Đồ án Hệ thống điện Phan quang duc

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN
HỆ THỐNG ĐIỆN
1.1 Hiện tượng dông sét
a, Kiến thức phổ thông về dông sét
Dông là hiện tượng thời tiết kèm theo sấm, chớp xảy ra. Cơn dông được hình thành khi
có khối không khí nóng ẩm chuyển động thăng. Cơn dông có thể kéo dài từ 30 phút đến 12
tiếng và có thể trải rộng từ vài chục đến hàng trăm km.
Sét là một hiện tượng phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn
(trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét giống như quá trình xảy ra trong
trường không đồng nhất.
b, Quá trình hình thành sét
Các quá trình khí quyển sẽ tạo nên các đám mây mang điện tích:
Các điện tích âm (-) tập trung thành từng nhóm, các điện tích dương (+) rải đều trong
đám mây. Quá trình phóng điện từ điện tích (+) sang điện tích (-) tạo nên hiện tượng trung
hòa về điện. Các điện tích (-) còn lại phát triển về phía mặt đất và hình thành tia tiên đạo
(dòng plasma có điện dẫn lớn).
Càng phát triển về phía mặt đất trường đầu dòng càng tăng làm ion hóa mãnh liệt môi
trường xung quanh nó tạo nên thác điện tử chứa nhiều điện tích. Càng gần mặt đất số điện
tích càng lớn tạo nên dòng ngược phát triển về phía đám mây, ngược phát triển đến đám
mây sẽ hoàn thành một phóng điện sét.
Tốc độ dòng sét xuôi từ đám mây đến mặt đất:
Vx = 1,5.107 ÷ 2.108 cm/s
Tốc độ dòng sét ngược từ mặt đất đến đám mây:
Vng = 1,5 . 109 ÷ 2.1010 cm/s

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

Hình 1.1: Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét
Giá trị dòng điện sét:

Is = б.Vng

б là mật độ điện tích tia tiên đạo
Vng là vận tốc dòng ngược
c, Diễn biến dông sét ở nước ta
Ở đồng bằng dông thường xảy ra trong nội bộ không khí chiếm 25% số dông trong
toàn năm. Dông trong các trường hợp xâm nhập cực đới cũng đạt tới 22%, dông trong các
dãy hội tụ nhiệt đới và rãnh thấp liên quan luồng gió từ phía tây và phía nam có tỷ lệ tương
đương, khoảng 20% còn một số trường hợp xảy ra giông khác là do bão đẩy lên hoặc ở
ngoại vi các cơn bão chiếm tỷ lệ lớn nhất.
- Diễn biến dông sét ở miền Bắc:
Xét trên toàn năm, số ngày dông trên miền Bắc nước ta thường dao động khoảng
70 - 100 ngày và số lần dông từ 150 đến 300 lần. Như vậy có thể xảy ra 2 - 3 cơn dông.
Vùng nhiều dông nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên - Móng Cái. Tại đây hàng năm
có từ 250 - 300 lần dông tập chung trong khoảng từ 100 đến 110 ngày. Tháng nhiều dông
nhất là tháng 7 và tháng 8 có tới 25 ngày dông.
Xét về diễn biến dông trong một năm ta có thể nhận thấy mùa dông không hoàn toàn
đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập trung trong khoảng từ

tháng 6 đến tháng 9, ở phần phía Tây Bắc Bộ và Trung Bộ mùa dông tương đối sớm vào
đầu tháng 4. Quá trình diễn biến của dông thường có một cực đại xê dịch trong khoảng từ
SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

tháng 6 ở Tây Bắc, sau tháng 7, 8 ở các nơi khác thuộc Bắc Bộ và tách thành 2 cực, tháng
5 và tháng 9 ở Hà Tĩnh và Quảng Bình.
- Diễn biến dông sét ở miền Nam:
Ở miền Nam cũng có khá nhiều dông, hàng năm trung bình quan sát được 40, 50 và có
khi lên đến 100 ngày tùy từng nơi, khu vực nhiều dông nhất là đồng bằng Nam Bộ, số
ngày dông trung bình hằng năm lên tới 120 - 140 ngày (Sài Gòn: 138 ngày, Hà Tiên: 129
ngày). Những giá trị này chẳng những cao hơn các khu vực khác ở miền Nam mà cũng còn
lớn hơn rõ rệt so với các vùng trên miền Bắc, ở Bắc Bộ chỉ khoảng trên dưới 100 ngày.
Vùng Duyên Hải Trung Bộ ít dông vào khoảng 60- 70 ngày ở phần phía Bắc từ Quảng
Trị đến Quảng Ngãi (Đà Nẵng: 70 ngày, Quảng Ngãi: 59 ngày) giảm xuống từ 40 đến
50 ngày ở phần phía Nam từ Bình Định trở vào đến cực Nam Trung Bộ (Quy Nhơn:
46 ngày, Nha Trang: 49 ngày, Phan Thiết: 59 ngày). Sự giảm số dông ở Duyên Hải Nam
Trung Bộ cũng dễ giải thích bằng tính chất khô nóng của gió mùa hạ sau khi vượt qua dãy
Trường Sơn.
Tây Nguyên cũng ít dông hơn nhiều so với Nam Bộ: tùy nơi số ngày dông hàng năm
vào khoảng 50 - 60 ngày (Plây cu: 91 ngày, Blao: 70 ngày).
Mùa dông nói chung là trùng với mùa hạ, là thời kì thịnh hành những khối không khí

nhiệt đới xích đạo có nhiệt độ cao và độ ẩm lớn, lại có những nguyên nhân nhiệt động lực
thuận lợi cho việc phát triển dông (có sự hoạt động thường xuyên của dải hội tụ nội chí
tuyến, mặt đất được hun nóng mạnh). Trong mùa đông ở Nam Bộ và Tây Nguyên thỉnh
thoảng cũng xuất hiện dông nhưng số ngày dông ít hơn hẳn không so sánh được với tháng
mùa hạ.
Ở Nam Bộ mùa dông bắt đầu vào tháng 4 và kết thúc vào tháng 11, riêng khu vực cực
tây (Hà Tiên, Rạch Giá), mùa dông bắt đầu sớm hơn vào tháng 3. Trên Tây Nguyên mùa
dông bắt đầu sớm hơn Nam Bộ 1 tháng từ tháng 3 và cũng kết thúc sớm hơn 1 tháng vào
tháng 10. Đáng chú ý nhất là tất cả các vùng trong quá trình mùa dông đều phân biệt được
hai cực đại. Cực đại chính xảy ra vào tháng 5 và cực đại phụ xảy ra vào cuối tháng 9 trên
phần lớn các vùng và vào tháng 8 ở phía bắc Duyên Hải Trung Bộ. Đó là thời kì mà dải
hội tụ nội chí tuyến đi ngang qua các vĩ độ miền Nam trong quá trình tiến lên phía bắc và
rút lui về xích đạo. Trong các tháng giữa mùa, số ngày dông giảm đi rõ rệt. Nam Bộ là khu
vực nhiều dông, chỉ trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 6) có số ngày
dông bình thường 10 ngày mỗi tháng, còn suốt trong 6 tháng từ tháng 5 đến tháng 10

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

mỗi tháng đều quan sát được từ 15 đến 20 ngày dông, tháng cực đại (tháng 5) trung bình gặp
20 ngày dông.
Khu vực Tây Nguyên, trong mùa dông thường chỉ có 2, 3 tháng số ngày dông đạt tới

10 đến 15 ngày, đó là tháng 4, tháng 5 và tháng 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan
sát được 15 ngày dông ở bắc Tây Nguyên và 10 đến 12 ngày ở nam Tây Nguyên. Còn
các tháng khác trong mùa đông mỗi tháng chỉ gặp trung bình từ 5 đến 7 ngày dông.
Như vậy ta thấy Việt Nam là nước chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều bất
lợi cho sự phát triển kinh tế của đất nước nói chung và bất lợi cho các công tác quản lý,
vận hành hệ thông điện ở Việt Nam nói riêng, điều đó đòi hỏi ngành điện cần đầu tư nhiều
cho hệ thống chống sét các công trình điện, cũng như nhà thiết kế công trình điện cần tính
toán sao cho hệ thống vận hành vừa đảm bảo an toàn, vừa đảm bảo về mặt kinh tế.
Bảng 1.1: Thông số dông sét của một số vùng
Số ngày dông

Số giờ dông

trung bình

trung bình

Vùng

Mật độ sét
trung bình

( ngày/năm)

( giờ/năm)

Tháng nhiều
dông sét
nhất

Miền núi trung du Bắc Bộ

61,6

219,1

6,33

7

Ven biển miền Trung

44

95,2

3,55

5; 8

Cao nguyên miền Trung

47,6

126,21

3,31

5; 8

Đồng bằng ven biển Nam Bộ

81,1

215,6

6,47

8

Đồng bằng miền Nam

60,1

89,32

5,17

5; 9

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

Cả
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

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

Móng Cái

0,0

0,4

3,9

6,6

14

19

24

24

13

4,2

0,2

0,0

112

Hồng Gai

0,1

0,0

1,7

1,3

10

15

16

20

15

2,2

0,2

0,0

87

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

Hà Giang

0,1

0,6

5,1

8,4

15

17

22

20

9,2

2,8

0,9

0,0

102

SaPa

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

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

Plêiku

0,3

1,7

5,7

12

16

9,7

7,7

8,7

17

9,0

2,0

0,1

90,7

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

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

1,4

1,0

2,5

10

22

19

17

16

19

15

11

2,4

138

Sóc Trăng

0,2

0,0

0,7

7,0

19

16

14

15

13

1,5

4,7

0,7

104

Hà Tiên

2,7

1,3

10

20

23

9,7

7,4

9,0

9,7

15

15

4,3

128

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, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư 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.

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện
Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét có thể lên 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 rất nhiều
dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt
thậm chí đã có những cách điện bằng sứ bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy. Phóng
điện sét có kèm theo việc di chuyển theo không gian lượng điện tích lớn đã tạo ra điện trường
rất mạnh làm nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất lớn ngay 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 dọc theo đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường
dây. Khi cách điện bị phá hủy gây ra ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha - pha
buộc các thiết bị bảo vệ Rơ le ở 2 đầu đường dây phải hoạt động. Với những đường dây
truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu các hệ

thống tự động ở các nhà máy làm việc không kịp thời sẽ gây ra tình trạng tan rã lưới. Sóng
sét có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây
phóng điện trên cách điện trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm như khi ngắn mạch trên
thanh góp và rất dễ dẫn tới sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có sóng sét vào trạm biến áp,
nếu chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến
áp sẽ bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.
Từ những hậu quả do việc sét đánh gây ra ta thấy rõ tác dụng của việc tính toán thiết
kế lắp đặt các thiết bị chống sét, nếu tính toán chính xác lắp đặt đủ các thiết bị chống sét
sẽ tạo ra hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả, tránh được những hậu quả xấu do sét
gây ra, từ đó đảm bảo việc cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ.

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

CHƯƠNG II: BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 110KV
2.1 Khái niệm và yêu cầu chung đối với bảo vệ chống sét đường dây
Đường dây là phần tử dài nhất trên hệ thống điện nên thường bị sét đánh gây nên quá
điện áp quá trình này có thể dẫn tới cắt máy cắt đường dây làm ảnh hưởng tới cung cấp điện.
Mặt khác khi sét đánh vào đoạn dây gần trạm thì sẽ tạo nên sóng truyền vào trạm gây sự cố
phá hoại cách điện của thiết bị điện trong trạm. Do đó ta phải tiến hành nghiên cứu chống sét
cho đường dây tải điện, đặc biệt là những đoạn đường dây gần đến trạm thì phải được tính
toán bảo vệ cẩn thận. Vì thế đường dây cần được bảo vệ chống sét với mức an toàn cao.

Quá điện áp khí quyển có thể là do sét đánh thẳng lên đường dây hoặc do sét đánh
xuống đất gần đường dây tạo nên quá điện áp cảm ứng. Trị số của quá điện áp khí quyển là
rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đường dây đáp ứng được hoàn toàn yêu
cầu của quá điện áp mà chỉ có thể chọn theo mức hợp lý về mặt kinh tế và kỹ thuật. Do
đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây không phải là an toàn tuyệt đối mà chỉ cần ở
mức độ giới hạn hợp lý.
Trong phần này sẽ tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây, trên cơ sở đó xác
định được các phương hướng và biện pháp để giảm số lần cắt điện của đường dây cần bảo vệ.
2.2 Lý thuyết tính toán
2.2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét của phạm vi bảo vệ được
xác định tương tự như của cột thu sét có các hoành độ 0,6h và 1,2h.Chiều rộng của phạm vi
bảo vệ ở mức cao hx cũng được tính theo các công thức tương tự:
+ Khi hx > 2/3h thì:
b x = 0,6h(1-

hx
)
h

(2.1)

hx
)
0,8h

(2.2)

+ Khi hx ≤ 2/3h thì:
b x = 1,2h(1-

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét được thể hiện như hình vẽ:

Hình 2.1: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
Do nửa chiều rộng của khu vực có xác suất 100% phóng điện vào dây sét B= 2h nên khi
dùng 2 dây đặt cách nhau s = 4h thì mọi diểm trên mặt đất nằm giữa hai dây này sẽ được bảo
vệ an toàn và nếu khoảng cách s < 4h thì có thể bảo vệ cho các điểm giữa hai dây có mức cao
tới h 0 = h -

s
4

Phần bên ngoài của phạm vi bảo vệ được xác định như trường hợp một dây còn phần
bên trong được giớ hạn bởi vòng cung vẽ qua 3 điểm: 2 điểm treo dây và điểm gữa có độ cao
h0 = h -

s
4

Hình 2.2: Phạm vi bảo vệ của hai dây sét
Dây thu sét thường được dùng để bảo vệ chống sét cho đường dây điện cao áp.Vì độ
treo cao trung bình của dây dẫn thường lớn hơn 2/3 độ cao treo của dây thu sét nên không
cần đề cập tới phạm vi bảo vệ mà biểu thị bằng góc bảo vệ α là góc giữa đường thẳng đứng
và đường thẳng nối liền dây thu sét và dây dẫn.Có thể tính toàn trị số giới hạn của góc α là:

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

tgαgh =

0,6.h cs .(h cs - h dd )
bx
=
= 0,6  αgh = 310
h cs -h dd
h cs .(h cs - h dd )

Và thực tế thường lấy khoảng 150 ~ 250

Hình 2.3: Góc bảo vệ của dây thu sét
2.2.2 Tính toán chung về chỉ tiêu chống sét

2.2.2.1 Cường độ hoạt động của sét


Số ngày sét (nngs)

Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có dông sét hàng năm (nngs).
Các số liệu này được xác định theo số liệu quan trắc ở các đài trạm khí tượng phân bố
trên lãnh thổ từng nước.


Mật độ sét (ms)

Để tính toán số lần có phóng điện xuống đất cần biết về số lần có sét đánh trên diện
tích 1km2 mặt đất ứng với một ngày sét, nó có trị số khoảng ms = 0,1

0,15 lần/km2.ngày

sét. Từ đó sẽ tính được số lần sét đánh vào các công trình hoặc
lên đường dây tải điện.
2.2.2.2 Số lần sét đánh vào đường dây
Coi mật độ sét là đều trên toàn bộ diện tích vùng có đường dây đi qua, có thể tính số
lần sét đánh trực tiếp vào đường dây trong một năm là:
N = ms.nngs.L.6h.10-3 (lần/năm)

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

(2.3)

Trang

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

Trong đó:
ms là mật độ sét (m = 0,1 ÷ 0,15)
nngs là số ngày sét trong năm.
L là chiều dài đường dây (L = 100 km)
h là độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây chống sét)
Ta có công thức thu gọn như sau:
N = (0,06 ÷ 0,09).nngs.h (lần/100km/năm)

(2.4)

Tuỳ theo vị trí sét đánh quá điện áp xuất hiện trên cách điện đường dây có trị số khác
nhau. Người ta phân biệt số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây có dây chống sét thành
3 khả năng:
- Sét đánh vào đỉnh cột :
N dcs =

N
2

(2.5)

- Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:

Ndd = N.

(2.6)

Trong đó:
N : tổng số lần sét đánh vào đường dây.
  : xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn, nó phụ thuộc vào góc

bảo vệ α và được xác định theo công thức sau:
lgν α =

α. h c
-4
90

(2.7)

Trong đó
hc : chiều cao của cột (m).
α : góc bảo vệ (độ).
Sét đánh vào điểm giữa khoảng vượt:
N kv = N - N dcs - N dd 

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

N
2

(2.8)

Trang

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

2.2.2.3 Số lần phóng điện do sét đánh vào đường dây
Khi bị sét đánh, quá điện áp tác dụng vào cách điện của đường dây ( sứ và khoảng
cách không khí giữa dây dẫn và dây chống sét ) có thể gây ra phóng điện. Khả năng phóng
điện được đặc trưng bởi xác suất phóng điện V pđ. Như thế ứng với số lần sét đánh Ni số lần
phóng điện :
(2.9)

Npdi = Ni .ν pd

Xác suất phóng điện Vpđ phụ thuộc trị số quá điện áp và đặc tính cách điện ( V-S ) của
đường dây:
dd
 pd = P.Ucd  U pd

(2.10)

2.2.2.4 Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây
Khi có phóng điện trên cách điện của đường dây, máy cắt có thể bị cắt ra nếu có xuất
hiện hồ quang tần số công nghiệp tại nơi phóng điện. Xác suất hình thành hồ quang

 phụ

thuộc vào điện áp làm việc trên cách điện pha của đường dây và độ dài cách điện của đường
dây. Có thể xác định

 theo bảng sau:
Bảng 2.1: Xác suất hình thành hồ quang

Ε lv =

U lv
lpd

η

50

30

20

10

0,6

0,45

0,25

0,1

Với: Ulv: điện áp làm việc
Lpđ: chiều dài đường phóng điện
f(Elv )

60
50
40
30
20
10
0

0.1

0.25

0.45

0.6

n

Hình 2.4: Đồ thị  = f (Elv)
SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

12

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

- Cuối cùng có thể tính số lần cắt của đường dây tương ứng với số lần sét đánh Ni

n cdi = Npdi .η = Ni .ν pd .η

(2.11)

- Số lần cắt điện tổng cộng của đường dây:
n cdi =  n cdi

(2.12)

2.2.2.5 Quá điện áp khi sét vào đường dây có treo dây chống sét
 Số lần cắt điện do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

Hình 2.5: Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
Số lần cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn được xác định theo công thức:
n dd = Ndd .ν pd .η

(2.13)

Trong đó:
η là xác suất hình thành hồ quang (tra ở bảng 2.1).
Ndd là số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn (công thức 2.6).

ν pd là xác suất phóng điện được xác định như sau:
ν pd = 10

-4.U50%
60.Zdd

(2.14)

Trong đó ta có:
+ U 50%(110kV) = 660 (kV)
+ Zdd: tổng trở sóng của dây dẫn

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

 Số lần cắt điện do sét đánh vào khoảng vượt

Hình 2.6: Sét đánh vào khoảng vượt
Số lần cắt do sét đánh vào khoảng vượt được xác định theo công thức:
pd
n kv = Nkv .ν kv
.η

(2.15)

Trong đó:
N kv là số lần sét đánh vào khoảng vượt (tính theo công thức 4.8)

ν pd
kv là xác suất sét đánh vào đường dây gây phóng điện.
η

là xác suất hình thành hồ quang.

Phương pháp xác định

ν pd
kv

Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ Is = a.t.
- Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đường dây gồm hai thành phần:

Ucd (t) = U'cd (I,a) + Ulv

(2.16)

Trong đó :

U'cd (I,a) là thành phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ thuộc vào biên
độ (I) và độ dốc sét (a).
Ulv : điện áp làm việc của đường dây
- Xác suất các dòng điện sét có biên độ I ≥ Is và độ dốc a ≥ as là:
VI,a = 10

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

-(

Is a s
+ )
60 25

(2.17)

Trang

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

- Tại thời điểm ti nào đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc bằng điện áp chịu
đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính vôn – giây (V- S) của chuỗi sứ, thì phóng
điện sẽ xảy ra:
 Ucd (t i ) = U'cd .(Ii ;a i ) + U lv = U pd (t i ) 


Ii = a i .t i


(2.18)

Upđ (ti) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V – S ) tại ti.
- Do coi dòng điện sét có dạng Is = a.t thì thành phần Ucđ' (ti) tỷ lệ với độ dốc a, có
thể đặt:
U'cd (t i ) = Z.a

(2.19)

Upd (t i )= Z.a i + Ulv

(2.20)

Vậy

Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm ai tại thời điểm ti:
ai =

U pd (t i ) - U lv
Z

(2.21)

Z là hằng số đối với I và a nên có thể tính được:
Z=

U pd (t i ) - U lv
a

Từ (2.22) và (2.23) ta có:
U pd (t i ) - U lv
ai =

U 'cd (t i )
a
Mặt khác ta có: Ii = ai.ti
Dựa vào các cặp (Ii,ai ) vẽ đường cong nguy hiểm hình (2.7):

(2.22)

(2.23)

Hình 2.7: Đường cong nguy hiểm

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

Xác suất phóng điện được tính theo xác suất xuất hiện ở miền bên phải phía trên
đường cong nguy hiểm ở hình (2.7).
- Từ đường cong nguy hiểm ta có thể xác định được:
1

ν pd =  ν i .dν a

(2.24)

0

Với

ν Ii = 10

-

Ii
60

,ν ai = 10

-

ai
25

Bằng phương pháp gần đúng và tuyến tính hoá đường cong nguy hiểm chia đường
cong thành: n = ( 10 ÷ 15 ) khoảng, ta có:
n

ν pd =  ν Ii .Δν ai

(2.25)

i=1

 Số lần cắt điện do sét đánh vào đỉnh cột và các điểm lân cận:

Hình 2.8: Sét đánh vào đỉnh cột và các điểm lân cận
Trong trường hợp này ta phải tính toán suất cắt cho pha có quá điện áp đặt lên cách
điện lớn nhất Ucd(t)max. Do đó ta phải tiến hành tính toán điện áp đặt lên cách điện đối với
từng pha.
Ucđ(t) được xác định theo công thức sau:
dd
Ucd (t) = Uc (t) + Ucu.tu
(t)+Udd
cu.dien (t) + Udcs (t) + Ulv

(2.26)

Theo công thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện khi sét đánh vào đỉnh cột bao
gồm:
- Thành phần điện áp giáng trên cột.
Uc (t) = ic .R c +Lddc .

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

dic
dt

(2.27)

Trang

16

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

- Thành phần điện áp cảm ứng từ xuất hiện do hỗ cảm của dây dẫn, kênh sét gây ra:
Udd
cu.tu (t) = M dd (t).

dis
dt

(2.28)


ν.t+H
Δh
H 
Mdd = 0,2.h dd . ln.
.ln
+1
Δh 
 (1+β).H 2.h dd

(2.29)

Với: hdd : độ cao của dây dẫn

H = hc + hdd
Δ = hc - hdd
β : hệ số vận tốc của dòng điện sét được lấy β = 0,3

ν = β .c với c là vận tốc truyền sóng c = 300

(m/μs)

Khi tính toán với dạng sóng xiên góc is= a.t ta có thể tính Udd
cu.tu (t) theo công thức:
Udd
cu.tu (t) = Mdd (t).a

(2.30)

- Thành phần điện áp cảm ứng do cảm ứng tĩnh điện giữa dây dẫn và điện tích của dòng

điện sét:

hc
Udd
cu.tu (t) = 1-K.
h dd


 0,1.a.h dd
(ν.t+h c ). (ν.t+H).(ν.t+Δh)
.ln
.
β
(1+β)2 .h c . Δh.H


(2.31)

Trong đó:
a là độ dốc đầu sóng của sóng xiên góc
K là hệ số ngẫu hợp có kể đến ảnh hưởng của vầng quang.
- Thành phần điện áp do dòng điện sét đi trên dây chống sét gây ra:
dic


Udcs (t) = - K.  ic .R c + Ldcs
+ a.Mcs (t) 
c .
dt




ν.t+2.h cs
M cs = 0,2.h cs . ln
+1
 2.(1+β).h cs 

(2.32)
(2.33)

- Thành phần điện áp làm việc:
π
2

U lv =

2
2
.
.U dm .sin(ω.t).dt = 0,52.Udm
π 0 3

(2.34)

Ta lần lượt đi tính các thành phần đối với các pha. Để tính được các thành phần điện
áp ta cần phải tính được dòng điện đi vào cột ic(t) và thành phần biến thiên dòng điện theo
thời gian dic /dt Khi tính toán dòng điện này ta có thể dựa vào sơ đồ tương đương của mạch
dẫn dòng điện sét trong hai trường hợp như sau:

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

+ Khi chưa có sóng phản xạ từ cột bên cạnh về t 

2.lkv
c

Hình 2.9: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện sét khi chưa có sóng phản xạ
Trong đó:
Lcsc là điện cảm của cột : Lcsc = l0.hc

R c là điện trở nối đất cột điện
Zcsvq : tổng trở sóng dây chống sét có kể đến ảnh hưởng của vầng quang

Trong sơ đồ thay thế, dòng điện sét được coi như một nguồn dòng, dây chống sét được
biểu thị bằng tổng trở của dây chống sét có xét đến ảnh hưởng của vầng quang. Thành
phần từ của điện áp cảm ứng được coi như một nguồn áp. Ta có
phương trình mạch vòng:
ic (at).R c + Lcsc .

dic
Zvq
(a,t) + a.Mcst (t)+2.ics . cs = 0(*)
dt
2

Phương trình thế nút:
ic + 2.ics = is = a.t(**)
Giả hệ phương trình (*) và (**) ta được:
ic (a,t) =

Z
a
(Zcs .t-2.Mcs (t) - cs )
Z +2.R c
α1
vq

cs

(2.35)

dic
a
= vq
.Zcs
dt Zcs +2.R c

(2.36)

Zvq
+2.R
α1 = cs cs c
2.Lc

(2.37)

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

+ Khi có sóng phản xạ từ cột bên cạnh về t 

2.lkv
c

Trường hợp này tính chính xác phải áp dụng phương pháp đặc tính, ở đây để đơn giản
ta tính gần đúng tức là có thể thay dây chống sét bằng điện cảm tập trung
nối tiếp với điện trở của đất của hai cột bên cạnh như hình 2.10:

Hình 2.10: Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng điện khi có sóng phản xạ tới
Với Lcs là điện cảm của một khoảng vượt của dây chống sét không kể ảnh hưởng
vầng quang:
Z0cs .lkv
Lcs =
c

(2.38)

Z0cs : Tổng trở sóng chống sét khi không xét đến ảnh hưởng vầng quang

Ta có :
ic (a,t) =

a
(Lcs - 2.Mcs (t)).(1-e-α2 .t )
2.R c

dic
a
=

(Lcs - 2.Mcs (t)).α 2 .e-α2 .t
dt 2.R c
α2 =

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

2.R c
Lcs +2.Lcsc

(2.39)
(2.40)
(2.41)

Trang

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

2.3 Tính toán cụ thể cho đường dây tải điện trạm cắt 110kV
2.3.1 Các tham số tính toán
2.3.1.1 Mô tả đường dây bảo vệ
a, Kết cấu cột điện
Ta có kết cấu cột điện phía 110kV như hình vẽ sau:

Hình 2.11: Sơ đồ cột đơn 110kV
b, Thông số đường dây

- Dây chống sét dùng dây loại C-70 có bán kính r = 5,7mm.
- Dây dẫn các pha dùng loại dây nhôm lõi thép ACSR500/64 có bán kính ngoài của
dây dẫn r = 15,3mm.
- Cách điện chuỗi sứ dùng loại ΠC-45 có chiều dài 1 bát sứ là lsứ = 170mm có 7

bát nên chiều dài chuỗi sứ l = 170.7 = 1190mm = 1,19m
- Độ treo cao của dây chống sét là hcs = 17m.
- Độ treo cao của dây dẫn các pha lần lượt là h A = 14m và hB = hC = 12m.
- Xà đỡ các pha lần lượt là lxà A = 1,5m và lxà B = lxà C = 2m.
- Góc bảo vệ của pha A:

tan α A =

lxaA
1,5
= = 0,5  α A = 26,6560
h DCS - h A 3

- Góc bảo vệ của pha B và pha C:

tan α B,C =

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

lxaB
2
= = 0,4  α B = αC = 21,8010
h DCS - h B
5
Trang

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

- Khoảng vượt của đường dây: l = 190m.
- U50% của cách điện đường dây 110kV là: 660kV
- Điện trở suất của nối đất ρd =100 (Ωm)
- Điện trở nối đất cột điện với 3 giá trị RC = 10, 15, 20 Ω

2.3.1.2 Xác định độ treo cao trung bình, tổng trở sóng của dây chống sét, dây dẫn.
a, Độ treo cao trung bình
- Theo đề tài thiết kế ta có độ võng của dây chống sét phía 110kV là: f cs = 2,5m và
độ võng của dây pha là: fdd = 3m.
- Độ treo cao trung bình của dây dẫn được tính bằng công thức:
2
h tb = h - f
3

(2.42)

Trong đó: h: Độ treo cao của dây dẫn; hcs = 17m, hA = 14m, hB = 12m.
- Thay số ta được:
+ Độ treo cao trung bình của dây chống sét:
2
h tb = 17 - . 2,5 = 15,333m
3

+ Độ treo cao trung bình của dây pha A:
2
h tb = 14 - . 3 = 12m
3

+ Độ treo cao trung bình của dây pha B,C:
2
h tb = 12 - . 3 = 10m
3

b, Tổng trở sóng
- Bán kính của dây chống sét là: rcs = 5,7mm
- Bán kính của dây pha là: rdd = 15,3 mm.
- Khi không kể đến ảnh hưởng của vầng quang thì tổng trở sóng được tính bằng
công thức như sau:
Z =138.log

2.h tb
r

(2.43)

Thay số ta được:
+ Dây chống sét:
ZCS =138.log

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

2.15,333

= 514,848 (Ω)
5,7.10-3

Trang

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

+ Pha A:
ZA =138.log

2.12
= 440,982 (Ω)
15,3.10-3

+ Pha B và C:
ZB,C =138.log

2.10
= 430,055 (Ω)
15,3.10-3

- Khi xét đến ảnh hưởng của vầng quang thì tổng trở sóng có giá trị:

Z
λ

ZVQ =

(2.44)

Trong đó:

λ : là hệ số hiệu chỉnh khi xuất hiện vầng quang được
Cấp điện áp 110kV:

λ =1,3

- Thay số ta được:
+ Dây chống sét:
ZCS
VQ =

514,848
 396, 037()
1,3

c, Hệ số ngẫu hợp
Khi chưa có vầng quang thì hệ số ngẫu hợp K được tính như sau với dây
pha và dây chống sét được tính như sau:

K0 =

Zcspha
Zcs

(2.45)

Trong đó: Zcspha là tổng trở tương hỗ giữa dây pha và dây chống sét

Zcs là tổng trở dây chống sét
Khi xét đến ảnh hưởng của vầng quang điện :

K vq = K 0 .


(2.46)

Hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha A với dây chống sét:

- Với pha A ta có:
+ Độ treo cao trung bình của dây pha A: h1 = 12m
+ Độ treo cao trung bình của dây chống sét: h2 = 15,333m.
+ Độ dài của xà lxà = 1,5m.
- Thay số ta được:
d12 = lxa 2 +(h 2 - h1 )2 = 1,52 +(15,333-12)2 = 3,655 (m)
b12 = lxa 2 +(h 2 + h1 )2 = 1,52 +(15,333+12)2 = 27,374 (m)

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

K 0A =

cs
A

Z
=
Zcs

b12
27,374
138.log
d12
3, 655
=
 0, 234
514,848
514,848

138.log

K Avq = 1,3.0,234 = 0,304


Hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha B, C với dây chống sét

- Với pha B, C ta có:

+ Độ treo cao trung bình của dây pha B, C: h1 = 10m.
+ Độ treo cao trung bình của dây chống sét: h2 = 15,333m.
+ Độ dài của xà lxà = 2m.
- Thay số ta được:
d12 = lxa 2 +(h 2 - h1 )2 = 22 +(15,333 -10)2 = 5,696 (m)
b12 = lxa 2 +(h 2 + h1 )2 = 22 +(15,333 +10)2 = 25,412 (m)

K 0B,C =

Z

cs
B,C

Zcs

b12
25, 412
138.log
d12
5, 696
=
 0,174
514,848
514,848

138.log
=

K B,C

vq = 1,3.0,174  0, 226

d, Nhận xét
Khi tính toán các chỉ tiêu chống sét cho các pha có các thông số khác nhau nên
trong mỗi trường hợp ta chọn trường hợp nguy hiểm nhất để tính như sau:
- Khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn ta chỉ tính cho pha A (pha có góc
bảo vệ lớn nhất).
- Khi sét đánh vào khoảng vượt dây chống sét ta tính cho pha B hoặc C (pha có hệ số
ngẫu hợp nhỏ nhất).
- Khi sét đánh vào đỉnh cột ta tính với pha có Ucd(a,t) lớn nhất.

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

2.3.2 Xác định tổng số lần sét đánh vào đường dây hàng năm
- Theo đề tài thiết kế: nng.s = 100 ngày/năm và h = 15,333 m.
- Áp dụng công thức 2.4 ta có:
N = (0,06÷0,09).15,333.100 = 92÷138 (lần/100km.năm)

Ta sẽ lấy khả năng nguy hiểm nhất để tính N = 138 lần/100km.năm
Mặt khác :

N = Ndd + Ndc + Nkv

Trong đó:
Ndd : Số lần sét đánh vào dây dẫn
Ndc : Số lần sét đánh vào đỉnh cột
Nkv : Số lần sét đánh vào khoảng vượt
* Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
- Trong trường hợp này ta tính với dây dẫn pha A
Trước tiên ta xác định xác suất phóng điện với các thông số sau :

α = 26,5650
h C = 17m
Vậy ta có:
αA . h A
26,565. 17
4 
 4  2, 783
90
90
 ν   1, 648.103
log ν  =

Nên

Ndd = N.να =138.1,648.10-3 = 0,227 (lần/100km.năm)

* Số lần sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt
Ndc = N kv =

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

N 138
=
= 69 (lần/100km.năm)
2
2

Trang

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TTTK BVCS CHO TBA & ĐZ 110KV

2.3.3 Tính suất cắt đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn

Hình 2.12: Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn
- Suất cắt của đường dây được tính bằng công thức 2.11:

n dd = Ndd .ν pd .η
Trong đó:

ν pd

là xác suất phóng điện được xác định như sau:

ν pd = 10

- 4.U50%
60.Zdd

U50% -110kV = 660 (kV)
ZA = 440,982 (Ω)
- 4.660

Vậy xác suất phóng điện: ν pd = 10 60.440,982  0, 795
+ Ta có:
Ε lv =
U lv =

Εlv =
Trong đó:

U lv
lpd
U dm
3

=

110
= 63,509 (kV)
3

63,509
= 53,369 (kV/m)
1,19

l pd : chiều dài phóng điện, lấy bằng chiều dài chuỗi sứ = 1,19 (m)

+ Từ đồ thị 2.4 ta có  = 0,625
- Vậy số lần cắt của đường dây trong 1 năm là:
n dd = Ndd .ν pd .η = 0,227.0,795.0,625 = 0,113 (lần.năm/100km)

SV: Phan Quang Đức – Đ5H3

Trang

25