Giáo trình Thiết kế chống sét - Chương 2: Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/22 kV

Ch-ơng 2:
bảo vệ chống sét đánh trực 
tiếp
trạm biến áp 110/22 KV
I.1-Khái niệm chung.
Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền 
tải và phân phối điện năng .
Đối với trạm biến áp 110 KV thì các thiết bị điện của trạm đ-ợc 
đặt ngoài trời, khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những 
hậu quả nặng nề không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong 
trạm mà còn gây nên những hậu quả cho những ngành công nghiệp 
khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp th-ờng có 
yêu cầu bảo vệ khá cao.
Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp 
ng-ời ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ 
thống này là tập trung điện tích để định h-ớng cho các phóng điện 
sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên d-ới hệ thống này.
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 bộ phận 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 trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng 
điện ng-ợc 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 phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp
lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật. 
I.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ 
chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp.
Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải đ-ợc nằm trọn trong phạm vi 
bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110 kV 
ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể đ-ợc đặt 
ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vào các 
yêu cầu cụ thể.
Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng đ-ợc 
độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm đ-ợc độ cao của cột thu lôi. 
Nh-ng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều 
kiện phóng điện ng-ợc từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim 
thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng 
điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên 
một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây 
phóng điện ng-ợc từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện 
trong trạm khi mà mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện 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 phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách 
điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài 
chuỗi sứ lớn ) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của 
trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ 
thống nối đất của trạm theo đ-ờng ngắn nhất sao cho dòng điện sét 
khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống , mặt 
khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất.
Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV 
trở lên là cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo 
vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách 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 đ-ờng điện .
Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính 
ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua.
Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì 
các dây dẫn điện phải đ-ợc cho vào ống chì và chôn trong đất.
I.3- Tính toán thiết kế, các ph-ơng án bố trí cột thu lôi.
Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa 
vào độ cao của các thiết bị ta có thể bố trí đ-ợc các cột thu lôi và 
tính đ-ợc độ cao của chúng.
I.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán.
- Độ cao cột thu lôi: 
 h =hx + ha (I –
1)
Trong đó: + hx : độ cao của vật đ-ợc bảo vệ. 
 + ha : độ cao tác dụng của cột thu lôi, đ-ợc xác định 
theo từng
 nhóm cột. (ha  D/8 m).
 (với D là đ-ờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các 
chân cột)
- Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là:
)2()(
1
6,1 

 Ihh
h
h
r x
x
x
- Nếu hx  2/3h thì: )
h8,0
h
1.(h5,1r xx  (I –3) 
- Nếu hx > 2/3h thì: )
h
h
1.(h75,0r xx  (I - 4)
Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng 
cột đơn cộng lại. Nh-ng để các cột thu lôi có thể phối hợp đ-ợc thì 
khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a  7h ( trong đó h là độ 
cao của cột thu lôi ).
Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao 
lớn nhất giữa hai cột là ho và đ-ợc xác định theo công thức: 
)5(
7
 Iahho
Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đ-ờng nối 
hai chân cột là rxo và đ-ợc xác định nh- sau:
)(
1
6,1
0 x
o
x
xo hh
h
h
r 

 ( I-6 ) 
Hình (I – 1 ): Tr-ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao bằng nhau . 
rx
0,2h
h
1,5h
0,75h
rxo
rx
ho=h-a/7
R
hx
0
a
- Tr-ờng hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác 
định phạm vi bảo vệ đ-ợc xác định nh- sau:
- Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h1 và h2 nh- hình vẽ 
d-ới đây:
(Hình I – 2 ): Tr-ờng hợp hai cột thu lôi có chiều cao khác 
nhau
a'
2
h2
1
h1
3
R
a
- Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi 
đó các khoảng cách AB = a; BC = a'. Khi đó xác định đ-ợc các 
khoảng cách x và a' nh- 
sau:
)7().(
1
6,1
-ax-aa'
).(
1
6,1
21
1
2
21
1
2






Ihh
h
h
hh
h
h
x
Đối với tr-ờng hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có 
phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho :
7
a
hho 
T-ơng tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B 
và C là:
)hh.(
h
h
,
ah
7
a'
hho 21
1
2
22
1
61 


)hh.(
h
h
,
r xoxo 


1
21
61