By Giangdt
Cán bộ hướng dẫn
TRẦN VĂN TỚP
Mục lục
Chơng 1. TíNH TOáN BảO Vệ Chống SéT ĐáNH TRựC TIếP
VàO TRạM Biến áp 220/110KV 1
1.1. Mở đầu 1
1.2. Các yêu cầu 2
1.3. Phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét 3
1.3.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét 3
1.3.2. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ 6
1.4. Các phơng án bố trí cột thu sét 9
1.4.1. Phơng án 1 9
1.4.2. Phơng án 2 19
1.5. Phơng án kiến nghị 27
Chơng 2. TíNH TOáN NốI ĐấT CHO TRạM BIếN áP 220/110KV 28
2.1. Mở đầu 28
2.1.1. Nối đất an toàn: 28
2.1.2. Nối đất làm việc : 28
2.1.3. Nối đất chống sét: 28
2.2. Các yêu cầu kĩ thuật 29
2.3. Lý thuyết tính toán nối đất 30
2.3.1. Tính toán nối đất an toàn. 30
2.3.2. Tính toán nối đất chống sét 31
2.4. Tính toán nối đất an toàn 34
2.4.1. Nối đất tự nhiên 34
2.4.2. Nối đất nhân tạo 35
2.5. Nối đất chống sét 37
2.5.1. Sơ đồ nối đất chống sét 37
2.5.2. Nối đất bổ sung 40
Chơng 3. Bảo vệ chống sét đờng dây 220 kV 45

By Giangdt
LỜI NÓI ĐẦU
Chúng ta đang sống ở thế kỷ 21, thế kỷ của cách mang khoa học kỹ thuật.
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 220/110kV
Chương II : Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp
220/110kV
Chương III: Tính chỉ tiêu chống sét cho đường dây vào trạm biến áp 220
kV.
Chương IV: Tính bảo vệ chống sóng truyền từ đường dây vào trạm biến áp
220kV.
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 Trần Văn Tớp, bản đồ án náy đã được
hoàn thành. Nhưng do thời gian có hạn, cùng với sự thiếu sót về kinh nghiệm
thực tế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung.
Em xin chân thành cảm ơn các thày cô giáo đã giúp đỡ hướng dẫn cho em
hoàn thành bản đồ án này.
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
1
Chơng 1. TíNH TOáN BảO Vệ Chống SéT ĐáNH TRựC

- 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.
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
3
1.3. phạm vi bảo vệ của hệ thống thu sét
1.3.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét
1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là miền đợc giới hạn bởi mặt ngoài của hình chóp
tròn xoay có đờng kính xác định bởi công thức.
)hh(
h

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
-1,5.h.(1r
x
x

( 1 2 )
+ Nếu
h
3
2
h

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
ox
:
+ Nếu
ox
h
3
2
h

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 )
b. 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
1
, sau đó qua đỉnh cột thấp h
2
vẽ đờng
thẳng ngang gặp đờng sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao tại điểm 3. Điểm này đợc
xem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h
2

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
x
).p ( 1 9 )
1.3.2. Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ
Tên trạm biến áp : Trạm biến áp 220/110.
Trạm có tổng diện tích S = 172 x 152 = 26144 m
2
, gồm hai phần 110kV và 220kV.Gồm

Sơ đồ nối điện chính trong trạm
By Giangdt
1.4. c¸c ph¬ng ¸n bè trÝ cét thu sÐt
1.4.1. Ph¬ng ¸n 1
MBA2
MBA1
H×nh 1-5: S¬ ®å bè trÝ cét cña ph¬ng ¸n 1
S¬ ®å mÆt b»ng tr¹m vµ c¸ch bè trÝ cét thu sÐt nh h×nh 1-5.
- PhÝa 110kV ®Æt 6 cét thu sÐt: N9 ÷ N14.
- PhÝa 220kV bè trÝ 8 cét thu sÐt bao gåm c¸c cét N1 ÷ N8.
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
10
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
h
a


4. ( )( )( )
a b c
m
p p a p b p c
= = =

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 6,5,9 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng phải
thoả mãn điều kiện:
52,73
h 6,59( )
8 8
a
D
m = =
b. Xét nhóm cột 6,9,10.
- Nhóm cột này tạo thành hình tam giác.
a = a
6,9
= 44,78(m).
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
11
b = a
9,10
= 70(m).
c = a
6,10
=54,67(m).
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác là:

c. Xét nhóm cột 7,6,10.
- Nhóm cột này tạo thành hình tam giác.
a = a
7,6
=66,31(m).
b = a
7,10
=43,60(m).
c = a
6,10
=54,67(m).
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác là:
)cp)(bp)(ap(p.4
c.b.a
2.R2.D


Trong đó:
p : nửa chu vi của tam giác
a, b, c: độ dài tơng ứng 3 cạnh của tam giác
66,31+43,60+54,67
p 82,29(m)
2 2
a b c+ +
= = =
Vậy đờng kính của tam giác là:
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
12

2.R2.D


Trong đó:
p : nửa chu vi của tam giác
a, b, c: độ dài tơng ứng 3 cạnh của tam giác
43,60+60,00+48,80
p 82,231(m)
2 2
a b c+ +
= = =
Vậy đờng kính của tam giác là:
. .
D 2. R 2. 76,20( )
4. ( )( )( )
a b c
m
p p a p b p c
= = =

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 7,10,11 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng
phải thoả mãn điều kiện:
76,2
h 7,6( )
8 8
a
D
m = =
e. Xét nhóm cột 7,8,11.
- Nhóm cột này tạo thành hình tam giác.

4. ( )( )( )
a b c
m
p p a p b p c
= = =

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 7,8,11 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng
phải thoả mãn điều kiện:
48,8
h 6,1( )
8 8
a
D
m = =
f. Xét nhóm cột 9,10,13,12
- Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là:
a
9,10
= 68(m).
a
10,13
=43(m).
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đờng chéo:
2 2 2 2
9,10 10,13
D 68 43 80,48( )a a m= + = + =
- Độ cao tác dụng để 4 cột 9,10,13,12 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bởi
chúng thì phải thoả mãn điều kiện:
a
80,45

- Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là:
a
1,2
= 51(m).
a
2,6
=50,5(m).
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đờng chéo:
2 2 2 2
1,2 2,6
D 51 50,5 71,77( )a a m= + = + =
- Độ cao tác dụng để 4 cột 1,2,6,5 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng
thì phải thoả mãn điều kiện:
a
71,77
h 8,97( )
8 8
D
m = =
b. Xét nhóm cột 3,4,8,7
- Nhóm 4 cột này tạo thành một hình chữ nhật có các cạnh là:
a
3,4
= 34(m).
a
4,8
=50,5(m).
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật này chính là đờng chéo:
2 2 2 2
3,4 4,8

8 8
D
m = =
d. 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 220kV: h
max
=10,59m. Nên ta chọn: h
a
= 11m
- Phía 110kV: h
max
=10,06m. Nên ta chọn: h
a
= 11m
2. Tính độ cao của cột thu sét.
h = h
a
+ h
x
- Phía 220kV:
Độ cao tác dụng: h
a
= 11m
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: h
x
= 16m
Do đó, độ cao của các cột thu sét phía 220kV là: h = h
a

0,8 0,8.21,5
x
h
m
h
= = =
b. Bán kính bảo vệ của các cột thu sét cao 27m.
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
16
(Các cột phía 220kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 16m.
x
2 2
h 16m < .27 18( )
3 3
h m= = =
Nên
x
16
r 1,5h (1 ) 1,5.27.(1 ) 10,5( )
0,8 0,8.27
x
h
m
h
= = =
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 10,5m.
x

+ ở độ cao 16m:
x
2 2
h 16m > .19,71 13,14( )
3 3
o
h m= = =
Nên
ox o
16
r 0,75h (1 - ) 0,75.19,71.(1 ) 2,79( )
19,71
x
o
h
m
h
= = =
+ ở độ cao 10,5m:
x
2 2
h 10,5m < .19,71 13,14( )
3 3
o
h m= = =
Nên
x
10,5
r 1,5h (1 ) 1,5.19,71.(1 ) 9,88( )
0,8 0,8.19,71

SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
17
10,50
9,88
2; 3
68,00
17,29
11,52
16,00
0,96
10,50
6,24
3; 4
34,00
22,14
14,76
16,00
4,61
10,50
13,53
4; 8
50,50
19,79
13,19
16,00
2,84
10,50
9,99
1; 5
50,50

3,64
c. Xét cặp cột 5-9 (Hai cột có độ cao khác nhau).
h
9
= 21,5 m; h
5
= 27 m;
a = 41,91 (m);
- Hai cột này có chiều cao khác nhau. Phạm vi bảo vệ của hai cột nh sau.
9 6
2 2
21,5 . .27 18( )
3 3
h m h m= > = =
Nên:
ox o
21,5
r 0,75h (1 - ) 0,75.27.(1 ) 4,13( )
27
x
o
h
m
h
= = =
Ta có khoảng cách từ cột 9 đến cột giả tởng 9 là
a = a x = 41,91 4,13 = 37,79 (m)
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột:
o 9
' 37,79

r
ox
5, 9
21,50
27,00
18,00
4,13
41,91
37,79
16,10
10,50
10,73
4,47
8, 11
21,50
27,00
18,00
4,13
35,00
30,88
17,09
10,50
11,39
5,95
5. Kết luận
+ Tổng số cột: 14 cột
+ Tổng chiều dài:
l = 4.(27-16)+4.(27-10,5) + 6.(21,5-10,5) = 176 (m)
+ Phạm vi bảo vệ của cột thu sét:
MBA2

R13530
R20810
R9990
R20810
Hình 1-6: Phạm vi bảo vệ theo phơng án 1
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
19
1.4.2. Phơng án 2
Sơ đồ mặt bằng và vị trí các cột nh hình vẽ
MBA2MBA1
PHA 110kV
PHA 220kV
Hình 1-7: Sơ đồ bố trí thu sét theo phơng án 2
Sơ đồ mặt bằng trạm và cách bố trí cột thu sét nh hình 1-7.
- Phía 110kV đặt 6 cột thu sét: N7 ữ N12.
- Phía 220kV bố trí 6 cột thu sét bao gồm các cột N1 ữ N6.
By Giangdt
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
SV: Trịnh Anh Sơn Lớp HTĐ - ĐL Hà Tĩnh
20
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

85,00 71,15+41,91
p 99,03(m)
2 2
a b c+ + +
= = =
Vậy đờng kính của tam giác là:
. .
D 2. R 2. 85,20( )
4. ( )( )( )
a b c
m
p p a p b p c
= = =

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột 4,5,7 bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng phải
thoả mãn điều kiện:
85,20
h 10,65( )
8 8
a
D
m = =
b. Xét các nhóm cột còn lại, tính toán hoàn toàn tơng tự, ta có bảng sau:
N(tên cột)
a (m)
b (m)
c (m)
p (m)
D (m)
D/8 (m)