Đồ án ngành hệ thống điện phó viết hiếu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.65 MB, 103 trang )
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
MỤC LỤC
Trang
CHƢƠNG 1: HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ CÁC ẢNH HƢỞNG CỦA NÓ
ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM .....................................................................1
1.1. HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT ......................................................................1
1.1.1. Khái niệm chung .................................................................................1
1.1.2. Cƣờng độ hoạt động của sét ................................................................3
1.2. TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM ..................................................4
1.3. ẢNH HƢỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN ....................5
CHƢƠNG 2: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN
ÁP PHÂN PHỐI 220/110KV KHU CÔNG NGHIỆP HẢI HÀ ............................7
2.1. KHÁI NIỆM CHUNG ...............................................................................7
2.2. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG
SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP ........................................................................................7
2.3. LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH CHIỀU CAO HIỆU DỤNG VÀ PHẠM VI BẢO
VỆ............................................................................................................................8
2.3.1. Tính toán chiều cao cột thu lôi ............................................................8
2.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi .....................................................8
2.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi .....................................9
2.3.4. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét ....................................................12
2.4. CÁC PHƢƠNG ÁN BỐ TRÍ CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV
KHU CÔNG NGHIỆP HẢI HÀ ...........................................................................14
2.4.1. Phƣơng án 1 ......................................................................................14
2.4.2. Phƣơng án 2 ......................................................................................20
2.4.3. Phƣơng án 3 ......................................................................................26
2.4.4. Chọn phƣơng án tối ƣu .....................................................................33
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP ..........................34
3.1. YÊU CẦU NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP ........................................34
3.2. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT...........................................................................35
3.2.1. Nối đấtan toàn. ..................................................................................35
3.2.2. Nối đất chống sét...............................................................................39
CHƢƠNG 4: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220KV...52
4.1. KHÁI NIỆM VÀ CÁC YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI BẢO VỆ
CHỐNG SÉT ĐƢỜNG DÂY ...............................................................................52
4.2. CÁC CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƢỜNG DÂY .......................52
4.2.1. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét ....................................................52
4.2.2. Cƣờng độ hoạt động của sét ..............................................................53
4.2.3. Số lần sét đánh vào đƣờng dây .........................................................53
4.2.4. Số lần phóng điện khi sét đánh vào đƣờng dây ................................54
4.2.5. Số lần cắt điện do sét đánh vào đƣờng dây .......................................54
4.2.6. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng ............................................55
4.3. TÍNH TOÁN CHỈ TIÊU BẢO VỆ CHỐNG SÉT CỦA ĐƢỜNG DÂY 55
4.3.1. Thông số đƣờng dây cần bảo vệ .......................................................55
4.3.2. Góc bảo vệ của dây chống sét ...........................................................56
SVTH: Phó Viết Hiếu
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
4.3.3. Độ treo cao trung bình của dây dẫn và dây chống sét ......................56
4.3.4. Tổng trở sóng của dây dẫn và dây chống sét ....................................60
4.3.5. Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn các pha với dây chống sét .................61
4.3.6. Xác định tổng số lần sét đánh vào đƣờng dây hàng năm..................64
4.3.7. Suất cắt của đƣờng dây khi sét đánh vòng vào dây dẫn ...................64
4.3.8. Suất cắt của đƣờng dây khi sét đánh vào khoảng vƣợt .....................65
4.3.9. Tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột...............70
4.3.10. Chỉ tiêu chống sét của đƣờng dây tải điện ......................................83
CHƢƠNG 5: CHUYÊN ĐỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN VÀO TRẠM
BIẾN ÁP ...................................................................................................................85
5.1. ĐẶT VẤN ĐỀ .........................................................................................85
5.1.1. Lý do lựa chọn đề tài.........................................................................85
5.1.2. Mục tiêu nghiên cứu .........................................................................85
5.1.3. Giới thiệu về phần mềm mô phỏng EMTP-RV ................................85
5.2. PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ...............................................................86
5.2.1. Sơ đồ trạm biến áp ............................................................................86
5.2.2. Mô hình cột .......................................................................................87
5.2.3. Mô hình đƣờng dây ...........................................................................89
5.2.4. Mô hình chống sét van ......................................................................90
5.2.5. Mô hình nguồn sét.............................................................................91
5.2.6. Mô hình nguồn xoay chiều tần số 50Hz ...........................................92
5.2.7. Mô hình máy biến áp ........................................................................93
5.3. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .........................................................................93
5.3.1. Điện áp đầu cực cao áp của MBA ....................................................93
5.3.2: Dòng điện qua chống sét van ............................................................94
5.4: KẾT LUẬN ..............................................................................................95
SVTH: Phó Viết Hiếu
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1: Số ngày sét trong một năm ........................................................................3
Bảng 1.2: Số liệu về sét trong năm 2012 tại các địa phƣơng .....................................4
Bảng 1.3: Mật độ phóng điện xuống các khu vực ......................................................5
Bảng 1.4: Tình hình sự cố lƣới điện miền Bắc từ năm 1987-1992 ............................6
Bảng 2.1: Chiều cao hiệu dụng của các cột phía 110kV phƣơng án 1 .....................16
Bảng 2.2: Chiều cao hiệu dụng của các cột phía 220kV phƣơng án 1 .....................17
Bảng 2.3: Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên phƣơng án 1 ..................................19
Bảng 2.4: Chiều cao hiệu dụng của các dây chống sét phƣơng án 2 .......................21
Bảng 2.5: Phạm vi bảo vệ giữa hai cột biên có độ cao bằng nhau phƣơng án 2 ......25
Bảng 2.6: Độ cao hiệu dụng các cột phía 110kV phƣơng án 3 ................................28
Bảng 2.7: Độ cao treo dây của các dây chống sét phía 220kV phƣơng án 3 ...........29
Bảng 2.8: Phạm vi bảo vệ của các cặpcột phía 110kV phƣơng án 3 .......................30
Bảng 2.9: Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên phía 220kV phƣơng án 3 ..............31
Bảng 2.10: So sánh các phƣơng án...........................................................................33
Bảng 3.1: Bảng hệ số Km ..........................................................................................35
l
l2
Bảng 3.2: Hệ số hình dạng K f ( 1 ) ......................................................................38
ds
ds
ds
1
Bảng 3.3: Bảng tính toán chuỗi số 2 .e TK .........................................................42
k 1 k
1
Bảng 3.4: Bảng tính toán chuỗi số 2 .e TK .........................................................44
k 1 k
1
Bảng 3.5: Bảng tính toán chuỗi số 2 .e TK .........................................................46
k 1 k
Bảng 3.6: Hệ số sử dụng của thanh khi nối cọc theo dãy.........................................48
Bảng 3.7: Kết quả tính toán các giá trị Bk ................................................................50
Bảng 4.1: Xác suất hình thành hồ quang η = f(Elv) ..................................................54
Bảng 4.2: Số liệu tính hệ số ngẫu hợp của các dây pha đối với dây chống sét ........63
Bảng 4.3: Bảng đặc tính V-S của chuỗi sứ ...............................................................68
Bảng 4.4: Giá trị Ucd (a, t) tác dụng lên chuỗi sứ .....................................................68
Bảng 4.5: Bảng các giá trị Ii=ai.ti khi sét đánh vào khoảng vƣợt .............................69
Bảng 4.6: Kết quả tính toán xác suất phóng điện .....................................................69
Bảng 4.7: Các thông số tính toán của pha A ............................................................74
Bảng 4.8: Các thông số tính toán của pha B .............................................................75
Bảng 4.9: Các thông số tính toán của pha C .............................................................76
Bảng 4.10: Kết quả tính giá trị Ucđ(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột ...........................81
Bảng 4.11: Kết quả tính toán xác suất phóng điện ...................................................82
SVTH: Phó Viết Hiếu
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Hình 1.1: Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét.................................................2
Hình 1.2: Dạng tổng quát của sóng sét ......................................................................2
Hình 1.3: Dạng xiên góc của sóng sét ........................................................................3
Hình 1.4: Dạng hàm số mũ của sóng sét ....................................................................3
Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi ............................................................ 8
Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đƣờng sinh gấp khúc) ......................9
Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau .........................10
Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau .........................11
Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của nhóm ba (a) và bốn cột (b) có độ cao bằng nhau .....12
Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét ....................................................12
Hình 2.7: Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét treo cùng độ cao ..........................13
Hình 2.8: Sơ đồ mặt bằng trạm ................................................................................14
Hình 2.9: Bố trí cột thu lôi phƣơng án 1 ..................................................................15
Hình 2.10: Phạm vi bảo vệ chống sét phƣơng án 1..................................................20
Hình 2.11: Bố trí dây thu sét phƣơng án 2 ...............................................................21
Hình 2.12: Phạm vi bảo vệ của các dây thu sét phƣơng án 2...................................26
Hình 2.13: Bố trí cột thu lôi phƣơng án 3 ................................................................27
Hình 2.14: Phạm vi bảo vệ của các cột và dây thu sét phƣơng án 3 ........................32
Hình 3.1: Sơ đồ nối đất nhân tạo mạch vòng ...........................................................37
l
Hình 3.2: Hệ số hình dạng K f ( 1 ) .....................................................................38
l2
Hình 3.3: Sơ đồ đẳng trị của hệ thống nối đất..........................................................39
Hình 3.4: Sơ đồ đẳng trị rút gọn ...............................................................................40
Hình 3.5: Đồ thị giá trị sử dụng của thanh và cọc theo tỉ số a/l ...............................45
Hình 3.6: Hình thức nối đất bổ sung ........................................................................47
Hình 3.7: Đồ thị T ..................................................................................................48
Hình 3.8: Xác định nghiệm của phƣơng trình tgX k 0,031X k ..............................50
Hình 4.1: Góc bảo vệ của dây thu sét .......................................................................52
Hình 4.2: Đồ thị f ( Elv ). .....................................................................................55
Hình 4.3: Kết cấu cột điện 220kV ............................................................................56
Hình 4.4: Ảnh qua mặt đất của dây dẫn và dây chống sét .......................................62
Hình 4.5: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ η = f(Elv) ...................................................65
Hình 4.6: Sét đánh vào khoảng vƣợt của dây chống sét ..........................................66
Hình 4.7: Dạng sóng sét tính toán ............................................................................66
Hình 4.8: Đồ thị giá trị Ucd (a, t) khi sét đánh vào khoảng vƣợt ..............................68
Hình 4.9: Đƣờng cong thông số nguy hiểm .............................................................69
Hình 4.10: Sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột ..........................................70
Hình 4.11: Sơ đồ thay thế mạch khi chƣa có sóng phản xạ .....................................73
Hình 4.12: Sơ đồ thay thế mạch khi có sóng phản xạ ..............................................73
Hình 4.13: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ Ucđ(t)=f(a,t) .............................................82
SVTH: Phó Viết Hiếu
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Hình 4.14: Đồ thị đƣờng cong nguy hiểm ...............................................................83
Hình 5.1: Sơ đồ nhất thứ TBA .................................................................................87
Hình 5.2: Sơ đồ khối mô phỏng ...............................................................................87
Hình 5.3: Mô hình cột trong chƣơng trình EMTP. ..................................................88
Hình 5.4: Mô hình thiết lập dữ liệu đƣờng dây trong EMTP. ..................................89
Hình 5.5: Thông số đƣờng dây trong EMTP ............................................................90
Hình 5.6: Đặc tính V – A của CSV ZnO ..................................................................90
Hình 5.7: Mô hình thiết lập dữ liệu CSV .................................................................91
Hình 5.8: Các tham số của nguồn sét trong EMTP ..................................................91
Hình 5.9: Nguồn dòng CIGRE .................................................................................92
Hình 5.10: Các tham số của nguồn AC. ...................................................................92
Hình 5.11: Các tham số mô phỏng MBA. ................................................................93
Hình 5.12: Kết quả trƣờng hợp 1 .............................................................................94
Hình 5.13: Kết quả trƣờng hợp 2 .............................................................................94
Hình 5.14: Dòng điện chạy qua CSV .......................................................................95
SVTH: Phó Viết Hiếu
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DCS
-
Dây chống sét
MBA
-
Máy biến áp
TH
-
Trƣờng hợp
PA
-
Phƣơng án
QTQĐ
-
Quá trình quá độ
PVBV
-
Phạm vi bảo vệ
EMTP
-
Chƣơng trình quá độ điện từ (ElectroMagnetic
Transients Programme)
CPDL
-
Đƣờng dây phân bố có tham số cố định (Constant
parameter Distributed Line)
IEEE
-
Viện Kỹ nghệ Điện và Điện tử (Institude of Electrical
and Electronics Engineers)
FACTS
-
Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (Flexible
Alternating Current Transmisson System)
CIGRE
-
Hiệp hội quốc tế các hệ thống điện lớn (Conseil
International dé Grands Réseaus Electriques)
0 YgYgD
-
SVTH: Phó Viết Hiếu
Tổ đấu dây Y0-Y0-∆
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
PHẦN I
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT
CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110KV KHU CÔNG
NGHIỆP HẢI HÀ
SVTH: Phó Viết Hiếu
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
CHƢƠNG 1
HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT VÀ CÁC 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 quan trọng. Trong quá trình vận hành các phần tử
này chịu rất nhiều sự tác động của các hiện tƣợng tự 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 các thiết bị trong trạm dẫn tới việc gián đoạn cung
cấp điện và gây thiệt hại lớn đến 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 các thiết bị điện ta cần phải tính toán và bố trí bảo vệ
chống sét cho hệ thống điện.
1.1. HIỆN TƢỢNG DÔNG SÉT
1.1.1. Khái niệm chung
a. Quá trình hình thành sét
Dông là hiện tƣợng tự nhiên thƣờng kèm theo sớm chớp xảy ra. Cơn dông đƣợc
hình thành khi 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. Cơn dông có thể
ví nhƣ một nhà máy điện nhỏ công suất vài trăm megawatt. Điện thế có thể đạt hàng
tỷ vôn và dòng điện từ vài chục đến vài trăm Kilô-Ampe. Một tia sét thông thƣờng
có thể thắp sáng bóng đèn 100W trong ba tháng[1].
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 6km, vùng điện tích dƣơng ở phần
trên đám mây ở độ cao 8-12km 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
1,5.107cm/s. Ở các lần phóng điện tiếp theo sẽ nhanh hơn có thể đạt tới 20.108cm/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
SVTH: Phó Viết Hiếu
1
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
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.
Tia tiên đạo
Hình thành
khu vực ion hóa
mãnh liệt
Địa điểm
phụ thuộc điện
trở suất của đất
Hoàn
thành phóng
điện sét
Dòng của phóng
điện ngƣợc
Hình 1.1: Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét
Tia tiên đạo càng gần mặt đất thì cƣờng độ điện trƣờng càng lớn, quá trình ion
hóa càng mãnh liệt tạo nên nhiều thác điện tử và có thể có dòng phóng điện ngƣợc
từ mặt đất lên với tốc độ 1,5.109–1,5.1010cm/s. Trong giai đoạn này điện tích của
mây sẽ theo dòng Plasma xuống đất tạo nên dòng ở nơi sét đánh.
Nhƣ vậy quá trình phóng điện chuyển từ phóng điện tiên đạo sang phóng điện
ngƣợc và dòng điện tích dƣơng sẽ giảm dần điện thế đám mây tới trị số 0 và lúc này
quá trình phóng điện kết thúc.
a. Các dạng sóng sét
Dạng tổng quát
is
Imax
Trong đó:
ds là thời gian đầu sóng
is = 0 ÷ Imax
Ts là thời gian toàn sóng
0,5.Imax
ds
t
Ts
Hình 1.2: Dạng tổng quát của sóng sét
SVTH: Phó Viết Hiếu
2
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Dạng xiên góc
is
Imax
Trong đó:
is = a.t (t < ds)
is = a. ds = Imax (t > ds)
a là độ dốc đầu sóng
ds
t
Hình 1.3: Dạng xiên góc của sóng sét
Dạng hàm số mũ
Tính cho các quá trình xảy ra chậm ( Quá trình phát nhiệt của dòng sét)
is
Trong đó:
Imax
is Imax .e
T
t
T
Ts
0,7
t
Hình 1.4: Dạng hàm số mũ của sóng sét
1.1.2. Cƣờng độ hoạt động của sét
a. Số ngày sét trong một năm nngs
Bảng 1.1: Số ngày sét trong một năm
Vùng lãnh thổ
nngs
Vùng xích đạo
100 ÷ 150 ngày
Vùng nhiệt đới
60 ÷ 150 ngày ( Việt Nam)
Vùng ôn đới
30 ÷ 50 ngày
Vùng hàn đới
< 5 ngày
b. Mật độ sét
Là số lần sét đánh xuống 1km2 mặt đất trong 1 ngày có sét: ms 0,1 0,15
Số lần phóng điện xuống đất trong một năm: N m s .n ngs 0,1 0,15 .n ngs
SVTH: Phó Viết Hiếu
3
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
1.2. TÌNH HÌNH DÔNG SÉT Ở VIỆT NAM
Theo đề tài KC-03-07 của viện năng lƣợng, trong một năm số ngày sét ở miền
bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày và số lần có dông là từ 150-300 lần.
Số liệu về sét trong năm 2012 của các địa phƣơng đƣợc thống kê trong bảng 1.2.
Bảng 1.2: Số liệu về sét trong năm 2012 tại các địa phƣơng
Vùng
Ngày dông
trung bình
(ngày / năm)
Giờ dông trung
bình
(giờ / năm)
Mật độ sét
trung bình
Tháng dông
cực đại
Đồng bằng ven
biển
81,1
215,6
6,47
8
Miền núi trung
du bắc bộ
61,6
219,1
6,33
7
Cao nguyên
miền trung
47,6
126,21
3,31
5,8
Ven biển miền
trung
44
95,2
3,55
5,8
Đồng bằng
miền nam
60,1
89,32
5,37
5,9
Vùng có nhiều dông nhất trên miềm bắc là khu vực Móng Cái, Tiên Yên
(Quảng Ninh) hằng năm có 100-110 ngày dông sét.
Nơi ít dông nhất là Quảng Bình, hàng năm chỉ có 80 ngày dông, xét về diễn
biến của mùa dông trong năm, mùa dông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng.
Nói chung ở miền bắc dông tập trung từ tháng 4-9, ở phía tây bắc dông tập trung từ
tháng 5-8 trong năm.
Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tƣơng đối
nhiều dông trong tháng. Số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày/tháng, tháng có nhiều
dông nhất là tháng 5, cóthể có từ 12-15ngày.
Miền Nam cũng có khá nhiều dông,hàng năm quan sát đƣợc từ 40 đến 50 ngày
và đến trên 100 ngày tùy nơi. Khu vực nhiều dông sét nhất là đồng bằng nam bộ, số
ngày dông sét có thể lên đến 120 – 140 ngày/năm.
Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình dông sét trên cả 3 miền Bắc–Trung–
Nam, những vùng lân cận lại có mật độ sét tƣơng đối giống nhau. Theo kết quả
nghiên cứu ngƣời ta đã lập đƣợc bản đồ phân vùng dông sét toàn Việt Nam.
Từ các số liệu về ngày giờ dông, số lƣợng đo lƣờng nghiên cứu đã thực hiện các
giai đoạn có thể tính toán đƣa ra các số liệudự kiến về mật độ phóng điện xuống các
khu vực.
SVTH: Phó Viết Hiếu
4
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Bảng 1.3: Mật độ phóng điện xuống các khu vực
Số ngày
dông
Đồng bằng
ven biển
Miền núi
trung du
phía bắc
Cao nguyên
miền trung
Ven biển
trung bộ
Đồng bằng
miền nam
20÷40
2,43÷2,68
2,1÷4,2
12÷2,4
1,22÷2,44
1,26÷2,52
40÷60
4,68÷4,92
4,2÷6,3
2,4÷3,6
2,44÷3,65
2,52÷3,78
60÷80
7,92÷9,72
6,3÷8,4
3,6÷4,8
3,65÷4,87
3,78÷5,06
80÷100
9,72÷12,15
8,4÷10,5
4,8÷6
4,87÷6,09
5,06÷6,3
100÷120
12,15 14,58
10,5÷12,6
6÷7,2
6,09÷7,31
6,3÷7,76
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.
1.3. 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 nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm km.
Khi sét đánh thẳng vào đƣờng dây hoặc xuống mặt đất gần khu vực đƣờng dây
đó 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 quảthì cách điện của máy biến áp bị
chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.
SVTH: Phó Viết Hiếu
5
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Bảng 1.4: Tình hình sự cố lƣới điện miền Bắc từ năm 1987-1992
Dƣới 220kV
Đƣờng dây Phả Lại – Hà Đông
Loại sự cố
1987
1988
1989
1990
1991
1992
Tổng số
Tổng số
Vĩnh cữu
Tổng số
Vĩnh cửu
Do sét
2
5
24
25
30
19
105
1
2
3
4
2
4
16
2
5
6
2
3
4
22
1
2
2
1
1
4
11
1
1
1
1
1
3
8
Trong tổng số sự cố của đƣờng dây 220kV Phả Lại - Hà Đông nguyên nhân
do sét là 8/22 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.
Vấn đề chống sét
Ảnh hƣởng của sét là rất lớn và nguy hiểm 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 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. Vì vậy, việc đầu tƣ nghiên cứu chống sét đúng
mức rất quan trọng nhằm giảm thiểu thiệt hại do dông sét gây ra, nâng cao độ tin
cậy cung cấp điện trong vận hành hệ thống điện. Ý nghĩa thực tiễn này là một trong
những lý do để em lựa chọn đề tài “ Thiết kế bảo vệ chống sét cho TBA 220/110kV
khu công nghiệp Hải Hà, tỉnh Quảng Ninh”.
SVTH: Phó Viết Hiếu
6
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
CHƢƠNG 2:
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP
PHÂN PHỐI 220/110KV KHU CÔNG NGHIỆP HẢI HÀ
2.1. 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 lôi, dây thu lôi. 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 hệ thống 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.
2.2. 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, ta dùng cột hoặc dây thu lôi để bảo vệ cho trạm biến áp
220kV, hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt 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 hiệu dụng của cột thu lôi. Tuy nhiên mức cách
điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngƣợc từ hệthống
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 lôi 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 t ừ 110kV trở lên có mƣ́c cách đi ện cao, do đó có thể đặt
các thiết bị thu lôi trên các kết cấu của trạm gắn vào h ệ thống nối đất của trạm theo
đƣờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào h ệ thống nối đất theo 3 đến
4 thanh nối đất với hệ thố ng, mặt khác phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số của
điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm biến áp ngoài trời điện áp từ 110kV trởlên là cuộn dây
máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng
cách giữa cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải
lớn hơn 15m theo đƣờng điện.
SVTH: Phó Viết Hiếu
7
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
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 có đặt cột thu lôi, hệ thống nối đất cần phải có nốiđất bổ sung
(dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không đƣợc quá 4Ω
(ứng với tần số công nghiệp).
Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi và bộ
phận mang điện không đƣợc bé hơn độ dài chuỗi sứ.
Có thể nối cột thu lôi 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 lôi độc lập thì
cần phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh
khả năng phóng điện từ cột thu lôi đến các vật cần đƣợc bảo vệ.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện
phải đƣợc cho vào ống chì và chôn trong đất. Có thể nối dây chống sét vào hệthống
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.
2.3. LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH CHIỀU CAO HIỆU DỤNG VÀ PHẠM VI BẢO VỆ
2.3.1. Tính toán chiều cao cột thu lôi
Độ cao cột thu lôi:
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 lôi, đƣợc xác định theo từng nhóm
cột cụ thể.
2.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi có độ cao là h bảo vệ cho công trình có độ
cao hx là một hình chóp tròn xoay có đƣờng sinh đƣợc xác định nhƣ sau:
h
hx
Trong đó:
h: chiều cao cột thu lôi
hx: chiều cao cần đƣợc bảo vệ
(h-hx)=ha: chiều cao hiệu
dụng.
rx
Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
SVTH: Phó Viết Hiếu
8
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Trong tính toán, đƣờng sinh đƣợc đƣa về dạng đƣờng gãy khúc ABC đƣợc xác
định nhƣ hình 2.2:
Trong đó:
+ AB: đƣờng thẳng nối từ đỉnh cột đến điểm trên mặt đất cách xa
chân cột một khoảng là 0,75h.
+ BC: là đƣờng thẳng nối 1 điểm có độ cao trên thân cột là 0,8h đến
1 điểm trên mặt đất cách chân cột là 1,5h.
A
B
2h/3
hx
C
1,5h
0,75h
0,75h
0,8h
h
1,5h
rx
O
Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đƣờng sinh gấp khúc)
Bán kính bảo vệ rx đƣợc tính nhƣ sau:
Nếu hx
h
2
h thì rx 1,5h(1 x ) 1,5h 1,875hx
0,8h
3
(2.2)
h
2
Nếu hx h thì rx 0,75h(1 x ) 0, 75 h hx
(2.3)
h
3
Các công thức trên chỉ để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h<30m. Hiệu
quả của cột thu sét cao trên 30m giảm đi do độ cao định hƣớng của sét giữ hằng số.
5.5
Khi h>30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p, với p
.
h
2.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
a. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi
Hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
- Xét 2 cột thu lôi có độ cao bằng nhau h1 = h2 = h, cách nhau một khoảng a.
+ Khi a>7h thì hai cột thu sét đƣợc xem nhƣ hai cột độc lập.
+ Khi a = 7h khoảng giữa hai cột bảo vệ đƣợc cho độ cao mặt đất (hx=0).
+ Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ đƣợc cho độ cao lớn nhất h0 đƣợc
a
xác định nhƣ sau: h0 h . Trong trƣờng hợp này thì phạm vi bảo vệ của hai cột
7
đƣợc thể hiện trên hình 2.3.
SVTH: Phó Viết Hiếu
9
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
o
R
h1
h2
h0
0,8h1
0,8h2
0,8h0
hx
1,5h 1
0,75h1 1,5h 0
o 1 0,75h
0
o
o2
0,75h2
1,5h 2
a
rx0
rx1
rx2
Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
- Xét phạm vi bảo vệ:
+ Phần ngoài: giống nhƣ phạm vi bảo vệ của từng cột độc lập.
+ Phần giữa: đƣợc giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm đỉnh cột
và điểm có độ cao h0 (độ cao của cột giả tƣởng).
- Tính toán phạm vi bảo vệ:
+ Bán kính bảo vệ của từng cột: rx1 = rx2 = rx
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột: r0x
Nếu hx
h
2
h0 thì r0 x 1,5h0 (1 x ) 1,5h0 1,875hx
0, 8h0
3
(2.4)
Nếu hx
h
2
h0 thì r0 x 0,75h0 (1 x ) 0, 75 h0 hx
h0
3
(2.5)
a
7
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 đƣợc hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục trên.
+ Độ cao lớn nhất bảo vệ đƣợc giữa hai cột: h0 h
Hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
Xét 2 cột thu lôi có độ cao là h1 và h2
Hai cột cách nhau 1 khoảng a đƣợc bố trí nhƣ hình 2.4:
SVTH: Phó Viết Hiếu
10
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
2
1
3'
3
h2
h1
h0
hx
O
1
O3
O' 3
O
2
x
O1
O' 3
O3
O
2
rx
0
r03'
r0 1
r0 2
Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi 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
vệcủa 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.
O1O3' a ' O1O2 O3' O2 a x , trong đó : x là bán kính bảo vệ của cột có độ
cao h2 cho cột giả tƣởng có 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 rox .
+ Khoảng cách giữa cột thấp và cột giả tƣởng 3’: a’= a – x ( trong đó x là bán
kính bảo vệ của cột có độ cao h2 cho cột giả tƣởng có độ cao h1).
a'
+ Độ cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giữa 1, 3’: h013’ h1
(2.6)
7
b. Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi
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 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 an toàn.
SVTH: Phó Viết Hiếu
11
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
rx1
rx1
r0x12
r0x13
2
1
rx1 1
2
r0x1
r0x12
hx
3
4
rx2
rx3
r0x23
4
3
(b)
(a)
Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của nhóm ba (a) và bốn cột (b) 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 8ha
(2.7)
Trong đó:
+ D: đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp đa giác đƣợc tạo bởi các cột thu
lôi.
+ 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.
2.3.4. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
a. Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
DCS
0,2h
h
hx
0,6h
1,2h
O
0,6h
1,2h
2bx
Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
SVTH: Phó Viết Hiếu
12
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Với DCS có độ treo cao h 30m :
bx 1.2h
h hx
h hx
(2.8)
Hoặc theo phƣơng pháp đơn giản:
h
2
hx h bx 0,6h(1 x )
3
h
(2.9)
h
2
hx h bx 1, 2h(1 x )
3
0, 8h
(2.10)
b. Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét
Khi hai dây chống sét đặt cách nhau S = 2b= 4h thì mọi điểm trên mặt đất nằm
giƣ̃a hai dây chống sét sẽ đƣợc bảo vệ an toàn . Nếu S< 4h thì giƣ̃a hai dây chống sét
có thể bảo vệ đƣợc một độ cao:
S
(2.11)
h0 h
4
Khi dây dẫn ba pha của đƣờng dây tải điện cùng nằm trên một mặt phẳng ngang
thì điều kiện để dây giữa với độ cao h DD đƣợc bảo vệ là khoảng cách S giƣ̃a hai
DCS phải thỏa mãn điều kiện:
S < 4(hDCS- hDD)
O
R
2
1
0,2h
h0=h-S/4
1,2h
h
0,6h
bx
s
bx
Hình 2.7: Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét treo cùng độ cao
Giới hạn phạm vi bảo vệ (mặt cắt đƣ́ng ) ở phía ngoài hai DCS cũng giống nhƣ
đối với tƣ̀ng DCS riêng lẻ , còn khu vực bảo vệ giữa hai DCS đƣợc giới hạn bởi
cung tròn vẽ qua hai điểm treo dây chống sét và điểm giƣ̃a có độ cao h 0.
Trên mặt chiếu bằng độ rộng của phạm vi bảo vệ cho vật có độ cao h
x bằng:
S+2bx
SVTH: Phó Viết Hiếu
13
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
2.4. CÁC PHƢƠNG ÁN BỐ TRÍ CHỐNG SÉT CHO TBA 220/110KV KHU
CÔNG NGHIỆP HẢI HÀ
Tổng quan về trạm biến áp khu công nghiệp Hải Hà
Hình 2.8: Sơ đồ mặt bằng trạm
Trạm biến áp 220/110kV khu công nghiệp Hải Hà gồm hai máy biến áp AT1 và
AT2.Các xà phía 110kV cao 11m, các xà phía 220kV và xà máy biến áp cao 17m.
Ta chia trạm thành 2 phần tƣơng ƣ́ng có độ cao cần bả o vệ lần lƣợt là ph ía
110kV có hx110=11m, phía 220kV có hx220=17m
- Trình tự tính toán:
+ Khảo sát mặt bằng trạm và chọn vị trí đặt cột thu lôi.
+ Tính chiều cao hiệu dụng lớn nhất của từng phía hamax.
+ Tính chiều cao của cột thu lôi các phía: h = hx + ha max.
+ Tính phạm vi bảo vệ và kiểm tra.
2.4.1. Phƣơng án 1
a. Bố trí cột thu lôi
- Phía 110kV bố trí 14 cột đƣợc đánh số từ 1 đến 14, đặt trên các xà 11m
- Phía 220kV bố trí 20 cột đƣợc đánh số từ 15 đến 34, đặt trên các xà 17m
Phƣơng án bố trí đƣợc thể hiện trên hì nh vẽ 2.9.
SVTH: Phó Viết Hiếu
14
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Hình 2.9: Bố trí cột thu lôi phƣơng án 1
* Tính toán độ cao hiệu dụng của kim thu sét
- Để tính đƣợc độ cao tác dụng của các cột thu sét ta phải xác định đƣợc đƣờng
kính đƣờng tròn ngoại tiếp các đa giác đi qua chân các cột là D.
D
- Độ cao tác dụng phải thỏa mãn điều kiện: ha
8
b. Phạm vi bảo vệ của các nhóm cột (đa giác)
* Phía 110kV
- Xét nhóm cột2,3,4,5,10,11,12,13
Nhóm cột này chia phía 110 thành 3 hình chữ nhật hình chữ nhật có kích thƣớc
bằng nhau.
+ Kích thƣớc của hình chữ nhật nhƣ sau:
Chiều rộng (cạnh 2-3): a = 30m.
Chiều dài (cạnh 2-10): b = 35m
+ Đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp đi qua các chân cột thu sét trên là:
D a 2 b2 302 352 46,097m
+ Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột trên là:
D
46,097
ha
5,762 m
8
8
- Xét nhóm cột (1,2,8)
+Kích thƣớc các cạnh: 2-8: 33,545m
1-2: 30m
SVTH: Phó Viết Hiếu
15
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
1-8: 15m
+ Nửa chu vi của khối tam giác đƣợc tính nhƣ sau:
a b c 30 15,004 33,545
p
39, 275m
2
2
+ Đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp đi qua chân cột trên là:
abc
D
2 p( p a)( p b)( p c)
30.15.33,545
33,545(m)
2 39, 275.(39, 275 30)(39, 275 15)(39, 275 33,545)
Với các tam giác còn lại ta tính toán tƣơng tự, các thông số đƣợc tổng hợp
trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Chiều cao hiệu dụng của các cột phía 110kV phƣơng án 1
Tam giác
1-2-8
2-8-10
8-9-10
9-15-36
9-36-16
9-10-16
10-16-17
10-11-17
11-17-18
11-12-18
12-18-19
12-13-19
13-19-20
13-14-20
a
30
35
20
48
32,593
30
34,442
32,776
32,776
31,532
31,532
30,757
30,757
30,5
b
15,004
33,545
30
32,593
25,495
33,562
35,414
35,414
37,607
37,607
40,078
40,078
42,781
42,781
c
33,545
36,047
36,047
25,503
33,562
34,442
34
30
34
30
34
30
34
30
p
39,2745
52,296
43,0235
53,048
45,825
49,002
51,928
49,095
52,1915
49,5695
52,805
50,4175
53,769
51,6405
D
33,545
40,309
36,047
51,358
35,865
37,898
39,992
38,057
40,413
38,879
41,434
40,421
43,147
42,781
ha
4,193
5,039
4,506
6,420
4,483
4,737
4,999
4,757
5,052
4,860
5,179
5,053
5,393
5,348
Nhận xét:
- Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột này là ha max = 6,42m.
- Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía MBA là hx110 = 11m nên chiều cao của
các cột thu sét là: h = hx + ha max = 11+6,420 = 17,420 (m).
- Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta
nâng cột lên 18m.
*Phía 220kV
- Xét các cột từ 16 đến 19, 24 đến 28 và 29 đến 33
Các cột nàychia phía 220kV thành 3 hình vuông và 4 hình chữ nhật hình chữ
nhật có kích thƣớc bằng nhau.
+ Xét hình vuông tạo bởi 4 cột 16,17,25,24 có độ dài cạnh a=34m
SVTH: Phó Viết Hiếu
16
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
Đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp hình vuông này là:
D a 2 34 2 48,083m
+Xét hình chữ nhật tạo bởi các cột 27,28,29,30 có kích thƣớc:
Chiều rộng (cạnh 27-30): a = 19,5m
Chiều dài (cạnh 27-28 ): b = 34m
Đƣờng kính đƣờng tròn ngoại tiếp đi qua chân các cột thu sét trên là:
D a 2 b2 19,52 342 39,195m
+ Độ cao tác dụng tối thiểu của các cột trên là:
D 48,083
ha
6,01 m
8
8
- Xét các nhóm cột từ 15 đến 32
Các cột này chia phía 220kV thành các khối hình tam giác:
Tính toán tƣơng tự nhƣ ở trên, ta đƣợc các thông số tính toán trong bảng 2.2.
Bảng 2.2: Chiều cao hiệu dụng của các cột phía 220kV phƣơng án 1
Tam giác
15-36-22
16-36-24
22-36-37
22-23-37
23-34-35
23-34-37
24-36-37
24-34-37
24-32-34
19-20-21
19-21-27
21-27-28
a
17
34
34
17
19,5
25,5
25,495
25,495
51
17
34
17
b
25,503
25,495
30,651
30,647
34
21,272
42,499
21,272
25,866
34
38,013
34
c
30,651
42,499
30,647
25,5
39,195
39,195
34
25,866
39,195
37,73
37,73
38,013
p
36,577
50,997
47,649
36,574
46,348
42,984
50,997
36,317
58,031
44,365
54,872
44,507
S
30,65
42,50
36,83
30,65
39,20
42,76
42,50
28,22
52,00
37,74
42,38
38,01
ha
3,831
5,312
4,604
3,831
4,899
5,345
5,312
3,527
6,500
4,717
5,298
4,752
Nhận xét:
Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột này là ha max = 6,5m.
Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 220kV là hx110 = 17m nên chiều cao của
các cột thu sét là: h = hx + hamax = 17+6,5 = 23,5(m)
Để nâng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng chiều cao cột lên 24m.
c. Tính phạm vi bảo vệ của một cột độc lập
Ta chỉ xét phạm vi bảo vệ của các cột biên dọc theo chu vi của trạm do phần
diện tích bên trong đã đƣợc bảo vệ. Chiều cao các cột thu sét đều nhỏ hơn 30m nên
trong công thức tính ta không cần nhân thêm hệ số hiệu chỉnh.
- Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 18 m:
2
2
Bán kính bảo vệ của cột cao 18m cho độ cao h x=11m: hx h = 18 12 m
3
3
SVTH: Phó Viết Hiếu
17
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
Đồ án tốt nghiệp
TKBV chống sét cho TBA 220/110kV Hải Hà
hx
) 1.5h 1.875hx =1,5.18-1,875.11=6,375 m
0.8h
- Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 24 m:
2
2
+ Bán kính bảo vệ của cột cao 24m cho độ cao h x=17m: hx h 24 16m
3
3
h
Nên: rx 0.75h(1 x ) 0.75 h hx = 0,75(h-hx)=0,75.(24-17)=5,25m
h
2
2
+ Bán kính bảo vệ cho độ cao h x=11m là: hx h 24 16 m
3
3
h
Nên: rx 1.5h(1 x ) 1.5h 1.875hx =1,5.24-1,875.11=15,375 m
0.8h
d. Tính phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên
- Xét cặp cột (1-2)
+ Hai cột này có độ cao bằng nhau h1 = h2 = 18m và đặt cách nhau một
khoảng là a = 30m.
+ Ta có: a = 30m < 7h1 = 7.18= 126m, nên chiều cao lớn nhất đƣợc bảo vệ
a
30
giữa 2 cột là: h0 h 18
13,714 m
7
7
2
2
+ Bán kính bảo vệ cho độ cao h=11m là: hx h0 13,714 9,143m
3
3
h
r0 x 0.75h0 (1 x ) 0.75 h0 hx =0,75.(13,714-11)=2,036 m
h0
Nên: rx 1.5h(1
- Xét cặp cột (14-20)
+ Hai cột này có độ cao khác nhau h 20 = 24m và h14=18 đặt cách nhau một
khoảng là a = 30,5m.
+ Bán kính bảo vệ của cột h20 cho phần có độ cao h14 là:
2
2
h14 h20 .24 16m nên x= 0,75.(h20-h14)=0,75.(24-18)= 4,5m
3
3
+ Khoảng cách từ cột h14 đến cột giả tƣởng có cùng độ cao là:
a’=a-x=30.5-4,5=26m
+ Độ cao lớn nhất đƣợc bảo vệ giƣ̃a cột h 1 và cột giả tƣởng có cùng độ cao là :
a'
26
h01420 h20 18
14,286 m
7
7
2
+ Bán kính bảo vệ cho độ cao 11m do hx 11m h01420 9,523 m
3
Nên: r0 x 0,75(h01420 hx ) 0,75(14,286 11) 2,465m
- Xét cặp cột (9-15)
+ Hai cột này có độ cao khác nhau h 15 = 24m và h9=18 đặt cách nhau một
khoảng là a = 47,961m.
+ Bán kính bảo vệ của cột h15 cho phần có độ cao h9 là:
SVTH: Phó Viết Hiếu
18
GVHD: Ts Đặng Thu Huyền
