TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNG - PHUC
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN ****************************************
Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Khâm
Lớp: Tại chức Hà Tĩnh
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ
TRẠM BIẾN ÁP 110/35 kV THẠCH LINH
(Sơ đồ mặt bằng cho trong hình vẽ kèm theo dưới đây)
Số liệu ban đầu gồm:
- Khoảng vượt đường dây 110 kV là: 192 m
- Điện trở suất của đất
4
0,82 10 82
d
cm m

= ⋅ Ω = Ω
- Kích thước trạm:
+ phía 110 kV: 37 x 65 m
+ phía 35 kV: 43 x 50 m
- Độ cao các thanh xà:
+ phía 110 kV là 11m.
+ phía 35 kV là 8m và 6 m.
- Điện trở nối đất cột điện
cot
9,2R = Ω
NỘI DUNG
Phần đồ án:
I, Chương I: Tính toán chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp
220/110 kV.

43m
5m
9m
9m
9m
5m
37m
3m
5m
1,5m
4,5m
4,5m
3m
3,5m
2,5m
4,5m
6,5m
4,5m
5m
2m
18m
3m
65m
110
kV
35
kV
T1
T2
5m

8
m
8
m
8
m
8
m
mÆt b»ng tr¹m 110/35KV TH¹CH LINH
By Giangdt
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT Đ IỆN CAO ÁP
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của khoa học thì điện năng là nguồn năng lượng hết sức
quan trọng đối với mọi lĩnh vực. Nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện
đại hoá nên điện năng góp một phần đáng kể đối với sự nghiệp công nghiệp hoá
hiện đại hoá đất nước.
Để đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lượng tốt thì bảo vệ và chống sét cho
hệ thống điện có một vị trí rất quan trọng. Trong phạm vi đồ án thiết kế chúng ta
phải làm các vấn đề sau:
Chương I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 110/35 kV Thạch
Linh
Chương II : Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến
áp 110/35 kV.
Chương III: Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110 kV.
Chương IV: Tính bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây110 kV vào trạm.
Từ việc hoc tập, nghiên cứu, tính toán đồ án này rút ra được một số kết luận
sau:
Quá trình học tập cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân đặc biệt là sự hướng
dẫn tận tình của thầy giáo Phan Hồng Thịnh bản đồ án này đã được hoàn thành.

một khoảng không gian gần cột thu sét (trong đó có vật cần bảo vệ), ít có khả năng bị sét
đánh gọi là phạm vi bảo vệ.
2. CáC YÊU CầU Kỹ THUậT
1)Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải đợc nằm trọn trong phạm vi an toàn của hệ
thống bảo vệ. Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp mà hệ thống các
cột thu sét có thể đợc đặt trên các độ cao có sẵn của công trình nh xà, cột đèn chiếu
sáng. . . hoặc đợc đặt độc lập.
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 2
- Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng đợc độ cao vốn
có của công trình nên sẽ giảm đợc độ cao của hệ thống thu sét. Tuy nhiên điều kiện đặt
hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải đảm bảo mức cách điện cao và trị
số điện trở tản của bộ phận nối đất bé
+Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao (khoảng
cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấu
của trạm. Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào hệ
thống nối đất của trạm phân phối. Theo đờng ngắn nhất và sao cho dòng điện i
s
khuyếch
tán vào đất theo 3- 4 cọc nối đất. Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ
sung để cải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4.
+Nơi yếu nhất của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn dây của
MBA. Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ MBA thì yêu cầu khoảng cách giữa hai
điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thu sét và vỏ MBA theo đờng điện phải
lớn hơn 15m.
- Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách nhất định,
nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí và đất
2) Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảo thoả
mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua.

: độ cao hiệu dụng cột thu sét
r
x
: bán kính của phạm vi bảo vệ
Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng
dạng đơn giản hoá với đờng sinh của hình chóp có dạng đờng gãy khúc đợc biểu diễn
nh hình vẽ dới đây.
a'
b
c
a
h
0,8h
0,2h
0,75h
1,5h
R
Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét
Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau đợc tính toán theo công thức sau.
+ Nếu
h
3
2
h
x

thì
)
h.8,0
h

p
và trên hình vẽ dùng các hoành độ 0,75hp và 1,5hp.
2) Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét.
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm vi bảo vệ
của hai cột đơn. Nhng để hai cột thu sét có thể phối hợp đợc thì khoảng cách a giữa hai cột
thì phải thoả mãn điều kiện a < 7h (h là chiều cao của cột).
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có cùng độ cao.
- Khi hai cột thu sét có cùng độ cao h đặt cách nhau khoảng cách a (a < 7h) thì độ
cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét h
o
đợc tính nh sau:
7
a
- hh
o

( 1 4 )
Sơ đồ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau.
h
0,2h
0,75h
a
ho
hx
1,5h
rx
R
r0x
Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét giống nhau
Tính r

h
-(10,75hr
o
x
oox

( 1 6 )
Chú ý:
Khi độ cao của cột thu sét vợt quá 30m thì ngoài các hiệu chỉnh nh trong phần chú ý
của mục 1 thì còn phải tính h
o
theo công thức:
p7
a
-hh
o

( 1 7 )
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau.
Giả sử có hai cột thu sét : cột 1 có chiều cao h
1
, cột 2 có chiều cao h
2
và
h
1
> h
2
. Hai cột cách nhau một khoảng là a.
Trớc tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao h

By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 6
a
b
c
D
a
b
D
Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột
Vật có độ cao h
x
nằm trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét sẽ đợc bảo vệ nếu
thoả mãn điều kiện:
D

h
a
= 8.(h - h
x
) ( 1 8 )
Với D là đờng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét.
Chú ý:
Khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần đợc hiệu chỉnh theo p.
D

h
a
.p= 8.(h - h

18,000m
87,000m
43,000m
5,000m 9,000m 9,000m 9,000m 5,000m
37,000m
3,000m
5,025m
1,5m
4,5m
4,5m
3,000m
3,5m
2,5m
4,5m
6,5m
4,5m
5,000m
2,000m
18,000m
3,000m
65,025m
110kV
35kV
T1
T2
5,442m
phòng phân phối 10 kv
phòng điều khiển
22m
khu công nhân viên

43,000m
5,000m 9,000m 9,000m 9,000m 5,000m
37,000m
3,000m
5,025m
1,5m
4,5m
4,5m
3,000m
3,5m
2,5m
4,5m
6,5m
4,5m
5,000m
2,000m
18,000m
3,000m
65,025m
110kV
35kV
5,442m
phòng phân phối 10kv
phòng điều khiển
22m
khu công nhân viên
1
2
3
4

7
đặt trên xà
cao 11 m, N
5
, N
8
đặt độc lập
- Phía 35kV đặt 4 cột thu sét trong đó N
1
đặt trên xà cao 6 m, N
2
, N
9
, N
10
đặt trên xà
cao 8 m.
5.1.1 Tính độ cao tác dụng của cột thu sét
Để tính đợc độ cao tác dụng h
a
của các cột thu sét, trớc hết cần xác định đờng kính
D của đờng tròn ngoại tiếp tam giác (hoặc tứ giác) qua 3 (hoặc 4) đỉnh cột.
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi tam giác (hoặc tứ giác) đó đợc bảo vệ thì D

8
h
a
hay
8
D

+ + + +
= = =
a b c
p m
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 10
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác là:
26,54.27.21,5
D 29,2 (m).
2. ( )( )( ) 2. 37,5(37,5 26,54)(37,5 27)(37,5 21 ,5)
= = =

abc
p p a p b p c
- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột (3,5,8) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng
phải thoả mãn điều kiện:
29,2
h 3,7( )
8 8
= =
a
D
m
Xét nhóm cột (5,6,7,8).
- Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là:
a= 27 (m).
b= 20,5(m).
- Đơng kính của đờng tròn ngoại tiếp hình vuông này chính là đờng chéo.
2 2 2 2

abc
p p a p b p c
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 11
- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột (2,3,8) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng
phải thoả mãn điều kiện:
33,2
h 4,1( )
8 8
= =
a
D
m
Xét nhóm cột (2,8,9).
Nhóm cột này tạo thành hình tam giác
a = 30(m).
b = 23(m).
c = 19,5(m).
Nửa chu vi của tam giác:
30 23 19,5
36,3
2 2
+ + + +
= = =
a b c
p m
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác là:
30.23.19,5
D 30 (m).

By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 12
Xét nhóm cột (1,2,9,10).
- Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là:
a= 25 (m).
b= 19,5(m).
- Đơng kính của đờng tròn ngoại tiếp hình vuông này chính là đờng chéo.
2 2 2 2
D 25 19,5 31,7 (m).= + = + =a b
- Độ cao tác dụng để nhóm 4 cột (1,2,9,10) bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn
bởi chúng phải thoả mãn điều kiện:
31,7
h 3,96( )
8 8
= =
a
D
m
5.1.2 Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp.
Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét nh ở trên, ta chọn
độ cao tác dụng cho toàn trạm nh sau:
- Phía 35kV: h
max
=4,15m. Nên ta chọn: h
a
= 4,5m
- Phía 110kV: h
max
=4,24m. Nên ta chọn: h

Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 110kV là: h = h
a
+ h
x
= 4,5 + 11 = 15,5 (m)
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 13
5.1.4 Kiểm tra điều kiện phóng điện cho các cột độc lập ở phơng án 1
Phía 110kV có 2 cột 5 và 8 bố trí độc lập dó đo ta tiến hành kiểm tra điều kiện phóng điện:
R
d
15,5m
hx=11m
Sd=10m
Sk=11,18m
Cột thu sét
Xà cần bảo vệ
+ ) Phóng điện trong không khí:
1
k
S
cpk
V
E

với
s
1 S d thietbi S d o x
di

= 1,7 àH/m )
h
X
Chiều cao của xà cần bảo vệ phía 110kV ( h
X
= 11 m )
a Độ dốc của dòng điện sét ( a = 30kA / às )
Vậy
1
k
150.10+30.1,7.11
S
500
cpk
V
E
=
= 4,12 (m) < S
k
= 11,18 (m) Thỏa mãn điều kiện
+ ) Phóng điện trong đất:
d
.
S
S d
cpd
I R
E

với Cờng độ cách điện của đất E

15,5
= = =
x
h
m
h
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m:
x
2 2
h 6m < .15,5 10,33 ( )
3 3
h m= = =
Nên
X
x
h
6
r 1,5.h.(1 ) 1,5.15,5.(1 ) 12(m)
0,8.h 0,8.15,5
= = =
Bán kính bảo vệ của các cột thu sét cao 12,5m.
(Các cột 2,9,10phía 35kV)
Cột 2 ngoài bảo vệ cho xà cao 6m còn bảo vệ cho xà cao 8m ta có:
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 8 m.
x
2 2
h 8m .12,5 8,33
3 3
= = =h
Nên

By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 15
X
x
h
6
r 1,5.h.(1 ) 1,5.10,5.(1 ) 4,5(m)
0,8.h 0,8.10,5
= = =
5.1.6 Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu sét.
Xét cặp cột thu sét 3-4 :
h
3
= h
4
= 15,5 (m);
a = 18 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
0
18
h h - 15,5 12,9(m)
7 7
a
= = =
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
+ ở độ cao 11m:
x
2 2
h 11m .12,9 8,6( )

= = =
Xét cặp cột thu sét 4-5 :
h
4
= h
5
= 15,5 (m); a = 19,5 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
0
19,5
h h - 15,5 12,7(m)
7 7
= = =
a
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
+ ở độ cao 11m:
x
2 2
h 11m .12,7 8,5( )
3 3
= > = =
o
h m
Nên
ox o
11
r 0,75h (1 - ) 0,75.12,7.(1 ) 1,29( )
12,7
= = =
x

Nên
ox o
11
r 0,75h (1 - ) 0,75.12,6.(1 ) 1,17( )
12,6
= = =
x
o
h
m
h
Xét cặp cột thu sét 6-7 :
h
6
= h
7
= 15,5 (m); a = 27 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
0
27
h h - 15,5 11,6(m)
7 7
= = =
a
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
+ ở độ cao 11m:
x
2 2
h 11m .11,6 7,76( )
3 3

12,5
x 0,75h . (1 ) 0,75.15,5.(1 ) 2,25( )
15,5
h
m
h
= = =
Ta có khoảng cách từ cột 9 đến cột giả tởng 7 là
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 17
a = a x = 30,8 2,25 = 28,55 (m)
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột:
o 9
' 28,55
h h - 12,5 8,42( )
7 7
a
m= = =
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét ở độ cao 8(m):
x
2 2
h 8m .8,42 5,61( )
3 3
o
h m= > = =
Nên
ox o
8
r 0,75h (1 - ) 0,75.8,42.(1 ) 0,316( )

Ta có khoảng cách từ cột 2 đến cột giả tởng 3 là
a = a x = 32 2,25 = 29,75 (m)
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột:
o 2
' 29,75
h h - 12,5 8,25( )
7 7
= = =
a
m
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét ở độ cao 6(m):
x
2 2
h 6m .8,25 5,5( )
3 3
= > = =
o
h m
Nên
ox o
6
r 0,75h (1 - ) 0,75.8,25.(1 ) 1,68( )
8,25
= = =
x
o
h
m
h
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét ở độ cao 8(m):

r 0,75h (1 - ) 0,75.8,25.(1 ) 0,21( )
8,25
x
o
h
m
h
= = =
Xét cặp cột 1-2.
h
1
= 10,5 m; h
2
= 12,5 m; a = 25 (m);
- Hai cột này có chiều cao khác nhau. Phạm vi bảo vệ của hai cột nh sau.
1 2
2 2
10,5 . .12,5 8,4( )
3 3
= > = =h m h m
Nên
1
1
2
10,5
x 0,75h . (1 ) 0,75.12,5.(1 ) 1,5( )
12,5
= = =
h
m

Xét cặp cột 1-10.
h
1
= 10,5 m; h
10
= 12,5 m; a = 19,5 (m);
- Hai cột này có chiều cao khác nhau. Phạm vi bảo vệ của hai cột nh sau.
1 10
2 2
10,5 . .12,5 8,4( )
3 3
= > = =h m h m
Nên
1
1
10
10,5
x 0,75h . (1 ) 0,75.12,5.(1 ) 1,5( )
12,5
= = =
h
m
h
Ta có khoảng cách từ cột 1 đến cột giả tởng 10 là
a = a x = 19,5 1,5 = 18 (m)
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ th uật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 19
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột:
o 1

= 12,5 (m);
a = 25 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
0
25
h h - 12,5 8,92(m)
7 7
= = =
a
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
+ ở độ cao 8m:
x
2 2
h 8m .8,92 5,95( )
3 3
= > = =
o
h m
Nên
ox o
8
r 0,75h (1 - ) 0,75.8,92.(1 ) 0,69( )
8,92
= = =
x
o
h
m
h
By Giangdt

23,5
7,14
6
0,86
2-3
32
12,5
15,5
2,25
29,75
8,25
6
1,69
8
0,63
11
0,21
3-4
18
15,5
15,5
-
-
12,93
11
1,45
6
8,14
4-5
19,5

28,55
8,42
8
0,32
9-10
25
12,5
12,5
-
-
8,93
8
0,70
10-1
19,5
12,5
10,5
1,5
18
7,93
6
1,45
Kết luận.
+ Tổng số cột: 10 cột gồm:
- Phía 35 kV: 4 cột trong đó có 3 cột 12,5m đặt trên xà cao 8 m và 1 cột 10,5m đặt
trên xà cao 6m
- Phía 110 kV: 6 cột cao 15,5 m trong đó có 2 cột đặt trên xà cao 11m; 2 cột đặt
trên xà cao 6m và 2 cột đặt độc lập
- Tổng chiều dài:
l = 3.(12,5-8) + 1.(10,5-6) + 2.(15,5-6) + 2.(15,5-11)+2.15,5 = 77 (m).

phạm vi bảo vệ ở độ cao 6m
phạm vi bảo vệ ở độ cao 8m
phạm vi bảo vệ ở độ cao 11m
phạm vi bảo vệ ở độ cao 8m
phạm vi bảo vệ ở độ cao 11m
R3,375m
R3,375m
R3,750m
R4,500m
R4,500m
R7,500m
R3,750m
T1
T2
Hình 1.9: Phạm vi bảo vệ theo phơng án 1
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Khâm 22
5.2 Phơng án 2
50m 37m
7m 5m 5m 5m 5m
5m
5m 5m
2m
6m
3,5m
3,5m
4m
2m
5m

22m
khu công nhân viên
1
2 3 4 5
6
78
1112
11m 11m
11m
11m
11m11m
6m
6m
6m
6m6m6m
8m
8m8m 8m
10
9
T1
T2
Hình 1.10: Sơ đồ bố trí cột của phơng án 2
By Giangdt