Đồ án Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110 / 35 kV

Đại học Bách Khoa Hà Nội Bộ môn Hệ thống Điện -------------------------------- Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc --------***-------- Nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp Họ và tên: Lớp : I. Đầu đề thiết kế: Bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 110 / 35 kV. (Sơ đồ trạm cho như hình vẽ) II. Các số liệu ban đầu: Trạm biến áp 110/35 kV có: Kích thước trạm là 100x64m Bốn lộ 110 kV đi vào Hai máy biến áp Điện trở suất của đất là rđ = 0,8.102 W.m Điện trở của cột đường dây RC = 10 W Cùng sơ đồ mặt bằng đi kèm III. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán Tính toán phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. Tính toán nối đất cho trạm. Tính toán chỉ tiêu chống sét cho đường dây 110 kV. Tính toán bảo vệ chống sóng truyền vào trạm 35 kV. IV. Các bản vẽ và đồ thị minh hoạ Bảy bản vẽ A0 kèm theo. Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày hoàn thành đồ án: Cán bộ hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp: TS. Nguyễn Minh chước Sinh viên thực hiện Mục lục Chương mở đầu: Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt Nam 1. Hiện tượng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí quyển. 1.1. Quá trình phóng điện của sét 1.2. Tham số của phóng điện sét. 1.3. Cường độ hoạt động của sét. 2. Tình hình giông sét ở Việt Nam. 3. Kết luận : Chương 1: Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp I. Khái niệm chung II. Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp III. Tính toán thiết kế các phương án bố trí cột chống sét 1.Các công thức sử dụng để tính toán 2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp 3. Vạch các phương án bảo vệ 3.1- Phương án 1 3.2 Phương án 2 3.3 Kết luận chung Chương 2 : Tính toán nối đất trạm biến áp I.Giới thiệu chung II- Các số liệu dùng để tính toán nối đất. III- tính toán hệ thống nối đất 1. Tính toán nối đất an toàn. 2. Nối đất chống sét 3. Nối đất bổ xung. 3.1. Điện trở của thanh. 3.2. Điện trở của cọc. 3.3. Điện trở bổ xung. 3.4. Tổng trở vào của hệ thống nối đất khi có nối đất bổ xung. Chương 3: Bảo vệ chống sét đường dây tải điện I.Các yêu cầu chung 1. Đặt vấn đề 2. Tính toán số lần cắt điện do sét II. Các tham số của đường dây 110kV lộ kép và các số liệu tính toán 1. Các tham số của đường dây 110kV lộ đơn 2. Các số liệu tính toán III. Tính toán các tham số sét đánh vào đường dây 1. Số lần sét đánh vào đường dây 2. Suất cắt do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn 3.Tính toán suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt 4. Tính toán suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và lân cận đỉnh cột 5. Điện áp đặt lên cách điện pha A trong trường hợp sét đánh vào đỉnh cột Chương 4: Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm từ đường dây 110kV I - Khái niệm chung 1. Khái quát chung 2 . Đặc điểm 3.Khoảng cách giới hạn II- phương pháp tính toán quá điện áp trên cách điện của thiết bị khi có sóng truyền vào trạm III. Sơ đồ tính toán sóng truyền trạm. 1-Tính thời gian truyền sóng giữa các nút. 2-Tính điện áp tại các nút 3. Kiểm tra an toàn của các thiết bị trong trạm Chương mở đầu Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt Nam Nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành tựu tiên tiến, đảm bảo phòng chống sét một cách hữu hiệu, an toàn, đáp ứng được nhu cầu thực tiễn đòi hỏi. Tuy nhiên giông sét là hiện tượng tự nhiên : mật độ, thời gian và cường độ hoạt động mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy trong nghiên cứu chống sét vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết. 1. Hiện tượng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí quyển. 1.1. Quá trình phóng điện của sét Sét là một trường hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét giống như quá trình xảy ra trong trường không đồng nhất. Khi các lớp mây được tích điện (khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét xuống đất diện tích của mây có cực âm tính). Tới mức độ có thể tạo nên cường độ lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107 cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt tới 2.108 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau trung bình là ba lần). Tia tiên đạo là môi trường plama có điện dẫn rất lớn. Đầu tia nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiều dài tia. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo. Trường hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao. Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đây cường độ trường có trị số lớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc bảo vệ trống sét đánh thẳng cho công trình. 1.2. Tham số của phóng điện sét. Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Hiện nay đã tích luỹ được khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này (đo bằng thỏi sắt từ hoặc bằng máy hiện sóng cao áp). Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét (Is) biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA tới hàng trăm kA và được phân bố theo quy luật thực nghiệm sau : Vi = Vi : xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện ³ is Quy luật này cũng được biểu thị trên đường cong (hình 1) 60 20 40 60 80 100 0 20 40 80 % Vi KA Is Hình 1 Độ dốc trung bình : a = ( Tds : độ dài đầu sóng) Xác suất của độ dốc trung bình của dòng điện sét (Hình 2) 0,6 10 20 30 40 50 0 0,2 0,4 0,8 KA/ms a 1,0 Ua Hình 2 Dạng sóng có đầu sóng xiên góc ở (hỉnh 3) dùng khi quá trình cần xét xảy ra ở đầu sóng hoặc trong các trường hợp mà thời gian diễn biến tương đối ngắn so với độ dài sóng. Trong các trường hợp này sự giảm dòng điện sau trị số cực đại không có ý nghĩa nên khi t > Tds có thể xem dòng điện không thay đổi và bằng trị số biên độ. Ngược lại khi quá trình xảy ra trong thời gian dài (t >>Tds) như khi tính toán về hiệu ứng dòng điện sét có thể không sét đến giai đoạn đầu sóng và dạng sóng tính toán được chọn theo dạng hàm số mũ (hình 4). Is = a.t Is = a.Tds Hình 3 Tds Is Is/2 T = is =Is t t is is Hình 4 Ts 1.3. Cường độ hoạt động của sét. Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm (Nng.s) hoặc tổng số thời gian kéo dài của giông sét trong năm tính theo thời gian (Ng.s). Theo số liệu thống kê của nhiều nước, số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo khoảng 100 á 150 ngày, vùng nhiệt đới từ 75 á 100 ngày, vùng ôn đới khoảng 30 á 50 ngày. * Mật độ sét : - Là số lần có sét đánh trên diện tích 1km2 trên mặt đất ứng với 1 ngày sét. ms = 0,1 á 0,15 Số lần sét đánh trên diện tích 1m2 mặt đất trong 1 năm sẽ là : N = ms. nng.S = (0,1 á 0,15) nng.S 2. Tình hình giông sét ở Việt Nam. Việt Nam là một nước khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hoạt động của giông sét có cường độ mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều cản trở đến đời sống, xã hội con người. Theo đề tài KC - 03 - 07 của Viện Năng lượng, số ngày giông sét trên miền Bắc nước ta thường dao động trong khoảng từ 70 á 100 ngày và số lần giông từ 150 á 300 lần, vùng giông sét nhiều nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên - Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250 á 300 lần. Tập trung trong khoảng từ 100 á 110 ngày. Tháng nhiều giông nhất là các tháng 7, 8 có tới 25ngày/tháng. Nơi ít giông nhất miền Bắc là vùng Quảng Bình, hàng năm chỉ có khoảng 80 ngày giông. Nhìn chung ở Bắc bộ mùa giông tập trung trong khoảng từ tháng 5 á tháng 6, ở phía Tây của Trung Bộ và Bắc Bộ mùa giông tương đối sớm hơn. Bắt đầu vào tháng 4 quá trình diễn biến của mùa giông thường có xê dịch trong khoảng tháng 5, tháng 6 là nhiều nhất. ở miền Nam cũng khá nhiều giông, hàng năm trung bình quan sát được từ 40 á 50 ngày (đến 100 ngày tuỳ nơi) khu vực nhiều giông nhất là vùng Đồng bằng Nam Bộ, số ngày giông hàng năm trung bình lên tới 120 á 140 ngày (Sài Gòn : 138 ngày, Hà Tiên : 129 ngày). ở Bắc Bộ chỉ có khoảng trên dưới 100 ngày. Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4 á tháng 9 trừ tháng 11 có số ngày giông trung bình 10 ngày/1 tháng. Còn suốt 6 tháng từ tháng 5 á 11 mỗi tháng đều quan sát được trung bình từ 15 á 20 ngày giông. ở Tây Nguyên, trong mùa đông thường chỉ 2 á 3 tháng số ngày giông đạt tới 1 á 5 ngày. Đó là các tháng 4, 5, 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được chừng 15 ngày giông. Qua khảo sát số liệu ở trên ta thấy rằng tình hình giông sét trên 3 miền khác nhau nhưng có những vùng lân cận nhau, mật độ giông sét tương đối giống nhau. Để tổng kết tình hình giông sét ở Việt Nam một cách hệ thống qua kết quả nghiên cứu của đề tài KC-03-07 người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông trong đó nêu rõ toàn thể lãnh thổ Việt Nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực. STT Vùng Ngày giông trung bình (ngày/năm) giơ giông trung bình (ngày/năm) Mật độ sét trung bình (lần/km) tháng giông cực đại 1 Đồng bằng ven biển Miền Bắc 81,4 215,6 6,47 8 2 Miền núi Trung du Miền Bắc 61,6 219,1 6,33 7 3 Cao nguyên Miền Trung 47,6 126,21 3,31 5,8 4 Ven biển Miền Trung 44 95,2 3,35 5,8 5 Đồng bằng Miền Nam 60,1 89,32 5,37 5,9 Bảng 1 : Thông số về giông sét ở các vùng Từ các số liệu về ngày giờ giông, số liệu đo lường nghiên cứu thực hiện qua các giai đoạn, có thể tính toán để đưa ra số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống đất cho các khu vực như ở bảng 2. Qua số liệu nghiên cứu ở trên ta thây rằng Việt Nam là nước có số ngày giông nhiều, mật độ sét lớn. Vì vậy giông sét là hiện tượng thiên nhiên gây ra nhiều thiệt hại cho lưới điện và các công trình quan trọng của Việt Nam. Số ngày giông Khu vực ven biển miền Bắc Khu vực trung du miền Bắc Khu vực cao nguyên miền Ttrung Khu vực ven biển miền Trung Khu vực ven biển miền Nam 20 á 40 2,43 á 4,86 2,4 á 4,2 1,2 á 2,4 1,22 á 2,44 1,26 á 2,52 40 á 60 4,86 á 7,29 4,2 á 6,3 2,4 á 3,6 2,44 á 3,65 2,52 á 3,78 60 á 80 7,29 á 9,27 6,3 á 8,4 3,6 á 4,8 3,65 á 4,87 3,78 á 5,04 80 á 100 9,27 á 12,15 8,4 á 10,5 4,8 á 6,0 4,87 á 6,09 5,04 á 6,3 100 á 120 12,15 á 14,5 10,5 á 12,6 6,0 á 7,2 6,09 á 7,31 6,3 á 7,36 Bảng 2 : Số ngày giông sét ở các khu vực 3. Kết luận : Sau khi nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của giông sét tới hoạt động của lưới điện ta thấy rằng việc bảo vệ các trạm điện và các đường dây trên không là rất cần thiết. ở những vùng lãnh thổ khác nhau, do điều kiện khí hậu và trang thiết bị kỹ thuật khác nhau nên đặc điểm về giông sét, tính chất và mức độ tác hại do giông sét gây ra cũng khác nhau. Vì vậy, việc tiếp thu các kết quả nghiên cứu về các thông số giông sét đặc tính hoạt động giông sét của từng vùng, từng khu vực để có những biện pháp chống sét cho hiệu quả và thích hợp. Chương 1 bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp I.Mở đầu Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống điện nhất là hệ thống điện lớn vì khi cần truyền tải đi xa người ta phải nâng cao điện áp cao để cho hiệu quả kinh tế (tổn thất điện áp nhỏ ). Đối với trạm biến áp theo thiết kế trong đồ án này thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời (như máy biến áp, máy cắt, máy biến áp đo lường…) nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề (làm hỏng đến các thiết bị trong trạm và gây nên những tổn thất vê kinh tế cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện và ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt của con người). Do vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ rất cao. Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột chống sét, dây thu sét. Tác dụng của hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này. Cột chống sét làm bằng sắt, bê tông hay cột gỗ. 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 xuất hiện trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó. Bởi vì khi có sét đánh vào bộ phận chống sét thì trên đó có một điện áp dư, nếu điện áp dư này đủ lớn thì nó có thể phóng điện qua các thiết bị khác lân cận. 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. II. Tính toán thiết kế các phương án bố trí cột chống sét Dựa vào đặc điểm của trạm ta có thể đặt cột chống sét độc lập hay trên kết cấu của trạm biến áp. Ta bố trí sơ bộ cột chống sét và số lượng cột chống sét trên cơ sở tận dụng các độ cao của các thiết bị kết cấu của trạm. 1.Các công thức sử dụng để tính toán a) Cột chống sét *) Độ cao cột chống sét: h =hx + ha (1-1) Trong đó: + hx : độ cao của vật được bảo vệ. + ha : độ cao tác dụng của cột chống sét, được xác định theo từng nhóm cột. (ha ³ D/8 m). (với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) *) Phạm vi bảo vệ của cột chống sét - Phạm vi bảo vệ của một cột chống sét độc lập sẽ là một miền xác định bởi mặt ngoài của một hình chóp nón tròn xoay có đường sinh là đường cong và bán kính bảo vệ đối với vật cao hx được tính như sau: Trong đó: - h: là độ cao của cột thu sét - rx: là bán kính của phạm vi bảo vệ ở đô cao hx Tuy nhiên việc sử dụng công thức (1-2) trong thực tế thì mà người ta chia ra các trường hợp sau để tính toán dạng công thức đơn giản hoá: + Nếu hx Ê 2/3h (1-3) + Nếu hx > 2/3h (1- 4) Trong thực tế có những công trình rất rộng do đó đòi hỏi độ cao của một cột là rất lớn gây khó khăn cho thi công nên người ta thường phối hợp nhiều cột chống sét với nhau. - Phạm vi bảo vệ của nhiều cột phối hợp với nhau lớn hơn nhiều so với phạm vi bảo vệ của nhiều cột độc lập. Trước tiên xét trường hợp hai cột chống sét: phạm vi giữa hai cột được bảo vệ nếu a < 7.h (với a là khoảng cách giữa hai cột chống sét). Khi có hai cột chống sét đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho và được xác định theo công thức: Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là rxo và được xác định như sau: Hình 1.1: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có cùng độ cao - Trường hợp hai cột chống sét có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: - Khi có hai cột chống sét 1 và 2 có độ cao h1 và h2 khác nhau: Hình 1.2: Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao khác độ cao. - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột chống sét 2’ có độ cao h2 , khi đó các khoảng cách a12 = a; a12’ = a'. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như sau với giả sử h2 > h1. + Nếu h1 > 2.h2/3: a’ = a- 0,75(h2 – h1) (1-7) + Nếu h1 2.h2/3: a’ = a – 1,5.h2 (1-8) Đối với trường hợp khi có hai cột chống sét cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho : (1-9) Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột 1 và 2 là: (1-10) + Nếu hx > 2.h0/3 ta có: r0x = 0,75.h0(1- hx/h0) (1-11) + Nếu hx 2h0/3 ta có; r0x = (1-12) - Xác định đường kính của ba cột chống sét: Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác hoặc tứ giác thì độ cao của cột chống sét phải thoả mãn: D Ê 8ha Trong đó: + D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được. + ha : Là độ cao tác dụng của cột chống sét. +Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột chống sét bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột chống sét có thể phối hợp được với nhau để bảo vệ được vật có độ cao hx nào đó là: a Ê 7h. Để xác định đường kính của đường tròn ngoại tiếp tam giác ta sử dụng các công thức tính diện tích tam giác sau: S = ; S = Trong đó: + p: là nửa chu vi tam giác (1;2;3): + R: là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;2;3). - Xác định đường kính của đường tròn đi qua bốn đỉnh của tứ giác: Ta có công thức xác định đường kính của hình chữ nhật sau: (1-14) b) Dây thu sét *) Độ cao của dây thu sét h = hx + ha (1-15) Trong đó: + hx là độ cao trung bình của dây dẫn. + ha là độ cao tác dụng của dây thu sét. *) Phạm vi bảo vệ của dây thu sét - Phạm vi bảo vệ của dây thu sét là một dải rộng dọc theo chiều dài của dây dẫn. *) Phạm vi bảo vệ của một dây thu sét - Khi hx 2h/3: (1-16) - Khi hx 2h/3: (1-17) *) Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét Khi đặt hai dây thu sét cách nhau một khoảng s = 4h thì mọi điểm trên mặt đất được bảo vệ nếu khoảng cách s < 4h. Phần bên ngoài của phạm vi bảo vệ được xác định như trường hợp một dây, còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung qua ba điểm: hai điểm treo dây chống sét và điểm giữa có độ cao Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 2. Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột chống sét bảo vệ trạm biến áp - Trạm có diện tích là: 100m x64m và bao gồm: + Hai máy biến áp T1 và T2 + 4 lộ 110kV đi vào. - Độ cao các thanh xà phía 110kV là 10,7m. 3. Vạch các phương án bảo vệ 3.1- Phương án 1 a)Sơ đồ bố trí các cột Phương án này ta sử dụng 15 cột thu sét để bảo vệ trạm. Để tận dụng độ cao của trạm ta đặt các cột thu sét trên các xà của trạm, sơ đồ bố trí cụ thể được vẽ chi tiết theo hình 1.4 sau: Hình 1.4: Sơ đồ bố trí các cột thu sét trong phương án 1 b)Xác định độ cao của các cột chống sét +Xét nhóm cột 1;2;4;5 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 2;3;5;6 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 4;5;7;8 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 5;6;8;9 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 7;8;10;11 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 8;9;11;12 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 10;11;13;14 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 11; 12;14;15 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: Qua tính toán độ cao tác dụng của các cột chống sét, có thể lấy chung một giá trị độ cao tác dụng tối thiểu của cột chống sét toàn trạm là chiều cao tác dụng của nhóm cột nào có giá trị lớn nhất. Do vậy ta lấy giá trị độ cao của cột chống sét chung là: ha = 4,69m cho cả hai mạng 110 kV và 35 kV. Với mạng 110 kV ta có: h = hx + ha = 10,7 + 4,69 = 15,39(m) Để tăng độ dự trữ bảo vệ ta chọn cột có độ cao h = 17m. Với mạng 35 kV ta có: h = hx + ha = 7,5 + 4,69 = 12,19(m) Để tăng độ dự trữ bảo vệ ta chọn cột có độ cao h = 14m. Ngoài ra vì có 3 cột đặt trên cột chiếu sáng có độ cao là 21m. *) Phạm vi bảo vệ của cột chống sét a) Phía 110 kV có độ cao cần bảo vệ là 10,7 m. + Bán kính bảo vệ ở độ cao 17m: hx =10,7 m < 2/3 h. Do vậy ta có: + Bán kính bảo vệ ở độ cao 21m: hx =10,7 m < 2/3 h. Do vậy ta có: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1,2): Ta có: Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (2,3): Ta có: Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (1;4): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (3;6): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (4,7): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 27,5 – 0,75.( 21 - 17) = 24,5 Vì hx < 2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ như sau: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (6;9): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 27,5 – 0,75.( 21 - 17) = 24,5 Vì hx < 2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ như sau: b) Phía 35 kV có độ cao cần bảo vệ là 7,5 m nên: + Bán kính bảo vệ ở độ cao 14m: hx =7,5 m < 2/3 h. Do vậy ta có: + Bán kính bảo vệ ở độ cao 21m: hx =7,5 m < 2/3 h. Do vậy ta có: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (7,10): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 22 – 0,75.( 21 - 14) = 17,5 Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (9,12): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 22 – 0,75.( 21 - 14) = 17,5 Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (10,13): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (12,15): Vì hx >2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (13,14): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 25,5 – 0,75.( 21 - 14) = 20,25 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: + Bán kính bảo vệ giữa hai cột thu sét: (14,15): a’= a – 0,75.(h1 – h2) = 25,5 – 0,75.( 21 - 14) = 20,25 Vì hx <2/3 h0 nên ta có phạm vi bảo vệ là: c) Kiểm tra khả năng bảo vệ đối với các thiết bị và công trình nằm ngoài phạm vi các cột Các thiết bị đều được an toàn khi đặt các cột bảo vệ như trên. * Nhận xét: các cột bảo vệ có chiều cao cụ thể như sau: h1 = h2 = h3 = h4= h5 =h6= 17m h7 = h9 = h14 = 21m h10 = h11 = h12 = h13= h15= 14 m Từ đó ta vẽ được phạm vi bảo vệ của các cột thu sét ở phương án 1. d) Tổng chiều dài các cột chống sét Trong phương án này sử dụng 15 cột chống sét: + 3 cột cao 21m trong đó tận dụng được độ cao có sẵn là 21m. + Các cột còn lại trồng độc lập. Vậy tổng chiều dài các cột phải xây dựng thêm là: H = 7.(17) + 5.14 = 189(m) 3.2 Phương án 2 a) Sơ đồ bố trí cột chống sét Phương án này ta sử dụng 12 cột thu sét. Để tận dụng độ cao của trạm ta đặt các cột thu sét trên xà của trạm, cụ thể như sau: + Cột 1; 2 : ta đặt trên xà của trạm với độ cao có sẵn là 10,7m + Cột 6; 8 : ta đặt trên xà của trạm với độ cao có sẵn là 7,5m + Cột 4; 5; 10: Sử dụng chiều cao có sẵn của cột đèn chiếu sáng với độ cao có sẵn là 21m. Các cột lại là các cột tự do. Sơ đồ bố trí các cột cụ thể như trên hình vẽ sau:  b) Xác định độ cao của cột chống sét + Xét các cột (1;2;3) cũng như nhóm cột (1,2,4) Ta có: Nhóm cột này tạo thành tam giác có các cạnh như sau: a12 = 34m a13 = =30,23 m a23 = =30,23 m áp dụng công thức Hêrông cho tam giác khi biết ba cạnh để tìm bán kính đường tròn ngoại tiếp. D = 2.R = 2.18,3 = 36,6(m) Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: + Xét các cột (1;3; 4) Ta có: Nhóm cột này tạo thành tam giác có các cạnh như sau: a14 == 51m a13 = =30,23 m a43 = =36,8 m áp dụng công thức Hêrông cho tam giác khi biết ba cạnh để tìm bán kính đường tròn ngoại tiếp. D = 2.R = 2.25,8 = 51,6(m) Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: + Xét các cột (2;3; 5) Ta có: Nhóm cột này tạo thành tam giác có các cạnh như sau: a25 == 51m a23 = =30,23 m a35 = =36,8 m áp dụng công thức Hêrông cho tam giác khi biết ba cạnh để tìm bán kính đường tròn ngoại tiếp. D = 2.R = 2.25,8 = 51,6(m) Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 4;6;7;11 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 11;5;7;8 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 6;7;9;10 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: +Xét nhóm cột 7;8;10;12 ta có: Nhóm cột này tạo thành hình chữ nhật có đường chéo chính như sau: Độ cao tác dụng của nhóm cột này là: So sánh hai độ cao ha ta lấy độ cao lớn nhất là: ha = 6,45m Phía điện áp 110 kV thì độ cao của thiết bị cao nhất cần bảo vệ là 10,7 m nên: Độ cao của các cột là: h = hx + ha = 10,7+ 6,45 = 17,15(m) Vậy ta chọn độ cao của các cột chống sét: h = 18m. Phía điện áp 35 kV thì độ cao của thiết bị cao nhất cần bảo vệ là 7,5 m nên: Độ cao của các cột là: h = hx + ha = 7,5+ 6,45 = 13,95(m) Vậy ta chọn độ cao của các cột chống sét: h = 15m. * Xác định phạm vi bảo vệ của các cột chống sét a) Phía điện áp 110 kV thì phạm vi bảo vệ như sau: +Phạm vi bảo vệ độ cao 10,7m của cột có độ cao 18 m là: +Phạm vi bảo vệ độ cao 10,7m của cột có độ cao 21 m là: + Bán kính