Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Điện năng giữ vai trò then chốt trong sự phát triển kinh tế quốc dân, phục vụ toàn bộ các ngành công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải và sinh hoạt xã hội. Trong hệ thống điện, trạm biến áp là phần tử trung tâm thực hiện nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng. Khi các thiết bị phân phối ngoài trời hoặc máy biến áp trong trạm bị sét đánh trực tiếp hoặc chịu tác động của quá điện áp khí quyển, sự cố có thể gây phá hủy thiết bị, dẫn tới nguy cơ ngừng cung cấp điện diện rộng kéo dài và gây tổn thất kinh tế nghiêm trọng.

Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa có mật độ dông sét cao, số ngày dông và cường độ dông biến động mạnh theo từng vùng địa lý. Thực tế vận hành cho thấy sự cố do dông sét chiếm tỷ trọng chủ yếu trong tổng số các sự cố trên lưới điện. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đề tài tốt nghiệp "Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp 220/110kV" của sinh viên Phạm Minh Hải (ngành Điện Tự động công nghiệp, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, dưới sự hướng dẫn của Th.S Đỗ Thị Hồng Lý) được thực hiện nhằm giải quyết bài toán chống sét toàn diện cho công trình phân phối điện cao áp.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài gồm các nội dung:

  1. Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng phóng điện dông sét và đánh giá tình hình hoạt động của dông sét trên các vùng miền tại Việt Nam cùng các tác động nhiệt, cơ, điện từ đối với hệ thống điện.
  2. Thiết lập cơ sở lý thuyết và công thức tính toán phạm vi bảo vệ của cột thu sét và dây thu sét theo tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
  3. Thu thập, phân tích thông số mặt bằng trạm biến áp 220/110kV, tính toán chi tiết các phương án bảo vệ chống sét đánh trực tiếp (phương án dùng cột thu sét thuần túy và phương án phối hợp cột cùng dây chống sét).
  4. So sánh kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn phương án bố trí hệ thống thu sét tối ưu nhất cho trạm.
  5. Nghiên cứu lý thuyết nối đất, tính toán hệ thống nối đất tự nhiên và thiết kế mạch vòng nối đất nhân tạo kết hợp nối đất an toàn và nối đất chống sét cho trạm biến áp đảm bảo điện trở tản theo quy chuẩn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và hệ thống nối đất an toàn - chống sét cho trạm biến áp cấp điện áp 220/110kV.
  • Phạm vi không gian: Mặt bằng trạm biến áp ngoài trời có tổng diện tích $55.500,\text{m}^2$, gồm phân trạm 220kV diện tích $34.500,\text{m}^2$ (chiều cao xà bảo vệ 16m và 11m) và phân trạm 110kV diện tích $19.200,\text{m}^2$ (chiều cao xà bảo vệ 11m và 8m).
  • Phạm vi dữ liệu: Số liệu dông sét tại Việt Nam, các quy chuẩn kỹ thuật trang bị điện và thông số cơ lý dây dẫn C-95.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Cơ sở lý thuyết áp dụng trong đồ án dựa trên các nguyên lý vật lý dông sét và quy phạm kỹ thuật điện:

  • Lý thuyết phóng điện sét mây - đất: Quá trình phóng điện qua giai đoạn phát triển tia tiên đạo và giai đoạn phóng điện ngược mang điện tích plasma mật độ lớn. Dòng điện sét $i_s$ có dạng sóng xung kích với biên độ biến thiên từ vài kA đến hàng trăm kA, tạo ra quá điện áp khí quyển và nguồn sinh nhiệt lớn.
  • Lý thuyết xác định phạm vi bảo vệ chống sét: Sử dụng mô hình hình chóp tròn xoay gãy khúc đối với cột thu sét đơn, cột thu sét kép cùng độ cao, cặp cột khác độ cao và nhóm nhiều cột hình đa giác ($D \le 8h_a$). Đối với công trình có chiều cao cột $h > 30,\text{m}$, áp dụng hệ số hiệu chỉnh $p = 5,5/\sqrt{h}$. Đối với dây thu sét, phạm vi bảo vệ được xác định qua mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với dây và điều kiện phối hợp hai dây ($s < 4h$).
  • Lý thuyết tính toán nối đất hệ thống điện: Nguyên lý tản dòng điện trong đất đối với hệ thống nối đất tập trung và nối đất phân bố dài. Xác định điện trở nối đất tự nhiên ($R_{TN}$) từ hệ thống dây chống sét của các đường dây đi vào trạm, điện trở nối đất an toàn cho mạng có trung tính trực tiếp nối đất ($R \le 0,5,\Omega$) và điện trở nối đất nhân tạo ($R_{NT} \le 1,\Omega$).

Phương pháp nghiên cứu và tính toán:

  • Phương pháp thống kê và phân tích thứ cấp: Khảo sát, tổng hợp dữ liệu khí tượng dông sét tại các vùng địa lý Việt Nam.
  • Phương pháp tính toán giải tích hình học: Ứng dụng quan hệ lượng giác, định lý Pytago và bán kính đường tròn ngoại tiếp đa giác để tính toán độ cao hữu ích $h_a$, bán kính bảo vệ $r_x, r_{0x}$ tại từng cao trình xà.
  • Phương pháp cơ học đường dây: Thiết lập phương trình trạng thái dây treo C-95 dưới tác động của tải trọng trọng lượng bản thân và áp lực gió cấp 3 ($v = 30,\text{m/s}$) để xác định ứng suất và độ võng $f$ ở khoảng vượt 64m.
  • Phương pháp so sánh chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật: Phân tích định lượng về số lượng cột, tổng chiều dài kim thu sét, khối lượng dây chống sét và độ phức tạp thi công để lựa chọn phương án tối ưu.

Nguồn dữ liệu sử dụng:

  • Chuỗi số liệu quan trắc dông sét tại Việt Nam.
  • Bản vẽ mặt bằng phân bố thiết bị trạm biến áp 220/110kV.
  • Tiêu chuẩn cơ lý dây chống sét C-95 và các quy chuẩn nối đất thiết bị điện cao áp.

Thiết kế và triển khai kỹ thuật

Trạm biến áp 220/110kV có mặt bằng kích thước $370,\text{m} \times 150,\text{m}$ (tổng diện tích $55.500,\text{m}^2$), được thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét và nối đất dựa trên các thông số cấu trúc kỹ thuật:

  • Phân trạm 220kV: Gồm 6 lộ đường dây, sử dụng sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có thanh góp vòng, cấp điện từ 2 máy biến áp lực (T3, T4) và 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2); diện tích mặt bằng $34.500,\text{m}^2$; độ cao xà cần bảo vệ là 16m và 11m.
  • Phân trạm 110kV: Gồm 8 lộ đường dây, sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có thanh góp vòng, cấp điện từ 2 máy biến áp tự ngẫu AT1 và AT2; diện tích mặt bằng $19.200,\text{m}^2$; độ cao xà cần bảo vệ là 11m và 8m.

Yêu cầu kỹ thuật lắp đặt cột thu sét:

  • Đối với cấp điện áp từ 110kV trở lên, mức cách điện của trạm đủ lớn nên cho phép đặt cột thu sét trực tiếp trên kết cấu xà đỡ của trạm để tận dụng chiều cao có sẵn.
  • Trụ xà có gắn kim thu sét phải được nối vào hệ thống nối đất chung của trạm bằng đường ngắn nhất sao cho dòng sét phân tán qua 3-4 cọc tiếp địa.
  • Mỗi chân trụ có đặt kim thu sét phải bố trí nối đất bổ sung để đảm bảo trị số điện trở tản cục bộ không vượt quá $4,\Omega$.
  • Khoảng cách nối đất giữa hệ thống thu sét và vỏ máy biến áp theo đường dẫn điện ngầm phải đạt từ 15m trở lên.

Dữ liệu tính toán phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu sét theo Phương án 1 (phương án chọn):

Nhóm cặp cột thu sét Khoảng cách $a$ (m) Chiều cao $h$ (m) Chiều cao $h_0$ (m) Mức cao bảo vệ $h_x$ (m) Bán kính bảo vệ $r_{0x}$ (m) Mức cao bảo vệ $h_x$ (m) Bán kính bảo vệ $r_{0x}$ (m)
1-2; 2-3; 4-5; 5-6; 6-7; 7-8; 9-10; 10-11; 11-12 64 26 (27) 16,857 16 0,643 11 4,661
1-5; 2-6; 3-7; 4-8 35 26 (27) 21,000 16 3,750 11 10,870
5-9; 6-10; 7-11; 8-12 40 26 (27) 20,286 16 3,214 11 9,804
13-14; 14-15; 16-17; 17-18; 19-20; 20-21 43 21 14,857 11 2,893 8 7,280
13-18; 14-17; 15-16; 16-21; 17-20; 18-19 54 21 13,286 11 1,714 8 4,920
4-19 (cặp cột khác chiều cao) 33,11 21 16,903 11 4,739 8 / 16 10,354 / 0,782

Thông số kỹ thuật hệ thống nối đất:

  • Điện trở suất của đất tại khu vực xây dựng trạm: $\rho = 0,85 \cdot 10^4,\Omega\cdot\text{cm}$ ($85,\Omega\cdot\text{m}$).
  • Dây chống sét đường dây: Dây thép C-95 có điện trở đơn vị $r_0 = 1,88,\Omega/\text{km}$.
  • Điện trở nối đất tự nhiên tính toán: 6 lộ đường dây 220kV có $R_{CS} = 0,44,\Omega$; 8 lộ đường dây 110kV có $R_{CS} = 0,274,\Omega$; tổng trở nối đất tự nhiên đạt $R_{TN} = 0,169,\Omega$.
  • Mạch vòng nối đất nhân tạo: Thiết kế mạch vòng dạng hình chữ nhật bao quanh trạm, lùi 1m so với ranh giới công trình, kích thước thực tế là $368,\text{m} \times 148,\text{m}$, chôn ngầm ở độ sâu $0,5 - 0,8,\text{m}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Sự ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Việt Nam

Chương này tổng kết cơ chế vật lý của hiện tượng phóng điện dông sét giữa đám mây và mặt đất. Phóng điện sét phát triển qua giai đoạn tiên đạo với tốc độ trung bình lần đầu khoảng $1,5 \cdot 10^7,\text{cm/s}$, mang điện tích plasma mật độ lớn tạo điện trường mạnh định hướng điểm đánh xuống nơi có điện dẫn cao. Giai đoạn phóng điện ngược sinh ra dòng xung kích $i_s = v_s \cdot \rho_s$ đạt biên độ từ vài kA đến hàng trăm kA.

Tác giả phân tích số liệu thống kê đặc điểm dông sét tại các miền khí hậu Việt Nam:

  • Miền Bắc: Số ngày dông dao động từ 70 đến 110 ngày/năm, số lần dông từ 150 đến 300 lần/năm (trung bình 2 - 3 cơn dông/ngày). Móng Cái là vùng nhiều dông nhất với 250 - 300 lần dông phân bố trong 100 - 110 ngày (tập trung vào tháng 7 và tháng 8). Vùng chuyển tiếp đồi núi - đồng bằng có khoảng 200 lần dông/năm. Nơi ít dông nhất miền Bắc là Quảng Bình (dưới 80 ngày dông/năm). Mùa dông Bắc Bộ tập trung từ tháng 5 đến tháng 9.
  • Vùng Duyên hải Trung Bộ: Phía Bắc (đến Quảng Ngãi) có mùa dông tập trung từ tháng 5 đến tháng 8 (khoảng 10 ngày/tháng), đỉnh điểm tháng 5 đạt 12 - 15 ngày (Đà Nẵng 14 ngày, Bồng Sơn 16 ngày). Phía Nam Duyên hải (từ Bình Định trở vào) ít dông hơn, cao điểm tháng 5 có Tuy Hòa 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày.
  • Miền Nam: Đồng bằng Nam Bộ có mật độ dông lớn nhất từ 120 đến 140 ngày/năm (TP. Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm). Mùa dông kéo dài từ tháng 4 đến tháng 11, trong đó tháng 5 cao điểm đạt trên 20 ngày dông (TP. Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày).
  • Khu vực Tây Nguyên: Mùa dông ngắn hơn, tháng cao điểm (tháng 5) ghi nhận 15 ngày dông ở Bắc Tây Nguyên và 10 - 12 ngày ở Nam Tây Nguyên (Kon Tum 14 ngày, Pleiku 17 ngày, Đà Lạt 10 ngày).

Tác động của sét lên lưới điện được xác định trên các phương diện: nguồn nhiệt năng phá hủy cơ học làm đứt dây tiếp địa và nóng chảy cách điện sứ; bức xạ điện từ trường gây nhiễu loạn thiết bị điện tử điều khiển trong phạm vi hàng trăm kilomet; sóng quá điện áp lan truyền gây ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha - pha làm nhảy máy cắt, đe dọa rã lưới điện và nguy cơ chọc thủng cách điện máy biến áp chính.

Chương 2: Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm

Chương 2 trình bày quy trình tính toán chi tiết và xây dựng các phương án chống sét đánh trực tiếp cho toàn bộ mặt bằng trạm biến áp 220/110kV. Tác giả thiết lập 2 phương án kỹ thuật:

  • Phương án 1 (Bố trí cột thu sét):
    • Phía 220kV sử dụng 12 cột thu sét cao 27m ($h_a = 11,\text{m}$, bảo vệ các cao trình xà 16m và 11m), gồm 6 cột đặt trên xà 16m (cột 2, 3, 5, 6, 7, 8), 4 cột đặt trên xà 11m (cột 9, 10, 11, 12), 1 cột xây mới độc lập (cột 1) và 1 cột đặt trên nóc nhà điều khiển cao 10m (cột 4).
    • Phía 110kV sử dụng 9 cột thu sét cao 21m ($h_a = 10,\text{m}$, bảo vệ các cao trình xà 11m và 8m), gồm 3 cột đặt trên xà 8m (cột 16, 17, 18), 4 cột đặt trên xà 11m (cột 19, 20, 21, 22) và 2 cột xây mới (cột 23, 24).
    • Tổng chiều dài kim và cột thu sét cần thi công là $L = 295,\text{m}$.
  • Phương án 2 (Phối hợp dây chống sét C-95 và cột thu sét):
    • Phía 220kV treo 3 dây chống sét C-95 dài 192m chia làm 3 khoảng vượt 64m (khoảng cách giữa các dây $S = 35,\text{m}$ và $S = 40,\text{m}$) trên 16 cột đỡ cao 27m (12 cột trên xà 11m, 2 cột trên xà 11m, 1 cột xây mới và 1 cột trên nhà điều khiển).
    • Phía 110kV sử dụng 9 cột thu sét cao 21m tương tự phương án 1 (cột 17 đến 25).
    • Tính toán cơ lý dây C-95 với tải trọng trọng lượng $g_1 = 8 \cdot 10^{-3},\text{kg/m}\cdot\text{mm}^2$, tải trọng gió cấp 3 ($v = 30,\text{m/s}$) $g_3 = 5,322 \cdot 10^{-3},\text{kg/m}\cdot\text{mm}^2$, ứng suất cho phép $\delta_{cp} = 21,7,\text{kG/mm}^2$, hệ số dãn nở nhiệt $\alpha = 12 \cdot 10^{-6}\text{ }^\circ\text{C}^{-1}$, cho độ võng $f = 0,23,\text{m}$ và xác định độ cao treo dây là 27m.
    • Tổng chiều dài cột là $L = 379,\text{m}$ và tổng chiều dài dây chống sét là $L_{dây} = 576,\text{m}$.

Kết quả so sánh kỹ thuật và kinh tế cho thấy cả hai phương án đều bao phủ an toàn 100% diện tích thiết bị trạm. Tuy nhiên, Phương án 1 có tổng chiều dài cột ngắn hơn ($295,\text{m} < 379,\text{m}$), không tốn chi phí kéo 576m dây chống sét và giảm chi phí xây dựng móng cột. Do đó, tác giả lựa chọn Phương án 1 làm phương án thiết kế chính thức.

Chương 3: Thiết kế hệ thống nối đất

Chương 3 giải quyết bài toán nối đất hệ thống điện cho trạm 220/110kV, phân định chức năng của nối đất an toàn, nối đất làm việc và nối đất chống sét:

  • Nối đất an toàn: Hạ thấp điện thế trên vỏ thiết bị kim loại khi có sự cố cách điện để triệt tiêu điện áp bước và điện áp tiếp xúc nguy hiểm cho người.
  • Nối đất làm việc: Đảm bảo chế độ làm việc định mức của thiết bị (nối đất điểm trung tính máy biến áp, biến điện áp đo lường).
  • Nối đất chống sét: Tản dòng xung kích sét vào lòng đất, hạn chế điện thế tăng cao trên thân cột thu sét nhằm ngăn ngừa hiện tượng phóng điện ngược.

Quy trình tính toán nối đất:

  • Tiêu chuẩn quy phạm: Trạm biến áp có cấp điện áp $\ge 110,\text{kV}$ thuộc hệ thống có điểm trung tính trực tiếp nối đất (dòng ngắn mạch chạm đất lớn), yêu cầu trị số điện trở nối đất cho phép là $R \le 0,5,\Omega$ và điện trở tản của hệ thống nối đất nhân tạo đặt thêm không quá $1,\Omega$.
  • Tính toán nối đất tự nhiên: Khai thác hệ thống dây chống sét C-95 treo trên các tuyến đường dây nối vào trạm ($r_0 = 1,88,\Omega/\text{km}$, đất có $\rho = 0,85 \cdot 10^4,\Omega\cdot\text{cm}$). Kết quả tính toán cho 6 lộ 220kV ($R_{CS} = 0,44,\Omega$) và 8 lộ 110kV ($R_{CS} = 0,274,\Omega$) xác định điện trở nối đất tự nhiên $R_{TN} = 0,169,\Omega$.
  • Mặc dù trị số $R_{TN} = 0,169,\Omega < 0,5,\Omega$ đã thỏa mãn tiêu chuẩn kỹ thuật về mặt lý thuyết, tác giả vẫn thiết kế hệ thống nối đất nhân tạo mạch vòng kín kích thước $368,\text{m} \times 148,\text{m}$ để phòng ngừa các biến động khí tượng và suy giảm tiếp xúc của nối đất tự nhiên trong quá trình vận hành lâu dài.

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả kỹ thuật chính của đồ án:

  • Thiết lập hoàn chỉnh cấu hình bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho toàn bộ trạm biến áp 220/110kV quy mô $55.500,\text{m}^2$, bảo vệ an toàn 4 máy biến áp (T3, T4, AT1, AT2), hệ thống thanh góp 220kV, thanh góp 110kV và toàn bộ thiết bị đóng cắt ngoài trời.
  • Tính toán chính xác phạm vi bảo vệ tại các cao trình xà trọng yếu (16m, 11m và 8m). Bán kính bảo vệ $r_{0x}$ giữa các cặp cột đều có giá trị dương, khẳng định không tồn tại vùng chết trong mặt bằng phân phối.
  • Tính toán trị số điện trở nối đất tự nhiên đạt $R_{TN} = 0,169,\Omega$, đáp ứng tiêu chuẩn $R \le 0,5,\Omega$ đối với trạm điện áp cao có dòng chạm đất lớn.

Bảng so sánh tổng kết hai phương án bảo vệ chống sét:

Chỉ tiêu so sánh Phương án 1 (Hệ thống cột thu sét) Phương án 2 (Dây chống sét phối hợp cột)
Số lượng cột phía 220kV 12 cột (chiều cao 27m) 16 cột (chiều cao 27m)
Số lượng cột phía 110kV 9 cột (chiều cao 21m) 9 cột (chiều cao 21m)
Khối lượng dây chống sét C-95 $0,\text{m}$ 3 dây dài $576,\text{m}$ ($3 \times 192,\text{m}$)
Tổng chiều dài cột thu sét $295,\text{m}$ $379,\text{m}$
Mức độ đáp ứng an toàn kỹ thuật Đạt $100%$ diện tích Đạt $100%$ diện tích
Chi phí đầu tư và độ phức tạp thi công Thấp hơn, thi công đơn giản (Được lựa chọn) Cao hơn, phức tạp khi căng dây qua khoảng vượt

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

  • Tận dụng tối đa kết cấu xà thép sẵn có của trạm để gắn cột thu lôi, giảm thiểu số lượng cột phải xây dựng móng độc lập.
  • Nối đất bổ sung tại từng chân trụ đỡ có gắn kim thu sét để duy trì điện trở cục bộ dưới $4,\Omega$, kết hợp duy trì khoảng cách dẫn điện ngầm tối thiểu 15m giữa điểm nối đất cột thu sét và vỏ máy biến áp.
  • Kết hợp nối đất an toàn và nối đất chống sét thành một hệ thống liên hoàn nhằm tối ưu hóa khả năng tản dòng xung kích.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Trong phần lý thuyết tính toán nối đất phân bố dài, đồ án đã đơn giản hóa bài toán bằng cách bỏ qua quá trình phóng điện phi tuyến trong lòng đất và bỏ qua thành phần điện dung xung kích $C$ để thuận tiện cho việc giải tích gần đúng.
  • Đề tài tập trung chủ yếu vào hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và nối đất trạm, chưa đi sâu tính toán phối hợp cách điện và cấu hình thiết bị chống sét van (chống sét thứ cấp) bảo vệ đầu cực máy biến áp khi có sóng truyền lan từ đường dây vào trạm.

Hướng phát triển nghiên cứu tiếp theo:

  • Mở rộng tính toán mô phỏng quá trình quá độ của sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm và kiểm tra khả năng làm việc của chống sét van bảo vệ cách điện máy biến áp.
  • Ứng dụng các thuật toán giải số để khảo sát chi tiết ảnh hưởng của hiện tượng phóng điện xung kích trong môi trường đất không đồng nhất nhiều lớp.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành phù hợp cho:

  • Sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật điện, Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện thực hiện đồ án môn học Khí cụ điện, Kỹ thuật cao áp, Thiết kế nhà máy điện và trạm biến áp.
  • Kỹ sư thiết kế điện tham khảo các bước tính toán giải tích hình học phạm vi bảo vệ của nhóm nhiều cột thu sét có chiều cao khác nhau theo phương pháp kinh nghiệm chuẩn.
  • Các nội dung có giá trị ứng dụng cao gồm: phương pháp lập phương trình trạng thái dây treo chống sét trong trạm và quy trình kiểm tra điện trở nối đất tự nhiên của hệ thống dây chống sét kết hợp mạch vòng nhân tạo.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy mô mặt bằng và cấu hình thiết bị chính của trạm biến áp 220/110kV trong đồ án được xác định như thế nào? Trạm biến áp có tổng diện tích mặt bằng là $55.500,\text{m}^2$ ($370,\text{m} \times 150,\text{m}$). Phía 220kV có diện tích $34.500,\text{m}^2$, gồm 6 lộ đường dây, 2 máy biến áp lực (T3, T4), 2 máy biến áp tự ngẫu (AT1, AT2), sử dụng sơ đồ 2 thanh góp có thanh góp vòng với độ cao xà cần bảo vệ là 16m và 11m. Phía 110kV có diện tích $19.200,\text{m}^2$, gồm 8 lộ đường dây cấp điện từ AT1 và AT2, độ cao xà cần bảo vệ là 11m và 8m.

2. Lý do chính khiến tác giả chọn Phương án 1 (dùng cột thu sét) thay vì Phương án 2 (kết hợp dây và cột thu sét) là gì? Cả hai phương án đều đảm bảo an toàn kỹ thuật che chắn toàn bộ trạm. Tuy nhiên, Phương án 1 có tổng chiều dài cột cần chế tạo là 295m (so với 379m ở Phương án 2), không cần lắp đặt 576m dây chống sét C-95, số lượng cột ít hơn, giúp hạ giá thành đầu tư vật liệu và giảm độ phức tạp trong thi công, bảo dưỡng trên cao.

3. Tiêu chuẩn điện trở nối đất an toàn đối với trạm biến áp 220/110kV được quy định ra sao và kết quả tính toán trong đồ án đạt bao nhiêu? Đối với trạm biến áp có điểm trung tính trực tiếp nối đất (cấp điện áp $\ge 110,\text{kV}$), quy trình hiện hành quy định trị số điện trở nối đất an toàn cho phép là $R \le 0,5,\Omega$. Đồ án tính toán điện trở nối đất tự nhiên của 6 lộ dây chống sét 220kV và 8 lộ 110kV đi vào trạm đạt $R_{TN} = 0,169,\Omega$, thỏa mãn tiêu chuẩn kỹ thuật quy định.

4. Khi bố trí cột thu sét trực tiếp trên kết cấu xà của trạm biến áp từ 110kV trở lên, những yêu cầu kỹ thuật bắt buộc nào phải được tuân thủ? Cột thu sét được phép đặt trên xà trạm $\ge 110,\text{kV}$ do mức cách điện của trạm cao. Tuy nhiên, trụ đỡ đặt kim thu sét phải được nối vào hệ thống nối đất trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng sét tản qua 3-4 cọc tiếp địa, chân trụ phải có nối đất bổ sung để điện trở không quá $4,\Omega$, và khoảng cách theo đường dẫn điện ngầm giữa điểm tiếp địa cột thu sét tới vỏ máy biến áp phải lớn hơn 15m.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Phạm Minh Hải đã thực hiện đầy đủ nhiệm vụ tính toán thiết kế bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và hệ thống nối đất an toàn cho trạm biến áp 220/110kV quy mô $55.500,\text{m}^2$. Qua phân tích kỹ thuật và so sánh kinh tế, phương án bố trí 21 cột thu sét (12 cột cao 27m phía 220kV và 9 cột cao 21m phía 110kV) đã được chứng minh là giải pháp tối ưu, đảm bảo che chắn toàn diện cho toàn bộ thiết bị và thanh góp ngoài trời. Hệ thống nối đất kết hợp giữa nối đất tự nhiên ($R_{TN} = 0,169,\Omega$) và mạch vòng nhân tạo kích thước $368,\text{m} \times 148,\text{m}$ đáp ứng nghiêm ngặt quy chuẩn an toàn điện lực ($R \le 0,5,\Omega$). Công trình là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo rõ ràng trong công tác thiết kế hệ thống chống sét cho các trạm biến áp truyền tải cao áp.