Tính Toán thiết kê bảo vệ chống sét

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG
KHOA ĐIỆN CƠ
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO
PHÂNXƯỞNG CƠ KHÍ CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN THAN NÚI BÉO

Giáo viên hướng dẫn

: Vũ Tiến Đạt

Sinh viên thực hiện

: Lương Văn Tiến

Lớp

: Điện Công Nghiệp và Dân Dụng

Khóa

: K16 (2015 – 2020)

MSSV

: 135510301092

HẢI PHÒNG, 12 -2019

Nhiệm vụ
UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lương Văn Tiến

Số hiệu sinh viên: 135510301092

Khóa: K16

Ngành: Điện Công nghiệp và Dân dụng

Khoa/Viện: Điện – Cơ

1. Đầu đề thiết kế:
“Tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho Phân xưởng Cơ khí của Công
ty côt phần than Núi Béo”
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Các số liệu ban đầu:
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Sinh viên Lương Văn Tiến


Nhiệm vụ

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
5. Họ tên cán bộ hướng dẫn:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
.......................................................................................................................................
7. Ngày hoàn thành đồ

án: ...................................................................................................................................
....
Trưởng bộ môn
( Ký, ghi rõ họ, tên)

Ngày …… tháng …… năm ......
Cán bộ hướng dẫn
( Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày … tháng … năm 2019

Sinh viên Lương Văn Tiến


Nhiệm vụ

Người duyệt

Sinh viên

( Ký, ghi rõ họ, tên)

( Ký, ghi rõ họ, tên)

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
1. Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
2. Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N. (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm

vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượng các
bản vẽ ...)
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………
3. Cho điểm của cán bộ hướng dẫn:
(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày … tháng … năm 2019
Sinh viên Lương Văn Tiến


Nhiệm vụ

Cán bộ hướng dẫn chính
(Họ tên và chữ kí)

Sinh viên Lương Văn Tiến


Nhiệm vụ

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN
ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
1. Đánh giá chất lượng của đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích số liệu

ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượng thuyết
minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………
2. Cho điểm cán bộ chấm phản biện
(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày … tháng … năm 2019
Người chấm phản biện
(Họ tên và chữ kí)

Sinh viên Lương Văn Tiến


Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: ‘‘TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ
THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ CỦA CÔNG TY
CỔ PHẦN THAN NÚI BÉO” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo
Ths. Vũ Tiến Đạt. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh
mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu phát hiện
có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hải Phòng, ngày

tháng

năm 2019

Sinh viên thực hiện

Lương Văn Tiến

Sinh viên Lương Văn Tiến


Mục lục
MỤC LỤC

NHIỆM VỤ.................................................................................................................2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...............................................................................................2
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................9
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................10
LỜI MỞ ĐẦU...........................................................................................................11
CHƯƠNG 1................................................................................................................1
TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT VÀ TIẾP ĐỊA BẢO VỆ.....................................1
1.1. Ý nghĩa của việc tính toán thiết kế hệ thống chống sét và tiếp địa bảo vệ thiết
bị điện..........................................................................................................................1

1.1.1. Nguyên nhân hình thành sét............................................................................1
1.1.2. Các giai đoạn của sét........................................................................................2
1.1.3. Hậu quả của sét................................................................................................5
1.2. Phân loại thiết bị điện cần bảo vệ......................................................................6
1.3. Những yêu cầu khi thiết kế tính toán thiết kế hệ thống chống sét và tiếp địa
bảo vệ thiết bị điện.....................................................................................................8
1.4. Các phương pháp tính toán thiết kế hệ thống chống sét và tiếp địa bảo vệ.10
1.4.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi.......................................................................10
1.4.2. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình dài..............................14
1.5. Các bước tính toán thiết kế hệ thống chống sét và tiếp địa bảo vệ thiết bị
điện............................................................................................................................16
CHƯƠNG 2..............................................................................................................18
PHÂN LOẠI PHỤ TẢI CỦA HỆ THỐNG CHỐNG SÉT VÀ TIẾP ĐỊA BẢO
VỆ CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN THAN NÚI
BÉO...........................................................................................................................18
2.1. Giới thiệu sơ bộ về công ty...............................................................................18
2.2. Tổng quan về công trình cần thiết kế hệ thống chống sét.............................20
2.2.1. Sơ đồ mặt bằng...............................................................................................20

Sinh viên Lương Văn Tiến


Mục lục

2.2.2. Tổng hợp, phân loại các phụ tải của hệ thống chống sét và tiếp địa bảo vệ
....................................................................................................................................20
CHƯƠNG 3..............................................................................................................23
CHƯƠNG 3..............................................................................................................24
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO PHÂN
XƯỞNG CƠ KHÍ CỦA CÔNG TY CỔ PHẦN THAN NÚI BÉO......................24

3.1. Tính toán chống sét và tiếp địa bảo vệ cho các thiết bị, máy móc tại các phân
xưởng.........................................................................................................................24
3.1.12. Tính toán chống sét cho Kho gỗ xẻ.............................................................85
3.1.13. Tính toán chống sét Khu vực để xe đạp – xe máy.....................................88
3.1.14. Tính toán chống sét cho Trạm oxy..............................................................89
3.2. Tính toán chống sét và tiếp địa bảo vệ cho các trạm biến áp..............................91
3.2.1. Chống sét cho 3 cột đặt tại đầu trạm độ cao cần bảo vệ là 14m................92
3.2.2. Chống sét cho các trạm..................................................................................92
3.2.3. Sơ đồ nối hệ thống chống sét và tiếp địa bảo vệ..........................................95
3.3. Tiếp địa bảo vệ...................................................................................................97
3.3.1. Các loại nối đất...............................................................................................97
3.3.2. Lý thuyết tính toán nối đất.............................................................................100
3.2.3 Tính toán nối đất chống sét.............................................................................100
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................106

Sinh viên Lương Văn Tiến


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình1.1. Cấu tạo mây dông.........................................................................................2
Hình 1.2. Các giai đoạn phóng điện sét và biến..........................................................4
Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập...............................................11
Hình 1.4. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi cùng độ cao........................................12
Hình 1.5. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi không cùng độ cao.............................13
Hình 1.6. Mặt bằng của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx ..............................................14
Hình 1.7. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét..................................................................15
Hình 1.8. Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét............................................................15
Hình 2.1. Công trình thi công ban đầu......................................................................18

Hình 2.2. Hình ảnh những cán bộ công ty.................................................................19
Hình 2.3. Sơ đồ mặt bằng phân xưởng cơ khí của Công ty Cổ phần than Núi Béo. .20
Hình 3.1. Bản vẽ Bến xe ô tô chở công nhân............................................................25
Hình 3.2. Bản vẽ Nhà hành chính thí nghiệm...........................................................28
Hình 3.3. Bản vẽ nhà sinh hoạt..................................................................................36
Hình 3.4. Bản vẽ Nhà sản xuất chính và càu can lộ thiên.........................................44
Hình 3.5. Bản vẽ Phân xưởng đúc và gia công gỗ....................................................59
Hình 3.6. Bản vẽ Trạm chi phối nhiên liệu................................................................70
Hình 3.7. Bản vẽ Trạm nhiên liệu xăng dầu..............................................................72
Hình 3.8. Bản vẽ chống sét cho Gara ô tô.................................................................76
Hình 3.9. Bản vẽ chống sét cho Lò hơi và kho than..................................................80
Hình 3.10. Bản vẽ chống sét cho Kho phế liệu.........................................................82
Hình 3.11. Bản vẽ chống sét cho Trạm dập ngang....................................................84
Hình 3.12. Bản vẽ chống sét cho Kho gỗ xẻ.............................................................86
Hình 3.12. Bản vẽ chống sét cho Khu để xe đạp – xe máy.......................................88
Hình 3.14. Bản vẽ chống sét Trạm oxi......................................................................90
Hình 3.15. Van chống sét...........................................................................................93
Hình 3.16. Sơ đồ đẳng trị của nối đất......................................................................101
Hình 3.17. Sơ đồ thay thế của nối đất......................................................................101
Hình 3.18. Sơ đồ nối đất bổ sung thanh-cọc............................................................103

Sinh viên Lương Văn Tiến


Danh mục bảng

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thông số vật liệu.....................................................................................9
Bảng 2.1. Thông số.................................................................................................10
Bảng 3.1. Trị số quy định của điện trở nối đất ở tần số công nghiệp..................99

Sinh viên Lương Văn Tiến


Lời mở đầu

LỜI MỞ ĐẦU

Năng lượng nói chung và điện năng nói riêng luôn đóng một vai trò then chốt
trong sự phát triển của mỗi quốc gia. Trong hệ thống điện, tính ổn định và tính liên
tục cung cấp điện được đặt lên hàng đầu. Tính toán thiết kế chống sét cho phân
xưởng , trạm biến áp và đường dây tải điện cũng nhằm thực hiện mục đích ấy, đặc
hbiệt điều đó còn trở nên quan trọng hơn khi nước ta nằm trong vùng có mật độ dông
sét cao. Sau một thời gian tìm hiểu và cố gắng em đã hoàn thành xong đồ án tốt
nghiệp với để tài: “ Tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho Phân xưởng
Cơ khí của Công ty cổ phần Than Núi Béo”. Với những kiến thức được học, cùng
với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của thầy Vũ Tiến Đạt em đã rất cố gắng hoàn
thành bản đồ án. Tuy nhiên, bản đồ án không thể tránh khỏi những sai sót. Em mong
nhận được sự chỉ dẫn của các thầy cô để em hoàn thiện kiến thức phục vụ trong công
tác sau khi ra trường.
Em xin gửi lời kính chúc sức khỏe và lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô
trong khoa!
Hải Phòng, ngày

tháng

năm 2019

Sinh viên thực hiên

Lương Văn Tiến

Sinh viên Lương Văn Tiến


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT VÀ TIẾP ĐỊA BẢO VỆ

1.1. Ý nghĩa của việc tính toán thiết kế hệ thống chống sét và tiếp
địa bảo vệ thiết bị điện
1.1.1. Nguyên nhân hình thành sét
Dông sét có tác hại nghiêm trọng đến cơ sở vật chất và con người. Có thể hiểu
nôm na rằng sét là sự phóng điện giữa đám mây dông và một điểm nào đó trên mặt
đất khi điện trường khí quyển đạt đến một giá trị tới hạn. Việt Nam thuộc vùng khí
hậu nhiệt đới nên dòng điện sét thường rất lớn khoảng 30kA, do đó nếu một công
trình nào đó bị sét đánh thì phần kiến trúc của công trình đó có thể bị phá vỡ do ảnh
hưởng của áp suất và nhiệt độ phát tán cao, các thiết bị điện trong công trình có thể bị
hỏng do trường điện từ của dòng sét cảm ứng và con người có thể bị tổn thương nếu
ở gần điểm phóng điện sét.
Dông là hiện tượng khí quyển liên quan với sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu
nhiệt và các nhiễu động khí quyển, nó thường xảy ra vào mùa hè là thời điểm mà sự
trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí rất lớn. Những luồng không khí nóng mang
theo hơi nước bay lên đến một độ cao nào đấy và nguội dần, lúc đó hơi nước tạo
thành những giọt nước nhỏ hay gọi là tinh thể băng chúng tích tụ trong không gian
dưới dạng những đám mây. Trái đất càng bị nóng thì không khí nóng càng bay lên
cao hơn, mây càng dày hơn đến một lúc nào đó thì các tinh thể băng trong mây sẽ lớn
dần và rơi xuống thành mưa. Mây càng dày thì màu của nó càng đen hơn. Sự va chạm
của các luồng khí nóng đi lên và các tinh thể băng đi xuống trong đám mây sẽ làm

xuất hiện các điện tích mà ta gọi là đám mây bị phân cực điện hay đám mây tích điện.
Các phần tử điện tích âm có khối lượng lớn nên nằm dưới đáy đám mây còn các phần
tử điện tích dương nhẹ hơn nên bị đẩy lên phần trên của đám mây. Như vậy trong bản
thân đám mây đã hình thành một điện trường cục bộ của một lưỡng cực điện và dưới
tác dụng của điện trường cục bộ này các phần tử sẽ di chuyển nhanh hơn, điện tích
Sinh viên Lương Văn Tiến

1


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
được tạo ra nhiều hơn và điện trường càng mạnh hơn. Quá trình này tiếp diễn cho đến
lúc điện trường đạt giá trị tới hạn và gây ra phóng điện nội bộ trong đám mây mà ta
gọi là chớp.

Hình1.1. Cấu tạo mây dông
1.1.2. Các giai đoạn của sét
a. Giai đoạn phóng tia tiên đạo:
Ban đầu xuất phát từ mây giông một tia tiên đạo sáng mờ, phát triển thành
từng đợt gián đoạn về phía mặt đất, với tốc độ trung bình khoảng 10 5 - 10óm/s. Kênh
tiên đạo là một dòng plasma mật độ điện khoảng 1014 ion/m3 một phần điện tích âm
của mây giông tràn vào kênh và phân bồ tương đối đều dọc theo chiều dài của nó.
Thời gian phát triển của tia tiên đạo mồi đợt kéo dài trung bình khoảng 1 ns.
Thời gian tạm ngưng phát triển giừa 2 đợt khoẩns 30 – 90 ns.
Đường đi của tia tiên đạo trong thời gian này không phụ thuộc vào tình trạng
mặt đất và các vật trên mặt đất, do đó nó gần như hướng thắng về phía mặt đất. Cho
đến khi tia tiên đạo đạt đến độ cao định hướng thì mới bị ảnh hưởng bởi các vùng
điện tích tập trung dưới mặt đất.
b. Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa:
Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây dông và điện tích

trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu trên vùng mặt đất phía dưới
đám mây dông. Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích tập
trung sè nằm trực tiếp dưđi kênh tiên đạo, nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khác
nhau thì điện tích chủ yếu tập trung ổ vùng kế cận nơi có điện dẫn cao như vùng
Sinh viên Lương Văn Tiến

2


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
quặng kim loại, vùng đất ẩm. ao hồ, sông ngòi, vùng nước ngầm, kết cấu kim loại các
tòa nhà cao tầng, cột điện, cây cao bị ướt trong mưa... chính các vùng điện tích tập
trung này sẽ định hướng phát triển của tia tiên đạo hướng xuống khi nó đạt đến độ
cao định hướng, tia tiên đạo sẽ phát triển theo hướng có điện trường lớn nhất. Do đó
các vùng tập trung điện tích sẽ là nơi sét đánh vào.
Ở những vật dẫn có độ cao như các nhà cao tầng, cột angten các đài phát thì từ
đỉnh của nó nơi các diện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện
dòng tiên đạo phát triển hướng lên đám mây giông. Chiều dài của kênh tiên đạo từ
dưới lên này tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hướng
của sét vào vật dẫn đó.
Người ta lợi dụng tính chất chọn của sét để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho
các công trình bằng cách dùng các thanh kim loại hay dây thu sét bằng kim loại được
nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần bảo vệ để hướng sét đánh vào đó mà không
phóng vào công trình.
Khi tia tiên đạo hướng xuống gần mặt đất hay tia tiên đạo hướng lên. thì trong
khoảng cách khí ở giữa do cường độ điện trường tăng cao gây lên ion hóa mãnh liệt,
dẫn đến sự hình thành một dòng plasma có mật độ điện tích cao hơn nhiều so với mật
độ điện tích của tia tiên đạo, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần.
c. Giai đoạn phóng điện ngược:
Do điện dẫn của nó tăng cao như vậy nên điên tích cảm ứng tràn vào dòng

ngược mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu dòng tăng lên gây ion hóa
mãnh liệt và cứ như vậy dòng plasma điện dần cao 10 16 - 1019 ion/m3 tiếp tục phát
triển ngược lên trên theo đường dọn sẵn bởi kênh tiên đạo. Đây là sự phóng điện
ngược hay phóng điện chủ yếu. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt cho nên
tia phóng điện chủ yếu sáng chói (đó chính là chớp).
Tốc độ phát triển của kênh phóng điện ngược vào khoảng 1,5 . 107 - 1,5.108
m/s tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của kênh tiên đạo. Khi kênh
phóng điện chủ yếu lên tối đám mây thì số điện tích còn lại của đám mây sê theo
kênh phóng điện chạy xuống đất và tạo nên dòng điện có trị số nhất định.

Sinh viên Lương Văn Tiến

3


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
Kết quả quan trấc cho thấy rằng: phóng điện sét thường xảy ra nhiều lẩn
kế tiếp nhau trung bình là 3 lần. Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát
triển liên tục ( không phải từng đợt như lần đầu ), không phân nhánh và theo
đúng qũy đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn ( 2. 10 6 m/s). Điều này
được giải thích: đám mây giông có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau
hình thành do các dòng không khí xoáy trong mây. Lần phóng điện đầu tiên dĩ
nhiên sẽ xảy ra giữa đất và trung tâm điện tích có cường độ điện trường cao
nhất. Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu điện thế giữa các trung tâm
này với các trung tâm khác không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại. Nhưng
khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên
của đám mây thực tế mang điện thế của đất, điều này làm cho hiệu thế giữa
trung tâm điện tích đã phóng tới trung tâm điện thế lân cận tăng lên và có thể
dẫn đến phóng điện giữa chúng với nhau. Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ
vẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn, nên phóng điện

tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ lớn hơn lần đầu.

Hình 1.2. Các giai đoạn phóng điện sét và biến
Sinh viên Lương Văn Tiến

4


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
1.1.3. Hậu quả của sét
Ở đây chúng ta cần phân biệt các loại sét khác nhau như sét đánh trực tiếp, sét
đánh gián tiếp, sét cảm ứng.
- Sét đánh trực tiếp là sét đánh thẳng vào nhà cửa công trình hoặc đánh vào bồn
nước kim loại hay trụ anten nằm trên công trình đó, đánh vào cây cối, đánh vào người
đang di chuyển khi đang có dông .....Đây là loại sét nguy hiểm nhất vì nó có thể gây
thiệt hại nặng nề cho công trình hoặc gây chết người.
- Sét đánh gián tiếp là sét đánh vào đường dây điện thoại, đường dây tải điện
cao thế hoặc hạ thế ở một nơi nào đó rồi theo đường dây truyền vào công trình làm
hư hỏng thiết bị điện đang sử dụng. Chúng ta thường thấy hiện tượng bóng đèn, điện
thoại, TV, tủ lạnh .... bị cháy hoặc người đang gọi điện thoại bị điện giật mạnh sau
một cơn dông sét tất cả là do ảnh hưởng của loại sét này.
- Sét cảm ứng bao gồm cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ. Sét cảm ứng
tĩnh điện thường chỉ nguy hiểm cho các công trình có chứa chất dễ cháy nổ như xăng
dầu, khí đốt do tác động của phóng điện thứ cấp còn sét cảm ứng điện từ chỉ nguy
hiểm đối với các thiết bị hiện đại dùng các linh kiện điện tử nhạy với xung điện trong
các công trình bưu điện, viễn thông, phát thanh truyền hình. Một hệ thống chống sét
hoàn chỉnh phải thể hiện đầy đủ các nội dung chống sét nói trên, tuy nhiên đối với đa
số các hộ gia đình người ta thường chỉ quan tâm đến việc chống sét đánh trực tiếp.
- Khi các thiết bị điện trong trạm biến áp bị sét đánh trực tiếp thì sẽ đưa đến
các hậu quả nghiêm trọng: gây nên hư hỏng các thiết bị điện, dẫn đến việc ngừng

cung cấp điện toàn bộ trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến việc sản xuất điện
năng và làm ảnh hưởng đến các ngành kinh tế quốc dân khác.
Đối với nhà máy điện và các trạm biến áp ngoài việc bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp vào thiết bị điện cần phải chú ý bảo vệ các công trình khác như:
- Đoạn dây nối từ xà cuối của trạm ra cột đầu tiên của đường dây.
- Đoạn dây dẫn hay thanh dẫn nối máy phát điện và máy biến áp.
- Gian máy của các loại nhà máy điện kiểu hở, các thiết bị thu đựng khí Hidro
ngoài trời, các thiết bị chứa dung dịch điện phân ngoài trời.
- Kho dầu, các thùng dầu để ngoài trời, kho xăng.
Sinh viên Lương Văn Tiến

5


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
Đối với các công trình dễ cháy nổ thì không những cần bảo vệ chống sét
đánh trực tiếp mà phải đề phòng sự phát sinh tia lửa do điện áp gây nên, vì vậy khi
tiến hành thiết kế bảo vệ đối với phần này cần nghiên cứu thêm qui trình đối với các
công trình dễ cháy nổ.
Để bảo vệ sét đánh trực tiếp ở các nhà máy điện và trạm biến áp thường
dùng các cột thu lôi hay dây chống sét. Các cột thu lôi có thể được đặt độc lập hoặc
trong các điều kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm, nhà máy.
Thông thường để giảm vốn đầu tư và cũng là để tận dụng độ cao ở các trạm
biến áp và nhà máy điện người ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các kết cấu trong
trạm, trên các cột đèn pha dùng để chiếu sáng, trên mái nhà … Cột thu lôi độc lập
thường đắt hơn nên chỉ dùng khi không tận dụng được độ cao khác.
Nếu đặt cột thu lôi trên các kết cấu của trạm phân phối điện ngoài trời và
dùng dây chống sét để bảo vệ cho đoạn dây dẫn nối từ xà cuối của trạm đến cột đầu
tiên của đường dây vì chúng sẽ được nối đất chung vào hệ thống nối đất của trạm. Vì
vậy khi sét đánh vào dây thu lôi hay vào dây chống sét thì toàn bộ dòng điện sét sẽ đi

vào hệ thống nối đất của trạm và làm tăng thế của các thiết bị được nối đất chung
với hệ thống nối đất của trạm. Độ tăng đó lớn thì có thể gây nên nguy hiểm cho các
thiết bị ấy, do vậy chỉ trong điều kiện cho phép mới được đặt cột thu lôi trên các công
trình trong trạm hoặc dùng dây chống sét ở trong trạm.
Khi thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và nhà máy điện ngoài các
yêu cầu kỹ thuật còn phải chú ý đến các mặt kinh tế và mỹ thuật.
1.2. Phân loại thiết bị điện cần bảo vệ
- Thiết bị chống sét tia tiên đạo loại : hãng CIRPROTEC 760
- Kẹp cáp: 205mm
- Bộ ghép nối inox 1.0M×D42×3MM:
- Đai cố định cáp
- Chân trụ đỡ: 600mm
- Bulong EcuD20 định vị chân trụ đỡ
- Chụp đầu chân trụ đỡ vào cột thép mạ kẽm liên kết bằng ốc hãm D20
- Cáp thoát sét 70mm2 đi luồn bên trong cột thép mạ kẽm cao 14 mét
Sinh viên Lương Văn Tiến

6


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
- Cột thép mạ kẽm cao 14 mét
- Hộp kiểm tra tiếp địa
- Hệ thống nối đất chống sét (

RND 100m)

- Cốt san nền
- Cọc thép mạ đồng D14 dài 24m
- Bộ kẹp tiếp đất bằng đồng đặc chủng

- Băng đồng tiếp đất 25×3mm
Trong đó mặt cắt M-M chi tiết chân trụ đỡ gồm:
- Cột thép mạ kẽm 14 mét
- Lỗ cho cáp thoát sét 70mm2
- Mặt bích tam giác dây 180×120×6mm
- Chụp đầu chân trụ đỡ D140 vào cột thép mạ kẽm liên kết cột thép cao 14m
đường kính trong 121 m đường kính ngoài 140 m
Trong đó hộp tiếp địa gồm:
- Nút mở cửa hộp
- Hộp sắt sơn tĩnh điện
- Bulong, ecu đầu cốt đồng M70
Mặt cắt kết cấu một cực tiếp đất
Đất được nén chặt
Đất lẫn cát, sỏi, đất sét , cốt san nền
Băng đồng tiếp đất 25×3MM
Cọc thép mạ đồng D14 dài 24m
Mặt bằng rãnh tiếp đất
Cọc thép mạ đồng D14 dài 24m
Cáp thoát sét 70mm2 đi luồn bên trong cột thép mạ kẽm 14m
Băng đồng tiếp đất 25×3mm
Bộ kẹp tiếp đất bằng đồng đặc chủng

Sinh viên Lương Văn Tiến

7


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
1.3. Những yêu cầu khi thiết kế tính toán thiết kế hệ thống chống sét và
tiếp địa bảo vệ thiết bị điện

- Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ 110 kV trở lên do có mức cách điện
cao nên có thể đặt cột thu lôi trên kết cấu của trạm phân phối. Các trụ của các kết cấu
trên đó có đặt côt thu lôi phải được ngắn nhất và sao cho dòng điện sét Is khuếch tán
vào trong đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệ thống nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết
cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiện trị số của điện trở nối đất.
- Nơi yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp 110 kV là cuộn dây của
máy biến áp, vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu
khoảng cách giữa 2 điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và vỏ máy biến áp
theo đường điện phải lớn hơn 5 m.
- Khi bố trí cột thu lôi trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110 kV trở lên
phải thực hiện các yêu cầu sau:
+ Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có
nối đất bổ sung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không
được quá 4Ω (ứng với dòng điện 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 chiều dài của chuỗi sứ.
- Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp
điện áp 110 kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện.
- Khi dùng cột thu lôi độc lập 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 vật được bảo
vệ.
- Khi dùng cột đèn chiếu sáng để làm giá đỡ cho cột thu lôi phải cho dây dẫn
điện đến đèn vào ống chì và chôn vào trong đất.
- Để đảm bảo về mặt cơ tính và để chống ăn mòn cần phải theo đúng qui định
về loại vật liệu, tiết diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dưới đất:

Sinh viên Lương Văn Tiến

8

Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
Loại vật liệu
Thép mạ tròn
Thép dẹt mạ

Dây dẫn dòng điện
sét

điện
Φ 8 mm

Φ 10 mm

20x2,5 mm 2

30x3,5 mm 2
Không
được

kẽm Cáp thép
Thanh đồng

Không được dùng

tròn Thanh đồng
Dây đồng
dẹt

20x2,5 mm 2

Thanh
xoắn nhôm
tròn

Dây dẫn dòng

Φ 8 mm
Không được dùng

dùng Φ 8 mm
20x2,5 mm 2
Không
được

Không được dùng dùng Không
Bảng 1.1. Thông số vật liệu
dùng

được

Đối với các công trình tập trung như nhà máy, xí nghiệp, trạm điện, trạm
biến áp…thường được thực hiện bằng cột thu lôi. Trong những điều kiện cho phép
nên tận dụng các độ cao của các công trình trong trạm như các xà để làm giá đỡ cho
cột thu lôi. Ví dụ đối với các trạm biến áp 110 kV trở lên thì cột thu lôi thường đặt
trên các xà và để nối cột thu lôi với hệ thống nối đất thì dùng ngay xà ấy nếu là xà sắt
hay dùng cốt sắt ở bên trong nếu là cột bê tông cốt sắt.
Đối với cột thu lôi độc lập nếu:
+ Độ cao h của cột thu lôi không quá 20 m thì dùng các ống kim loại ghép lại.
+ Độ cao h �20 m dùng loại kết cấu kim loại kiểu mạng làm giá đỡ bộ phận thu

sét.
Nhưng kinh tế nhất là dùng cột thu lôi có giá đỡ bằng gỗ nếu như độ cao h của
cột thu lôi không quá 20 m và giá đỡ bằng cột bê tông cốt thép đối với cột thu lôi cao
quá 20 m, khi đó nên tận dụng cốt thép của cột làm dây dẫn dòng điện sét từ phần thu
sét đến hệ thống nối đất. Trong trường hợp dùng giá đỡ bằng gỗ phải dùng dây dẫn
riêng đặt dọc theo giá đỡ.
Cột thu lôi được thiết kế để làm việc ở trạng thái tự do không được làm việc ở
trạng thái căng. Khi chọn tiết diện các phần tử của cột thu lôi dựa trên sự phát nóng
của chúng và trong trong tính toán có thể bỏ qua sự tản nhiệt ra môi trường xung
quanh.
Kích thước tiêu chuẩn của một số loại kim thu sét:
+ Kim bằng thép tròn:
Sinh viên Lương Văn Tiến

9


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
Chiều cao có ích ha
(mm)

Đường kính nhỏ nhất
(mm)

200 ~ 1000

12

1000 ~ 2000

16

2000 ~ 3000

19

+ Kim bằng thép ống:

Chiều cao có ích ha

Đường kính nhỏ nhất

(mm) 2000 ~ 3000

(mm) 16

3000 ~ 4000

22

4000 ~ 5000

25

Bảng 2.1. Chiều cao của kim loại thu sét

1.4. Các phương pháp tính toán thiết kế hệ thống chống sét và
tiếp địa bảo vệ
1.4.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi
- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền được giới hạn bởi mặt
ngoài hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình :
rx 

1, 6
(h  hx )
hx
1
h

Trong đó :
h là chiều cao của cột
hx là độ cao cần bảo vệ
h – hx = ha là chiều cao hiệu dụng của cột
Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hóa, được tính theo công thức sau:
+

h

2
x
Nếu hx  h thì rx  1,5h(1  0,8h )

Sinh viên Lương Văn Tiến

3

10

(1-2)


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
+

2
3

Nếu hx  h thì rx  0, 75h(1 

hx
)
h

(1-3)

a
0,2h
h

b

0,8h

c

0,75h

1,5h

rx

Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập
Chú ý: các công thức trên chỉ đúng khi cột thu lôi cao dưới 30 m. Hiệu quả của
cột thu lôi cao quá 30 m có giảm sút do độ cao định hướng của sét giữ hằng số. Có
thể dùng các công thức trên để tính phạm vi bảo vệ nhưng phải hiệu chỉnh kết quả
bằng cách nhân với hệ số hiệu chỉnh p =

và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp

và 1,5hp.
- Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi: Phạm vi bảo vệ của hai hay
nhiều cột thu lôi lớn hơn nhiều so với phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột đơn cộng
lại. Để hai cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa chúng phải thỏa
mãn điều kiện a < 7h.
- Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có cùng độ cao:

Sinh viên Lương Văn Tiến

11


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì
độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h 0 được tính như sau: h0  h 

a
7

R

0,2h
h

ho
0,75h

ho

hx

a

1,5h
r

x

r0x

Hình 1.4. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi cùng độ cao
Các phần bên ngoài giống như các trường hợp một cột còn phần bên trong
được giới hạn bởi vòng tròn đi qua 3 điểm hai đỉnh cột và điểm ở giữa có độ cao h 0,
mặt cắt thẳng đứng theo mặt phẳng vuông góc đặt giữa hai cột của phạm vi bảo vệ
được vẽ giống như một cột có độ cao h0, từ hai mặt cắt này có thể vẽ được phạm vi
bảo vệ của các mức cao khác nhau (hình 2-2).
Khi độ cao vượt quá 30 m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và độ cao
h0 cũng được tính theo ho
- Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi không cùng độ cao:

Cách vẽ phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có chiều cao khác nhau được trình
bày như hình (1.3). Trước tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao sau đó qua đỉnh cột
Sinh viên Lương Văn Tiến

12


Chương 1: Tổng quan về chống sét và tiếp địa bảo vệ
thấp vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3
điểm này được xem là đỉnh cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp hình thành
đôi cột có độ cao bằng nhau với khoảng cách a’.
Cột thấp hơn có độ cao h2 và cột cao hơn có độ cao h1.
- Khi h2 >
- Khi h2 <

h2
2
h1 thì: a' = a 0, 75h1 (1  )
h1
3

(1-4)

h2
2
)
h1 thì: a' = a 1,5h1 (1 
0,8 �
h1
3

(1-5)

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa 2 cột thu lôi h0 được tính như sau:
h0  h2 

a'
7

Khi độ cao vượt qúa 30 m cũng có các hiệu chỉnh tương tự như trên và độ cao
a'

h0 cũng được tính theo h0  h2  7 p .

0,2h2

h1

h2

1,6h2

0,75h2

a'
a

Hình 1.5. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi không cùng độ cao
- Phạm vi bảo vệ của nhóm cột thu lôi:
Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng một vài

cột thu lôi thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho thi công, lắp ráp. Trong các trường
hợp này sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ. Phần ngoài của phạm vi bảo vệ được xác
định như của từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách a �7 h ). Không cần vẽ phạm vi bảo vệ
bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu lôi mà chỉ kiểm tra điều kiện an toàn. Vật
có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thỏa mãn điều kiện:
D �8( h  hx )  8ha
Sinh viên Lương Văn Tiến

(1-6)
13