n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 1
Chơng mở đầu :
hiện tợng dông sét và ảnh hởng của dông sét đến hệ
thống điện việt nam
MĐ.1.Hiện tợng dông sét
Dông sét là một hiện tợng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi
khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km).
Hiện tợng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa
các đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất.
Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích
điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tợng phóng điện này gây nhiều
trở ngại cho đời sống con ngời.
Các đám mây đợc tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cờng độ
điện trờng lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai
đoạn phóng điện 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, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên
khoảng 2.10
8
cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp
nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện
tích, chúng sẽ lần lợt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là môi trờng Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia đợc nối với một
trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm
này đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này đợc phân bố khá đều dọc theo
chiều dài tia xuống mặt đất. Dới tác dụng của điện trờng của tia tiên đạo, sẽ có
sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình

I
max
Hình M-1
:
Sự biến thiên của dòng diện sét theo thời gian
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 3
Việt Nam là một trong những nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ dông sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nớc Việt nam có một đặc
điểm dông sét khác nhau :
+ ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70 ữ 110 ngày trong một năm và số
lần dông từ 150 ữ 300 lần nh vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2 ữ 3 cơn
dông.
+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ
250 ữ 300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ữ 110 ngày. Tháng nhiều dông nhất
là các tháng 7, tháng 8.
+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thờng là khu vực chuyển tiếp giữa vùng
núi và vùng đồng bằng, số trờng hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên
đến 100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ữ 200 cơn dông mỗi năm,
tập trung trong khoảng 90 ữ 100 ngày.
+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dới 80
ngày dông.
Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không
hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông tập chung
trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía
Bắc (đến Quảng Ngãi) là khu vực tơng đối nhiều dông trong tháng 4, từ tháng 5
đến tháng 8 số ngày dông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5)
quan sát đợc 12 ữ 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ),
những tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi
tháng chỉ gặp từ 2 ữ 5 ngày dông.

- Khi sét đánh thẳng vào đờng dây hoặc xuống mặt đất gần đờng dây sẽ sinh
ra sóng điện từ truyền theo dọc đờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách
điện của đờng dây. Khi cách điện của đờng dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn
mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đờng dây
phải làm việc. Với những đờng dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có
thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm
việc không nhanh có thể dẫn đến rã lới. Sóng sét còn có thể truyền từ đờng dây
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 5
vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên
cách điện của trạm biến áp , điều này rất nguy hiểm vì nó tơng đơng với việc
ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng
điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không
hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố
lới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lới
điện.
*Kết luận:
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hởng của dông sét
tới hoạt động của lới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lới điện và
trạm biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lới điện.
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 6
Chơng i:
Bảo Vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp Vào
Trạm Biến áp 110/35 kV
1.1. Khái niệm chung:
Trong hệ thống điện trạm biến áp là một phần tử hết sức quan trọng thực hiện
nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Do đó khi các thiết bị của trạm bị sét
đánh trực tiếp thì sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng không những chỉ làm

Thông thờng để giảm vốn đầu t và cũng để tận dụng các độ cao ở các trạm
biến áp và các nhà máy điện ta cố gắng đặt các cột thu lôi trên các cột đèn chiếu
sáng, trên các kết cấu của trạm, trên mái nhà .Cột thu lôi độc lập đắt hơn nên chỉ
dùng khi không thể tận dụng đợc các chiều cao khác.
1.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh
trực tiếp vào trạm biến áp.
* Hệ thống chống sét phải đảm bảo tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đợc nằm
trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ.
* Đối với trạm phân phối ngoài trời có điện áp từ 110KV trở lên do có mức
cách điện khá cao nên có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm.Tuy nhiên
các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối vào hệ thống nối đất của
trạm theo đờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét i
S
khuếch tán vào đất theo 3
ữ
4
thanh nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu đó phải có nối đất bổ xung để cải
thiện trị số điện trở nối đất .
* Khâu yếu nhất của trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110KV trở lên là cuộn
đây máy biến áp .Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu
khoảng cách giữa hai điểm nối vào hệ thống nối đất của cột thu lôi và điểm nối vào
hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đờng điện. Tuy
nhiên nếu ta sử dụng hệ thống nối đất chung thì ta có thể bỏ qua yêu cầu này.
* Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm có đặt cột thu lôi và bộ
phận mang điện không đợc bé hơn độ dài của chuỗi sứ .
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 8
* Khi đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đợc độ cao của
phạm vi bảo vệ và sẽ giảm đợc độ cao của cột. Nhng mức cách điện của trạm
phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngợc từ hệ thống thu sét sang

a
- xác định theo nhóm cột với điều kiện là h
a
D/8.
. D-là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các cột .
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 9
1.3.2. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là miền giới hạn bởi mặt ngoài của
hình chóp tròn xoay có đờng sinh xác định bởi phơng trình :
r
x
=
( )
x
x
hh
h
h
1
6,1

+
Trong đó :
r
x
-Là phạm vi bảo vệ ở mức cao hx của cột thu lôi .
Để dễ dàng thuận tiện trong việc tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hoá. Đợc tính toán theo công thức :
- Nếu h

r
x
h
x
2/3h
0,75h
1,5h
0,75h
1,5h
0,2h
Hình 1.1Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 10
Khi cột có chiều cao trên 30m thì ta vẫn dùng công thức trên nhng phải nhân thêm
với hệ số hiệu chỉnh p =
h
5,5
Và trên hình vẽ ta sử dụng các hoành độ 0,75.h.p
1,5.h.p
1.3.3. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi thì lớn hơn nhiều so với tổng số
phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột đơn .Nhng để hai cột thu lôi có thể phối hợp
bảo vệ đợc khoảng giữa chúng thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn điều
kiện a

7.h
a) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có cùng độ cao .
Khi hai cột thu lôi có cùng độ cao h đặt cách nhau một khoảng cách là a(a

7.h)

h
3
2
>
thì r
0x
=
)
h
h
1.(h.75,0
0
x
0

Trong đó :
. h
0
-là độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi
. r
0x
-là bán kính phạm vi bảo vệ tại khoảng giữa hai cột thu lôi
Khi độ cao của cột thu lôi lớn hơn 30 m thì ta cũng phải thêm hệ số hiệu chỉnh
p nh mục 1.3.2 và tính h
0
theo
h
0
= h -
p.7

2
Trớc tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h
1
sau đó từ đỉnh của cột thấp h
2
gióng đờng thẳng ngang sang cột h
1
. Cắt đờng sinh của phạm vi bảo vệ của cột 1
tại điểm 3.
Điểm này đợc coi là đỉnh của cột thu lôi giả định (cột 3). Cột thu lôi giả định
này có cùng độ cao với cột 2 và hình thành đôi cột có chiều cao bằng nhau, cách
nhau một khoảng a
,
1,5h
0
0,75h
0
h
0
0,2h
0
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 12
Dễ dàng nhận thấy khoảng cách x từ h
1
(cột 1) đến cột giả tởng (cột 3) chính
là bán kính bảo vệ của cột cao h
1
đối với chiều cao cần bảo vệ bằng h
2

Nếu








=
0
000
8,0
1.5,1
3
2
h
h
hrhh
x
xx








=>

x
1,5h
2
0,75h
2
0,75h
1
1,5h
1
Hình 1.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
x
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: by Giangdt 13
c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
Khi công trình cần đợc bảo vệ chiếm một khu vực rộng lớn nếu chỉ dùng
một vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công và lắp ráp.
Trong trờng hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ. Phần ngoài
của phạm vi bảo vệ sẽ đợc xác định cho từng đôi cột một ( với yêu cầu khoảng
cách là a 7h ). Còn phần bên trong đa giác sẽ đợc kiểm tra theo điều kiện an
toàn.
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác sẽ đợc bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D 8.(h - h
x
) = 8.h
a
Trong đó :
D - đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét
h

nhµ ®iÒu khiÓn
64.0m
7,5 m
7,5 m
10,7 m
10,7 m
104.0m
3m 3m 9m
13,5m
15m
13m
22,5m
18m
9.0m
9.0m
9.0m
9.0m
6.0m
6.0m
6.0m
T1
T2
50.0m
110kV 35kV
H×nh 1.4. S¬ ®å mÆt b»ng tr¹m biÕn ¸p
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: 15
nhµ ®iÒu khiÓn
64,00m
7,5 m

đỉnh cột .
Để cho toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác ) đó đợc bảo
vệ thì : D 8.h
a
hay h
a

8
D
a. Xét các nhóm cột (1),(2),(6),(7):
Các nhóm cột này hình thành một hình chữ nhật có độ dài các cạnh là:
a
12
= 36,8 m
a
17
= 60 m
Đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là độ dài đờng chéo
của hình chữ nhật :
2 2 2 2
12 17
D= a +a = 36,8 +60 =70,39m
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bởi
chúng là:
a
D 70,39
h = =8,8m
8 8

b. Xét các nhóm cột (2),(3),(5),(6):

Bán kính đờng tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì đợc xác định
bởi công thức Hê rông:
)cp)(bp)(ap.(p.
c.b.a
r

=
4
2
cba
p
++
=
: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p
++
=
=
33,6 33,6 60
63,6
2
m
+ +
=
Từ đó :
))()(.(.2


= 9,47 m.
2. Tính độ cao của các cột thu lôi
Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp
đợc xác định bởi: h = h
a
+ h
x
Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.
+ h
x
: độ cao của vật đợc bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi.
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 18
- Đối với phía 110kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao là 10,7m
(h
x
= 10,7m) do đó độ cao tối thiểu của cột thu lôi là:
h = h
x
+ h
a
=10,7 + 9,47 = 20,17 m.
Để thi công thuận tiện và tăng phạm vi bảo vệ an toàn cho thiết bị ta nâng độ
cao của cột thu lôi cho phía 110kV là: h = 21 m
- Đối với phía 35kV của đề tài các thanh xà cần bảo vệ có độ cao là 7,5 m do
đó độ cao tối thiểu cột thu lôi là:
h = h




- Tính r
x
cho vật bảo vệ có độ cao 10,7m
h = 21 m : h
x
=7,5 m :
Ta có: h
x
= 7,5 <
2
3
h =
2
3
.21 = 14 m.
Nên:
x
x
h
7,5
r =1,5.h 1- =1,5.21 1- =17,44m
0,8.h 0,8.21



b) Phía 35kV:
h = 17 m : h

6
= h
7
=21 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 36,8 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
36,8
21 15,74
7 7
o
a
h h m= = =
- Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
ở độ cao 10,7m: h
x
= 10,7m >
3
2
h
o
= 10,5m.
Nên :
x
xo o
o
h
10,7
r =0,75.h 1- =0,75.15,74. 1- =3,78m.
h 15,74


h
10,7
r =0,75.h 1- =0,75.12,43. 1- =1,3m.
h 12,43
c, Xét cặp cột (2-3),(5-6).
Độ cao các cột: h
2
= h
6
=21 m
h
3
= h
5
=17 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 46,3 m.
3 2
2
h =17m> h =14m
3
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 20
2 3 3
2

3
2
.10,81 = 7,21m.
Nên :
x
xo o
o
h
7,5
r =0,75.h 1- =0,75.10,81. 1- =2,49m.
h 10,81
d, Xét cặp cột (3-4),(4-5).
Độ cao các cột: h
3
= h
4
= h
5
=17 m
Khoảng cách giữa hai cột là: a = 33,6m
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
o
a 33,6
h =h- =17- =12,20m

0
(m)
R
x
(m)
R
0
(m)
(1-2); (6-7)
36,8
-
21
15,74
11,44
3,78
(1-7)
60
-
21
12,43
11,44
1,30
(3-4); (4-5)
33,6
-
17
12,2
11,44
4,24
(2-3); (5-6)

1
7
2
4
6 5
110 kV 35 kV
T1
T2
3
R11,44m
R11,44m
R3,78m
R2,49m
R11,44m
R4,24m
R11,44m
R1,30m
R11,44m
R3,78m
R2,49m
R4,24m
R11,44m
R11,44m
R17,44m
R17,44m
H×nh 1.6. S¬ ®å ph¹m vi b¶o vÖ cét thu sÐt ph¬ng ¸n 1
n Tt Nghip K thut in cao ỏp
Sinh viờn thc hin: 23
1.5.2. Phơng án 2
Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí các cột thu lôi nh hình vẽ (1 7), ở phơng án này ta bố trí 5 cột thu sét.