ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
Đồ án tốt nghiệp môn cao áp
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CHO HỆ
THỐNG CAO ÁP CỦA TRẠM BIẾN ÁP
110/22 KV
Giáo viên hướng dẫn :
Sinh viên thực hiện :
Ch ng m u ươ ở đầ 3
Ch ng Iươ 6
I.1-KHÁI NI M CHUNG.Ệ 7

Trang - 1 -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
I.2- CÁC YÊU C U K THU T KHI T NH TOÁN B O V CH NG SÉT ÁNH Ầ Ỹ Ậ Í Ả Ệ Ố Đ
TR C TI P VÀO TR M BI N ÁP.Ự Ế Ạ Ế 7
Ch ng 2ươ 25
II.1- GI I THI U CHUNG VÀ M T S V N K THU T KHI T NH TOÁN Ớ Ệ Ộ Ố Ầ ĐỀ Ỹ Ậ Í
N I T TR M BI N ÁP.Ố ĐẤ Ạ Ế 25
II.2- CÁC S LI U D NG T NH TOÁN N I T.Ố Ệ Ù ĐỂ Í Ố ĐẤ 28
II.3- TRÌNH T T NH TOÁN.Ự Í 29
II.4- T NH TOÁN N I T CH NG SÉT.Í Ố ĐẤ Ố 35
II.5- K T LU N.Ế Ậ 48
Ch ngIII:ươ 48
III.1- LÝ THUY T T NH TOÁN.Ế Í 49
III.2 - T NH SU T C T C A NG DÂY110KV DO SÉT ÁNH :Í Ấ Ắ Ủ ĐƯỜ Đ 57
III.3- T NH SU T C T T NG DO SÉT ÁNH VÀO NG DÂY T I Í Ấ Ắ Ổ Đ ĐƯỜ Ả 84
I N 110KV.Đ Ệ 84
III.4- T NH CH TIÊU CH NG SÉT CHO NG DÂY T I I N110KVÍ Ỉ Ố ĐƯỜ Ả Đ Ệ 84

Trang - 2 -

Trang - 3 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
Miền nam cũng có khá nhiều giông , hàng năm quan sát được từ 40 đến 50 ngày
và đến trên 100 ngày tuỳ nơi . Khu vực nhiều giông nhất là đồng bằng Nam bộ ,
số ngày giông sét có thể lên tới 120 – 140 ngày /năm . Mùa đông ở Nam Bộ từ
tháng 4 đến tháng 11 thì số ngày giông trung bình là 10 ngày /tháng , các tháng 5
đến tháng 10 có khoảng trên 20 ngày giông ( SàI Gòn 22 ngày , Hà Tiên 28 ngày.
Tây Nguyên , mùa giông chỉ có ở các tháng 4 , 5 và 9 . Tháng cực đại ( tháng 5 ) ,
trung bình quan sát được 15 ngày giông và ở Tây Nguyên trung bình số ngày
giông sét từ 10 đến 12 ngày ( Plây cu 17 ngày , Kon Tum 14 ngày , Đà Lạt 10
ngày còn các tháng khác trong mùa trung bình có 5 – 7 ngày /tháng .
Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình giông sét trên 3 miền Bắc – Trung –
Nam , những vùg lân cận lại có mật độ giông sét tương đối giống nhau . Kết quả
nghiên cứu , người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông sét toàn Việt Nam
( các thông số cho trong bảng 1 ) .
Vùng
Ngày đông
trung bình
(ngày / năm )
Gìơ đông
trung bình
(giờ /năm)
Mật độ sét
trung bình
Tháng giông
cực đại
đồng bằng ven biển
81.1 215.6 6.47 8
Miền núi trung du
Bắc Bộ 61,6 219,1 6.33 7

80 ÷ 100 9,72 ÷ 12,15 8,4 ÷ 10,5 4,8 ÷ 6 4,87 ÷ 6,09 5,06 ÷6,3
100 ÷ 120 12,15 ÷ 14,58 10,5 ÷12,6 6 ÷ 7,2 6,09 ÷ 7,31 6,3 ÷ 7,76
II . Ảnh hưởng của giông sét :
Ỏ 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 :
Loại sự cố 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
2
5
24
25
30
19
1
2
3
4
2
4
2
5
6

Chương I
BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV.

Trang - 6 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
I.1-KHÁI NIỆM CHUNG.
Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân
phối điện năng .
Đối với trạm biến áp 110 KV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài
trời, khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không
những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những hậu quả
cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm
biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng
hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống này là tập trung điện tích
để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn
bên dưới hệ thống này.
Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào
hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của
bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho
khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để
gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó.
Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần
phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về
kỹ thuật, mỹ thuật.
I.2- CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT KHI TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT
ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP.
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an
toàn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110 kV ở đây ta dùng hệ thống

của các thiết bị ta có thể bố trí được các cột thu lôi và tính được độ cao của
chúng.
I.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán.
- Độ cao cột thu lôi:
h =h
x
+ h
a
(I – 1)

Trang - 8 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
Trong đó: + h
x
: độ cao của vật được bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng
nhóm cột. (h
a
≥ D/8 m).
(với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột)
- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là:
)2()(
1
6,1
−−
+
= Ihh
h

Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa
hai cột là h
o
và được xác định theo công thức:
)5(
7
−−= I
a
hh
o
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột
là r
xo
và được xác định như sau:
)(
1
6,1
0 x
o
x
xo
hh
h
h
r −
+
=
( I-6 )

Trang - 9 -

(H×nh I – 2 ): Trêng hîp hai cét thu l«i cã chiÒu cao kh¸c
nhau
a
'

2
h
2
1

h
1
3
R
a
- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h
2
, khi đó các
khoảng cách AB = a; BC = a
'
. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a
'
như
sau:

Trang - 10 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
)7().(
1
6,1

o
−=
Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là:
)hh.(
h
h
,
ah
7
a'
hh
o 21
1
2
22
1
61
−
+
+−=−=
)hh.(
h
h
,
r
xoxo
−
+
=
1

3
6
5
4
1
7
8
PHÍA 22KV
PHÍA 110KV
Tính độ cao tác dụng của cột thu lơi:
Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ
cao của cột thu lơi phải thoả mãn: D ≤ 8h
a
Trong đó:
- D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi
các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được.
- h
a
: Là độ cao tác dụng của cột thu lơi.
Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lơi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi
bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lơi có thể phối hợp được
với nhau để bảo vệ được vật có độ cao h
x
nào đó là: a ≤ 7h
Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lơi.
- Xét nhóm cột (1;2;3;4) ta có:
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật tạo
bởi các cột 1;2;3;4
Đoạn (1-2) = 30,6m


D
h
a
.8,5
8
5,46
8
===
- Xét nhóm cột 5;6;7
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 5;6;7. (5 - 7 =
22
4,3025 +
= 40m ; từ 5 – 6 = 28m ; 6 ÷ 7 = = 17,8m) .
Và đường kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5):
)81(
)).().(.(.2

−
−−−
=
cpbpapp
cba
D
Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;4;5):
2
cba
p
++

- Xét nhóm cột 5;7;8
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 5;7;8 (5 ÷ 8 = 17m , từ 7 – 8 = 25m .Và đường kính vòng tròn là:
mD 3,301725
22
=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;7;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích
giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
4
8
3,30
8
===
- Xét nhóm cột 6;7;8
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 6;7;8. (6 - 7 =
22
5,317 +
= 17,4m ; từ 7 – 8 = 30,4m ; 60 ÷ 8 = = 34,8m)
Và đường kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8):
)81(
)).().(.(.2

−
−−−

m
D
h
a
4,4
8
8,34
8
===
- Xét nhóm cột 5;6;8
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 5;6;8 (5 ÷ 8 = 17m , từ 5 – 6 = 30,4m .Và đường kính vòng tròn là:
mD 35174,30
22
=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích
giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
4,4
8
35
8
===
Như vậy đối với tất cả các cột thu lôi có thể lấy một độ cao tác dụng là :
h
a
= 5,8m

m
h
h
hr
x
x
9,4
17.8,0
11
117.5,1
.8,0
1.5,1 =






−=






−=
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m:
m
h
h

5,12
7
4,30
17
7
=−=−=
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
Ở độ cao 8,2m: h
x
= 8,2m > 2/3h
o
= 8,1m. Nên :
.85.2
5,12
2,8
1.15,12.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






−=

1.15,12.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






−=








−=
- Xét cặp cột 1;4. Khoảng cách giữa hai cột là: a =34m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o



−=








−=
- Xét cặp cột 3;6. Khoảng cách giữa hai cột là: a =35m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
13
7
35
18
7
=−=−=
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
Ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 8,7m. Nên :

a
hh
o
4,13
7
25
17
7
=−=−=
Ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 8,9m. Nên :
.8,1
4,13
11
1.4,13.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






11
1.45,14.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






−=








−=
- Xét cặp cột 5;8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 17m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh




−=








−=
Nhận xét: Q tính tốn ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lơi
cho tồn trạm. Cụ thể được trình bày ở hình vẽ
Từ hình vẽ ta thấy rằng tồn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi
bảo vệ của các cột thu lơi.
Vậy với cách bố trí thu lơi như phương án I là đảm bảo về mặt kỹ thuật.
I.3.3.2- Phương án 2.
Ta bố trí 9 cột thu lơi trong đó 5 cột bố trí trên thanh xà cao 11m và các cột
còn lại bố trí độc lập :
T1
T2
Phòng điều khiển
Phòng phân phối
Phòng tụ bù
Sơ đồ hiện trạng mặt bằng TBA 110 kV Văn Điển : Phương án 2
1
2
4

Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 1;2;3. (1 ÷ 2 = 30,4m , từ 2 – 3 = 34m .Và đường kính vòng tròn là:
mD 5,46344,30
22
=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;3 bảo vệ được hoàn toàn diện tích
giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
.4,5
8
5,46
8
===
Ta thấy tam giác vuông 123 có diện tích lớn hơn diện tích tam giác 238 , do
đó phạm vi bảo vệ của nhóm cột 1;2;3 cũng là phạm vi bảo vệ của nhóm cột
2;3;8
- Xét nhóm cột 1;3;8 .
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 1;3;8. (1 ÷3 = 46,5m; từ 3 - 8 = 26m ; 1 ÷ 8 = = 34,4m) .
Và đường kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8):
)81(
)).().(.(.2

−
−−−
=

giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
.9,5
8
9,46
8
===
- Xét nhóm cột 4;7;8 .
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 4;7;8. (4 ÷7 = 25m; từ 7 - 8 = 26m ; 4 ÷ 8 = = 30m) .
Và đường kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8):
)81(
)).().(.(.2

−
−−−
=
cpbpapp
cba
D
Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (4;7;8):
2
cba
p
++
=

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
- Xét nhóm cột 4;5;7.
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 4;5;7. (4 ÷ 5 = 32m , từ 4 – 7 = 25m .Và đường kính vòng tròn là:
mD 6,402532
22
=+=
Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 4;5;7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích
giới hạn bởi chúng là:
m
D
h
a
.1,5
8
6,40
8
===
- Xét nhóm cột 5;6;7 .
Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi
các cột 5;6;7. (5 ÷6 = 30,4m; từ 6 - 7 = 32m ; 5 ÷ 7 = 40,6m) .
Và đường kính vòng tròn là:
Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7):
)81(
)).().(.(.2

−
−−−
=
cpbpapp

a
.2,5
8
41
8
===
Như vậy đối với tất cả các cột thu lôi có thể lấy một độ cao tác dụng là :

Trang - 21 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
h
a
= 6m
Tính độ cao cột thu lôi ;
Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp
được xác định bởi: h = h
x
+ h
a
Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi.
+ h
x
: độ cao của vật được bảo vệ.
+ h
a
: độ cao tác dụng của cột thu lôi.

⇒
độ cao tác dụng của các cột thu lôi là :
h






−=
- Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m:
m
h
h
hr
x
x
25,14
17.8,0
6
117.5,1
.8,0
1.5,1 =






−=





hr
o
x
oxo
=






−=








−=
- Xét cặp cột 2;3. Khoảng cách giữa hai cột là: a =34m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Trang - 22 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
m
a
hh
o









−=
- Xét cặp cột 3,4. Khoảng cách giữa hai cột là: a =25,6m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
3,13
7
6,25
17
7
=−=−=
Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là:
Ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 8,8m. Nên :
.72,1
3,13
11

4,12
7
32
17
7
=−=−=
Ở độ cao 11m: h
x
= 11m > 2/3h
o
= 8,3m. Nên :
.05,1
4,12
11
1.4,12.75,01.75,0 m
h
h
hr
o
x
oxo
=






−=


h
hr
o
x
oxo
=






−=








−=
- Xét cặp cột 7-8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 26m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:

Trang - 23 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
m
a
hh









−=
- Xét cặp cột 1-8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 34,4m.
Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là:
m
a
hh
o
1,12
7
4,34
17
7
=−=−=
Ở độ cao11: h
x
= 11m > 2/3h
o
=8,1m
.82,0
1,12
11
1.1,7512,01.75,0 m

mặt kỹ thuật và hai phương án tương đương về mặt kinh tế. Ta thấy phương án II
bố trí hợp lí cột chống sét hơn phương án I: Do vậy ta chọn phương án II.

Trang - 24 -
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔN CAO ÁP
Chương 2
TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHO TRẠM 110/22 KV
II.1- GIỚI THIỆU CHUNG VÀ MỘT SỐ VẦN ĐỀ KỸ THUẬT KHI TÍNH
TOÁN NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP.
Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên
vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ
quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đường dây,
các thiết bị chống sét phải được tính toán cụ thể trong khi thiết kế.
Trong hệ thống điện thường có ba loại nối đất :
+ Nối đất làm việc.
Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một số
bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ nối đất trực tiếp, thường là
nối đất điểm trung tính máy biến áp. Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực
tiếp nối đất, nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù
ngang trên các đường dây cao áp truyền tải điện.
+ Nối đất chống sét.
Nối đất chống sét có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét
đánh vào cột thu lôi hay đường dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột
không quá lớn tránh trường hợp phóng điện ngược từ cột thu lôi đến các thiết bị
cần được bảo vệ.

Trang - 25 -