Bộ Giáo dục và đào tạo
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt nam
Trờng đH bách khoa hà nội
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Nhiệm vụ Thiết kế tốt nghiệp
Họ và tên sinh viên : phạm văn phơng
Khoa: ĐIện Ngành : Hệ thống điện
Lớp : HTĐ Khoá : Điện lực Hng Yên
1- Đầu đề thiết kế
Bảo vệ chống sét trạm biến áp 110/35 kV và đờng dây 110 kV
Số liệu:
Trạm biến áp
Sơ đồ mặt bằng TBA 110/35 kV có: (Xem trong hình vẽ kèm theo)
5 lộ phía 110kV; sơ đồ 2 thanh góp
8 lộ phía 35kV; sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng
Nhà phân phối và điều khiển: Cao 6m; dài 15m; rộng 8 m
Đờng dây
Cấp điện áp 110 kV
Cột
Loại cột: Sắt; đờng dây 2 mạch
Chiều cao cột: 27 m
Dây dẫn
Loại dây
Độ võng
Độ treo cao
Pha A, A
AC-150
4,5m
22,5 m
Pha B, B
AC-150

3- Các bản vẽ : 6-8 bản vẽ khổ A
o
i) Phạm vi bảo vệ của cột thu sét, các phơng án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
ii) Các kết quả tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm
iii) Phơng pháp và kết quả tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đờng dây
iv) Kết quả tính toán bảo vệ chống sóng truyền từ đờng dây vào trạm
4- Cán bộ hớng dẫn : TS. Trần Văn Tớp
5- Ngày giao nhiệm vụ thiết kế :
6- Ngày hoàn thành nhiệm vụ :
Nộp quyển:
Bảo vệ:
Cán bộ hớng dẫn
(Ghi rõ họ tên và ký tên)
TS. Trần Văn Tớp
by Giangdt
T1
T2
11
m
8
m
8
m
6
m
6
m
6
m
6

m
6
m
6
m
8
m
8
m
11
m
11
m
11
m
11
m
110
kV
35
kV
nhà phân phối
bể dầu
sự cố
nhà điều khiển
trạm bơm
khu quản lý vận hành và nghỉ ca
83,00m
43,00m
50,00m

by Giangdt
Đồ
án tốt nghiệp
kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện:
Phạm Văn Phơng
1
Chơng
I:
TíNH TOáN BảO Vệ Chống SéT ĐáNH TRựC TIếP VàO
TRạM Biến áp
110/35
KV
I.
1
.
Mở đầu
:
Việt Nam là nớc nhiệt đới ma nhiều có độ ẩm cao và sét hoạt động mạnh, số
ngày sét trong 1 năm từ 50

ữ
100 ngày. Sét rất nguy hiểm và có thể sẽ đa đến nh
ững
hậu quả hết sức nghiêm trọng nếu nh các thiết bị điện của trạm phân phối điện ngoài
trời bị sét đánh trực tiếp. Vì khi sét đánh trực tiếp vào các công trình sẽ gây tăng áp
trên các thiết bị, phá hỏng cách điện và có thể dẫn đến phóng điện sang các thi
ết bị
khác ở xung quanh, gây nên h hỏng và đồng thời có thể làm ngừng việc cung cấp
điện toàn bộ trong một thời gian dài làm thiệt hại về kinh tế, ảnh hởng trực tiếp tới

by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 2
+ 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 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
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 3
I.3. phạm vi bảo vệ của hệ thống 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
h

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
x

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
thì
)
h8,0

Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 5
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
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
, hình thành đôi cột ở độ
cao bằng nhau và bằng h
2
với khoảng cách là a. Phần còn lại giống phạm vi bảo vệ của

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.
by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 6
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 )
I.4. mô tả trạm biến áp cần bảo vệ:
Trạm có tổng diện tích S = 8839,5m
2
, gồm hai phần 110kV và 35kV. Tại trung tâm
của trạm đặt hai máy biến áp T
1
và T
2
.

110,0m
32,0m
5,0m
9,0m
9,0m
15,0m
5,0m
45,5m
6,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 5,0m59,0m
11m 11m
8m 8m
6m
6m 6m
8m
8m
11m
11m
11m
11m
110kV
35kV
nhà phân phối
3,0m
bể dầu
sự cố
5,0m
8,0m
27,5m
nhà điều khiển
trạm bơm

9,5m
5,0m
5,0m
4,0m
17,0m
7,0m 5,0m 5,0m 5,0m 5,0m 5,0m
5,0m 5,0m
5,0m
5,0m 7,0m
52,0m 4,0m 6,0m 3,0m 3,0m
bể dầu
sự cố
110,0m
5,0m
8,0m
27,5m
5,0m
9,0m
9,0m
15,0m
5,0m
6,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 5,0m
11m 11m
8m 8m
6m
6m 6m
8m
8m
11m
11m

) đặt trên xà cao 11 m; (N
5
,
N
6
) đặt trên xà cao 8 m.
- Phía 35kV đặt 6 cột thu sét trong đó (N
10
) đặt trên xà cao 8 m; (N
7
, N
8
, N
9
, N
11
,
N
12
) đặt trên xà cao 6 m.
I.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

2 2
a b c
p m
+ + + +
= = =
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác là:
36.30,8.40
D 41,81 (m).
2. ( )( )( ) 2. 53,4(53,4 36)(53,4 30,8)(53,4 40)
abc
p p a p b p c
= = =

by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 10
- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột ny bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng
phải thoả mãn điều kiện:
41,81
h 5,23( )
8 8
a
D
m = =
Xét nhóm cột (4,11,12).
Nhóm cột này tạo thành hình tam giác
a = 18 (m).
b = 30,8 (m).
c = 40 (m).
Nửa chu vi của tam giác:

47,30
2 2
a b c
p m
+ + + +
= = =
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác là:
23,5.30,8.40,3
D 40,45 (m).
2. ( )( )( ) 2. 47,3(47,3 23,5)(47,3 30,8)(47,3 4 0,3)
abc
p p a p b p c
= = =

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột ny bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng phải
thoả
mãn điều kiện:
40,45
h 5,06( )
8 8
a
D
m = =
by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 11
Xét nhóm cột (8,10,11).
Nhóm cột này tạo thành hình tam giác vuông
a = 32 (m).
b = 24,5 (m).

max
= 6,10 m. Nên ta chọn: h
a
= 6,5 m.
I.5.1.3 Tính độ cao của cột thu sét.
- Phía 35kV:
Độ cao tác dụng: h
a
= 6,5 m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: h
x
= 8 m.
Với độ cao cần bảo vệ là: h
x
= 8m ta có độ cao của các cột thu sét là:
h = h
a
+ h
x
= 6,5 + 8 = 14,5(m).
- Phía 110kV:
Độ cao tác dụng: h
a
= 6,5 m.
Độ cao lớn nhất cần bảo vệ là: h
x
= 11 m.
by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 12

Nên
X
x
h
8
r 1,5.h.(1 ) 1,5.17,5.(1 ) 11,25(m)
0,8.h 0,8.17,5
= = =
Bán kính bảo vệ của các cột thu sét cao 14,5m.
(Các cột 7,8,9,10,11,12 phía 35kV)
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 8 m.
x
2 2
h 8m .14,5 9,67
3 3
h= = =
Nên
X
x
h
8
r 1,5.h.(1 ) 1,5.14,5.(1 ) 6,75(m)
0,8.h 0,8.14,5
= = =
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6 m.
x
2 2
h 6m .14,5 9,67
3 3
h= = =

= = =
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
+ ở độ cao 11m:
x
2 2
h 11m .12,36 8,24( )
3 3
o
h m= > = =
Nên
ox o
11
r 0,75h (1 - ) 0,75.12,36.(1 ) 1,02( )
12,36
x
o
h
m
h
= = =
+ ở độ cao 8m:
x
2 2
h 8m .12,36 8,24( )
3 3
o
h m= < = =
Nên
X
ox 0

h m= > = =
Nên
ox o
11
r 0,75h (1 - ) 0,75.12,79.(1 ) 1,34( )
12,79
x
o
h
m
h
= = =
+ ở độ cao 8m:
x
2 2
h 8m .12,79 8,52( )
3 3
o
h m= < = =
Nên
ox o
8
r 1,5h (1 - ) 1,5.12,79.(1 ) 4,18( )
0,8. 0,8.12,79
x
o
h
m
h
= = =

ox o
8
r 0,75h (1 - ) 0,75.9,5.(1 ) 1,13( )
9,5
x
o
h
m
h
= = =
+ ở độ cao 6m:
x
2 2
h 6m .9,5 6,33( )
3 3
o
h m= < = =
Nên
ox o
6
r 1,5h (1 - ) 1,5.9,5.(1 ) 3,00( )
0,8 0,8.9,5
x
o
h
m
h
= = =
Xét cặp cột thu sét (7-9):
h

+ ở độ cao 6m:
by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 15
x
2 2
h 6m .11,0 7,33( )
3 3
o
h m= < = =
Nên
ox o
6
r 1,5h (1 - ) 1,5.11,0.(1 ) 5,25( )
0,8 0,8.11,0
x
o
h
m
h
= = =
Xét cặp cột (10-11).
h
10
= h
11
= 14,5 (m); a = 32 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
0
32

Nên
ox o
6
r 1,5h (1 - ) 1,5.9,93.(1 ) 3,64( )
0,8. 0,8.9,93
x
o
h
m
h
= = =
Xét cặp cột (11-12).
h
10
= h
11
= 14,5 (m); a = 18 m.
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:
0
18
h h - 14,5 11,93(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 .11,93 7,95( )
3 3

h
m
h
= = =
Xét cặp cột (4-8).
h
4
= 17,5 m; h
8
= 14,5 m; a = 23,5 (m);
- Hai cột này có chiều cao khác nhau. Phạm vi bảo vệ của hai cột nh sau.
2 3
2 2
14,5 . .17,5 11,67( )
3 3
h m h m= > = =
Nên
2
1
3
14,5
x 0,75h . (1 ) 0,75.17,5.(1 ) 2,25( )
17,5
h
m
h
= = =
Ta có khoảng cách từ cột 8 đến cột giả tởng 4 là
a = a x = 23,5 2,25 = 21,25 (m)
- Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột:

h m= > = =
Nên
ox o
8
r 0,75h (1 - ) 0,75.11,46.(1 ) 2,60( )
11,46
x
o
h
m
h
= = =
Xét cặp cột (5-12).
h
5
= 17,5 m; h
12
= 14,5 m; a = 30,8 (m);
- Hai cột này có chiều cao khác nhau. Phạm vi bảo vệ của hai cột nh sau.
by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 17
2 3
2 2
14,5 . .17,5 11,67( )
3 3
h m h m= > = =
Nên
2
1

o
h
m
h
= = =
- Bán kính của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét ở độ cao 8 (m):
x
2 2
h 8m .10,42 6,95( )
3 3
o
h m= > = =
Nên
ox o
8
r 0,75h (1 - ) 0,75.10,42.(1 ) 1,82( )
10,42
x
o
h
m
h
= = =
by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 18
Ta có bảng tổng kết phạm vi bảo vệ của phơng án 1:
Cặp cột
a
h

(1-4); (3-6)
33
17,5
17,5
-
-
12,79
11
1,34
8
4,18
(7-8); (9-10)
35
14,5
14,5
-
-
9,50
8
1,13
6
3,00
(7-9)
24,5
14,5
14,5
-
-
11,00
8

21,25
11,46
8
2,60
6
5,95
(5-12)
30,8
17,5
14,5
2,25
28,55
10,42
8
1,82
6
4,38
I.5.1.6 Kết luận.
+ Tổng số cột: 12 cột gồm:
- Phía 35 kV: 6 cột cao 14,5 m trong đó có 5 cột đặt trên xà cao 6 m và 1 cột đặt
trên xà cao 8m.
- Phía 110 kV: 6 cột cao 17,5 m trong đó có 4 cột đặt trên xà cao 11m; 2 cột đặt
trên xà cao 8m.
- Tổng chiều dài:
l = 5.(14,5-6) + 1.(14,5-8) + 4.(17,5-11) + 2.(17,5-8) = 94 (m).
+ Phạm vi bảo vệ của cột thu sét ở cho ở dới đây:
by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 19
110kV

7
8
10
9
11 12
5
6
2 3
4
nhà điều khiển
trạm bơm
R1,02m
R3,54m
R4,18m
R1,34m
R3,54m
R1,02m
R1,02m
R3,54m
R4,18m
R1,34m
R10,50m
R6,75m
R2,25m
R5,25m
R2,95m
R6,64m
R3,00m
R1,13m
R1,13m

4,5m
5,0m
9,5m
5,0m
5,0m
4,0m
17,0m
7,0m 5,0m 5,0m 5,0m 5,0m 5,0m 5,0m 5,0m 5,0m
5,0m 7,0m
52,0m 4,0m 6,0m 3,0m
110,0m
5,0m
9,0m
9,0m
15,0m
5,0m
6,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 9,0m 5,0m
11m 11m
8m 8m
6m
6m 6m
8m
8m
11m
11m
11m
11m
110kV
35kV
1

1
, N
2
, N
3
, N
7
đặt trên xà cao 11 m; N
5
, N
6
,
N
8
, N
9
đặt trên xà cao 8m.
- Phía 35kV đặt 8 cột thu sét, tất cả các cột đặt trên xà cao 6 m.
I.5.2.1Tính 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

h 4,88( )
8 8
a
D
m = =
Xét nhóm cột (7,8,17).
Nhóm cột này tạo thành hình tam giác
by Giangdt
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Phơng 22
a = 36 (m).
b = 30,8 (m).
c = 40 (m).
Nửa chu vi của tam giác:
36 30,8 40
53,40
2 2
a b c
p m
+ + + +
= = =
- Đờng kính của đờng tròn ngoại tiếp tam giác là:
36.30,8.40
D 41,81 (m).
2. ( )( )( ) 2. 53,4(53,4 36)(53,4 30,8)(53,4 40)
abc
p p a p b p c
= = =

- Độ cao tác dụng để nhóm 3 cột ny bảo vệ đợc hoàn toàn diện tích của chúng

41,81
h 5,23( )
8 8
a
D
m = =
Xét nhóm cột (7,12,16).
Nhóm cột này tạo thành hình tam giác
a = 13,9 (m).
b = 30,8 (m).
c = 32,9 (m).
Nửa chu vi của tam giác:
by Giangdt