Đồ án môn kỹ thuật điện cao áp | Trường đại học Điện Lực

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN 
ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC
TIẾP VÀ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO TBA220/110kV
Sinh viên thực hiện : VŨ QUỐC THƯỞNG Mã sinh viên 2062010029
Giáo viên hướng dẫn: ThS. PHẠM THỊ THANH ĐAM Ngành
: CÔNG NGHỆ KT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN Lớp : D15H5B
Hà Nội, tháng 11 năm 2022
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
1/ Tên đồ án: Thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp và hệ thống nối đất an toàn cho TBA220/110kV
2/ Các số liệu •
Trạm biến áp: Bản vẽ sơ đồ mặt bằng và kích thước của trạm. Độ cao xà đón dây: - Phía 220kV: 16,4 (m) - Phía 110kV: 10,4 (m) Độ cao xà thanh góp: - Phía 220kV: 10,4 (m) - Phía 110kV: 8,4 (m) •
Điện trở suất của đất: đ = 94 (m) •
Đường dây: Dây pha là dây AC – 400, dây chống sét là dây C-70 • Chiều dài khoảng vượt:
Đường dây 220kV: l = 414 (m)
Đường dây 110kV: l = 344 (m) 
Điện trở nối đất của cột điện đường dây: - Nếu  < 100 ( đ m): Rc = 10 () -
Nếu đ > 100 (m): Rc = 12 ()
3/ Nội dung, nhiệm vụ thực hiện
Chương 1: Tình hình giông sét và ảnh hưởng tới HTĐ Việt nam.
Chương 2: Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho Trạm biến áp 220/110kV.
Chương 3: Thiết kế hệ thống nối đất cho Trạm biến áp 220/110kV Kết luận chung
Yêu cầu các bản vẽ: 03 Bản vẽ A3 PVBV 2 phương án + Hệ thống nối đất
4/ Ngày giao đề tài: 30/10/2022
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
MẶT BẰNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN
HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM..................................................................................5
1.1. Hiện tượng dông sét.................................................................................5
1.1.1. Khái niệm chung...............................................................................5
1.1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam........................................................6
1.2. Ảnh hưởng của hiện tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam.........8
1.3. Kết luận..................................................................................................... 8
CHƯƠNG 2. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM
BIẾN ÁP 220/110kV.................................................................................................... 9
2.1. Khái niệm chung......................................................................................9
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp....9
2.3. Lý thuyết về tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ...............................11
2.3.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi................................................11
2.3.2. Phạm vi bảo vệ cảu hai hay nhiều cột thu lôi................................12
2.4. Các phương án bố trí cột thu lôi cho đối tượng cần bảo vệ.................15
2.4.1. Phương án 1.....................................................................................15
2.4.2. Phương án 2.....................................................................................24
2.5. Chọn phương án tối ưu..........................................................................31
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO TRẠM
BIẾN ÁP 220/110kV..................................................................................................32
3.1. Khái niệm chung....................................................................................32
3.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất.....................................33
3.2.1. Trị số cho phép của điện trở nối đất..............................................33
3.2.2. Hệ số mùa........................................................................................33
3.3. Trình tự tính toán................................................................................... 34
3.3.1. Nối đất an toàn làm việc......................................................................34
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................38 4
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
1.1. Hiện tượng dông sét 1.1.1. Khái niệm chung
Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng
cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5km). Hiện tượng phóng điện của
dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện và phóng
điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất.
Ở đây ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất
(phóng điện mây-đất). Vì hiện tượng phóng điện này gây ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống điện.
Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ điện
trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn
phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện
đầu tiên khoảng 1,5.107cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng
2.108cm/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 thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần
lượt phóng điện xuống đất).
Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được nối với một
trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này
đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài
tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung
điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện
của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới 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 đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung
điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn.
Do vậy để định hướng 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
được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét. 5
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là n và mật độ điện trường của điện
tích trong tia tiên đạo là d thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ
là:is=n.d. Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có
trị số điện trở nhỏ không đáng kể).
Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và
độ dốc phân bố theo hàm biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA)
dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai
đoạn phóng điện ngược.
Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển
và gây hậu quả nghiêm trọng như: Ngắn mạch đầu thanh góp, cháy nổ, mất điện trên diện rộng….
1.1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam
Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá
mạnh. Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặc điểm dông sét khác nhau.
Ở miền Bắc, số ngày dông dao động từ 70÷110 ngày trong một năm và số lần dông
từ 150÷300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ 2÷3 cơn dông. Vùng
dông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250÷300 lần
dông tập trung trong khoảng 100÷110 ngày. Tháng nhiều dông nhất là các tháng 7, tháng 8.
Một số vùng có địa hình thuận lợi thường là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi và
vùng đồng bằng, số trường hợp dông cũng lên tới 200 lần, số ngày dông lên đến 100
ngày trong một năm. Các vùng còn lại có từ 150÷200 cơn dông mỗi năm, tập trung
trong khoảng 90÷100 ngày. Nơi ít dông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng
năm chỉ có dưới 80 ngày dông. 6
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Bảng 1.1. Số ngày dông trên các tháng ở một số vùng trên lãnh thổ Việt Nam Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm Địa điểm Cao Bằng
0,2 0,6 4,2 5,9 12 17 20 19 10 11 0,5 0,0 94 Móng Cái
0,0 0,4 3,9 6,6 14 19 24 24 13 4,2 0,2 0,0 112 Hà Giang
0,1 0,6 5,1 8,4 15 17 22 20 9,2 2,8 0,9 0,0 102 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 Hà 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 Thanh Hoá
0,0 0,2 7,3 7,3 16 16 18 18 13 3,3 0,7 0,0 100 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 Đà 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 Sài Gòn
1,4 1,0 2,5 10 22 19 17 16 19 15 11 2,4 138 Sóc Trăng
0,2 0,0 0,7 7,0 19 16 14 15 13 1,5 4,7 0,7 104 Hà Tiên
2,7 1,3 10 20 23 9,7 7,4 9,0 9,7 15 15 4,3 128
Xét dạng diễn biến của dông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa dông không hoàn
toàn đồng nhất giữa các vùng. Nhìn chung, ở Bắc Bộ mùa dông tập chung trong
khoảng từ tháng 5 đến tháng 9. Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào)
là khu vực ít dông nhất, thường chỉ có trong tháng 5 số ngày dông khoảng 10
ngày/tháng như Tuy Hoà 10 ngày/tháng, Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13
ngày/tháng. Ở miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ 120÷140
ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm.
Từ bảng trên ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây
là điều bất lợi cho hệ thống điện Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào
các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi
tính toán thiết kế các công trình điện sao cho hệ thống điện vận hành kinh tế, hiệu quả,
đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy. 7
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
1.2. Ảnh hưởng của hiện tượng dông sét tới hệ thống điện Việt Nam
Như đã trình bày ở phần trước, biên độ dòng sét có thể đạt tới hàng trăm kA, đây là
nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó. Thực tế đã có dây
tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và
đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị vỡ và
chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo việc di chuyển trong không gian
lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn
vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả những nơi cách xa hàng trăm km.
Khi sét đánh thẳng vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra
sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện
của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây nên ngắn mạch
pha-đất hoặc ngắn mạch pha–pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm
việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất
ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không
nhanh có thể dẫn đến rã lưới. Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vào trạm biến
áp hoặc sét đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện của
trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên
thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến
áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm 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 lưới
điện, vì vậy dông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới điện. 1.3. Kết luận
Sau khi nghiên cứu tình hình dông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của dông sét tới
hoạt động của lưới điện. Ta thấy rằng việc tính toán chống sét cho lưới điện và trạm
biến áp là rất cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện. 8
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
CHƯƠNG 2. BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 2.1. Khái niệm chung
Đối với trạm biến áp 220 kV thì với các thiết bị đặt ngoài trời, khi có sét đánh
trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nghiêm trọng, làm hư hỏng các thiết bị
điện, có thể phải ngừng cung cấp điện năng trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến
sản xuất và gây ra những chi phí tốn kém cho ngành điện, ảnh hưởng đến nền kinh tế
quốc dân. 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 thường
dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích
để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra các 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
thống 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 sét một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi
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 các yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật.
2.2. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ an toàn
của hệ thống bảo vệ. Ở đây, hệ thống bảo vệ trạm 220/110kV ta dùng hệ thống cột thu
lôi, hệ thống này có thể đặt ngay trên bản thân công trình hoặc độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể.
Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm
vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của trạm phải
đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị,
dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện
cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu
sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều 9
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp kiện 10
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện
trở tản của bộ phận nối đất nhỏ.
Đối với trạm biến áp có điện áp từ 110 kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ
thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các
cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và trên các kết cấu đó có đặt cột thu lôi phải được
ngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệ
thống nối đất, mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm biến áp ngoài trời điện áp từ 110 kV trở lên là cuộn dây
máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng
cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của
vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện.
Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi
có dòng điện sét chạy qua.
Đối với cấp điện áp 110 kV trở lên cần phải chú ý:
+ Ở nơi các kết cấu đó có đặt cột thu lôi vào hệ thống nối đất cần phải có nối đất
bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không được quá
4 (ứng với tần số công nghiệp).
+ Khoảng cách trong không khí giữa kết cấu của trạm trên có đặt cột thu lôi và
bộ phận mang điện không được bé hơn độ dài chuỗi sứ.
Có thể nối cột thu lôi độc lập vào hệ thống nối đất của trạm phân phối cấp điện
áp 110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện. Khi dùng cột thu lôi độc lập thì
cần phải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả
năng phóng điện từ cột thu lôi đến các vật cần được bảo vệ.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện
phải được cho vào ống chì và chôn trong đất.Có thể nối dây chống sét vào hệ thống
nối đất của trạm nếu như khoảng cách từ chỗ nối đất của điểm nối đất ấy đến điểm nối
đất của máy biến áp lớn hơn 15m. 11
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
2.3. Lý thuyết về tính chiều cao cột và phạm vi bảo vệ
2.3.1. Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi có độ cao là h tính cho độ cao h là x một hình
chóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau: 1, 6 r  (h  h ) x h x 1 x h
Hình 2.1. Phạm vi bảo vệ cho một cột thu lôi Trong đó:
- h: chiều cao cột thu lôi.
- h : chiều cao cần được bảo vệ x .
Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc ABC được xác định như sau: 12
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.2. Phạm vi bảo vệ của một thu lôi (đường sinh gấp khúc)
Bán kính bảo vệ rx được tính như sau: + Nếu 2 ≤ h r h  1, x )  1, 5h 1,875h h x x x 0,8h thì 5 (1 h  3 + Nếu h 2 hx > h thì r  0, 75h(1 )  0, 75(h  h ) x x 3 h x
Các công thức trên chỉ để sử dụng cho hệ thống thu sét có độ cao h ≤ 30m. Khi
h > 30m ta cần hiệu chỉnh các công thức đó theo hệ số p, với 5, 5 p  . h
2.3.2. Phạm vi bảo vệ cảu hai hay nhiều cột thu lôi
2.3.2.1. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi
a. Hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
Xét 2 cột thu lôi có độ cao bằng nhau h1=h2=h, cách nhau 1 khoảng a. 13
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.3. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau
+ Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét đánh vào.
+ Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h0 a
được xác định như sau: h  h  0 7
Các công thức trên được áp dụng khi hệ thống chống sét có độ cao nhỏ hơn
30m. Nếu hệ thống chống sét có độ cao lớn hơn hoặc bằng 30m thì các công thức cũng
cần được hiệu chỉnh theo hệ số p đã nêu ở mục trên.
b. Hai cột thu lôi có độ cao khác nhau
Xét 2 cột thu lôi có độ cao h1 và h2, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như hình vẽ: 14
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.4. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau
2.3.2.2. Phạm vi bảo vệ cho nhiều cột thu lôi
Với những công trình có mặt bằng rộng lớn, nếu chỉ sử dụng một hoặc một vài
cặp cột thì sẽ gây khó khăn cho việc thi công lắp đặt vì độ cao của cột sẽ rất lớn. Do đó
ta cần sử dụng nhiều cột thu sét để giảm độ cao của cột. Phần ngoài của phạm vi bảo
vệ được xác định như từng đôi cột (yêu cầu khoảng cách a  7h). Không cần vẽ phạm
vi bảo vệ bên trong đa giác hình thành bởi các cột thu sét mà chỉ cần kiểm tra điều kiện an toàn.
Hình 2.5. Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và nhóm 4 cột thu lôi có độ cao bằng nhau
Vật có độ cao h nằm trong đa giác được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện: x 15
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp D  8(h  h )  8h x a Trong đó:
D: đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác được tạo bởi các cột thu lôi.
h: độ cao của cột thu sét.
hx: độ cao của vật cần được bảo vệ.
ha = h – hx: là độ cao hiệu dụng.
Ta cũng cần phải kiểm tra điều kiện an toàn cho từng cặp cột đặt gần nhau và nếu
độ cao cột thu sét vượt quá 30m thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p.
2.4. Các phương án bố trí cột thu lôi cho đối tượng cần bảo vệ
- Trạm biến áp 220/110kV có diện tích 22750 (m2)
- Các xà phía 110 kV cao 8,4m và 10,4m, các xà phía 220kV cao 10,4m và 16,4m.
- Ta chia trạm thành 2 phần:
+ Khu vực chứa các xà phía 220kV có độ cao cần bảo vệ là hx = 16,4m và hx = 10,4m.
+ Khu vực chứa các xà phía 110kV và giữa 2 khu vực có độ cao cần bảo vệ là hx = 10,4m và hx = 8,4m. - Trình tự tính toán:
+ Bước 1: Chọn vị trí đặt cột thu lôi.
+ Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng lớn nhất của từng phía ha max.
+ Bước 3: Tính chiều cao của cột thu lôi các phía: h = hx + ha max.
+ Bước 4: Tính và vẽ phạm vi bảo vệ và kiểm tra.
- Ta xét hai phương án như sau: 2.4.1. Phương án 1
+ Bước 1: Ta bố trí 42 cột thu sét ở các vị trí như hình vẽ sau:
Phía 220kV bố trí 24 cột, trong đó có 8 cột trên xà đón dây có độ cao 16,4m, 4 cột trên
xà máy biến áp cao 16,4m, 12 cột trên xà thanh góp cao 10,4m.
Phía 110kV bố trí 18 cột, trong đó 6 cột trên xà đón dây có độ cao 10,4m, 12 cột trên xà thanh góp cao 8,4m. 16
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.6. Sơ đồ bố trí các cột thu sét cho phương án 1
+ Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu lôi:
Do các cột thu lôi tạo thành lưới cột nên ta sẽ chia lưới cột thành các nhóm đa giác
đỉnh và tính độ cao hiệu dụng ha của từng nhóm cột theo điều kiện sau: D h  a 8
Trong đó: D là đường kính của đường tròn ngoại tiếp đa giác đỉnh. 17
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.7. Chia đa giác cho vị trí đặt các cột thu sét cho phương án 1 * Phía 110kV
Ta chia 18 cột phía 110kV thành 10 hình chữ nhật và kết hợp với phía 220kV ta chia thành 11 tam giác. Ta thấy các cột:
+ Có 3 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (26,27,33,32), (27,28,34,33), (29,30,36,35),
+ Có 3 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (35,36,42,41), (33,34,40,39), (32,33,39,38)
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (25,26,32,31), (28,29,35,34)
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (34,35,41,40), (31,32,38,37)
Xét nhóm cột (26-27-33-32) là hình chữ nhật có kích thước:
+ Chiều dài (các cạnh 26-27, 32-33): a = 30m
+ Chiều rộng (các cạnh 26-32, 27-33): b = 16m 18
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đỉnh trên là: D 302 162 1  a2  b2   34 m
Độ cao tác dụng tối thiểu của các nhóm 1là: D 34 h  1  4, 25 m   a1 8 8
Xét nhóm cột (16-17-26) là hình tam giác có kích thước: + Cạnh 16-17: a = 34m + Cạnh 17-26: b = 38,21m + Cạnh 26-16: c = 44,38m
+ Nửa chu vi tam giác trên là a  b  c 34  38, 21 44, 38 P   =58,295 m : 2 2
Đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác đỉnh là: D2  a b . .c
2. p  p  a p  b D  p  c  2. 58, 29558, 2 34.38 95  34 , 21  .44, 38
58, 295  38, 2158, 295  45,82 m 2  44, 38 5, 73
Độ cao hiệu dụng của nhóm 2 là: D 45,82 m h  2  a 2 8 8
Tính toán tương tự cho các đa giác còn lại ta có bảng sau:
Bảng 2.1. Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 110kV phương án 1 Đa giác a(m) b(m) c(m) p(m) D(m) ha (m) ha- max (m) 26-27-33-32; 27-28-34-33; 30 16 - - 34.00 4.25 29-30-36-35; 35-36-42-41 33-34-40-39 30 14 - - 33.11 4.14 32-33-39-38 5,73 25-26-32-31 20 16 - - 25.61 3.2 28-29-35-34 34-35-41-40 20 14 - - 24.41 3.05 31-32-38-37 16-25-26 37,27 20 44.38 50.825 44.71 5.59 19
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 16-17-26 34 38.21 44.38 58.295 45.82 5.73 17-21-26 27.78 30.42 38.2 48.2 38.58 4.82 21-26-27 30.42 30 15.41 37.915 31.25 3.91 20
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 21-22-27 17 20.18 15.41 26.295 20.72 2.59 22-27-28 20.18 30 22.3 36.24 30.00 3.75 22-23-28 34 23.05 22.3 39.675 34.26 4.28 23-28-29 23.05 20 15.21 29.13 23.37 2.92 23-24-29 17 20.84 15.21 26.525 21.13 2.64 20-24-30 27.82 21.6 37.03 43.225 37.25 4.66 24-29-30 20.84 30 21.6 36.22 30.00 3.75 Nhận xét:
Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột này là: ha-max = 5,73 (m)
Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 110kV là hx =10,4 (m) nên chiều cao của các nhóm cột thu sét là:
h = hx + ha-max = 10,4 + 5,73 = 16,13 (m)
Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn cho thiết bị ta nâng cột lên tới 17m * Phía 220 kV
Ta chia 24 cột phía 220kV thành 13 hình chữ nhật và 4 hình tam giác. Ta thấy các cột:
+ Có 4 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (1,2,6,7), (2,3,8,7), (3,4,9,8), (4,5,10,9).
+ Có 8 nhóm cột tạo thành hình chữ nhật bằng nhau: (6,7,12,11), (7,8,13,12),
(8,9,14,13), (9,10,15,14),(11,12,17,16), (12,13,18,17), (13,14,19,18), (14,15,20,19).
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình tam giác vuông bằng nhau: (18,21,22), (19,23,24).
+ Có 2 nhóm cột tạo thành hình tam giác bằng nhau: (17,18,21), (19,20,24)
Tính toán tương tự như phía 110kV cho các đa giác ta có bảng sau:
Bảng 2.2. Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 220kV phương án 1 Đa giác a(m) b(m) c(m) p(m) D(m) ha (m) ha - max(m) 1-2-7-6 2-3-8-7 3-4-9-8 34 16 - - 37,58 4,7 4-5-10-9 6-7-12-11 7-8-13-12 5,06 8-9-14-13 9-10-15-14 34 17 - - 38,01 4,75 11-12-17-16 12-13-18-17 13-14-19-18 21
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 14-15-20-19 18-19-23-22 34 22 - - 40,5 5,06 18-21-22 27,82 17 22 33,41 27,82 3,48 19-23-24 17-18-21 34 27,82 27,78 44,8 35,13 4,39 19-20-24
Nhận xét: Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột này là: ha-max = 5,06 (m)
Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 220kV là hx =16,4 (m) nên chiều cao của các cột thu sét là:
h = hx + ha-max = 16,4 + 5,06 = 21,46 (m)
Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng cột lên tới 22m
+ Bước 3: Tính toán phạm vi bảo vệ cột thu lôi
Ta chỉ xét phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên dọc theo đa giác đỉnh do phần
diện tích bên trong đã được bảo vệ. Chiều cao các cột thu sét đều nhỏ hơn 30m nên
trong công thức tính ta không cần nhân với hệ số hiệu chỉnh p. 
Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi
- Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 17m:
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 10,4 (m) là: 2
Do hx = 10,4 m < .17 = 11,3 (m) nên rx(10,4) = 1,5.17 – 1,875.10,4 = 6 (m) 3
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 8,4 (m) là: 2
Do hx = 8,4 m < .17 = 11,3 (m) nên rx(8,4) = 1,5.17 – 1,875.8,4 = 9,75 (m) 3
Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 22m
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 16,4 (m) là: 2
Do hx = 16,4 m > .22 = 14,67 (m) nên rx(16,4) = 0,75.22 – 0,75.16,4 = 4,2 (m) 3
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 10,4 (m) là: 2
Do hx = 10,4 m < .22 = 14,67 (m) nên rx(10,4) = 1,5.22 – 1,875.10,4 = 13,5 (m) 3 22
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 
Tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên: - Phía 110kV:
+ Xét cặp cột (25-31) có độ cao h25 = h31 = 17m và đặt cách nhau một khoảng là a = 16m
Do a = 16m < 7h25 = 7.17 = 119 (m) nên chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa 2 cột là: a 16
h025-31 = h - = 17 - = 14,71 (m) 7 7
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 10,4 m và h = 8,4 m x là: 2 Do h = 10,4 m x > . 2 = .14,71 = 9,81 (m) h 025− 3 3 31
Nên: r0x25−31(10,4) = 0,75.(h025−31 − hx) = 0,75.14,71 – 0,75.10,4 = 3,24 (m) 2 Do hx = 8,4 m < . = 2.14,74 = 9,81 (m) h 025− 31 3 3
Nên: r0x25−31(8,4) = 1,5.h025−31 − 1,875. hx = 1,5.14,71 – 1,875.8,4 = 6,32 (m) - Phía 220kV:
+ Xét cặp cột (1-2) có độ cao h1 = h2 = 22m và đặt cách nhau một khoảng là a = 34m
Do a = 34m < 7h1 = 7.22 = 154 (m) nên chiều cao lớn nhất được bảo vệ giữa 2 cột là: a 34 h01-2 = h - = 22 - = 17,14 (m) 7 7
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 16,4 m và h = 10,4 m x là: 2 Do h = 16,4 m x > . 2 = .17,14 = 11,43 (m) h 01− 3 3 2
Nên: r0x1−2(16,4) = 0,75.(h01−2 − h )
x = 0,75.17,14 – 0,75.16,4 = 0,56 (m) 2 Do hx = 10,4 m < . = 2.17,14 = 11,43 (m) h 01− 2 3 3
Nên: r0x1−2(10,4) = 1,5.h01−2 − 1,875. hx = 1,5.17,14 – 1,875.10,4 = 6,21 (m) - Phía 220-110kV:
+ Xét cặp cột (16-25) có độ cao h16 = 22m và h25 = 17m và đặt cách nhau một khoảng là a = 37,27m 23
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Bán kính bảo vệ của cột h16 cho độ cao h25 là: 2 2 Do h = 17 m 25 > . h = .22 = 14,67 (m) 3 16 3 24
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Nên rx = 0,75.(22-17) = 3,75 (m)
Khoảng cách từ cột h25 đến cột giả tưởng có cùng độ cao là:
a’ = a – x = 37,27 – 3,75 = 33,52 (m)
Độ cao lớn nhất được bảo vệ giữa cột h25 và cột giả tưởng cùng độ cao là: ′ h
= h - 𝑎 = 17 - 33,52 = 12,21 (m) 016-25 25 7 7
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 10,4 m là: 2 Do h = 10,4 m x > . 2 = .12,21 = 8,14 (m) h 016− 3 3 25
Nên: r0x16−25(10,4) = 0,75.(h016−25 − h )
x = 0,75.12,21 – 0,75.10,4 = 1,36 (m)
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 8,4 m là: 2 Do h = 8,4 m x > . 2 = .12,21 = 8,14 (m) h 016− 3 3 25
Nên: r0x16−25(8,4) = 0,75.(h016−25 − h )
x = 0,75.12,21 – 0,75.8,4 = 2,86 (m) 25
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
- Tính toán tương tự cho các cặp cột biên còn lại ta có kết quả như bảng sau: Bảng 2.3 Kết
quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 1 Cặp 2 Phía h(m) a(m) h ho(m) h (m) r (m) h (m) r (m) cột o(m) 3 x1 ox1 x2 ox2 1-2 34 17,14 11,43 0,56 6,21 2-3 34 17,14 11,43 0,56 6,21 3-4 34 17,14 11,43 0,56 6,21 4-5 34 17,14 11,43 0,56 6,21 1-6 16 19,71 13,14 2,49 10,07 5-10 16 19,71 13,14 2,49 10,07 6-11 17 19,57 13,05 2,38 9,86 11-16 17 19,57 13,05 2,38 9,86 220kV 10-15 22 17 19,57 13,05 16,4 2,38 10,4 9,86 15-20 17 19,57 13,05 2,38 9,86 16-17 34 17,14 11,43 0,56 6,21 17-21 27,78 18,03 12,02 1,22 7,55 21-22 17 19,57 13,05 2,38 9,86 22-23 34 17,14 11,43 0,56 6,21 23-24 17 19,57 13,05 2,38 9,86 20-24 27,82 18,03 12,02 1,22 7,54 25-31 16 14,71 9,81 3,24 6,32 31-37 14 15,00 10,00 3,45 6,75 37-38 20 14,14 9,43 2,81 5,46 38-39 30 12,71 8,48 1,74 3,32 110kV 39-40 17 30 12,71 8,48 10,4 1,74 8,4 3,32 40-41 20 14,14 9,43 2,81 5,46 41-42 30 12,71 8,48 1,74 3,32 42-36 14 15,00 10,00 3,45 6,75 36-30 16 14,71 9,81 3,24 6,32 16--25 37,27 12,21 8,14 1,36 2,86 110-220 22-17 10,4 8,4 20--30 37,03 12,25 8,16 1,38 2,88 26
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.8. Phạm vi bảo vệ của phương án 1 Kết luận:
Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra.
Tổng chiều dài kim thu sét là:
L110 = 6.(17 – 10,4) +12.(17 – 8,4) = 142,8 (m)
L220 = 12.(22 – 16,4) +12.(22 – 10,4) = 206.4 (m) L1 = 142,8 + 206,4 = 349,2 (m) 2.4.2. Phương án 2
+ Bước 1: Ta bố trí 31 cột thu sét ở các vị trí như hình vẽ sau:
Phía 220kV bố trí 19 cột, trong đó có 5 cột trên xà đón dây có độ cao 16,4m, 4 cột trên
xà máy biến áp cao 16,4 m, 10 cột trên xà thanh góp cao 10,4m.
Phía 110kV bố trí 12 cột, trong đó 6 cột trên xà đón dây có độ cao 10,4m, 6 cột trên xà thanh góp cao 8,4m. 27
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.9. Bố trí các cột thu sét của phương án 2
+ Bước 2: Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu lôi:
Do các cột thu lôi tạo thành lưới cột nên ta sẽ chia lưới cột thành các nhóm đa giác
đỉnh và tính độ cao hiệu dụng ha của từng nhóm cột theo điều kiện sau: D h  a 8
Trong đó: D là đường kính của đường tròn ngoại tiếp đa giác đỉnh. 28
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 11 15 16 17 18 19 20 25 21 22 23 24 26 31 27 28 29 30
Hình 2.10. Chia đa giác cho vị trí đặt các cột thu sét cho phương án 2 * Phía 110 kV
Tính toán tương tự phương án 1, ta có bảng sau:
Bảng 2.4. Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 110kV phương án 2 Đa giác a(m) b(m) c(m) p(m) D(m) ha (m) ha- max (m) 20-21-27-26 20 30 - - 36,06 4.51 23-24-29-28 21-22-28-27 22-23-29-28 30 30 - - 42,43 5,30 5,73 24-25-31-30 11-20-21 37,27 20 44.38 50.825 44.71 5.59 11-12-21 34 38.21 44.38 58.295 45.82 5.73 12-16-21 27.78 30.42 38.2 48.2 38.58 4.82 16-21-22 30.42 30 15.41 37.915 31.25 3.91 29
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 16-17-22 17 20.18 15.41 26.295 20.72 2.59 17-22-23 20.18 30 22.3 36.24 30.00 3.75 17-18-23 34 23.05 22.3 39.675 34.26 4.28 18-23-24 23.05 20 15.21 29.13 23.37 2.92 18-19-24 17 20.84 15.21 26.525 21.13 2.64 15-19-25 27.82 21.6 37.03 43.225 37.25 4.66 19-24-25 20.84 30 21.6 36.22 30.00 3.75 Nhận xét:
Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột này là: ha-max = 5,73 (m)
Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 110kV là hx =10,4 (m) nên chiều cao của các nhóm cột thu sét là:
h = hx + ha-max = 10,4 + 5,73 = 16,13 (m)
Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn cho thiết bị ta nâng cột lên tới 17m * Phía 220 kV
Bảng 2.5. Chiều cao hữu dụng của các nhóm cột phía 220kV phương án 2 Đa giác a(m) b(m) c(m) p(m) D(m) ha (m) ha - max(m) 1-2-7-6 2-3-8-7 3-4-9-8 34 16 - - 37.58 4.70 4-5-10-9 6-7-12-11 7-8-13-12 34 34 - - 48.08 6.01 8-9-14-13 6,01 9-10-15-14 13-14-18-17 34 22 - - 40,5 5,06 13-16-17 27,82 17 22 33,41 27,82 3,48 14-18-19 12-13-16 34 27,82 27,78 44,8 35,13 4,39 14-15-19
Nhận xét: Ta thấy chiều cao hiệu dụng lớn nhất của các nhóm cột này là: ha-max = 6,01 (m)
Do độ cao lớn nhất cần bảo vệ ở phía 220kV là hx =16,4 (m) nên chiều cao của các cột thu sét là:
h = hx + ha-max = 16,4 + 6,01 = 22,41 (m)
Để thuận tiện cho việc thi công và tăng độ an toàn bảo vệ cho thiết bị, ta nâng cột lên tới 23m 30
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
+ Bước 3: Tính toán phạm vi bảo vệ cột thu lôi
Ta chỉ xét phạm vi bảo vệ của các cặp cột biên dọc theo đa giác đỉnh do phần
diện tích bên trong đã được bảo vệ. Chiều cao các cột thu sét đều nhỏ hơn 30m nên
trong công thức tính ta không cần nhân với hệ số hiệu chỉnh p. 
Tính bán kính bảo vệ của một cột thu lôi
- Phạm vi bảo vệ của các cột phía 110kV cao 17m:
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 10,4 (m) là: 2
Do hx = 10,4 m < .17 = 11,3 (m) nên rx(10,4) = 1,5.17 – 1,875.10,4 = 6 (m) 3
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 8,4 (m) là: 2
Do hx = 8,4 m < .17 = 11,3 (m) nên rx(8,4) = 1,5.17 – 1,875.8,4 = 9,75 (m) 3
Phạm vi bảo vệ của các cột phía 220kV cao 23m
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 16,4 (m) là: 2
Do hx = 16,4 m > .23 = 15,33 (m) nên rx(16,4) = 0,75.23 – 0,75.16,4 = 4,95 (m) 3
Bán kính bảo vệ cho độ cao hx = 10,4 (m) là: 2
Do hx = 10,4 m < .23 = 15,33 (m) nên rx(10,4) = 1,5.23 – 1,875.10,4 = 15 (m) 3 31
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp 
Tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên:
Tính toán tương tự phương án 1 ta có bảng sau:
Bảng 2.6. Kết quả tính bán kính bảo vệ của các cặp cột biên phương án 2 Cặp 2 Phía ho(m) h (m) r cột h(m) a(m) ho(m) (m) h (m) r (m) 3 x1 ox1 x2 ox2 1-2 34 18,14 12,10 1,31 7,71 2-3 34 18,14 12,10 1,31 7,71 3-4 34 18,14 12,10 1,31 7,71 4-5 34 18,14 12,10 1,31 7,71 1-6 16 20,71 13,81 3,24 11,57 5-10 16 20,71 13,81 3,24 11,57 6-11 34 18,14 12,10 1,31 7,71 220kV 10-15 23 34 18,14 12,10 16,4 1,31 10,4 7,71 11-12 34 18,14 12,10 1,31 7,71 12-16 27,78 19,03 12,69 1,97 9,05 16-17 17 20,57 13,71 3,13 11,36 17-18 34 18,14 12,10 1,31 7,71 18-19 17 20,57 13,71 3,13 11,36 15-19 27,82 19,03 12,68 1,97 9,04 20-26 30 12,71 8,48 1,74 3,32 26-27 20 14,14 9,43 2,81 5,46 27-28 30 12,71 8,48 1,74 3,32 17 110kV 28-29 30 12,71 8,48 10,4 1,74 8,4 3,32 29-30 20 14,14 9,43 2,81 5,46 30-31 30 12,71 8,48 1,74 3,32 25-31 30 12,71 8,48 1,74 3,32 11-20 23-17 37,27 12,32 8,21 1,44 2,94 220-110 10,4 8,4 15--25 37,03 12,35 8,24 1,46 2,96 32
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 2.11. Phạm vi bảo vệ của phương án 2 Kết luận
: Phương án bảo vệ thỏa mãn yêu cầu đặt ra.
Tổng chiều dài kim thu sét là:
L110 = 6.(17 – 10,4) +6.(17 – 8,4) = 91,2 (m)
L220 = 9.(23 – 16,4) +10.(23 – 10,4) = 185,4 (m) L1 = 91,2 + 185,4 = 276,6 (m) 33
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
2.5. Chọn phương án tối ưu
Cả hai phương án đều đảm bảo yêu cầu về mặt kĩ thuật nên ta xét đến yêu cầu
về mặt kính tế để lựa chọn. Phương án tối ưu là phương án có tổng chiều cao cột thu
sét nhỏ nhất. Ta có bảng sau:
Bảng 2.7. So sánh 2 phương án Phương án Phương án 1 Phương án 2 Chỉ tiêu Số lượng cột (cột) 42 31 Tổng chiều dài(m) 349,2 276,6
Từ bảng so sánh trên ta thấy phương án 1 có số lượng cột và tổng chiều dài kim
thu sét lớn hơn phương án 2. Do vậy ta chọn phương án 2 để thi công. 34
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT AN TOÀN CHO TRẠM BIẾN ÁP 220/110kV 3.1. Khái niệm chung
Bộ phận nối đất là phần cuối cùng của mạch chống sét. Một vật bằng kim loại có
hình dạng bất kỳ, kích thước bất kỳ chôn sâu xuống đất, có liên hệ về dẫn điện cùng
với đất và tạo nên điện trở đều có thể gọi là bộ phận nối đất. Một tập hợp nhiều bộ
phận nối đất gọi là hệ thống nối đất. Nhiệm vụ của hệ thống nối đất là tản dòng điện
sét xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Trong việc bảo vệ
quá điện áp khí quyển thì nối đất của trạm, các cột thu lôi, đường dây và thiết bị chống
sét là rất quan trọng. Trong hệ thống điện có ba loại nối đất: 
Nối đất làm việc: Có nhiệm vụ đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết
bị hoặc của một số bộ phận thiết bị theo chế độ làm việc đã được quy định sẵn. Loại
nối đất này gồm có nối đất điểm trung tính máy biến áp trong hệ thống có điểm trung
tính nối đất, nối đất cuộn thứ cấp của máy biến áp đo lường, các kháng điện bù ngang
dùng trong tải điện đi xa và nối đất của thiết bị chống sét. 
Nối đất an toàn (bảo vệ): Có nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho người khi cách
điện bị hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất tất cả các bộ phận kim loại
bình thường không mang điện như: vỏ máy biến áp, vỏ động cơ, vỏ máy cắt, các giá
đỡ kim loại,... Khi cách điện bị hỏng, các bộ phận này sẽ có điện nhưng do nối đất nên
giữ được mức điện thế thấp đảm bảo không gây nguy hiểm tới tính mạng của người khi tiếp xúc với chúng. 
Nối đất chống sét: Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét xuống đất khi
có sét đánh vào cột thu lôi hoặc đường dây để giữ điện thế tại mọi điểm trên thân cột
không quá lớn. Do đó hạn chế được phóng điện tới công trình được bảo vệ.
Ở nhà máy điện và trạm biến áp về nguyên tắc phải tách rời hai hệ thống nối đất
làm việc và nối đất an toàn, để đề phòng khi có dòng ngắn mạch lớn (hay dòng điện
sét) đi vào hệ thống nối đất làm việc, không gây điện thế cao trên hệ thống nối đất an
toàn. Nhưng trong thực tế rất khó thực hiện vì nhiều lý do khác nhau nên thường dùng
một hệ thống nối đất làm hai nhiệm vụ. Do đó hệ thống nối đất chung của các thiết bị
cần có điện trở nối đất bé nhất, điện trở của hệ thống nối đất này yêu cầu không vượt quá 0,5 
. Để đảm bảo yêu cầu về nối đất cũng như khối lượng kim loại trong việc xây dựng hệ
thống nối đất là ít nhất, cần tận dụng các loại nối đất tự nhiên như:
 Hệ thống dây chống sét, cột,...
 Kết cấu kim loại của các công trình như: rằng móng nhà bằng sắt, ống nước
chôn dưới đất hay các ống kim loại khác (không chứa các chất dễ gây cháy nổ)…
Khi tận dụng nối đất tự nhiên phải tuân theo các quy định của quy phạm. Nếu
điện trở nối đất tự nhiên đã thỏa mãn các yêu cầu của thiết bị có dòng ngắn mạch chạm
đất bé thì không cần làm thêm nối đất nhân tạo nữa. Nhưng đối với các thiết bị có 35
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
dòng ngắn mạch lớn thì cần phải làm thêm nối đất nhân tạo với điện trở phải nhỏ hơn 1 .
3.2. Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất
3.2.1. Trị số cho phép của điện trở nối đất
Trị số của điện trở nối đất về căn bản phụ thuộc vào điện trở lớp đất ở mặt tiếp
xúc với bộ phận nối đất khi có dòng điện đi qua. Có nghĩa là phụ thuộc vào trị số điện trở
suất của đất  (m) , ngoài ra còn phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và cách bố trí bộ
phận nối đất trong đất. Mức độ an toàn của hệ thống chống sét hay nói một cách khác
là việc làm nhanh chóng tiêu tán dòng diện sét vào đất phụ thuộc vào trị số điện trở nối
đất. Nếu trị số điện trở nối đất này càng bé thì mức độ bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ chống sét càng cao.
Nhưng khi giảm điện trở nối đất thì giá thành xây dựng cao lên nhiều do tốn
nhiều kim loại, do đó cần phải quy định trị số cho phép của điện trở nối đất.
Đối với hệ thống nối đất làm việc thì nó phải thỏa mãn yêu cầu làm việc của mỗi thiết bị theo quy phạm:
 Đối với các thiết bị có điểm trung tính nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất là: R  0,5  .
 Đối với các thiết bị có điểm trung tính cách điện với đất thì yêu cầu điện trở nối đất là: R 250 
 (nếu như phần nối đất này chỉ dùng cho thiết bị cao áp). I
 Nếu hệ thống có điểm trung tính cách điện và hệ thống nối đất dùng chung 125
cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì yêu cầu điện trở nối đất là: R   (nhưng không I được quá 10  ).
Với I là dòng điện chạm đất, I tùy thuộc vào mỗi trường hợp chạm đất nó có giá trị khác nhau. 3.2.2. Hệ số mùa
Đất là môi trường phức tạp không đồng nhất về kết cấu cũng như thành phần, do
đó điện trở suất của đất phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thành phần muối, axit.., độ
ẩm, nhiệt độ,... của đất. Do khí hậu các mùa thay đổi nên độ ẩm, nhiệt độ của đất luôn
thay đổi, đặc biệt với lớp đất ở trên, còn đối với lớp đất sâu ở dưới độ dao động về độ
ẩm ít hơn. Vì vậy khi thiết kế hệ thống nối đất cần chú ý tới trị số điện trở suất tính
toán của đất. Điện trở suất của đất được tính theo công thức:  .k tt  d mùa 36
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Trong đó: -
 : điện trở suất tính toán của đất. tt -
 : điện trở suất đo được của đất. d
- kmùa: hệ số mùa, phụ thuộc vào dạng điện cực và độ chôn sâu của hệ
thống nối đất khi đo đất khô hay ẩm.
Bảng 3.1 Bảng hệ số kmùa Hệ số mùa K ứng với các trạng thái Loại nối đất Dạng cực Đất khô Đất ẩm Thanh ngang chôn sâu 0,5 m 4,5 6,5 An toàn Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,6 3,0 Làm việc Cọc dài chôn sâu 0,8m 1,4 2,0 Thanh ngang chôn sâu 0,5 m 1,4 1,8 Thanh ngang chôn sâu 0,8 m 1,2 1,45 Chống sét Cọc chôn sâu 0,8 m 1,15 1,3
3.3. Trình tự tính toán
Các số liệu dùng để tính toán nối đất:
Điện trở suất đo được của đất: ρđ = 94 Ωm.
Điện trở nối đất của cột đường dây: Rc = 10 Ω.
Dây chống sét sử dụng loại C-70, có điện trở đơn vị là r0 = 2,38 Ω/km.
Chiều dài khoảng vượt của đường dây 220kV là: l220 = 414 m.
Chiều dài khoảng vượt của đường dây 110kV là: l110 = 344 m.
Điện trở tác dụng của dây chống sét trên một khoảng vượt là:
Rcs220 = r0.l220 = 2,38.414.10-3 = 0,99 (Ω)
Rcs110 = r0.l110 = 2,38.344.10-3 = 0,82 (Ω)
Số lộ đường dây trong trạm: Phía 220kV n = 5 lộ Phía 110kV n = 10 lộ
3.3.1. Nối đất an toàn làm việc
Trạm điện thiết kế là trạm 220kV/110kV, là mạng có điểm trung tính trực tiếp
nối đất nên yêu cầu của nối đất an toàn là: RHT ≤ 0,5 Ω.
Ta có điện trở nối đất của hệ thống là: R  R / /R R . R  NT TN 37
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp HT NT TN R  R NT TN 38
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp Với
RTN: là điện trở nối đất tự nhiên.
RNT: là điện trở nối đất nhân tạo, yêu cầu RNT ≤ 1 Ω.
3.3.1.1. Nối đất tự nhiên
Nối đất tự nhiên của trạm là hệ thống nối đất chống sét đường dây và cột điện 110kV và 220kV tới trạm. Ta có công thức sau: R 1 TN  . Rc 1 nRc  1 2 Rcs 4 Trong đó:
n: là số lộ đường dây.
Rcs: là điện trở tác dụng của dây chống sét trên một khoảng vượt.
Rc: là điện trở nối đất của cột điện. - Phía 220kV 1 R 1 TN220 = . R𝔀 10 n = . R 𝔀 1 10 = 0,54 (Ω) 1 5 1 1 +√ + +√ + - Phía 110kV 2 R s 𝔀 2 0,99 4 4 R 1 10 1 R𝔀 TN110 = . = . = 0,25 (Ω) n 1 R 𝔀 11 10 10 1 +√ + +√ + 2 R s 𝔀 4 2 0,82 4
Vậy ta có điện trở nối đất tự nhiên của toàn trạm là: RTN = // TN22 = = 0,17 (Ω) 0,25.0,54 R R 0 0,25+0, TN110 54
3.3.1.2. Nối đất nhân tạo
Nối đất nhân tạo ở đây ta sử dụng hình thức nốt đất bằng thanh ngang thép góc
50x50x5mm, chôn sâu 0,8m, vòng quanh chu vi khu vực xà tường bao của trạm và
cách tường bao 1m. Kích thước như Hình vẽ 3.1.
Mạch vòng là hình chữ nhật có kích thước 175x130m 39
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Hình 3.1. Sơ đồ mạch vòng nhân tạo và tường trạm
Điện trở suất của đất: p = 94 Ωm đ
Điện trở mạch vòng của trạm là:  R  tt ln K.L2 MV 2.p .L t.d Trong đó:
L: là chu vi mạch vòng, L = 175.2+130.2 = 610 m
 : điện trở suất tính toán của đất đối với thanh làm mạch vòng chôn ở tt độ sâu t:    tt d mua
Tra bảng 3.1, với thanh ngang chôn sâu 0,8 m, khi đo đất khô, ta có kmùa =1,6: ρtt =94.1,6 = 150,4 (Ωm)
d: đường kính thanh làm mạch vòng , do thanh bằng thép góc nên :
d  0,95.b  0,95.50.103  0,0475m
K: hệ số hình dạng phụ thuộc hình dáng của mạch vòng (l1/l2).
Giá trị của K phụ thuộc vào kích thước mạch vòng (l1/l2) được cho ở bảng sau: 40
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp
Bảng 3.2. Bảng hệ số hình dáng của mạch vòng nối đất l 1 1,5 2 3 4 1 l2 K 5,53 5,81 6,42 8,17 10,4 l 175
Ta có , ứng với tỉ số 1 =
= 1,346 ta có hệ số hình dạng như sau: l2 130 (5,81−5,53) k = 5,53 + .(1,346−1) = 5,72 1,5−1
Như vậy điện trở mạch vòng là: R = R 5,72.610 2 ln = 0,70 (Ω) < 1 (Ω) = 𝞀 tt 150,4 ln K.L2 = NT MV 2π t. 2.π.61 0,0475.0,8 L d 0
Ta có điện trở nối đất của hệ thống là: R = R // = 0,14 (Ω) R = R T𝙽 .R𝙽T 0,17.0,70 = HT NT TN R T𝙽+R 𝙽T 0,17+0,70
Ta thấy RHT = 0,14 (Ω) < 0,5 (Ω)
Vậy hệ thống nốt đất đã thiết kế thỏa mãn yêu cầu của nối đất làm việc và nối đất an toàn. 41
Đồ án môn học Kỹ thuật điện cao áp TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Minh Chước, Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp, Bộ
môn Hệ thống điện – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, 2002.
[2] Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, quá điện áp và bảo vệ chống quá điện
áp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007. 42