đồ án thiết kế hộ thống chống sét và nối đất cho trạm biến áp 11022kv trường đại học công nghiệp hà nội

thiết kế chông sét đánh trực tiếp và nối đất cho trạm biến áp.đồ án tốt nghiệp của bộ môn hệ thống điện trường dh công nghiệp do thầy ninh văn nam hướng dẫn.có file slide trinh chiếu và bản cad ai tải tài liệu thì lh gmail tranviethoangd5k8gmail.com để lấy nhé

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 SỰ HÌNH THÀNH VÀ TÁC HẠI CỦA SÉT 3

1.1 Khái niệm sét 3

1.2 Quá trình phóng điện của sét 3

1.3 Tham số của sét 4

1.4 Cường độ hoạt động của sét 5

1.5 Tác hại của sét 6

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV 8

2.1 Khái quát chunng về các hệ thống bảo vệ 8

2.2 Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp 10

2.3 Tính toán thiết kế chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 11

2.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 11

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột 12

2.4 Mô tả đối tượng cần bảo vệ 14

2.5 Tính toán phương án 1 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 15

2.6 Tính toán phương án 2 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 22

2.7 So sánh và tổng kết hai phương án 29

CHƯƠNG 3 BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH LAN TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM 30

3.1 Tác hại của sét đánh lan truyền vào trạm biến áp 30

3.2 Bảo vệ chống sét lan truyền từ đường dây vào trạm 31

3.2.1 Khe hở phóng điện 32

3.2.2 Chống sét ống 34

3.2.3 Chống sét van (CSV) thế hệ cũ điển hình 35

3.2.4 Chống sét van thế hệ mới 36

3.3 Lựa chọn phương án bảo vệ 37

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT 39

4.1 Khái quát chung 39

4.2 Các yêu cầu kĩ thuật của hệ thống nối đất 41

4.3 Tính toán nối đất an toàn cho trạm biến áp 42

4.3.1 Lý thuyết tính toán nối đất an toàn cho trạm biến áp 42

4.3.2 Tính toán nối đất an toàn 44

4.4 Nối đất chống sét 49

4.4.1 Lý thuyết tính toán nối đất chống sét 49

4.4.2 Tính toán nối đất chống sét cho trạm biến áp 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

LỜI MỞ ĐẦU

Trong hệ thống điện trạm biến áp là phần tử quan trọng, làm nhiệm vụcung cấp năng lượng điện [2] Bảo vệ trạm biến áp là nhiệm vụ quan trọng đểviệc cung cấp năng lượng điện được liên tục và ổn định

Khi các thiết bị của trạm phân phối đặt ngoài trời bị sét đánh trực tiếp thì

sẽ gây những hậu quả ngiêm trọng: gây nên hư hỏng các thiết bị điện, dẫn đếnviệc ngừng cung cấp điện toàn bộ trạm trong một thời gian dài làm ảnh hưởngđến việc sản xuất điện năng và các ngàng kinh tế quốc dân khác

Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình thường dùngcác hệ thống thu sét như: cột thu sét, dây thu sét Hệ thống thu sét gồm các bộphận thu sét (kim, dây), bộ phận nối đất và các dây dẫn liên hệ hai bộ phậnvới nhau [2] Cột thu sét có thể đặt độc lập hoặc trong những điều kiện chophép có thể đặt trên các kết cấu của trạm Vì vậy bảo vệ chống sét cho trạmbiến áp là việc không thể thiếu khi thiết kế lưới điện vì vậy nhóm chúng em

đã lựa chọn đề tài “Thiết kế hệ thống nối đất và chống sét cho trạm biến áp110/22kV”

Trong thời gian học tập cũng như thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

em luôn nhận được sự chỉ bảo, động viên tận tình của các thầy cô, gia đình vàcác bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn của thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Quân đãgiúp em hoàn thành tốt đồ này

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô trong bộmôn Hệ thống điện

Sinh viên

CHƯƠNG 1 SỰ HÌNH THÀNH VÀ TÁC HẠI CỦA SÉT

1.1 Khái niệm sét.

Sét là hiện tượng phóng điện giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặcgiữa đám mây và đất khi cường độ điện trường đạt đến trị số cường độ điệntrường phóng điện trong không khí

Hình 1.1 Sét đánh vào công trình

Khi bảo vệ chống sét cho các công trình, thiết bị dưới mặt đất, chúng ta cầnquan tâm đến hiện tượng phóng điện giữa đám mây và đất

1.2 Quá trình phóng điện của sét.

Phần dưới các đám mây giông được tích điện âm, do đó cảm ứng trênmặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khíkhổng lồ Theo đà tích lũy các điện tích âm của đám mây, cường độ điệntrường của tụ mây – đất sẽ tăng dần lên và nếu tại chỗ nào đó cường độ điệntrường đạt tới trị số tới hạn 25 – 30kV/cm thì không khí sẽ bị ion hóa tạothành dòng plasma và bắt đầu trở lên dẫn điện, mở đầu cho quá trình phóngđiện của sét

Phóng điện sét có thể chia là 4 giai đoạn chính(thể hiện như hình 1.2):

- Phóng điện tiên đạo

- Hình thành khu vực ion hóa mạnh.

- Phóng điện ngược

- Kết thúc quá trình phóng điện

Hình 1.2 Quá trình phóng điện của sét

a) Giai đoạn phóng điện tiên đạo

b) Tiên đạo gần đến mặt đất hình thanh khu vực ion hóa mạnh

c) Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu

d) Giai đoạn phóng điện kết thúc

1.3 Tham số của sét.

Biên độ của sét có thể từ chục nghìn ampe tới hàng trăm nghìn ampe Trị

số cực đại của dòng điện sét đạt đến 200 – 300 kA, xong nhìn chung rất hiếmkhi dòng điện sét có biên độ đạt đến trên kA Do đó, trong thực tế tùy theotầm quan trọng của đối tượng cần bảo vệ, người ta thường lấy dòng điện sét

bằng 50 – 100 kA và tốc độ trung bình atb = I s

t ds ≤ 50 kA/μs Đường đặc tínhcủa dòng điện sét được thể hiện như hình 1.3

Hình 1.3 Dòng điện sét.(1- dòng điện sét ghi trên máy hiện sóng, 2 và 3- dòng

điện sét tính toán)

Cụ thể :

Khi Is ≥ kA lấy atb = 30 kA/μs [2]

Khi Is ¿ kA lấy atb =130 kA/μs [2]

Ngoài ra cũng cần chú ý tới tds và ts

- tds: thời gian đầu sóng, là thời gian dòng điện sét đạt tới trị số cực đại

- ts: thời gian sóng, là thời gian phát triển dòng điện sét đến trị số dòngđiện sét cực đại giảm đi một nửa (0,5 Is)[2]

1.4 Cường độ hoạt động của sét.

Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày xuất hiện dôngsét trong năm nngs hoặc mật độ sét ms ( số lần sét đánh trên 1km2 diện tíchứng với một ngày sét trong năm)

Các trị số này được xác định theo những số liệu quan trắc ở các đài trạm khítượng phân bố trên lãnh thổ từng nước Theo thống kê của nhiều nước, sốngày sét trong năm trung bình đối với các vùng khí hậu như sau:

- Vùng xích đạo: 100 – 150 (ngày/năm)

- Vùng nhiệt đới: 60 – 100 (ngày/năm)

- Vùng ôn đới: 30 – 50 (ngày/năm)

- Vùng hàn đới : ¿ 5 (ngày/năm)

Nước ta ở vào vùng khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm rất thuận lợi cho việchình thành mây và giông sét Qua nghiên cứu tình hình hoạt động dông sétcủa nước ta cho thấy[2]:

- Số ngày dông sét trung bình: 44 – 61,6 (ngày/năm)

- Số ngày dông sét cực đại: 114 (ngày/năm)

- Mật độ sét trung bình: 3,3 – 6,47 (lần/km2, năm)

1.5 Tác hại của sét.

Sét nguy hiểm trước hết như một nguồn điện áp cao và dòng lớn, bởi thếdòng sét sinh ra nhiệt độ và lực cơ học rất lớn Khi người bị sét đánh trực tiếpthường bị chết ngay; sét đánh vào các vật liệu dễ cháy nổ gây nên đám cháylớn Nhiều trường hợp các tháp cao, cây cối bị nổ tung vì dòng sét đi quanung nóng phần lõi, hơi nước bốc ra quá nhanh cộng lực tác động gây phá vỡtháp hoặc thân cây

Nhiều khi sét không phóng điện trực tiếp cũng gây nguy hiểm vì dòngđiện sét gây nên một sự chênh lệch thế khá lớn tại những vùng đất gần nhau,nếu người hoặc gia súc đứng gần sẽ phải chịu điện áp bước có thể nguy hiểmđến tính mạng

Trong thực tế, khi xuất hiện mây dông thì các công trình, thiết bị, vật thểdưới mặt đất cũng bị cảm ứng tĩnh điện, có sự tập chung điện tĩnh cục bộ Khiđiện tích và thế cảm ứng này đủ lớn sẽ xuất hiện phóng tia lửa điện, có thểgây nguy hiểm cho người và thiết bị Ngoài ra khi có các đường dây điện,đường cáp, đường ống kim loại, dây phơi kim loại, dẫn vào nhà hay côngtrình nếu có sét đánh ở xa, sóng sét có thể lan truyền qua các đường dây,đường ống vào công trình, nhà cửa, thiết bị gây nguy hiểm cho người và thiết

bị Đặc biệt khi sét đánh vào các đường dây tải điện, sóng quá điện áp truyền

vào các trạm biến áp nối với đường dây bị sét đánh có thể phá hỏng các máybiến áp và các thiết bị đóng cắt của trạm.

Quá điện áp khí quyển phát sinh khi sét đánh trực tiếp vào các côngtrình, thiết bị đặt ngoài trời cũng như sét đánh gần các công trình điện Mỗiđiện áp định mức có mức cách điện tương ứng của nó; dùng mức cách điệncao hơn nhiều trị định mức sẽ làm tăng giá thành thiết bị điện, còn nếu hạthấp mức cách điện dưới trị định mức có thể dẫn tới sự cố nặng nề Do vậy,mức cách điện phải được xác định tùy theo đặc tính và trị số quá điện áp cóthể có và các tham số của thiết bị dùng để hạn chế quá điện áp Khả năng củacách điện chịu được quá điện áp khí quyển được xác định bởi điện áp thínghiệm xung kích

Tóm lại, sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp hoặc gián tiếp cho con người

và các công trình, thiết bị, vì thế nội dung nghiên cứu bảo vệ chống sét baogồm: bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và bảo vệ chống sét đánh lan truyền vàcảm ứng

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH

TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 110/22 KV

2.1 Khái quát chunng về các hệ thống bảo vệ.

Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp, tải làmột thể thống nhất Trong đó trạm biến áp là một phầm tử hết sức quan trọng,

nó thực hiện niệm vụ truyền tải và phân phối điện năng Do đó khi các thiết

bị của trạm bị sét đánh trực tiếp sẽ dẫn đến những hậu quả rất nghiêm trọng,không những làm hỏng các thiết bị trong trạm mà còn có thể dẫn đến việcngừng cung cấp điện trong một khoảng thời gian dài làm ảnh hưởng đến việcsản xuất điện năng và các ngành kinh tế khác Do đó việc tính toán bảo vệchống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp đặt ngoài trời là rất quan trọng Qua

đó ta có thể đưa ra những phương án bảo vệ trạm một cách an toàn và kinh tế

Để hạn chế thiệt hại về người và công trình, thiết bị do sét đánh trực tiếp

có nhiều biện pháp ngày càng hoàn thiện nhưng đều dựa vào nguyên lý cổđiển do FANKLIN phát minh ra vào năm 1750 là dùng vật thu sét (kim thusét, dây thu sét, ) đặt cao hơn vật cần bảo vệ rồi nối với hệ thống nối đất cóđiện trở nhỏ bằng các dây (hoặc thanh) dẫn kim loại có tiết diện hợp lý để tảndòng điện sét Mục đích dùng các vật đặt cao hơn công trình, thiết bị và nốicác vật này với hệ thống có điện trở nhỏ để tập chung điện tích cảm ứng được

dễ dàng và khi xuất hiện mây dông, các vật thu này sẽ tập trung điện tích từmặt đất, tạo nên một cừng độ điện trường lớn giữa vật thu sét và mây do đó sẽđịnh hướng phóng điện sét về phía mình để tạo nên một không gian an toàncho công trình, thiết bị cần bảo vệ Mặt khác hệ thống nối đất có điện trở nhỏ

để tản dòng điện sét một cách dễ dàng; đồng thời khi có dòng điện sét đi quacác bộ phận thu, dẫn sét, điện áp cao trên các bộ phận này sẽ không đủ để gâyphóng điện ngược từ nơi đó tới các công trình ở gần

Như vậy, một hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cơ bản gồm:

- Bộ phận thu sét (cột hoặc dây thu sét)

- Bộ phận nối vật thu sét với điện cực nối đất (dây hoặc thanh dẫn dòngđiện sét).

- Bộ phận tản dòng điện sét vào trong đất (điện cực nối đất)

Hình 2.1 Hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cơ bản(1-kim thu sét,

2-dây dẫn, 3-điện cực nối đất)

Bộ phận thu sét trong thực tế hay dùng là kim hay dây thu sét Muốn cáccông trình được bảo vệ an toàn thì bộ phận thu sét phải được bố trí sao chophạm vi bảo vệ của nó bao kín công trình

- Kim thu sét: thông dụng, dùng các loại kim nhọn thép tròn ∅16 - ∅20 ,dài từ 1 – 1,5m, riêng khi dùng cho nhà mái bằng kim chỉ nên cao 0,3 –0,6m

Để chống rỉ kim nêm mạ kẽm hoặc trám đồng

- Dây thu sét: thông dụng dùng thép tròn ∅8 - ∅10

Cột thu sét được dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các côngtrình, thiết bị đặt ngoài trời như: kho tàng, nhà cửa, trạm biến áp điện lực, còn dây thu sét được dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp đường dây tảiđiện

2.2Các yêu cầu kĩ thuật đối với hệ thống chống sét đánh trực tiếp.

Để đảm bảo an toàn cho trạm biến áp , hệ thống chống sét đánh trực tiếpcần thực hiện được các yêu cầu sau:

- Tất cả các thiết bị bảo vệ phải được nằm trọng trong phạm vi an toàncủa hệ thống bảo vệ.Tùy thuộc vào đặc điểm mặt bằng trạm và các cấp điện

áp mà hệ thống các cột thu sét có thể đặt trên các dộ cao có sẵn của công trìnhnhư xà, cột đèn chiếu sáng, hoặc được đặt độc lâp

- Khi đặt đặt hệ thống cột thu sét trên bản thân của công trình sẽ tận dụngđược độ cao vốn có của công trình nên sẽ giảm được độ cao của hệ thống thusét Tuy nhiên điều kiện đặt hệ thống thu sét trên các công trình mang điện làphải đảm bảo được mức cách điện cao và trị số điện trở tản của hệ thống nốiđất bé

- Đối với trạm biến áp ngoài trời từ 110 kV trở lên do có cách điện cao(khoảng cách các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn) nên có thể đặt cột thusét trên các kết cấu của trạm Tuy nhiên các trụ của kết cấu trên đó có đặt cộtthu sét thì phải nối đất và hệ thống nối đất của trạm phân phối Theo đườngngắn nhất và sao cho dòng điện sét khuếch tán vào đất nhanh nhất

- Ngoài ra ở mỗi trụ của kết cấu ấy phải có nối đất bổ sung để cải thiệntrị số điện trở nối đất nhằm đảm bảo điện trở không quá 4Ω.[1]

- Nơi cần bảo vệ của trạm biến áp ngoài trời điện áp 110kV trở lên làcuộn dây của máy biến áp Vì vậy khi dùng chống sét van để bảo vệ thì yêucầu khoảng cách giữa hai điểm nối đất vào hệ thống nối đất của hệ thống thusét và vỏ MBA theo đường điện phải lớn hơn 15m.[1]

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

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

2.3 Tính toán thiết kế chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp.

2.3.1 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

Trên cơ sở nghiên cứu các mô hình, người ta thấy rằng phạm vi bảo vệcủa một cột thu sét được giới hạn bởi hình nón tròn xoay có đường sinh gãykhúc ở độ cao 23 h và bán kính bảo vệ của cột thu sét rx bảo vệ vật ở độ cao hxtrên mặt bằng được xác định bởi công thức sau:

r x= 1,6 1+h x

h

(h−h x) P

[2] (2.1)Trong đó: h: là độ cao của cột thu sét, m

ha =h-hx là chiều cao hiệu dụng của cột thu sét, m

P là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào độ cao của cột thu sét h

Khi h ≤ 30m lấy P = 1; còn h ≥ 30m lấy P = 5,5

√h

Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế, thường dùng phạm vi bảo

vệ của cột thu sét dạng đơn giản hóa, đường sinh của hình nón xác định bằngthực nghiệm (đường 1) được thay thế gần đúng bằng đường gãy khúc (đường2) gồm 2 đoạn thẳng: đoạn nối đỉnh cột với hoành độ có độ dài 0,75h và đoạnthẳng nối điểm 0,8h trên cột với hoành độ có độ dài 1,5h

Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét.

Bán kính bảo vệ ở các mức cao khác nhau được tính toán theo các công thứcdưới đây:

2.3.2 Phạm vi bảo vệ của 2 hay nhiều cột.

Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so vớitổng số phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét đơn nếu hai cột đặt cách nhau mộtkhoảng a≤ 7h

 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng độ cao

Hình 2.3 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét cao bằng nhau

Cách xác định phạm vi bảo vệ của 2 cột cao bằng nhau dựa vào việc xácđịnh phạm vi bảo vệ của từng cột như đã nêu trên còn phần bên trong đượcgiới hạn bởi vòng cung đi qua 3 điểm: 2 đỉnh cột và điểm ở giữa có độ cao h0

7 (2.3)

Trong đó rx được xác định theo công thức của một cột thu sét, còn bềngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx được xác định theo công thức:

2bx= 4rx( 7 h a−a

14h a−a) (2.4)Với a: khoảng cách giữa 2 cột, m

ha: chiều cao hiệu dụng của cột thu sét, m

 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau

Cách xác định phạm vi bảo vệ được tình bày trên hình 2.4:

Hình 2.4 Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét không cao bằng nhauGiả sử có 2 cột thu sét: cột 1 có chiều cao h1, cột 2 có chiều cao h2 vàh1<h2 Hai cột cách nhau một khoảng là a Trước tiên vẽ phạm vi bảo vệ củacột h2 sau đó qua đỉnh cột thấp h1 vẽ đường thẳng song song với trục hoànhgặp đường sinh của phạm vi bảo vệ của cột cao h2 tại điểm k Điểm này đượcxem là đỉnh của cột thu sét giả định, nó sẽ cùng với cột thấp h1 hình thành đôicột ở độ cao bằng nhau và bằng h1 với khoảng cách là a’ Phần còn lại giốngphạm vi bảo vệ của cột 1 với a’ = a - x với:

x= 1,6(h1−h2)

1+h2

h1 ( 2.5)

 Pham vi bảo vệ của nhiều cột thu sét

Hình 2.5 Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét

a) Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét

b) Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét

Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùngmột vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn cho thi công, lắp đặt.Trong trường hợp này nên dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ Phần ngoài củaphạm vi bảo vệ được xác định như của từng đôi cột (yêu cầu khoảng cáchgiữa các cột a <7h) không cần vẽ phạm vi bảo vệ bên trong đa giác hình thànhbởi các cột thu sét mà chỉ cần kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn Vật có độcao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ an toàn nếu thỏa mãn điều kiện:

D≤ 8.ha =8.(h - hx)

Với D: là đường tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi các cột thu sét

Chú ý: khi độ cao của cột lớn hơn 30m thì điều kiện bảo vệ cần được điềuchỉnh theo P

D≤ 8.ha.P =8.(h - hx).P

2.4 Mô tả đối tượng cần bảo vệ.

Trạm biến áp: 110/22 kV

- Phía 110kV có 2 lộ đường dây

- Phía 22kV có 7 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có 2 thanhgóp vòng được cấp điện từ 1 máy biến áp

- Tổng diện tích của trạm (60,3 x 24,5)m2

- Với trạm 110 kV độ cao cần bảo vệ là 11m

- Với trạm 22 kV độ cao cần bảo vệ là 8m

2.5 Tính toán phương án 1 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp.

- Phía 110 kV dùng 4 cột A, B, C, D được đặt trên xà cao 11m

- Phía 22 kV dùng 2 cột E, F được đặt trên nóc nhà điều khiển cao 8m

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110 kV là hx =11m

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 22 kV là hx = 8m

Hình 2.6 Phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp theo phương án 1.

 Tính toán độ cao hữu ích của cột thu lôi:

Để bảo vệ được 1 diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào đó thì độcao cột thu lôi phải thỏa mãn:

D≤ 8ha hay ha ≥ D

8 [2]

Trong đó:

D: là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác

ha: độ cao hữu ích 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 2 cột thu lôi phối hợp được với nhau là a < 7h

Trong đó: a là khoảng cách giữa 2 cột thu sét

h là chiều cao toàn bộ của cột thu sét

 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 độcao tác dụng cho toàn trạm như sau:

Bán kính bảo vệ của các cột thu sét ở độ cao bảo vệ tương ứng là:

Bán kính bảo vệ của các cột 20m( các cột A,B,C,D phía 110 kV) bảo vệ

Bán kính bảo vệ của các cột 16m( các cột E,F bphía 22 kV) bảo vệ ở độcao

Tính phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa các cặp cột thu sét

Cặp cột A – B: a= 17 m, h = 20m

Áp dung công thức ta có:

Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu sét là:

Cặp cột B –E có độ cao khác nhau: a = 24m, hB = 20m; hE = 16m

Vì hE = 16m > 2/3 hB = 13,3 m Do đó ta vẽ cột giả định B’ có độ cao16m cách B một khoảng:

x= 1,6(h B−h E)

1+h E

h B

=1,6(20−16 )1+1620

=3 , 56(m)

Vậy khoảng cách từ cột giả định đến cột E là:

h0(m)

hx(m)

ha(m)

rx(m)

bx(m)

AB;

CD

17

20

17,57

11

20

17,42

11

5

7,8125

BE;

CF

24

20,16

13,08

11;8

9

;8

9,375;9

7

8

16

13,43

2.6 Tính toán phương án 2 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến

áp

- Phía 110kV dùng 4 cột A, B, C, D được đặt trên xà cao 11m

- Phía 22kV dùng 1 cột E được đặt trên nóc nhà điều khiển cao 8m

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 110kV là hx =11m

- Chiều cao tính toán bảo vệ cho trạm 22kV là hx = 8m

Hình 2.9 Phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp của phương án 2.

Để bảo vệ được 1 diện tích giới hạn bởi tam giác hoặc tứ giác nào đó thì độcao cột thu lôi phải thỏa mãn:

D≤ 8ha hay ha ≥ D

8 [2]

Trong đó:

D: là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác hoặc tứ giác

ha: độ cao hữu ích 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 2 cột thu lôi phối hợp được với nhau là a<7h

Trong đó: a là khoảng cách giữa 2 cột thu sét

h là chiều cao toàn bộ của cột thu sét

Xét nhóm cột A, B, C, D tạo thành hình chữ nhật:

Có aAB = 17m; aAD =18m

Hình 2.10 Nhóm cột ABCDNhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo là:

D=√172+18 2=24 ,75 (m)

Vậy độ cao hữu ích của của cột thu lôi phải thỏa mãn điều kiện

Xét nhóm cột B, C, E tạo thành hình tam giác:

 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 độcao tác dụng cho toàn trạm như sau:

Bán kính bảo vệ của các cột thu sét ở độ cao bảo vệ tương ứng là:

Bán kính bảo vệ của các cột 20m( các cột A,B,C,D phía 110 kV) bảo vệ

Bán kính bảo vệ của các cột 20m( cột E phía 22 kV) bảo vệ ở độ cao 8m

Tính phạm vi bảo vệ tương hỗ giữa các cặp cột thu sét

h0(m)

hx(m)

ha(m)

rx(m)

bx(m)

AB;C

D

17

20

17,57

11

20

17,42

11

5

7,8125

BE;C

E

21,93

20;20

16,87

11;8

9

;12

9,375;15

7

- Phía 110 kV dùng 4 cột cao 20m đặt trên xà cao 11

- Phía 22 kV dùng 2 cột cao 16m đặt trên nóc nhà điều khiển cao 8 mTổng chiều dài cột cần sử dụng cho phương án là:

L = 4(20 – 11) + 2(16 – 8) = 52 m

 Phương án 2:

- Phía 110 kV dùng 4 cột cao 20m đặt trên xà cao 11 m

- Phía 22 kV dùng 1 cột cao 20m đặt trên nóc nhà điều khiển cao 8 mTổng chiều dài cột cần sử dụng cho phương án là:

L = 4(20 – 11) + (20 – 8) = 48 m

 Vì phương án 2 có số cột thu sét ít đồng thời tổng chiều dài cột cần sửdụng cho phương án nhỏ hơn do đó chi phí lắp đặt sẽ ít hơn Vậy tachọn phương án 2 làm phương án tính toán thiết kế chống sét cho trạmbiến áp

 Kết luận: Chọn phương án 2 để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

cho trạm biến áp