datv1118

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
cach giữa các cột thu lôi đến các bộ phận của trạm để tránh khả năng phóng điện từ
cột thu lôi đến vật đợc bảo vệ.
Đối với các nhà máy điện dùng sơ đồ bộ thì chỉ đợc đặt cột thu lôi trên xà máy biến
áp khi máy phát điện và máy biến áp đợc lối với nhau bằng cầu bọc kín và hai đầu
đợc lối đất. Nếu cầu có phân đoạn thì không đợc phép đặt cột thu lôi trên xà máy
biến áp. để đảm bảo về mặt cơ khí và để trống ăn mòn cần phải theo đúng qui định
về loại vật liệu, tiếp diện dây dẫn dùng trên mặt đất và dới đất.
1.2. Yêu cầu đối vơí cột tròng sét và dây thu sét.
Cột thu sét lên dùng giá đỡ bằng cột bê tông cốt thép để làm dây dẫn dòng điện sét
từ kim thu sét đến hệ thống lối đất để giảm vốn đầu t.
+ Cột thu lôi đợc thiết kế làm việc ở trạng thai tự do không làm việc ở trạng thá
căng.
+ Khi trọn các phần tử của cột thu lôi (phần thu và dây dẫn dòng điện sét) dựa trên
sự phát nóng của chúng và trong tính toán có thể bỏ qua sự tản nhiệt ra môi trờng
xung quanh.
Kim thu sét phải nhỏ và nhọn để tập trung điện tích tạo lên trờng lớn nhất với tia
tiên đạo do đó thu hút dòng điện sét và hình thành khu vực an toàn ở bên dới và
xung quanh hệ thống thu sét.
+ Dây thu sét phải có tiết diện nhỏ và bề mặt dẫn điện tốt để đảm bảo dòng điện sét
chạy qua, tập trung điện tích và thu hút dòng điện sét về phía mình không gây ảnh
hởng đến phần tử nằm trong phạm vi bảo vệ đem lại sự an toàn cho các thiết bị đó.
- Khi bố trí dây thu sét để bảo vệ cho đờng dây cao áp thì tuỳ theo cách bố trí dây
đãn trên cột có thể treo một hoặc hai thu sét. Các dây trống sét đợc treo trên đờng
dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các
dây đó.
1.3. Tính toán hệ thống chống sét.
1.3.1.Các công thức sử dụng trong tính toán bảo vệ chống sét.
a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét:
Phạm vi bảo vệ của cột thu sét là miền giới hạn bởi mặt ngoài hình chóp tròn xoay
có bán kính đáy đợc xác định bởi phơng trình :

) -(
1
6,1
x
x
hh
h
h
r
x
+
=
(1-1)
Trong đó : - h là độ cao cột thu sét.
- r
x
là bán kính của phạm vi bảo vệ ở mức cao
x
h
.
- h
x
là độ cao của vật cần đợc bảo vệ.
- h - h
x
là độ cao hiệu dụng của cột thu sét.
Để dễ dàng thuận tiện trong tính toán thiết kế thờng dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn
giản hoá (hình 1-1) đờng sinh hình chóp có dạng gấp khúc. Khi đó bán kính bảo vệ
đợc tính toán theo công thức sau đây :
- Khi
x
h

h
3
2
;
x
r
= 1,5h (1 -
h
h
x
8,0
) ( 1 - 2 )
- Khi
x
h

h
3
2
;
x
r
= 0,75h (1 -
h
h
x
) ( 1 - 3 )
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
5

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Các công thức trên chỉ dùng trong trờng hợp cột thu sét cao tới 30m. Khi cột có
độ cao trên 30m thì phải nhân theo hệ số hiệu chỉnh P với P =
h
5,5
và trên hình vẽ
dùng các hoành độ 0,75h.P và 1,5h.P
Hình 1.2 . Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét .
b. Phạm vi bảo vệ cuả hai cột thu sét có cùng độ cao.
Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thớc lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi
bảo vệ của hai cột đơn. Bằng thực nghiệm ngời ta đã chứng minh đợc khu vực có
xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính r =3,5h. Nh vậy khi hai cột
thu sét đặt cách nhau a = 2R = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất trong khoảng
giữa hai cột sẽ không bị sét đánh. Từ đó suy ra nếu hai cột thu sét đặt cách nhau
khoảng cách a < 7h thì sẽ bảo vệ đợc độ cao
0
h
xác định bởi :
h -
0
h
=
7
a


0
h
= h -
7
a
( 1 - 4 )
Mặt cắt thẳng đứng đi qua hai cột thu sét của phạm vi bảo vệ cho trên hình ( 1-3):

Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
6
Mặt bằng của
phạm vi bảo vệ ở
mức cao hx

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Hình 1. 3 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có cùng độ cao.
c. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau.
Cột 1 có độ cao h
1.
Cột 2 có độ cao h
2
(h
1
< h
2
)
Khoảng cách giữa 2 cột là a.
Ta có cách vẽ phạm vi bảo vệ :
Hình 1. 4 Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau.
Khi độ cao cột thu sét vợt quá 30m cũng có hiệu chỉnh tơng tự nh trên và:
0
h
= h -
p
a
7
Cách vẽ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có chiều cao khác nhau đựoc trình
bày trên ( hình 1 - 4 ). Trớc tiên vẽ phạm vi bảo vệ của cột cao, sau đó qua đỉnh
cột thấp vẽ đờng thẳng gặp đờng sinh của phạm vi bảo vệ cột cao ở điểm 3, điểm
này đợc xem là đỉnh của cột giả định nó sẽ cùng với cột thấp ( cột 2 ) hình thành đôi
cột có độ cao bằng nhau (
2
h
) với khoảng cách a
/

Khoảng cách giữa cột 1 với cột giả định là
L

.
Khi đó : a= a -
L

Nếu h
2
>
3
2
h
1
Thì:

L

= 0.75 h
1
( 1- h
2
/h
1
)
Nếu h
2

3
2
h1 Thì:

L

=1,5 h
1
(1- h
2
/ h
1
)
d.Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét.
Khi công trình cần đợc bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng vài cột
thì phải rất cao gây nhiều khó khăn cho việc thi công, lắp giáp. Trong trờng hợp này
ta nên bố trí nhiều cột thu sét để phối hợp cùng bảo vệ . Vật có độ cao hx nằm trong
đa giác hình thành bởi các cột sẽ đợc bảo vệ nếu thoả mãn điều kiện:
D 8 ( h -
x
h
) = 8
a
h
( 1 - 5 )
Trong đó:
- D : đờng kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi đỉnh các cột thu
sét.
-
a
h
= h -
x
h
: độ cao hiệu dụng cột thu sét, là phần vợt cao hơn so với mức
cao
x
h
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
7

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Khi các cột thu sét bố trí bất kỳ cần phải kiểm tra điều kiện bảo vệ an toàn cho từng
cặp ba cột đặt gần nhau. Nếu độ cao vợt quá 30m điều kiện bảo vệ ở (1-5) đợc hiệu
chỉnh theo
D 8 (h-
x
h
) p = 8
a
h
p Khi xét các nhóm cột bảo vệ gồm có ba cột hợp với nhau
thành một tam giác có ba cạnh là a, b, c thì D đợc tính nh sau :
D =
))()((.2

cpbpapp
cba

(m) (1 - 7)
Trong đó : p là nửa chu vi tam giác ABC.
P =
.2
cba
++

a) b)
Hình 1 . 4
a.Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét b.Phạm vi bảo vê của 4 cột thu sét
!.3.2 Các thiết bị trong trạm và nhiệm vụ tính toán :
a. Kích thớc trạm :
Trạm có kích thớc :
Chiều dài : 50m.
Chiều rộng : 35m.
Phía 110 kV có :
Hai lộ 110 kV dẫn điện vào trạm.
Thiết bị phân phối cao áp gồm hai hệ thống thanh góp có chiều dài 18,5 m.
Hai maý biến áp có độ cao 4 m.
Chiều cao của xà kéo dây cao nhất là 11 m.
Chiều cao thanh góp cứng là 8m.
Nhà điều khiển cao 5m , chiều dài 27 m , chiều rộng 7 m đặt các thiết bị phân phối,
thiết bị dự phòng và thiết bị điều khiển toàn bộ trạm.
Các thiết bị khác nh dao cách li, máy cắt nằm dới hai hệ thống thanh góp nên ta
không cần xét đến.
*Nhiệm vụ của chúng ta là phải bố trí cột thu sét trên mặt bằng của trạm sao cho
đảm bảo chống sét đánh trực tiếp cho tất cả các thiết bị trong trạm. Bao gồm : dự
tính số lợng, vị trí đặt cột thu sét, độ cao của từng cột. Phạm vi bảo vệ của một cột,
phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột và phạm vi bảo vệ của toàn bộ hệ thống thu sét.
*Ta bố trí các phơng án nh sau:
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
8

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
1.4 Vạch phơng án và tính toán các phơng án.
1.4.1 Phơng án 1:
*Trong phơng án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà đỡ dây và
2 cột E,F đặt trên nóc nhà đIều khiển. Vị trí của các cột nh trên hình vẽ 1.7
a.Tính độ cao của cột phía 110 kV.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vê hx = 11 m.
-Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách các
cột :
AD = BC =18,5 m
AB = CD = 27 m
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D: là đờng kíng đờng tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD.
ha : là độ cao tác dụng của các cột
Ta có D=
22
ADAB
+
=
22
5,1827
+
= 32,73 m.
Ta có : ha
8
D
ha
8
73,32
ha 4,09.
Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,09 m
Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là :
h
1
= ha +h
x
= 4,09 + 11
= 15,09 m .
Do đó ta chọn chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D là 15,5 m
b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : h
x
= 5m.
-Xét nhóm 4 cột CDEF. Bốn cột này tạo thành một hình chữ nhật với khoảng cách
giữa các cột là :
DE = CF = 25,5 m.
EF = CD = 27 m.
Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình chữ nhật CDEF
D =
22
CDCF
+
=
22
275,25
+
=37,14 m.
ha : là độ cao tác dụng của các cột .
ha
8
D
ha
8
14,37
ha 4,64.
Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 4,64 m.
Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là:
h
2
=h
x
+ ha
= 5 + 4.64 = 9,64 m.
Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10 m.
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
9

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà điều
khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10 m. Bốn cột A,B,C,D
có độ cao 15,5 m.
Tính toán phạm vi bảo vệ .
Phạm vi bảo vệ của cột cao 15,5 m là:
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 15,5 = 10.33 m .
hx = 11 m >
3
2
h .
Vậy nên bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 0,75 h
0
( 1 -
h
hx
)
= 0,75 . 15.5 ( 1 -
5,15
11
)
= 3,375 m.
Phạm vi bảo vệ của cột cao 10 m là :
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 10 = 6,667 m .
hx = 5 m <
3
2
h .
Vậy bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 1,5 h ( 1-
h
hx
8.0
)
= 1,5. 10 (1 -
10.8,,0
5
)
=5,625 m .
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột A và B là :
Ta có : h = 15,5 m .
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m
Với 7h = 7. 15,5 = 108,5 m .
a < 7 h
+ Độ cao thấp nhát đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7
a
=15,5 -
7
27
= 11,643 m .
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
0
=
3
2
. 11,643 = 7,762 m .
h
x
= 11 m >
3
2
h
0
.
r
0x
= 0.75 .h
0
( 1-
0
h
hx
).
= 0,75. 11,643. ( 1 -
643,11
11
)
= 0,482 m .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
10

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột A và D :
Ta có h = 15,5 m
Khoảng cách giữa 2 cột : a= 18,5 m
Với 7h = 7 . 15,5 = 108,5 m
. a < 7 h.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là:
h
o
= h -
7
a
= 15,5 -
7
5,18
= 12,857 m .
+Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có ;
3
2
h
o
=
3
2
.12,857 = 8,571 m .
h
x
= 11 m >
3
2
h
o
r
ox
= 0,75 ho (1 -
ho
hx
)
= 0,75. 12,857 ( 1 -
857,12
11
)
= 1,393 m .
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột B và C . Ta có hai cột B và C có khoảng cách , độ
cao và của thiết bị cần bảo vệ bằng của 2 cột A và D nên có giá trị bằng phạm vi
bảo vệ của 2 cột A và D .
Với : h
0
=12,857 m
r
ox
= 1,393 m.
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột E và F
Ta có : h = 10 m.
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 27 m.
Với 7h = 7 .10 = 70 m
a < 7h
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h -
7
a
=10 -
7
27
= 6,143 m .
+ Bán kính bảo vệ của 2 cột là :
Ta có :
3
2
h
o
=
3
2
. 6,143 = 4,095 m .
h
x
= 5m >
3
2
h
r
ox
= 0,75 h
o
( 1-
ho
hx
)
= 0,75 .6,143 ( 1 -
143,6
5
)
=0,886 m
Phạm vi bảo vệ tơng hỗ giữa 2 cột D và E là :
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
11

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Ta có :
Khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m.
Chiều cao cột D là : h
1
= 15,5 m.
Chiều cao cột E là : h
2
= 10 m .

3
2
h
1
=
3
2
. 15,5 = 10,333 m .

3
2
h
1
> h
2
.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột là :
h
0
= h
2
-
7
,
a
,
a
= a -

L
a: là khoảng cách giữa 2 cột : a = 25,5 m.


L = 1,5 .h
1
( 1-
1
2
8.0 h
h
)
= 1,5 . 15,5 (1 -
5,15.8,0
10
)
= 4,5 m .
h
0
= 10 -
7
21
= 7 m.
+ Bán kính bảo vệ giữa 2 cột là :
Ta có :
3
2

o
h
=
3
2
.7 = 4,67 m
h
x
= 5 m >
3
2
h
o
r
ox
= 0,75 h
o
( 1 -
o
h
hx
)
=0,75 .7 ( 1-
7
5
)
= 1,5 m.
-Phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F .
Ta có 2 cột C và E có cùng chiều cao cột thu sét , chiều cao vật cần bảo vệ và
khoảng cách giữa 2 cột bằng 2 cột D và E nên phạm vi bảo vệ giữa 2 cột C và F
bằng phạm vi bảo vệ giữa 2 cột D và E với :
h
o
= 7 m.
r
ox
= 1,5 m
Kết Luận :Trong phơng án I ta có 6 cột thu sét với :
+ Chiều cao cột A,B,C,D là 15,5 m.
+ Chiều cao cột E,F là 10 m.
+ Bán kính bảo vệ của cột A,B,C,D là 3,375 m.
+ Bán kính bảo vệ của cột E,F là 5,625 m.
+ Độ cao thấp nhất đợc bảo vệ giữa 2 cột và bán kính bảo vệ tơng hỗ của 2 cột có
giá trị trong bảng sau .
Cột h
o
(m) r
ox
(m)
A và B 11,643 0,482
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
12

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
A và D 12,857 1,393
B và C 12,857 1,393
C và F 7 1,5
F và E 6,143 0,886
E và D 7 1,5
*Vẽ mặt bằng, mặt cắt của phạm vi bảo vệ:
+ Mặt bằng hình 1.8.
+ Mặt cắt hinh 1.9.
1.4.2.Phơng án 2
* Trong phơng án này ta bố trí 4 cột thu sét A,B,C ,D đặt trực tiếp trên xà đỡ dây và
2 cột E,F đặt trên nóc nhà điều khiển. Vị trí của các cột nh trên hình vẽ 1.10.
a.Tính độ cao của cột phía 110 kV.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vê h
x
= 11 m.
-Xét nhóm 4 cột ABCD. Các cột này tạo thành hình chữ nhật với khoảng cách các
cột :
AB = CD =18 m
AD = BC = 27 m
Để cho toàn bộ diện tích giới hạn bởi 4 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Trong đó : D: là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp tứ giác ABCD.
ha : là độ cao tác dụng của các cột
Ta có D=
22
ADAB
+
=
22
5,1818
+
= 25,812 m.
Ta có : ha
8
D
ha
8
812,25
ha 3,227 m .
Vậy độ cao tác dụng nhỏ nhất đảm bảo phạm vi bảo vệ là 3,227 m
Độ cao của cột thu lôi tối thiểu là :
h
1
= ha +h
x
= 3,227 + 11
= 14,227 m .
Do đó chiều cao của các cột thu sét A,B,C,D ta lấy là 14,5 m
b.Tính độ cao của các cột phía máy biến áp và nhà điều khiển.
+Độ cao của thiết bị cần bảo vệ là : h
x
= 5m.
-Xét nhóm 3 cột DEF. Ba cột này tạo thành một tam giác thờng với khoảng cách
giữa các cột là :
EF = 27 m.
DE =
22
HDEH
+
.
Với H là điểm cho trên hình vễ 1.10 ta có:
DE =
22
5,45,18
+
=19,04 m
DF =
22
IDFI
+

Với I là điểm cho trên hình vẽ 1.10 ta có:
DF =
22
5,225,18
+
=29,129 m .
Để đảm bảo toàn bộ diện tích giới hạn bởi 3 đỉnh cột đợc bảo vệ thì :
D 8 ha
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
13

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội
Đồ áN TốT Ngiệp
Trong đó : D là đờng kính đờng tròn ngoại tiếp hình tam giác DEF
ha : là độ cao tác dụng của các cột .
ha
8
D
+ Tính D
D =
))()((2

DFPDEPEFPP
DFDEEF

Với P là nửa chu vi của tam giác DEF
P =
2
DFDEEF
++
=
2
129,2904,1927
++
= 35,585 m.
D =
129,29585,35)(04,19585,35)(27585,35(585,352
129,29.04,19.27

= 42,7 m .
ha
8
7,42
ha 5,34 m.
Vậy độ cao tác dụng tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là 5,34 m.
Độ cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là:
h
2
= h
x
+ ha
= 5 + 5,34 = 10,34 m.
- Xét nhóm 3 cột CEF . Ta thấy nhóm 3 cột này cũng tạo thành một tam giác thờng
bằng tam giác tạo thành từ nhóm 3 cột DEF và độ cao cần bảo vệ nh nhau nên độ
cao tối thiểu đảm bảo phạm vi bảo vệ là nh nhau.
Vậy ta lấy độ cao của cột EF là 10,5m.
Kết luận : Toàn bộ trạm ta bố trí 6 cột thu sét. Bên phía máy biến áp và nhà điều
khiển để đảm bảo an toàn ta bố trí 2 cột E và F có độ cao là 10,5 m. Bốn cột
A,B,C,D có độ cao 14,5 m.
Tính toán phạm vi bảo vệ .
Phạm vi bảo vệ của cột cao 14,5 m là:
Ta có :
3
2
h =
3
2
. 14,5 = 9,667 m
hx = 11 m >
3
2
h .
Vậy nên bán kính bảo vệ của cột đợc tính theo công thức :
r
x
= 0,75 h ( 1 -
h
hx
)
= 0,75 . 14.5 ( 1 -
5,14
11
)
= 2,625 m.
Theo sơ đồ mặt bằng của trạm vì ta bố trí cột thu sét ở giữa xà đỡ dây nên khoảng
cách từ đầu xà đến giữa xà là 4,5 m. Ta phải bảo vệ toàn xà vì vậy bán kính bảo vệ
tối thiểu phải là 4,5 m. Vì vậy với độ cao 14,5 m không đảm bảo phạm vi bảo vệ.
Giả sử ta tăng cột lên cao 17m ta có :

3
2
h =
3
2
. 17 = 11,333 m .
Sinh viên : PHùNG HUY ĐIềM H7 Hệ THốNG ĐIệN
14

Xem chi tiết: datv1118