---------------  ---------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

KỸ THUẬT ĐIỆN
CAO ÁP --------------------------

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 1


Giai đoạn ny l giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung
bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10
7
cm/s, các
lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.10
8
cm/s (trong một đợt sét
đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một
đám mây thì có thể hình thnh nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lợt
phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo l môi trờng Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia đợc nối
với một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích
của trung tâm ny đi vo trong tia tiên đạo. Phần điện tích ny đợc phân
bố khá đều dọc theo chiều di tia xuống mặt đất. Dới tác dụng của điện
trờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất
m địa điểm tập kết tùy thuộc vo tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất
có địên dẫn đồng nhất thì điểm ny nằm ngay ở phía dới đầu tia tiên đạo.
Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn
khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao.
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 v nh vậy địa điểm sét
đánh trên mặt đất đã đợc định sẵn.
Do vậy để định hớng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có
mật độ tập trung điện diện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực
tiếp cho các công trình đợc dựa trên tính chọn lọc ny của phóng điện sét.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngợc l v mật độ điện trờng
của điện tích trong tia tiên đạo l thì trong một đơn vị thời gian thì điện
tích đi v trong đất sẽ l:
i
s

Việt Nam l một trong những nớc khí hậu nhiệt đới, có cờng độ dông
sét khá mạnh. Theo ti liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nớc Việt
nam có một đặc điểm dông sét khác nhau :
+ ỏ miền Bắc, số ngy dông dao động từ 70 ữ 110 ngy trong một năm
v số lần dông từ 150 ữ 300 lần nh vậy trung bình một ngy có thể xảy ra
từ 2 ữ 3 cơn dông.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 4
+ Vùng dông nhiều nhất trên miền Bắc l Móng Cái. Tại đây hng năm
có từ 250 ữ300 lần dông tập trung trong khoảng 100 ữ 110 ngy. Tháng
nhiều dông nhất l các tháng 7, tháng 8.
+ Một số vùng có địa hình thuận lợi thờng l khu vực chuyển tiếp giữa
vùng núi v vùng đồng bằng, số trờng hợp dông cũng lên tới 200 lần, số
ngy dông lên đến 100 ngy trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150 ữ
200 cơn dông mỗi năm, tập trung trong khoảng 90 ữ 100 ngy.
+ Nơi ít dông nhất trên miền Bắc l vùng Quảng Bình hng năm chỉ có
dới 80 ngy dông.
Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông
không hon ton đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa dông
tập chung trong khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Trên vùng Duyên Hải
Trung Bộ, ở phần phía Bắc (đến Quảng Ngãi) l khu vực tơng đối nhiều
dông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8 số ngy dông khoảng 10 ngy/
tháng, tháng nhiều dông nhất (tháng 5) quan sát đợc 12 ữ 15 ngy (Đ
Nẵng 14 ngy/ tháng, Bồng Sơn 16 ngy/tháng ...), những tháng đầu mùa
(tháng 4) v tháng cuối mùa (tháng 10) dông còn ít, mỗi tháng chỉ gặp từ 2
ữ 5 ngy dông.
Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vo) l khu vực ít dông
nhất, thờng chỉ có trong tháng 5 số ngy dông khoảng 10/tháng nh Tuy
Ho 10ngy/tháng, Nha Trang 8 ngy/tháng, Phan Thiết 13 ngy/tháng.
ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120 ữ 140

Bắc Cạn 0,1 0,3 3,0 7,0 12 18 20 21 10 2,8 0,2 0,1 97
Lạng Sơn 0,2 0,4 2,6 6,9 12 14 18 21 10 2,8 0,1 0,0 90
Móng Cái 0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112
Hồng Gai 0,1 0,0 1,7 1,3 10 15 16 20 15 2,2 0,2 0,0 87
H Giang 0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102
Sa Pa 0,6 2,6 6,6 12 13 15 16 18 7,3 3,0 0,9 0,3 97
Lo Cai 0,4 1,8 7,0 10 12 13 17 19 8,1 2,5 0,7 0,0 93
Yên Bái 0,2 0,6 4,1 9,1 15 17 21 20 11 4,2 0,2 0,0 104
Tuyên Quang 0,2 0,0 4,0 9,2 15 17 22 21 11 4,2 0,5 0,0 106
Phú Thọ 0,0 0,6 4,2 9,4 16 17 22 21 11 3,4 0,5 0,0 107
Thái Nguyên 0,0 0,3 3,0 7,7 13 17 17 22 12 3,3 0,1 0,0 97
H Nội 0,0 0,3 2,9 7,9 16 16 20 20 11 3,1 0,6 0,9 99
Hải Phòng 0,0 0,1 7,0 7,0 13 19 21 23 17 4,4 1,0 0,0 111
Ninh Bình 0,0 0,4 8,4 8,4 16 21 20 21 14 5,0 0,7 0,0 112
Lai Châu 0,4 1,8 13 12 15 16 14 14 5,8 3,4 1,9 0,3 93
Điện Biên 0,2 2,7 12 12 17 21 17 18 8,3 5,3 1,1 0,0 112
Sơn La 0,0 1,0 14 14 16 18 15 16 6,2 6,2 1,0 0,2 99
Nghĩa Lộ 0,2 0,5 9,2 9,2 14 15 19 18 10 5,2 0,0 0,0 99
Thanh Hoá 0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100
Vinh 0,0 0,5 6,9 6,9 17 13 13 19 15 5,6 0,2 0,0 95
Con Cuông 0,0 0,2 13 13 17 14 13 20 14 5,2 0,2 0,0 103
Đồng Hới 0,0 0,3 6,3 6,3 15 7,7 9,6 9,6 11 5,3 0,3 0,0 70
Cửa Tùng 0,0 0,2 7,8 7,8 18 10 12 12 12 5,3 0,3 0,0 85
Phía Nam

Huế 0,0 0,2 1,9 4,9 10 6,2 5,3 5,1 4,8 2,3 0,3 0,0 41,8
Đ Nẵng 0,0 0,3 2,5 6,5 14 11 9,3 12 8,9 3,7 0,5 0,0 69,5
Quảng Ngãi 0,0 0,3 1,2 5,7 10 13 9,7 1,0 7,8 0,7 0,0 0,0 59,1
Quy Nhơn 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
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

sét đánh thẳng vo trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện
của trạm biến áp , điều ny rất nguy hiểm vì nó tơng đơng với việc ngắn
mạch trên thanh góp v dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng
điện sét vo trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp lm việc
không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô
cùng lớn.
Qua đó ta thấy rằng sự cố do sét gây ra rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong
sự cố lới điện, vì vậy dông sét l mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động
của lới điện.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 8
*Kết luận:
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam v ảnh hởng của
dông sét tới hoạt động của lới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét
cho lới điện v trạm biến áp l rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong
vận hnh lới điện. chơng2:
tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đờng dây

Đờng dây trong HTĐ lm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ
dùng điện. Đờng dây l phần tử phải hứng chịu nhiều phóng điện sét nhất
so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đờng dây bị phóng điện sét nếu
biên độ dòng sét lớn tới mức lm cho quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp
phóng điện xung kích của cách điện sẽ dẫn đến phóng điện v gây ngắn
mạch đờng dây, buộc máy cắt đầu đờng dây phải tác động. Nh vậy việc
cung cấp điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung
kích của cách điện đờng dây thì sóng sét sẽ truyền từ đờng dây vo trạm
biến áp v sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. Vì vậy bảo vệ

+ Khi h
x
h thì b
x
= 1,2h (1- h
x
/0,8h (2 2)
Chiều di của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều di đờng dây nh hình
(2 2 ).
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 10

C B
A

2

1
Hình 2-2: Góc bảo vệ của một dây chống sét.

Có thể tính toán đợc trị số giới hạn của góc
l


= 31
0
,
nhng trong
thực tế thờng lấy khoảng = 20
0

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 11
điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của đờng dây nếu quá điện áp khí
quyển có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đờng dây. Khả năng
phóng điện đợc biểu thị bởi xác suất phóng điện ( V
p đ
). Số lần xảy ra
phóng điện sẽ l:
N
pđ
= N. V
pđ
= ( 0,6ữ0,9 ). h . 10
-3
. l . n
ng s
. V
pđ
. ( 2 4 )
Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 100 s
m thời gian của các bảo vệ rơle thờng không bé quá một nửa chu kỳ tần
số công nghiệp tức l khoảng 0,01s. Do đó không phải cứ có phóng điện trên
cách điện l đờng dây bị cắt ra. Đờng dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng
điện xung kích trên cách điện trở thnh hồ quang duy trì bởi điện áp lm
việc của đờng dây đó.
Xác suất hình thnh hồ quang ( ) phụ thuộc vo Gradien của điện áp
lm việc dọc theo đờng phóng điện :
= (E
lv
) ; E

= ( 0,06ữ0,09). h. n
ng s
. V
pđ
.. (2 6)
Đờng dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau:
+ Sét đánh thẳng vo đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận đỉnh cột.
+ Sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 12
+ sét đánh vo khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột.
Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đờng dây gây quá điện áp
cảm ứng trên đờng dây, nhng trờng hợp ny không nguy hiểm bằng ba
trờng hợp trên. Khi đờng dây bị sét đánh trực tiếp sẽ phải chịu đựng ton
bộ năng lợng của phóng điện sét, do vậy sẽ tính toán dây chống sét cho
đờng dây với ba trờng hợp trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của
đờng dây.
n
cđ
= n
c
+ n
kv
+ n
dd
( 2 7)
Trong đó:
+ n
c
: số lần cắt do sét đánh vo đỉnh cột.

= p/s =492/120. 1000 = 0,0041.
(p : khối lợng 1km dây AC- 120 ,p=492 Kg/Km ; s: tiết diện dây
AC-120 , s= 120 mm
2
.)
: hệ số cơ của đờng dây ở nhiệt độ trung bình , = 7,25.

16,2m
12m
1,5m
3m
3m
C
B
A
9,0m
1,2m
1,75m
Hình 2-3: Độ cao dây chống sét v dây dẫn.

l: chiều di khoảng vợt của đờng dây = 150m.
f
dd
= 0,0041.150
2
/8. 7,25 = 1,5905 m 1,6 m ở đây ta lấy f
dd
= 1,8 m.
f
cs

dd
= 60.ln (2.h
dd
/ r). ( 2 10 )
Z
dd
A
= 60. ln [ ( 2. 10,8) / (9,5. 10
-3
) ] = 463,75 .
Z
dd
B
= 60. ln [ ( 2. 7,8 ) / ( 9,5. 10
-3
) ] = 444,22 .
Với dây chống sét ta phải tính tổng trở khi có vầng quang v khi không
có vầng quang.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 14
+ Khi không có vầng quang:
Z
d
cs
=60. ln [ ( 2. 15,2 ) / ( 5,5. 10
-3
)] = 517
+ Khi có vầng quang, ta phải chia Z
d
cs

D
ln
K 112
2
2
2
12
12
=

Trong đó:
+ h
2
: độ cao trung bình của dây chống sét.
+ D
12
: khoảng cách giữa dây pha v ảnh của dây chống sét.
+ d
12
: khoảng cách giữa dây chống sét v dây pha.
+ h
1
: độ cao trung bình của dây dẫn pha.
+ : hệ số hiệu chỉnh vầng quang ( = 1,3)
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 15
Theo kết quả tính trớc ta có:
h
dd
A

16,2m
16,2m
K
1,5m
Hình 2-5: Xác định khoảng cách theo phép chiếu gơng qua mặt đất.m,,)IE()IA(D 046242451
2222
12
=+=+=

Với pha B,C:

m,,,)IB()ID(d 41775127
2222
12
=+=+=m,,)IE()IB(D 081818751
2222
12
=+=+=

đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 16
Hệ số ngẫu hợp giữa pha A v dây chống sét : áp dụng công thức (2
11):


0818
3
,
.,
,.
ln
,
,
ln
KK
csCcsB
===



Khi có vầng quang :

1303110 ,,.,KK
vq
csC
vq
csB
===

2.1.2.5- Góc bảo vệ của chống sét.
Từ hình (2 2 ) ta có:
0
65193570
24
51

đờng dây với ba khả năng đã nêu đối với đờng 110kV.
đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 17
2.2 - tính suất cắt của đờng dây 110kv do sét đánh vòng
qua dây chống sét vo dây dẫn.
Đờng dây có U 110kV đợc bảo vệ bằng dây chống sét, tuy vậy vẫn
có những trờng hợp sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn. Tuy xác
suất ny nhỏ nhng vẫn đợc xác định bởi công thức sau:
4
90
h
Vlg
cs


=
(2-15)
Trong đó:

: góc bảo vệ của dây chống sét ( độ).
h
cs
: chiều cao cột đỡ dây chống sét ( m).
Khi dây dẫn bị sét đánh, dòng trên dây dẫn l I
S
/4, vì mạch của khe sét
sẽ đợc nối với tổng trở sóng của dây dẫn có trị số nh hình (2 6 ) Z

)(
I
Z
Z
Z
II
s
dd
s
132
2
2
0
0

+
=

Z
0
: Tổng trở sóng của khe sét.
Điện áp lúc đó trên dây dẫn l:

4
Z.I
U
dds
dd
=
(2-14)

I
50
4


Ta có xác suất phóng điện trên cách điện l:

)152(eeV
dd
s
%50
s
Z.1,26
U.4
1,26
I
pd
==



Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vo dây dẫn:
N

= N. V

(2 16)
Trong đó:
N: tổng số lần phóng điện sét của 100 km đờng dây đã đợc xác định
tại mục 2.1.4 l: 96 lần / 100km. năm.

E
lv
952
213
110
==

Dựa vo bảng (21 1) sách giáo trình kỹ thuật điện cao áp vẽ đồ thị
v bằng phơng pháp nội suy ta có:

= 0,63
Bảng 2 1:
Xác định hình thnh hồ quang:

)m/kV(
l
U
E
pd
lv
lv
=
50

30

20

Hình (2 7): nội suy để xác định


đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp
Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 20
Từ ( 2 18) ta thấy v


v v
pđ
đều phụ thuộc tỷ lệ chiều cao cột h hay độ
cao dây dẫn v góc bảo vệ

, độ cao dây dẫn tăng hoặc

tăng đều lm cho
n
dd
tăng, vậy ta chọn pha A l pha có góc bảo vệ

lớn nhất v h
dd
A
lớn hơn
so với pha B v pha C để tính suất cắt cho đờng dây.
Pha A có

A
= 19,65
0

126
50
,eeeV
,.,
.
Z.,
U.
,
I
pd
dd
s
%
s
====




U
50%c
= 660kV đối với đờng dây 110kV
[
tra bảng ( 9 5) Kỹ thuật
điện cao áp
]
.
Thay số vo (2 18 ) ta có:
n
dd

kv
= N
kv
. V
pđ
.

(2 20)
Để tính V
pđ
ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện của
đờng dây.
2.3.1- Phơng pháp xác định Vpđ.

Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ I
s
= a. t.
Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đờng dây gồm hai thnh
phần:
lvcdcd
U)a,I(U)t(U +

=

Trong đó:
+
:)a,I(U
cd

l thnh phần quá điện áp do dòng sét gây ra phụ

chịu đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính vôn giây (V- S) của
chuỗi sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra:
( 2 23)






=
=+

=
iii
ipdlviicdicd
t.aI
)t(UU)a;I.(U)t(U
U
pđ
(t
i
) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V S ) tại t
i
.
Do coi dòng điện có dạng I = a. t thì thnh phần U
cđ
'
(I,a) tỷ lệ với độ dốc
a. có thể đặt: U
cđ

U)t(U
Z
lvipd

=
(2 27)
Từ ( 2 26 ) v ( 2 27 ) ta có:

a
)t(U
U)t(U
a
icd
lvipd
i


=

( 2 28 )
Mặt khác ta có :
iii
t.aI =
Dựa vo các cặp (I
i
,a
i
) vẽ đờng cong nguy hiểm hình (2 8)
Miền nguy
hiểm

Trần Tử Bình - HTĐ.K35 Trang 23


=
=
n
i
aIpd
ii
V.VV
1
Sau khi xác định đợc V
pđ
, thay số vo ( 2 20 ) ta có suất cắt do sét
đánh vo khoảng vợt của đờng dây 110kV.
2.3.2- Trình tự tính toán.

Để đơn giản hoá trong tính toán, coi nh sét đánh vo khoảng giữa của
dây chống sét trong khoảng vợt, khi đó dòng điện sét đợc chia đều cho
hai phía của dây chống sét nh hình (2 9 ).
a.t/2
a.t/2
Hình (2 9) : Sét đánh vo dây chống sét giữa khoảng vợt.
R
C
R
C
R
C


cccccccs
Lt.R
a
L
a
R
t.a
dt
t.a
d
.LR
t.a
U +=+=






+=
222
2
2

( 2 30 )
( 2 29 )
Trong đó:
+ R
c
: điện trở nối đất cột

= - K
vq
.U
cs
+ U
lv
Trong đó:
+ U
lv
l điện áp trung bình của pha.

kV,..
,
U
.U.
dt.t.sin.U.
U
lv
lv
1757
3
2
110
143
2
3
22
3
21
0

+ U
lv
( 2 31 )
U
cđ
= U
cs
. (1- K
vq
) + U
lv

()
( )
lvvqcccd
UK.Lt.R.
a
U ++= 1
2

( 2 32 )
Từ biểu thức ( 2 32 ) ta thấy khi K
vq
nhỏ thì U
cđ
lớn do vậy theo ti liệu
hớng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp thì khi tính toán phải tính với pha
có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục ( 2.1.3.3 ) ta có:

1302570 ,KK;,K