Giáo trình Thiết kế chống sét - Chương 9: Tính toán chỉ tiêu bảo vệ chống sét đường dây

Ch-ơng 9:
tính toán chỉ tiêu bảo vệ 
chống sét đ-ờng dây
 Đ-ờng dây trong HTĐ làm nhiệm vụ truyền tải điện năng đến 
các hộ dùng điện. Đ-ờng dây là phần tử phải hứng chịu nhiều 
phóng điện sét nhất so với các phần tử khác trong HTĐ. Khi đ-ờng 
dây bị phóng điện sét nếu biên độ dòng sét lớn tới mức làm cho 
quá điện áp xuất hiện lớn hơn điện áp phóng điện xung kích của 
cách điện sẽ dẫn đến phóng điện và gây ngắn mạch đ-ờng dây, 
buộc máy cắt đầu đ-ờng dây phải tác động. Nh- vậy việc cung cấp 
điện bị gián đoạn. Nếu điện áp nhỏ hơn trị số phóng điện xung kích 
của cách điện đ-ờng dây thì sóng sét sẽ truyền từ đ-ờng dây vào 
trạm biến áp và sẽ dẫn tới các sự cố trầm trọng tại trạm biến áp. 
Mặt khác việc bảo vệ đ-ờng dây đến mức an toàn tuyệt đối cũng 
không thể thực hiện đ-ợc vì vốn vào đ-ờng dây quá lớn nh- tăng 
c-ờng cách điện đ-ờng dây , đặt thiết bị bảo vệ chống sét
 Vì vậy bảo vệ chống sét cho đ-ờng dây phải xuất phát từ chỉ 
tiêu kinh tế kết hợp với yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu cung cấp điện 
của đ-ờng dây đó.
III.1- lý thuyết tính toán.
III.1.1- Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét.
Phạm vi bảo vệ của dây chống sét đ-ợc thể hiện nh- ( hình III-
1 ) 
Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao h2 cũng đ-ợc tính 
theo công thức sau:
+ Khi hx > 2/3h thì bx = 0,6h (1-hx/h ) 
(III – 1)
+ Khi hx  h thì bx = 1,2h (1- hx/0,8h ) 
(III – 2)
 Chiều dài của phạm vi bảo vệ dọc theo chiều dài đ-ờng dây nh- 
hình (III– 2 ).
A
C B


Hỡnh III _ 1 : Goực baỷo veọ cuỷa moọt daõy choỏng seựt
Có thể tính toán đ-ợc trị số giới hạn của góc  là  = 310, 
nh-ng trong thực tế th-ờng lấy khoảng  = 20 0  250.
III.1.2- Xác suất phóng điện sét và số lần cắt điện do sét đánh 
vào đ-ờng dây.
Với độ treo cao trung bình của dây trên cùng (dây dẫn hoặc dây 
chống sét ) là h, đ-ờng dây sẽ thu hút về phía mình các phóng điện 
của sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng chiều dài 
đ-ờng dây (l). Từ số lần phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1 
km2 ứng với một ngày sét là 0,10,15 ta có thể tính đ-ợc tổng số 
lần có sét đánh thẳng vào đ-ờng dây (dây dẫn hoặc dây chống sét).
N =(0,60,9). h .10-3.l.nng.s 
(III – 3)
Trong đó:
+ h: độ cao trung bình của dây dẫn hoặc dây chống sét 
(m).
+ l: chiều dài đ-ờng dây (km ).
+ nng. s:số ngày sét /năm trong khu vực có đ-ờng dây đi 
qua.
Vì các tham số của phóng điện sét : biên độ dòng điện (Is) và độ 
dốc của dòng điện (a = dis /dt), có thể có nhiều trị số khác nhau, do 
đó không phải tất cả các lần có sét đánh lên đ-ờng dây đều dẫn đến 
phóng điện trên cách điện. Chỉ có phóng điện trên cách điện của 
đ-ờng dây nếu quá điện áp khí quyển có trị số lớn hơn mức cách 
điện xung kích của đ-ờng dây. Khả năng phóng điện đ-ợc biểu thị 
bởi xác suất phóng điện ( Vp đ ). Số lần xảy ra phóng điện sẽ là:
Npđ = N. Vpđ = ( 0,60,9 ). h . 10-3. l . nng s. Vpđ . ( 
III – 4 )
Vì thời gian tác dụng lên quá điện áp khí quyển rất ngắn khoảng 
100 s mà thời gian của các bảo vệ rơle th-ờng không bé quá một 
nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức là khoảng 0,01s. Do đó không 
phải cứ có phóng điện trên cách điện là đ-ờng dây bị cắt ra. Đ-ờng 
dây chỉ bị cắt ra khi tia lửa phóng điện xung kích trên cách điện trở 
thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của đ-ờng dây đó. 
Xác suất hình thành hồ quang ( ) phụ thuộc vào Gradien của 
điện áp làm việc dọc theo đ-ờng phóng điện : 
  = (Elv) ; Elv = Ulv/lpđ (kV/m ).
Trong đó:
+ : xác suất hình thành hồ quang.
+ Ulv: điện áp làm việc của đ-ờng dây ( kV ).
+ lpđ: chiều dài phóng điện ( m).
Do đó số lần cắt điện do sét của đ-ờng dây là:
ncđ = Npđ. . = (0,60,9). h. nng .s. vpđ. . 
(III – 5) 
Để so sánh khả năng chịu sét của đ-ờng dây có các tham số 
khác nhau, đi qua các vùng có c-ờng độ hoạt động của sét khác 
nhau ng-ời ta tính trị số " suất cắt đ-ờng dây" tức là số lần cắt do 
sét khi đ-ờng dây có chiều dài 100km. 
ncđ = ( 0,060,09). h. nng s. Vpđ .. 
(III – 6) 
Đ-ờng dây bị tác dụng của sét bởi ba nguyên nhân sau:
+ Sét đánh thẳng vào đỉnh cột hoặc dây chống sét lân cận 
đỉnh cột.
+ Sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
+ sét đánh vào khoảng dây chống sét ở giữa khoảng cột. 
Cũng có khi sét đánh xuống mặt đất gần đ-ờng dây gây quá 
điện áp cảm ứng trên đ-ờng dây, nh-ng tr-ờng hợp này không 
nguy hiểm bằng ba tr-ờng hợp trên. Khi đ-ờng dây bị sét đánh trực 
tiếp sẽ phải chịu đựng toàn bộ năng l-ợng của phóng điện sét, do 
vậy sẽ tính toán dây chống sét cho đ-ờng dây với ba tr-ờng hợp 
trên. Cuối cùng ta có số lần cắt do sét của đ-ờng dây.
ncđ = nc + nkv + ndd ( 
III – 7) 
Trong đó:
+ nc : số lần cắt do sét đánh vào đỉnh cột.
+nkv: số lần cắt do sét đánh vào khoảng v-ợt.
+ ndd: số lần cắt do sét đánh vào dây dẫn.