1
Đồ án kỹ thuật điện cao áp

ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong hệ thống điện trạm biến áp và đường dây điện là 2 phần tử quan
trọng, làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối năng lượng điện.Bảo vệ trạm biến
áp và đường dây là nhiệm vụ quan trọng để việc cung cấp năng lượng điện
được liên tục và ổn định. Bảo vệ chống sét trạm biến áp,đường dây bao gồm
các phần:
+ Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp: các trạm biến áp được bảo vệ bằng dây
chống sét (treo trên các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái) hoặc các cột chống
sét kiểu Franklin.
+ Mạng lưới nối đất: để tản dòng điện sét trong đất hạn chế các phóng điện
ngược trên các công trình cần bảo vệ.
+ Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào đường dây .
+ Bảo vệ chống sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm.
Yêu cầu đề ra là thiết kế chống sét cho trạm phân phối 110/22kV Mỹ Xá
với số liệu sau :
Sơ đồ: 110kV Sơ đồ một thanh góp .
22kV được bọc chì chôn xuống đất.
Độ cao cần bảo vệ: Trạm 110kV là 11m và 8m.
Máy biến áp: TM 110/22kV.
Có 2 đường dây 110kV vào trạm.
Điện trở suất của đất: 95 Ωm.
Sơ đồ mặt bằng, mặt cắt đi kèm.

1
Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47
1
2
Đồ án kỹ thuật điện cao áp

yêu cầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của cột thu sét
và vỏ máy biến áp theo đường điện phải lớn hơn 15m.
Khi bố trí cột thu sét trên xà của trạm phân phối ngoài trời 110kV trở lên
cần chú ý nối đất bổ sung ở chỗ nối các kết cấu trên có đặt cột thu sét vào hệ
thống nối đất nhằm đảm bảo điện trở khuếch tán không được quá 4Ω.
Khi dùng cột thu sét độc lập phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu sét
đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ cột thu sét đến vật
được bảo vệ.
Việc lắp đặt các cột thu sét làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công
trình cần bảo vệ, do đó cần chọn vị trí lắp đặt các cột thu sét một cách hợp lý.
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 đến đèn phải được cho vào ống chì và chèn vào.
1.2. PHẠM VI BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT:
1.2.1. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét.
Cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà ngược lại dùng để thu
hút phóng điện sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũi nhọn nhân tạo sau đó
dẫn dòng điện sét xuống đất.
Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một
điểm định sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công
trình.Cột thu sét tạo ra 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 .
a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặt
ngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính xác định bởi phương trình.
3
Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47
3
4

0,2h
h
x
1,5h
0,75h
0,75h
1,5h
r
x

Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.
Bán kính được tính toán theo công thức sau:
Nếu
hh
X
3
2
≤
thì
)
8,0
1(5,1
h
h
hr
x
X
−=
(1.2)
Nếu

4
5
Đồ án kỹ thuật điện cao áp
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn tổng phạm vi
bảo vệ các cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì
khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn
ha 7≤
(trong đó h là độ cao của cột
thu sét). Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống
như của một cột. Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm: 2
đỉnh cột và điểm có độ cao h
0
- độ cao lớn nhất giữa hai cột được bảo vệ xác
định theo công thức:
7
0
a
hh
−=
(1.4)
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân
cột là r
0x
và được xác định như sau:
Nếu
0
3
2
hh
x

−=
(1.6)
Khi độ cao của cột thu sét vượt quá 30m thì có các hiệu chỉnh hệ số
h
p
5,5
=
; trên hoành độ lấy các giá trị
hp75,0
và
hp5,1
; khi đó h
0
tính theo công
thức :
p
a
hh
7
0
−=
(1.7)

h
0,2h
0,75h
a
h
o
h

Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi 3 có độ cao h
1
. Điểm này được xem
như đỉnh của một cột thu sét giả định. Ta xác định được các khoảng cách giữa
hai cột có cùng độ cao h
1
là a
'
và x như sau:
x1
R
2
1
1
h
1,5h1
0,75
0,2h1
h1
R
x0
0,75h2
1,5h2
hx
h2
0,2h2
R
x2
x
a

Trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột.
h
a
=h- h
x
: độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Nhóm cột tam giác có ba cạnh là a, b,c có:
))()((4
2
cpbpapp
abc
RD
−−−
==
(1.11)
với p là nửa chu vi :
2
cba
p
++
=
(1.12)
Nhóm cột tạo thành hình chữ nhật:
22
baD
+=
(1.13)
với a, b là độ dài hai cạnh hình chữ nhật.
Độ cao tác dụng của cột thu sét h
a

0,8h
h
a
b
a'
c
1,2h
2 b
x
h
x
Hình1.5 : Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét.
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột
thu sét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h.
Nếu
hh
x
3
2
≤
thì
)
8,0
1.(.2,1
h
h
hb
x
x
−=

0
S
hh
−=
(1.17)
Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống phạm vi bảo vệ của một dây, còn phần
bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua ba điểm là hai điểm treo dây thu
sét và điểm có độ cao h
0
.
h
0,2h
0,6h
s
h
o
h
x
1,2h
bx
R
Hình 1.6: Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.
1.3. PHƯƠNG ÁN BẢO VỆ CỦA HỆ THỐNG THU SÉT
1.3.1. Phương án 1.
1.3.1.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét.
Ta bố trí các cột thu sét như sau:
Phía 110kV đặt 4 cột: Hai cột 1, 4 đặt trên xà cao 11m ; hai cột 2, 3 được
xây dựng độc lập.
9
Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47

a
(m)
b
(m)
D
(m)
h
a
(m)
Chữ nhật 1-2-3-4 25 28 37,54 4,69
Từ bảng trên ta thấy độ cao lớn nhất cần bảo vệ là h
x
=11m và h
a
=4,69m.
ta chọn h
a
=5m. Do đó độ cao thực tế của các cột thu sét phía 110kV là :
)(16511
0
mhhh
ax
=+=+=
và ở đây dùng xà để làm giá đỡ
cho cột thu lôi.
b). Phạm vi bảo vệ của từng cột :
Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 16m.
Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m.
Do
67,1016.

16.8,0
8
1.(16.5,1
08
mr
=−=
c). Phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên :
NHÓM CỘT CẠNH NHAU
110kV
Cặp cột Độ cao cột
(m)
a
(m)
h
0
(m)
2/3*h
0
(m)
r
0x
(m)
h
x
=11m h
x
=8m
1-2 16,00 25 12,43 8,29 1,07 3,65
2-3 16,00 28 12 8 0,75 3
3-4 16,00 25 12,43 8,29 1,07 3,65

Phương án bảo vệ thoả mãn yêu cầu đặt ra.
Tổng số cột : 4 cột cao 16m.
Tổng chiều dài:)(42)1116.(216.2 ml
=−+=
1.3.2. Phương án 2.
1.3.2.1. Sơ đồ mặt bằng bố trí dây thu sét.

15
Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47
15
16
Đồ án kỹ thuật điện cao áp
AT1
AT2
Hình 1.9: Sơ đồ mặt bằng bố trí dây thu sét
16
Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47
16
17
Đồ án kỹ thuật điện cao áp
Trạm 110kV có treo 4 dây chống sét C-70 , 2 dây 12 và 34 dài l= 25m, 2
dây 14 và 23 dài 28m. Khoảng cách giữa hai dây 12 và 34 là S=28m, khoảng
cách giữa 2 dây 14 và 23 là 25m. Để bảo vệ toàn bộ xà trong trạm thì :
h
o
= h
xmax

Độ võng của dây
Ứng suất cho phép: δ
cp
= 31kg/mm
2
Môđun đàn hồi: E=200.10
3
kg/mm
2
Hệ số dãn nở nhiệt:
C
0
6
1
10.12
−
=
α
Nhiệt độ ứng với trạng thái bão: θ
bão
=25
oC
Nhiệt độ ứng với trạng thái min: θ
min
=5
oC
Tải trọng do trọng lượng gây ra: g
1
=8.10
-3

mkgP
v
==
−
17
Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47
17
18
Đồ án kỹ thuật điện cao áp
)./(10.3,6
70
44,0
23
3
mmmkgg
−
==
Tải trọng tổng hợp:
)./(10.18,1010.3,68
233222
3
2
1
mmmkgggg
−−
=+=+=
Ta có:
2
1
2

+ Với khoảng vượt l
1
=25m.
Phương trình trạng thái ứng vơi θ
min
có dạng:
0
23
=−−
BA
δδ
).(.
.24
..
min
2
0
2
1
2
1
0
θθα
δ
δ
−−−=
bao
E
Egl
A

δδ

có nghiệm
)/(96,3
2
mmkg
=
δ
Độ võng:
)(164,0
96,3.8
25.10.8
.8
.
232
m
lg
f ===
−
δ
Độ cao cột treo dây thu sét :
)(164,18164,018
011
mfhh
=+=+=
+ Với khoảng vượt l
2
=28m.
Phương trình trạng thái ứng vơi θ
min


17)525.(10.200.10.12
31.24
10.200.)10.8.(28
31
36
2
3232
−=−−−=
−
−

13,418
24
28.10.200.)10.8(
24
..
2323
2
2
2
1
===
−
lEg
B
Ta có phương trình :
013,41817
23
=−+

cao nhất và thấp nhấp không đáng kể).
Bảo vệ ở độ cao 11m:
Do
67,1219.
3
2
3
2
11 ==<= hh
x
thì
).(3,6)
19.8,0
11
1.(19.2,1 mb
x
=−=
Bảo vệ ở độ cao 8m:
Do
67,1219.
3
2
3
2
8
==<=
hh
x
thì
).(8,10)

19
20
Đồ án kỹ thuật điện cao áp
Ta đăt cột thu sét bao biên có độ cao 19m.
Do
67,1219.
3
2
11
=≤=
x
h
vậy
)(87,7)
19.8,0
11
1.(19.5,1
011
mr
=−=
Do
67,1219.
3
2
8 =≤=
x
h
vậy
)(5,13)
19.8,0

Tổng chiều dài dây chống sét:)(106)2825.(2 ml
d
=+=
* NHẬN XÉT:
Qua tính toán ta thấy cả 2 phương án trên đều thoả mãn nhu cầu kỹ thuật
đề ra.
Phương án 1: Có chiều dài cột phải xây dựng là 42m.
Phương án 2: Có chiều dài cột phải xây dựng là 54m, dây chống sét là 106m.
Mặt khác nếu chọn phương án 2 phải thêm cột, dây néo, do vậy ta chọn
phương án 1 chống sét đánh trực tiếp vào trạm.
22
Sinh viên : Phan Quốc Thanh Lớp HTĐ2-K47
22
23
Đồ án kỹ thuật điện cao áp
CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM
2.1. YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP.
Nối đất là đem các bộ phận bằng kim loại có nguy cơ bị tiếp xúc với dòng
điện (hư hỏng cách điện) nối với hệ thống nối đất. Nhiệm vụ của nối đất là tản
dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ
thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp. Tuỳ theo
nhiệm vụ và hiệu quả mà hệ thống nối đất được chia làm ba loại.
Nối đất làm việc.
Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một số
bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ làm việc đã được quy định
sẵn.
+ Nối đất điểm trung tính máy biến áp.

Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất:
Trị số điện trở nối đất của nối đất an toàn được chọn sao cho các trị số điện áp
bước và tiếp xúc trong mọi trường hợp đều không vượt quá giới hạn cho phép.
+ Đối với các thiết bị điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất yêu cầu điện
trở nối đất phải thoả mãn:
Ω≤ 5,0R
+ Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện thì:
Ω≤
I
R
250
.
+ Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện với đất và chỉ có một hệ
thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì:
Ω≤
I
R
125
.
Dòng điện I tùy theo mỗi trường hợp sẽ có trị số khác nhau:
* Trong hệ thống không có thiết bị bù thì dòng điện tính toán I là dòng điện
khi có chạm đất một pha (cả mạng trên không và mạng cáp):
I = 3.U
f
.ω. C
Trong đó:
C là điện dung của một pha của hệ thống nối đất.
U
f
là điện áp pha.

Công thức hiệu chỉnh như sau:
mdoTT
K.
ρρ
=
(2.1)
Trong đó: ρ
tt
: là điện trở suất tính toán của đất.
ρ
đo
: điện trở suất đo được của đất.
K
m
: hệ số mùa của đất.
Hệ số K
m
phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của điện cực.
2.2- CÁC SỐ LIỆU DÙNG ĐỂ TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT.
Điện trở suất đo được của đất:
m
d
Ω=
95
ρ
.
Điện trở nối đất cột đường dây:
Ω=
10
c