Đồ án

" Kỹ thuật điện
cao áp" -1-

Đồ án – Kỹ thuật điện cao áp 1- ĐầU Đề THIếT Kế
Bảo vệ chống sét trạm biến áp và đường dây
Trạm biến áp
+ Sơ đồ 110kV 2TG+TGV
220kV 2TG+TGV
+ Độ cao cần bảo vệ 110kV 11 m
220kV 16.5m
+ Mặt bằng: …………………………… + Mặt cắt :
……………………………
+ Máy biến áp 2AT 110/220kV
+ Đường dây vào trạm 110kV 2
220kV 5
+ Điện trở suất của đất 80Ω.m
đường dây
+ Cấp điện áp 220kV
+ Cột

+ Số ngày giông sét 80
2- Nội dung các phần tính toán
- Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp
- Tính toán nối đất cho trạm biến áp
- Tính toán chỉ tiếu chống sét của đường dây 220kV
- Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp từ phía đường dây 220 kV
3- các bản vẽ
- Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
- Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm
- Phương pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đường dây
- Các kết quả tính toán bảo vệ trạm biến áp chống sóng truyền.
4- cán bộ hướng dẫn :
5- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế :
6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ
Nộp quyển
Bảo vệ

Cán bộ hướng dẫn
(Ghi rõ họ tên và ký tên)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XẫT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP


Ngày tháng năm
Giáo viên duyệt
( Ký, ghi rõ họ và tên )

Lời nói đầu
* * * -4-
Đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, ngành điện giữ một
vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Trong cuộc sống điện
năng rất cần cho phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Cùng với sự phát triển của xã hội đòi
hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục và có chất luợng cao. Xuất phát t
ừ thực tế
đó việc đảm bảo cho các trạm biến áp và đường dây truyền tải làm việc an toàn, không
gặp sự cố, không gây gián đoạn cung cấp điện đặc biệt quan trọng.
Nhằm hoàn thiện kiến thức đã được học và bước đầu làm quen với thực tế em đã được
khoa Điện và bộ môn Hệ Thống Điện trường đại học Bách Khoa Hà Nội giao nhi
ệm vụ
thiết kế tốt nghiệp với đề tài: ”Bảo vệ chống sét cho đường dây và trạm biến áp
110/220kV”.
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy, cô giáo trong
bộ môn đặc biệt là trong suốt quá trình hoàn thành đồ án.

Hà nội tháng 6-2007
Sinh viên

Chương iii Error! Bookmark not defined.
Bảo vệ chống sét đường dây Error! Bookmark not defined.
3.1. Mở đầu Error! Bookmark not defined.
3.2. Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây Error! Bookmark not defined.
3.2.1.Cường độ hoạt động của sét Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Số lần sét đánh vào đường dây. Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Số lần phóng điện do sét đánh vào
đường dây Error! Bookmark not defined.
3.2.4. Số lần cắt điện do sét đánh vào đường dây Error! Bookmark not defined.
3.2.5. Số lần cắt điện do quá điện áp cảm ứng. Error! Bookmark not defined.
3.3. Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Mô tả đường dây cần bảo vệ Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Độ võng, độ treo cao trung bình, tổng trở, hệ số ngẫu hợp của đường dây. . Error!
Bookmark not defined.
3.3.3. Tính số lần sét đánh vào đường dây.
Error! Bookmark not defined.
3.3.4. Suất cắt do sét đánh vào đường dây. Error! Bookmark not defined.
chương IV Error! Bookmark not defined.
Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm Error! Bookmark not defined.
4.1. Mở đầu. Error! Bookmark not defined.
4.2. Phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào
trạm. Error! Bookmark not defined.
4.2.1. Tác dụng của sóng bất kỳ lên điện trở phi tuyến đặt ở cuối đường dây. Error!
Bookmark not defined.
4.2.2. Sóng bất k
ỳ tác dụng lên chống sét van đặt cuối đường dây.Error! Bookmark not
defined.
4.2.3. Sóng bất kỳ tác dụng lên điện dung đặt cuối đường dây (phương pháp tiếp tuyến).
Error! Bookmark not defined.
4.3.Tính toán bảo vệ khi có sóng quá điện áp truyền Error! Bookmark not defined.

Sơ đồ: 110kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng.
220kV Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng.
Độ cao c
ần bảo vệ: 220kV là 16,5 m
110kV là 11 m
Máy biến áp: 2AT 110/220 kV
Đường dây vào trạm: 110kV 2
220kV 5
Điện trở suất của đất: 80 Ω.m
Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt đi kèm.
-7-
chương I
bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
1.1. các yêu cầu:
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ
thống bảo vệ.
Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các yêu cầu cụ thể, hệ thống các cột thu sét
có thể được đặt trên các độ cao có sẵ
n như xà, cột đèn chiếu sáng hoặc được đặt độc lập.
Khi đặt hệ thống cột thu sét trên kết cấu của trạm sẽ tận dụng được độ cao vốn có của
công trình nên sẽ giảm được độ cao của cột thu sét. Tuy nhiên đặt hệ thống thu sét trên các

dòng điện sét chạy qua.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu sét thì các dây dẫn điện đến đèn
phải được cho vào ống chì và chèn vào.
1.2. phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét:
1.2.1. Phạm vi bảo vệ 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 trên công trình. Cột thu sét tạo ra một
khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vậ
t cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét đánh gọi
là phạm vi bảo vệ.
a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập.

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 xác định bởi phương trình.

)(
1
6,1
X
X
X
hh
h
h
r −
+
=

1(5,1
h
h
hr
x
X
−=
(1.2)
Nếu
hh
X
3
2
>
thì
)1(75.0
h
h
hr
x
X
−=
(1.3)
Các công thức trên chỉ đúng khi cột thu sét cao dưới 30m. Hiệu quả của cột thu sét cao trên
30m 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 hệ số hiệu chỉnh
h
p
5,5
=

0,8h
h-10-
Nếu
0
3
2
hh
x
≤
thì
)
8,0
1.(.5,1
0
00
h
h
hr
x
x
−=
(1.5)
Nếu
0
3
2
hh

(1.7)

Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao giống nhau. c. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.
Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h
1
và h
2
khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo
vệ được xác định như sau:
Vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao (cột 1) và cột thấp (cột 2) riêng rẽ. Qua đỉnh cột thấp
(cột 2) vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3 điểm này
được xem là đỉnh của một cột thu sét giả định. Cột 2 và cột 3 hình thành đôi cộ
t có độ cao
bằng nhau và bằng h
2
với khoảng cách a’. Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ
0,75h
a
1,5h
R
rox
1
2
hx
h0
h
rx

12
3
2
hh >
ta có công thức:
)1(75,0
1
2
1
h
h
hx −=
(1.8)

xaa
−
=
'
(1.9)
Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ cột 1.
d. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét (số cột >2).
Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một đa giác thì độ cao của cột thu lôi phải
thoả mãn:

a
hD 8
≤
(1.10)
Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột.
Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có: +

≥
(1.14)
0,2h1
0,8h1
h1
ho
2
1
3
0,75h2
a'
x
0,75h1
1,5h2
a
1,5h1
0,8h2
0,2h2
h2-12-

Hình1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột tạo thành tam giác và chữ nhật.


-13-
Hình1.5 : Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét.
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thu sét ta có
các hoành độ 0,6h và 1,2h.
Nếu
hh
x
3
2
≤
thì
)
8,0
1.(.2,1
h
h
hb
x
x
−=
(1.15)
Nếu
hh
x
3
2
>
thì
)1.(.6,0

Ta bố trí các cột thu sét như sau:
Phía 220kV đặt 12 cột
Phía 110kV đặt 8 cột: Hai cột 15, 19, đặt trên xà cao 11 m;các cột 13, 14, 16, 17, 18,
20 được xây dựng.
0,2h
0,8h
h
ho
0,6h 1,2h
S
bx
12-14-

Hình 1.7: Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét

1.3.1.2. Tính toán cho phương án 1
a). Tính độ cao tác dụng của cột thu sét:
Để tính được độ cao tác dụng h
a
của các cột thu sét ta cần xác định đường kính D của
đường tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua ba (hoặc bốn) đỉnh cột. Để cho toàn bộ diện
tích giới hạn bởi tam giác (hoặc bốn) đó được bảo vệ thì phải thoả mãn điều kiện :
.
8
D
h
a

=16.5 m và h
max
=6.13m.
Ta chọn h
a
=6.5 m Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 220 kV là :

)(235.65.16
0
mhhh
ax
=
+=+=

phía 110kV:
1
2
3
4
56
7
8
9
10
11
12
14
15
20
19

6,93 13-14-15-
16
35,80 29,30 46,26 5,78
15-16-17-
18
35,80 24,70 43,49 5,43
Nhúm cột
a
(m)
b
(M)
c
(m)
p
(m)
D
(m)
h
a

(m)
h
a.max
(m)

33.1523.
3
2
11 =<=
x
h
vậy
)(88.13)
23.8,0
11
1.(23.5,1
5,010
mr =−=

Bán kính bảo vệ ở độ cao 16.5m.
Do
33.1523.
3
2
5.16 =>=
x
h
vậy
)(88.4)
23
5.16
1.(23.75,0
5.016
mr =−=


(m)
h
0

(m)
2/3*h
0
(m)
r
0x
(m)
h
x
=16.5
1-2 23,00 34.0 18.14 12.10 1.23
1-5 23,00 35.30 17.96 11.97 1.09
5-9 23,00 34.00 18.14 12.10 1.23
110kV
Cặp cột

Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0

(m)
2/3*h
0

(m)
h
x
=11
4-19 23-18.5 44.45 3.38 41.07 12.63 1.22
12-13 23-18.5 48.24 3.38 44.86 12.09 0.82

1.3.1.3. Phạm vi bảo vệ phương án 1. -17- Hình 1.8: Phạm vi bảo vệ phương án 1
1.3.1.4. Kết luận:
Phương án bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra.
Tổng số cột: 20 cột trong đó có 12 cột 23 m , 8 cột 18.5 m.
Tổng chiều dài : 12.(23-16.5)+2.(18.5-11)+6.18,5=197.5 m.
1.3.2. Phương án 2.
1.3.2.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét.
Ta bố trí các cột thu sét như sau:
Phía 220kV đặt 9 cột:Sáu cột 1, 3, 4, 6, 7, 9 đặt trên xà ; 3 cột 2, 5, 8 được xây dựng.
Phía 110kV đặt 6 cột: Hai cột 12,14 đặt trên xà cao .Con lại bốn cột 10,11,13,15 được xây
dựng.

NHểM CỘT ĐỘC LẬP PHÍA 220kV
Loại
cột
Nhúm
cột
a
(m)
b
(m)
D
(m)
h
a

(m)
h
a.max

(m)
Chữ
nhật
1-2-4-5 51 35.3 62.02 8.86
9.17
2-5-6-3 51 35.3 62.02 8.86
4-7-8-5 51 39 64.20 9.17
5-6-8-9 51 39 64.20 9.17
Từ bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là h

a

(m)
h
a.max

(m) Nh
Đ
iÒu KhiÓn
1
3
4
6
11
15
2
78
9
5
14
12
13
10-19-
Chữ


(m)
h
a.max
(m)
Tam
giỏc
3-14-12 44.45 48.55 60.45 76.73 61.21 7.65
7.65
9-10-12 46.39 54.77 47.81 74.49 57.89 7.23
6-9-12 38.94 54.77 44.34 69.13 55.31 6.91
3-6-12 35.36 60.44 44.34 70.07 61.04 7.63

Từ bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là h
x
=11m và h
max
=7.65m.
Ta chọn h
a
=8m. Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110kV là :

)(19811
0
mhhh
ax
=
+
=
+

26.8,0
11
1.(26.5,1
011
mr =−=

Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 19 m.
Bán kính bảo vệ ở độ cao 11 m.
Do
67.1219.
3
2
11 =<=
x
h
vậy
)(88.7)
19.8,0
11
1.(19.5,1
016
mr =−=

c). Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên :

NHểM CỘT CẠNH NHAU
220kV
Cặp cột

Độ cao cột


Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0

(m)
2/3*h
0

(m)
r
0x

(m)
h
x
=11m
10-11 19 35.8 13.89 9.26 2.16
11-13 19 47.75 12.18 8.12 0.88
13-15 19 48.55 12.06 7.04 0.80
15-14 19 35.8 13.89 9.26 2.16
NHểM CỘT Cể ĐỘ CAO KHÁC NHAU
Cặp
cột

Độ cao cột
(m)

Tổng số cột: 15 cột trong đó có 9 cột 26 m , 6 cột 19 m.
Tổng chiều dài cột: 9.(26-16.5)+2.(19-11)+4.19=177.5 m.
1.3.3. Phương án 3.
1.3.3.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét:
Phía 220kV có treo 3 dây chống sét C-70 khoảng cách giữa hai dây lần lượt là:
S
14
=35.3 m; S
47
=34 m.
Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì
)(33.25
4
3.35
5.16
4
0
m
S
hh =+=+≥
.
Do dây thu sét bị võng nên độ cao của cột treo dây phải tính đến độ võng của dây.
Độ võng của dây chống sét là f=4 m.
Vậy độ cao cột treo dây thu sét :
)(33.29433.25
1
mfhh
=
+
=

2
78
9
5
14
12
13
10
Nh Đ iÒu KhiÓn-22-

)(79.25479.21
1
mfhh
=
+
=+=

Ta chọn h
1
= 26 m.

Hình 1.11 Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét và dây chống sét
1.3.3.2. Tính toán cho phương án 3
a.)Phạm vi bảo vệ của dây thu sét:

-Phía 220 kV
Tính cho hai vị trí cao nhất và thấp nhất.

11
1.(5,29.2,1 mb
x
=−=

Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây:

.68.20
4
3.35
5,29
4
0
m
S
hh =−=−=

Tại vị trí thấp nhất:

)(5,2545,29' mfhh
=
−
=
−
=
Bảo vệ ở độ cao 16.5 m:
1
2
3
4

3
2
11
==<= hh
x
thì
).(1.14)
5,25.8,0
11
1.(5,25.2,1 mb
x
=−=

Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa hai dây: )(67,16
4
3.35
5,25
4
'
0
m
S
hh =−=−=

-Phía 110 kv
Tại vị trí đầu cột:
Bảo vệ ở độ cao 11 m:

=
−
=
−=
Bảo vệ ở độ cao 11 m:
Do
67.1422.
3
2
3
2
11 ==<= hh
x
t hì
).(9.9)
22.8,0
11
1.(22.2,1 mb
x
=−=

b.)Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét:
Nhóm cột độc lập
-Phía 220 kV
Ta đặt cột thu sét bao biên có độ cao 29,5m.
Do
67,195,29.
3
2
11 =≤=

3
2
11 =≤=
x
h
vậy
)(38,18)
26.8,0
11
1.(26.5,1
011
mr =−=
-24-
c). Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên :
NHểM CỘT CẠNH NHAU
220kV
Cặp cột

Độ cao
cột
(m)
a
(m)
h
0

(m)

0x

(m)
h
x
=11m
3-6 26.00 35.3 20.96 13.97 10.82
6-9 26.00 43.15 19.84 13.22 9.14

1.3.3.3. Phạm vi bảo vệ của phương án 3: