Đồ án hệ thống điện nguyễn anh đức

Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

MỤC LỤC
BIỂU BẢNG .................................................................................................................... 4
BIỂU HÌNH ..................................................................................................................... 5
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................. 7
PHẦN I
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 8
CHƢƠNG I
HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN
VIỆT NAM ...................................................................................................................... 9
1. Hiện tƣợng dông sét ................................................................................................. 9
2. Tình hình dông sét ở Việt Nam .............................................................................. 10
3. Ảnh hƣởng của dông sét đến hệ thống điện ........................................................... 12
4. Vấn đề chống sét .................................................................................................... 13
CHƢƠNG II
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220kV ............. 15
1. Khái niệm chung .................................................................................................... 15
2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp ...................... 15
3. Lý thuyết để tính toán ............................................................................................ 16
3.1. Tính toán chiều cao cột thu sét ........................................................................ 16
3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét ................................................................. 16
3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét ................................................. 17
3.4. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét .................................................................. 19
4. Tính toán các phƣơng án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến áp ............. 20
4.1. Phƣơng án 1 .................................................................................................... 20
4.2. Phƣơng án 2 .................................................................................................... 25
4.3. Phƣơng án 3 .................................................................................................... 33
5. Chọn phƣơng án tối ƣu ........................................................................................... 38

CHƢƠNG III
TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP .......................................................... 39
Nguyễn Anh Đức

Trang 1


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

1. Khái niệm chung .................................................................................................... 39
2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất ....................................................... 39
3. Hệ số mùa ............................................................................................................... 40
4. Tính toán nối đất .................................................................................................... 40
a. Tính toán nối đất tự nhiên .................................................................................. 41
b. Tính toán nối đất nhân tạo.................................................................................. 41
c. Tính toán nối đất chống sét ................................................................................ 43
d. Tính toán nối đất bổ sung ................................................................................... 47
CHƢƠNG IV
BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN............................................. 55
1. Khái niệm chung .................................................................................................... 55
2. Lý thuyết tính toán ................................................................................................. 55
2.1. Góc bảo vệ của dây chống sét ......................................................................... 55
2.2. Số lần sét đánh vào đƣờng dây........................................................................ 56
2.3. Số lần phóng điện khi sét đánh vào đƣờng dây .............................................. 56
2.4. Số lần cắt điện khi sét đánh vào đường dây ................................................... 57
2.5. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng .......................................................... 57
3. Tính toán bảo vệ chống sét cho đường dây ........................................................... 58
3.1. Mô tả đƣờng dây cần bảo vệ ........................................................................... 58

3.2. Tính số liệu của đƣờng dây và dây chống sét ................................................. 58
3.3. Tính số lần sét đánh vào đƣờng dây................................................................ 65
3.4. Tính suất cắt đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn ... 65
3.5. Tính suất cắt đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt ................................. 66
3.6. Tính suất cắt đường dây do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột .......... 72
3.7. Chỉ tiêu chống sét của đƣờng dây tải điện ...................................................... 86
PHẦN II
CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN VÀO
TRẠM BIẾN ÁP ............................................................................................................ 87
A. Khái niệm chung ................................................................................................... 88
Nguyễn Anh Đức

Trang 2


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

1. Quy tắc Petersen ................................................................................................. 89
2. Quy tắc sóng đẳng trị ......................................................................................... 90
4. Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van ............................................ 91
B. Trình tự tính toán ................................................................................................... 94
1. Sơ đồ tính toán quá trình truyền sóng trong trạm biến áp.................................. 94
2. Tính sóng truyền trong trạm biến áp .................................................................. 97
3. Các đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ .................................................. 101
4. Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm........................................................... 103
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 106

Nguyễn Anh Đức

Trang 3


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

BIỂU BẢNG
Bảng 1.1: Thông số dông sét của một số vùng .............................................................. 10
Bảng 1.2: Số ngày dông sét trong các tháng ở một số vùng ......................................... 11
Bảng 1.3: Tình hình sự cố lƣới điện miền Bắc từ năm 1987-2009 ............................... 13
Bảng 2.1: Phạm vi bảo vệ của các cặp cột phƣơng án 1. Đơn vị (m)............................ 24
Bảng 2.2: Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phía 220kV phƣơng án 2................ 26
Bảng 2.3: Chiều cao hiệu dụng của các nhóm cột phía 110kV phƣơng án 2................ 27
Bảng 2.4: Phạm vi bảo vệ của các cặp cột phƣơng án 2. Đơn vị (m) ........................... 29
Bảng 2.5: Phạm vi bảo vệ của các cặp cột phƣơng án 2 sau khi nâng cột. Đơn vị (m) 32
Bảng 2.6: Phạm vi bảo vệ của các cặp cột đỡ DCS. Đơn vị (m) .................................. 37
Bảng 2.7: Bảng so sánh các phƣơng án sau .................................................................. 38
Bảng 3.1: Bảng hệ số km ................................................................................................ 40
Bảng 3.2: Bảng hệ số km ................................................................................................ 42

1 TdsK
Bảng 3.3: Bảng kết quả chuỗi 2 .e
......................................................................... 46
k
Bảng 3.4: Hệ số sử dụng của thanh và cọc khi nối cọc theo mạch vòng ...................... 49
1 TdsK
Bảng 3.5: bảng kết quả chuỗi 2 .e .......................................................................... 50
k

Bảng 3.6: Hệ số sử dụng của thanh khi nối cọc theo dãy.............................................. 51
Bảng 3.7: Kết quả tính toán các giá trị BK .................................................................... 54
f (E lv ). ........................................... 57
Bảng 4.1: Bảng xác suất hình thành hồ quang
Bảng 4.2: Giá trị Ucđ(a,t) tác dụng lên chuỗi sứ ............................................................ 69
Bảng 4.3: Đặc tính V-S của chuỗi sứ ............................................................................ 69
Bảng 4.4: Các cặp thông số (ai,Ii) .................................................................................. 70
Bảng 4.5: Giá trị υpđ khi sét đánh vào khoảng vƣợt ...................................................... 71
Bảng4.6: Kết quả tính giá trị Ucđ(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột ................................... 84
Bảng 4.7: Các cặp thông số (ai,Ii) .................................................................................. 85
Bảng 4.8: Kết quả tính toán xác suất phóng điện pdi ................................................... 86
Bảng 5.1: Giá trị điện dung của các phần tử thay thế ................................................... 94
Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian..................................... 101
Bảng 5.3: Đặc tính V-S của thanh góp ........................................................................ 102

Nguyễn Anh Đức

Trang 4


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

BIỂU HÌNH
Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ cho một cột thu sét .............................................................. 16
Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau .............................. 17
Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau ................................. 18
Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu sét có độ cao bằng nhau ............... 19
Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét ......................................................... 19

Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét treo cùng độ cao ............................... 20
Hình 2.7: Sơ đồ bố trí các cột thu sét phƣơng án 1 ....................................................... 21
Hình 2.8: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phƣơng án 1 .......................................... 25
Hình 2.9: Sơ đồ bố trí các cột thu sét phƣơng án 2 ....................................................... 25
Hình 2.10: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phƣơng án 2 ........................................ 30
Hình 2.11: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phƣơng án 2 sau khi nâng cột ............. 32
Hình 2.12: Sơ đồ bố trí dây chống sét phƣơng án 3 ...................................................... 33
Hình 2.13: Phạm vi bảo vệ của của phƣơng án 3 dùng DCS ........................................ 37
Hình 3.1: Sơ đồ nối đất nhân tạo của TBA ................................................................... 42
Hình 3.2: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất............................................................... 43
Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị rút gọn .................................................................................... 44
Hình 3.4: Sơ đồ đóng cọc bổ sung. ............................................................................... 47
Hình 3.5: Sơ đồ nối đất bổ sung. ................................................................................... 51
Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ ηT = f(n) ....................................................... 52
Hình 3.7: Đồ thị xác định nghiệm của phƣơng trình: tan XK = -0,068.XK ................... 53
Hình 4.1: Góc bảo vệ của dây thu sét ............................................................................ 55
Hình 4.2: Kết cấu cột điện……………………………………… ................................ 58
Hình 4.3: Dây dẫn và ảnh của nó qua mặt đất .............................................................. 63
Hình 4.4: Sét đánh vào khoảng vƣợt dây chống sét ...................................................... 67
Hình 4.5: Đồ thị Ucđ(a,t) ................................................................................................ 70
Hình 4.6: Đƣờng cong nguy hiểm khi sét đánh vào khoảng vƣợt ................................ 71
Hình 4.7: Sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột ................................................. 72
Hình 4.8: Sơ đồ thay thế mạch khi chƣa có sóng phản xạ ............................................ 74
Hình 4.9: Sơ đồ thay thế mạch khi có sóng phản xạ ..................................................... 75
Hình 4.10: Đồ thị Ucđ(a,t) .............................................................................................. 85
Hình 4.11: Đƣờng cong nguy hiểm ............................................................................... 85
Hình 5.1: Sơ đồ truyền sóng giữa hai nút...................................................................... 89
Hình 5.2: Sơ đồ thay thế Petersen ................................................................................. 89
Hình 5.3: Sơ đồ nút có nhiều đƣờng dây nối vào.......................................................... 90
Hình 5.4: Sơ đồ thay thế Petsersen xác định điện áp trên điện dung ............................ 91

Hình 5.5: Đặc tính V-A của chống sét van ................................................................... 92
Nguyễn Anh Đức

Trang 5


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

Hình 5.6: Sơ đồ thay thế Petersen cho chống sét van ................................................... 92
Hình 5.7: Đồ thị xác định U(t), I(t) của chống sét van từ đặc tính V-A ....................... 93
Hình 5.8: Sơ đồ thay thế trạng thái đầy đủ.................................................................... 95
Hình 5.9: Sơ đồ thay thế trạng thái nguy hiểm nhất ..................................................... 95
Hình 5.10: Sơ đồ thay thế rút gọn trạng thái nguy hiểm nhất ....................................... 95
Hình 5.11: Quy tắc phân bố lực .................................................................................... 96
Hình 5.12: Sơ đồ Petersen tại nút 1 ............................................................................... 97
Hình 5.14: Sơ đồ Petersen tại nút 3 ............................................................................. 100
Hình 5.15: Sơ đồ Petersen tại nút 4 ............................................................................. 101
Hình 5.16: Đồ thị điện áp chịu đựng của máy biến áp ................................................ 102
Hình 5.17: Đặc tính V-S và đặc tính V-A của chống sét van 110 kV ........................ 102
Hình 5.18: Đồ thị đặc tính V-S của thanh góp ............................................................ 103
Hình 5.19: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy biến áp ........................................... 103
Hình 5.20: Dòng điện qua chống sét van .................................................................... 104
Hình 5.21: Kiểm tra an toàn cách điện thanh góp 110 kV .......................................... 104

Nguyễn Anh Đức

Trang 6

Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nƣớc ta đang bƣớc vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa,ngành điện giữ
một vai trò rất quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế của đất nƣớc. Trong cuộc
sống hiện đại, điện năng rất cần cho cuộc sống sinh hoạt và phục vụ sản suất. Nền kinh
tế càng phát triển thì nhu cầu điện năng càng tăng lên. Nhiệm vụ đặt ra cho ngành điện
là phải đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng đó. Vì vậy việc xây dựng và mở rộng thêm các
nhà máy điện, các trạm biến áp và các đƣờng dây tải điện là không thể thiếu với mỗi
quốc gia. Để đảm bảo cho việc cung cấp điện thƣờng xuyên và liên tục cho các phụ tải
điện ta phải tìm ra các biện pháp, các phƣơng pháp hữu hiệu để bảo vệ cho các đƣờng
dây tải điện và các thiết bị trong trạm điện .v.v. Trong đó, việc tính toán bảo vệ chống
sét cho các nhà máy điện, trạm điện và đƣờng dây tải điện là một việc làm hết sức cần
thiết vì sét là một hiện tƣợng đặc biệt của thiên nhiên có thể gây ra nguy hiểm tới tính
mạng của con ngƣời và thiệt hại do sét gây ra cho ngành điện là rất lớn.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế, cùng với những kiến thức chuyên ngành đã đƣợc học,
em đã đƣợc giao thực hiện Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp với nhiệm vụ: “Thiết
kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV”. Đồ án tốt nghiệp gồm có hai phần:
Phần I: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV
Phần II: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây 110kV vào trạm.
Trong thời gian thực hiện đồ án, với sự nỗ lực của bản thân và đƣợc sự giúp đỡ tận
tình của các thầy cô giáo, đặc biệt là cô giáo TS. Đặng Thu Huyền em đã hoàn thành
bản đồ án này. Em mong nhận đƣợc sự đánh giá nhận xét của các thầy cô giúp em ngày
tiến bộ trên con đƣờng học tập và công việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 25 tháng 12 năm 2016

Sinh viên

Nguyễn Anh Đức

Nguyễn Anh Đức

Trang 7


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

PHẦN I
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM
BIẾN ÁP 220/110kV

Nguyễn Anh Đức

Trang 8


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

CHƢƠNG I
HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lƣợng bao gồm nhà máy điện,

đƣờng dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó trạm biến áp, đƣờng dây là
các phần tử có số lƣợng lớn và khá quan trọng. Trong quá trình vận hành các phần tử
này chịu ảnh hƣởng rất nhiều sự tác động của thiên nhiên nhƣ: mƣa, gió, bão và đặc
biệt nguy hiểm khi bị ảnh hƣởng của sét. Khi có sự cố sét đánh vào trạm biến áp hoặc
đƣờng dây sẽ gây hƣ hỏng cho các thiết bị trong trạm dẫn tới việc gián đoạn cung cấp
điện và gây thiệt hại lớn tới nền kinh tế. Để nâng cao mức độ tin cậy cung cấp điện,
giảm thiểu chi phí thiệt hại và nâng cao độ an toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán
và bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện.

1. Hiện tƣợng dông sét
Dông là hiện tƣợng thời tiết của tự nhiên kèm theo sấm, chớp xảy ra. Cơn dông
đƣợc hình thành khi có khối khí nóng ẩm chuyển động thẳng. Cơn dông có thể kéo dài
từ 30 phút đến 12 tiếng và có thể trải rộng từ vài chục đến vài trăm km. Trong giai
đoạn đầu phát triển của cơn dông, khối không khí nóng ẩm chuyển động thẳng đứng
trong đám mây. Sự phân bố điện tích trong mây dông khá phức tạp. Khảo sát thực
nghiệm cho thấy, thông thƣờng mây dông có kết cấu nhƣ sau: vùng điện tích âm chính
nằm ở khu vực độ cao 6 km, vùng điện tích dƣơng ở phần trên đám mây ở độ cao 812km và một khối điện tích dƣơng nhỏ phía dƣới chân mây. Khi các vùng điện tích đủ
mạnh sẽ xảy ra phóng điện sét. Quá trình phóng điện sét có thể là phóng điện giữa các
đám mây với nhau hoặc giữa đám mây với đất, hiện tƣợng phóng điện từ đám mây
mang điện tích âm sang đám mây mang điện tích dƣơng. Quá trình phóng điện sét mây
– mây sẽ dừng khi hai đám mây trung hòa hết điện tích.
Khoảng 80% số trƣờng hợp phóng điện sét mây – đất thì các đám mây đều tích
điện âm.
Khi các đám mây đƣợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cƣờng độ
điện trƣờng lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai
đoạn phóng điện tiên đạo. Tia tiên đạo là môi trƣờng Plasma có điện tích lớn. Tốc độ di
chuyển trung bình của tia tiên đạo ở lần phóng đầu tiên khoảng 1,5.107 cm/s. Ở các lần
phóng điện tiếp theo sẽ nhanh hơn có thể đạt tới 20.108 cm/s, trung bình mỗi đợt sét có
khoảng 3 lần phóng điện liên tiếp bởi trong đám mây có thể hình thành nhiều trung tâm
điện tích. Dƣới mặt đất do hiệu ứng bề mặt mà tập trung nhiều điện tích dƣơng. Nếu

điện tích ở dƣới mặt đất đồng đều (điện trở suất tại mọi điểm đều nhƣ nhau) thì tia
tiên đạo phát triển theo hƣớng vuông góc với mặt đất. Nếu điện trở suất ở các vị trí
khác nhau thì điện tích dƣơng tập trung ở những nơi có điện trở suất nhỏ và đây cũng
là mục tiêu của tia tiên đạo, đó cũng là tính chọn lọc của phóng điện sét.
Việt Nam là một trong những nƣớc khí hậu nhiệt đới, có cƣờng độ dông sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nƣớc Việt Nam có một đặc
điểm và mùa dông sét khác nhau.
Nguyễn Anh Đức

Trang 9


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

2. Tình hình dông sét ở Việt Nam
Ở miền Bắc mùa dông sét tập trung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9, số ngày
dông dao động từ 70 110 ngày trong một năm và số lần dông từ 150 300 lần, nhƣ vậy
trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 3 cơn dông. Vùng dông sét nhiều nhất ở miền
Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 300 lần dông tập trung trong khoảng
100 110 ngày. Tháng nhiều dông sét nhất là các tháng 7, tháng 8. Một số vùng có địa
hình thuận lợi thƣờng là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi và vùng đồng bằng, số
trƣờng hợp dông sét cũng lên tới 200 lần, số ngày dông sét lên đến 100 ngày trong một
năm. Các vùng còn lại có từ 150 200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng
90 100 ngày.
Vùng phía Bắc duyên hải Trung Bộ là khu vực tƣơng đối nhiều dông sét trong
tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng, tháng nhiều dông
sét nhất (tháng 5) quan sát đƣợc 12 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/tháng, Bồng Sơn 16
ngày/tháng...), những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) dông sét

còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2 5 ngày dông sét.
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông sét nhất,
thƣờng chỉ có trong tháng 5, số ngày dông sét khoảng 10 ngày/tháng nhƣ Tuy Hoà 10
ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng.
Ở miền Nam, khu vực nhiều dông sét nhất là ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 140
ngày/năm, nhƣ ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm. Mùa
dông sét ở miền Nam dài hơn mùa dông sét ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng 11
trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông sét đều
quan sát đƣợc trung bình có từ 15 20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông sét
nhấttrung bình gặp trên 20 ngày dông/tháng nhƣ ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà
Tiên 23 ngày.
Ở khu vực Tây Nguyên, mùa dông sét ngắn hơn và số lần dông sét cũng ít hơn,
tháng nhiều dông sét nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát đƣợc khoảng 15 ngày dông ở
Bắc Tây Nguyên, 10 12 ngày ở Nam Tây Nguyên, KonTum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày,
Plêiku 17 ngày.
Bảng 1.1: Thông số dông sét của một số vùng

Vùng
Miền núi trung du Bắc Bộ

Số ngày dông Số giờ dông Mật độ sét Tháng
trung bình
trung bình
trung bình nhiều dông
sét nhất
( ngày/năm)
( giờ/năm)
61,6

219,1

6,33

7

Ven biển miền Trung

44

95,2

3,55

5; 8

Cao nguyên miền Trung

47,6

126,21

3,31

5; 8

Đồng bằng ven biển Nam Bộ

81,1

215,6

6,47

8

Đồng bằng miền Nam

60,1

89,32

5,17

5; 9

Nguyễn Anh Đức

Trang 10


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

Bảng 1.2: Số ngày dông sét trong các tháng ở một số vùng

Tháng

5

6

7

8

9

10

11 12 Cả năm

Cao Bằng

0,2 0,6 4,2 5,9 12

17

20

19

10

11

0,5 0,0

94

Bắc Cạn

0,1 0,3 3,0 7,0 12

18

20

21

10 2,8 0,2 0,1

97

Lạng Sơn

0,2 0,4 2,6 6,9 12

14

18

21

10 2,8 0,1 0,0

90

Bắc Ninh

0,2 0,4 2,6 6,9 10

12

16

18

9

2,8 0,1 0,0

80

Móng Cái

0,0 0,4 3,9 6,6 14

19

24

24

13 4,2 0,2 0,0

112

Hòn Gai

0,1 0,0 1,7 1,3 10

15

16

20

15 2,2 0,2 0,0

87

Hà Giang

0,1 0,6 5,1 8,4 15

17

22

20 9,2 2,8 0,9 0,0

102

Sa Pa

0,6 2,6 6,6 12

13

15

16

18 7,3 3,0 0,9 0,3

97

Lào Cai

0,4 1,8 7,0 10

12

13

17

19 8,1 2,5 0,7 0,0

93

Yên Bái

0,2 0,6 4,1 9,1 15

17

21

20

11 4,2 0,2 0,0

104

Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15

17

22

21

11 4,2 0,5 0,0

106

Địa điểm

1

2

3

4

Phía Bắc

Phú Thọ

0,0 0,6 4,2 9,4 16

17

22

21

11 3,4 0,5 0,0

107

Thái Nguyên

0,0 0,3 3,0 7,7 13

17

17

22

12 3,3 0,1 0,0

97

Hà Nội

0,0 0,3 2,9 7,9 16

16

20

20

11 3,1 0,6 0,9

99

Hải Phòng

0,0 0,1 7,0 7,0 13

19

21

23

17 4,4 1,0 0,0

111

Ninh Bình

0,0 0,4 8,4 8,4 16

21

20

21

14 5,0 0,7 0,0

112

Lai Châu

0,4 1,8 13

12

15

16

14

14 5,8 3,4 1,9 0,3

93

Điện Biên

0,2 2,7 12

12

17

21

17

18 8,3 5,3 1,1 0,0

112

Sơn La

0,0 1,0 14

14

16

18

15

16 6,2 6,2 1,0 0,2

99

Nghĩa Lộ

0,2 0,5 9,2 9,2 14

15

19

18

10 5,2 0,0 0,0

99

Thanh Hoá

0,0 0,2 7,3 7,3 16

16

18

18

13 3,3 0,7 0,0

100

Nguyễn Anh Đức

Trang 11

Trường Đại học Điện lực

Vinh

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

0,0 0,5 6,9 6,9 17

13

13

19

15 5,6 0,2 0,0

95

Con Cuông

0,0 0,2 13

14

13

20

14 5,2 0,2 0,0

103

Đồng Hới

0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0

70

Cửa Tùng

0,0 0,2 7,8 7,8 18

85

13

17

10

12

12

12 5,3 0,3 0,0

Phía Nam
Huế

0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0

41,8

Đà Nẵng

0,0 0,3 2,5 6,5 14

11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0

69,5

Quảng Ngãi

0,0 0,3 1,2 5,7 10

13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0

59,1

Quy Nhơn

0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0

43,3

Nha Trang

0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1

39,2

Phan Thiết

0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2

59,0

Kon Tum

0,2 1,2 6,8 10

14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0

58,2

Playku

0,3 1,7 5,7 12

16 9,7 7,7 8,7 17 9,0 2,0 0,1

90,7

Đà Lạt

0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1

52,1

1,8 3,4 11

10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0

70,2

22

19

17

16

19

11 2,4

138

0,2 0,0 0,7 7,0 19

16

14

15

13 1,5 4,7 0,7

104

Blao
Sài Gòn
Sóc Trăng
Hà Tiên

13

1,4 1,0 2,5 10

2,7 1,3 10

20

15

23 9,7 7,4 9,0 9,7 15

15 4,3

128

Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nƣớc phải chịu nhiều ảnh hƣởng của dông sét,
đây là điều bất lợi cho hệ thống điện, đòi hỏi ngành điện phải đầu tƣ tốt vào các thiết
bị chống sét, đồng thời phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện để hệ
thống điện vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy.

3. Ảnh hƣởng của dông sét đến hệ thống điện
Khi có sét, biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô

cùng lớn khi dòng điện sét đi qua. Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt,
khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có cách điện bằng sứ khi
bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra nhƣ nhũ thạch. Phóng điện sét còn kèm
theo việc di chuyển trong không gian lƣợng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trƣờng
rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hƣởng của
Nguyễn Anh Đức

Trang 12


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm km.
Bảng 1.3: Tình hình sự cố lƣới điện miền Bắc từ năm 1987-2009

Dƣới 220kV
Loại sự cố năm

Đƣờng dây Phả Lại-Hà Đông

Tổng số

Vĩnh cửu

Tổng số

Vĩnh cửu

Do sét

1987

2

1

2

1

1

1989

2

5

5

2

1

1996

24

3

6

2

1

2000

25

4

2

1

1

2004

30

2

3

1

1

2009

19

4

4

4

3

Tổng số

106

16

22

11

8

Khi sét đánh thẳng vào đƣờng dây hoặc xuống mặt đất gần khu vực đƣờng dây có
đi qua sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đƣờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng
lên cách điện của đƣờng dây. Khi cách điện của đƣờng dây bị phá hỏng sẽ gây nên
ngắn mạch pha-đất hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đƣờng dây

phải làm việc. Với những đƣờng dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt cắt có thể
gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc
không nhanh có thể dẫn đến rã lƣới. Sóng sét còn có thể truyền từ đƣờng dây vào trạm
biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện
của trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tƣơng đƣơng với việc ngắn mạch trên
thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến
áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của
máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.
Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đƣờng dây 220kV Phả Lại - Hà Đông nguyên
nhân do sét là 8/11 chiếm 72%. Vì đƣờng dây Phả Lại-Hà Đông là đƣờng dây quan
trọng của miền Bắc nên lấy kết quả trên làm kết quả chung cho sự cố lƣới điện toàn
miền Bắc.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố lƣới
điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của hệ thống điện.

4. Vấn đề chống sét
Ảnh hƣởng của sét là rất lớn tới các công trình xây dựng nói chung và các công
trình điện nói riêng. Do đó vấn đề chống sét cho các công trình là đặc biệt cần thiết và
quan trọng, nhằm hạn chế ảnh hƣởng do sét gây ra. Để làm đƣợc điều đó, ngƣời ta đặt
các cột thu sét cho các công trình để thu dòng sét xuống đất. Đối với các đƣờng dây tải
điện trên không, do khoảng cách đƣờng dây là rất lớn, trải dài trên nhiều vùng địa hình
Nguyễn Anh Đức

Trang 13


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

nên ta sử dụng dây chống sét để chống sét cho đƣờng dây tải điện. Ngoài ra ta còn sử
dụng các thiết bị chống sét nhƣ chống sét van, chống sét ống... để hạn chế tác động của
dòng sét cho các thiết bị, tránh đƣợc các hậu quả nghiêm trọng có thể xảy ra.
Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hƣởng của
dông sét tới hệ thống điện, ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho đƣờng dây tải điện
và trạm biến áp là rất cần thiết.

Nguyễn Anh Đức

Trang 14


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

CHƢƠNG II
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP
220kV
1. Khái niệm chung
Đối với trạm biến áp 220kV thì với các thiết bị đặt ngoài trời, khi có sét đánh trực
tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nghiêm trọng, làm hƣ hỏng các thiết bị điện, có
thể phải ngừng cung cấp điện năng trong một thời gian dài làm ảnh hƣởng đến sản xuất
và gây ra những chi phí tốn kém cho ngành điện, ảnh hƣởng đến nền kinh tế quốc dân.
Do vậy, trạm biến áp thƣờng có yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngƣời ta thƣờng dùng
hệ thống cột thu sét, dây thu sét. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để
định hƣớng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra các khu vực an toàn bên
dƣới hệ thống này.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ

thống nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ
phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện sét một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi
dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng
điện ngƣợc đến các thiết bị khác gần đó.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải
quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật,
mỹ thuật.

2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đƣợc nằm gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của
hệ thống bảo vệ. Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220kV ta dùng hệ thống cột thu sét và
dây chống sét, hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc độc lập tùy
thuộc vào các yêu cầu cụ thể.
Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đƣợc độ cao của phạm vi
bảo vệ và sẽ giảm đƣợc độ cao của cột thu sét. Nhƣng mức cách điện của trạm phải
đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngƣợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị,
dòng điện sét 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 ngƣợc từ hệ thống thu
sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều
kiện để đặt cột thu sét trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị
số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ.
Đối với trạm biến áp có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể
khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các cột
thu sét trên các kết cấu của trạm và trên các kết cấu đó có đặt cột thu sét phải đƣợc
ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệ
thống nối đất, mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm biến áp ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là cuộn dây
Nguyễn Anh Đức

Trang 15

Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu sét để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng
cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu sét và điểm nối vào hệ thống nối đất của
vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đƣờng điện.
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.
Đối với cấp điện áp 110kV trở lên cần phải chú ý:
- Ở nơi các kết cấu đó có đặt cột thu sét vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất
bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không đƣợc
quá 4 (ứng với tần số công nghiệp).
- Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu sét và bộ
phận mang điện không đƣợc bé hơn độ dài chuỗi sứ.
Có thể nối cột thu sét độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện áp
110kV nếu nhƣ các yêu cầu trên đƣợc thực hiện. Khi dùng cột thu sét độc lập thì cần
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 các vật cần đƣợc bảo vệ.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét thì các dây dẫn điện phải
đƣợc cho vào ống chì và chôn trong đất. Có thể nối dây chống sét vào hệ thống nối đất
của trạm nếu nhƣ khoảng cách từ chỗ nối đất của điểm nối đất ấy đến điểm nối đất của
máy biến áp lớn hơn15m.

3. Lý thuyết để tính toán
3.1. Tính toán chiều cao cột thu sét
Độ cao cột thu sét:
h = hx + ha

(2.1)

Trong đó:
hx : là độ cao công trình cần bảo vệ.
ha : là độ cao tác dụng của cột thu sét, đƣợc xác định theo từng nhóm cột cụ thể.

3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét
h
0,8h

(2/3) h
hx

1,5h

0, 75h
rx

Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ cho một cột thu sét
Nguyễn Anh Đức

Trang 16


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét có độ cao là h tính cho độ cao hx là một hình

chóp tròn xoay có đƣờng sinh đƣợc xác định nhƣ sau:
-

Nếu h x

2
.h thì rx
3

-

Nếu h x

2
.h thì rx
3

hx
0,8.h
h
0,75. 1 x
h

1,5. 1

(2.2)
(2.3)

Các công thức trên chỉ để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h < 30m. Khi h
5,5

30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p, với p
.
.
h

3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét
a. Hai cột thu sét có độ cao bằng nhau
Xét 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau h1 = h2 = h, cách nhau 1 khoảng a.
(1)

h

0,8h (2/3)h

(2)

h

h0

hx

O1
1,5h

O2

0,75h
r0
rx2

rx1

Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau

Khi a = 7.h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét
đánh vào.
- Khi a < 7.h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ đƣợc cho độ cao lớn nhất h0 đƣợc
a
xác định nhƣ sau: h 0 h
7
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đƣờng nối hai chân cột là rox
và đƣợc xác định theo công thức sau:
-

-

Nếu h x

-

Nếu h x

2
.h 0
3

thì rox

2

.h 0 thì rox
3

1,5.h 0 . 1
0,75.h 0 . 1

hx
0,8.h 0

(2.4)

hx
h0

(2.5)

Các công thức trên đƣợc áp dụng khi hệ thống chống sét có độ cao nhỏ hơn 30m.
Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn hơn hoặc bằng 30m thì các công thức cũng cần
Nguyễn Anh Đức

Trang 17


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

đƣợc hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục trên.

b. Hai cột thu sét có độ cao khác nhau

Xét 2 cột thu sét có độ cao là h1 và h2, cách nhau 1 khoảng a đƣợc bố trí nhƣ hình
vẽ:

Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau

Xác định phạm vi bảo vệ:
- Phần ngoài: giống nhƣ phạm vi bảo vệ của từng cột độc lập.
- Phần trong: từ đỉnh cột h1 dóng đƣờng thằng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ của
cột h2 tại 3’, với 3’ là vị trí đặt cột giả tƣởng có độ cao là h1.
- Phần giữa: giống nhƣ của hai cột có độ cùng độ cao h1.
Tính toán phạm vi bảo vệ:
- Tính bán kính bảo vệ từng cột rx1, rx2.
- Tính bán kính bảo vệ giữa hai cột r0x .
- Khoảng cách giữa cột thấp và cột giả tƣởng 3
- a’ = a – x ( trong đó x là bán kính bảo vệ của cột cao h2 cho cột giả tƣởng có độ
cao h1).
a'
- Độ cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giữa 1, 3’: h 01 3' h1
(2.6)
7

c. Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu sét
Với những công trình có mặt bằng rộng lớn, nếu chỉ sử dụng một hoặc một vài cặp
cột thì sẽ gây khó khăn cho việc thi công lắp đặt vì độ cao của cột sẽ rất lớn. Do đó ta
cần sử dụng nhiều cột thu sét để giảm độ cao của cột. Phần ngoài của phạm vi bảo vệ
đƣợc xác định nhƣ từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách a 7.h). 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
an toàn.
Nguyễn Anh Đức

Trang 18


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu sét có độ cao bằng nhau

Vật có độ cao hx nằm trong đa giác đƣợc bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D

8.(h

hx )

8.ha

(2.7)

Trong đó:
D: đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp đa giác đƣợc tạo bởi các cột thu sét.
h: độ cao của cột thu sét.
hx: độ cao của vật cần đƣợc bảo vệ.
ha = h – hx: là độ cao hiệu dụng.
Ta cũng cần phải kiểm tra điều kiện an toàn cho từng cặp cột đặt gần nhau và nếu
độ cao cột thu sét vƣợt quá 30m thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p.

3.4. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
a. Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét

Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng. Chiều rộng của phạm vi bảo vệ phụ
thuộc vào mức cao hx đƣợc biểu diễn nhƣ hình vẽ.
DCS

0,2h

h
hx
0,6h
1,2h

hx

Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét

Xét dây chống sét treo ở độ cao h, bảo vệ cho độ cao hx.
Nguyễn Anh Đức

Trang 19


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

Chiều rộng của phạm vi bảo vệ cho độ cao hx là 2.bx đƣợc xác định nhƣ sau:

hx
(2.8)
0,8.h

hx
2
- Nếu h x
(2.9)
.h thì b x 0,6.h. 1
h
3
Chú ý: Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần đƣợc hiệu chỉnh
theo p.
-

2
.h thì b x
3

Nếu h x

1,2.h. 1

b. Phạm vi bảo vệ của hai dây chống 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 < 4.h.

Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét treo cùng độ cao

Khoảng giữa hai dây chống sét bảo vệ đƣợc cho độ cao lớn nhất: h 0

h

s

(2.10)
4

Phạm vi bảo vệ:
- Phần nằm giữa hai dây chống sét bảo vệ đƣợc cho độ cao lớn nhất h0.
- Phần ngoài khoảng giữa hai dây chống sét là phạm vi bảo vệ của từng dây
chống sét độc lập.

4. Tính toán các phƣơng án bảo vệ chống sét đánh thẳng cho trạm biến
áp
4.1. Phƣơng án 1
4.1.1. Bố trí các cột thu sét nhƣ hình vẽ

Nguyễn Anh Đức

Trang 20


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

NHÀ
ÐIÊU
KHIÊN

Hình 2.7: Sơ đồ bố trí các cột thu sét phƣơng án 1

-

Phía 220kv bố trí 16 cột từ 1-16 trong đó cột 1-8 bố trí trên xà 17m cột 9-16 độc
lập.
Phía 110kv bố trí 8 cột từ 17-24 trên xà 11m

4.1.2. Tính toán cho phƣơng án 1
a. Tính độ cao hiệu dụng của các cột thu sét
Để bảo vệ đƣợc 1 diện tích đƣợc giới hạn bởi 1 đa giác nào đó thì độ cao cột thu sét
phải thỏa mãn:
D ≤ 8( h –hx ) hay D ≤ 8ha
Trong đó:
D: Là đƣờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác.
h- là độ cao cột thu sét.
hx- là độ cao cần bảo vệ.
ha=(h-hx)- là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.

* Phía 220kV
Các cột từ 1-16 chia phía 220kV ra thành 7 hình chữ nhật bằng nhau có kích thƣớc
chiều dài và chiều rộng là a=30m, b= 20m nên có đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp là:
D=
=
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét là:
D 36,5
ha
8
8
Nguyễn Anh Đức

= 36,055 (m)

4.506(m)

Trang 21


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

Độ cao cần bảo vệ phía 220kV là hx=17m nên chiều cao của cột thu sét là:
h = hx+ ha = 17 + 4,506 = 21,506 (m)
Để thuận tiện cho việc thi công lắp đặt và tăng độ cao an toàn bảo vệ cho thiết bị ta
nâng cột lên 22m.
* Phía 110kV
Các cột từ 17-24 và 9-16 chia phía 110kV ra thành 7 hình chữ nhật bằng nhau có
kích thƣớc chiều dài và chiều rộng là a=30m,b= 20m nên có đƣờng kính đƣờng tròn
ngoại tiếp là:
D=
=
= 36,055 (m)
Độ cao hiệu dụng của cột thu sét là:
D 36,5
ha
4.506(m)
8
8
Độ cao cần bảo vệ phía 110kV là hx=11m nên chiều cao của cột thu sét là:
h = hx + ha = 11 + 4,506 = 15,506 (m)
Để thuận tiện cho việc thi công lắp đặt và tăng độ cao an toàn bảo vệ cho thiết bị ta
nâng cột lên 16m

b. Tính bán kính bảo vệ của các cột thu sét
Ta chỉ xét bán kính bảo vệ của các cặp cột biên dọc theo chu vi của trạm vì phần
diện tích bên trong đã đƣợc bảo vệ
* Tính bán kính bảo vệ của một cột thu sét
- Phía 220kV
2
2
Vì
h x 17m
.h
.22 14,667(m)
3
3
Nên

rx

0,75.h. 1

hx
h

0,75.22. 1

17
22

3,75(m)

- Phía 110kV

Bán kính bảo vệ của các cột từ 17-24 cao 16m cho độ cao hx=11m là:
2
2
Vì
h x 11m
.h
.16 10,667(m)
3
3
Nên

rx

0,75.h. 1

hx
h

0,75.16. 1

11
16

3,75(m)

Bán kính bảo vệ của các cột từ 9-16 cao 22m cho độ cao hx=11m là:
2
2
Vì
h x 11m

.h
.22 14,667(m)
3
3
Nên

rx

Nguyễn Anh Đức

1,5.h. 1

hx
0,88.h

1,5.22. 1

11
0,8.22

12,375(m)
Trang 22


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

* Tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên
- Phía 220kV:

Xét cặp cột (1-2) có độ cao bằng nhau h=22m và đặt cách nhau một khoảng là a =
20m.
Vì a = 20m < 7.h = 7.22 = 154m nên chiều cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giữa 2 cột là:
a
20
h0 h
22
19,142(m)
7
7
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 17m là:
2
2
Vì
h x 17m
.h 0
.19,142 12,761(m)
3
3
Nên

r0x

0,75.h 0 . 1

hx
h0

0,75.19,142. 1

17
19,142

1,606(m)

- Phía 110kV:
+) Xét cặp cột (17-18) có độ cao bằng nhau h = 16m và đặt cách nhau một khoảng
là a = 20m.
Vì a = 20m < 7h = 7.16 = 112m nên chiều cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giữa 2 cột là:
a
20
h0 h
16
13,142(m)
7
7
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 11m là:
2
2
Vì
h x 11m
.h 0
.13,142 8,761(m)
3
3
Nên

r0x

0,75.h 0 . 1

hx
h0

0,75.13,142. 1

17
13,142

1,606(m)

+) Xét cặp cột (9-17) có độ cao khác nhau h9 = 22m, h17 = 16m và đặt cách nhau
một khoảng là a = 30m.
Bán kính bảo vệ của cột h9 cho phần có độ cao h17 là:
2
2
Vì
h17 16m
.h 9
.22 14,667(m)
3
3
Nên

x

0,75.h 9 . 1

h17
h9

0,75.22. 1

16
22

4,5(m)

Khoảng cách từ cột h17 đến cột giả tƣởng có cùng độ cao là:
a’= a-x = 30 – 4,5 = 25,5(m)
Độ cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giữa cột h17 và cột giả tƣởng cùng độ cao là:
a'
25,5
h 09 17 h17
16
12,357(m)
7
7
Nguyễn Anh Đức

Trang 23


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 11m:
2
2

Vì
h x 11m
.h 09 17
.12,357 8, 238(m)
3
3
Nên

r09 17

0,75.h 9 . 1

h17
h9

0,75.12,357. 1

11
12,357

1,017(m)

Tính toán tƣơng tự cho các cặp cột còn lại của cả hai phía, ta có bảng sau:
Bảng 2.1: Phạm vi bảo vệ của các cặp cột phƣơng án 1. Đơn vị (m)

Phía

220kv

110kv

Cặp cột

h

a

h0

2/3.h0

hx

r0x

1-2

22

20

19,143

12,762

17

1,607

2-3

22

20

19,143

12,762

17

1,607

3-4

22

20

19,143

12,762

17

1,607

4-5

22

20

19,143

12,762

17

1,607

5-6

22

20

19,143

12,762

17

1,607

6-7

22

20

19,143

12,762

17

1,607

7-8

22

20

19,143

12,762

17

1,607

1-9

22

30

17,714

11,810

17

0,536

8-16

22

30

17,714

11,810

17

0,536

17-18

16

20

13,143

8,762

11

1,607

18-19

16

20

13,143

8,762

11

1,607

19-20

16

20

13,143

8,762

11

1,607

20-21

16

20

13,143

8,762

11

1,607

21-22

16

20

13,143

8,762

11

1,607

22-23

16

20

13,143

8,762

11

1,607

23-24

16

20

13,143

8,762

11

1,607

16

16

20

13,143

8,762

11

1,607

24-9-17

22-16

30

12,357

8,238

11

1,018

16-24

22-16

30

12,357

8,238

11

1,018

Nguyễn Anh Đức

Trang 24


Trường Đại học Điện lực

Đồ án Tốt nghiệp Kỹ thuật cao áp

Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét đƣợc thể hiện trong hình sau:

NHÀ
ÐIÊU
KHIÊN

Hình 2.8: Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phƣơng án 1

Kết luận: Phƣơng án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra.
Tổng số cột là 24 cột gồm 8 cột bên phía 110kV cao 16 m và 16 cột bên phía

220kV cao 22m.
Tổng chiều dài cột: L110 = 8.(16-11) = 40 (m )
L220 =8.22 + 8.(22-17) = 216 (m)
LPA1 = L110 + L220 = 40 + 216 = 256 (m)

4.2. Phƣơng án 2
4.2.1. Bố trí các cột thu sét nhƣ hình vẽ

NHÀ
ÐIÊU
KHIÊN

Hình 2.9: Sơ đồ bố trí các cột thu sét phƣơng án 2
Nguyễn Anh Đức

Trang 25