Bộ Giáo dục và đào tạo
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt nam
Trờng đH bách khoa hà nội
Bộ MÔN Hệ THốNG ĐIệN
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
H v tờn sinh viờn : LI TH KIM HOA
Lp : HT - Trm in lc Vnh phỳc
THIT K N TT NGHIP
TNH TON BO V CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/35 KV
1- CC S LIU BAN U
Trm bin ỏp: (S mt bng trong hỡnh v i kốm)
2 mỏy bin ỏp T1 v T2: 110/35 kV
Tng din tớch trm: 68x45 m
S l ng dõy: 2 l 110kV, 4 l 35kV
cao cỏc thanh x:
-Phớa 110kV l 11m
-Phớa 35kV l 7,5m
ng dõy:
in ỏp 110kV
Loi ct st
Kớch thc ct
S v kớch thc ct
Dõy dn AC-185
Dõy chng sột C-70
Khong vt ng dõy 110kV l 195m
in tr sut ca t l:
=
0,6.10
4
cm
in tr ni t ca ct ni vi trm l: R

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
110 kV
35 kV
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 1

Môc lôc
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG MỞ ĐẦU: 1
HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM 1
1. HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT 1
2. ẢNH HƯỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM: . 4
CHƯƠNG 1: 6

5) Hệ số ngẫu hợp giữa dây chống sét và dây dẫn các pha: 59
6) Tính số lần sét đánh vào đường dây 110 kV. 62
7) Tính suất cắt của đường dây 110 kV do sét đánh vòng qua dây thu sét
vào dây dẫn ( tính cho pha A). 62
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 2

8) Tính suất cắt của đường dây 110 kV do sét đánh vào khoảng vượt ( tính
cho pha B,C): 65
9) Tính suất cắt của đường dây 110 KV do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân
cận đỉnh cột: 73
Chương IV 100
TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÓNG TRUYỀN VÀO TRẠM BIẾN ÁP TỪ
ĐƯỜNG DÂY 110 kV 100
4.1 Mở đầu: 100
4.2 Các phương pháp tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng
truyền vào trạm: 101
4.2.1 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào
trạm bằng phương pháp lập bảng. 101
4.2.2 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào
trạm bằng phương pháp đồ thi: 104
4.2.3 Tính toán điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào
trạm bằng phương pháp tiếp tuyến: 106
4.3 Trình tự tính toán: 107
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 1

LỜI NÓI ĐẦU

1. HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT
Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi
khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km).
Hiện tượng 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 tượng phóng điện này gây nhiều
trở ngại cho đời sống con người.
Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ
điện trường 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 lượt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được 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 được phân bố khá đều dọc theo
chiều dài tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường 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
hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay
ở phía dưới đầu tia tiên đạo. Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có
nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện
dẫn cao.
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp


H×nh M-1
:
Sù biÕn thiªn cña dßng diÖn sÐt theo thêi gian

Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 3

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặc
điểm dông sét khác nhau:
+ Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70  110 ngày trong một năm và số
lần dông từ 150  300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2  3 cơn
dông.
+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ
250  300 lần dông tập trung trong khoảng 100  110 ngày. Tháng nhiều dông nhất
là các tháng 7, tháng 8.
+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng
núi và vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên
đến 100 ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150  200 cơn dông mỗi năm,
tập trung trong khoảng 90  100 ngày.
+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới 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 tương 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 được 12  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

không gian lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn
gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử , ảnh hưởng của nó rất rộng, ở 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 theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách
điện của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn
mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha – pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây
phải làm việc. Với những đường 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
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 5

việc không nhanh có thể dẫn đến rã lưới. Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây
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 tương đương 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
lưới điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới
điện.
*Kết luận:
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông sét tới hoạt
động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới điện và trạm biến áp là
rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện.

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, người ta dùng hệ thống
cột thu lôi, dây thu lôi.Các cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc trong những điều
kiện cho phép có thể đặt trên các kết cấu của trạm và nhà máy,các cột đèn chiếu
sáng Để bảo vệ cho đoạn đường dây nối từ xà cuối cùng của trạm đến cột đầu tiên
của đường dây ta dùng dây chống sét. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện
tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn
bên dưới hệ thống này. Chiều cao của cột và cách bố trí các cột thu lôi tuỳ thuộc
vào từng mặt bằng trạm, cách bố trí các thiết bị trong trạm, độ cao bảo vệ theo yêu
cầu.
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
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp

Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 7

có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây
phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó.
Điện trở nối đất của hệ thống thu sét của các trạm biến áp có cấp điện áp khác
nhau là không giống nhau. Với trạm biến áp có cấp điện áp từ 110KV trở nên thì
hệ thống nối đất chống sét và hệ thống nối đất an toàn có thể ghép chung.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm bên
cạnh những vấn đề đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật ta cần phải quan tâm đến các
chỉ tiêu kinh tế và mỹ thuật của hệ thống nối đất.
Thông thường để giảm vốn đầu tư 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 được 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.

phải thực hiện yêu cầu:
Ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có
nối đất bổ xung (dùng nối đất tập trung) nhằm đảm bảo điện trở nối đất không
được quá 4 (ứng với dòng điện tần số công nghiệp).
* Khi dùng cột thu lôi độc lập thì phải thì 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
thiết bị được bảo vệ .
* Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt
khi có dòng điện sét chạy qua.
* Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn
điện phải được cho vào ống chì và được chôn trong đất.
1.3. CÁC PHƯƠNG THỨC SỬ DỤNG ĐỂ TÍNH TOÁN CHIỀU CAO CỘT VÀ
PHẠM VI BẢO VỆ.
1.3.1. Công thức tính chiều cao của cột thu lôi.
h = h
x
+ h
a

Trong đó:
. h- là chiều cao cột thu lôi.
. h
x
- là độ cao cần được bảo vệ.
. h
a
- là độ cao tác dụng của cột thu lôi.
h
a
- xác định theo nhóm cột với điều kiện là h
Để dễ dàng thuận tiện trong việc tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ
dạng đơn giản hoá. Được tính toán theo công thức:
- Nếu h
x
h
3
2

thì
)
h.8,0
h
1.(h.5,1r
x
x


- Nếu h
x


Lại Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 10

Khi cột có chiều cao trên 30m thì ta vẫn dùng công thức trên nhưng 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.Nhưng để hai cột thu lôi có thể phối hợp
bảo vệ được 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)
thì độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là h
0
được xác định:
h
0
= h -
7
a


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 như mục 1.3.2 và tính h
0
theo
h
0
= h -
p.7
a
; p =
h
5,5

Khoảng cách giữa hai cột la a và h
1
> h
2

Trước tiên ta vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h
1
sau đó từ đỉnh của cột thấp h
2

gióng đường thẳng ngang sang cột h
1
. Cắt đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột 1
tại điểm 3.
Điểm này được 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

1
đối với chiều cao cần bảo vệ bằng h
2

Do đó tính khoảng cách x theo:
Nếu:







8,0
5,1
3
2
2
112
h
hxhh 
2112
75,0
3
2
hhxhh 


h
0
a
'

2
h
2
1

h
1
3
R
a

r
0x
r
1x
r
2x
h
x

1,5h
2

0,75h
2

hrhh
x
xx

c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét
Khi công trình cần được 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 trường hợp này ta dùng phối hợp nhiều cột với nhau để bảo vệ. Phần ngoài
của phạm vi bảo vệ sẽ được xác định cho từng đôi cột một ( với yêu cầu khoảng
cách là a  7h ). Còn phần bên trong đa giác sẽ được kiểm tra theo điều kiện an
toàn.
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D  8.(h - h
x
) = 8.h
a

Trong đó:
D - đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét
h
a
= h - h
x
là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Nếu độ cao cột vượt quá 30 m thì điều kiện an toàn sẽ được hiệu chỉnh là
D  8.(h - h
x
).p = 8.h


11m 11m
11m
11m
12m
17m
12m
17m
17m
11m
17m
11m
11m
11m
17m
4.06
7.00
9.00
0.50
3.00
2.00
3.00
0.50
9.00
4.00
3.00
6.50
4.00 9.00
6.00
8.00

12m
17m
17m
11m
17m
11m
11m
11m
17m
4.06
7.00
9.00
0.50
3.00
2.00
3.00
0.50
9.00
4.00
3.00
6.50
4.00 9.00
6.00
8.00
4.00
3.00
3.00 2.00 3.00 3.00
3.00
1.50
1.00

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

a. Xét nhóm cột (1),(2),(3):
Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thường có độ dài các cạnh là:
a
12
= 27m; a
13
= 16,25 m; a
23
= 17,9 m
Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác đi qua 3 chân cột bất kì được xác định
bởi công thức Hê rông:
)cp)(bp)(ap.(p.
c.b.a
r


4

2
cba



=
   
m
ppp
84,27
25,16.27.9,17.58,30.2
25,16.27.9,17



Độ cao tác dụng để nhóm cột (1),(2),(3) bảo vệ được hoàn toàn phần diện tích
giới hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện:
h
a

8
D
=
8
84,27
=3,48 m
b.Xét nhóm cột (3),(4),(5)
Đồ Án Tốt Nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Lai Thị Kim Hoa - Lớp HTĐ – Trạm Điện Lực Vĩnh Phúc 17

Nhóm 3 cột này hình thành một tam giác thường có độ dài các cạnh là:
a
34




Từ đó:
))()(.(.2

cpbpapp
cba
D



=
   
m
ppp
87,41
38.4,20.62,24.51,41.2
38.4,20.62,24



Độ cao tác dụng để nhóm cột (3),(4),(5) bảo vệ được hoàn toàn phần diện tích
giới hạn bởi 3 đỉnh cột phải thoả mãn điều kiện:
h
a

8
D
=


2
cba
p


=
m75,29
2
925,164,2085,22



Từ đó:
))()(.(.2

cpbpapp
cba
D



=
   
m
ppp
53,23
25,16.4,20.85,22.75,29.2
25,16.4,20.85,22



2
cba
p


: là nửa chu vi của tam giác.
- a,b,c: là độ dài các cạnh của tam giác.
2
cba
p


=
m04,33
2
56,2362,249,17



Từ đó:
))()(.(.2

cpbpapp
cba
D



=

Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là độ dài đường chéo
của hình chữ nhật:

maaD 56,469,2638
22
2
47
2
67


Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (4),(5),(6),(7) bảo vệ được hoàn toàn
diện tích giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
82,5
8
56,46
8


f) Chọn độ cao tác dụng chung cho toàn trạm
Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột thu lôi, có thể lấy chung một giá trị
độ cao tác dụng lớn nhất của cột thu lôi cho toàn trạm là. h
max
= 5,82
Do vậy ta lấy: h
a

3. Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi:
a) Bán kính bảo vệ của từng cột thu lôi ở độ cao 11m:
h = 17 m: h
x
=11 m: