TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
LỜI MỞ ĐẦU
Hệ thống điện là một hệ thống quan trọng của hệ thống năng lượng
Việt Nam và không thể thiếu được trước công cuộc hiện đại hoá, công nghiệp
hoá Đất nước. Do nguồn điện thường đặt xa nơi tiêu thụ điện năng nên phải
chuyển qua các trạm biến áp tăng hoặc giảm điện áp. Đối với nước ta là nước
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 tư vào nghiên cứu, tìm ra những giải pháp để
chống sét đánh vào các nhà máy, trạm biến áp, đường dây để giảm đến mức
tối thiểu thiệt hại do sét gây ra cho nền kinh tế. Với yêu cầu như 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 đường dây 110KV.
Do thời gian có hạn nên việc thiết kế của em không tránh khỏi những
sai sót, em mong được 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 hướng 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, hướng 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
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
------o0o-----
TÌNH HÌNH GIÔNG SÉT Ở VIỆT NAM VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ
TỚI LƯỚI ĐIỆN

- Ở Miền Nam cũng có khá nhiều giông hàng năm quan sát được từ 40 - 50
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 thường chỉ có từ các tháng 4,5 và tháng 9. Tháng
cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được 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 tương đối giống nhau. Kết quả nghiên
cứu người ta đã lập được 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 ÷ 80 7,92 ÷ 9,82 6,3 ÷ 8,4 3,6 ÷ 4,8 3,65 ÷ 4,87 3,78 ÷ 5,06
80 ÷ 100 9,82 ÷ 12,15 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷ 6,0 4,87 ÷ 6,09 5,06 ÷ 6,3
100 ÷ 120 12,15÷14,58 10,5 ÷ 12,6 6,0 ÷ 7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ÷ 7,76
II. SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA GIÔNG SÉT TỚI HỆ THỐNG ĐIỆN:
- Ở Việt Nam, trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC - 03 - 07 đã lắp đặt
các thiết bị ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều
năm liên tục, kết quả thu thập tình hình sự cố lưới điện 220 KV ở miền Bắc từ
năm 1987 đến năm 1992 được ghi trong bảng 3.
- Trong tổng hợp sự cố vĩnh cửu của đường 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 đường dây Phả Lại - Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lưới định ở
Miền Bắc vì đây là đường dây quan trọng của Miền Bắc và sự cố đường dây
này ảnh hưởng rất lớn đến tình hình truyền tải điện năng trên lưới điện. Ngoài
ra theo đề tài nghiên cứu khoa học - nghiên cứu giải pháp kỹ thuật hoàn thiện
hệ thống chống sét bảo vệ lưới điện trung áp của Viện Năng Lượng đã tập
trung thống kê, phân biệt tình hình sự cố lưới điện 35 đến 110 KV của Miền
4
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
Bắc nói chung và lưới điện quốc gia nói riêng từ năm 1976 đến năm 1982.
Kết quả thống kê được thể hiện ở bảng 1- 3.
Bảng 1- 3:
Năm
Dưới 220 KV Đường dây Phả Lại - Hà Đông
Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét
1987
1988
1989
1990
1991
1992

Tổng số 105 16 22 11 8
- Từ thống kê này cho ta thấy rằng: Tổng sự cố do sét gây ra đối với đường
dây trung áp là lớn hơn tổng số của đường dây cao áp, nhưng tác hại của nó
mang lại đối với hệ thống điện là rất lớn. Số lần sự cố lưới điện 35KV chiếm
tỷ lệ khá lớn đến 54%.
Bảng 1- 4:
Năm theo dõi Cấp điện áp KV
Tổng chiều dài
đường 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

HTĐ trong nhiều yếu tố là do sóng sét quá điện áp truyền vào trạm từ đường
dây và do sét đánh trực tiếp vào trạm.
T
- Qua thống kê, người ta thấy số lần sự cố của HTĐ do bị sét đánh chiếm tỷ
lệ rất lớn so với các trường 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 hư hỏng và có thể dẫn đến
việc cung cấp điện bị ngừng toàn bộ , động thời có thể làm ảnh hưởng 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 được 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 thường tốn kém hơn về kinh tế nên chỉ dùng khi không thể tận
dụng được 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 đường dây thì chúng sẽ được 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
6
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
vượt 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 được đặt cột thu sét trên các công
trình trong trạm hoặc dây chống sét ở trong trạm.
- 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 tư khi thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
vào trạm biến áp ngoài trời, người ta thường bố trí cột trên các độ cao có sẵn
như cột, xã... đối với trạm 110KV do có mức cách định cao nên các cột thu

x
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.
8
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
Nếu
hth
3
2

175,0
λ
- 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 được bảo
vệ an toàn.
+ Nếu a = 7h thì cột bảo vệ được độ cao là
0
0
h
h
được xác định từ h).
.
77
00
a
hh

3
2
8,0
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
−=
9
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
Hình 1-2
-Nếu hai cột có độ cao khác nhau:
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 đường

Trong đó:
I
max
- Dòng điện sét tính toán (KA)
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
µ
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
µ
60
=
′
thì ta sẽ được công thức tính toán dùng để xác định










++=
++==
- Khoảng cách an toàn trong đất S
đ

- Tiêu chuẩn khoảng cách an toàn S
đ
được 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
)(

trong phạm vi bảo vệ của các cột thu sét.
VI. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ CỘT:
1. Phương 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

−
−
−
Do các cột này tạo thành một tam giác thường nên.
)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
===
=
−−−
=
=
++
=
Với h
h
= 11m chiều cao của các cột thu sét là 11+5,15 = 16,15 (m)
Vậy ta chọn chiều cao cột là 19 (m).

a
===
=
−−−
=
=
++
=
Với h
x
= 11m ta có chiều cao của các cột là : 11+7,02 = 18,02(m)
Vậy ta chọn chiều cao cột là 19 (m)
- Các cột 4-5-9-10:
14
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
)m(56ll
)m(30ll
95104
10954
==
==
−−
−−
Do các cột tạo thành hình chữ nhật nên:
)m(94,7
8
53,63
8
D
h

2
28,432833
P
)m(28,432833l
a
22
75
===
=
−−−
=
=
++
=
=+=
−
Với h
x
= 8m chiều cao của các cột là: 8+ 5,41=13,41(m)
Vậy ta chọn chiều cao của các cột là : 16 (m)
- Các cột 5 - 7 - 9:
)m(28,433328L
)m(56l
)m(28,43l
22
97
95
75
=+=
=

15
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
Vậy ta chọn chiều cạo của các cột là: 16(m)
-Các cột 7 - 8 -9:
)m(28,43l
)m(33l
)m(28l
97
98
87
=
=
=
−
−
−
Do tạo thành tam giác thường nên:
)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

x
8,0
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:
16
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv




86,17.8,0
11
186,17.5,1
=






−
- 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

vì:
)m(25,2
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
=






5
x
5x
2x
=






−=








−=
=>=
+ 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

)m(75,2725,230raa
4
=−=−=
′
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

=−=−=
0
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
=



16
7
a
hh
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:


0x
===

)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

=−=−=
19
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
-Cặp cột 9 -10
+ 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

3
2
m8h
0x
=<=
)m(06,3
04,12.8,0
8
104,12.5,1
h8,0
h
1h5,1r
o
x
0ox
=






−=








0ox
=






−=








−=⇒
20
TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 110/22Kv
*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

8
D
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

−−−
=
=
++
=
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 các cột tạo thành tam giác thường nên:
)m(45,5
8
58,43
8

=+=
=
=
−
−
−
Do các cột tạo thành tam giác thường nên:
)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
===⇒
=
−−−
=
=
++
=
Với h

)m(28,54
2
75,2983,4830
P
a
===⇒
=
−−−
=
=
++
=
Với h
x
= 11m chiều cao của các cột là: 11+6,48 = 17,48 (m)
Vậy ta chọn chiều cao các cột là 18 (m)
- Các cột: 5 -6 -12:
)m(41,342028l
)m(73,29l
)m(30l
22
126
125
65
=+=
=
=
−
−
−

)m(73,29l
22
1210
1110
1211
=+=
=
=
−
−
−
Do các cột tạo thành tam giác cân nên:
)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
===⇒
=
−−−

)m(14,52
2
28,432833
P
)m(28,432833l
a
22
86
===⇒
=
−−−
=
=
++
=
=+=
−
Với h
x
= 8 m chiều cao của các cột là: 8+5,41= 13,41m
Vậy ta chọn chiều cao của các cột là 16 (m)
- Các cột 6 -8 -10:
)m(56l
)m(28,432833l
)m(28,43l
106
22
108
86
=

= 8m thì chiều cao của các cột là: 8+7,09 = 15,09(m)
Vậy ta chọn chiều cao của các cột là 16(m)
- Các cột 8 -9 - 10:
25