Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
chơng II
Bảo vệ chống sét đờng dây 220 kV
3.1 mở đầu
Đờng dây là phân tử dài nhất trên hệ thống điện nên thờng bị sét đánh gây nên quá
điện áp. Quá trình này có thể dẫn tới cắt máy cắt đờng dây làm ảnh hởng tới cung cấp điện
và an toàn của các thiết bị trong trạm. Vì thế đờng dây cần đợc bảo vệ chống sét với mức
an toàn cao.
Trị số của quá điện áp khí quyển là rất lớn nên không thể chọn mức cách điện của đ-
ờng dây đáp ứng đợc hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp mà chỉ có thể chọn theo mức hợp
lý về mặt kinh tế và kỹ thuật. Do đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đờng dây không phải
là an toàn tuyệt đối mà chỉ cần ở mức độ giới hạn hợp lý.
Trong phần này ta sẽ tính toán các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây, trên cơ sở đó
xác định đợc các phơng hớng và biện pháp để giảm số lần cắt điện của đờng dây cần bảo
vệ.
3.2 Các yêu cầu kỹ thuật
Việc đa ra chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây là một vấn đề phức tạp. Nó phụ thuộc vào
nhiều yếu tố nh kết cấu, yêu cầu cung cấp điện... vì vậy khó có thể đa ra một chỉ tiêu chung. Do
đó trong tính toán hiện nay của bảo vệ chống sét tính với thời gian một năm hoặc một trăm giờ
sét cho chiều dài 100km đờng dây có thể so sánh với các chỉ tiêu chống sét của các đờng dây
điển hình. Các đờng dây này qua kinh nghiệm thiết kế và vận hành đã đợc xác nhận mức độ bảo
vệ chống sét là hợp lý. Nếu so sánh chỉ tiêu bảo vệ chống sét của đờng dây thiết kế kém hơn
nhiều so với các đờng dây điển hình thì cần có biện pháp tăng cờng bảo vệ chống sét nh đặt
thêm dây chống sét, giảm góc bảo vệ, giảm điện trở nối đất....
NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng
56
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
3.3 Các chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây
1) C ờng độ hoạt động của sét
a) Số ngày sét
Cờng độ hoạt động của sét đợc biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm (n

.n
ng.s
.L.h.10
-3
(lần) ( 3 - 1 )
Trong đó :
m
s
: mật độ sét vùng có đờng dây đi qua
n
ng.s
: số ngày sét trong một năm.
h : chiều cao trung bình của các dây dẫn (m).
L : chiều dài của đờng dây (km).
Lấy L = 100km ta sẽ có số lần sét đánh vào 100km dọc chiều dài đờng dây trong
một năm.
N = (0,1
ữ
0,15).n
ng.s
.6.h.100.10
-3
= (0,06
ữ
0,09).n
ng.s
.h ( 3 2 )
NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng
57
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp

90
lg
=



c
h
( 3 5 )
Trong đó ;
h
c
: là chiều cao của cột(m).


: là góc bảo vệ (độ).
- Sét đánh vào điểm giữa khoảng vợt:

2
N
NNNN
dddckv
=
( 3 6 )
3) Số lần phóng điện do sét đánh vào đ ờng dây
Khi bị sét đánh, quá điện áp tác dụng vào cách điện của đờng dây ( sứ và khoảng cách
không khí giữa dây dẫn và dây chống sét ) có thể gây ra phóng điện. Khả năng phóng điện
đợc đặc trng bởi xác suất phóng điện V
pđ
. Nh thế ứng với số lần sét đánh N

dây. Có thể xác định

theo bảng sau.
Bảng 3 - 2 : Bảng xác suất hình hình thành hồ quang
)E(f
lv
=
E
lv
=
cs
lv
L
U
50 30 20 10

0,6 0,45 0,25 0,1
U
lv
: điện áp pha làm việc.
L
cs
: chiều dài chuỗi sứ
Đối với đờng dây dùng cột gỗ tính theo công thức

2
(1,5. 4).10
tb
E


U
%50
s
e.
U
h.n).4,236,15(

ữ
( 3 12 )
Trong đó :
n
s
: số ngày sét trong một năm.
h : độ treo cao trung bình của dây dẫn.
U
50%
: điện áp phóng điện 50% của chuỗi sứ.
NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng
59
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Nh vậy số lần đờng dây bị cắt điện do quá điện áp cảm ứng
n
cđ c
= N
pđ c
.

( 3 13 )
Đờng dây 110kV trở lên do mức cách điện cao (U
50%

.
13m
5m
7m
h
c
=25m
A
BC
4,5m
3m
Hình 3 - 1: Sơ đồ cột lộ đơn 220kV.
b) Dây dẫn và dây chống sét.
NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng
60
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Dây dẫn AC 240
Dây chống sét C 70
Khoảng vợt l
kv
=200m
c) Nối đất cột điện
Điện trở suất của nối đất
0,9 .cm

=
Điện trở nối đất cột điện R
c
= 10


XV
V
3
F.
16
V
.C.P
F
P
g
=
=
với

, C
X
đợc tra trong bảng gió cấp 3
)mm.m/kg(10.3,6
70
44,0
g
)m/kg(44,010.4,9.1.
16
30
.2,1.7,0P
23
3
3
2
V

bão min
l = .
CP 2 2
gh
g -g
3 1
-6
24.12.10 (25-5)
=31. =373,7(m)
-3 2 -3 2
(10,18.10 ) -(8.10 )
l = 200m < l
gh
Vậy phơng trình trạng thái lấy lấy trạng thái ứng với
min

làm trạng thái xuất phát.
Phơng trình trạng thái có dạng :
0BA
23
=
3,21333
24
200.10.200.)10.8(
24
l.E.g
B
2,39)525.(10.200.10.12
31.24
10.200.)10.8.(200

22
=
=+


)m(1,2
13,19.8
200.10.8
.8
l.g
f
232
===


Độ võng của dây dẫn AC - 240 khoảng vợt 200m.
Các thông số sủa dây AC - 240:
ứng suất cho phép:
2
cp
mm/kg58,8
=
.
Modul đàn hồi: E = 8250kg/mm
2
Hệ số giãn nở nhiệt:
C/110.2,19
06

=

đợc tra trong bảng gió cấp 3
)mm.m/kg(10.46,3
240
83,0
g
)m/kg(83,010.5,17.1.
16
30
.2,1.7,0P
23
3
3
2
V


==
==
Tải trọng tổng hợp
)mm.m/kg(10.510.46,36,3ggg
23322
2
2
2
1

=+=+=
Nhiệt độ ứng với trạng thái bão
C25
0


=




l = 200m < l
gh
Vậy phơng trình trạng thái lấy lấy trạng thái ứng với
min

làm trạng thái xuất phát.
Phơng trình trạng thái có dạng :
0BA
23
=
58,47
24
200.8250.)10.46,3(
24
l.E.g
B
5,3)525.(8250.10.2,19
58,8.24
8250.)10.46,3.(200
58,8
).(E.
24
E.g.l
A

63
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
)m(53,5
13,3.8
200.10.46,3
.8
l.g
f
232
===


b) Độ treo cao trung bình của dây dẫn và dây chống sét.
Độ treo cao trung bình của dây chống sét
- Do điểm cao nhất của cột là 25m nên h
cs
= 25m.
- Độ treo cao trung bình của dây chống sét là:
)m(6,231,2.
3
2
25f.
3
2
hh
cscs
tb
cs
===
Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A ( h


=

=


- Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha A là:
)m(3,1453,5.
3
2
18f.
3
2
hh
ddA
tb
A
===
Độ treo cao trung bình của dây dẫn pha B, C(h
B
tb
, h
C
tb
).
- Dây dẫn pha B(C) có góc bảo vệ
0
CB
20
==

2
13f.
3
2
hhh
ddB
tb
C
tb
B
====
c) Tổng trở sóng của dây dẫn.
NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng
64
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
Tổng trở sóng của dây dẫn đợc tính theo công thức:

r
h.2
ln.60Z
dd
=
( 3 14 )
Trong đó:
r: bán kính dây dẫn.
h: độ treo cao trung bình của dây dẫn.
Tổng trở sóng pha A.
Dây dẫn pha A là dây AC-240 có r = 8,74.10
-3
m nên:

B
dd
====

Tổng trở sóng dây chống sét.
Dây chống sét là dây C 70 có r = 4,72.10
-3
m nên ta tính đợc tổng trở sóng của dây
chống sét nh sau
- Khi không kể đến ảnh hởng của vầng quang.
)(6,552
10.72,4
6,23.2
ln.60
r
h.2
ln.60Z
3
tb
cs
cs
===

- Khi có kể đến ảnh hởng của vầng quang.

cs
VQ
CS
Z
Z

r
h.2
ln
d
D
ln
K
=
( 3 15 )
Trong đó:
h
2
: độ treo cao của dây chống sét .
r
2
: bán kính của dây chống sét.
d
12
: khoảng cách giữa dây chống sét và dây dẫn.
D
12
: khoảng cách giữa dây chống sét và ảnh của dây dẫn.
Các tham số trên hình vẽ đợc xác định nh sau:
1
2
2
'
1
'
h

Độ dài của xà l
xà
= 3m
Bán kính dây dẫn r
2
= 4,72.10
-3
m
Ta tính đợc:
)m(77,9)3,146,23(3)hh(ld
222
12
2
xà12
=+=+=
)m(02,38)3,146,23(3)hh(lD
222
21
2
xà12
=++=++=
Thay vào công thức 3 14 ta có:
15,0
10.72,4
6,23.2
ln
77,9
02,38
ln
K

2
xà12
=+=+=
)m(21,33)3,96,23(5,4)hh(lD
222
21
2
xà12
=++=++=
Thay vào công thức 3 14 ta có:
NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng
67
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
09,0
10.72,4
6,23.2
ln
99,14
21,33
ln
KK
3
C
0
B
0
===

Thay vào công thức 3 16 ta có:
13,009,0.4,1KK

Ta sẽ lấy khả năng nguy hiểm nhất để tính N = 169,92 lần/100km.năm.
Nh phần trớc ta đã nói
N = N
dd
+ N
đc
+ N
kv
Trong đó:
N
dd
: số lần sét đánh vào dây dẫn.
N
đc
: số lần sét đánh vào đỉnh cột.
N
kv
: số lần sét đánh vào khoảng vợt dây chống sét.
NGUYễN Tiến dũng lớp HTĐ - khóa 1 trạm hảI dơng
68
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
f) Số lần sét dánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
Trong trờng hợp này ta tính với dây dẫn pha A.
Trớc tiên ta cần đi xác định xác suất phóng điện V

với các thông số nh sau:
m25h
22
c
0

=
(lần/100km.năm)
4) Suất cắt do sét đánh vào đ ờng dây.
h) Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
Theo 3 10 ta có:
n
dd
=N
dd
.V
pđ
.

Trong đó:
V
pđ
: là xác suất phóng điện đợc xác định nh sau
V
pđ
= P [ U
qa

U
50%
]
= P [ I


dd
%50

: xác suất hình thành hồ quang
)E(f
lv
=
xác định nh sau
pd
lv
lv
l
U
E
=
)kV(127
3
220
3
U
U
dm
lv
===
l
pd
: chiều dài phóng điện, lấy bằng chiều dài chuỗi sứ
l
pd
= l
sứ
.n = 146.14 = 2014(mm) = 2,014(m)
l

70
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp
i) Suất cắt do sét đánh vào khoảng v ợt.
Khi sét đánh vào khoảng vợt của dây chống sét, để đơn giản cho tính toán ta giả thiết
sét đánh vào chính giữa khoảng vợt, dòng điện sét chia đều sang hai bên nh hình 3 4.
h
c
=25m
A
BC C B
A
h
c
=25m
i
s
/2i
s
/2
Hình 3 - 4: Sét đánh vào khoảng vợt dây chống sét.
Lấy với dạng sóng xiên góc. Lúc này trên dây chống sét và mỗi cột sẽ có dòng điện
là
2
i
s
.
Khi tính toán ta cần tính với các giá trị khác nhau của dòng điện sét.
Khi đờng dây tải điện bị sét đánh vào khoảng vợt của dây chống sét thì sẽ sinh ra các
điện áp là:
- Điện áp tác dụng lên cách điện không khí giữa dây dẫn và dây chống sét.