tính toán chống sét cho đường dây 220kv

Ch¬ng I

tÝnh to¸n b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh trùc tiÕp vµo

tr¹m biÕn ¸p 220/110 KV

Më ®Çu

C¸c tr¹m biÕn ¸p ph©n phèi 220/110 KV thêng ®îc bè trÝ trªn diÖn tÝch

réng ngoµi trêi vµ cã nh÷ng kÕt cÊu cao so víi mÆt ®Êt, do hÖ thèng nèi ®Êt t¹o

cho khu vùc cã ®iÖn dÉn lín. V× vËy khu vùc tr¹m lu«n cã x¸c suÊt lµ ®iÓm

phãng ®iÖn cao.

Khi c¸c thiÕt bÞ cña tr¹m ph©n phèi bÞ sÐt ®¸nh trùc tiÕp th× sÏ ®a ®Õn

nh÷ng hËu qu¶ nghiªm träng nh g©y nªn h háng thiÕt bÞ cã thÓ dÉn ®Õn viÖc

ngõng cung cÊp ®iÖn trong mét thêi gian dµi lµm ¶nh hëng ®Õn viÖc cung cÊp

®iÖn n¨ng, s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng vµ c¸c ngµnh kinh tÕ quèc d©n dÉn tíi nh÷ng hËu

qu¶ nghiªm träng, thËm trÝ g©y ¶nh hëng tíi an ninh, chÝnh trÞ x· héi.

V× vËy viÖc b¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng lµ mét viÖc kh«ng thÓ thiÕu ®îc

khi thiÕt kÕ mét tr¹m biÕn ¸p. Cét thu sÐt hay d©y thu sÐt cã ®é cao lín, trÞ sè

®iÖn trë nèi ®Êt nhá sÏ thu hót vÒ nã c¸c phãng x¹ ®iÖn sÐt vµ t¹o nªn c¸c khu

vùc an toµn xung quang chóng. C¸c kim thu sÐt kÕt cÊu ch¾c ch¾n, thi c«ng ®¬n

gi¶n vµ tËn dông ®îc c¸c kÕt cÊu trong tr¹m ®Ó ®Æt kim thu sÐt ( Xµ tr¹m, cét

®Ìn pha... ) do ®ã sÏ gi¶m ®îc vèn ®Çu t.

I/ S¥ §å b¶o vÖ.

B¶o vÖ chèng sÐt ®¸nh th¼ng cho tr¹m biÕn ¸p dïng kim thu sÐt

ViÖc tÝnh to¸n ë ®©y chØ giíi h¹n trong ph¹m vi

- X¸c ®Þnh sè lîng kim thu sÐt.

- TÝnh to¸n chiÒu cao cña cét thu sÐt.

- TÝnh ph¹m vi b¶o vÖ cña chóng.

§Ó gi¶m vèn ®Çu t ban ®Çu c¸c ph¬ng ¸n ®Òu tËn dông tèi ®a c¸c kÕt cÊu

trong tr¹m ®Ó ®Æt kim thu sÐt.

1

II - TÝnh to¸n kü thuËt.

1/ Ph¹m vi b¶o vÖ cña hÖ thèng cét thu sÐt.

a/ Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét cét thu sÐt.

Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét cét thu sÐt lµ miÒn ®îc giíi h¹n bëi mÆt ngoµi

cña h×nh chãp xoay cã b¸n kÝnh ®¸y ®îc x¸c ®Þnh bëi c«ng thøc:

Trong ®ã:

h: ®é cao cét thu sÐt

rx: b¸n kÝnh cña ph¹m vi b¶o vÖ ë ®é cao hx

hx: ®é cao cña vËt cÇn b¶o vÖ

h - hx ®é cao hiÖn dông cña cét thu sÐt.

2

h

h

-

. (h- h )

r =

x

x

x

1

16

h

1,5 h

0,75 h

r

x

h

0,2 h

b

h

h

x

r

x

H×nh vÏ (1-1)

§Ó thuËn tiÖn cho tÝnh to¸n, thiÕt kÕ thêng dïng ph¹m vi b¶o vÖ ®¬n gi¶n

hãa (h×nh 1 - 1)

§êng sinh cña h×nh chãp cã d¹ng gÉy khóc

Mét trong nh÷ng ®o¹n cña nã lµ (®o¹n ab) lµ phÇn ®êng th¼ng nèi ®Ønh

cét thu sÐt cã chiÒu cao h tíi ®iÓm trªn mÆt ®Êt c¸ch ch©n cét 0,75 h.

Cßn ®o¹n bc lµ phÇn ®êng th¼ng nèi gi÷a ®iÓm cao 0,8h trªn th©n cét tíi

®iÓm c¸ch xa ch©n cét 1,5h.

Tõ h×nh vÏ cã thÓ thÊy ®iÓm b cã ®é cao b»ng 3

2

h

B¸n kÝnh b¶o vÖ ë c¸c ®é cao kh¸ch nhau ®îc tÝnh to¸n theo c«ng thøc.

Khi hx ≤

3

2

h th× rx = 1,5 h (1- h

hx

0,8

)

Khi hx > 3

2

h th× rx = 0,75 h (1- h

hx

)

C¸c c«ng thøc nµy chØ dïng trong trêng hîp cét thu sÐt cao tíi 30m. HiÖu

qu¶ cña cét cao qu¸ 30m cã gi¶m sót do ®é cao ®Þnh híng gi÷ h»ng sè. Cã thÓ

dïng c¸c c«ng thøc trªn ®Ó tÝnh to¸n ph¹m vi b¶o vÖ nhng ph¶i nh©n thªm hÖ sè

hiÖu chØnh.

h

.

P=

5 5

Vµ trªn h×nh vÏ dïng c¸c hoµnh ®é 0,75 hp vµ 1,5 hp.

b/ Ph¹m vi b¶o vÖ cña 2 vµ nhiÒu cét thu sÐt.

Ph¹m vi b¶o vÖ cña 2 cét thu sÐt cã kÝch thíc lín h¬n nhiÒu so víi tæng

ph¹m vi b¶o vÖ cña 2 cét ®¬n.

Trong thùc nghiÖm ngêi ta ®· chøng minh ®îc khu vùc cã x¸c suÊt 100%

phãng ®iÖn sÐt vµo cét thu sÐt cã b¸n kÝnh lµ: R = 3,5 h.

VËy th× a = 2R = 7h lµ kho¶ng c¸ch gi÷u 2 cét thu sÐt ®Æt c¹nh nhau mét

kho¶ng c¸ch a < 7h th× sÏ b¶o vÖ ®îc ®é cao ho X¸c ®Þnh bëi c«ng thøc

h - ho = 7

a

(1 - 2a)

hoÆc ho = h - 7

a

(1- 2b).

3

C¸c phÇn bªn ngoµi kho¶ng c¸ch gi÷a 2 cét cña ph¹m vi b¶o gièng nh tr￾êng hîp mét cét, cßn phÇn bªn trong ®îc giíi h¹n bëi vßng cung ®i qua 3 ®iÓm:

2 ®Ønh cét vµ ®iÓm cã ®é cao ho

MÆt c¾t th¼ng ®øng c¾t theo mÆt ph¼ng vu«ng gãc ®Æt gi÷a hai cét cña

ph¹m vi b¶o vÖ ®îc vÏ gièng nh cña mét cét cã ®é cao ho

Dïng gi¸ trÞ nµy ®Ó tÝnh ra rox (sÏ ®îc tr×nh bµy sau). Tõ ®ã ta cã thÓ vÏ ®-

îc mÆt ph¼ng cña ph¹m vi b¶o vÖ ë c¸c ®é cao kh¸c nhau.

Mét c«ng tr×nh cÇn ®îc b¶o vÖ an toµn b»ng 2 cét thu sÐt th× ph¶i n»m

gän trong ph¹m vi b¶o vÖ nµy, nghi· lµ cã ®é cao c«ng tr×nh.

hx ≤ ho = h - 7

a

(1-3)

Vµ mÆt b»ng c«ng tr×nh ®îc giíi h¹n trong mÆt b»ng cña ph¹m vi b¶o vÖ

ë ®é cao hx. Khi ®é cao cét thu sÐt vît qu¸ 30m còng cã c¸c hiÖu chØnh t¬ng tù

nh trªn vµ cã ®é cao ho sÏ ®îc tÝnh theo ho = h -

p

a

7

(1- 4)

Khi cã hai cét thu sÐt cã chiÒu cao kh¸c nhau(h×nh 1-2)

Tríc tiªn ta vÏ ph¹m vi b¶o vÖ cña cét cao, sau ®ã tõ ®Ønh cét thÊp vÏ ®-

êng th¼ng ngang gÆp ®êng sinh cña cét cao ë ®©u th× coi ®ã lµ mét thu sÐt gi¶

4

a

'

1

h1

2

h2

3

R

a

H×nh 1-2

®Þnh (3) Nã sÏ cïng víi cét thÊp (cét 1) h×nh thµnh mét ®«i cét cã ®é cao b»ng

nhau (cét 1 vµ cét 3)

Khi c«ng tr×nh n»m trªn mét ph¹m vi réng lín nÕu chØ dïng mét vµi cét

thu sÐt th× cét ph¶i rÊt cao g©y nhiÒu khã kh¨n cho viÖc thi c«ng, l¾p r¸p. Trong

trêng hîp nµy cÇn ph¶i cã nhiÒu cét phèi hîp b¶o vÖ (h×nh 1 - 3) phÇn ngoµi cña

ph¹m vi b¶o vÖ ®îc x¸c ®Þnh nh ®èi víi tõng ®«i cét (yªu cÇu kho¶ng c¸ch a

≤7h ) Kh«ng cÇn vÏ ph¹m vi b¶o vÖ bªn trong ®a gi¸c h×nh thµnh bëi c¸c cét mµ

chØ kiÓm tra ®iÒu kiÖn b¶o vÖ an toµn. VËt cã ®é cao hx n»m trong ®a gi¸c sÏ ®îc

b¶o vÖ nÕu tho¶ m·n ®iÒu kiÖn

D ≤ 8 (h - hx) = 8 ha

Trong ®ã: D ®êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp ®a gi¸c h×nh thµnh bëi 3 cét

thu sÐt.

ha: ®é cao hiÖn dông cña cét thu sÐt.

ha = h - hx tøc lµ phÇn cét cao vît h¬n ®é cao hx

Khi c¸c cét vît qu¸ ®é cao 30m ®iÒu kiÖn b¶o vÖ ®îc hiÖu chØnh theo

c«ng thøc

D ≤ 8(h - hx) P = 8 ha P

Trong ®ã: P lµ hÖ sè hiÖu chØnh: P = h

5,5

5

D

O

a

H×nh 1-3

2/ TÝnh to¸n c¸c ph¬ng ¸n b¶o vÖ.

Ta ph¶i tÝnh to¸n ph¹m vi b¶o vÖ cña tõng nhãm cét ®Ó tõ ®ã t×m ra ®é

cao cña c¸c cét thu sÐt cã thÓ ®¶m b¶o an toµn cho tr¹m biÕn ¸p.

X¸c ®Þnh chiÒu cao t¸c dông ha cña c¸c nhãm cét dùa theo ®iÒu kiÖn sau

D ≤ 8(h - hx) = 8 ha ( §· diÔn gi¶i ë 1-5)

Khi sÐt nhãm cét gåm 3 cét hîp víi nhau thµnh mét tam gi¸c cã 3 c¹nh

lµ a, b vµ c th× D ®îc tÝnh:

Trong ®ã: P lµ nöa chu vi tam gi¸c ABC

Sau khi tÝnh to¸n ®é cao t¸c dông ha chung cho c¶ tr¹m ta lÊy ha céng víi

®é cao cña vËt cÇn b¶o vÖ ®Ó ®îc ®é cao h cña cét thu sÐt.

B¸n kÝnh b¶o vÖ cña cét thu l«i

NÕu hx> h

3

2

th× rx =0,75 h (1- h

hx

0,8

) (1-7)

NÕu hx≤ h

3

2

th× rx =1,5 h (1- h

hx

0,8

) (1-8)

Trong ®ã:

rx ph¹m vi b¶o vÖ cña cét thu l«i

hx chiÒu cao cña vËt cÇn b¶o vÖ

h chiÒu cao cña cét thu sÐt.

§é cao lín nhÊt ®îc b¶o vÖ gi÷a hai cét cao b»ng nhau lµ ho

a kho¶ng c¸ch gi÷a hai cét

T¹i ®é cao hx ®ã b¸n kÝnh b¶o vÖ däc theo ®êng nèi gi÷a hai cét ®îc tÝnh

theo c«ng thøc

NÕu hx> 0

3

2

h th× r0x =0,75 h0 (1- h0

hx

) (1-9)

NÕu hx≤ 0

3

2

h th× r0x =1,5 h0 (1- 8 0

0, h

hx

) (1-10)

6

(1 6)

2

, .

(m) -

p(p-a)(p-b)(p-c)

a b c

D=

2

a+b+c

p=

7

a

h = h -

o

A/ Ph¬ng ¸n I.

S¬ ®å bè trÝ cét thu l«i nh h×nh vÏ (1- 4) Ta cã 13 cét thu sÐt.

I/ TÝnh ph¹m vi b¶o vÖ cña c¸c nhãm cét

1/ XÐt nhãm cét 1, 3, 4:

Nhãm cét nµy t¹o thµnh h×nh tam gi¸c vu«ng cã c¸c c¹nh lµ:

+ C¹nh (13) = 60 m

+ C¹nh (34) = 40 m

§êng trßn ngo¹i tiÕp h×nh tam gi¸c nµy cã ®êng kÝnh lµ:

D = 2 2

60 +40 = 72,11 (m)

ChiÒu cao tèi thiÓu ha cña cét thu sÐt ®Ó diÖn tÝch tam gi¸c 1,3,4 ®îc b¶o

vÖ lµ:

ha ≥

8

D

= 8

72,11 = 9,01 (m)

2/ XÐt nhãm cét 1, 2, 4:

Nhãm cét nµy cã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cét lµ:

+ C¹nh (14) = 72,11 (m)

+ C¹nh (12) = 64 (m)

+ C¹nh (24) = 2 2

60 + 40 = 64,62 (m)

Ta cã kÝch thíc cña p.

p = 100,365(m)

2

72,11 64 64,62

=

+ +

7

2

a+b+c

p=

2 100,365(100,365 - 72,11)(100,365 - 64)(100,365 - 64,6)

72,11.64.64,62

2

. .

=

p(p-a)(p-b)(p-c)

a b c

D=

§êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp tam gi¸c qua 3 ®Ønh cét lµ

D = 77,66 (m).

ChiÒu cao tèi thiÓu ha cña cét thu sÐt ®Ó diÖn tÝch tam gi¸c 1, 2, 4 ®îc b¶o

vÖ lµ

ha ≥ m

D

9,7

8

77,66

8

= =

3/ XÐt nhãm cét 2, 4, 5:

Nhãm cét nµy cã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cét lµ

+ C¹nh (24) = 64,62 (m)

+ C¹nh (45) = 40 (m)

+ C¹nh (25) = 60 +16 = 62,09 2 2

(m)

Ta cã kÝch thíc cña P lµ.

§êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp tam gi¸c qua 3 ®Ønh cét lµ

D = 67,75 (m)

ChiÒu cao tèi thiÓu ha cña cét thu xÐt ®Ó diÖn tÝch tam gi¸c 2, 4, 5 ®îc b¶o

vÖ lµ

ha ≥ (m)

D

8,47

8

71,25

8

= =

4/ XÐt nhãm cét 2, 5, 8:

Nhãm cét nµy cã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cét lµ.

8

( m)

a+b+c

p= = 83,355

2

64,62 + 40 + 62,09

=

2

2 83,355(83,355 - 64,62)(83,355 - 40)(83,355 - 62,09)

64,62.40.62,09

2

. .

=

p(p-a)(p-b)(p-c)

a b c

D=

+ C¹nh (28) = 46 (m)

+ C¹nh (25) = 62,09 (m)

+ C¹nh (58) = 60 + 40 = 72,11( m)

2 2

Ta cã kÝch thíc cña P lµ

§êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp tam gi¸c qua 3 ®Ønh cét lµ

D = 75,38 (m)

ChiÒu cao tèi thiÓu ha cña cét thu xÐt ®Ó diÖn tÝch tam gi¸c 2, 5, 8 ®îc b¶o

vÖ lµ

ha ≥ ( m) D

= 9,42

8

75,38

=

8

5/ XÐt nhãm cét 5, 8, 10:

Nhãm cét nµy cã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cét lµ.

+ C¹nh (58) = 72,11 (m)

+ C¹nh (510) = 54 (m)

+ C¹nh (810) = 60 +14 = 61.61( m)

2 2

Ta cã kÝch thíc cña P lµ

§êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp tam gi¸c qua 3 ®Ønh cét lµ

D = 74,04 (m)

ChiÒu cao tèi thiÓu ha cña cét thu xÐt ®Ó diÖn tÝch tam gi¸c 5, 8,10 ®îc

b¶o vÖ lµ

9

= 90,1( )

2

46 + 62,09 + 72,11

=

2

m

a+b+c

p=

2 90,1(90,1- 46)(90,1- 62,09)(90,1- 72,1)

46.62,09.72,11

2

. .

=

p(p-a)(p-b)(p-c)

a b c

D=

= 93,86( )

2

72,11+ 54 + 61,61

=

2

m

a+b+c

p=

2 93,86(93,86 - 72,11)(93,86 - 54)(93,86 - 61,61)

72,11.54.61,61

2

. .

=

p(p-a)(p-b)(p-c)

a b c

D=

ha ≥ ( m) D

= 9,25

8

74,04

=

8

6/ XÐt nhãm cét 8, 9, 10:

Nhãm cét nµy cã kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c cét lµ.

+ C¹nh (89) = 64 (m)

+ C¹nh (810) = 61,61 (m)

+ C¹nh (910) = 50 + 60 = 78,1( m)

2 2

Ta cã kÝch thíc cña P lµ

§êng kÝnh vßng trßn ngo¹i tiÕp tam gi¸c qua 3 ®Ønh cét lµ

D = 80,198 (m)

ChiÒu cao tèi thiÓu ha cña cét thu xÐt ®Ó diÖn tÝch tam gi¸c 8, 9, 10 ®îc

b¶o vÖ lµ

ha ≥ ( m) D

= 10,02

8

80,198

=

8

7/ XÐt nhãm cét 9, 10, 11:

Nhãm cét nµy t¹o thµnh h×nh tam gi¸c vu«ng cã c¸c c¹nh lµ

+ C¹nh (911) = 60 (m)

+ C¹nh (1011) = 50 (m)

§êng trßn ngo¹i tiÕp h×nh tam gi¸c nµy cã ®êng kÝnh lµ:

D = 60 + 50 = 78,1( m)

2 2

ChiÒu cao tèi thiÓu ha cña cét thu xÐt ®Ó diÖn tÝch tam gi¸c 9, 10, 11 ®îc

b¶o vÖ lµ

ha ≥ ( m) D

= 9,76

8

78,1

=

8

8/ XÐt nhãm cét 3, 4, 6

10

= 101,855( )

2

64 + 61,61+ 78,1

=

2

m

a+b+c

p=

2 101,855(101,855- 64)(101,855 - 61,61)(101,855- 78,1)

64.61,61.78,1

2

. .

=

p(p-a)(p-b)(p-c)

a b c

D=