Giáo trình Thiết kế chống sét - Chương 12: Tính suất cắt của đường dây 110kV do sét đánh vào khoảng vượt

Chương 12: 
Tính suất cắt của đ-ờng dây 
110kV do sét đánh vào khoảng 
v-ợt
Theo sách “h-ớng dẫn thiết kế Kỹ thuật điện cao áp” thì số lần 
sét đánh vào khoảng v-ợt là: 
 Nkv= N / 2 ( 
III – 19)
Trong đó: N là số lần sét đánh vào đ-ờng dây đã đ-ợc tính ở 
trên mục (III.1.4) N = 120 lần / 100km. năm.
Vậy Nkv = 120 / 2 = 60 lần / 100km. năm.
Trong 60 lần sét đánh vào khoảng v-ợt thì xác suất hình thành 
hồ quang khi phóng điện đã đ-ợc xác định tại mục  III.2  đ-ợc 
=0,48. Suất cắt của đ-ờng dây 110kV do sét đánh vào khoảng v-ợt 
nh- sau:
nkv = Nkv. Vpđ.  
(III– 20)
Để tính Vpđ ta phải xác định xác suất phóng điện trên cách điện 
của đ-ờng dây.
III.2.3.1- Ph-ơng pháp xác định Vpđ.
Ta coi dòng điện sét có dạng xiên gócvới biên độ Is = a. t.
Quá điện áp sét xuất hiện trên cách điện của đ-ờng dây gồm hai 
thành phần:
lvcdcd U)a,I(U)t(U 
Trong đó:
+ :)a,I(Ucd là thành phần quá điện áp do dòng sét gây 
ra phụ 
 thuộc vào biên độ (I) và độ dốc sét (a).
 + Ulv : điện áp làm việc của đ-ờng dây 
Xác suất các dòng điện sét có biên độ I  Is và độ dốc a  as là:
)
,
a
,
I
(
a,I
ss
eV 910126

 (III 
– 22) 
Tại thời điểm ti nào đó điện áp trên cách điện lớn hơn hoặc 
bằng điện áp chịu đựng cho phép của cách điện, lấy theo đặc tính 
vôn – giây (V- S) của chuỗi sứ, thì phóng điện sẽ xảy ra:








iii
ipdlviicdicd
t.aI
)t(UU)a;I.(U)t(U
 ( III –
23) 
Upđ(ti) điện áp phóng điện lấy theo đặc tính vôn giây ( V – S ) 
tại ti .
Do coi dòng điện có dạng I = a. t thì thành phần Ucđ
' (I,a) tỷ lệ 
với độ dốc a. có thể đặt: Ucđ
' (I,a) = Z.a 
(III – 24) 
 Vậy: Upđ (ti) = Z.ai + Ulv (III 
– 25)
Hay ta có độ dốc đầu sóng nguy hiểm ai tại thời điểm ti:
Z
U)t(U
a
lvipd
i

 (III –
26)
Z là hằng số đối với I và a nên có thể tính đ-ợc: 
a
U)t(U
Z
lvipd  (III –
27)
Từ ( 2 – 26 ) và ( 2 – 27 ) ta có:
a
)t(U
U)t(U
a
icd
lvipd
i 


Mặt khác ta có : iii t.aI  
Dựa vào các cặp (Ii,ai ) vẽ đ-ờng cong nguy hiểm hình (III– 8)
(III – 28 
)
Miền nguy 
hiểm
I
a
Hình (III – 7): Đ-ờng cong nguy hiểm
Xác suất phóng điện đ-ợc tính theo xác suất xuất hiện ở miền 
bên phải phía trên đ-ờng cong nguy hiểm ở hình (III– 8)
Từ đ-ờng cong nguy hiểm ta có thể xác định đ-ợc:

1
0
aipd dV.VV , với: 910126 ,
a
a
,
I
i
ii
eV;eV


Bằng ph-ơng pháp gần đúng và tuyến tính hoá đ-ờng cong nguy 
hiểm chia đ-ờng cong thành: n = ( 10  15 ) khoảng, ta có:



n
i
aIpd ii V.VV
1
Sau khi xác định đ-ợc Vpđ , thay số vào ( III – 20 ) ta có suất 
cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt của đ-ờng dây 110kV.
( III–
29) 
III.2.3.2- Trình tự tính toán.
Để đơn giản hoá trong tính toán, coi nh- sét đánh vào khoảng 
giữa của dây chống sét trong khoảng v-ợt, khi đó dòng điện sét 
đ-ợc chia đều cho hai phía của dây chống sét nh- hình (III – 9 ).
a.t/2 a.t/2
Hình (III – 8) : Sét đánh vào dây chống sét giữa khoảng v-ợt.
RCRC
RC
Nh- giả thiết dòng điện sét có dạng xiên góc:




dsds
ds
s t nếu.a
t nếut.a
I
Ta sẽ tính toán Is ứng với các giá trị trong bảng (III – 1) sau 
đây:
a(kA / s) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t (s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Điện áp trên dây chống sét tại đỉnh cột có trị số Ucs là:
 cccccccs Lt.RaLaRt.adt
t.a
d
.LR
t.a
U 






222
2
2
Trong đó:
+ Rc: điện trở nối đất cột 
+ Lc: điện trở thân cột tính theo chiều cao vị trí dây chống sét.
Lc = hcs. L0
 L0: điện cảm đơn vị dài của cột ( L0 = 0,6 H/m )
Với hcs = 16,2m ta có Lc=18,84.0,6 = 11,304 H
Điện áp trên dây dẫn là Udd có kể đến ảnh h-ởng của vầng 
quang:
Udd = - Kvq.Ucs + Ulv
Trong đó:
+ Ulv là điện áp trung bình của pha.
kV,..
,
U
.U.
dt.t.sin.U.
U
lv
lv
1757
3
2
110
143
2
3
22
3
21
0




 

Kvq: hệ số ngẫu hợp của dây dẫn pha với dây chống sét có kể 
đến ảnh h-ởng của vầng quang.
Điện áp đặt trên chuỗi cách điện là tổng đại số của Udd và Ucs:
Ucđ = Ucs + Udd = Ucs- Kvq. Ucs + Ulv 
( III – 31 )
Ucđ = Ucs. (1- Kvq ) + Ulv
(III –32 
)
( III– 30 
)
    lvvqcccd UK.Lt.R.aU  12
Từ biểu thức (III – 32 ) ta thấy khi Kvq nhỏ thì Ucđ lớn do vậy 
theo tài liệu “h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp cao áp” thì khi tính toán 
phải tính với pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất ở mục (III.1.3.3 ) ta 
có:
147,0;224,0   vq csCvq csBvq csA KKK
Ta tính Ucđ với Kvq = 0,147; Rc = 11 .
Ucđ = a/2. (11 t + 11,304 ). (1- 0,147) + 57,17 
(kV)
Cho các giá trị a khác nhau ta tính đ-ợc điện áp đặt lên chuỗi 
cách điện của đ-ờng dây nh- trên bảng ( III– 2 )
a 
t 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
10 148 191 233 276 319 361 404 447 489 532
20 239 324 409 495 580 665 751 836 921 1007
30 330 458 586 714 842 970 1097 1225 1353 1481
40 421 591 762 932 1103 1274 1444 1615 1785 1956
50 511 725 938 1151 1364 1578 1791 2004 2217 2431
60 602 858 1114 1370 1626 1882 2138 2394 2650 2905
70 693 992 1290 1589 1887 2186 2485 2783 3082 3380
80 784 1125 1466 1808 2149 2490 2831 3172 3514 3855
90 875 1259 1643 2026 2410 2794 3178 3562 3945 4330
100 966 1392 1819 2245 2672 3098 3525 3951 4377 4804
Bảng ( III – 2 ): Giá trị Ucđ khi sét đánh vào khoảng v-ợt, khi 
độ dốc a thay 
 đổi và ở các thời điểm khác nhau với Rc = 11
Từ các giá trị trên ta vẽ đ-ờng Ucđ = f(t) và a, trên hình vẽ còn 
thể hiện đ-ờng đặc tính (V- S) của chuỗi cách điện
Hỡnh III_9 : Bieồu dieón quan heọ Ucủ = f(a,t)_ Seựt ủaựnh vaứo khoaỷng vửụùt 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t ( s)
ẹaởc tớnh V_-S cuỷa chuoói sửự 
a = 10 (kA/ s)
a = 20 (kA/
s)
a = 30 (kA
/ s)
a = 50
 (kA/
s)
a = 40 (kA
/ s)
a = 60
 (kA/
s)
a = 
80 (
kA/
s)a = 9
0 (kA
/
s)a =
 10
0 (k
A/
s)
a = 
70 (
kA/
s)
2000
1600
1200
800
400
0
củ
Đ-ờng đặc tính vôn – giây (V – S) của chuỗi cách điện sẽ cắt 
các hàm Ucđ = f(a; t; Rc) tại các vị trí mà từ đó ta có thời gian xảy 
ra phóng điện trên chuỗi sứ nh- hình (III – 9). 
Đặc tuyến vôn – giây (V-S) của chuỗi sứ đ-ợc tra trong bảng 
25 sách h-ớng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp 
Bảng (III– 3 ): Đặc tính vôn – giây (V-S) của chuỗi cách điện
t(s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Upđ (kV) 1020 960 900 855 830 810 805 800 797 795
010
20
30
60
50
40
100
90
80
70
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
I(KA)
Hỡnh III_10 : Bieồu dieón ủửụứng cong nguy hieồm 
Mieàn nguy hieồm
Trong hình III-10 d-ới đây ta l-u ý các điểm sau :
- Xác suất phóng điện Vpđ là xác suất mà tại đó có các cặp thông 
số (Ii;ai) thuộc miền nguy hiểm
 N)I;a(PVpd 
- Các cặp số (Ii ; ai) nằm trong miền giới hạn nguy hiểm thì sẽ 
xảy ra phóng điện. Do đó xác suất phóng điện trên cách điện chính 
là xác suất để cho cặp số (Ii ; ai) thuộc miền nguy hiểm.
dVpđ = P (a  ai) P (I  Ii ). ( 
III – 33 )
Trong đó:
+ P(I  Ii ): là xác suất để cho dòng điện I lớn hơn giá trị dòng 
điện Ii nào đó.
+ P(a  ai): là xác suất để cho độ dốc a lớn hơn giá trị ai nào đó 
để gây ra phóng điện 
 P(a  ai) = P( ai – da ≤a≤ ai + da ) = dVa
Với:  i,
a
a aaPeV
i


910
Thay vào biểu thức ( 2 – 34 ) đ-ợc:
dVpđ = Vi.dVa 

1
0
aIpd dV.VV
Bằng ph-ơng pháp sai phân xác định đ-ợc:
 

n
1i
aiIipd VVV
Với : 9,10
a
a
1,26
I
I
ii
eV;eV


Do trong tính toán về đ-ờng cong thông số nguy hiểm ta chỉ 
tính với 10 giá trị của a và I nên phải tiến hành ngoại suy để phủ 
kín các giá trị của chúng.
Ta có kết quả số liệu của Vpđ tính nh- sau :
a
( kA/  s) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 
Ii (kA)  119 116 114 112 110 108 105 104 99 80 0
(III–34 
) 
VIi
0 0,01
1
0,01
2
0,01
3
0,01
4
0,01
5
0,01
6
0,01
7
0,01
8
0,01
9
0,02
3
0,
47
Vai
1 0,4 0,15
9
0,06
4
0,02
6
0,01
0
0,00
4
0,00
2
0,00
1
0,00
03
0,00
01
0
Vai =
 Vai –
Va+i
0,6 0,24
1
0,09
5
0,03
8
0,01
6
0,00
6
0,00
2
0,00
1
0,00
07
0,00
02
0,00
01
0
Vai. aiΔV
0 0,00
601
0,00
112
0,00
043
0,00
021
0,00
007
0,00
003
0,00
002
0’0
000
1
0,00
005
0,00
000
5
0
Ta đ-ợc các kết quả nh- bảng (III – 4 ). Tính đ-ợc Vp.đ = 
0,00109.
III.2.3.3- Tính suất cắt tổng do sét đánh vào khoảng v-ợt 
đ-ờng dây tải điện 110kV.
Suất cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt đ-ợc xác định theo công 
thức: 
 nkv = Nkv . Vpđ .  (lần / 100km. năm ) (
III– 35 ) 
 Nkv = N/ 2 = 120/ 2 = 60
Vậy: nkv = 60. 0,00109. 0,48 = 0,0314 ( lần / 100km. năm )