TNH TON CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/22Kv
Lời mở đầu
Hệ thống điện là một hệ thống quan trọng của hệ thống năng lợng Việt
Nam và không thể thiếu đợc trớc công cuộc hiện đại hoá, công nghiệp hoá Đất
nớc. Do nguồn điện thờng đặt xa nơi tiêu thụ điện năng nên phải chuyển qua
các trạm biến áp tăng hoặc giảm điện áp. Đối với nớc ta là nớc có khí hậu nhiệt
đới gió mùa, mà hệ thống điện lại kéo dài từ Bắc vào Nam do đó phải đi qua
nhiều vùng khí hậu khác nhau đặc biệt là những nới có độ ẩm cao, mật độ giông
sét nhiều. Thiệt hại do sét gây ra cho ngành điện và nền kinh tế quốc dân là rất
lớn.
Vì vậy chúng ta phải đầu t vào nghiên cứu, tìm ra những giải pháp để
chống sét đánh vào các nhà máy, trạm biến áp, đờng dây để giảm đến mức tối
thiểu thiệt hại do sét gây ra cho nền kinh tế. Với yêu cầu nh vậy, đồ án thiết kế
của em gồm bản thuyết minh này và kèm theo bản vẽ thiết kế về bảo vệ chống
sét cho trạm biến áp 110/22/0,4KV và đờng dây 110KV.
Do thời gian có hạn nên việc thiết kế của em không tránh khỏi những sai
sót, em mong đợc sự chỉ bảo giúp đỡ của các thầy cô giáo bộ môn hệ thống
điện. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Đình Thắng đã
tận tình hớng dẫn em hoàn thành đồ án thiết kế naỳ và em cũng xin cảm ơn các
thầy cô giáo bộ môn đã quan tâm chỉ bảo, hớng dẫn chúng em trong việc thiết
kế đồ án tốt nghiệp.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
Ngày 29 tháng 4 năm 2003
Sinh viên thiết kế
Đoàn Văn Minh
1
TNH TON CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/22Kv
Chơng mở đầu
------o0o-----
tình hình giông sét ở việt nam và ảnh hởng của nó
tới lới điện

ngày tuỳ từng nơi. Khu vực nhiều nhất là đồng bằng Nam Bộ, số ngày giông sét
có thể lên tới 120 đến 140 ngày. Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4 đến tháng 11
số ngày giông trung bình 10 ngày/tháng còn từ tháng 5 đến tháng 10 có khoảng
trên 20 ngày giông ( Sài Gòn: 22 ngày; Hà Tiên: 28 ngày)
- ở Tây Nguyên mùa dông thờng chỉ có từ các tháng 4,5 và tháng 9. Tháng
cực đại (tháng 5) trung bình quan sát đợc 15 ngày giông và ở Tây Nguyên trung
bình số ngaỳ giông từ 10 - 12 ngày(Plây cu: 17 ngày; Kon Tum: 14 ngày, Đà
Lạt: 10 ngày) còn các tháng khác của Mùa đông trung bình có từ 5 đến 7
ngày/tháng.
- Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình giông sét 3 miền Bắc - Trung -
Nam, những vùng lân cận lại có mật độ tơng đối giống nhau. Kết quả nghiên
cứu ngời ta đã lập đợc bản đồ - phân vùng sét Việt Nam (các thống số cho trong
bảng 1-1).
Bảng 1-1:
Vùng
Ngày giông
trung bình
(ngày/năm)
Giờ giông trung
bình(h/năm)
Mật độ sét
trung bình
Tháng giông
cực đại
ĐồngBằngven
biển Miềm Bắc
81,1 215,6 6,47 8
Miền núi trung
du Bắc Bộ.
61,6 219,1 6,33 7

60 ữ 80 7,92 ữ 9,82 6,3 ữ 8,4 3,6 ữ 4,8 3,65 ữ 4,87 3,78 ữ 5,06
80 ữ 100 9,82 ữ 12,15 8,4 ữ 10,5 4,8 ữ 6,0 4,87 ữ 6,09 5,06 ữ 6,3
100 ữ 120 12,15ữ14,58 10,5 ữ 12,6 6,0 ữ 7,2 6,09 ữ 7,31 6,3 ữ 7,76
II. Sự ảnh hởng của giông sét tới hệ thống điện:
- ở Việt Nam, trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nớc KC - 03 - 07 đã lắp đặt các
thiết bị ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đờng dây tải điện trong nhiều năm
liên tục, kết quả thu thập tình hình sự cố lới điện 220 KV ở miền Bắc từ năm
1987 đến năm 1992 đợc ghi trong bảng 3.
- Trong tổng hợp sự cố vĩnh cửu của đờng dây trên không 220 KV Phả Lại -
Hà Đông, nguyên nhân do sét là 8/11 chiếm 72,7%. Sở dĩ lấy kết quả sự cố của
đờng dây Phả Lại - Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lới định ở Miền Bắc
vì đây là đờng dây quan trọng của Miền Bắc và sự cố đờng dây này ảnh hởng rất
lớn đến tình hình truyền tải điện năng trên lới điện. Ngoài ra theo đề tài nghiên
cứu khoa học - nghiên cứu giải pháp kỹ thuật hoàn thiện hệ thống chống sét bảo
vệ lới điện trung áp của Viện Năng Lợng đã tập trung thống kê, phân biệt tình
hình sự cố lới điện 35 đến 110 KV của Miền Bắc nói chung và lới điện quốc gia
nói riêng từ năm 1976 đến năm 1982. Kết quả thống kê đợc thể hiện ở bảng 1-
3.
Bảng 1- 3:
4
TNH TON CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/22Kv
Năm Dới 220 KV Đờng dây Phả Lại - Hà Đông
Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét
1987
1988
1989
1990
1991
1992
2

- Từ thống kê này cho ta thấy rằng: Tổng sự cố do sét gây ra đối với đờng dây
trung áp là lớn hơn tổng số của đờng dây cao áp, nhng tác hại của nó mang lại
đối với hệ thống điện là rất lớn. Số lần sự cố lới điện 35KV chiếm tỷ lệ khá lớn
đến 54%.
Bảng 1- 4:
Năm theo dõi Cấp điện áp KV
Tổng chiều dài
đờng dây (Km)
Suất sự cố (lần /100Km)
Tổng số Do sét
1979
110
35
1050
3400
8,5
11,5
1,85
6,00
1980
110
35
1100
3400
6,8
10,7
1,46
5,40
1981
110

đánh trực tiếp vào trạm.
T
- Qua thống kê, ngời ta thấy số lần sự cố của HTĐ do bị sét đánh chiếm tỷ lệ
rất lớn so với các trờng hợp khác. Vì vậy việc tính toán bảo vệ TBA do sét đánh
để hạ đến mức tối thiểu là một nhiệm vụ hết sức quan trọng và cần thiết. Khi bị
sét đánh vào trạm, các thiết bị điện sẽ bị h hỏng và có thể dẫn đến việc cung cấp
điện bị ngừng toàn bộ , động thời có thể làm ảnh hởng trực tiếp đến quá trình
sản xuất điện năng và các ngành kinh tế khác.
- Để đảm bảo chống sét đánh trực tiếp vào trạm cần dùng các cột thu sét và
dây chống sét. Các cột thu sét này có thể đợc đặt độc lập hoặc trong điều kiện
cho phép ta vận dụng chiều cao của các cột, xà cột đèn chiếu sáng. Riêng cột
độc lập thờng tốn kém hơn về kinh tế nên chỉ dùng khi không thể tận dụng đợc
chiều cao của các cột, xà...
- Nếu đặt các cột thu sét trên các kết cấu của trạm phân phối ngoài trời và
dùng dây chống sét để bảo vệ cho doạn dây dẫn nối từ sà cuối cùng của trạm
đến cột đầu tiên của đờng dây thì chúng sẽ đợc nối đất chung với hệ thống nối
đất chung của trạm và độ tăng lớn nhỏ này còn tuỳ thuộc vào thông số của dòng
điện sét và điện trở nối đất xung kích của hệ thống. Khi điện áp này vợt quá giới
hạn cho phép thì có thể gây nên nguy hiểm cho các thiết bị điện, do vậy chỉ
trong điều kiện cho phép mới đợc đặt cột thu sét trên các công trình trong trạm
hoặc dây chống sét ở trong trạm.
6
TNH TON CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/22Kv
- Khi thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp, ngoài các yêu
cầu về kỹ thuật cần phải chú ý đến vấn đề kinh tế và vấn đề mỹ thuật.
I. các yêu cầu kỹ thuật:
- Với mục đích giảm vốn đầu t khi thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào
trạm biến áp ngoài trời, ngời ta thờng bố trí cột trên các độ cao có sẵn nh cột,
xã... đối với trạm 110KV do có mức cách định cao nên các cột thu sét có thể đặt
trực tiếp trên các kết cấu của trạm. Các trụ của các kết cấu trên đó có đặt các

là:
)hh(
h
h
1
6,1
r
x
x
x

+
=
Trong đó:
h - Là độ cao của cột.
h
x
- Là độc cao cần bảo vệ.
h - h
x
= h
a
- Là chiều cao hiệu dụng của cột.
Nếu
hth
3
2
3

thì

TNH TON CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/22Kv
- Nếu chiều cao của cột h > 30m thì ta phải kể đến hệ số điều chỉnh nghĩa là:
Prmhr
xx
.)30(
=>
(với P là hệ số hiệu chỉnh)
.
5,5
h
P
=
2. Phạm vi bảo vệ của hai cột và nhiều cột thu sét :
- Nếu hai cột có chiều cao bằng nhau: giả sử 2 cột cách nhau một khoảng là a.
+ Nếu a = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất ở giữa hai cột sẽ đợc bảo vệ
an toàn.
+ Nếu a = 7h thì cột bảo vệ đợc độ cao là
0
0
h
h
đợc xác định từ h).
.
77
00
a
hh
a
hh
==

15,1
3
2
h
h
hrhh
h
h
hrhh
x
oxx
x
xx
+ Khi cột thu sét có h> 30 thì
P
a
hh
7
0
=
Hình 1-2
-Nếu hai cột có độ cao khác nhau:
9
TNH TON CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/22Kv
Hình 1 - 3
- Nếu có nhiều cột: Ta phải xác định cho từng nhóm cột gần nhau (3 hay 4 cột)
phối hợp bảo vệ thu sét sao cho đỉnh các cột cùng nằm trên một đờng tròn ngoại
tiếp, các cột đó tạo thành một tam giác hoặc đa giác thì phần bên trong sẽ đợc
bảo vệ hoàn toàn nếu:
ax

R
XK
- Điện trở xung kích của bộ phận nối đất (R)
L - Độ cảm ứng của dây dẫn từ bộ phận nổi đất đến điểm khảo sát
)( H
à
còn
gọi là hệ số điện cảm.
- Khi ta thay I
max
= 150 KA; độ bền cách điện của không khí là 500KV/m và
ax
I
W
Im
2

=
với
S
KA
I
à
60
=

thì ta sẽ đợc công thức tính toán dùng để xác định
khoảng cách an toàn cho phép của không khí nh sau:
[ ]
[ ]





++=
++==
- Khoảng cách an toàn trong đất S
đ

- Tiêu chuẩn khoảng cách an toàn S
đ
đợc xác định bằng biểu thức sau:
S
đ
= a.R
xk
Trong đó:
a- Hệ số phụ thuộc trị số dòng điện sét chọn trong tính toán với I
max
= 150 thì
a = 0,5.
R
xk
- Trị số điện trở tản xung kích của dòng điện sét đi qua bộ phận nối đất
)(

11
TNH TON CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/22Kv
xk
0,5R

1. Phơng án 1:
Bố trí 10 cột thu sét trong đó có 2 cột thu sét đặt thêm 2 đầu của xà đòn dây đầu
trạm còn 8 cột dựng độc lập
a. Xét các cặp cột:
- Các cặp cột 1 - 2 -10 ta có:
)m(30l
)m(8l
101
21
=
=


Do tạo thành một tam giác vuông nên:
)m(05,31830l
22
102
=+=

)m(88,3
8
31
8
D
h
)m(31
)05,3153,34)(3053,34)(853,34(53,342
05,31.30.8
D
)m(05,31

)m(15,5
8
21,41
8
D
h
)m(21,41
)04,4105,51)(05,3105,51)(3005,51(05,512
05,41.05,31.30
D
)m(05,51
2
04,4105,3130
P
a
===
=

=
=
++
=
13
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
Víi h
h
= 11m chiÒu cao cña c¸c cét thu sÐt lµ 11+5,15 = 16,15 (m)
VËy ta chän chiÒu cao cét lµ 19 (m).
- C¸c cét 3 -4 -10.
Ta c

=
−−−
=
=
++
=
Víi h
x
= 11m ta cã chiÒu cao cña c¸c cét lµ : 11+7,02 = 18,02(m)
VËy ta chän chiÒu cao cét lµ 19 (m)
- C¸c cét 4-5-9-10:
)m(56ll
)m(30ll
95104
10954
==
==
−−
−−
Do c¸c cét t¹o thµnh h×nh ch÷ nhËt nªn:
)m(94,7
8
53,63
8
D
h
)m(53,635630D
a
22
===⇒

P
)m(28,432833l
a
22
75
===
=
−−−
=
=
++
=
=+=
−
Víi h
x
= 8m chiÒu cao cña c¸c cét lµ: 8+ 5,41=13,41(m)
VËy ta chän chiÒu cao cña c¸c cét lµ : 16 (m)
- C¸c cét 5 - 7 - 9:
)m(28,433328L
)m(56l
)m(28,43l
22
97
95
75
=+=
=
=
−

)m(28,43l
)m(33l
)m(28l
97
98
87
=
=
=
−
−
−
Do t¹o thµnh tam gi¸c thêng nªn:
)m(41,5
8
28,43
8
D
h
)m(28,43
)28,4314,52)(3314,52)(2814,52(14,522
28,43.33.28
D
)m(14,52
2
28,433328
P
a
===⇒
=

15,1
vì
)m(67,12h
3
2
m11h
1x
=<=

=
)m(88,7
19.8,0
11
119.5,1
=







+Phạm vi bảo vệ giữa hai cột là:















- Cặp cột 2-3:
+ Bán kính bảo vệ của mỗi cột ở độ cao 19m là 7,88 (m)
+Phạm vi bảo vệ giữa hai cột là:
vì
)m(86,3
14,16
11
114,16.75,0
h
h
1h75,0r
)m(76,10h
3
2
m11h
)m(14,16
7
20
19
7
a
hh
o

14
11
114.75,0
h
h
1h75,0r
)m(33,9h
3
2
m11h
)m(14
7
99,34
19
7
a
hh
0
x
0x0
0x
10
=






=

=






=








=
=>=
+ Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột: vì 2 cột có độ cao khác nhau nên bán
kính bảo vệ của cột 5 với độ cao h
x
= 16(m) là:
Vì:
)m(25,2
19
16
119.75,0
h
h
1h75,0r

7
75,27
16
7
a
hh
50
=

=
Vì:
)m(06,3
04,12.8,0
8
104,12.5,1
h8,0
h
1h5,1r
)m(03,8h
3
2
m8h
0
x
0x0
ox
=




x
oox
o
h
h
1h.75,0r
)m(29,11
7
33
16
7
a
hh
vì
)m(53,7h
3
2
m8h
ox
=>=
)m(47,2
29,11
8
129,11.75,0r
ox
=





Vì
)m(8h
3
2
m8h
0x
===

)m(3
12
8
112.75,0r
ox
=






=

-Cặp cột 7-8:
+ Bán kính bảo vệ của cột cao 16m là 3,75(m)
+ Phạm vi bảo vệ giữa hai cột:

)m(12
7
28
16


)m(3
12
8
112.75,0r
ox
=






=
- Cặp cột 8- 9:
+Bán kính bảo vệ của các cột ở độ cao 16m là 3,75(m)
+Phạm vi bảo vệ giữa hai cột là:
)m(46,2
28,11
8
128,11.75,0
)m(52,7h
3
2
m8hvi
h
h
1h75,0r
)m(28,11
7

+ Bán kính bảo vệ của cột 9 cao 16m là 3,75m.
Bán kính bảo vệ của 10 cột cao 19m là 7,88m
+Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột: Vì 2 cột có độ cao khác nhau nên bán kính
bảo vệ của cột 10 với độ cao h
h
=16m là:








=
10
x
1010
h
h
1h75,0r
Vì:
)m(67,12h
3
2
m16h
10x
=>=
)m(25,2
19

=<=
19
TNH TON CHNG SẫT CHO NG DY V TRM BIN P 110/22Kv
)m(06,3
04,12.8,0
8
104,12.5,1
h8,0
h
1h5,1r
o
x
0ox
=






=








=







=








=
*Từ các số liệu tính toán trên ta có bảng sau:
Bảng 1-6
STT Các cặp cột h
x
(m) h
o
(m) r
ox
(m)
1 1-2 11 17,86 6,17
2 2-3 11 16,14 3,84
3 3-4 11 14 2,25
4 4-5 8 12,04 3,06
5 5-6 8 11,29 2,47

h
)m(31
)05,3153,34)(3053,34)(853,34(53,342
05,31.30.8
D
)m(53,34
2
05,31308
P
)m(05,31308l
a
22
112
===
=

=
=
++
=
=+=

Với h
x
= 11m chiều cao của các cột là: 11+ 3,88 = 14,88 (m)
Vậy ta chọn chiều cao của các cột là 18 (m)
- Các cột 2 -3 -11:
)m(04,412830l
)m(05,31l
)m(30l

=
++
=
Với h
x
= 11m chiều cao của các cột là: 11+ 5,15 = 16,15(m).Vậy chọn
chiều cao của các cột là 18(m)
- Các cột 3 -11- 12:
22
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
)m(73,292810l
)m(40l
)m(04,41l
22
1211
123
113
=+=
=
=
−
−
−
Do c¸c cét t¹o thµnh tam gi¸c thêng nªn:
)m(45,5
8
58,43
8
D
h

=
−
−
−
Do c¸c cét t¹o thµnh tam gi¸c thêng nªn:
)m(1,6
8
8,48
8
D
h
)m(8,48
)83,4842,58)(4042,58)(2842,58(42,582
83,48.40.28
D
)m(42,58
2
83,484028
P
a
===⇒
=
−−−
=
=
++
=
Víi h
x
= 11m th× chiÒu cao cña c¸c cét lµ: 11+ 6,1 = 17,1 (m). VËy ta

75,2983,4830
P
a
===⇒
=
−−−
=
=
++
=
Víi h
x
= 11m chiÒu cao cña c¸c cét lµ: 11+6,48 = 17,48 (m)
VËy ta chän chiÒu cao c¸c cét lµ 18 (m)
- C¸c cét: 5 -6 -12:
)m(41,342028l
)m(73,29l
)m(30l
22
126
125
65
=+=
=
=
−
−
−
Do c¸c cét t¹o thµnh tam gi¸c thêng nªn ta cã:
)m(57,4

1210
1110
1211
=+=
=
=
−
−
−
Do c¸c cét t¹o thµnh tam gi¸c c©n nªn:
)m(57,4
8
54,36
8
D
h
)m(54,36
)41,3407,47)(73,2907,47)(3007,47(07,472
41,34.73,29.30
D
)m(07,47
2
41,3473,2930
P
a
===⇒
=
−−−
=
=

28,432833
P
)m(28,432833l
a
22
86
===⇒
=
−−−
=
=
++
=
=+=
−
Víi h
x
= 8 m chiÒu cao cña c¸c cét lµ: 8+5,41= 13,41m
VËy ta chän chiÒu cao cña c¸c cét lµ 16 (m)
- C¸c cét 6 -8 -10:
)m(56l
)m(28,432833l
)m(28,43l
106
22
108
86
=
=+=
=

- C¸c cét 8 -9 - 10:
25