ĐỒ án tốt NGHIÊP̣ TÍNH TOÁN THIẾT kế BẢO vê CHỐNG SÉT CHO ̣ TRẠM BIẾN áp VÀ ĐƯỜNG dây 220110kv

h0 Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa r0x Bán kính bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng x độ caoBán kính bảo vệ của 2 cột thu sét khác Mét m D giác hình thành bởi các cột thu sétĐường k

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

- -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY 220/110kV

Tôi, , cam đoan những nội dung trong đồ án này là do tôi thực hiện dưới sựhướng dẫn của Các số liệu và kết quả trong đồ án là trung thực và chưa được công bốtrong các công trình khác Các tham khảo trong đồ án đều được trích dẫn rõ ràng têntác giả, tên công trình, thời gian và nơi công bố Nếu không đúng như đã nêu trên, tôihoàn toàn chịu trách nhiệm về đồ án của mình.

Hà Nội, ngày tháng năm 20

NGƯỜI CAM ĐOAN

(Ký và ghi rõ họ tên)

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến - Khoa Kỹ thuật điện - trường Đại họcĐiện Lực, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ án

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học ĐiệnLực nói chung, các thầy cô trong khoa Kỹ Thuật Điện nói riêng đã dạy dỗ cho emkiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được

cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điềukiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thànhkhoá luận tốt nghiệp

Hà Nội, ngày tháng năm 20

SINH VIÊN

.

1 Hình thức trình bày

2 Đồ án thực hiện đầy đủ các nộidung của đề tài

3 Các kết quả tính toán

4 Thái độ làm việc

5 Tổng thể

Các ý kiến khác:

Hà Nội, ngày tháng năm 20

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

1 Hình thức trình bày

2 Đồ án thực hiện đầy đủ các nộidung của đề tài

3 Các kết quả tính toán

4 Kỹ năng thuyết trình

5 Trả lời câu hỏi

6 Tổng thể

Các ý kiến khác:

Hà Nội, ngày tháng năm 20

ỦY VIÊN HỘI ĐỒNG THƯ KÝ HỘI ĐỒNG CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

CHỮ VIẾT TẮT GIẢI THÍCH

h0 Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa

r0x Bán kính bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng

x độ caoBán kính bảo vệ của 2 cột thu sét khác Mét (m)

D giác hình thành bởi các cột thu sétĐường kính đường tròn ngoại tiếp đa Mét (m)

RCS Điện trở tác dụng của dây chống sét trên

Rxk Điện trở tản xung kích của nối đất tập

hcs Độ treo cao dây chống sét Mét (m)

, ,

tb

A B C

h C Độ treo cao trung bình dây dẫn pha A, B, Mét (m)

ZA,B,C Tổng trở sóng của dây dẫn pha A, B, C Ω

Vpd Xác suất xảy ra phóng điện trên cách

điện đường dây

Udcs(t

)

Thành phần điện áp do dòng điện sét đi

VÀ NỐI ĐẤT TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY

CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN

HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

Nghiên cứu dông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một lịch sử lâudài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành tựu tiên tiến, đảm bảo phòngchống sét một cách hữu hiệu, an toàn, đáp ứng được nhu cầu thực tiễn đòi hỏi Tuynhiên dông sét là hiện tượng tự nhiên: mật độ, thời gian và cường độ hoạt độngmang tính ngẫu nhiên Vì vậy trong nghiên cứu chống sét vẫn còn tồn tại một sốvấn đề

1.1 Hiện tượng dông sét

1.1.1 Nguyên nhân hình thành dông sét

* Nguyên nhân hình thành dông sét:

Vào thời điểm giao mùa, thường xuyên hơn có sự gặp nhau và cạnh tranhgiữa 2 luồng không khí (front) nóng ẩm và lạnh Vùng giao thoa giữa 2 luồng khôngkhí này chính là nơi xảy ra giông, đây cũng là địa điểm tập trung sét Vì thế, nhữngnơi xảy ra hiện tượng tập trung giông, sét với mật độ cao trong một thời gian nhấtđịnh thực chất là đang có sự hoạt động mạnh mẽ của 2 luồng không khí nóng ẩm vàlạnh Việt Nam là một nước nằm trong vùng nhiệt đới, đất nước trải dài trên nhiều

vĩ tuyến, có sự phân tách khí hậu rõ rệt giữa các miền

Dông là hiện tượng khí quyển liên quan với sự phát triển mạnh mẽ của đốilưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển, nó thường xảy ra vào mùa hè là thời điểm

mà sự trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí rất lớn Những luồng không khínóng mang theo hơi nước bay lên đến một độ cao nào đấy và nguội dần, lúc đó hơinước tạo thành những giọt nước nhỏ hay gọi là tinh thể băng chúng tích tụ trongkhông gian dưới dạng những đám mây Trái đất càng bị nóng thì không khí nóngcàng bay lên cao hơn, mây càng dày hơn đến một lúc nào đó thì các tinh thể băngtrong mây sẽ lớn dần và rơi xuống thành mưa Mây càng dày thì màu của nó càngđen hơn Sự va chạm của các luồng khí nóng đi lên và các tinh thể băng đi xuốngtrong đám mây sẽ làm xuất hiện các điện tích mà ta gọi là đám mây bị phân cựcđiện hay đám mây tích điện Các phần tử điện tích âm có khối lượng lớn nên nằmdưới đáy đám mây còn các phần tử điện tích dương nhẹ hơn nên bị đẩy lên phầntrên của đám mây

chuyển nhanh hơn, điện tích được tạo ra nhiều hơn và điện trường càng mạnh hơn

Quá trình này tiếp diễn cho đến lúc điện trường đạt giá trị tới hạn và gây raphóng điện nội bộ trong đám mây mà ta gọi là chớp.

* Quá trình phóng điện của sét:

Sét là một trường hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cựcrất lớn (trung bình khoảng 5km) Quá trình phóng điện của sét giống như quá trìnhxảy ra trong trường không đồng nhất Khi các lớp mây được tích điện (khoảng 80%

số trường hợp phóng điện sét xuống đất diện tích của mây có cực âm tính) Tới mức

độ có thể tạo nên cường độ lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giaiđoạn này gọi là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo

Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiênkhoảng 1,5.107 cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt tới 2.108 cm/s (trong một đợtsét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau trung bình là ba lần)

Tia tiên đạo là môi trường plasma có điện dẫn rất lớn Đầu tia nối với mộttrong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trungtâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiềudài tia Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tíchkhác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện của đất.Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tiatiên đạo Trường hợp mặt đất có nhiều nơi 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 tiatiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đây cường độ trường có trị sốlớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn Tính chấtchọn lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc bảo vệ trống sét đánh thẳngcho công trình

* Các thông số chính của sét:

Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét Hiện nay đã tích luỹđược khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này (đo bằng thỏi sắt từ hoặc bằngmáy hiện sóng cao áp)

Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét (Is) biến thiên trong phạm virộng từ vài kA tới hàng trăm kA và được phân bố theo quy luật thực nghiệm sau:

trong đó: - Vi : xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện ≥ is;

Quy luật này cũng được biểu thị trên đường cong ở Hình 1-1

- Độ dốc trung bình:

a= S ds

I

T (T

ds : độ dài đầu sóng)

Hình 1-1 Biến thiên của dòng điện sét

Xác suất độ dốc trung bình của dòng điện sét

Hình 1-2 Xác suất độ dốc trung bình của dòng điện sét

Dạng sóng có đầu sóng xiên góc ở (hình 3) dùng khi quá trình cần xét xảy ra

ở đầu sóng hoặc trong các trường hợp mà thời gian diễn biến tương đối ngắn so với

độ dài sóng Trong các trường hợp này sự giảm dòng điện sau trị số cực đại không

có ý nghĩa nên khi t > Tds có thể xem dòng điện không thay đổi và bằng trị số biên

độ Ngược lại khi quá trình xảy ra trong thời gian dài (t >>Tds) như khi tính toán vềhiệu ứng dòng điện sét có thể không sét đến giai đoạn đầu sóng và dạng sóng tínhtoán được chọn theo dạng hàm số mũ (hình 4)

Hình 1-3 Dạng đầu sóng của dòng điện sét

* Cường độ hoạt động của sét:

Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có dông sét hàngnăm (Nng.s) hoặc tổng số thời gian kéo dài của dông sét trong năm tính theo thời gian(Ng.s) Theo số liệu thống kê của nhiều nước, số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạokhoảng 100 ÷ 150 ngày, vùng nhiệt đới từ 75 ÷ 100 ngày, vùng ôn đới khoảng 30 ÷

1.1.2 Tình hình, diễn biến dông sét tại Việt Nam

Việt Nam là một nước khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hoạt động của dông sét cócường độ mạnh Thực tế sét đã gây nhiều cản trở đến đời sống, xã hội con người

Theo đề tài KC-03-07 của Viện Năng lượng, số ngày dông sét trên miền Bắcnước ta thường dao động trong khoảng từ 70÷100 ngày và số lần dông từ 150÷300lần, vùng dông sét nhiều nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên - Móng Cái Tại đâyhàng năm có từ 250÷300 lần Tập trung trong khoảng từ 100÷110 ngày Thángnhiều dông nhất là các tháng 7, 8 có tới 25 ngày/tháng Nơi ít dông nhất miền Bắc làvùng Quảng Bình, hàng năm chỉ có khoảng 80 ngày dông

Nhìn chung ở Bắc bộ mùa dông tập trung trong khoảng từ tháng 5 tháng 6, ởphía Tây của Trung Bộ và Bắc Bộ mùa dông tương đối sớm hơn Bắt đầu vào tháng

4 quá trình diễn biến của mùa dông thường có xê dịch trong khoảng tháng 5, tháng

6 là nhiều nhất Ở miền Nam cũng khá nhiều dông, hàng năm trung bình quan sátđược từ 40-50 ngày (đến 100 ngày tuỳ nơi) khu vực nhiều dông nhất là vùng Đồngbằng Nam Bộ, số ngày dông hàng năm trung bình lên tới 120÷140 ngày (Sài Gòn:

138 ngày, Hà Tiên: 129 ngày)

Ở Bắc Bộ chỉ có khoảng trên dưới 100 ngày Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4tháng 9 trừ tháng 11 có số ngày dông trung bình 10 ngày/1 tháng Còn suốt 6 tháng

từ tháng 5÷11 mỗi tháng đều quan sát được trung bình từ 15÷20 ngày dông

Ở Tây Nguyên, trong mùa đông thường chỉ 2-3 tháng số ngày dông đạt tới1÷5 ngày Đó là các tháng 4, 5, 9 Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát đượcchừng 15 ngày dông

Qua khảo sát số liệu ở trên ta thấy rằng tình hình dông sét trên 3 miền khácnhau nhưng có những vùng lân cận nhau, mật độ dông sét tương đối giống nhau Đểtổng kết tình hình dông sét ở Việt Nam một cách hệ thống qua kết quả nghiên cứucủa đề tài KC-03-07 người ta đã lập được bản đồ phân vùng dông trong đó nêu rõtoàn thể lãnh thổ Việt Nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực

1.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam

Đường dây truyền tải là phần tử chính trong hệ thống truyền tải và phân phốiđiện năng Công suất phụ tải tăng mạnh, kèm theo đòi hỏi ngày một cao về mặt chấtlượng điện năng thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của hệ thống điện Đặc trưngcủa hệ thống điện là dàn trải trong một không gian rộng lớn nên thường có nhiều sự

cố xảy ra đối với chúng, nhất là những phần tử ngoài trời như đường dây truyền tải

cung cấp điện phải đảm bảo sao cho xác suất xảy ra sự cố là thấp nhất đảm bảo cáctiêu chí về kinh tế - kỹ thuật Sự cố hay xảy ra nhất đối với những đường dây truyềntải điện ngoài trời là do sét đánh Khi sét đánh thường dẫn đến việc cung cấp vàtruyền tải điện năng không đảm bảo cũng như gây ra thiệt hại về kinh tế - xã hội vàtính mạng con người.

Do đường dây và trạm biến áp nằm ngoài trời có hệ thống nối đất nên cũngnhư những vật thể khác dễ bị sét đánh vào làm hư hại và gián đoạn việc cung cấpđiện năng Khi sét đánh thẳng và đường dây hoặc xuống đất gần với đường dây sẽsinh ra sóng điện từ truyền dọc theo đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lêncách điện của đường dây Do sét là dòng điện có cường độ lớn hơn rất nhiều so vớicác điện thiết kế của đường dây nên khi đó cách điện sẽ bị phá hủy, gây ra ngắnmạch pha-đất hoặc pha-pha, buộc các thiết bị bảo vệ rơle bảo vệ ở hai đầu đườngdây phải làm việc Với các đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy cóthể gây ra mất ổn định hệ thống điện, nếu hệ thống điện tự động ở các nhà máy điệnlàm việc không kịp để ứng phó với sự cố cố thi sẽ tạo ra tình trạng tan rã lưới điện.Sóng sét có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc đánh thẳng vào trạmbiến áp đều gây ra phóng điện trên cách điện trạm biến áp, điều này rất nguy hiểmnhư khi ngắn mạch trên thanh góp và rất dễ dẫn tới sự cố trầm trọng Ngoài ra khisóng sét lan truyền vào trạm biến áp mà chống sét van đầu cực máy biến áp làmviệc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp sẽ bị chọc thùng gây ra thiệt hại

vô cùng lớn

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng

hệ thống cột chống sét, dây thu sét 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 khu vực an toàn bêndưới hệ thống này Cột chống sét làm bằng sắt, bê tông hay cột gỗ

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 bộphận 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 xuất hiện trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn đểgây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó Bởi vì khi có sét đánh vào bộphận chống sét thì trên đó có một điện áp dư, nếu điện áp dư này đủ lớn thì nó cóthể phóng điện qua các thiết bị khác lân cận Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệchống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế saocho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật

2.1 Tổng quan về trạm

- Trạm có 2 cấp điện áp 220kV và 110kV

- Cấp 220kV có độ cao cần bảo vệ là: 17 m

- Cấp 110kV có độ cao cần bảo vệ là: 11 m

- Gồm 4 máy biến áp (2 máy 220kV & 2 máy 110kV)

- Trạm có 4 lộ đường dây với tổng diện tích trạm là: 57630 (m2)

Mặt bằng, sơ đồ bố trí tổng quan thiết bị trạm như hình vẽ sau:

Hình 2-1 Sơ đồ tổng quan mặt bằng trạm biến áp

* Tại đây ta có nhà điều khiển được xây dựng kiên cố, chắc chắn nên khôngcần đặt cột bảo vệ

2.2 Các yêu cầu kỹ thuật chung

Tất cả các thiết bị bảo vệ cần phải được nằm trọn trong phạm vi an toàn của

hệ thống bảo vệ Tuỳ thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện áp mà hệthống các cột thu sét có thể được đặt trên các độ cao có sẵn của công trình như xà,cột đèn chiếu sáng hoặc được đặt độc lập

Khi đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân công trình, sẽ tận dụng được độ caovốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thu sét Tuy nhiên điềukiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện là phải đảm bảo mức cáchđiện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất bé

Đối với TBA ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao (khoảng cáchcác thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thu sét trên các kết cấucủa trạm Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cột thu sét thì phải nối đất vào

hệ thống nối đất của TPP theo đường ngắn nhất và sao cho dòng điện is khuyếch tánvào đất theo 3- 4 cọc nối đất Ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung đểcải thiện trị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4Ω

Nơi yếu nhất của TBA ngoài trời điện áp 110 kV trở lên là cuộn dây MBA.Vậy dùng CSV để bảo vệ MBA thì khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thốngnối đất của hệ thống thu sét và vỏ MBA theo đường điện lớn hơn 15m

Khi đặt cách ly giữa hệ thống thu sét và công trình phải có khoảng cách nhấtđịnh, nếu khoảng cách này quá bé thì sẽ có phóng điện trong không khí và đất

Phần dẫn điện của hệ thống thu sét có phải có tiết diện đủ lớn để đảm bảothoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng điện sét đi qua

2.3 Các yêu cầu kỹ thuật

2.3.1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét

Cột thu sét là thiết bị dùng để thu sét về phía nó bằng cách sử dụng các mũinhọn nhân tạo sau đó dẫn dòng điện sét xuống đất

Sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểmđịnh sẵn trên mặt đất chứ không phải là vào điểm bất kỳ nào đó trên công trình Cộtthu sét tạo ra một khoảng không gian gần cột thu sét ( trong đó có vật cần bảo vệ), ít

có khả năng bị sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ

a) Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập là miền được giới hạn bởi mặtngoài của hình chóp tròn xoay có đường kính được xác định bởi phương trình:

x x

trong đó: + h : độ cao của cột thu sét

+ hx : độ cao của vật cần bảo vệ+ h - hx = ha : độ cao hiệu dụng của cột thu sét+ rx : bán kính của phạm vi bảo vệ

Để dễ dàng và thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệdạng đơn giản hóa đường sinh của hình chóp có dạng đường gẫy khúc như hình vẽsau:

Hình 2-2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

- Bán kính được tính theo công thức sau:

2

h h 3

≤

thì

x x

+ Nếu x

2

h h 3

>

thì

x x

b) Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét kết hợp thì lớn hơn nhiều so với tổng phạm

vi bảo vệ của 2 cột đơn Để hai cột thu sét có thể phối hợp được thì khoảng cách agiữa 2 cột phải thỏa mãn điều kiện a < 7h (h là chiều cao của cột)

* Hai cột có cùng độ cao

Xét Hai cột thu sét có độ cao h1 = h2 đặt cách nhau một khoảng a

Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn tổng phạm vi bảo

vệ của các cột đơn cộng lại Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thìkhoảng cách a giữa hai cột phải thỏa mãn a ≤ 7h ( trong đó h là độ cao của cột thusét) Phần bên ngoài khoảng cách giữa hai cột có phạm vi bảo vệ giống như của mộtcột Phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm là hai điểm đỉnh cột

và điểm có độ cao h0 - độ cao bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột và được xácđịnh theo công thức sau:

Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột

là r0x và được xác định theo công thức sau:

Hình 2-3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao giống nhau

* Hai cột có độ cao khác nhau

Trường hợp hai cột thu sét có độ cao h1 và h2 khác nhau thì việc xác địnhphạm vi bảo vệ được xác định như sau:

Vẽ phạm vi bảo vệ của cột thấp (cột 1) và cột cao (cột 2) riêng rẽ Qua đỉnhcột thấp vẽ đường thẳng ngang gặp đường sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3điểm này được xem là đỉnh của cột thu sét giả định Cột 1 và cột 3 hình thành đôicột có độ cao bằng nhau và bằng h1 với khoảng cách a’ Bằng cách giả sử vị trí x cóđặt cột thu lôi 3 có độ cao h1 Điểm này được xen như đỉnh cột thu sét giả định Taxác định được khoảng cách giữa hai cột có cùng độ cao h1 là a’ và x như sau:

Hình 2-4 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau

2

h h 3

≤

thì

1 2

>

thì

1 2

(Ta coi x là bán kính bảo vệ của cột cao h2 cho cột thấp h1)

- Khi đó khoảng cách giữa cột thấp h1 và cột giả tưởng là: a’ = a - x

- Phần còn lại tính toán giống phạm vi bảo vệ cột 1

c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét

Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một đa giác thì độ cao của cột thulôi phải thỏa mãn:

a

(2.9)

trong đó: D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác bởi các chân cột

* Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét:

- Nhóm cột tam giác có 3 cạnh là a,b,c ta có:

* Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét: D = a b2+ 2

- Với a,b là độ dài hai cạnh hình chữ nhật

- Như vậy độ cao hiệu dụng của cột thu sét ha phải thỏa mãn điều kiện:

a

D h 8

(a)(b)

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của dây thu sét

a) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét

Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng Chiều rộng của phạm vi bảo

vệ phụ thuộc vào mức cao của hx được biểu diễn như sau:

0,6h

0,2h

0,8h h

ab

a'c

1,2h

2bx

Hình 2-6 Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét

Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây thu sét tương tự cột thusét ta có các hoành độ 0,6h và 1,2h

2

h h 3

≤

thì

x x

>

thì

x x

Khi độ cao lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được hiệu chỉnh theo p

b) Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét

Để phối hợp bảo vệ bằng hai dây thu sét thì khoảng cách giữa hai dây thu sétphải thỏa mãn điều kiện S ≤ 4h

Với khoảng cách trên thì dây có thể bảo vệ được các điểm có độ cao h0:

S

h h = −

(2.14)

Phần ngoài của phạm vi bảo vệ giống phạm vi bảo vệ của một dây, còn phầnbên trong được giới hạn bởi vòng cung đi qua ba điểm là hai điểm treo dây thu sét

và điểm có độ cao h0

Hình 2-7 Phạm vi bảo vệ của hai dây thu sét.

2.4 Đề xuất phương án

Hình 2-8 Sơ đồ bố trí cột thu sét phương án I

- 5 dây có chiều dài 74 m

- Khoảng cách giữa các dây (từ trái sang phải) lần lượt là: 20m, 28m, 26m,28m

Hình 2-9 Sơ đồ bố trí cột đỡ và dây thu sét phương án II

2.5 Tính toán chi tiết từng phương án

2.5.1 Phương án I

2.5.1.1 Tính toán chiều cao cột

Để tính được độ cao tác dụng ha của các cột thu sét ta cần xác định đườngkính D của đường tròn ngoại tiếp các đa giác là có đỉnh là vị trí đặt các cột chốngsét kết hợp, cột độc lập Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi ba điểm hoặc bốnđiểm đó được bảo vệ thì phải thỏa mãn điều kiện:

trong đó: + D: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác

+ ha: Độ cao tác dụng của cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của

1 cột Điều kiện để hai cột thu lôi phối hợp được với nhau là:

a ≤ 7.htrong đó: + a: Khoảng cách giữa 2 cột thu lôi

+ h: Chiều cao toàn bộ cột thu sét

* Xét nhóm cột thuộc khu vực phía 220kV

82,9 D

3 10,37

70,94 D

8 8 8,87

* Xét nhóm cột thuộc khu vực phía 110kV

- Nhóm [9,10,13,14]

+ Nhóm cột tạo thành vuông với độ dài các cạnh là a = 74 m

 Đường kính đường tròn ngoại tiếp hình vuông có đỉnh [9,10,13,14] là:

2 2.74 104,65 ( )

( )a

104, D

65 13,08

Tính toán cho các nhóm cột còn lại và tổng kết kết quả tính trong bảng sau:

Bảng 2-1 Bảng chiều cao cột tính toán phương án I

220kV

1,2,5,6 Hình chữ nhật 69 62 - 92,76 11,602,3,6,7 Hình chữ nhật 59 62 - 85,59 10,703,4,7,8 Hình chữ nhật 71 62 - 94,26 11,78

Kết

hợp

7,8,11,12 Hình chữ nhật 71 46 - 84,60 10,575,6,9 Tam giác vuông 69 46 82,93 82,93 10,377,10,11 Tam giác vuông 54 46 70,94 70,94 8,876,9,10 Tam giác 82,93 46,27 74 83,42 10,436,7,10 Tam giác 59 46,27 70,94 71,36 8,92

110kV 9,10,13,14 Hình vuông 74 - - 104,6

5 13,08

* Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm

Từ bảng tính toán độ cao hiệu dụng cho các nhóm cột thu sét, ta chọn độ caotác dụng cho toàn bộ cột của trạm như sau:

- Phía 220kV: ha-max = 11,78 (m) nên ta chọn ha = 12 (m)

 Độ cao cột thu sét: h = hx + ha = 17 + 12 = 29 (m)

- Phía 110kV: ha-max = 13,08 (m) nên ta chọn ha = 14 (m)

 Độ cao cột thu sét: h = hx + ha = 11 + 14 = 25 (m)

2.5.1.2 Tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu sét

Do các cột ta chọn có chiều cao nhỏ hơn 30m nên tính toán ta bỏ qua hệ sốhiệu chỉnh p

a) Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét

* Phạm vi bảo vệ của các cột thu sét phía 220kV với h = 29 (m)

b) Phạm vi bảo vệ của cặp cột biên

Do diện tích bên trong các cột đã được bảo vệ nên ta xét phạm vi bảo vệ củacác cặp cột biên dọc theo chu vi trạm

1 ,43

x x

* Kết hợp bảo vệ của các cột từ 2 phía 110kV và 220kV

- Xét cặp cột [5-9] có độ cao khác nhau h5 = 29 (m) và h9 = 25 (m) được đặtcách nhau a5-9 = 46 (m)

+ Xét bán kính bảo vệ h9 cho cột h13:

25 0,75 1 0,75.29 1 3

Tính tương tự cho các cặp cột còn lại ta có bảng sau:

Bảng 2-2 Kết quả tính toán phạm vi bảo vệ các cặp cột biên phương án I

Hình 2-10 Sơ đồ mô tả phạm vi bảo vệ phương án I

- Ứng suất cho phép: σcp = 31 (kG/mm2)

- Mô đun đàn hồi: E = 20.103 (kG/mm2)

- Hệ số giãn nở: α =

6 0

1 12.10

θ =

- Nhiệt độ ứng với trạng thái nhiệt độ thấp nhất:

0 min 5 C

θ =

- Tải tổng hợp: g = 9,023.10-3 (kG/m.mm2)

- Kiểm tra điều kiện ta thấy l = 71 (m) < 150 (m) => Khoảng vượt l = 71 (m)

- Phương trình trạng thái ứng với θmin có dạng: σ3 - A.σ2 - B = 0

( )

2 2

min 2

71 (9,023.10 ) 20.10

24.3125,84

−

Ta có phương trình: σ3 - 25,84.σ2 – 342,01 = 0 có nghiệm σ = 26,34(kG/mm2)

Độ võng: Với khoảng vượt l = 71 (m)

Độ cao cột treo dây thu sét: hl = h + f = 27,5 + 0,22 = 27,72 (m)

Vậy ta chọn độ cao treo dây thu sét là h = 28 (m)

Tính toán với các khoảng vượt khác ta có bảng sau:

Bảng 2-3 Bảng thông số tính toán độ võng cho từng khoảng vượt