Chương 10 CHỐNG sét và nối đất

Chương 10
CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT
1. Sự hình thành sét và tác hại của sét
2. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
3. Bảo vệ chống sét đường dây tải điện
4. Bảo vệ chống sét từ đường dây truyền vào trạm
5. Một số ví dụ bảo vệ chống sét cho các công trình
6. Nối đất
7. Tính toán trang bị nối đất
8. Một số đầu thu sét thế hệ mới


1. SỰ HÌNH THÀNH SÉT VÀ TÁC HẠI CỦA SÉT

- Sự hình thành sét

1

1

1

1
2

2

3

3

is

is

is

t

a

is

t

b

t

c

Qu¸ trình hình thµnh cña sÐt
a) Hình thµnh m©y gi«ng víi những vïng mang ®iÖn tÝch tr¸i dÊu
b) Dßng tiªn ®¹o ph¸t triÓn (0,005÷0,01)s
c) Phãng ®iÖn chñ yÕu (50÷100)µs
d) LoÐ s¸ng cuèi sÐt (0,03÷0,05)s

t

d

- Tỏc hi ca sột
* Hiệu ứng nhiệt và cơ
Sét có hiệu ứng nhiệt và cơ, dòng sét có nhiệt độ rất lớn khoảng 10000

0
C, nó thiêu cháy tất cả các

vật thể mà dòng sét đi qua. Khi sét đánh vào các vật liệu không cháy làm chúng bốc hơi cực
kỳ mãnh liệt gây nổi và phá vỡ vật thể.

* Hiệu ứng điện từ
Quá điện áp cảm ứng sinh ra trên dây dẫn của các đờng dây tải điện trên không khi sét đánh
trực tiếp vào đờng dây cũng nh khi đánh gần đờng dây. Do sự biến thiên rất nhanh của trờng
điện từ của dòng điện sét trong giai đoạn phóng điện chủ yếu gây ra điện áp cảm ứng. Quá
điện áp cảm ứng gồm có hai thành phần:
- Quá áp cảm ứng điện hay tĩnh điện, sinh ra do sự biến thiên rất nhanh của điện trờng.
- Quá áp cảm ứng từ, sinh ra do sự biến thiên nhanh chóng của từ trờng.


2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
a)

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét đứng riêng rẽ

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét đứng riêng rẽ là một hình
nón cong tròn xoay đỉnh trùng với đỉnh kim, đáy là một hình tròn
có bán kính bằng 1,50 lần chiều cao của cột ( r0=1,50h).

Mặt cắt của phạm vi bảo vệ qua cột thu sét là một tam

giác đỉnh chùng với đỉnh kim, đáy nằm trên mặt đất, hai
cạnh bên là đường cong lõm nhưng được tuyến hóa thành
đường gãy khúc tạo bởi hai đọan thẳng vẽ qua các điểm
đặc biệt có tọa độ như sau: (0,75h; h) và (1,5h; 0,8h) như

Phạm vi bảo vệ của một cột thu
sét


2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP


2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp dùng cột thu sét (cột thu lôi) cho các công trình
hoặc dây chống sét

0,2 h

h
2/3 h
hx

0,75 h

0,75 h

0,75 h

Rx

Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét cét thu sÐt.

0,75 h


2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

b) Phạm vi bảo vệ của cột thu sét kép, tạo bởi hai cột thu sét cao bằng nhau

Phạm vi bảo vệ ở hai bên xác định như trường hợp 2 cột thu sét đứng riêng rẽ; Phạm vi ở giữa hai cột có giới hạn trên là một cung
tròn đi qua hai đỉnh kim và tâm cung nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng nối liền giữa hai đỉnh kim và có độ cao H bằng 4 lần
chiều cao của cột thu sét (H = 4h).

Bán kính của cung tròn xác định bằng công thức:

R = H - h0 = 4h - h0
h0 là chiều cao tại điểm thấp nhất của cung và được xác định bằng công thức:

h 0 = 4 h − 9 h 2 + 0,25 a 2
Khi đã biết a và h0 thì chiều cao của cột thu sét được xác định bằng công thức:

h = 0,571h 0 + 0,183h 2 0 + 0,0357a 2


Ph¹m vi b¶o vÖ cña hai cét chèng sÐt cao b»ng
nhau

∆h

R

0,2 h

h0
h
2/3 h
hx

0,75 h

0,75 h

0,75 h

a

Rx
2bx
Rx

0,75 h


Ph¹m vi b¶o vÖ cña hai cét chèng sÐt cã ®é cao kh¸c nhau

1
0,2 h1

∆h23

3

2

R23

0,2 h2

h1

h0
23

h2

hx
0,75
h1

0,75

0,75
h1

h1

0,75
h1

0,75 h2

a23
a12

Rx 2
2bx23

Rx1

0,75 h2


2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét kết hợp:

Hình bên chỉ rõ phạm vi bảo vệ của ba và bốn cột thu sét kết hợp.

Phạm vi bảo vệ ở phía ngoài tam giác hoặc đa giác (do vị trí các cột tạo thành) xác định như trường hợp hai cột thu sét phối hợp
từng đôi một.

Phạm vi ở phía trong tam giác hoặc đa giác hoàn toàn được bảo vệ với điều kiện:

D ≤ (h - hx )P

với h > 30m.

D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc đường chéo dài nhất của đa giác.
h độ cao cột thu sét.
hx độ cao cần được bảo vệ.
P là hệ số như đã kể trên

Ph¹m vi b¶o vÖ cña 3 cét chèng sÐt

rx
2

2

bx12
a12
bx23

1

D

a23

rx

a31

1
bx31
3

rx
3

Ph¹m vi b¶o vÖ cña 4 cét chèng sÐt

r
2 x2

bx
12
a1

1

bx

2
r

23
a2

D

x1

3
r

a4

bx

3
x3

1
41
a3
4

bx
34

4

rx
4


3.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

Gãc b¶o vÖ vµ ph¹m vi b¶o vÖ cña mét d©y chèng sÐt.
0,2 h

h

2/3 h
hx

0,6 h

0,6 h

0,6 h

2bx

0,6 h


3.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

Để bảo vệ chống sét cho đường dây trên không tốt nhất là treo dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây. Song biện pháp này rất tốn
kém, vì vậy nó chỉ được dùng cho các tuyến đường dây (110÷220) kV. Đường dây tải điện trên không điện áp từ 35kV trở xuống cột sắt
hay cột bê tông cốt sắt ít được bảo vệ bằng dây chống sét toàn tuyến.

Để tăng cường khả năng chống sét cho những đường dây này có thể đặt chống sét ống hoặc tăng thêm bát sứ ở những nơi cách điện
yếu, những cột vượt cao, chỗ giao chéo với đường dây khác, những đoạn tới trạm.

Những mạng điện đòi hỏi tính liên tục cung cấp điện rất cao thì tốt nhất là dùng đường dây cáp.

Dây chống sét: Tuỳ theo cách bố trí dây dẫn trên cột, có thể treo một hoặc hai dây chống sét. Các dây chống sét được treo trên đường
dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các dây chống sét. Biểu diễn phạm vi bảo vệ của một và
hai dây chống sét


3.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét là một không gian hình mái nhà che kín toàn bộ các kết cấu của đường dây trên không ở bên
trong. Mặt cắt ngang của nó có dạng hình tam giác nhưng hai cạnh bên là đường cong lõm, trong tính toán cho phép tuyến tính hóa
thành đường gãy khúc tạo bởi 2 đọan thẳng vẽ qua các điểm đặc biệt có tọa độ như sau: (0,6h-h) và (1,2h-0,8h) như hình vẽ.

Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét được tính toán qua hai thông số là hx và bx
Ở độ cao:

hx >

Ở độ cao:

2
h ⇒
3

 h 
b x = 0,6h 1 − x  P
h 


2
h 

h x < h ⇒ b x = 1,2h 1 − x  P
3
 0,8h 
- h là chiều cao của dây chống sét.
- hx là chiều cao của đối tượng được bảo vệ.
- P là hệ số.


3.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

P=
Nếu h ≤ 30m thì: P = 1.

30 5,5
≈
h
h

Nếu h > 30m thì:

Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét song song cũng xác định như trường hợp một dây chống sét. Riêng phạm vi bảo vệ phía trong
giữa hai dây được giới hạn bởi một cung tròn đi qua các dây chống sét và điểm giữa có độ cao:

∆h =

a
4

Bằng cách khác người ta biểu thị phạm vi bảo vệ của dây chống sét qua góc bảo vệ α. Đối với các cột điện thông thường, dây dẫn sẽ
0
được bảo vệ chắc chắn nếu góc bảo vệ α không quá 30 . Giảm góc bảo vệ α sẽ làm giảm xác suất sét đánh vào dây dẫn nhưng lại làm
tăng giá thành vì phải tăng chiều cao của cột.

Đối với đường dây thường lấy tỉ số

với điều kiện 20

0

0

≤ α ≤ 30 .

a
<4
∆h


Gãc b¶o vÖ vµ ph¹m vi b¶o vÖ cña hai d©y chèng sÐt.
∆h = a/4

o

o

R

∆h = a/4

0,2 h

h
∝

∝

h0
h

2/3 h
a

hx

0,6 h

0,6 h

0,6 h
a

bx

a

bx

0,6 h


4.BẢO VỆ CHỐNG SÉT TỪ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN VÀO TRẠM
a. Khe hë phãng ®iÖn.
1
2

3

4

S¬ ®å m¾c khe hë hình sõng
1- D©y pha; 2 - Khe hë b¶o vÖ; 3- Khe hë phô; 4- D©y tiÕp ®Þa

2. Chèng sÐt èng. (CSO hay PT).

’’
2

S2

2
2

’

1

3
4
S1

CÊu t¹o cña chèng sÐt èng vµ c¸ch m¾c chèng sÐt èng
1- èng sinh khÝ; 2 - điÖn cùc thanh.
3- điÖn cùc hình xuyÕn; 4- D©y tiÕp ®Þa.


2. Chèng sÐt van

2

a)

1

b)

CÊu t¹o cña chèng sÐt van.

c)


•

S¬ ®å b¶o vÖ qu¸ ®iÖn ¸p thiªn nhiªn cho

tr¹m m¸y biÕn ¸p (35÷110) kV

TBA

l = (1÷2) km
MC

PT 1 (CSO 1)
PB (CSV)

PT 2 (CSO 2)


S¬ ®å b¶o vÖ quá ®iÖn thÕ thiªn nhiªn cho
tr¹m m¸y biÕn ¸p c«ng suÊt nhá, ®iÖn ¸p (6÷10)kV

U(t)

200 m

MBA

PT (CSO)
PB (CSV)

a)

Tr¹m tăng ¸p

b)

Tr¹m gi¶m ¸p

c)


5. MỘT SỐ VÍ DỤ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC CÔNG TRÌNH


6. NỐI ĐẤT
Tác dụng nối đất là để tản vào đất dòng điện sự cố (rò cách điện, ngắn mạch, chạm đất hoặc dòng điện sét) và giữ cho điện thế trên
các phần từ được nối đất thấp. Theo chức năng của nó, nối đất trong hệ thống điện chia làm ba loại.
Nối đất làm việc có nhiệm vụ bảo đảm sự làm việc của trang thiết bị điện trong các điều kiện bình thường và sự cố theo các
chế độ qui định. Đó là nối đất trung tính các cuộn dây máy phát, máy biến áp công suất và máy bù, nối đất máy biến áp đo lường, nối
đất trong hệ thống pha đất (đất được dùng như một dây dẫn).
Nối đất an toàn hay nối đất bảo vệ có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho người phục vụ khi cách điện của trang thiết bị điện bị hư hỏng
gây rò điện. Đó là nối đất vỏ máy phát, máy biến áp, vỏ thiết bị điện, vỏ cáp, nối đất các kết cấu các bộ phận kim loại, bình thường có

điện thế bằng không, nhưng khi cách điện bị hư hỏng do phóng điện xuyên thủng hay phóng điện mặt có điện thế khác không.
Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét vào đất, giữ cho điện thế của các phần tử được nối đất không quá cao để hạn chế phóng
điện ngược từ các phần tử đó đến các bộ phận mang điện và trang thiết bị điện khác. Đó là nối đất cột thu sét, dây chống sét, các
thiết bị chống sét, nối đất các kết cấu kim loại có thể bị sét đánh.


6. NỐI ĐẤT

Trong rất nhiều trường hợp, cùng một hệ thống nối đất đồng thời thực hiện hai hoặc ba nhiệm vụ nói trên.

Các loại nối đất thông thường được thực hiện bằng một hệ thống những cọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất hoặc những thanh ngang
bằng cùng loại vật liệu chôn trong đất, hoặc cọc và thanh nối liền nhau và nối liền với vật cần nối đất. Cọc thường làm bằng thép ống
hoặc thanh thanh tròn không rỉ (hoặc mạ kẽm), đường kính từ 3 đến 6 cm, dài từ 2 đến 3m hoặc bằng thép góc 40*40mm.mm,
50*50mm.mm đóng thẳng đứng vào đất, còn thanh ngang bằng thép thanh dẹt tiết diện (3÷5)*(20÷40)mm2 hoặc thép thanh tròn
đường kính 10 đến 20mm. Cọc và thanh được gọi chung là cực nói đất, thường được chôn sâu cách mặt đất 50 đến 80 cm để giảm
bớt ảnh hưởng thời tiết không thuận lợi (quá khô về mùa nắng, bị băng giá về mùa đông) và tránh khả năng bị hư hỏng về cơ giới
(do đào hơi cày cuốc).