BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
1

BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC
KĨ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Khâm
Lớp: Hệ Thống Điện Hà Tĩnh.
STT: 22.
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
2
LỜI NÓI ĐẦU
Bài tập môn học kĩ thuật điện cao áp bước đầu giúp sinh viên ngành hệ
thống điện làm quen với việc thiết kết bảo vệ, tính toán bảo vệ, đánh giá các tiêu
chuẩn kĩ thuật của công trình điện. Thông qua ba nhiệm vụ cơ bản là thiết kế hệ
thống chống sét cho trạm biến áp, thiết kế và đánh giá hệ thống nối đất an toàn
và hệ thống nối đất chống sét và cuối cùng là tính toán sóng quá điện áp lan
truyền vào trạm.
Thông qua việc thiết kế hệ thống chống sét sinh viên bước đầu vận dụng
kiến thức lý thuyết vào việc bảo vệ một công trình điện cụ thể là một trạm biến
áp. Biết cách tính toán vùng bảo vệ, khả năng ngăn ngừa sự cố sét đánh vào các
thiết bị điện, bố trí các kết cấu cột thu lôi và đồng thời tính toán phạm vi bảo vệ
của hệ thống thu sét.
Việc thiết kế hệ thống nối đất chống sét và an toàn yêu cầu sinh viên nêu
ra cách thức nối đất chống sét. Đó là cách bố trí, tính toán những thông số cần
thiết cho của hệ thống nối đất như điện trở tản ổn định,đồng thời cũng kiểm tra
khả năng tản dòng điện sét vào đất và kiểm quá áp trên các thiết bị khi nối chung

1.2. Tính toán: 10
PHẦN 2. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT
CHO TRẠM BIẾN ÁP 15
2.1. Dẫn nhập: 15
2.2. Tính toán hệ thống nối đất 16
PHẦN 3. BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN VÀO TRẠM .25
3.1. Xác định yêu cầu: 25
3.2. Điện áp tại nút 1: 27
3.3. Tính điện áp tại nút 2: 28
3.4. Tính điện áp tại nút 3: 30
3.4. Kết quả tính toán: (bảng số liệu đi kèm) 32
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
4
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Võ Viết Đạn. Giáo trình kĩ thuâth điện cao áp, Hà Nội - 1972
[2] Nguyễn Minh Chước. Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao
áp, Hà Nội - 2002
[3] Trần Văn Tớp, Bài giảng kĩ thuật điện cao áp
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
5
A – ĐỀ BÀI:

PHẦN 1. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
1. Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp.
2. Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm đảm bảo tiêu chuẩn
nối đất an toàn và yêu cầu chống sét khi có dòng sét 150 kA, độ dốc 50 kA/μs
PHẦN 2. BẢO VỆ CHỐNG SÓNG QUÁ ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN
Tính điện áp tại các điểm nút của trạm biến áp khi có sóng quá điện áp lan

6
Chống sét van
CSV không có khe hở
Sơ đồ bảo vệ
Sơ đồ b như hình 1.1
Khoảng cách
TG-CSV : 15+22=37 m
MBA-TG : 20+22=42 m
Độ dốc
a = 300+22=322 kV/μs
Điện dung MB
1500+22*10=1720 pF
Điện dung TG
8,33*4*17 pF/m

CÁC HÌNH VẼ :

Hình 1.1. Sơ đồ trạm bảo vệ chống sóng quá điện áp lan truyền

BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
7
M¸y biÕn ¸p
§-êng ®i
§-êng ®i
Xµ ®-êng d©y phÝa 220kV
Xµ ®-êng d©y phÝa 220kV
Xµ ®-êng d©y phÝa 110kV
Xµ ®-êng d©y phÝa 110kV
Nhµ ®iÒu khiÓn vµ lµm viÖc

mà không ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kĩ thuật cần thiết. Ngoài các tiêu chuẩn kĩ
thuật cũng cần xem xét mặt mỹ thuật của công trình.
Đối với các trạm phân phối ngoài trời từ cấp 110kV trở lên do mức cách điện
cao nên có thể đặt cột thu lôi ngay trên kết cấu của trạm phân phối. Phải đặt để
các cột thu lôi thấp nhất và cho dòng điện sét khuếch tán vào đất nhanh và phải
có nối đất bổ sung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khi bố trí cột thu lôi trên xà cần chú ý:
+ các kết cấu có cột thu lôi cần có nối đất bổ sung ngay trụ của các kết
cấu này nhằm đảm bảo điện trở nối đất không vượt quá 4Ω
+ khi dùng cột thu lôi phải đảm bảo khoảng cách đến các phần mang
điện của trạm để tránh rò điện và chạm chập qua cột thu lôi. Đồng thời phải đảm
bảo cho dòng điện sét được thông thoát nhanh chóng và tránh hiện tượng phóng
điện từ cột thu lôi đến các vật cần được bảo vệ.
Nếu không thể tận dụng được các kết cấu trạm thì bố trí các cột thu lôi nối
đất độc lập
Theo yêu cầu của đề bài thì ở đây ta quan tâm đến bào vệ chống sét đánh
thẳng vào trạm, tạm thời không sét đến quá điện áp lan truyền vào trạm.
Ta sẽ bố trí cho các thiết bị cần bảo vệ nằm trọn trong phạm vi bảo vệ
của hệ thống cột thu lôi
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
9
Phần thứ 2 không kém quan trọng là thiết kế nối đất để tản dòng điện sét
vào đất một cách an toàn.
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
10
1.2. Tính toán:
1.2.1. Lý thuyết:
Độ cao cột thu lôi:

a
hh

Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân
cột là r
xo
và được xác định như sau:

1,6
1
xo
x
o
r
h
h



Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó các
khoảng cách AB = a; BC = a'. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như
sau:
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
11

12
2
1
12

)hh.(
h
h
,
ah
7
a'
hh
o 21
1
2
22
1
61


)hh.(
h
h
,
r
xoxo



1
2

BI TP DI MễN HC KT CAO P
Sinh viờn: Nguyn Vn Khõm Lp: HT H Tnh
13
Bán kính của đ-ờng tròn đi qua 4 đỉnh của các hình chữ nhật: C1, C2, C3,
C4 và 4 đỉnh C2, C3, C4, C5 là :

22
56 52,5
R 38,3099 (m)
2



Vậy để toàn bộ phần diện tích giới hạn bởi các hình chữ nhật đó đ-ợc bảo
vệ thì:

x
h
8
D
h
với h
x
là chiều cao vật cần bảo vệ

38,3099.2
h 17 26,577 m
8





Vậy ta chọn chiều cao của các cột thu sét là h
2
= 18 (m) với số l-ợng
cột là 4 cột ( tính cho phía 110kV).
Cọc C7 đ-ợc đặt độc lập nhằm mục đích chính bảo vệ cho phía 110kV.
Độ cao của cọc C7 đ-ợc chọn là 24m.
* Ngoi ra cn tớnh n phm vi bo v riờng r ca tng ct:
- Ct bo v phớa 220kV:
Ta có
x1
22
h 17 .h .28 18,67
33

nên
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
14

x
1x 1
1
h
r 1,5.h .(1 )
0,8.h
17
1,5.28.(1 )
0,8.28

trong bài tập dài này là phía cấp điện áp 110kV)
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
15
PHẦN 2. TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT AN TOÀN VÀ NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT
CHO TRẠM BIẾN ÁP
2.1. Dẫn nhập:
Trong hệ thống điện có 3 loại nối đất như sau:
Nối đất làm việc
Nối đất an toàn (hay còn gọi là nối đất bảo vệ )
Nối đất chống sét
Trong phần này ta xét 2 loại nối đất cuối cùng. Do 2 loại nối đất an toàn
và nối đất chống sét có các mục đích khác nhau dẫn đến yêu cầu kĩ thuật của
chúng phải khác nhau. Về nguyên tắc là phải tách rời 2 hẹ thống nối đất này vì
phảo đề phòng khi có dòng điện sét hay dòng ngắn mạch lớn thì hệ thống nối đất
không được gây quá áp lên hệ thống nối đất an toàn. Mặc dù vậy việc tách rời sẽ
gây lãng phí và không kinh tế do vậy 2 hệ thống này được gộp chung vào làm 1,
khi ấy hệ thống nối đất chung phải có yêu cầu kĩ thuật là điện trở nối đất bé.
Theo yêu cầu thì điện trở nối đất không nhỏ hơn 0,5 Ω
Các yêu cầu kĩ thuật cần đạt tới khi thiết kế hệ thống nối đất chung:
Trị số điện trở nối đất cho phép của nối đất an toàn được chọn sao cho các
trị số điện áp bước và điên áp tiếp xúc trong mọi trường hợp không được phép
vượt quá trị số cho phép. Theo quy phạm thì tiêu chuẩn nối đất ăn toàn như sau:
Đối với các thiết bị nối có điểm trung tính trực tiếp nối đất thì trị số điện
trở cho phép là R≤ 0,5Ω
Đối với các thiết bị có trung tính cách điện thì điện trở nối đất


Trong đó thường chọn các đơn vị theo biểu thức tính sau:
Công thức tính điện trở toàn móng:

t
1 1,25.1,4 4
R .( ln )
. . 2
mc
R
L
n n L d





Điện trở suất hỗn hợp của betông và đất

d
1,25. 1,25.(65 0,1*22) 84 .    
t
m
1 1,25.1,4.84 4.5
. ln 3,896
4.0,9 2.3,14.5 1
  
t



Trong đó:
Điện trở suất tính toán của đất đã hiệu chỉnh theo hệ số mùa:

. 1,6.67,2 107,52   
mua
tt d
m
k


t: độ chôn sâu của điện cực làm mạch vòng, t=0,8m
L: chu vi mạch vòng hình chữ nhật ta đặt các thanh sắt cách hàng rào
(tường) 1m mà trạm biến áp thiết kế có kích thước là 108m x 186 m vậy ta có:
L=2.(
ll
21

)=2.(108+186)=588m.
d :đường kính thanh tròn làm điện cực, d=0,02m
K: hệ số hình dạng, phụ thuộc tỷ số l
1
/ l
2
= 186/108 = 1,72
Tra đồ thị sau ta có: K=6,0
4
4.5
5

R

Như vậy trị số điện trở nối đất của hệ thống chưa đạt yêu cầu. Do đó ta
cần thực hiện phương án bổ sung các cọc đóng dọc theo chu vi của mạch vòng.
Tính điện trở nối đất của cọc

)]
'.4
'.4
ln(.
2
1.2
.[ln
2 lt
lt
d
l
l
R
tt
c







Ở đây ta dùng cọc sắt góc L60x60 dài l=3m, chôn sâu 0,8m so với mặt đất
(t=0,8m).


c
R

Tính toán điện trở nối đất tổng hợp mạch vòng_cọc:

R
n
R
RR
R
mv
c
c
mv
mvc
ht

.


mv

: hệ số sử dụng của mạch vòng

c


0,26.26,72 98.0,55.0,61
. . .
     


c mv
ht
c mv
mv c
n
RR
R
RR


Như vậy điện trở nối đất thỏa mãn.
2.2.2. Hệ thống nối đất chống sét :
Trong phần tính toán nối đất ở trên ta chỉ tính toán điện trở nối đất của hệ
thống ở tần số công nghiệp và là điện trở ổn định. Thực tế hệ thống nối đất ở đây
là hệ thống nối đất dài không tập trung dọc theo chu vi trạm ta tiến hành tính
toán điện trở nối đất xung kích của hệ thống ngay sau đây
Trong tính toán nối đất chống sét ta sử dụng phần nối đất an toàn đã tính
toán ở trên.
Trong trạm biến áp, phần tử quan trọng và có mức cách điện yếu nhất là
máy biến áp. Vì vậy việc tính toán nối đất chống sét cho mọi trường hợp phải
thoả mãn yêu cầu:
Điện áp nối đất tại chỗ có dòng đIện sét
i
s
đi vào hệ thống nối đất là

0
0 0

BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
20

Hệ phương trình truyền sóng cho mô hình trên:

t
i
L
x
U




.
0


(1)

U
G
x
i
.
0


Trong đó:



2
2
0
0
1

lG
L
T
;
k
T
k
lG
L
T
k
2
1
2
2
2
0
0
.

2
1.[
.
1
),0(
1
2
1
0
e
T
k
ds
k
T
l
G
Z
k
ds
ds
xk










Suy ra:

s
a
I
s
ds


3
50
150


Để đơn giản hoá, người ta bỏ qua quá trình phóng điện tia lửa trong đất và
giả thiết bỏ qua nối đất tự nhiên, bỏ qua các thanh cân bằng áp.
Lúc này ta xem như mạch vòng chỉ có 2 tia có chiều dài l ghép song song
với nhau:
BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
21

588
294
22
  
L
lm


0
=
l
R
ht
2
1

Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất mạch vòng theo hệ số mùa sét:

.
0,717.1,25
0,56
1,6
   
ms
mv ms
mv
mua
RK
R
K

Hiệu chỉnh trị số điện trở nối đất của cọc theo hệ số mùa sét:

.
24,94.1,15
20,49
1,4
   

=
l
R
ht
2
1
=
1
0,004966(1/ . )
2.0,342.294
m

Trong phương trình (*) ta chỉ tính toán với k thoả mãn điều kiện:

4
T
k
ds

hay
4
.

2
2
2
0
0



  

ds
l
G
L


BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
22
Chọn k=1,2,3,…,10
Theo công thức (*) thì tổng trở xung kích chỉ được tính cho 1 mạch. Do
đó tổng trở xung kích của cả hệ thống được tính theo công thức:

)]1(
1
.
2
1.[
.
.2
1
),0(
1
2
1
0
e
T

0


ds

T
1

T
k

( 1-
e
T
k
ds


)/
k
2

10
1

( 1-
e
T
k
ds

3
0.004966
2.057748
3
89.58193
9.953548
0.028913
4
0.004966
2.057748
3
89.58193
5.598871
0.025926
5
0.004966
2.057748
3
89.58193
3.583277
0.022684
6
0.004966
2.057748
3
89.58193
2.488387
0.019458
7
0.004966

Như vậy điện áp nối đất tại chỗ có dòng điện sét đi vào hệ thống nối đất
có giá trị:
U
d
= 654,8705kV<U
50%BA
.
Do đó ta không cần tiến hành nối đất bổ sung.

BÀI TẬP DÀI MÔN HỌC KTĐ CAO ÁP
Sinh viên: Nguyễn Văn Khâm Lớp: HTĐ Hà Tĩnh
25
PHẦN 3. BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP LAN TRUYỀN VÀO TRẠM
3.1. Xác định yêu cầu:
TG
CSV
MBA Khoảng cách : MBA - TG l
2
= 15+N (m) = 15+22 = 37 (m)
TG - CSV l
1
= 20+N = 20+22 = 42 (m)
Tổng trở sóng : Z
c
= 400
