Giáo trình Thiết kế chống sét - Chương 13: Tính suất cắt của đường dây110kV do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột

Chương 13: 
Tính suất cắt của đ-ờng 
dây110kV do sét đánh vào đỉnh 
cột hoặc lân cận đỉnh cột
Đối với đ-ờng dây có dây chống sét bảo vệ, phần lớn thì sét 
đánh vào dây chống sét ở khoảng v-ợt và đánh vào khu vực đỉnh 
cột hoặc lân cận đỉnh cột. Để đơn giản ta xét tr-ờng hợp sét đánh 
ngay đỉnh cột nh- hình (III – 12 ): 
icic
IcsIcs
I0
ic
RcRcRc
Hình III-11 : Sét đánh đỉnh cột đ-ờng dây có dây chống sét bảo vệ
.
III.2.1.1- Lý thuyết tính toán.
Khi sét đánh vào đỉnh cột đ-ờng dây có treo dây chống sét, đa 
số dòng điện sét sẽ đi vào đất qua bộ phận nối đất của cột, phần 
còn lại theo dây chống sét đi vào các bộ phận nối đất của các cột 
lân cận.
Điện áp trên cách điện của đ-ờng dây khi sét đánh vào đỉnh cột 
có treo dây chống sét là:
lvcs
d
cu
isddiCdd
ccccd U)t(kU)t(Udt
d
)t(M
dt
d
LRi)t(U 
Trong biểu thức trên điện áp xuất hiện trên cách điện gồm:
 + Thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm 
của cột do dòng sét đi trong cột gây ra:
dt
d
LRiU icddccccu 
Trong đó : - Rc là đIện trở cột ( Rc = 11 ) 
- ic là dòng đIện sêt đI vào thân cột 
- ddcL là trị số đIện cảm của phần cột đIện 
tính từ mặt đất 
+Thành phần điện của điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây 
dẫn do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét gây ra:
dt
d
)t(M isdd
+Thành phần từ cuả điện áp cảm ứng xuất hiện trên dây dẫn 
do hỗ cảm giữa dây dẫn và kênh sét gây ra:
d
cuU
(III –36 
)
+Thành phần điện áp do dòng điện đi trong dây chống sét gây 
ra, k là hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét : kUcs
+Điện áp làm việc trung bình của đ-ờng dây : Ulv
 Dấu trừ (-) thể hiện điện áp này ng-ợc dấu với thành phần điện 
áp khác trong công thức (III – 36).Vì vậy thành phần này làm 
giảm điện áp trên cách điện khi bị sét đánh. 
1- Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột 
do dòng điện sét đi trong cột gây ra.
Các thành phần điện áp giáng trên điện trở và điện cảm của cột 
do dòng điện sét đi trong cột và điện áp trên dây chống sét liên 
quan với nhau vì chúng phụ thuộc vào điện áp đi trong cột và dây 
chống sét. Để tính toán các thành phần này có thể dựa vào sơ đồ 
t-ơng đ-ơng của mạch dẫn dòng điện sét. Ta chia làm hai tr-ờng 
hợp: 
a/ Tr-ờng hợp 1: Khi ch-a có sóng phản xạ từ cột bên trở về:
v
l.
t kv
2
Trong đó :
+ lkv: là chiều dài khoảng v-ợt
+ = c.  với: c là tốc độ ánh sáng ; 
 : tốc độ phóng điện ng-ợc t-ơng đối của dòng sét.
 Sơ đồ t-ơng đ-ơng của mạch dẫn dòng điện sét nh- sau : 
ic
ics ics
is
vq
dt
di
tM scs ).(
2ics
cs
cL
ic
Hình (III – 12 ): Sơ đồ t-ơng đ-ơng mạch đẫn dòng sét khi 
ch-a có sóng 
 phản xạ tới
Trong sơ đồ dòng sét đ-ợc coi nh- một nguồn dòng, còn thành 
phần từ của điện áp cảm ứng trên dây chống sét nh- một nguồn áp.
Mcs là hỗ cảm giữa kênh sét và mạch vòng " dây chống sét - đất 
".



 



 1
h
H
ln
h2
h
H).1(
Ht.v
ln.h.2,0)t(M
cs
cs
cs (III-37)
Trong đó:
+hcs : độ cao dây chống sét ; hdd: độ treo cao của dây dẫn ; 
 hc: độ cao của cột.
+H = hdd + hcs ; 
+h = hc - hdd ; 
+ : tốc độ phóng điện ng-ợc t-ơng đối của dòng sét. Theo 
sách h-ớng dẫn thiết kế kỹ thuật điện cao áp ta có  = 0,3.
+ = .c với c là tốc độ ánh sáng c = 3.108 m/s = 300m/s
+Lc
cs ; Lc
dd : là điện cảm của cột từ mặt đất tới dây chống sét 
hoặc dây dẫn.



 

 1
h
H
ln
h2
h
r
H2
lnh.2,0L
ddtd
dd
dd
c (III–
38 )
Khi tính cho dây chống sét ta chỉ việc thay hdd bởi hcs
rtd: Bán kính t-ơng đ-ơng của dây tiếp địa từ cột xuống cọc nối 
đất chính là dây dẫn dòng sét trong thân cột.
Từ sơ đồ thay thế dây chống sét đ-ợc biểu thị bởi tổng trở sóng 
của dây chống sét, có xét đến ảnh h-ởng của vầng quang. Từ sơ đồ 
hình ( III – 12 ) ta viết hệ ph-ơng trình nh- sau:
Ph-ơng trình mạch vòng(*)
Ph-ơng trình thế nút(**)








(**)t.aiii
(*)
Z
.i)t(M.a
dt
di
.LR.i
scsc
vq
cs
scs
ccs
cc
2
0
2
2 
Giải hệ ph-ơng trình nàyđ-ợc kết quả là:








 1
2
vq
cs
cs
vq
csvq
cs
c
Z
)t(Mt.Z
Z
a
)t(i (III –
39 )
c
vq
cs
vq
csc
cs
c
c
vq
cs
R.Z
Z.a
dt
di
L.
R.Z
2
2
2
1



Tổng trở sóng của dây chống sét Zcs đ-ợc xác định bởi:
cs
tb
cs
cs r
h.
ln.Z
2
60 
(III– 40 )
Trong đó:
2
3
2
ds
r
fhh
cs
cscs
tb
cs


Điện áp giáng trên dây chống sét Ucs (t) =ics (t).Zcs
b/ Tr-ờng hợp 2: Khi có sóng phản xạ từ cột bên trở về: t > 2lkv
/ v:
Tr-ờng hợp này tính chính xác phải áp dụng ph-ơng pháp đặc 
tính, ở đây để đơn giản ta tính gần đúng tức là có thể thay dây 
chống sét bằng điện cảm tập trung nối tiếp với điện trở của đất của 
hai cột bên cạnh nh- hình ( III – 14 )
2iCS
2
cL
dt
di
tM scs ).(
2ics
RC
cs
cL
iS
iC
2
cR
cs
 Hình III–13: Sơ đồ t-ơng đ-ơng mạch dẫn dòng điện khi có 
sóng phản xạ tới
Lcs : là điện cảm của một khoảng v-ợt dây chống sét không kể 
đến ảnh h-ởng của vầng quang.
c
lZ
L kvcsocs
..
Trong đó: + Zo.cs : là tổng trở sóng của dây chống sét không kể 
đến ảnh h-ởng của vầng quang .
 + lkv : chiều dài khoảng v-ợt 
 + c : tốc độ ánh sáng c =300/s 
Từ sơ đồ ta xác định đ-ợc :
 
 
)43(..
2
)(2.
)42()1.(
2
)(2.
)(
.
2
.
2
2




IIIe
R
tMLa
dt
di
IIIe
R
tMLa
ti
tcscsc
tcscs
c



c
cscs L.L
R
2
2
2


2-Thành phần điện của điện áp cảm ứng.
Khi không có dây chống sét:
    
  )44(..1
.....
ln.
..1,0
)(
2


 III
Hh
HtVhtVhtVah
tU cvdddcu 
Khi có dây chống sét:



 
dd
csd
o.cu
d
cu h
h
K1).t(U)t(U (III-
45)
Với K là hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn với dây chống sét.
( III – 41 
)