Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển của khoa học thì điện năng là nguồn năng lợng hết sức
quan trọng đối với mọi lĩnh vực. Nớc 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 nớc.
Để đảm bảo cung cấp điện liên tục và chất lợng 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:
Chơng mở đầu.
Chơng I : Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp 220 KV
Chơng II : Tính toán nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến
áp 220 KV.
Chơng III: Tính chỉ tiêu chống sét cho đờng dây 220 KV.
Chơng IV: Tính bảo vệ chống sóng truyền từ đờng dây vào trạm biến
áp phía 220KV.
Từ việc hoc tập, nghiên cứu, tính toán đồ án này rút ra đợc một số kết luận sau:
Quá trình học tập cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân đặc biệt là sự hớng
dẫn tận tình của cô giáo Nguyễn Minh Chớc bản đồ án này đã đợc hoàn thành. Nhng
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 thầy cô giáo đã giúp đỡ hớng dẫn cho em hoàn
thành bản đồ án này.
Sinh viên thực hiện
Lê Đình Hải
Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 1
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
CHNG M U

Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 2
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Tiên đạo là một môi trờng plasma có điện dẫn rất lớn. Đầu tia đợc nối với một
trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm
này đi vào trung tâm tiên đạo và phân bố có thể xem nh gần đều dọc theo chiều dài
tia. Dới tác dụng của điện trờng của tia tiên đạo sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu
trên mặt đất, mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Những
vùng đất có điện dẫn đồng nhất, thì địa điểm này nằm ngay ở phía dới đầu tia tiên
đạo .Trờng hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau, thì điện dẫn trong đất sẽ
tập trung về nơi có điện dẫn cao. Ví dụ: ao hồ, sông lạch ở vùng đất đá.
Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đờng sức nối liền giữa đầu tia tiên
đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất, vì ở đấy cờng độ điện trờng có trị số lớn
nhất và nh vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã định sẵn. Tính chất chọn lọc của
phóng điện đã đợc vận dụng trong việc bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công
trình. Cột thu sét có độ cao lớn và trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điện
sét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó.
Nếu ở phía mặt đất, điện tích khác dấu đợc tập chung dễ dàng và có điều kiện
thuận lợi để tạo nên khu vực trờng mạnh (ví dụ nh đỉnh cột điện đờng dây cao áp )
thì có thể đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngợc chiều với
tia tiên đạo từ phía lớp mây điện.
Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất thì trờng trong khoảng không gian
giữa các điện cực sẽ có trị số lớn và có quá trình ion hoá mãnh liệt dẫn tới sự hình
thành dòng plasma với mật độ ion lớn hơn nhiều so với của tia tiên đạo. Do có điện
dẫn bản thân rất cao, nên đầu dòng sẽ có điện thế mặt đất và nh vậy toàn bộ hiệu số
điện thế giữa tia tiên đạo với mặt đất đợc tập trung vào khu vực giữa nó với đầu tia
tiên đạo. Trờng trong khu vực này tăng cao và gây ion hoá mãnh liệt dòng plasma
đợc kéo dài và di chuyển ngợc về phía trên. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Dòng điện này có biên độ
và độ dốc dọc theo hàm số biến thiên trong phạm vi rộng từ vài KA đến vài trăm
KA. Dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng
với giai đoạn phóng điện ngợc.
Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây ra quá điện áp khí
quyển và gây hậu quả nghiêm trọng.
Bằng hình vẽ minh hoạ và các giai đoạn phát triển của sóng điện sét và biến
thiên của dòng điện theo thời gian:
a- Giai đoạn phóng điện tiên đạo
b- Hình thành khu vực ion hoá mãnh liệt gần mặt đất
c- d: Giai đoạn phóng điện ngợc
tia tiên đạo; 2- Khu vực ion hoá mãnh liệt; 3- Dòng của phóng điện ngợc
2.Tỡnh hỡnh giụng sột Vit Nam
Việt nam là một nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ sét khá mạnh. Theo tài liệu
nghiên cứu trên mỗi miền đất nớc có những đặc điểm giông sét khác nhau:
Miền Bắc: có số ngày giông sét dao động từ 70
ữ
100 ngày trong một năm. Nh
vậy mỗi ngày có thể xảy ra 2
ữ
3 cơn giông. Vùng giông nhiều nhất là Móng Cái, ở
đây có tới 250
ữ
300 lần giông tập trung trong khoảng 100
ữ
110 ngày, tháng có
nhiều giông nhất là tháng 7 và 8.
Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ
Từ bảng 1-1 chúng ta thấy Việt Nam là một nớc chịu nhiều ảnh hởng của
giông sét, đây là đều bất lợi cho hệ thống điện Việt Nam đòi hỏi ngành điện phải
đầu t cho chống sét rất nhiều. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú
trọng tính toán khi thiết kế các công trình điện sao cho hệ thống vận hành kinh tế
hiệu quả bảo đảm tính cung cấp điện liên tục. Hiệu quả và có độ tin cậy.
Bảng 1-1: Số ngày giông trong các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam.

Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 5
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
TT
Thỏng
Đa điểm
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Cả
năm
1 2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
I Phía Bắc
1 Hà nội
0.0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99
2 Hải phòng
0.0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111
3 Ninh bình
0.0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112
4
Cao bng
0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94

0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104
15
Tuyờn quang
0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106
16
Thỏi nguyờn
0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97
17
Phỳ th
0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107
18
Sn la
0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99
19
Ngha l
0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 93
20
Thanh hoỏ
0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100
21
Vinh
0,0 0,5 6,3 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95
22
Con cuụng
0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103
23
ng hi
0,0 0,3 6,9 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70
24
Ca tựng

Plõycu
0,3 1,7 5,7 12 16 9,7 7,7 8,7 17 3,0 2,0 0,1 90,7
9
lt
0,6 1,6 3,2 6,8 10 8,0 6,3 4,2 6,7 3,8 0,8 0,1 52,1
10
Kontum
0,2 1,2 6,8 10 14 8,0 3,4 0,2 8,0 4,0 1,2 0,0 58,2
11 Nha trang
0,0 0,1 0,6 3,2 8,2 5,2 4,6 5,8 8,5 2,3 0,6 0,1 39,2
12
Phan thit
0,2 0,0 0,2 4,0 13 7,2 8,8 7,4 9,0 6,8 1,8 0,2 59,0
13
Quy nhn
0,0 0,3 0,6 3,6 8,6 5,3 5,1 7,3 9,6 3,3 0,6 0,0 43,3
3. nh hng ca giụng sột n h thng in Vit Nam
Nh chúng ta đã biết biên độ của sét có thể đạt tới hàng trăm KA. Đây là nguồn
sinh nhiệt vô cùng lớn khi có dòng điện sét đi vào đó. Thực tế đã có dây tiếp đất nh-
ng không tốt, khi có dòng điện sét tác dụng sẽ bị nóng chảy và đứt thậm chí có
những cách điện bằng sứ khi có dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và chảy ra nh nhũ
thạch. Phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian lợng điện tích
lớn do đó tạo ra điện trờng rất mạnh. Đây là nguồn gây ra nhiễu vô tuyến và các
thiết bị điện tử, ảnh hởng của nó rất rộng, ở cả nơi cách xa hàng trăm km.
Khi sét đánh thẳng vào đờng dây hoặc xuống mặt đất gần đờng dây sẽ sinh ra
sóng điện từ truyền theo dọc gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đờng
dây. Khi cách điện của đờng dây hỏng sẽ gây nên ngắn mạch các pha, ngắn mạch
pha đứt, buộc các thiết bị đầu đờng dây phải làm việc. Với những đờng dây truyền
tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể dễ gây nên mất ổn định trong hệ thống.
Nếu hệ thống tự động ở các nhà máy làm việc không nhanh có thể rã lới.

cuộc xây dựng đổi mới đất nớc hiện nay.
Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 8
§å ¸n tèt nghiÖp Kü thuËt ®iÖn cao ¸p
Lª §×nh H¶i – TCT§L - HT§ 9
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
CHNG I
Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào
trạm biến áp 220 KV
I) Khỏi nim
Trạm biến áp là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống truyền tải và phân
phối điện. Đối với trạm 220 KV thì các thiết bị đặt ngoài trời. Nên khi có sét đánh
vào trạm sẽ gây hậu quả nặng nề không chỉ làm h hỏng các thiết bị trong trạm mà
còn gây nên hậu quả nghiêm trọng cho các ngành công nghiệp khác do bị ngừng
cung cấp điện. Vì thế trạm biến áp đòi hỏi yêu cầu bảo vệ rất cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp ngời ta thờng dùng
hệ thống cột thu lôi hoặc dây thu sét. Tác dụng của hai hệ thống này là tập trung
điện tích để định hớng cho các phóng điện sét tập trung vào đó tạo ra khu vực an
toàn bên dới và xung quanh trạm biến áp trong phạm vi nhất định.
Hệ thu sét gồm các dây dẫn tiếp địa để dẫn dòng sét kim thu sét vào hệ thống nối
đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận
thu sét phải để tản dòng điện một cách nhanh nhất bảo đảm sao cho khi dòng điện
sét đi qua thì điện áp trên cột thu sét không đủ lớn để gây phóng điện ngợc đến các
thiết bị gần đó.
Trong khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm cần phải

thiết bị ta bố trí cột thu lôi và tính toán độ cao của chúng.
1)Cỏc cụng thc tớnh toỏn phm vi bo v ca ct thu sột
- Chiều cao của cột thu lôi:
h =
x
h
+ h
a
Trong đó:
x
h
: Độ cao của vật cần bảo vệ.
h
a
: Độ cao tác dụng cột thu lôi đợc xác định theo
h
a



8
D

+ D: Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi chân cột.
Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 11
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
- Nếu h > 30 m thì h

h
h
x
)
+ Nếu
x
h


3
2
h thì r
x
= 1,5h.(1-
h
h
x
.8,0
)
- Khi có 2 cột chống sét đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa
hai cột là h
0
.
h
0
= h -
7
a
- Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đờng nối 2 chân cột là r
0x

h
x
)
- Các công thức trên chỉ dùng trong trờng hợp cột thu sét cao tới 30 m. Nếu cột
cao quá 30 m vẫn có thể sử dụng các công thức trên nhng phải nhân thêm hệ số hiệu
chỉnh P =
h
5,5
và thêm hình vẽ dùng các hoành độ 0,75.h.p và 1,5.h.p.
+ Độ cao h
0
= h -
P
a
7
- Nếu khoảng cách giữa hai cột là a > 7.h thì hai cột độc lập.
- Nếu khoảng cách giữa hai cột là a = 7.h thì giữa hai cột bảo vệ đợc vật có độ cao
h
x
= 0.
Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 12
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
- Nếu khoảng cách giữa hai cột là a < 7.h thì hai cột bảo vệ đợc vật có độ cao là h
0
.
h
0

) đặt cách nhau một khoảng là
a

7.h (h
1
, h
2
< 30 m), vật cần bảo vệ có độ cao là h
x
.
- Nếu h
x
<
3
2
.h
2
thì r
x2
= 1,5. h
2
(1-
2
.8,0 h
h
x
)
- Nếu h
x
>


13
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
- Nếu h
1
>
3
2
.h
2
thì r
h
1
= 0,75.h
2
.(1-
2
1
h
h
)
- Nếu h
1
<
3
2
.h
2
thì r
h

. h
0
thì r
0x
= 0,75.h
0
.(1-
0
h
h
x
)
Nếu h
x



3
2
.h
0
thì r
0x
= 1,5.h
0
.(1-
0
.8,0 h
h
x

2
0,2.h
A
2
2
2
R
x
2
0
x
R
R
x
1

Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao khác nhau.
2)Cỏc cụng thc tớnh toỏn phm vi bo v ca dõy thu sột
a. Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét.
- Xác định giống nh phạm vi bảo vệ của cột thu sét. Nhng hoành độ của dây thu
sét là 0,6 và 1,2.
Hình vẽ minh hoạ phạm vi bảo vệ của một dây thu sét.
Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 15
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
0,2.h
2
2

.8,0
)
- Nếu h > 30 m thì b
x
.P ( P: Hệ số hiệu chỉnh)
b. Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.
Do nửa chiều rộng của khu vực bảo vệ có xác súât 100% phóng điện vào dây thu
sét B = 2.h. nên khi dùng hai dây đặt cách nhau a = 4.h thì mọi điểm trên mặt đất
giữa hai dây này sẽ đợc bảo vệ an toàn. Nếu khoảng cách a < 4.h thì có thể bảo vệ
cho các điểm giữa hai dây có mức cao tới h
0
= h -
4
a

Từ h
0
ta tính đợc b
0x

- Nếu h
x
>
3
2
.h
0
thì b
0x
= 0,6.h

)
Phần bên ngoài của phạm vi bảo vệ đợc xác định nh trờng hợp 1 dây còn phần
bên ngoài trong đợc giới hạn bởi vòng cung vẽ qua ba điểm: 2 điểm treo dây thu sét
và điểm giữa có độ cao h
0
= h -
4
a
.
- Do dây thu sét thờng đợc bảo vệ chống sét cho đờng dây cao áp vì độ treo cao
trung bình của dây dẫn thờng lớn hơn
3
2
độ treo cao của đây thu sét (Tỉ lệ
h
h
x
=
0,8)
Nên có thể không cần đề cập đến phạm vi bảo vệ mà biểu thị bằng góc

. Góc bảo
vệ

là góc giữa đờng thẳng đứng với đơng nối liền dây thu sét và dây dẫn. Có thể
tính toán đợc trị số giới hạn của góc

là 31
0
(tg

Phần dẫn điện của hệ thống thu sét phải có đủ tiết diện để thoả mãn điều kiện ổn
định nhiệt khi có dòng sét đi qua. Để chống ăn mòn phần dẫn điện cần đợc phun sơn
hoặc tráng kẽm và không nên dùng loại dây xoắn. Các mối dọc theo mạch điện của
hệ thống thu sét phải đảm bảo có tiếp xúc tốt. Nếu không có thể quá nóng hoặc có
phóng điện tia lửa. Thờng dùng phơng pháp hàn điện hoặc bắt bu lông.
c. Các số liệu dùng tính toán thiết kế hệ thống thu sét bảo vệ trạm 220 KV.
- Với trạm 220 KV có diện tích là: (28935,2)m
2
. Độ cao xà cần bảo vệ là 17m và
11 m.

Ta có sơ đồ mặt bằng toàn trạm:
11 m
17 m
215,6m
112m
82,6m
36m
133m
MBA1
MBA2
Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 18
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
3) Tớnh toỏn phm vi bo v
- Dùng cột thu sét để bảo vệ trạm nh hình vẽ
- Từ mặt bằng trạm ta chọn 2 phơng án để so sánh về kinh tế kỹ thuật:
+ Phơng án 1 đặt 24 cột thu sét.

22

Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 19
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Vậy :
- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 KV là h
x
= 11 m và h
x
= 17 m
* Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:
Để bảo vệ đợc một diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác thì độ cao của cột
thu lôi phải thoả mãn điều kiện.
D

8.h
a
hay h
a



8
D
Trong đó.
D: Là đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác.
h

h
a
=
54,5
8
= 6,81 (m)
Các nhóm cột (2,3,10,9); (3,4,11,10); (4,5,12,11); (5,6,13,12); (6,7,14,13) tính toán
hoàn toàn tơng tự
* Xét nhóm cột 8,9,16,15 :
a
89
=a
1615
= 30,8 m
a
815
= a
916
=36 m
Lê Đình Hải TCTĐL - HTĐ 20
Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đờng chéo là:
D =
2 2
30,8 36+
= 47,2 (m)


p p a p b p c
=
30,8.53,98.57,58
2. 71,18.(71,18 30,8).(71,18 53,98).(71,18 57,58)
= 58,38 (m)

h
a
=
8
D
=
58,38
8
=7,30 (m)
*Xét nhóm cột 18,22,23 tạo thành tam giác có:
a
18,22
= 53,98 (m )
a
22,23
= 41,38(m )
a
18,23
= 62,81 (m )
- Nửa chu vi của tam giác là:
p =
53,98 41,38 62,81
2
+ +

a
19,23
= 53,42 (m )
a
18,23
= 62,81 (m )
- Nửa chu vi của tam giác là:
p =
30,8+53,42 +62,81
2
= 73,52 (m)
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác.
D =
. .
2. .( ).( ).( )
a b c
p p a p b p c
=
30,8.53,42.62,81
2. 73,52.(73,52 30,8).(73,52 53,42).(73,52 62,81)
= 62,87 (m)

h
a
=
8
D
=
62,87
8

= 59,69 (m)

h
a
=
8
D
=
59,69
8
=7,46 (m)
*Xét nhóm cột 20,23,24 tạo thành tam giác có:
a
20,23
= 59,5 (m )
a
23,24
= 56,24 (m )
a
20,24
= 61,12 (m )
- Nửa chu vi của tam giác là:
p =
59,5 +56,24 +61,12
2
= 88,43 (m)
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác.
D =
. .
2. .( ).( ).( )

= 61,12 m
- Nửa chu vi của tam giác là:
p =
30,8+53,36 +61,12
2
= 72,64 (m)
Đờng kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác.
D =
. .
2. .( ).( ).( )
a b c
p p a p b p c
=
30,8.53,36.61,12
2. 72,64 .(72,64 30,8).(72,64 53,36).(72,64 61,12 )
= 61,13 (m)

h
a
=
8
D
=
61,13
8
=7,64 (m)
Qua tính toán độ cao hiệu dụng của các cặp cột thu sét trong trạm phía điện áp
220 KV ta chọn chung một giá trị lớn nhất là h
a
=8,52 (m).

x
.8,0
) =1,5.26.(1-
11
0,8.26
) = 18,38 (m)
+ Bán kính bảo vệ cho độ cao h
x
= 17 (m)
Vì h
x
=17 (m) <
2 2
. .26
3 3
h =
= 17,33 (m)
Nên R
x
=1,5.h.(1-
h
h
x
.8,0
) =1,5.26.(1-
17
0,8.26
) = 7,13 (m)
b) Tính phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu sét biên.
* Xét cặp cột (1,2) ;(2,3) ;(3,4) ;(4,5) ;(5,6) ;(6,7) ;(15,16) ;(16,17) có:

.8,0 h
h
x
) = 1,5. 21,6.(1-
11
0,8.21,6
)
= 11,78 (m)
+ Độ cao bảo vệ h
x
= 17 (m)
Vì h
x
= 17 m >
3
2
.h
0
= 14,4 (m)
Nên R
0x
= 0,75.h
0
.(1-
0
x
h
h
) = 0,75. 21,6.(1-
17