Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Đại học Bách Khoa Hà Nội
Bộ môn Hệ thống Điện

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập Tự do Hạnh phúc
***
Nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp
Họ và tên:
Lớp :
I. Đầu đề thiết kế:
Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110 / 35 kV.
(Sơ đồ trạm cho nh hình vẽ)
II. Các số liệu ban đầu:
Trạm biến áp 110/35 kV có:
Kích thớc trạm là 100x64m
Bốn lộ 110 kV đi vào
Hai máy biến áp
Điện trở suất của đất là
đ
= 0,8.10
2
.m
Điện trở của cột đờng dây R
C
= 10
Cùng sơ đồ mặt bằng đi kèm
III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán
1. Tính toán phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp.
2. Tính toán nối đất cho trạm.
3. Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đờng dây 110 kV.

2. Tình hình giông sét ở Việt Nam.
3. Kết luận :
Ch ơng 1 : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp
I. Khái niệm chung
II. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào
trạm biến áp
III. Tính toán thiết kế các phơng án bố trí cột chống sét
1.Các công thức sử dụng để tính toán
2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp
3. Vạch các phơng án bảo vệ
3.1- Phơng án 1
3.2 Phơng án 2
3.3 Kết luận chung
Chơng 2 : Tính toán nối đất trạm biến áp
I.Giới thiệu chung

3
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
II- Các số liệu dùng để tính toán nối đất.
III- tính toán hệ thống nối đất
1. Tính toán nối đất an toàn.
2. Nối đất chống sét
3. Nối đất bổ xung.
3.1. Điện trở của thanh.
3.2. Điện trở của cọc.
3.3. Điện trở bổ xung.
3.4. Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung.

Chơng mở đầu
Quá điện áp khí quyển
và tình hình chống sét ở Việt Nam
Nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một
lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành tựu tiên tiến,
đảm bảo phòng chống sét một cách hữu hiệu, an toàn, đáp ứng đợc nhu cầu
thực tiễn đòi hỏi. Tuy nhiên giông sét là hiện tợng tự nhiên : mật độ, thời
gian và cờng độ hoạt động mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy trong nghiên cứu
chống sét vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết.
1. Hiện tợng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp
khí quyển.
1.1. Quá trình phóng điện của sét
Sét là một trờng hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các
điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét
giống nh quá trình xảy ra trong trờng không đồng nhất. Khi các lớp mây đ-
ợc tích điện (khoảng 80% số trờng hợp phóng điện sét xuống đất diện tích
của mây có cực âm tính). Tới mức độ có thể tạo nên cờng độ lớn sẽ hình
thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng
điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo.
Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu
tiên khoảng 1,5.10
7
cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt tới 2.10
8
cm/s
(trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau trung
bình là ba lần).
Tia tiên đạo là môi trờng plama có điện dẫn rất lớn. Đầu tia nối với
một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích
của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem nh gần

e10
s


=
V
i
: xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện i
s
Quy luật này cũng đợc biểu thị trên đờng cong (hình 1)
Độ dốc trung bình : a =
ds
s
T
I
( T
ds
: độ dài đầu sóng)

7
60
20
40
60
80
100
0
20
40
80

50
0
0,2
0,4
0,8
KA/às
a
1,0
U
a
Hình 2
I
s
= a.t
I
s
= a.T
ds
Hình 3
T
ds
I
s
I
s
/2
T =
is =I
s
t

s
. n
ng.S
= (0,1 ữ 0,15) n
ng.S
2. Tình hình giông sét ở Việt Nam.
Việt Nam là một nớc khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hoạt động của giông
sét có cờng độ mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều cản trở đến đời sống, xã hội
con ngời.
Theo đề tài KC - 03 - 07 của Viện Năng lợng, số ngày giông sét trên
miền Bắc nớc ta thờng dao động trong khoảng từ 70 ữ 100 ngày và số lần
giông từ 150 ữ 300 lần, vùng giông sét nhiều nhất trên miền Bắc là vùng
Tiên Yên - Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 ữ 300 lần. Tập trung
trong khoảng từ 100 ữ 110 ngày. Tháng nhiều giông nhất là các tháng 7, 8
có tới 25ngày/tháng. Nơi ít giông nhất miền Bắc là vùng Quảng Bình, hàng
năm chỉ có khoảng 80 ngày giông.
Nhìn chung ở Bắc bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ tháng 5 ữ
tháng 6, ở phía Tây của Trung Bộ và Bắc Bộ mùa giông tơng đối sớm hơn.
Bắt đầu vào tháng 4 quá trình diễn biến của mùa giông thờng có xê dịch
trong khoảng tháng 5, tháng 6 là nhiều nhất. ở miền Nam cũng khá nhiều

9
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
giông, hàng năm trung bình quan sát đợc từ 40 ữ 50 ngày (đến 100 ngày tuỳ
nơi) khu vực nhiều giông nhất là vùng Đồng bằng Nam Bộ, số ngày giông
hàng năm trung bình lên tới 120 ữ 140 ngày (Sài Gòn : 138 ngày, Hà Tiên :
129 ngày).
ở Bắc Bộ chỉ có khoảng trên dới 100 ngày. Mùa đông ở Nam Bộ từ
tháng 4 ữ tháng 9 trừ tháng 11 có số ngày giông trung bình 10 ngày/1
tháng. Còn suốt 6 tháng từ tháng 5 ữ 11 mỗi tháng đều quan sát đợc trung

Từ các số liệu về ngày giờ giông, số liệu đo lờng nghiên cứu thực
hiện qua các giai đoạn, có thể tính toán để đa ra số liệu dự kiến về mật độ
phóng điện xuống đất cho các khu vực nh ở bảng 2.
Qua số liệu nghiên cứu ở trên ta thây rằng Việt Nam là nớc có số
ngày giông nhiều, mật độ sét lớn. Vì vậy giông sét là hiện tợng thiên nhiên
gây ra nhiều thiệt hại cho lới điện và các công trình quan trọng của Việt
Nam.
Số ngày
giông
Khu vực ven
biển miền
Bắc
Khu vực
trung du
miền Bắc
Khu vực cao
nguyên miền
Ttrung
Khu vực ven
biển miền
Trung
Khu vực ven
biển miền
Nam
20 ữ 40 2,43 ữ 4,86 2,4 ữ 4,2 1,2 ữ 2,4 1,22 ữ 2,44 1,26 ữ 2,52
40 ữ 60 4,86 ữ 7,29 4,2 ữ 6,3 2,4 ữ 3,6 2,44 ữ 3,65 2,52 ữ 3,78
60 ữ 80 7,29 ữ 9,27 6,3 ữ 8,4 3,6 ữ 4,8 3,65 ữ 4,87 3,78 ữ 5,04
80 ữ 100 9,27 ữ 12,15 8,4 ữ 10,5 4,8 ữ 6,0 4,87 ữ 6,09 5,04 ữ 6,3
100 ữ 120 12,15 ữ 14,5 10,5 ữ 12,6 6,0 ữ 7,2 6,09 ữ 7,31 6,3 ữ 7,36
Bảng 2 : Số ngày giông sét ở các khu vực

khu vực an toàn bên dới hệ thống này. Cột chống sét làm bằng sắt, bê tông
hay cột gỗ.
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 xuất hiện trên bộ
phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến các thiết bị khác
gần đó. Bởi vì khi có sét đánh vào bộ phận chống sét thì trên đó có một điện
áp d, nếu điện áp d này đủ lớn thì nó có thể phóng điện qua các thiết bị
khác lân cận. 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.

12
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp

II. Tính toán thiết kế các ph ơng án bố trí cột chống sét
Dựa vào đặc điểm của trạm ta có thể đặt cột chống sét độc lập hay trên
kết cấu của trạm biến áp. Ta bố trí sơ bộ cột chống sét và số lợng cột chống
sét trên cơ sở tận dụng các độ cao của các thiết bị kết cấu của trạm.
1.Các công thức sử dụng để tính toán
a) Cột chống sét
*) Độ cao cột chống sét:
h =h
x
+ h
a
(1-1)
Trong đó: + h
x

x
: là bán kính của phạm vi bảo vệ ở đô cao h
x
Tuy nhiên việc sử dụng công thức (1-2) trong thực tế thì mà ngời ta chia
ra các trờng hợp sau để tính toán dạng công thức đơn giản hoá:
+ Nếu h
x
2/3h
)
h,
h
.(h.,r
x
x
80
151 =
(1-3)
+ Nếu h
x
> 2/3h
)
h
h
.(h,r
x
x
= 1750
(1- 4)

13

x
xo

+
=
r
ox
0,2h
h
x
h
o
=h-a/7
0,2h
o
a
1, 5h
0,75h
h
0,75h
o
1, 5h
o
r
x
R
x

Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có cùng độ cao
- Trờng hợp hai cột chống sét có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm

- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột chống sét 2 có độ cao h
2
, khi đó các
khoảng cách a
12
= a; a
12
= a
'
. Khi đó xác định đợc các khoảng cách x và a
'
nh sau với giả sử h
2
> h
1
.
+ Nếu h
1
> 2.h
2
/3:
a = a- 0,75(h
2
h
1
) (1-7)
+ Nếu h
1



=
(1-9)
Tơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột 1 và 2 là:
7
a'
hh
o
=
2
(1-10)
+ Nếu h
x
> 2.h
0
/3 ta có:
r
0x
= 0,75.h
0
(1- h
x
/h
0
) (1-11)
+ Nếu h
x


2h
0

giác), tạo bởi các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ đợc.
+ h
a
: Là độ cao tác dụng của cột chống sét.
+Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột chống sét bao giờ cũng lớn hơn
phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột chống sét có
thể phối hợp đợc với nhau để bảo vệ đợc vật có độ cao h
x
nào đó là: a 7h.
Để xác định đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác ta sử dụng các
công thức tính diện tích tam giác sau:
S =
R.
c.b.a
4
; S =
)cp).(bp).(ap.(p
)(
)cp).(bp).(ap.(p.
c.b.a
R 131
4


=
Trong đó: + p: là nửa chu vi tam giác (1;2;3):
2
cba
p
++

0,2h
h

h

1,2h
0,6h
a
0,2h
2b
x

1,2h
h

0,6h
h
x

2b
x

4
0







=
h
h
h.,b
x
x
160
(1-17)
*) Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét
Khi đặt hai dây thu sét cách nhau một khoảng s = 4h thì mọi điểm
trên mặt đất đợc bảo vệ nếu khoảng cách s < 4h. Phần bên ngoài của phạm
vi bảo vệ đợc xác định nh trờng hợp một dây, còn phần bên trong đợc giới
hạn bởi vòng cung qua ba điểm: hai điểm treo dây chống sét và điểm giữa
có độ cao
4
a
hh
o
=

Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét
2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến
áp
- Trạm có diện tích là: 100m x64m và bao gồm:

121
=+=+=
Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(69,4
8
5,37
8
D
h
1
1a
===
+Xét nhóm cột 2;3;5;6 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(5,375,255,27llD
222
52
2
232
=+=+=

Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(69,4
8
5,37
8
D
h
1
1a

)m(69,4
8
5,37
8
D
h
1
1a
===
+Xét nhóm cột 7;8;10;11 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(4,325,2522llD
222
87
2
1075
=+=+=


20
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(2,4
8
68,33
8
D
h
5
5a

)m(2,4
8
68,33
8
D
h
7
7a
===
+Xét nhóm cột 11; 12;14;15 ta có:
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo chính nh sau:
)m(68,335,2522llD
222
1211
2
14118
=+=+=

Độ cao tác dụng của nhóm cột này là:
)m(2,4
8
68,33
8
D
h
8
8a
===
Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột chống sét, có thể lấy chung
một giá trị độ cao tác dụng tối thiểu của cột chống sét toàn trạm là chiều

7,10
1.17.5,1
h.8,0
h
1h.5,1r
x
x
=






=






=
+ Bán kính bảo vệ ở độ cao 21m: h
x
=10,7 m < 2/3 h. Do vậy ta có:
)m(44,11
21.8,0
7,10
1.21.5,1
h.8,0

Vì h
x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(2
36,13
7,10
1.36,13.75,0r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (2,3):
Ta có:
)m(36,13
7
5,25
17
7
a
hh
o
===
Vì h

0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:

22
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
)m(78,1
07,13
7,10
1.07,13.75,0r
x0
=






=

+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (3;6):
)m(07,13
7
5,27
17
7
a
hh
o
===
Vì h

o
===
Vì h
x
< 2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ nh sau:
)m(19,6
5,17.8,0
7,10
1.5,17.5,1r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (6;9):
a= a 0,75.(h
1
h
2
) = 27,5 0,75.( 21 - 17) = 24,5
)m(5,17
7
5,24
21

1.14.5,1
h.8,0
h
1h.5,1r
x
x
=






=






=
+ Bán kính bảo vệ ở độ cao 21m: h
x
=7,5 m < 2/3 h. Do vậy ta có:
)m(44,17
21.8,0
5,7
1.21.5,1
h.8,0
h

21
7
a
hh
o
===
Vì h
x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(25,8
5,18
5,7
1.5,18.75,0r
x0
=






=

+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (9,12):
a= a 0,75.(h
1
h
2

7
22
14
7
a
hh
o
===
Vì h
x
>2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:
)m(52,2
86,10
5,7
1.86,10.75,0r
x0
=






=
+ Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (12,15):
)m(86,10
7
22

)m(11,18
7
25,20
21
7
a
hh
o
===
Vì h
x
<2/3 h
0
nên ta có phạm vi bảo vệ là:

24
Khoa đại học tại chức đồ án tốt nghiệp
)m(1,13
11,18.8,0
5,7
1.11,18.5,1r
x0
=






=



=
c) Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với các thiết bị và công trình nằm
ngoài phạm vi các cột
Các thiết bị đều đợc an toàn khi đặt các cột bảo vệ nh trên.
* Nhận xét: các cột bảo vệ có chiều cao cụ thể nh sau:
h
1
= h
2
= h
3
= h
4
= h
5
=h
6
= 17m
h
7
= h
9
= h
14
= 21m
h
10
= h