Đồ án ngành hệ thống điện trần ngọc dự

Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước thì ngành năng lượng
là một ngành công nghiệp quan trọng, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao do
vậy luôn được ưu tiên phát triển hàng đầu. Năng lượng, theo cách nhìn tổng quát là
rất rộng lớn, là vô tận.
Tuy nhiên, nguồn năng lượng mà con người có thể khai thác phổ biến hiện nay
đang trở nên khan hiếm và trở thành một vấn đề lớn trên thế giới. Hệ thống điện là
một phần của hệ thống năng lượng. Việc xây dựng các nhà máy điện, mạng lưới
điện…hòa vào hệ thống điện sẽ nâng cao tính đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các
hộ tiêu thụ điện, vì chúng hỗ trợ cho nhau khi có sự cố nào đó xảy ra, nâng cao chất
lượng điện năng, công suất truyền tải, giảm tổn thất điện năng, ổn định cao trong hệ
thống điện và đáp ứng các yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật đề ra của ngành năng
lượng.
Sau khi kết thúc bốn năm học của ngành hệ thống điện, em được giao nhiệm vụ
Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho Trạm biến áp và Đường dây 220/110kV. Đồ
án của em gồm 2 phần:
Phần 1: Tính toán thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220kV/110kV
Chương 1: Hiện tượng dông sét và ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện Việt
Nam
Chương 2: Tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp
Chương 3: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp
Chương 4: Bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện
Phần 2: Chuyên đề tính toán sóng truyền từ đường dây tải điện vào trạm biến áp
Trong thời gian thực hiện đồ án, với sự lỗ lực của bản thân và được sự giúp đỡ
tận tình của các thầy cô giáo, đặc biệt là cô giáo TS. Đă ̣ng Thu Huyề n đến nay em
đã hoàn thành bản đồ án này. Em mong nhận được sự đánh giá nhận xét của các thầy
cô.

Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 12 năm 2016
Sinh viên

Trầ n Ngo ̣c Dự

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

1


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

NHẬN XÉT
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

2


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 1
BIỂU BẢNG .............................................................................................................. 6
BIỂU HÌ NH ............................................................................................................... 7
PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN
ÁP 220kV/110kV ....................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1
HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG
ĐIỆN VIỆT NAM ..................................................................................................... 9
1.1. Hiện tượng dông sét ............................................................................................. 9
1.1.1. Khái niệm chung ............................................................................................... 9
1.1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam ....................................................................... 10
1.2. Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam ...................................... 12
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM PHÂN
PHỐI 220/110kV ..................................................................................................... 14
2.1. Khái niệm chung ................................................................................................ 14
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến
áp ............................................................................................................................... 14
2.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét ............................................... 14
2.3.1. Phạm vi của cột thu sét.................................................................................... 15
2.3.1.1. Phạm vi bảo vệ của mô ̣t cột thu sét .............................................................. 15
2.3.1.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau ............................. 16
2.3.1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau ............................. 17
2.3.1.4. Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét ........................................................... 18
2.3.2. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét .................................................................. 19
2.3.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét ......................................................... 19

2.3.2.2. Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét ......................................................... 20
2.4. Mô tả trạm phân phối 220/110kV cần bảo vệ chống sét đánh trực tiếp ............ 20
2.4.1. Phương án 1..................................................................................................... 22
2.4.1.1 Bố trí các cô ̣t thu sét ...................................................................................... 22
2.4.1.2. Tính toán cho phương án 1 .......................................................................... 22
2.4.1.2.1. Tiń h đô ̣ cao hiê ̣u du ̣ng của các cô ̣t thu sét ................................................ 22
2.4.1.2.2. Tiń h toán pha ̣m vi bảo vê ̣ của cô ̣t thu sét phương án 1............................. 34
2.4.1.3. Pha ̣m vi bảo vê ̣ các cô ̣t thu sét phương án 1 ................................................ 38
2.4.2. Phương án 2..................................................................................................... 40
2.4.2.1. Bố trí các cô ̣t thu sét ..................................................................................... 40
2.4.2.2. Tính toán cho phương án 2 .......................................................................... 40
2.4.2.2.1. Tính đô ̣ cao hiê ̣u du ̣ng của các cô ̣t thu sét ................................................ 40
2.4.2.2.2 Tiń h toán pha ̣m vi bảo vê ̣ của cô ̣t thu sét phương án 2.............................. 53
2.4.2.3. Pha ̣m vi bảo vê ̣ các cô ̣t thu sét phương án 2 ................................................ 57
2.4.3. Phương án 3..................................................................................................... 59
2.4.3.1. Bố trí các cô ̣t thu sét và dây thu sét.............................................................. 59
2.4.3.2. Tính toán cho phương án 3 .......................................................................... 59
2.4.3.2.1 Tiń h đô ̣ cao của cô ̣t thu sét và đô ̣ cao treo dây thu sét............................... 59
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

3


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

2.4.3.2.2 Pha ̣m vi bảo vê ̣ của cô ̣t thu sét và dây thu sét ............................................ 62
2.4.3.3. Pha ̣m vi bảo vê ̣ các cô ̣t thu sét và dây thu sét phương án 3 ......................... 66
2.5. So sánh các phương án ....................................................................................... 68

CHƯƠNG III
TÍ NH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM PHÂN PHỐI 220/110kV ........................ 69
3.1. Yêu cầu kĩ thuật khi nối đất trạm biến áp .......................................................... 69
3.2. Tính toán nối đất an toàn .................................................................................... 70
3.2.1. Nối đất tự nhiên ............................................................................................... 70
3.2.2. Nối đất nhân tạo .............................................................................................. 71
3.3. Nối đất chống sét ................................................................................................ 75
3.4. Nố i đấ t bổ xung .................................................................................................. 79
CHƯƠNG IV
BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN .................................... 84
4.1. Mở đầu ............................................................................................................... 84
4.2. Lý thuyết tính toán ............................................................................................. 84
4.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây ........................................... 86
4.3.1. Thông số đường dây cần bảo vệ...................................................................... 86
4.3.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây .... 87
4.3.2.1. Độ võng của dây........................................................................................... 87
4.3.2.2. Độ treo cao trung bình của dây dẫn và dây chống sét ................................. 92
4.3.2.3. Góc bảo vệ của dây thu sét đố i với các pha ................................................. 92
4.3.2.4. Tổng trở sóng của dây dẫn và dây chống sét ............................................... 92
4.3.2.5. Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn các pha với dây chống sét............................. 93
4.3.2.6. Nhận xét ....................................................................................................... 95
4.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây................................................................ 95
4.3.3.1. Số lầ n sét đánh vòng qua dây chố ng sét vào dây dẫn .................................. 96
4.3.3.2. Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt............................................... 96
4.3.4. Suất cắt của đường dây 110 kV do sét đánh vòng qua dây dẫn vào dây pha ...... 96
4.3.5. Tính suất cắt của đường dây 110 kV do sét đánh vào khoảng vượt ............... 98
4.3.6. Tính suấ t cắ t của đường dây 110kV do sét đánh vào đỉnh cô ̣t và lân câ ̣n đin
̉ h
cô ̣t ............................................................................................................................ 104
4.3.7. Tính suất cắt tổng và chỉ tiêu chống sét của đường dây tải điện .................. 122

4.4. Kết luận ............................................................................................................ 122
PHẦN HAI
CHUYÊN ĐỀ TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
VÀO TRẠM BIẾN ÁP.......................................................................................... 123
A. Khái niê ̣m chung ................................................................................................ 123
B. Các phương pháp tính toán điê ̣n áp trên cách điê ̣n của thiế t bi ̣khi có sóng truyề n
vào tra ̣m ................................................................................................................... 124
1. Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm bằng
phương pháp lặp bảng ............................................................................................. 124
1.1. Nội dung phương pháp ..................................................................................... 124
1.1.1. Quy tắc Petersen ............................................................................................ 124
1.1.2. Quy tắc sóng đẳng trị .................................................................................... 125
1.1.3. Xác định điện áp trên điện dung ................................................................... 126
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

4


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

1.1.4. Xác định điện áp và dòng điện trên chống sét van........................................ 128
1.2 Sơ đồ tính toán .................................................................................................. 131
2. Trình tự tính toán................................................................................................. 132
2.1. Thiết lập phương pháp tính điện áp các nút trên sơ đồ rút gọn ....................... 134
2.2. Các đặc tính cách điện tại các nút cần bảo vệ .................................................. 139
2.3. Kiểm tra an toàn các thiết bị trong trạm........................................................... 140
3. Kế t luâ ̣n ............................................................................................................... 142
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 143

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 156

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

5


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

BIỂU BẢNG
Bảng 1.1: Số ngày dông sét trong tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam.........11
Bảng 2.1: Đô ̣ cao hiê ̣u du ̣ng của nhóm cô ̣t bảo vê ̣trong phương án 1........................32
Bảng 2.2: Kế t quả tính bán kính bảo vê ̣ giữa các cô ̣t thu sét liề n kề gầ n biên phương
án 1............................................................................................................................37
Bảng 2.3: Đô ̣ cao hiê ̣u du ̣ng của nhóm cô ̣t bảo vê ̣trong phương án 2........................51
Bảng 2.4: Kế t quả tiń h bán kin
́ h bảo vê ̣ giữa các cô ̣t thu sét liề n kề gầ n biên phương
án 2............................................................................................................................56
Bảng 2.5: Kế t quả tính bán kính bảo vê ̣ giữa các cô ̣t thu sét liề n kề gầ n biên phương
án 3............................................................................................................................65
Bảng 2.6: Bảng thống kê số lượng cột và chiều dài thiết bị cần dùng 3 phương án....68
Bảng 3.1 : Hê ̣số hiǹ h dáng........................................................................................72
Bảng 3.2: Tính chuỗi số với k trong khoảng từ 1 đế n 4..............................................78
Bảng 3.3: Tiń h toán xác đinh
̣ X k , cos(X k ) trong biể u thức B...................................82
Bảng 3.4: Tính toán xác đinh
̣ giá tri biể
̣ u thức B........................................................83

Bảng 4.1: Quan hệ phụ thuộc của Elv và η..................................................................97
Bảng 4.2: Các giá tri cu
̣ ̉ a U cđ (a , t ) .........................................................................100
Bảng 4.3: Đặc tính Vol – giây (V-S) của chuỗi sứ cách điện π-4,5..........................101
Bảng 4.4: Bảng các giá trị của I  a i .t i ....................................................................102
Bảng 4.5: Bảng tính toán xác suấ t phóng điê ̣n.........................................................103
Bảng 4.6: Các giá trị của M cs (t ) và M dd (t ) ứng với thời gian t................................113
Bảng 4.7: Giá trị của ic(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột với Rc =
11Ω..........................................................................................................................115
Bảng 4.8: Giá trị của

dic ( a, t )
khi sét đánh vào đỉnh cột ,lân cận đỉnh cột với Rc =
dt

11Ω..........................................................................................................................116
Bảng 4.9: Các giá trị của ucud (a, t ) khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột với
Rc = 11Ω..................................................................................................................117
Bảng 4.10: Các giá trị của ucs(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột với
Rc = 11Ω..................................................................................................................118
Bảng 4.11: Các giá trị của ucd(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột với
Rc = 11Ω..................................................................................................................119
Bảng 4.12: Bảng các giá trị của Ii  a i .t i .................................................................120
Bảng 4.13: Bảng tính toán các giá trị v pdi ..............................................................121
Bảng 5.1: Giá trị điện dung tương đương thay thế của 1 số thiết bị..........................131
Bảng 5.2: Điện áp chịu đựng của máy biến áp theo thời gian...................................139
Bảng 5.3: Đặc tính V-S của thanh góp.....................................................................140

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

6


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

BIỂU HÌ NH
Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của cột thu sét độc lập.......................................................16
Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột có độ cao bằng nhau........................................17
Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau.............................18
Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét................................................................18
Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét................................................................18
Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của mô ̣t dây chống sét.......................................................19
Hình 2.7: Phạm vi bảo vệ giữa hai dây chống sét......................................................20
Hình 2.8: Sơ đồ mă ̣t bằ ng toàn tra ̣m..........................................................................21
Hin
̀ h 2.9: Bố trí các cột thu sét của phương án 1........................................................23
Hin
̀ h 2.10: Pha ̣m vi bảo vê ̣phương án 1....................................................................39
Hình 2.11: Bố trí các cột thu sét của phương án 2......................................................41
Hin
̀ h 2.12: Pha ̣m vi bảo vê ̣phương án 2....................................................................58
Hin
̀ h 2.13: Bố trí các cô ̣t thu sét và dây thu sét của phương án 3................................60
Hin
̀ h 2.14: Pha ̣m vi bảo vê ̣phương án 3....................................................................67
Hình 3.1: Mạch vòng nối đất tra ̣m.............................................................................72
Hình 3.2: Hệ số hình dáng.........................................................................................73
Hình 3.3: Dạng sóng tính toán vào trạm....................................................................76

Hình 3.4: Sơ đồ thay thế 1 tia....................................................................................76
Hình 3.5: Sơ đồ nối đất bổ sung thanh - cọc...............................................................79
Hình 3.6: Sơ đồ thay thế ...........................................................................................81
Hình 3.7: Đồ thị xác định nghiệm của phương trình tgX k   0,075.X k ..................82
Hình 4.1: Kích thước cột...........................................................................................86
Hình 4.2: Phép chiếu gương qua mặt đất...................................................................93
Hình 4.3: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Elv và η.................................................97
Hình 4.4: Sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét...................................................98
Hin
̀ h 4.5: Đồ thị giá trị Ucd  a, t   f  a, t  khi sét đánh vào khoảng vượt................101
Hin
̀ h 4.6: Đồ thị I = f(a) xác định miền nguy hiểm khi có sét đánh vào khoảng
vượt........................................................................................................................ .102
Hình 4.7: Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét.............................................104
Hình 4.8: Sơ đồ tương đương của mạch dẫn dòng điện sét......................................105
Hình 4.9: Sơ đồ thay thế..........................................................................................106
Hình 4.10: Đồ thị ucd(a,t) = f(a,t) khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh
cột............................................................................................................................120
Hình 4.11: Đồ thị miền nguy hiểm khi có sét đánh vào đỉnh cột hoặc lận cận đỉnh
cột............................................................................................................................121
Hin
̀ h 5.1: Sơ đồ truyền sóng giữa hai nút.................................................................124
Hình 5.2: Sơ đồ thay thế Petersen............................................................................125
Hình 5.3: Sơ đồ nút có nhiều đường dây nối vào.....................................................125
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

7


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

Hình 5.4: Sơ đồ thay thế Petsersen xác định điện áp trên điện dung........................127
Hình 5.5: Đồ thị điện áp trên tụ điện theo phương pháp tiếp tuyến..........................128
Hình 5.6: Đặc tính V-A của chống sét van..............................................................129
Hình 5.7: Sơ đồ thay thế Petersen cho chống sét van...............................................129
Hình 5.8: Đồ thị xác định U(t), I(t) của chống sét van từ đặc tính V-A....................130
Hình 5.9: Sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp..........................................................132
Hình 5.10: Sơ đồ thay thế trạng thái đầy đủ.............................................................132
Hình 5.11: Sơ đồ thay thế ở trạng thái nguy hiểm....................................................133
Hình 5.12: Sơ đồ rút gọn.........................................................................................133
Hình 5.13: Quy tắc monen lực................................................................................134
Hình 5.14: Sơ đồ tính điện áp nút 1.........................................................................135
Hình 5.15: Sơ đồ tính điện áp nút 2.........................................................................136
Hình 5.16: Sơ đồ tính điện áp nút 3.........................................................................137
Hình 5.17: Sơ đồ tính điện áp nút 4.........................................................................138
Hình 5.18: Đồ thị điện áp chịu đựng của máy biến áp..............................................139
Hình 5.19: Đặc tính V-S và đặc tính V-A của chống sét van 110 kV.......................140
Hình 5.20: Đồ thị đặc tính V-S của thanh góp.........................................................140
Hình 5.21: Kiểm tra tác dụng lên cách điện máy phát..............................................141
Hình 5.22: Dòng điện qua chống sét van.................................................................141
Hình 5.23: Kiểm tra an toàn cách điện thanh góp 110 kV........................................142

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

8


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

PHẦN I: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM
BIẾN ÁP 220kV/110kV
CHƯƠNG 1
HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm: Nhà máy điện,
đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó trạm biến áp và đường dây
có số lượng khá lớn và quan trọng. Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu
nhiều tác động của thiên nhiên như mưa, gió, bão và đặc biệt là của sét đánh. Khi có
sét đánh vào trạm biến áp hoặc đường dây, nó có thể gây hư hỏng cho các thiết bị
điện trong trạm dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục gây thiệt hại lớn đến nền
kinh tế quốc dân.
Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm 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.

1.1. Hiện tượng dông sét
1.1.1. Khái niệm chung
Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng
cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5 km). Hiện tượng phóng điện của
giông sét gồm hai loại chính đó là:
 Phóng điện giữa các đám mây tích điện với nhau.
 Phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất.
Trong phạm vi đồ án này chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện
với mặt đất. Hiện tượng này gây nhiều trở ngại cho con người. Các đám mây được
tích điện với mật độ điện tích lớn có thể tạo ra cường độ điện trường lớn sẽ hình thành
dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc
độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107

(cm/s), các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.108 (cm/s) (trong một đợt
sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây
thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống
đất).
Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được nối với một
trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này
đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài
tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung
điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện
của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu
tia tiên đạo. Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn
khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao.
Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên
đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất, vì ở đó cường độ điện trường có trị số
lớn nhất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn. Tính chất chọn
lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc đảm bảo chống sét đánh thẳng cho
các công trình. Cột thu sét có độ cao lớn và trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

9


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

phóng điện về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó.
Nếu ở mặt đất, điện tích khác dấu được tập trung dễ dàng và có điều kiện thuận
lợi để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ như đỉnh cột điện đường dây cao áp) thì
có thể đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều tia tiên

đạo từ phía lớp mây điện.
Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất thì trường trong khoảng không gian
giữa các điện cực sẽ có trị số lớn và có quá trình ion hóa mãnh liệt dẫn tới sự hình
thành dòng plasma với mật độ ion lớn hơn nhiều so với của tia tiên đạo. Do có điện
dẫn bản thân rất cao, nên đầu dòng sẽ có điện thế mặt đất và như vậy toàn bộ hiệu số
điện thế giữa tia tiên đạo với mặt đất được tập trung vào khu vực giữa nó với đầu tia
tiên đạo. Trường trong khu vực này tăng cao và gây ion hóa mãnh liệt dòng plasma
được kéo dài và di chuyển ngược về phía trên. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn
phóng điện ngược. Tốc độ phát triển của phóng điện ngược thay đổi trong giới hạn
1,5.1091,5.1010 (cm/s) tức là (0,050,5) tốc độ ánh sáng. Nhưng tốc độ phát triển
của phóng điện ngược và mật độ điện trường của điện tích trong tia tiên đạo bằng ,
thì trong một đơn vị thời gian điện tích đi vào trong đất sẽ là . và đó cũng là công
thức tính dòng điện sét:
is  .
(1.1)
Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số
điện trở nhỏ không đáng kể).
Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ
và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm
kA) dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng
với giai đoạn phóng điện ngược.
Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển
và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên.

1.1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam
Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặc
điểm dông sét khác nhau:
Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70110 ngày trong một năm và số lần
dông từ 150300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 23 cơn dông.

Vùng dông nhiều nhất trên 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 nhất là
các tháng 7, tháng 8.
Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi
và vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông 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.
Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới 80
ngày dông.
Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa giông không
hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chung trong
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

10


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía Bắc
(đến Quảng Ngãi) là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng 4, từ tháng 5 đến
tháng 8 số ngày giông khoảng 10 ngày/tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan
sát được 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 còn ít, mỗi tháng chỉ gặp
từ 25 ngày dông.
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít dông nhất,
thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10 ngày/tháng như Tuy Hoà 10
ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng.
Ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120140

ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm.
Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông 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 đều quan
sát được trung bình có từ 1520 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung
bình gặp trên 20 ngày dông/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên
23 ngày.
Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn, tháng
nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây
Nguyên, 1012 ở Nam Tây Nguyên, Kon Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17
ngày.
Bảng 1.1: Số ngày dông sét trong tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam

Tháng
Địa điểm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 Cả năm

Phía Bắc
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

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

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

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

9

11


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

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

Vinh

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 13 17 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 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0

85

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

Playcu

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

Blao

1,8 3,4 11 13 10 5,2 3,4 2,8 7,2 7,0 4,0 0,0 70,2

Sài Gòn
Sóc Trăng
Hà Tiên

1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15

11

2,4

138

0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7

104

2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15

128

15

4,3

Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét,
đây là điều bất lợi cho hệ thống điện Việt nam đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều
vào các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng
khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả,
đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy.

1.2. Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam
Như đã trình bày ở phần trước 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 vật nào đó. 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 những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

12


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không
gian lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu
loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách
xa hàng trăm km.
Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra
sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện
của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha
– đất hoặc ngắn mạch pha – pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm
việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy 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 lưới. Sóng sét còn có thể truyền từ đường 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 tương đương 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.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố lưới
điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe dọa hoạt động của lưới điện.
*Kết luận:
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông sét tới
hoạt động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới điện và trạm
biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện.

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

13


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM
PHÂN PHỐI 220/110kV
2.1. Khái niệm chung
Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối
điện năng. Đối với trạm biến áp 220/110kV thì các thiết bị điện của trạm được đặt
ngoài trời, nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề,
không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việc

ngừng cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài, làm ảnh hưởng đến việc sản
suất điện năng và các nghành kinh tế quốc dân khác. Vì vây, việc tính toán bảo vệ
chố ng sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ
thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định
hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ
thống này. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét
vào hệ 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 một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện
sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược
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 về yêu cầu về kỹ
thuật, mỹ thuật.

2.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
trạm biến áp
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn
của hệ thống bảo vệ. Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220 kV ta dùng hệ thống cột thu
lôi, 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 được độ cao của phạm
vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của trạm phải
đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược 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 ngược 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 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 lôi trên các kết cấu của trạm và trên các kết cấu đó có đặt cột thu lôi phải được
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 110 kV trở lên là cuộn dây
máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

14


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của
vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường 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 110 kV trở lên cần phải chú ý:
 Ở nơi các kết cấu đó có đặt cột thu lôi 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
được quá 4 (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 được 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 như các yêu cầu trên được 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 được bảo vệ.

Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện
phải được cho vào ống chì và chôn trong đất. Có thể nối dây chống sét vào hệ thống
nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của điểm nối đất ấy đến điểm
nối đất của máy biến áp lớn hơn15m.

2.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây chống sét
2.3.1. Phạm vi của cột thu sét
Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu hút phóng
điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện
sét xuống đất.
Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định
sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào đó trên công trình. Cột thu
sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có
khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ.

2.3.1.1. Phạm vi bảo vệ của mô ̣t cột thu sét
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt ngoài
của hình chóp tròn xoay có đường kính được xác định bởi phương trình:
1,6
rx 
.(h  h x )
(2.1)
hx
1
h
Trong đó:
h : độ cao cột thu sét
h x : độ cao cần bảo vệ
h  h x : độ cao hiệu dụng cột thu sét
rx : bán kính của phạm vi bảo vệ

Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hóa đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình vẽ
sau:
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

15


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp
a

0,2h
b
h

0,8h

c

1,5h

0,75h

R

Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của cột thu sét độc lập

Bán kính được tính như sau:

h 
2

+ Nếu h x  .h thì rx  1,5. 1  x 
3
 0,8.h 
2
 h 
+ Nếu h x  .h thì rx  0,75.1  x 
3
h 

Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30 (m). Hiệu quả của cột thu
sét cao trên 30 (m) giảm đi do độ cao định hướng của sét giữ hằng số.
Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm
5,5
hệ số hiệu chỉnh p 
và trên các hoành độ lấy các giá trị là 0,75hp và 1,5hp.
h

2.3.1.2. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau
Hai cột thu sét có độ cao h1  h 2 đặt cách nhau một khoảng a.
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn tổng phạm vi bảo vệ
của các cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng
cách a giữa hai cột phải thỏa mãn a  7h (trong đó h là độ cao của cột thu sét).
Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống như của một
cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm đỉnh cột
và điểm có độ cao h0 là độ cao bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột và được xác định

theo công thức sau:
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

16


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

a
(2.2)
7
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là
rox và được xác định theo như sau:
h0  h 


hx 
2
+ Nếu h x  .h 0 thì rox  1,5.h 0 . 1 

3
 0,8.h 0 

 h 
2
+ Nếu h x  .h 0 thì rox  0,75.h 0 . 1  x 
3
 h0 

Các công thức trên chỉ đúng trong trường hợp cột thu lôi cao dưới 30 (m).
Khi cột thu lôi cao quá 30 (m) thì các công thức trên phải nhân với hệ số hiệu
chỉnh p.
5,5
Với p 
và trên các hình vẽ dùng các hoành độ 0,75.h.p và 1,5.h.p.
h

(1)

h

0,8h (2/3)h

(2)

h

h0

hx

O1
1,5h

O2

0,75h
r0
rx1

rx2

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


hx 
2
+ Nếu h x  .h 0 thì rox  1,5.h 0 . 1 

3
 0,8.h 0 

 h 
2
+ Nếu h x  .h 0 thì rox  0,75.h 0 . 1  x 
3
 h0 

2.3.1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau
Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h1 và h2 khác nhau thì việc xác định phạm
vi bảo vệ được xác định như sau:
+ Vẽ phạm vi bảo vệ của cột thấp (cột 1) và cột cao (cột 2) riêng rẽ.
+ Qua đỉnh cột thấp vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ
cột cao ở điểm 3’ điểm này được xem là đỉnh của cột thu sét giả định.
+ Cột 1 và cột 3’ hình thành đôi cột có độ cao bằng nhau và bằng h1 với khoảng
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

17

Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

cách a’.
+ Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3’ có độ cao h1 . Điểm này được xen
như đỉnh cột thu sét giả định.
Ta xác định được khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h1 là a’ và x như sau:
2

3'

1
3

h2

h1

h0

hx
O1

O'3 O 2

O3

x

O1

O'3

O3

O2

r0x
r01

r03'
r02

Hình 2.3: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau


h1 
2
+ Nếu h1  .h 2 thì x  1,5.h 2 . 1 

3
 0,8.h 2 
 h 
2
+ Nếu h1  .h 2 thì x  0,75.h 2 . 1  1 
3
 h2 
(ta coi x là bán kính bảo vệ của cột cao h 2 cho cột thấp h 1 )

Khi đó khoảng cách giữa cột thấp h1 và cột giả tưởng là:
a'  a – x
Phần còn lại tính toán giống phạm vi bảo vệ cột 1.

2.3.1.4. Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
Khi công trình cần được bảo vệ chiếm một khu vực rộng lớn nếu chỉ dùng một
vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công và lắp ráp.
Trong trường hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ. Phần ngoài
của phạm vi bảo vệ sẽ được xác định cho từng đôi cột một (với yêu cầu khoảng cách
là a  7h). Còn phần bên trong đa giác sẽ được kiểm tra theo điều kiện an toàn.
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

18


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp
rx1

rx1

2

1
(a)
r0x12

r0x13

r0x12

(b)

hx

rx2

rx3

3

4

r0x23

Hình 2.4: Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét Hình 2.5: Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét

Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D  8. h  h x   8.h a
(2.3)
Trong đó:
D là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu lôi
h a  h  h x : độ cao hiệu dụng của cột thu sét
Nếu độ cao cột vượt quá 30 (m) thì điều kiện an toàn sẽ được hiệu chỉnh là:
5,5
D  8. h  h x  .p  8.h a .p với p 
(2.4)
h

2.3.2. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
2.3.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét là một dải rộng. Chiều rộng của phạm vi
bảo vệ phụ thuộc vào mức cao h x được thể hiện như hình vẽ dưới đây:
Dây chố ng sét

0,2h

h
hx
0,6h
1,2h

hx

Hình 2.6: Phạm vi bảo vệ của mô ̣t dây chống sét

Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây chống sét ta có các hoành độ
0,6h và 1,2h.
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

19


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

h
2

+ Khi h x  .h thì b x  0,6.h.(1  x )
3
h
h
2
+ Khi h x  .h thì b x  1, 2.h.(1  x )
3
0,8.h

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

2.3.2.2. 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  4h.
Với khoảng cách S trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao:
S
h0  h 
(2.5)
4

ho

bx

Hình 2.7: Phạm vi bảo vệ giữa hai dây chống sét

2.4. Mô tả trạm phân phối 220/110kV cần bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
Tra ̣m biế n áp 220/110 kV gồ m 3 máy biế n áp AT1, AT2 và AT3.
Kích thước các ca ̣nh của mă ̣t bằ ng tra ̣m:

l1 = 145 (m), l2 = 79 (m), l3 = 125 (m), l4 = 69 (m), l5 = 13 (m)
Các xà phiá 220 kV cao 17 (m), các xà phía 110 kV cao 11 (m).
Theo sơ đồ kế t cấ u của tra ̣m, ta cầ n bố trí các cô ̣t thu sét sao cho bảo vê ̣ đươ ̣c
phầ n diê ̣n tích mă ̣t bằ ng có đô ̣ cao:
 Đố i với phía 220 kV: h x  17 (m)
 Đố i với phiá 110 kV: h x  11 (m)
Thực hiê ̣n tiń h toán cho 2 phiá , ta xét 3 phương án bảo vê ̣ chố ng sét đánh trực
tiế p vào tra ̣m biế n áp.
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

20


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp
125

15

15

15

15

15

15

15

10

5

11m

11m
AT3

17m

13

13

17m

7

17m

5

11m
11m

13

11m

13

13

17m

17m

11m

AT2
AT1

11m

17m
17m

13

79

69

Nha`Ðiê`u Ha`nh

5

15

15

15

15

15
145

15

15

7

7

Giê´ng Dâ`u

15

15

5

Hình 2.8: Sơ đồ mă ̣t bằ ng toàn tra ̣m

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

21


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

2.4.1. Phương án 1
2.4.1.1 Bố trí các cô ̣t thu sét
Trong phương án này, ta sử dụng 30 cột thu sét được bố trí trên mặt bằng trạm
biến áp như hình vẽ 2-9.
 Phía 220kV ta bố trí 14 cột (từ cô ̣t số 1 đế n cô ̣t số 14) được đặt trên xà
cao 17 (m).
 Phía 110kV ta bố trí 16 cột (từ cô ̣t số 15 đế n cô ̣t số 30) trong đó 15 cô ̣t được
đặt trên xà cao 11 (m) và 1 cô ̣t xây dựng đô ̣c lâ ̣p.

2.4.1.2. Tính toán cho phương án 1
2.4.1.2.1. Tính đô ̣ cao hiêụ du ̣ng của các cô ̣t thu sét
Để tính được độ cao hiê ̣u du ̣ng ha của các cột thu sét, trước hết cần xác định đường
kính D của đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua 3 (hoặc 4) đỉnh cột.
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác) đó được bảo vệ thì
D
D  8.h a hay h a  .
8
*Phía 220kV:
- Xét nhóm cô ̣t (2,3,9)
 Nhóm này tạo thành hình tam giác vuông có các ca ̣nh:
a  a 2,9  30 (m)

b  b2,3  13 (m)
c  c3,9  a 2  b 2  302  132  32,696 (m)

 Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác:
D  c  32,696 (m)
 Độ cao hiê ̣u du ̣ng để nhóm cột (2,3,9) bảo vệ đươ ̣c toàn bộ diện tích giới hạn
bởi chúng thỏa mãn được điều kiện:
D 32,696
ha  
 4,087 (m)
8
8
- Xét nhóm cô ̣t (9,10,11)
 Nhóm này tạo thành hình tam giác vuông có các ca ̣nh:
a  a 9,11  30 (m)

b  b9,10  13 (m)
c  c10,11  a 2  b 2  302  132  32,696 (m)

 Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác:
D  c  32,696 (m)
 Độ cao hiê ̣u du ̣ng để nhóm cột (9,10,11) bảo vệ đươ ̣c toàn bộ diện tích giới
hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện:

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

22


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp
125

15

15

15

15

15

15

10

15

5

26

21

20

15
AT2

25

19

16

13

4

28
AT1

13

2

9

29

13

3

12

13

79

69

22

13

8

5

27

13

AT3

6

7

14

7

5

13

30

7

24

Giê´ng Dâ`u

18

17

11

7

1

10

23

Nha`Ðiê`u Ha`nh

10
5

15

15

15

15

15
145

15

15

15

15

5

Hin
̀ h 2.9: Bố trí các cột thu sét của phương án 1

SVTH: Trầ n Ngọc Dự

23


Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp
ha 

D 32,696

 4,087 (m)
8
8

- Xét nhóm cô ̣t (4,5,8)
 Nhóm này tạo thành hình tam giác vuông có các ca ̣nh:
a  a5,8  30 (m)

b  b4,5  13 (m)
c  c 4,8  a 2  b 2  302  132  32,696 (m)

 Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác:
D  c  32,696 (m)
 Độ cao hiê ̣u du ̣ng để nhóm cột (4,5,8) bảo vệ đươ ̣c toàn bộ diện tích giới hạn
bởi chúng thỏa mãn được điều kiện:
D 32,696
ha  
 4,087 (m)
8
8
- Xét nhóm cô ̣t (7,8,14)
 Nhóm này tạo thành hình tam giác vuông có các ca ̣nh:
a  a 7,14  30 (m)

b  b7,8  13 (m)
c  c8,14  a 2  b 2  302  132  32,696 (m)

 Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác:
D  c  32,696 (m)
 Độ cao hiê ̣u du ̣ng để nhóm cột (7,8,14) bảo vệ đươ ̣c toàn bộ diện tích giới
hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện:
D 32,696
ha  
 4,087 (m)
8
8
- Xét nhóm cột (1,2,9,10)
 Nhóm này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh:
a  a1,2  a 9,10  13 (m)

b  b2,9  b1,10  30 (m)
 Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đường chéo:
D  a 2  b2  132  302  32,696 (m)

 Độ cao hiê ̣u du ̣ng để nhóm cột (1,2,9,10) bảo vệ đươ ̣c toàn bộ diện tích giới
hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện:
D 32,696
ha  
 4,087 (m)
8
8
- Xét nhóm cột (5,6,7,8)
 Nhóm này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh:
a  a 5,6  a 7,8  13 (m)
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

24

Trường Đa ̣i học Điê ̣n Lực

Đồ án tố t nghiê ̣p Kỹ thuật điê ̣n cao áp

b  b6,7  b5,8  30 (m)
 Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đường chéo:
D  a 2  b2  132  302  32,696 (m)

 Độ cao hiê ̣u du ̣ng để nhóm cột (5,6,7,8) bảo vệ đươ ̣c toàn bộ diện tích giới
hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện:
D 32,696
ha  
 4,087 (m)
8
8
- Xét nhóm cột (3,4,12,13)
 Nhóm này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh:
a  a 3,4  a12,13  13 (m)

b  b3,12  b4,13  60 (m)
 Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đường chéo:
D  a 2  b2  132  602  61,392 (m)

 Độ cao hiê ̣u du ̣ng để nhóm cột (3,4,12,13) bảo vệ đươ ̣c toàn bộ diện tích giới
hạn bởi chúng thỏa mãn được điều kiện:
D 61,392
ha  
 7,674 (m)

8
8
- Xét nhóm cô ̣t (3,9,12)
 Nhóm này tạo thành hình tam giác có các ca ̣nh:
a  a 3,9  132  30 2  32,696 (m)
b  b9,12  132  30 2  32,696 (m)

c  c3,12  60 (m)
 Chu vi tam giác là:
a  b  c 32,696  32,696  60
p

 62,696 (m)
2
2
 Đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác:
a.b.c
D  2.R  2.
(m)
4. p.(p  a).(p  b).(p  c)
D  2.

32,696.32,696.60
4. 62,696.(62,696  32,696).(62,696  32,696).(62,696  60)

 82, 226 (m)

 Độ cao hiê ̣u du ̣ng để nhóm cột (3,9,12) bảo vệ được toàn bộ diện tích giới
hạn bởi chúng phải thỏa mãn điều kiện:
D 82, 226

ha  
 10, 278 (m)
8
8
SVTH: Trầ n Ngọc Dự

25