùng các loại kim nhọn thép tròn 16 - 20 , dài

từ 1 – 1,5m, riêng khi dùng cho nhà mái bằng kim chỉ nên cao 0,3 –
0,6m.

Để chống rỉ kim nêm mạ kẽm hoặc trám đồng.
-

Dây thu sét: thông dụng dùng thép tròn 8 - 10
Cột thu sét được dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công

trình, thiết bị đặt ngoài trời như: kho tàng, nhà cửa, trạm biến áp điện lực,...
còn dây thu sét được dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp đường dây tải
điện.

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


10
2.2Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp.
Để đảm bảo an toàn cho trạm biến áp , hệ thống chống sét đánh trực tiếp
cần thực hiện được các yêu cầu sau:
-

Tất cả các thiết bị bảo vệ phải được nằm trọng trong phạm vi an toàn của hệ
thống bảo vệ.Tùy thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp mà hệ
thống các cột thu sét có thể đặt trên các dộ cao có sẵn của công trình như xà,

-

cột đèn chiếu sáng,... hoặc được đặt độc lâp.
Khi đặt đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân của 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 được mức cách điện cao và trị số điện trở tản của hệ thống nối đất
bé.

-

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 và hệ thống nối đất của trạm phân phối. Theo đường ngắn
nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất nhanh nhất.

-

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 4.[1]

-

Nơi cần bảo vệ của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110kV trở lên là cuộn
dây của máy biến áp. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ 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.[1]

-

Khi đặt cách ly hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách nhất định,

-

nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện giữa không khí và đất.
Phần dẫn điện của hệ thống thu sét phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thỏa
mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua.

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


11
2.3 Tính toán thiết kế chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp.
2.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét
Trên cơ sở nghiên cứu các mô hình, người ta thấy rằng phạm vi bảo vệ
của một cột thu sét được giới hạn bởi hình nón tròn xoay có đường sinh gãy
khúc ở độ cao h và bán kính bảo vệ của cột thu sét r x bảo vệ vật ở độ cao hx
trên mặt bằng được xác định bởi công thức sau:
rx =

1,6
( h − h x ).P
hx
1+
h

[2]

(2.1)

Trong đó: h: là độ cao của cột thu sét, m
ha =h-hx là chiều cao hiệu dụng của cột thu sét, m
P là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào độ cao của cột thu sét h.
Khi h 30m lấy P = 1; còn h 30m lấy P =
Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế, thường dùng phạm vi bảo
vệ của cột thu sét dạng đơn giản hóa, đường sinh của hình nón xác định bằng
thực nghiệm (đường 1) được thay thế gần đúng bằng đường gãy khúc (đường
2) gồm 2 đoạn thẳng: đoạn nối đỉnh cột với hoành độ có độ dài 0,75h và đoạn
thẳng nối điểm 0,8h trên cột với hoành độ có độ dài 1,5h.

Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


12
Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo các công thức
dưới đây:
hx ≤

Nếu
hx >

Nếu

2
h
3

2
h
3

rx = 1,5.h.(1 -

thì

hx
).P
0,8.h

rx = 0.75.h.(1 -

thì

hx
).P
h

(2.2)

[2]

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột.
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với
tổng số phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét đơn nếu hai cột đặt cách nhau một
khoảng a 7h


Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng độ cao.

Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét cao bằng nhau.
Cách xác định phạm vi bảo vệ của 2 cột cao bằng nhau dựa vào việc xác
định phạm vi bảo vệ của từng cột như đã nêu trên còn phần bên trong được
giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm: 2 đỉnh cột và điểm ở giữa có độ cao h0

ho = h -

Đồ Án Tốt Nghiệp

a
7

(2.3)

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


13
Trong đó rx được xác định theo công thức của một cột thu sét, còn bề
ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx được xác định theo công thức:
2b x = 4rx (

7 ha − a
)
14ha − a

(2.4)

Với a: khoảng cách giữa 2 cột, m
ha: chiều cao hiệu dụng của cột thu sét, m


Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau

Cách xác định phạm vi bảo vệ được tình bày trên hình 2.4:

Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét không cao bằng nhau
Giả sử có 2 cột thu sét: cột 1 có chiều cao h 1, cột 2 có chiều cao h2 và
h1cột h2 sau đó qua đỉnh cột thấp h1 vẽ đường thẳng song song với trục hoành
gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao h 2 tại điểm k. Điểm này được
xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h 1 hình thành đôi
cột ở độ cao bằng nhau và bằng h 1 với khoảng cách là a’. Phần còn lại giống
phạm vi bảo vệ của cột 1 với a’ = a - x

Đồ Án Tốt Nghiệp

với:

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


14
x=



1,6(h1 − h2 )

h
1+ 2
h1

( 2.5)

Pham vi bảo vệ của nhiều cột thu sét

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét.
a)
b)

Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét.
Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét.
Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng

một vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho thi công, lắp đặt.
Trong trường hợp này nên dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ. Phần ngoài của
phạm vi bảo vệ được xác định như của từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách
giữa các cột a <7h) không cần vẽ phạm vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành
bởi các cột thu sét mà chỉ cần kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn. Vật có độ
cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ an toàn nếu thỏa mãn điều kiện:
D 8.ha =8.(h - hx)
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 điều
chỉnh theo P.
D 8.ha.P =8.(h - hx).P
Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang

15
2.4 Mô tả đối tượng cần bảo vệ.
Trạm biến áp: 110/22 kV
-

Phía 110kV có 2 lộ đường dây
Phía 22kV có 7 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có 2 thanh

-

góp vòng được cấp điện từ 1 máy biến áp.
Tổng diện tích của trạm (60,3 x 24,5)m2.
Với trạm 110 kV độ cao cần bảo vệ là 11m .
Với trạm 22 kV độ cao cần bảo vệ là 8m.

2.5 Tính toán phương án 1 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến
áp.
-

Phía 110 kV dùng 4 cột A, B, C, D được đặt trên xà cao 11m .
Phía 22 kV dùng 2 cột E, F được đặt trên nóc nhà điều khiển cao 8m.
Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx =11m.
Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 22 kV là hx = 8m.

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang

16

Hình 2.6 Phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp theo phương án 1.



Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:

Để bảo vệ được 1 diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào đó thì độ
cao cột thu lôi phải thỏa mãn:
D 8ha hay ha

[2]

Trong đó:
Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


17
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 2 cột thu lôi phối hợp được với nhau là a < 7h
Trong đó: a là khoảng cách giữa 2 cột thu sét
h là chiều cao toàn bộ của cột thu sét
Xét nhóm cột A, B, C, D tạo thành hình chữ nhật:
Có aAB = 17m; aAD =18m

Hình 2.7 Nhóm cột ABCD.
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:
D = 17 2 + 18

2

= 24,75(m)

Vậy độ cao hữu ích của của cột thu lôi phải thỏa mãn điều kiện:
ha ≥

24,75
= 3,09(m)
8

Xét nhóm cột B, C, E, F tạo thành hình chữ nhật:
Có aBE = 24m; aBC =18m

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


18

Hình 2.8 Nhóm cột BCEF.
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:

D = 24 2 + 18 2 = 30(m)

Vậy độ cao hữu ích của của cột thu lôi phải thỏa mãn điều kiện

ha ≥


30
= 3,75(m)
8

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 110kV có ta chọn ha = 9 m.
Phía 22kV có ta chọn ha = 8 m.
Tính độ cao của cột thu sét: h = ha + hx
- Phía 110 kV:
Độ cao tác dụng ha = 9m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 11m.
Do đó độ cao các cột thu sét phía 110kV là:
h = ha + hx = 9 + 11 = 20 (m)
- Phía 22 kV:
Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


19
Độ cao tác dụng ha = 8m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ hx = 8m.

Do đó độ cao các cột thu sét phía 110kV là:
h = ha + hx = 8 + 8 = 16 (m)
Bán kính bảo vệ của các cột thu sét ở độ cao bảo vệ tương ứng là:
Bán kính bảo vệ của các cột 20m( các cột A,B,C,D phía 110 kV) bảo vệ
ở độ cao 11m.

h x = 11m <

2
2
h = .20 = 13,3(m)
3
3

Do đó
rx = 1,5.h ( 1 −

hx
11
) = 1,5.20.(1 −
) = 9,375(m)
0,8h
0,8.20

Bán kính bảo vệ của các cột 16m( các cột E,F bphía 22 kV) bảo vệ ở độ
cao
8m.

h x = 8m <

2
2
h = .16 = 10,67(m)
3
3

Do đó
rx = 1,5.h ( 1 −

hx
8
) = 1,5.16.(1 −
) = 9(m)
0,8h
0,8.16

Tính phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa các cặp cột thu sét.
Cặp cột A – B: a= 17 m, h = 20m
Áp dung công thức ta có:
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


20

h0 = h -

a
17
= 20 −
= 17,57(m)
7
7

Bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ là:
2b x = 4rx (

7 ha − a
7.9 − 17
) = 4.9,375(
) = 15,8(m)
14ha − a
14.9 − 17

b x = 7,9( m)

Cặp cột C – D có khoảng cách và chiều cao giống với cặp A- B nên phạm vi
bảo vệ tương hỗ là giống nhau với:

h 0 = 17,75 m và b x = 7,9 m

Cặp cột A – D: a= 18 m, h = 20m
Áp dụng công thức ta có:
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:

h0 = h -

a
18
= 20 − = 17,42(m)
7
7

Bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ là:
2b x = 4rx (

7 ha − a
7.9 − 18
) = 4.9,375(
) = 15,625(m)
14ha − a
14.9 − 18

b x = 7,8125 ( m)

Cặp cột B – C có khoảng cách và chiều cao giống với cặp A- D nên phạm vi
bảo vệ tương hỗ là giống nhau với:

h 0 = 17,42 m và b x = 7,8125 m

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


21
Cặp cột B –E có độ cao khác nhau: a = 24m, hB = 20m; hE = 16m

Vì hE = 16m > 2/3 hB = 13,3 m. Do đó ta vẽ cột giả định B’ có độ cao
16m cách B một khoảng:
x=

1,6(hB − hE ) 1,6(20 − 16)
=
= 3,56(m)
hE
16
1+
1+
20
hB

Vậy khoảng cách từ cột giả định đến cột E là:

a ' = a − x = 24 − 3,56 = 20,449(m)
Cặp cột B’– E:
Áp dung công thức ta có:
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:

h0 = h -

a
20,44
= 16 −
= 13,08( m)
7
7

Bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ là:

2b x = 4rx (

7 ha − a
7.8 − 20,4
) = 4.9(
) = 13,98(m)
14ha − a
14.8 − 20,44
b x = 7( m)

Cặp cột F – C có khoảng cách và chiều cao giống với cặp B- E nên phạm vi
bảo vệ tương hỗ là giống nhau với:

h 0 = 13,08 m và b x = 7 m
Cặp cột E –F có: a = 18 m, h =16m
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


22

h0 = h -

a
18

= 16 − = 13,43(m)
7
7

Bán kính của khu vực giữa hai cột thu sét là:

2b x = 4rx (

7 ha − a
7.8 − 18
) = 4.9(
) = 14,55(m)
14ha − a
14.8 − 18

→ b x = 7,28(m)

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


23
Tổng kết:
Bảng 2.1 Phạm vi bảo vệ của căp cột thu sét.
Cặp

a
(

Cột
m)
AB;
CD

m)
1

7
AD;

BC

2

1

BE;

2
0

2
4

EF

2
0,16

1
8

1
6

h0
(m
)

0

8

CF

h
(

h
x

(
17 m) 1
,57
1
17
1
,42
1

13
1
,08
1;8
13
8
,43

h
a

rx
(m)

bx
(m)

(
m) 9

9,37

7,9

9,37

7,81

5
9

5
9
;8

25
9,37

7

9

7,28

5;9
8

2.6 Tính toán phương án 2 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến
áp
-

Phía 110kV dùng 4 cột A, B, C, D được đặt trên xà cao 11m
Phía 22kV dùng 1 cột E được đặt trên nóc nhà điều khiển cao 8m
Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110kV là hx =11m
Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 22kV là hx = 8m

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang

24

Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp của phương án 2.
Để bảo vệ được 1 diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào đó thì độ
cao cột thu lôi phải thỏa mãn:
D 8ha hay ha [2]
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 2 cột thu lôi phối hợp được với nhau là a<7h
Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang


25
Trong đó: a là khoảng cách giữa 2 cột thu sét
h là chiều cao toàn bộ của cột thu sét
Xét nhóm cột A, B, C, D tạo thành hình chữ nhật:
Có aAB = 17m; aAD =18m

Hình 2.10 Nhóm cột ABCD
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:
D = 17 2 + 18

2

= 24,75( m)

Vậy độ cao hữu ích của của cột thu lôi phải thỏa mãn điều kiện

Đồ Án Tốt Nghiệp

Đỗ Văn Hiệp – Trần Việt Hoàng – Hồ Minh Sang