Hcmute xây dựng giải pháp chống sét cho công trình viễn thông điển hình tại các vùng miền của việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT CHO
CƠNG TRÌNH VIỄN THƠNG ĐIỂN HÌNH TẠI CÁC
VÙNG MIỀN CỦA VIỆT NAM

MÃ SỐ: T2018-38TĐ

SKC 0 0 6 5 4 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2019

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT CHO
CƠNG TRÌNH VIỄN THƠNG ĐIỂN HÌNH
TẠI CÁC VÙNG MIỀN CỦA VIỆT NAM
Mã số: T2018-38TĐ

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

TP. HCM, tháng 04 năm 2019

Luan van


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT CHO
CƠNG TRÌNH VIỄN THƠNG ĐIỂN HÌNH
TẠI CÁC VÙNG MIỀN CỦA VIỆT NAM
Mã số: T2018-38TĐ

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
Thành viên đề tài: NCS. Lê Quang Trung

TP. HCM, tháng 04 năm 2019

Luan van


DANH SÁCH THÀNH VIÊN VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

1. Chủ nhiệm đề tài:
 PGS.TS. Quyền Huy Ánh, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM.
2. Đơn vị phối hợp:
 NCS. Lê Quang Trung, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM.

viii

Luan van


MỤC LỤC
Trang
DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH ................ i
MỤC LỤC .......................................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .......................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ..................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. vii
THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BẰNG TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH ..... viii

Chương 1: MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong & ngồi nước .............................................. 1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................... 5
1.3. Mục tiêu của đề tài…………………………………………………………………5
1.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu……………………………………….. .5
1.5. Đối tương và phạm vi nghiên cứu…………………..…………………………….. 5
1.6. Nội dung nghiên cứu……………………………………………………………….6
Chương 2: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG……………….………………………………… 7
2.1.Tính tốn rủi ro thiệt hại do sét……………………………………………………. 7
2.2.Giải pháp chống sét 6 điểm………………………………………………………... 9
2.3.Các tiêu chuẩn bảo vệ quá áp………………………………………………… … . 10

2.4. Tổng quan về SPD ................................................................................................. 14
2.5. Các loại SPD .......................................................................................................... 15
Chương 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH CẢI TIẾN THIẾT BỊ CHỐNG SÉT TRÊN
ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP .......................................................................................... 17
3.1. Xây dựng mơ hình cải tiến thiết bị chống sét hạ áp trên Matlab .......................... 17
3.2. Kiểm tra điện áp dư của thiết bị chống sét ............................................................. 27

viii

Luan van


3.3. Kết luận………………………………………………………………………. ..... 30
Chương 4: QUI TRÌNH TÍNH RỦI RO, LỰA CHỌN VÀ KIỂM TRA THIẾT BỊ
CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN CHO CƠNG TRÌNH ĐIỂN HÌNH ....... 31
4.1. Tổng quan............................................................................................................... 31
4.2. Qui trình tính tốn và lựa chọnTBCSĐN ............................................................... 31
4.3. Tính tốn cho cơng trình điển hình mang tính minh họa ....................................... 36
4.4. Quy trình tính tốn cho các cơng trình viễn thơng ở các vùng miền của Việt Nam
........................................................................................................................................46
4.5. Kết luận .................................................................................................................. 46
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN .................. 48
5.1. Kết luận .................................................................................................................. 48
5.2. Hướng nghiên cứu phát triển ................................................................................. 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 49
PHỤ LỤC..................................................................................................................... 52

viii

Luan van

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1.Giải pháp chống sét 6 điểm. ........................................................................... 10
Hình 2.2.Các cấp quá điện áp cho phép của thiết bị ..................................................... 12
Hình 2.3.Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế cho mạng 1 pha ........................... 13
Hình 2.4.Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế cho mạng 3 pha ........................... 13
Hình 2.5.Vị trí lắp đặt SPD tại tủ phân phối. ................................................................ 14
Hình 2.6.Thiết bị cắt sét. ............................................................................................... 15
Hình 2.7.Thiết bị lọc sét ................................................................................................ 16
Hình 3.1.Đặc tuyến V-I của MOV ............................................................................... 18
Hình 3.2.Sơ đồ mơ hình điện trở phi tuyến của V = f(I) của MOV .............................. 19
Hình 3.3.Mơ hình cải tiến MOV hạ áp ......................................................................... 20
Hình 3.4.Biểu tượng thiết bị chống sét MOV hạ áp ..................................................... 21
Hình 3.5.Hộp thoại khai báo biến và hộp thoại Initialization của MOV ...................... 21
Hình 3.6.Hộp thơng số đầu vào mơ hình thiết bị chống sét MOV hạ áp. ..................... 23
Hình 3.7.Sơ đồ mơ phỏng của thiết bị chống sét hạ áp ................................................. 24
Hình 3.8.Điện áp dư của S14K320 với xung 8/20µs, 3kA ở 280C, 1000C ................... 24
Hình 3.9.Điện áp dư của S20K320 với xung 8/20µs, 3kA ở 280C, 1000C ................... 25
Hình 3.10.Điện áp dư của B32K320 với xung 8/20µs, 5kA ở 280C, 1000C ................ 25
Hình 3.11.Điện áp dư của B60K320 với xung 8/20µs, 5kA ở 280C, 1000C ................ 26
Hình 3.12. Thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K .................................................... 26
Hình 3.13.Điện áp dư của MFV20D511K ở 280C, 1000C ............................................ 28
Hình 3.14. Thí nghiệm thiết bị MFV 20D511K với hệ thống AXOS8 ........................ 28
Hình 3.15.Điện áp dư của MFV 20D511K ở 280C ....................................................... 29
Hình 3.16.Điện áp dư của MFV 20D511K ở 1000C ..................................................... 29
Hình 4.1 Quy trình đánh giá rủi ro cho trạm viễn thơng ............................................... 32
Hình 4.2.Quy trình lựa chọn và kiểm tra khả năng bảo vệ của TBCSĐN………...…..34
Hình 4.3. Các dạng xung sét tiêu chuẩn ........................................................................ 35
viii

Luan van


Hình 4.4. Giá trị điện áp dư quá độ do sét đối với thiết bị điện tử ............................... 36
Hình 4.5. Sơ đồ mô phỏng mạng phân phối điện trên phần mềm Matlab .................... 41
Hình 4.6. Dạng sóng điện áp dư qua tải AC khi chưa lắp đặt SPD .............................. 42
Hình 4.7. Dạng sóng điện áp dư qua tải DC khi chưa lắp đặt SPD .............................. 43
Hình 4.8. Dạng sóng điện áp dư tại tải AC khi xung sét 8/20µs 40kA ........................ 44
Hình 4.9. Dạng sóng điện áp dư tại tải DC khi xung sét 8/20µs 40kA ........................ 45

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 2.1. Cấu hình bảo vệ quá áp đối với lưới điện hạ áp. ............................................ 14
Bảng 2.2. Các tầng bảo vệ bảo vệ của thiết bị lọc sét. .................................................... 16
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật thiết bị chống sét hạ áp của hãng SIEMENS .................... 24
Bảng 3.2. So sánh điện áp dư theo mô phỏng và theo catalogue của thiết bị
S14K320 và S20K320 ở 28oC và 1000C ........................................................................ 25
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật thiết bị chống sét hạ áp của EPCOS ................................. 25
Bảng 3.4. So sánh điện áp dư theo mô phỏng và theo catalogue của
thiết bị chống sét hạ áp EPCOS ở 280C và 1000C .......................................................... 27
Bảng 3.5. Thông số kỹ thuật của thiết bị chống sét lan truyềnMFV 20D511K. ............. 28
Bảng 3.6. So sánh điện áp dư giữa thực nghiệm thực tế và mơ hình. ............................. 30
Bảng 4.1. Giá trị rủi ro thành phần cho rủi ro R1.. ......................................................... 37
Bảng 4.2. Giá trị rủi ro thành phần cho rủi ro R2 ........................................................... 38
Bảng 4.3. So sánh giá trị các giá trị rủi ro với rủi ro theo tiêu chuẩn IEC 62305-2. ...... 38
Bảng 4.4. Giá trị rủi ro thành phần cho rủi ro R1. .......................................................... 39
Bảng 4.5. Giá trị rủi ro thành phần cho rủi ro R2. .......................................................... 39
Bảng 4.6. So sánh giá trị rủi ro của các thành phần khi được lắp đặt SPD với giá trị rủi
ro theo tiêu cuẩn IEC 62305-2. ....................................................................................... 40

Bảng 4.7. Giá trị mô phỏng điện áp dư qua các tải khi chưa lắp SPD. ........................... 42
Bảng 4.8. Giá trị mô phỏng điện áp dư qua tải AC khi lắp SPD tại tủ phân phối chính
và tủ phân phối phụ. ........................................................................................................ 44

viii

Luan van


Bảng 4.9. Giá trị điện áp dư qua tải DC khi lắp SPD tại tủ phân phối chính. ................ 45

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
- SPD: Surge Protective Device

Thiết bị bảo vệ xung

- MOV: Metal Oxide Varistor

Biến trở Oxide kim loại

- TBBVĐN

Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền
trên đường nguồn

viii

Luan van

THÔNG TIN- KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. THÔNG TIN CHUNG


Tên đề tài: Xây dựng giải pháp chơng sét cho cơng trình viễn thơng điển
hình tại các vùng miền của Việt Nam.



Mã số: T2018-38TĐ



Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh



Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh.



Thời gian thực hiện: từ tháng 3/2017 đến tháng 3/2018.

2. MỤC TIÊU
 Nghiên cứu các tiêu chuẩn quốc tế và trong nước về bảo vệ chống sét cho trạm
viễn thông;
 Nghiên cứu giải pháp hợp lý chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp cho
trạm viễn thông điển hình;
 Đề xuất giải pháp hợp lý chống sét cho trạm viễn thơng điển hình tại Việt Nam.
3. TÍNH MỚI VÀ SÁNG TẠO

 Xây dựng mơ hình cải tiến thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp
có xét đến các yếu tố ảnh hưởng.
 Đề xuất qui trình tính tốn rủi ro, lựa chọn và kiểm tra thiết bị chống sét trên
đường nguồn cho cơng trình viễn thơng điển hình.
4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
 Xây dựng xuất mơ hình chi tiết thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp trong
mơi trường Matlab có xét đến các thông số như: Điện áp làm việc cực đại, dòng xung
cực đại, sai số điện áp ngưỡng, nhiệt độ mơi trường. Mơ hình thiết bị chống sét có sai
số nằm trong phạm vi cho phép (<10%).
 Đề xuất phương án bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn cho cơng trình
viễn thơng điển hình tại Việt Nam.

viii

Luan van


5. SẢN PHẨM
 Công bố 1 bài báo trên tạp chí International Journal of Engineering Research &
Technology (IJERT) Vol. 8, Issue 3, Mar 2019.
 Đào tạo một tiến sĩ Ngành Kỹ thuật điện:Lê Quang Trung đã bảo vệ cấp cơ sở
tháng 1/2019.
6. HIỆU QUẢ
Kết quả nghiên cứu được đăng trên tạp chí chun ngành nước ngồi và được sử
dụng làm tài liệu học tập và tham khảo cho các công ty Điện lực, các viên nghiên cứu,
các học viên cao học ngành Kỹ thuật điện.
7. PHƯƠNG THỨC CHUYỂN GIAO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ KHẢ
NĂNG ÁP DỤNG
Kết quả nghiên cứu được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành
Công nghệ Kỹ thuật điện-điện tử và học viên cao học, nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật

điện.
Trưởng Đơn vị
(ký, họ và tên)

Chủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)

PGS.TS. Quyền Huy Ánh

viii

Luan van


RESULT INFORMATION

1. GENERAL INFORMATION
 Building lightning solution for typical telecommunication facilities in regions of
Vietnam.
 Code number: T2018-38TD
 Coordinator: Associate Professor Quyen Huy Anh
 Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh city
 Duration: from March, 2019 to Mar, 2019.
2. OBJECTIVE
 Research on international standards and national standards of lightning
protection for telecommunication stations;
 Research on reasonable solutions to prevent lightning surge on low voltage
power lines for typical telecommunication stations;
 Propose reasonable lightning protection solutions for typical telecommunication
stations in Vietnam.

3. CREATIVENESS AND INNOVATIVENESS
 Building improved SPD model on low-voltage power lines taking into account
the influencing factors.


Proposing risk calculation process, selecting and checking lightning protection

equipment on power lines for typical telecommunication facilities.
4. RESEARCH RESULT


Build a detailed model of SPD on the low voltage power line in Matlab

environment taking into account the following parameters: maximum working voltage,
maximum pulse current, threshold voltage error, ambient temperature. The SPD model
has an error within the allowable range.
xi

Luan van


5. PRODUCTS
 01 paper on International Journal of Engineering Research & Technology
(IJERT) Vol.8 Issue 3, Mar - 2019.
 Training one PhD of electrical engineering: Mr. Le Quang Trung has been
defended the grassroots level in January 2019.
6. EFFECTS
The study results were published in professional journals abroad and are used as
learning materials and reference for the Electricity Corporation, the research institutes,
graduate students in Electrical Engineering.

7.

TRANSFER

ALTERNATIVES

OF

RESEARCH

RESULTS

AND

APPLICABILITY
The research results are used as a reference for students of electrical engineering
technology and electronics, graduate student and post-graduate in electrical
engineering.
Dean of faculty

Coordinator

Assoc. Prof. Dr. Quyen Huy Anh

xi

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
Việt Nam là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm có gió mùa, mật độ sét
cao. Vì vậy, thiệt hại do sét gây ra hàng năm là rất lớn về con người, dịch vụ và kinh
tế. Từ năm 1998 đến nay, cùng với việc nghiên cứu công nghệ chống sét và đề ra các
giải pháp chống sét đã được nhiều tổ chức, cơ quan quan tâm, cũng như sự ra đời của
các công ty trong lãnh vực chống sét đã tạo điều kiện để chúng ta tiếp cận các công
nghệ và thiết bị chống sét hiện đại, nhưng hầu hết các giải pháp chống sét ở Việt Nam
đưa ra chưa mang tính tổng thể bao gồm từ việc đánh giá rủi ro thiệt hại do sét gây ra
để tính tốn xác định mức bảo vệ chống sét cần thiết, trên cơ sở đó đề xuất phương án
bảo vệ (hay mức bảo vệ) chống sét thích hợp.
Ngồi ra, ngành Viễn thơng nước ta ngày càng phát triển mạnh mẽ, theo đó các
cơng trình viễn thơng xuất hiện ngày càng nhiều trên phạm vi cả nước. Đây là các đối
tượng có nhiều rủi ro thiệt hại do sét. Vì vậy, việc xây dựng giải pháp chống sét cho
cơng trình viễn thơng điển hình tại Việt Nam là cần thiết.
a. Ngồi nước:
1. Alan Chiste, C.E.T, Product Manager and James Funke, P.E. Chief Engineer
Eaton’s Culter-Hammer Calgary, AB, Canada, “Electronic systems protection via
advanced surge protective devices”, 2015 [1].
Cơng trình này trình bày các hệ thống bảo vệ thiết bị điện tử bằng các thiết bị triệt
xung tiên tiến, ngồi ra cơng trình này cũng đưa ra các kết luận về hiệu quả bảo vệ của
các phương án khi sử dụng các thiết bị triệt xung truyền thống và các thiết bị triệt xung
tiên tiến;

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

1

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

2. Marcus O. Durham, Karen D. Durham, Robert A. Durham “Transient voltage
surge suppression

design and correlation”, Petroleum and Chemical Industry

Conference 2000 [2].
Cơng trình này trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến việc thiết kế thiết bị triệt xung
quá độ cần quan tâm như: điện áp ngưỡng, xung dòng định mức, mạch lọc tần số, năng
lượng tiêu tán, …Các phân tích đi sâu vào việc đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nêu
tre6nn đến hiệu quả bảo vệ, từ đó cần lựa chọn giải pháp chống sét phù hợp cho từng
trường hợp cụ thể.
3. ANSI/IEEE C62.41 –2003, Recommended Practice on Surge Voltages in Low
Voltage AC Power Circuits [3].
Tiêu chuẩn này cung cấp cơ sở thực tế cho việc lựa chọn điện áp và dòng điện thử
nghiệm, áp dụng trong việc đánh giá khả năng chịu đựng dòng xung của thiết bị kết nối
với mạng điện công cộng cấp điện cho khu dân cư, khu thương mại, và chiếu sáng
công nghiệp. Các khuyến cáo cụ thể bao gồm nguồn gốc xung đột biến, các dạng sóng
của xung điện áp, nguồn và trở kháng. Ba vùng bảo vệ được xếp loại tùy theo vị trí lắp
đặt thiết bị bảo vệ, và các dạng sóng và biên độ xung thử nghiệm thiết bị bảo vệ ứng
với từng vùng cũng được đề cập;
4. IEC 61643:2005, Surge protective devices connected to low-voltage power
distribution systems [4].
Tiêu chuẩn này trình bày các nguyên lý chung về chống sét đánh trực tiếp, sét cảm
ứng, cũng như các dạng quá áp khác. Các thơng số kỹ thuật chính và các phương pháp

thử nghiệm thiết bị triệt xung cũng được đề cập. Các thiết bị triệt xung này phải có ít
nhất một phần tử phi tuyến, có chức năng giới hạn điện áp và rẽ dòng xung xuống đất.
5. Lightning protection for telecommunication station, ABB, 2006 [5].
Cơng trình này trình bày tổng quan giải pháp chống sét đánh trực tiếp, chống sét lan
truyền trên đường nguồn, chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cho trạm viễn thông,
nhưng mức độ chi tiết của giải pháp chưa đạt và hiệu quả bảo vệ chưa được xem xét.

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

2

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

6. Lightning Protection & Grouding Solution for Communication Sites, Ken R.
Rand, Polyphaser 2000 [6].
Công trình này trình bày một cách chi tiết giải pháp chống sét đánh trực tiếp, chống
sét lan truyền trên đường nguồn, chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cho trạm viễn
thông.
b. Trong nước:
1. TCXDVN 9385:2012, Chống sét cho công trình xây dựng-Hướng dẫn thiết kế,
kiểm tra, bảo trì hệ thống: Cơng trình này chủ yếu trình bày các phương pháp bảo vệ
chống sét đánh trực tiếp và phương pháp tính rủi ro thiệt hại do sét [7].
Tiêu chuẩn này cũng đưa ra những chỉ dẫn cho việc chống sét đối với các trường
hợp đặc biệt như kho chứa chất nổ, những cơng trình tạm như cần cẩu, khán đài bằng
kết cấu khung thép, và các chỉ dẫn chống sét cho các hệ thống lưu trữ dữ liệu điện tử.
Các hướng dẫn trong tiêu chuẩn này mang tính tổng quát, khi áp dụng vào một hệ
thống chống sét cụ thể cần xem xét tới các điều kiện thực tế liên quan đến hệ thống đó.

Trong những trường hợp đặc biệt khó khăn thì cần tham khảo ý kiến của các chun
gia.Tồn bộ cơng trình phải được bảo vệ bằng một hệ thống chống sét kết nối hồn
chỉnh với nhau, khơng có bộ phận nào của cơng trình được tách ra để bảo vệ riêng.
2. TCVN 9888:2013, Bảo vệ chống sét: Tiêu chuẩn này trình bày bốn phần chính:
Phần 1 trình bày các nguyên tắc chung của bảo vệ chống sét; Phần 2 trình bày nhu cầu
bảo vệ, các lợi ích kinh tế của các biện pháp bảo vệ đang lắp đặt và việc lựa chọn; Phần
3 trình bày các biện pháp bảo vệ để giảm thiệt hại vật chất và nguy hiểm tính mạng;
Phần 4 trình bày các biện pháp bảo vệ để giảm hư hỏng các hệ thống điện và điện tử
trong một kết cấu [8].
3. Quyền Huy Ánh, Nguyễn Cơng Tráng. Xác định vị trí chống sét van trên cơ sở
giảm rủi ro hư hỏng. Tạp chí Phát Triển Khoa Học & Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

3

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

Tp Hồ Chí Minh, K2/2012. Cơng trình này đề xuất phương pháp xác định vị trí lắp đặt
chống sét van hợp lý trên cơ sở giảm rủi ro thiệt hại do sét ở mức thấp nhất [9].
4. Quyền Huy Ánh, Bùi Kim Cường. Giải pháp chống sét tổng thể trong trạm
viễn thơng. Tạp chí Cơng nghệ thơng tin & trùn thơng, 9/2013. Cơng trình này
nghiên cứu giải pháp chống sét tổng thể cho trạm viễn thơng nhưng chưa xem xét đền
việc tính tốn rủi ro thiệt hại do sét và cũng chưa đề xuất giải pháp chống sét tổng thể
cho trạm viễn thông điển hình tại Việt Nam [10].
5. Quyen Huy Anh, Le Quang Trung, Phan Chi Thach. Risk assessment of
damage to telecommunication sites due to lightning in typical in VietNam, GTSD14

Vol I, Ses 4. Cơng trình này đề xuất phương pháp tính tốn rủi ro thiệt hại do sét cho
trạm viễn thông điển hình tại Việt Nam nhưng chưa đề xuất giải pháp hay qui trình
chống sét cụ thể cho cơng trình dạng này [11].
6. Le Quang Trung, Quyen Huy Anh, Phan Chi Thach. Compare the different
recent methods and propose the improved method for risk assessement of damages
due to lightning, AETA 2015: Recent Advances in Electrical Engineering and Related
Sciences, Springer 2015. Cơng trình này so sánh các phương pháp tính tốn rủi ro thiệt
hại do sét theo các tiêu chuẩn hiện hành và đề xuất phương pháp tính tốn kết hợp
nhằm nâng cao độ chính xác xác định rủi ro thiệt hại do sét [12].
7. Le Quang Trung, Quyen Huy Anh, Phan Chi Thach, Hoang Thi Trang. Factors
Influencing the Selection and Installation of Surge Protecter on Low Voltage Power
Line. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 102-109,
3/2016. Cơng trình này xem xét các yều tố ảnh hưởng khi lựa chọn và lắp đặt thiết bị
triệt xung trên đường nguồn hạ áp [13].
Nhìn chung, chưa có cơng trình tại Việt Nam cơng bố liên quan đến việc đề xuất
giải pháp chống sét cho cơng trình viễn thơng điển hình trên các vùng miền của Việt
Nam.

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

4

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

1.2.TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu giải pháp chống sét cho trạm viễn thơng đã được nhiều nhóm và tổ
chức nghiên cứu trên thế giới và trong nước quan tâm. Tuy nhiên, các giải pháp chống

sét này chưa mang tính tồn diện vì chưa xem xét một cách chi tiết hiệu quả bảo vệ
chống sét lan truyền trên đường nguồn có xét đến các yếu tố ảnh hưởng, cũng như ảnh
hưởng của hoạt động dông sét tại các vùng miền khác nhau của Việt Nam. Vì vậy, việc
nghiên cứu và đề xuất giải pháp hợp lý chống sét cho cơng trình viễn thơng điển hình
trên các vùng miền của Việt Nam là yêu cầu bức thiết.
1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
 Nghiên cứu các tiêu chuẩn quốc tế và trong nước về bảo vệ chống sét cho trạm
viễn thông;
 Nghiên cứu giải pháp hợp lý chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp cho
trạm viễn thơng điển hình ;
 Đề xuất giải pháp hợp lý chống sét cho trạm viễn thông điển hình tại Việt Nam.
1.4. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.4.1. Cách tiếp cận
 Nghiên cứu giải pháp hợp lý chống sét lan truyền trên đường nguồn cho trạm
viễn thông;
 Đề xuất giải pháp hợp lý chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp cho trạm
viễn thông điển hình tại Việt Nam..
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo tài liệu, giải tích, tổng hợp, mơ hình hóa và mơ phỏng.
1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.5.1. Đối tượng nghiên cứu
Mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp, qui trình xây dựng giải pháp chống sét trên
đường nguồn hạ áp cho trạm viễn thơng điển hình tại Viêt Nam.
PGS.TS.Qùn Huy Ánh

5

Luan van

Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

1.5.2. Phạm vi nghiên cứu
Giải pháp hợp lý chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp cho trạm viễn thơng
điển hình tại Việt Nam.
1.6. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Chương 1: Mở đầu;
 Chương 2: Các vấn đề chung;
 Chương 3: Xây dựng mô hình cải tiến TBCS trên đường nguồn hạ áp;
 Chương 4: Qui trình tính tốn rủi ro, lựa chọn và kiểm tra thiết bị chống sét
trên đường nguồn cho công trình điển hình;
 Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển.
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

6

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

Chương 2

CÁC VẤN ĐỀ CHUNG
2.1. Tính tốn rủi ro thiệt hại do sét
Tính tốn rủi ro thiệt hại do sét là bước đầu tiên trước khi đề xuất bất cứ giải pháp
chống sét nào cho một cơng trình. Trên thế giới cũng như trong nước, có các tiêu chuẩn

về đánh giá rủi ro thiệt hại do sét đã được công bố cụ thể như sau:
 Tiêu chuẩn IEC 62305-2 [14] đánh giá rủi ro thiệt hại do sét gây ra cho cơng
trình xây dựng và các dịch vụ liên quan. Nội dung tiêu chuẩn đã cung cấp qui trình
đánh giá rủi ro thiệt hại do sét gây ra. Trong q trình tính tốn đánh giá rủi ro, nếu giá
trị tổng rủi ro tính tốn cao hơn giá trị rủi ro cho phép thì cần phải đề xuất giải pháp và
lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét thích hợp để làm giảm rủi ro đến mức bằng hoặc
thấp hơn so với giá trị rủi ro cho phép (giá trị rủi ro theo tiêu chuẩn). Trong đó, đánh
giá rủi ro thiệt hại do sét có xét đến các thành phần rủi ro do sét đánh trực tiếp và gián
tiếp vào cơng trình, sét đánh trực tiếp và gián tiếp vào những đường dây dịch vụ kết
nối đến cơng trình và từ đó xác định giá trị rủi ro tổng. Tính tốn đánh giá rủi ro thiệt
hại do sét đã xét đến các yếu tố: đặc điểm của cơng trình (kích thước, cơng trình vật
liệu, vị trí cơng trình…); Đặc điểm những đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình
(biện pháp lắp đặt và bảo vệ của đường dây); mật độ sét khu vực; những biện pháp bảo
vệ hiện có cho cơng trình và những đường dây dịch vụ; mức độ thiệt hại và tổn thất do
sét; nguồn gây ra thiệt hại (trực tiếp, gián tiếp,…); dạng thiệt hại (liên quan đến vật
sống, thiệt hại vật chất, hư hỏng các thiết bị điện điện tử,…); dạng tổn thất (con người,
kinh tế, dịch vụ công cộng, di sản văn hóa).
 Tiêu chuẩn NFC 17-102 [15], đưa những quy định và yêu cầu bảo vệ chống sét
cho các cơng trình cơng trình (tòa nhà) hay những khu vực mở (kho bãi, sân thể
thao,…) bằng hệ thống phát xạ sớm. Quy trình đánh giá rủi ro dựa trên so sánh giá trị
rủi ro được tính tốn và giá trị rủi ro chấp nhận được để đề xuất giải pháp và lựa chọn
thiết bị bảo vệ thích hợp. Quá trình tính tốn đánh giá rủi ro cũng xét đến các yếu tố:

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

7

Luan van

Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

Đặc điểm của công trình; Đặc điểm những đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình;
mật độ sét khu vực; những biện pháp bảo vệ hiện có cho cơng trình và những đường
dây dịch vụ; mức độ thiệt hại và tổn thất do sét; nguồn gây ra thiệt hại; dạng thiệt hại;
dạng tổn thất.
 Tiêu chuẩn AS/NZS 1768 [16], tính tốn đánh giá rủi ro thiệt hại do sét gây ra
cho cơng trình, con người, các thiết bị bên trong hay những dịch vụ kết nối đến cơng
trình, những cơng trình chứa các vật liệu dễ cháy, những nhà kho, những cơng trình với
những thiết bị điện tử nhạy cảm (máy tính, máy fax, modem, ...). Quy trình tính tốn
đánh giá rủi ro được xây dựng dựa trên các nguyên tắc về quản lý rủi ro trong IEC
62305-2 nhưng đã được đơn giản hóa bằng cách giảm số lượng các tham số được lựa
chọn liên quan đến: Cấp độ SPD được thiết kế lắp đặt, thông ̣ số xác suất phụ thuộc
dạng che chắn đường dây, cách lắp đặt đường dây, điện áp chịu xung của thiết bị;
Thông ̣ số xác suất phụ thuộc biện pháp bảo vệ chống điện áp tiếp xúc và điện áp bước
và các thành phần thiệt hại ở mức tối thiểu gồm có: Thiệt hại về sự sống, thiệt hại vật
chất, thiệt hại do sự cố từ các hệ thống điện-điện tử. So sánh giá trị rủi ro thiệt hại tính
tốn với với giá trị rủi ro chấp nhận được (giá trị rủi ro theo tiêu chuẩn), từ đó cho phép
lựa chọn đề xuất biện pháp bảo vệ để giảm thiểu rủi ro đến một giới hạn chấp nhận
được. Đánh giá rủi ro do sét theo tiêu chuẩn [16] ngoài những yếu tố được đề cập trong
tiêu chuẩn [14] còn xét đến các yếu tố như: Xác suất phóng điện nguy hiểm phụ thuộc
vật liệu xây dựng cơng trình; số lượng những đường dây dịch vụ; xác suất dây dẫn bên
ngồi mang xung sét vào cơng trình.
 Tiêu chuẩn BS EN 62305-2 [14], cung cấp quy trình đánh giá rủi ro thiệt hại do
sét gây ra cho các dạng cơng trình và các dịch vụ liên quan. Quy trình đánh giá rủi ro
dựa trên so sánh giá trị rủi ro được tính tốn và giá trị rủi ro chấp nhận được để đề xuất
giải pháp và lựa chọn thiết bị bảo vệ thích hợp. Tiêu chuẩn [17] được xây dựng dựa
theo tiêu chuẩn [14]. Do đó, trong quá trình tính tốn đánh giá rủi ro cũng xét đến các
yếu tố: Đặc điểm của cơng trình; đặc điểm những đường dây dịch vụ kết nối đến cơng
trình; mật độ sét khu vực; những biện pháp bảo vệ hiện có cho cơng trình và những

PGS.TS.Qùn Huy Ánh

8

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

đường dây dịch vụ; mức độ thiệt hại và tổn thất do sét; nguồn gây ra thiệt hại; dạng
thiệt hại; dạng tổn thất.
 Tiêu chuẩn NFPA 780 [18], đưa ra những yêu cầu cho việc thiết kế, lắp đặt hệ
thống bảo vệ chống sét cho những dạng cơng trình như: Những cơng trình thơng
thường; những cơng trình cơng nghiệp; tàu thùn; những cơng trình chứa hơi dễ cháy.
Quy trình tính tốn đánh giá rủi ro của tiêu chuẩn tương đối đơn giản, đánh giá rủi ro
chỉ dựa trên cơ sở bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho cơng trình, chưa xét đến những
yếu tố liên quan đến sét đánh gián tiếp và sét lan truyền trên những đường dây dịch vụ
đi vào công trình. Các tham số đầu vào để đánh giá rủi ro chủ yếu xét đến các yếu tố:
Kích thước và vị trí cơng trình; loại vật liệu xây dựng; con người hay các đối tượng
khác bên trong cơng trình.
 Tiêu chuẩn IEEE 1410 [19] phân tích các yếu tố ảnh hưởng gây ra các sự cố quá
áp do sét lan truyền trên đường dây phân phối trên không hạ áp như: Khoảng cách giữa
các dây pha, độ cao của cột, góc bảo vệ của dây bảo vệ chống sét và yếu tố che chắn
dọc đường dây phân phối trên không. Từ đó, đưa ra những hướng dẫn cho việc thiết kế,
lắp đặt đường dây đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật, hạn chế thiệt hại do sét gây ra.
2.2. Giải pháp chống sét 6 điểm
Để bảo vệ chống sét cho trạm viễn thông cần thực hiện giải pháp chống sét 6 điểm:
 Điểm 1: Thu bắt sét tại điểm định trước bằng cách sử dụng kim Franklin hay
kim phóng điện sớm;
 Điểm 2: Dẫn sét xuống đất an toàn bằng cáp thoát sét chống nhiễu Ericore;

 Điểm 3: Tản nhanh năng lượng sét xuống đất bằng cách thực hiện nối đất với
tổng tở nối đất đủ thấp (thường Rnđ ≤10Ω);
 Điểm 4: Đẳng thế các hệ thống nối đất bằng van đẳng thế.
 Điểm 5: Chống sét lan truyền trên đường nguồn bằng thiết bị cắt sét và thiết bị
lọc sét;
 Điểm 6: Chống sét lan truyền trên đường tín hiệu bằng các thiết bị chuyên dùng.

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

9

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài, ở đây tập trung vào điểm 5 và giả thiết các
điểm còn lại đã dược thực hiện.

1. Thu bắt sét tại điểm định trước
2. Dẫn sét xuống đất an toàn
3. Tản nhanh năng lượng sét vào đất
4. Đẳng thế các hệ thống đất
5. Chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn
6. Chống sét lan truyền trên đường tín hiệu






TE






Hình 2.1. Giải pháp chống sét 6 điểm
2.3. Các tiêu chuẩn bảo vệ quá áp [21÷23]
Với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, thiết bị điện và điện tử dựa trên mạch điện
bán dẫn và bộ vi xử lý được sử dụng rộng rãi. Các thiết bị này rất nhạy cảm và bị phá
hỏng bởi xung sét lan truyền trên đường nguồn.
Do đó, các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn được sử dụng
rộng rãi ở hệ thống phân phối hạ thế để chống lại sự ảnh hưởng của xung sét gây ra.
Việc lắp đặt và cấu hình của các thiết bị bảo vệ chống sét có liên quan đến xung sét
trong những vùng khác nhau tùy theo vào loại cấp vị trí của ANSI/IEEE Std. C62.411991 và cấp lắp đặt của IEC60 664-1.

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

10

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

2.3.1.Qui định về bảo vệ quá áp theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41-1991
Theo ANSI/IEEE Std. C62.41-1991 định nghĩa có 3 mức độ quá điện áp ở các
cơng trình dựa trên các cấp vị trí như sau:

 Cấp C là cấp vị trí của bên ngồi và đường nguồn hạ áp cấp điện cho tòa nhà.
 Cấp B là cấp vị trí của đường dây cáp ngầm và mạch điện nhánh ngắn.
 Cấp A là cấp vị trí của lối ra và mạch điện nhánh dài, dài hơn 10m so với cấp B
hoặc dài hơn 20m so với cấp C.
2.3.2. Qui định về bảo vệ quá áp theo tiêu chuẩn IEC 62305
Theo tiêu chuẩn IEC 62305 thì điện áp dư là điện áp lớn nhất xuất hiện tại điểm kết
nối của thiết bị chống sét khi xảy ra hiện tượng quá áp. Điện áp dư càng thấp càng tốt
cho thiết bị kết nối phía sau thiết bị chống sét, có 4 mức quá độ điện áp được định
nghĩa dựa trên cấp lắp đặt:
 Quá điện áp loại IV dành cho thiết bị được sử dụng ở ngõ vào toà nhà (đường
nguồn hạ áp) như đồng hồ điện, thiết bị công nghiệp và thiết bị bảo vệ quá dòng sơ
cấp. Thiết bị chịu được điện áp < 6000V;
 Quá điện áp loại III dành cho thiết bị ở tủ điện chính và cho trường hợp mà ở đó
độ tin cậy và tính sẵn sàng của thiết bị phụ thuộc vào những yêu cầu đặc biệt như các
công tắc ở tủ điện chính. Thiết bị này chịu được điện áp < 4000V;
 Quá điện áp loại II dành cho thiết bị điện tiêu thụ điện từ tủ điện chính như thiết
bị, dụng cụ di động và thiết bị gia đình. Ở thiết bị này thường chịu được điện áp <
2500V;
 Quá điện áp loại I dành cho thiết bị nối với mạch điện mà sự đo lường được đưa
vào để giới hạn quá điện áp tạm thời ở mức thấp thích hợp như mạch điện tử. Thiết bị
nhạy cảm này chỉ chịu được điện áp < 1500V như Hình 2.2.

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

11

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2018-38TĐ

Hình 2.2. Các cấp quá áp điện áp cho phépcủa thiết bị.
2.3.3. Hệ thống bảo vệ chống quá áp do sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp
Để bảo vệ quá áp do sét cho các thiết bị dùng điện trong nhà, cần lắp đặt các thiết
bị chống sét theo các mạng khác nhau nhằm bảo vệ một cách có hiệu quả các thiết bị
dùng điện.
Cấu trúc hệ thống bảo vệ quá áp trong mạng hạ áp phải tuân thủ theo các yêu cầu
khác nhau, cụ thể tùy thuộc vào:
 Số lượng thiết bị, loại thiết bị bảo vệ quá áp, cách bố trí lắp đặt,…
 Lắp đặt thiết bị bảo vệ sao cho giới hạn quá áp phù hợp với mức cách điện xung
của thiết bị được bảo vệ.
 Khả năng chịu dòng ngắn mạch của thiết bị bảo vệ quá áp phải lớn hơn giá trị
dòng ngắn mạch có thể xuất hiện tại vị trí lắp đặt.
 Khoảng cách giữa các thiết bị bảo vệ và thiết bị được bảo vệ.
Đối với mạng điện 1 pha, 3 pha hạ áp thông thường thiết bị bảo vệ quá áp được lắp
đặt tùy theo kiểu nối đất của các mạng điện này (Hình 2.3, Hình 2.4).

PGS.TS.Quyền Huy Ánh

12

Luan van