Đồ án cao áp Đại học điện lực 2023

(Bản FULL Cô Vũ Thị Thu Nga) Giông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km). Hiện tượng phóng điện của giông 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. Trong phạm vi đồ án này chúng ta nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây đất). Với hiện tượng phóng điện này gây nhiều trở ngại cho đời sống con người.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN

- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP

Sinh viên thực hiện : TRẦN QUỐC TÚ

Mã sinh viên : 19810110023

Giáo viên hướng dẫn : TS VŨ THỊ THU NGA

Ngành : CÔNG NGHỆ KT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội, tháng 05 năm 2023

LỜI CẢM ƠN

Ngành điện nói riêng và ngành năng lượng nói chung đóng góp một vai trò hếtsức quan trọng trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước An toàn làmột yêu cầu vô cùng quan trọng trong hệ thống điện Cùng với sự phát triển của hệthống điện, cũng như sự phát triển hệ thống năng lượng quốc Việc giải quyết đúngđắn vấn đề kinh tế kĩ thuật trong thiết kế chống sét cho nhà máy điện và các công trìnhđiện sẽ mang lại lợi ích không nhỏ đối với nền kinh tế, thiết bị và con người

Là một sinh viên theo học ngành hệ thống điện thì việc làm đồ án kỹ thuật điệncao áp giúp em biết cách thiết kế đúng kỹ thuật, tối ưu về kinh tế trong bài toán thiết

kế chống sét cho công trình điện cụ thể là trạm biến áp, hướng dẫn sinh viên biết cáchđưa ra các phương án chống sét đúng kỹ thuật, biết phân tích, biết so sánh chọn raphương án tối ưu

Với đồ án kỹ thuật điện cao áp đã phần nào giúp em làm quen dần với việc làmviệc sau này Trong thời gian làm bài, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sựgiúp đỡ của các thầy cố giáo trong bộ môn hệ thống điện và đặc biệt với sự giúp tận

tình của T.S VŨ THỊ THU NGA, em đã hoàn thành tốt đồ án của mình Xong do thời

gian và kiến thức còn hạn chế nên bài làm không tránh khỏi những thiếu sót Do vậykính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để em có được nhữngkinh nghiệm chuẩn bị cho công việc sau này

Em xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG CHỐNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ 4

1.1 Hiện tượng giông sét 4

1.2 Ảnh hưởng của giông sét 6

CHƯƠNG 2: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG 8

2.1 Khái niệm chung 8

2.1.1 Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 8

2.2 Lý thuyết về tính toán cột, dây thu sét 10

2.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 10

2.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi 11

2.3 Các phương án cột thu sét cho sơ đồ trạm theo yêu cầu 13

2.3.1 Đề xuất phương án bố trí cột và dây chống sét cho trạm biến áp 14

Phương án 1: Cột thu sét được đặt tại các vị trí đầu xà 15

Phương án 2: Đặt thêm các cột thu sét 21

2.4 Chọn phương án tối ưu 28

CHƯƠNG 3 NỐI ĐẤT CHO TRẠM BIẾN ÁP 29

3.1 Khái niệm chung 29

3.2 Các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống nối đất 30

3.2.1 Trị số cho phép của điện trở nối đất 30

3.2.2 Hệ số mùa 31

3.3 Tính toán nối đất 32

3.3.1 Tính toán nối đất an toàn 32

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Sự biến thiên của dòng điện theo thời gian 5

Hình 2.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi 10

Hình 3.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đường sinh gấp khúc) 10

Hình 4.Phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi có độ cao bằng nhau 11

Hình 5 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau 12

Hình 6.Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu lôi có độ cao bằng nhau 13

Hình 7.Sơ đồ của trạm điện 14

Hình 8.Sơ đồ bố trí cột chống sét 15

Hình 9.Phạm vi bảo vệ phương án 1 21

Hình 10.Bố trí các cột thu lôi của phương án 2 22

Hình 11.Phạm vi bảo vệ phương án 2 27

Hình 12 Sơ đồ nối đất toàn trạm biến áp 35

2

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.Bảng tính chiều cao hiệu dụng của phương án 1 17

Bảng 2.Bảng tính phạm vi bao vệ 1 cột phương án 1 20

Bảng 3.Bảng tính phạm vi bao vệ cặp cột phương án 1 20

Bảng 4.Bảng tính chiều cao hiệu dụng của phương án 2 23

Bảng 5.Bảng tính phạm vi bao vệ 1 cột phương án 2 26

Bảng 6.Bảng tính phạm vi bao vệ cặp cột phương án 2 27

Bảng 7 So sánh các phương án 28

Bảng 8 Bảng hệ số kmùa 31

Bảng 9.Hệ số K phụ thuộc vào ( l 1/l 2¿ 34

CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG CHỐNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ 1.1 Hiện tượng giông sét

Giông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khikhoảng cách giữa các điện cực khá lớn (khoảng 5km)

Hiện tượng phóng điện của giông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữacác đám mây tích điện và phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất Trongphạm vi đồ án này chúng ta nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện vớimặt đất (phóng điện mây - đất) Với hiện tượng phóng điện này gây nhiều trở ngại chođời sống con người

Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độđiện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất Giai đoạn này là giaiđoạn phóng điện tiên đạo Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóngđiện đầu tiên khoảng 1,5.10 7cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2

10 8cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vìtrong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lầnlượt phóng điện xuống đất)

Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn Đầu tia được nối với mộttrong 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 dàitia xuống mặt đất Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trungđiện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điệncủa đất Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới đầutia tiên đạo Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫnkhác 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 tiênđạo 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 chocác công trình được dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét

Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là  và mật độ điện trường của điệntích trong tia tiên đạo là  thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽlà:

is =   (1.1)

4

Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị sốđiện 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 hàng biến thiên trong phạm vi rộng (t vài k đến vài trăm k)dạng sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giaiđoạn phóng điện ngược

- Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khíquyển và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên

Việt Nam là một trong những nước khí hậu nhiệt đới, có cường độ giông sét khámạnh Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt nam có một đặcđiểm giông sét khác nhau:

+ Ở miền Bắc, số ngày giông dao động t 70  110 ngày trong một năm và số lầngiông t 150  300 lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra t 2  3 cơn giông + Vùng giông nhiều nhất trên miền Bắc là Móng Cái Tại đây hàng năm có từ

250  300 lần giông tập trung trong khoảng 100  110 ngày Tháng nhiều giông 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 giông cũng lên tới 200 lần, số ngày giông lên đến

100 ngày trong một năm Các vùng còn lại có t 150  200 cơn giông mỗi năm, tậptrung trong khoảng 90  100 ngày

+ Nơi ít giông nhất trên miền Bắc là vùng Quảng Bình hàng năm chỉ có dưới 80ngày giông

Hình 1: Sự biến thiên của dòng điện theo thời gian

Xét dạng diễn biến của giông trong năm, ta có thể nhận thấy mùa giông khônghoàn toàn đồng nhất giữa các vùng Nhìn chung ở Bắc Bộ mùa giông tập chung trongkhoảng từ tháng 5 đến tháng 9 Trên vùng Duyên Hải Trung Bộ, ở phần phía Bắc (đếnQuảng Ngãi) là khu vực tương đối nhiều giông trong tháng 4, từ tháng 5 đến tháng 8

số ngày giông khoảng 10 ngày/ tháng, tháng nhiều giông nhất (tháng 5) quan sát được

12  15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày/ tháng, Bồng Sơn 16 ngày/tháng ), những tháng đầumùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 10) giông còn ít, mỗi tháng ch gặp t 2  5ngày giông

Phía Nam duyên hải Trung Bộ (từ Bình Định trở vào) là khu vực ít giông nhất,thường có trong tháng 5 số ngày giông khoảng 10/tháng như Tuy Hoà 10ngày/tháng,Nha Trang 8 ngày/tháng, Phan Thiết 13 ngày/tháng

Ở miền Nam khu vực nhiều giông nhất ở đồng bằng Nam Bộ t 120  140ngày/năm, như ở thành phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/ năm Mùagiông ở miền Nam dài hơn mùa giông ở miền Bắc đó là t tháng 4 đến tháng 11 tr thángđầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày giông đều quan sát đượctrung bình có t 15  20 ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều giông nhất trung bình gặptrên 20 ngày giông /tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày

Ở khu vực Tây Nguyên mùa giông ngắn hơn và số lần giông cũng ít hơn, thángnhiều giông nhất là tháng 5 cũng ch quan sát được khoảng 15 ngày giông ở Bắc TâyNguyên, 10  12 ở Nam Tây Nguyên, on Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, PLâycu 17ngày Ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của giông sét, đây là điềubất lợi cho H.T.Đ Việt nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào các thiết bịchống sét Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi tính toánthiết kế các công trình điện sao cho HTĐ vận hành kinh tế, hiệu quả, đảm bảo cungcấp điện liên tục và tin cậy

1.2 Ảnh hưởng của giông sét

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

6

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 sóngđiện 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 n 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 giông sét là mối nguy hiểm lớn nhất đe doạ hoạt động của lưới điện Kết luận: Sau khi nghiên cứu tình hình giông sét và ảnh hưởng của giông 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

CHƯƠNG 2: BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG

2.1 Khái niệm chung

Đối với trạm biến áp 220 kV thì với các thiết bị đặt ngoài trời, khi có sét đánh trựctiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nghiêm trọng, làm hư hỏng các thiết bị điện, cóthể phải ngừng cung cấp điện năng trong một thời gian dài làm ảnh hưởng đến sảnxuất và gây ra những chi phí tốn kém cho ngành điện, ảnh hưởng đến nền kinh tế quốcdân 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 đểđịnh hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra các khu vực an toàn bêndưới hệ thống này

Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệthống 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 sét một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khidòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóngđiện 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 phảiquan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật,

mỹ thuật

2.1.1 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 cácyêu cầu cụ thể

Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm vibảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi Nhưng mức cách điện của trạm phảiđảm

8

bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị, dòngđiện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảmcủa cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sétđến các phần tử mang điện trong trạm khi mức cách điện không đủ lớn Do đó điềukiện 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 thểkhoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) do đó có thể đặt các cộtthu lôi trên các kết cấu của trạm và trên các kết cấu đó có đặt cột thu lôi phải đượcngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh cái của hệthống 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 dâymáy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảngcách 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 códòng 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 nốiđất bổ sung (dùng nối đất bổ sung) nhằm đảm bảo điện trở khuyếch tán không đượcquá 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 áp110kV nếu như các yêu cầu trên được thực hiện Khi dùng cột thu lôi độc lập thì cầnphải chú ý đến khoảng cách giữa cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khảnăng phóng điện từ cột thu lôi đến các vật cần được bảo vệ Khi sử dụng cột đèn chiếusáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và chôntrong

đất.Có thể nối dây chống sét vào hệ thống nối đất của trạm nếu như khoảng cách từchỗ nối đất của điểm nối đất ấy đến điểm nối đất của máy biến áp lớn hơn 15m.

2.2 Lý thuyết về tính toán cột, dây thu sét

2.2.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi có độ cao là h tính cho độ cao hx là một hìnhchóp tròn xoay có đường sinh được xác định như sau:

r x= 1,6 1+h x

h (h−h x)

Trong đó: - h: chiều cao cột thu sét

- hx: chiều cao cần được bảo vệ

- h- hx= ha: độ cao hiệu dụng cột thu sét

- rx: bán kính của phạm vi bảo vệ

Trong tính toán, đường sinh được đưa về dạng đường gãy khúc ABC được xác định

10

Hình 2.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi

Hình 3.Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi (đường sinh gấp khúc)

Bán kính bảo vệ rx được tính như sau:

+ Nếu hx ≤ 23h thì rx = 1,5h (1- h x

0,8h) = 1,5h – 1,5hx0.8

+ Nếu hx >23h thì rx = 0,75h (1-h x

h ) = 0,75(h – hx) 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 p ¿5,5

√

2.2.2 Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi

2.2.2.1 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

 Khi a = 7h thì mọi vật nằm trên mặt đất ở khoảng giữa 2 cột không bị sét đánhvào

 Khi a < 7h thì khoảng giữa 2 cột sẽ bảo vệ được cho độ cao lớn nhất h0 đượcxác

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 là h1 và h2, cách nhau 1 khoảng a được bố trí như hình vẽ:

Hình 5 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu lôi có độ cao khác nhau

2.2.2.3 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 vàicặp 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 điềukiện an toàn

12

D<8ha D<8ha

1

1

2 2

3 3

rx12 rx12

rx23 rx23

rx13

rx13

1 1

2 2

4 4

3 3

rx12 rx12

rx23 rx23 rx34

rx rx

Hình 6.Phạm vi bảo vệ của nhóm 3 và 4 cột thu lôi có độ cao bằng nhau

Vật có độ cao hx nằm trong đa giác được bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:

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 độcao cột thu sét vượt quá 30m thì phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh p

2.3 Các phương án cột thu sét cho sơ đồ trạm theo yêu cầu

▪ Mô tả trạm biến áp cần bảo vệ

- Độ cao xà đón dây:

+ Phía 220kV: 16m và 11m

+ Phía 110 kV: 11m và 8m

- Điện trở suất của đất: 𝜌 =100Ωm - Đường dây: dây chống sét là dây C-70

- Chiều dài khoảng vượt đường dây:

Ta có sơ đồ bố trí của trạm điện 220/110kV:

2.3.1 Đề xuất phương án bố trí cột và dây chống sét cho trạm biến áp

- Các xà đón dây phía 110 kV cao 11m và 8m, các xà đón dây phía 220kV cao

+ Khu vực chứa các xà phía 110kV và giữa 2 khu vực có độ cao cần bảo vệ là

hx = 11 m và hx = 8 m

- Trình tự tính toán:

+ Bước 1: Chọn vị trí đặt cột thu sét

+ 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

Phương án 1: Cột thu sét được đặt tại các vị trí đầu xà

a Bố trí cột thu sét

Ta bố trí 18 cột thu sét ở các vị trí như sau:

- Phía 220kV dùng 9 cột trong đó có 6 cột được đặt trên xà cao16m, 3 cột đặttrên xà cao 11m

- Phía 110kV dùng 9 cột trong đó có 6 cột được đặt trên xà cao 11m, 3 cột

đặt trên xà cao 8m

Vậy:

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 220 kV là hx = 16m

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx = 10m

Sơ đồ bố trí cột được trình bày ở hình dưới

b, Tính chiều cao hiệu dụng của các cột thu sét

Do các cột thu sét được bố trí trên một mặt bằng lớn, tạo thành một lưới cột nên taphải nhóm các cột thu sét thành các đa giác để tính toán Để tính được độ cao tác dụngcủa các cột thu sét ta phải xác định được đường kính đường tròn ngoại tiếp các đa giác

đi qua chân các cột là D

Độ cao tác dụng phải thỏa mãn điều kiện: h a ≥ D

Vậy độ cao tối thiểu của cột thu sét là h a=9,115m

-Các nhóm còn lại tính tương tự ta có bảng tổng hợp kết quả sau:

16

Bảng 1.Bảng tính chiều cao hiệu dụng của phương án 1

Chiều dài a (m) Chiều rộng b (m)

Chiều dài a (m) Chiều rộng b (m)

+Chọn độ cao tác dụng cho toàn trạm biến áp

Sau khi tính toán độ cao tác dụng chung cho các nhóm cột thu sét, ta chọn độ cao tácdụng cho toàn trạm như sau: