Nghiên cứu giải pháp chống sét cho thiết bị điện và điện tử bên trong tòa nhà

Mc lc GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang vii
MC LC

Lý lch khoa hc i
Nhim v lun văn thc sƿ iv
Li cam đoan v
Li cám n vi
Mc lc vii
Danh mc hình nh ix
Danh mc bng biu xv
CHNG 1:
TNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Các nghiên cu trong và ngoài nc 3
1.3 Mc tiêu nghiên cu 3
1.4 Nhim v nghiên cu và gii hn đề tài 3
1.5 Phơng pháp nghiên cu 4
1.6 Điểm mi ca lun văn 4
1.7 Giá trị thc tin ca lun văn 4
CHNG 2: THIT K LP ĐT CÁC H THNG BO V CHNG
XUNG SÉT ĐIN T (LPMS) 5
2.1 Gii thiu tiêu chuẩn IEC 62.305 5
2.2 H thống bo v chống xung sét đin từ. 6
2.2.1 Các phơng án bo v chống xung sét đin từ (LPMS) 7
2.2.2 Vùng bo v chống sét (LPZ) 9
2.2.3 Tính toán đin từ trng trong LPZ 13
2.3 Nối đất và bao bọc 17
2.3.1 H thống nối đất 18
2.3.2 H thống bao bọc 18
2.3.3 S kết hp ca h thống nối đất và h thống bao bọc 20

2.3.4 Bao bọc ti ranh gii ca LPZ 22
Mc lc GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang viii
2.4 Cách thc đi dây 23
CHNG 3:
XÂY DNG MÔ HÌNH MOV VÀ MÔ HÌNH SG TRONG
MATLAB 25
3.1 Phân vùng bo v 25
3.2 Mô hình SG 26
3.2.1 Khe phóng đin (Spark Gap) 26
3.2.2 Gii thiu mô hình 27
3.2.3 Mô hình khe h phóng đin không khí Spark gap 29
3.2.4 Mô phỏng mô hình Spark Gap. 33
3.3 Mô hình MOV 37
3.3.1 MOV (Metal Oxide Varistor) 37
3.3.2 Nguyên lý làm vic ca mô hình 39
3.3.3 Đánh giá mô hình 39
3.3.4 Xây dng mô hình MOV 40
CHNG 4:
PHI HP SPD 53
4.1 Tổng quát 53
4.2 Mc tiêu chung và nguyên tắc phối hp các SPD 54
4.2.1 Mc tiêu chung ca phối hp các SPD 54
4.2.2 Nguyên tắc phối hp 55
4.3 Phối hp biến đổi cơ bn cho h thống bo v 56
4.3.1 Biến đổi I 56
4.3.2 Biến đổi II 64
4.3.3 Biến đổi III 72
4.4 nh hng ca đin cm dây nối đến đin áp d. 80
CHNG 5:

KT LUN VĨ HNG NGHIÊN CU PHÁT TRIN 84
5.1 Kết Lun 84
5.2. Hng nghiên cu phát triển 84
TÀI LIU THAM KHO 85

Danh mc hình nh GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang ix
DANH MC HÌNH NH

Hình 2.1: Nguyên tắc chung phân chia thành LPZ khác nhau 6
Hình 2.2a:LPMS sử dng vùng bao bọc và phối hp SPD bo v " 8
Hình 2.2b: LPMS sử dng vùng bao bọc ca LPZ 1 và SPD bo v  ngõ vào ca 8
Hình 2.2c: LPMS sử dng dây bọc bên trong và SPD bo v  ngõ vào ca LPZ 1 ậ
8
Hình 2.2d: LPMS bằng cách chỉ sử dng "phối hp SPD bo v" 9
Hình 2.2: Bo v chống li LEMP 9
Hình 2.3a: Liên kết gia hai vùng LPZ 1 sử dng SPD 10
Hình 2.3b: Liên kết gia hai vùng LPZ 1 sử dng cáp bọc hoặc ống dn cáp bọc 11
Hình 2.3c: Liên kết gia hai vùng LPZ 2 sử dng SPD 11
Hình 2.3d: Liên kết gia hai vùng LPZ 2 sử dng cáp bọc hoặc ống dn cáp bọc 11
Hình 2.4a: Biến áp đặt bên ngoài công trình 12
Hình 2.4b: Biến áp đặt bên trong công trình (LPZ 0 m rộng vào LPZ 1) 12
Hình 2.4c: Phối hp SPD (0/1) và SPD (1/2) 12
Hình 2.4d: Chỉ sử dng một SPD (0/1/2) (LPZ 2 m rộng đến LPZ 1) 12
Hình 2.5a: Từ trng bên trong LPZ 1 13
Hình 2.5b: Từ trng bên trong LPZ 2 13
Hình 2.5: Đánh giá các giá trị từ trng trong trng hp ca một tia sét đánh trc
tiếp 13
Hình 2.6: Đánh giá các giá trị từ trng trong trng hp ca tia sét đánh gần đó 15
Hình 2.7: H thống nối đất ba chiều bao gồm các mng li bao bọc liên kết vi h

thống nối đất 17
Hình 2.8: H thống nối đất dng li ca một nhà máy 18
Hình 2.9: Sử dng gia cố thanh cho một công trình liên kết đẳng thế 19
Hình 2.10: Liên kết đẳng thế trong một công trình cốt thép 20
Hình 2.11: S kết hp ca h thống đin to thành h thống bao bọc 21
Danh mc hình nh GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang x
Hình 2.12: Kết hp các phơng pháp kết hp các h thống đin tử trong h thống
bao bọc 22
Hình 2.13a: không bo v h thống 24
Hình 2.13b: Gim từ trng bên trong đi vào LPZ bi không gian che chắn ca nó
24
Hình 2.13c: Gim nh hng ca trng trên đng dây theo dây che chắn 24
Hình 2.13d: Gim din tích vòng cm ng bi đng đi dây phù hp 24
Hình 2.13: Gim hiu ng cm ng ca đng đi dây và bin pháp che chắn 24
Hình 3.1: Các dng xung sét tiêu chuẩn 25
Hình 3.2: Mô hình khe h không khí đề nghị 30
Hình 3.3: Sơ đồ khối điều khiển SC 31
Hình 3.4: Khai báo các thông số trong Breaker 32
Hình 3.5: Sơ đồ mô phỏng phóng đin khe h không khí trong MATLAB 32
Hình 3.6: To biểu tng cho mô hình trong MatLab 33
Hình 3.7: Biểu tng mô hình khe h phóng đin không khí Spark Gap 33
Hình 3.8: Sơ đồ mch mô phỏng Spark Gap vi nguồn xung áp 34
Hình 3.9: Khai báo các thông số ca mô hình 34
Hình 3.10a: Đáp ng ca Spark Gap có Vbreak=3kV vi xung áp 1.2/50µs 5kV 35
Hình 3.10b: Đáp ng ca Spark Gap có Vbreak=3kV vi xung áp 1.2/50µs 10kV 35
Hình 3.11: Sơ đồ mch mô phỏng Spark Gap vi nguồn xung dòng 36
Hình 3.12: Đáp ng ca Spark Gap vi xung dòng 8/20µs 4kA 36
Hình 3.13: Quan h dòng đin ậ đin áp ca mô hình MOV. 38
Hình 3.14: Hộp thoi ca mô hình MOV trong Matlab. 38

Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý ca mô hình 39
Hình 3.16: Mô hình MOV 40
Hình 3.17: Đặc tính V ậ I ca MOV có sai số TOL  10% 41
Hình 3.18: Sơ đồ mô hình đin tr phi tuyến V = f(I) ca MOV 41
Hình 3.19: Sơ đồ mch tơng đơng ca mô hình MOV đề nghị 43
Hình 3.20: Biểu tng mô hình MOV h thế 43
Danh mc hình nh GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang xi
Hình 3.21: Hộp thoi khai báo biến Parameters ca mô hình MOV h thế 44
Hình 3.22: Hộp thoi Initialization ca mô hình MOV h thế 45
Hình 3.23: Hộp thoi thông số mô hình MOV h thế 45
Hình 3.24: Sơ đồ mô phỏng đáp ng ca MOV h thế 46
Hình 3.25: Đin áp d và dòng đin qua mô hình MOV khi mô phỏng MOV
VE17M02750K vi xung 8/20µs ậ 2kA 47
Hình 3.26: Đin áp d và dòng đin qua mô hình MOV khi mô phỏng MOV
VE17M 02750K vi xung 8/20µs ậ 3kA 47
Hình 3.27: Đin áp d và dòng đin qua mô hình MOV khi mô phỏng MOV
VE13M 02750K vi xung 8/20µs ậ 2KA 48
Hình 3.28: Đin áp d và dòng đin qua mô hình MOV khi mô phỏng MOV
V275LA 40A vi xung 8/20µs ậ 3kA 49
Hình 3.29: Đin áp d và dòng đin qua mô hình MOV khi mô phỏng MOV
V275LA 40A vi xung 8/20µs ậ 5kA 49
Hình 3.30: Đin áp d và dòng đin qua mô hình MOV khi mô phỏng MOV
B60K275 vi xung 8/20µs ậ 5kA 51
Hình 3.31: Đin áp d và dòng đin qua mô hình MOV khi mô phỏng MOV
B60K275 vi xung 8/20µs ậ 10kA 51
Hình 3.32: Đin áp d và dòng đin qua mô hình MOV khi mô phỏng MOV
B60K275 vi xung 8/20µs ậ 20kA 51
Hình 4.1: Ví d cho các ng dng ca SPD trong các h thống phân phối nguồn 53
Hình 4.2: Mô hình cơ bn cho năng lng phối hp ca SPD 55

Hình 4.3: Phối hp biến đổi I 56
Hình 4.4: Sơ đồ mô phỏng matlab phối hp các SPD có đặc tuyến đin áp/dòng
đin liên tc. 57
Hình 4.5: Phối hp biến đổi I - SPD vi xung dòng có biên độ 3kA 57
Hình 4.5-a: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 57
Hình 4.5-b: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 58
Hình 4.5-c: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 58
Danh mc hình nh GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang xii
Hình 4.6: Phối hp biến đổi I - SPD vi xung dòng có biên độ 20kA 59
Hình 4.6-a: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA. 59
Hình 4.6-b: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA. 59
Hình 4.6-c: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA. 60
Hình 4.7: Phối hp biến đổi I - SPD vi xung dòng có biên độ 70kA 60
Hình 4.7-a: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 70kA. 60
Hình 4.7-b: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ 70kA. 61
Hình 4.7-c: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 70kA. 61
Hình 4.8a: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA vi
dòng xung bo v cc đi ca 3 tầng SPD gim dần 62
Hình 4.8b: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA
vi dòng xung bo v cc đi ca 3 tầng SPD gim dần 62
Hình 4.8c: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 70kA
vi dòng xung bo v cc đi ca 3 tầng SPD gim dần 63
Hinh 4.8: Phối hp biến đổi I ậ Phối hp 3 SPD vi dòng xung bo v cc đi ca 3
tầng SPD gim dần 63
Hình 4.9: Phối hp biến đổi II 64
Hình 4.10: Sơ đồ mô phỏng matlab phối hp các SPD có đặc tuyến đin áp/dòng
đin liên tc. 65
Hình 4.11: Phối hp biến đổi II - SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 65
Hình 4.11-a: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 65

Hình 4.11-b: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 66
Hình 4.11-c: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 66
Hình 4.12: Phối hp biến đổi II - SPD vi xung dòng có biên độ 20kA. 67
Hình 4.12-a: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA 67
Hình 4.12-b: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA 67
Hình 4.12-c: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA 68
Hình 4.13: Phối hp biến đổi II - SPD vi xung dòng có biên độ 70kA. 68
Hình 4.13-a: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 70kA 68
Danh mc hình nh GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang xiii
Hình 4.13-b: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ 70kA 69
Hình 4.13-c: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 70kA 69
Hình 4.14-a: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA
vi dòng xung bo v cc đi ca 3 tầng SPD gim dần 70
Hình 4.14-b: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA
vi dòng xung bo v cc đi ca 3 tầng SPD gim dần 70
Hình 4.14: Phối hp biến đổi II ậ Phối hp 3 SPD vi dòng xung bo v cc đi ca
3 tầng SPD gim dần 70
Hình 4.15: Phối hp biến đổi III 72
Hình 4.16: Sơ đồ mô phỏng matlab phối hp các SPD có đặc tuyến đin áp/dòng
đin liên tc. 72
Hình 4.17: Phối hp biến đổi III - SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 73
Hình 4.17-a: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 73
Hình 4.17-b: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 74
Hình 4.17-c: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ 3kA. 74
Hình 4.18: Phối hp biến đổi III - SPD vi xung dòng có biên độ 20kA. 75
Hình 4.18-a: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA 75
Hình 4.18-b: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ 20kA 76
Hình 4.18-c: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ
20kA 76

Hình 4.19: Phối hp biến đổi III - SPD vi xung dòng có biên độ 70kA. 77
Hình 4.19-a: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 1 SPD vi xung dòng có biên độ 70kA . 77
Hình 4.19-b: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 2 SPD vi xung dòng có biên độ
70kA 78
Hình 4.19-c: Phối hp biến đổi III ậ Phối hp 3 SPD vi xung dòng có biên độ
70kA 78
Hình 4.20: Xung đin áp gia dây dn và thanh liên kết 80
Hình 4.21: Mô hình mô phỏng phối hp 1SPD bỏ qua cm kháng đng dây. 81
Hình 4.22: Mô phỏng bỏ qua đin kháng trên đng dây. 81
Danh mc hình nh GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang xiv
Hình 4.23: Mô hình mô phỏng phối hp 1SPD xét đến đin kháng đng dây. 82
Hình 4.24: Mô phỏng xét đin kháng trên đng dây. 82
Hình 2.25 ậ a: Mối nối T. 83
Hình 2.25 ậ b: Mối nối V. 83
Hình 2.25: Mối nối T và V 83


Danh mc bng biểu GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang xv
DANH MC BNG BIU

Bng 2.1: H số che chắn ca mng li bao bọc ng vi một mc xung 15
Bng 2.2: Mặt cắt tối thiểu cho các thành phần liên kết 23
Bng 3.1: Xung sét cc đi theo vùng bo v và mt độ sét 26
Bng 3.2: Kết qu so sánh khi mô phỏng SSG3X-1 ca hãng EPCOS và DGP B255
ca hãng DEHN vi nguồn xung áp 1.2/50 µs. 36
Bng 3.3: Kết qu so sánh khi mô phỏng FLASHTRAB FLT-PLUS ca hãng
PHOENIX CONTACT vi nguồn xung dòng 8/10µs. 37
Bng 3.4: Thông số k thut MOV h thế ca hãng AVX

46
Bng 3.5: Kết qu so sánh khi mô phỏng MOV h thế ca hãng AVX
48
Bng 3.6: Thông số k thut MOV h thế ca hãng Littelfuse
48
Bng 3.7: Kết qu so sánh khi mô phỏng MOV h thế ca hãng Littelfuse
50
Bng 3.8: Thông số k thut MOV h thế ca hãng SIEMENS
50
Bng 3.9: Kết qu mô phỏng MOV h thế ca hãng SIEMENS 52
Bng 4.1: Kết qu so sánh khi mô phỏng phối hp SPD theo phơng pháp phối hp
biến đổi 1. 62
Bng 4.2: Kết qu so sánh khi mô phỏng phối hp SPD theo phơng pháp phối hp
biến đổi 1 vi 2 kiểu phối hp thay đổi dòng xung sét bo v. 63
Bng 4.3: Kết qu so sánh khi mô phỏng phối hp SPD theo phơng pháp phối hp
biến đổi 2 69
Bng 4.4: Kết qu so sánh khi mô phỏng phối hp SPD theo phơng pháp phối hp
biến đổi 2 vi 2 kiểu phối hp thay đổi dòng xung sét bo v. 71
Bng 4.5: Kết qu so sánh khi mô phỏng phối hp 3 SPD ca biến đổi 1 và biến đổi
2. 71
Bng 4.6: Kết qu so sánh khi mô phỏng phối hp SPD theo phơng pháp phối hp
biến đổi 3 79
Bng 4.7: Kết qu so sánh khi mô phỏng phối hp SPD ca biến đổi 1, biến đổi 2 và
biến đổi 3 79
Danh mc bng biểu GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang xvi
Bng 4.8: Kết qu so sánh trng hp bỏ qua đin kháng và tính đin kháng ca
dây nối. 82

Chơng 1: Tổng quan GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 1
CHNG 1:
TNG QUAN
1.1 Đt vấn đ
Theo c tính ca các nhà chuyên môn, trên khắp mặt địa cầu, c mỗi giây,
có khong 100 lần sét đánh xuống mặt đất. Sét không nhng có thể gây thơng
vong cho con ngi mà còn có thể phá hy nhng tài sn ca con ngi nh các
công trình xây dng, công trình cung cấp năng lng, hot động hàng không, các
thiết bị dùng đin, các Đài Truyền thanh ậ Truyền hình, các h thống thông tin
liên lc…
Vit Nam là một nc nằm trong khu vc nhit đi ẩm gió mùa, khí hu Vit
Nam rất thun li cho vic phát sinh, phát triển ca dông sét. Số ngày có dông 
Vit Nam thuộc loi khá ln. Trong mng đin, quá đin áp và quá trình quá độ do
sét đánh là nguyên nhân ch yếu gây ra các s cố và làm h hỏng các thiết bị lắp đặt
trong công trình. Nên vic đề ra các gii pháp chống sét, la chọn, phối hp các
thiết bị bo v phù hp và nghiên cu chế to thiết bị chống sét đóng vai trò rất
quan trọng trong vic hn chế nhng tác hi do sét gây ra.
Thit hi do sét lan truyền trong các thiết bị dùng đin trong thc tế là rất
ln. Theo thống kê, hàng năm c nc có hàng nghìn trng hp các thiết bị đin tử
trong gia đình, doanh nghip bị sét tấn công, thit hi lên ti hàng trăm tỉ đồng. Ch
yếu là các thiết bị đin tử nh: Tivi, máy tính, đầu đĩa, thiết bị thông tin vin thông
nên vic nghiên cu, đề ra gii pháp chống sét lan truyền trong tòa nhà đóng vai
trò rất quan trọng.
Nhìn chung, mng h áp không truyền ti công suất ln nhng li tri trên
din rộng và cung cấp đin năng trc tiếp cho các hộ tiêu th nên nó li là nguyên
nhân dn sét vào công trình, gây ngừng dịch v, h hỏng thiết bị. Thống kê cho
thấy, hu qu không mong muốn ca quá áp do sét lan truyền trên mng phân phối
h áp gây ra thit hi rất ln và nhiều lúc không thể đánh giá c thể đc. Vấn đề
đc đề cp một cách cấp bách trong nhng năm gần đây là các trang thiết bị đin

tử đư tr thành các thiết bị đc sử dng ngày càng nhiều và rất phổ biến trong các
Chơng 1: Tổng quan GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 2
tòa nhà, các công trình  mọi lãnh vc nh bu chính vin thông, phát thanh, truyền
hình, công nghip… Các thiết bị này vốn rất nhy cm vi đin áp cao và cách đin
d tr ca chúng rất mong manh vì thế cần phi tính toán la chọn, phối hp và
kiểm tra các thiết bị bo v chống sét một cách hiu qu, chính xác để tránh xy ra
h hỏng cho các thiết bị này.
Do các thiết bị chống sét là thiết bị phi tuyến cho nên vic đánh giá các đáp
ng ngõ ra ng vi sóng sét lan truyền vi mc chính xác cao theo phơng pháp
gii tích truyền thống gặp nhiều khó khăn. Bên cnh đó, do nc ta vn còn bị hn
chế về trang thiết bị thí nghim cao áp, số lng phòng thí nghim cao áp còn
khiêm tốn nên rất khó khăn cho công tác thiết kế, nghiên cu bo v chống sét lan
truyền ti Vit Nam. Tuy nhiên, ngày nay, vi s phát triển ca k thut mô hình
hóa và mô phỏng đư giúp cho chúng ta hiểu biết thêm về s tơng tác gia các yếu
tố cấu thành một h thống cũng nh toàn bộ h thống, đặc bit là rất hu ích cho
vic mô phỏng sét.
Hin nay, các nhà nghiên cu và một số nhà sn xuất thiết bị chống sét lan
truyền trên đng nguồn h áp cùng một số phần mềm mô phỏng hỗ tr đư đề ra
một số mô hình thiết bị chống sét lan truyền vi mc độ chi tiết và quan điểm xây
dng mô hình khác nhau. Tuy nhiên, do đặc điểm ca phơng pháp mô hình hóa,
mô phỏng và yêu cầu về mc độ chính xác, mc tơng đồng cao gia mô hình và
nguyên mu, các phơng pháp xây dng mô hình và mô phỏng các thiết bị chống
sét lan truyền vn còn nhiều tranh cãi và tiếp tc nghiên cu phát triển.
Lun văn này đi sâu vào nghiên cu xây dng mô hình các thiết bị chống sét
trong tòa nhà, sau đó sử dng phần mềm mô phỏng đánh giá hiu qu bo v ca h
thống chống sét lan truyền. Kết qu nghiên cu sẽ cung cấp thêm một công c mô
phỏng hu ích cho các nhà nghiên cu, các ging viên, sinh viên các trng đi học
trong vic nghiên cu các đáp ng ca thiết bị chống sét, di tác động ca xung
sét lan truyền và đánh giá hiu qu ca các h thống bo v chống sét lan truyền

trong tòa nhà.

Chơng 1: Tổng quan GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 3
1.2 Các nghiên cu trong vƠ ngoƠi nc
- Ngoài nc [1] : vấn đề bo v thiết bị đin ậ đin tử đc đề cp trong
tiêu chuẩn IEC 62305-4
- Trong nc [2-26]:
+ Đư có nhng nghiên cu về Phối hp SPD bo v xung quá độ nhng cha
đầy đ và mang tính h thống.
+ Đư có nhng nghiên cu về Xây dng mô hình MOV trong Matlab nhng
cha đề cp đến cấu trúc bo v đa tầng và xem xét đến nh hng ca dây nối đến
đin áp d đầu ra ca SPD.
+ Về nghiên cu đến thiết kế lắp đặt các bin pháp bo v chống xung sét
đin từ (LPMS) thì hin nay  Vit Nam còn cha đc quan tâm.
1.3 Mc tiêu nghiên cu
 Nghiên cu h thống bo v chống xung sét đin từ.
 Nghiên cu h thống tiếp đất và bao bọc.
 Nghiên cu bin pháp che chắn từ và cách thc đi dây.
 Nghiên cu đánh giá đin từ trng trong LPZ.
 Nghiên cu các kiểu phối hp SPD bo v xung quá độ.
 Xây dng mô hình MOV trong Matlab.
 Xây dng mô hình SG trong Matlab.
 Xây dng mô hình SPD.
 Xây dng các phơng pháp phối hp SPD bo v chống sét ca h thống
trong tòa nhà.
 Đánh giá hiu qu bo v ca các kiểu phối hp SPD.
1.4 Nhim v nghiên cu và gii hn đ tài
 Nghiên cu tiêu chuẩn IEC 62305-4
 Nghiên cu các bin pháp bo v thiết bị đin ậ đin tử bên trong tòa nhà

chống h hỏng do tác hi ca xung sét.
 Đề xuất phơng án bo v hp lý trong một số trng hp c thể
Chơng 1: Tổng quan GVHD:PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 4
 Phm vi nghiên cu gii hn trong vic đánh giá hiu qu bo v cho các
thiết bị đin ậđin tử h áp bên trong tòa nhà
1.5 Phng pháp nghiên cu
 Thu thp và đọc hiểu tài liu liên quan.
 Phân tích, tổng hp các kiến thc và tài liu nghiên cu liên quan đến lun văn.
 Mơ hình hóa và mơ phỏng.
1.6. Đim mi ca lun văn
 Đề xuất bin pháp bo v chống xung sét đin từ cho tòa nhà.
 Xây dng mơ hình SPD có mc tơng đồng cao so vi ngun mu.
 Đánh giá hiu qu bo v chống sét vi các kiểu phối hp SDP khác nhau.
 Đánh giá nh hng ca đin cm dây nối đến đin áp d.
1.7. Giá tr thc tin ca lun văn
Cung cấp các mơ hình SPD phc v cơng tác nghiên cu hiu qu bo v
chống sét di tác động ca xung sét đin từ lên h thống đng cấp nguồn cho
tòa nhà;
Kết qu nghiên cu là tài liệu tham khảo cho những ai quan tâm tới việc
nghiên cứu các bin pháp bo v chống xung sét đin từ cho tòa nhà và hiu qu
bo v chống xung sét đin từ cho tòa nhà và hiu qu bo v chống sét lan truyền
trên đng nguồn vi các kiểu phối hp SPD khác nhau.
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 5
CHNG 2:
THIT K LP ĐT CÁC H THNG BO V
CHNG XUNG SÉT ĐIN T (LPMS)

2.1 Gii thiu tiêu chuẩn IEC 62.305

Tiêu chuẩn IEC 62.305 cung cấp thông tin cho thiết kế, kiểm tra, lắp đặt, bo
trì và thử nghim các bin pháp bo v các h thống đin và đin tử trong công
trình, làm gim nguy cơ h hỏng thng xuyên do xung sét đin từ.
Tiêu chuẩn này không bao gồm bo v chống nhiu đin từ do sét đánh, có
thể gây nên h hỏng ca h thống đin tử. Tuy nhiên, tiêu chuẩn có thể áp dng để
đánh giá các nhiu lon do sét. Bin pháp bo v chống li nhiu đin từ đc thể
hin trong lot IEC 60364-4-44 và IEC 61.000.
Tiêu chuẩn này cung cấp nguyên tắc cho s kết hp gia các nhà thiết kế ca
h thống đin và đin tử và nhà thiết kế các bin pháp bo v, trong một nỗ lc để
đt đc hiu qu bo v tối u.
Tiêu chuẩn IEC 62.305 nêu ra các h hỏng thng xuyên ca h thống đin
và đin tử gây ra bi xung sét đin từ (LEMP) nh:
- Dn và truyền xung cm ng đến thiết bị thông qua kết nối dây dn;
- nh hng ca bc x trng đin từ trc tiếp đến các thiết bị ca
chính nó.
Xung tác động vào công trình có thể đc to ra từ bên ngoài hoặc bên trong:
- Xung tác động  bên ngoài công trình đc to ra bi các tia sét ln đi vào
đng dây hoặc gần mặt đất, và đc truyền ti h thống đin và đin tử qua nhng
đng dây này;
- Xung tác động  bên trong công trình đc to ra bi các tia sét ln tác
động lên công trình hoặc gần mặt đất.
Trng đin từ phát x có thể đc to ra thông qua:
- Dòng sét trc tiếp chy trong dây dn;
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 6
- Một phần dòng sét chy trong dây dn.
Từ đó, đa ra các bin pháp nhằm khắc phc tối đa s cố gây ra trong h
thống đin và đin tử trong tòa nhà.
2.2 H thng bo v chng xung sét đin t.
Trong tòa nhà h thống đin và đin tử phi chịu thit hi từ xung sét

(LEMP). H hỏng thng xuyên ca h thống bị gây ra bi:
- Dn và cm ng xung truyền đến thiết bị thông qua kết nối dây dn;
- nh hng ca phát x trng đin từ tác động trc tiếp vào chính thiết
bị đó.
Vì thế, các bin pháp bo v là cần thiết để tránh h hỏng  bên trong h
thống. Bo v chống li LEMP là da trên khu vc bo v chống sét (LPZ) đc
qui c: mỗi phân vùng cha h thống đc bo v sẽ đc chia nhỏ trong LPZ.
Các khu vc này về mặt lỦ thuyết chia nhỏ khối lng ca không gian nơi mà mc
độ nghiêm trọng LEMP là phù hp vi mc độ chịu đc ca các h thống nội bộ
bên trong (Hình 2.1). Các khu vc kế tiếp đc đặc trng bi nhng thay đổi đáng
kể trong mc độ nghiêm trọng LEMP.

Liên kết đến các dịch v trc tiếp hoặc bằng SPD thích hp
Hình 2.1: Nguyên tc chung phơn chia thƠnh LPZ khác nhau
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 7
Hình 2.1 thể hin ví d cho cách chia nhỏ cấu trúc bên trong công trình
(LPZ). Tất c các đng dây dịch v bằng kim loi đi vào công trình đc tiếp đất
thông qua thanh nối đất ti ranh gii ca LPZ 1.
Ngoài ra, các dây dn dịch v đi vào vùng LPZ 2 (ví d nh phòng máy tính)
đc nối đất thông qua thanh nối đất đặt ti ranh gii ca LPZ 2.
2.2.1 Các phng án bo v chng xung sét đin t (LPMS)
Hình 2.2 trình bày các phơng án bo v chống xung sét đin từ:
● LPMS sử dng không gian bo v và phối hp SPD để bo v chống từ
trng phát x và chống li vic dn xung sét đi vào công trình (Hình 2.2a). Không
gian bo v đc phân tầng và phối hp SPD đc phân tầng có thể làm gim từ
trng và xung sét xuống mc đe dọa thấp.
● LPMS sử dng không gian bo v ca LPZ 1 và SPD  bên trong ca LPZ
1 để bo v thiết bị chống li từ trng phát x và chống li dn xung sét đi vào
công trình (Hình 2.2b). Nhng vic bo v sẽ không đầy đ, nếu từ trng vn còn

quá cao (do hiu qu che chắn thấp ca LPZ 1) hoặc nếu cng độ xung vn còn
quá cao.
● LPMS to ra bằng cách sử dng các dây bọc, kết hp vi vỏ bọc thiết bị, sẽ
bo v chống li từ trng phát x. SPD ti ngõ vào ca LPZ 1 cung cấp s bo v
chống li dn xung sét đi vào công trình (Hình 2.2c). Để đt đc mc độ s cố
thấp, một SPD đặc bit có thể đc yêu cầu (ví d nh thêm 1 tầng phối hp bên
trong) để đt đc mc độ bo v đin áp đ thấp.
● LPMS đc to ra bằng cách sử dng h thống bo v phối hp SPD, chỉ
thích hp để bo v thiết bị không nhy cm vi từ trng phát ra, vì SPD chỉ cung
cấp bo v chống li dn xung sét đi vào công trình (Hình 2.2d). Mc độ s cố xung
có thể h thấp bằng cách sử dng SPD phối hp.
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 8

Hình 2.2a:LPMS s dng vùng bao bc và phi hp SPD bo v "
- Thiết bị bo v chống li xung sét đi vào công trình (U
2
<< U
0
và I
2
<< I
0
)
và chống li từ trng phát x (H
2
<< H
0
)

Hình 2.2b: LPMS s dng vùng bao bc ca LPZ 1 và SPD bo v ở ngõ
vào ca
LPZ 1 - Thiết bị bo v chống li xung sét đi vào công trình (U
1
<U
0
và I
1

<I
0
) và chống li từ trng phát x (H
1
<H
0
)

Hình 2.2c: LPMS s dng dây bc bên trong và SPD bo v
ở ngõ vào ca LPZ 1 ậ



Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 9
Thiết bị bo v chống li xung sét đi vào công trình (U
2
<U
0
và I
2

<I
0
)
và chống li bc x từ trng (H
2
<H
0
)

Hình 2.2d: LPMS bằng cách ch s dng "phi hp SPD bo v"
- Thiết bị bo v chống li xung sét đi vào công trình (U
2
<< U
0
và I
2
<< I
0
),
nhng không chống li từ trng phát x (H
0
)
Chú thích 1: SPD có thể đc đặt ti các điểm sau đây:
- Ti ranh gii ca LPZ 1 (ví d nh ti t phân phối chính MB);
- Ti ranh gii ca LPZ 2 (ví d nh ti t phân phối th cấp SB);
- Ti hoặc gần thiết bị (ví d nh ti ổ cắm SA).
Chú thích 2: Che chắn ( ) và không có màn chắn ( ) ranh gii.
Hình 2.2: Bo v chng li LEMP

2.2.2 Vùng bo v chng sét (LPZ)

IEC 62.305-1 định nghĩa các vùng bo v chống sét (LPZ) nh sau:
Khu bên ngoài
+ LPZ 0 : Vùng nơi chịu nguy hiểm là do trng đin từ sét không bị suy
gim và nơi mà các h thống nội bộ có thể chịu nh hng ca dòng xung sét toàn
phần hoặc một phần. LPZ 0 đc chia thành:
+ LPZ 0
A
: Vùng nơi mà nguy hiểm là do sét đánh trc tiếp và đin từ
trng toàn phần do sét. Các h thống nội bộ có thể chịu nh hng bi dòng
xung sét toàn phần;
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 10
+ LPZ 0
B
: Vùng bo v chống li sét trc tiếp nhng vn chịu nguy hiểm
ca đin từ trng toàn phần do sét. Các h thống nội bộ có thể phi chịu một phần
dòng xung sét.
Khu bên trong: (bo v chống li tia sét trc tiếp)
+ LPZ 1 : Vùng nơi mà dòng xung sét đc hn chế bằng cách phân dòng và
sử dng SPD ti ranh gii. Không gian che chắn có thể làm gim đin từ trng sét.
+ LPZ 2 n : Vùng nơi mà dòng xung sét có thể đc tiếp tc hn chế bằng
cách phân dòng và bằng cách thêm các SPD  ranh gii. Không gian che chắn thêm
vào có thể đc sử dng để tiếp tc làm gim đin từ trng sét.
Các LPZ đc thc hin bi vic lắp đặt các LPMS, ví d nh lắp đặt phối
hp ca SPD và / hoặc bao bọc từ (Hình 2.2). Tùy thuộc vào số lng, loi và mc
độ chịu đng ca các thiết bị đc bo v, LPZ phù hp có thể đc xác định. LPZ
có thể bao gồm khu vc nội bộ nhỏ (ví d nh vỏ thiết bị), khu ln không thể thiếu
(ví d nh khu vc ca toàn bộ công trình ).
Vic liên kết ca các LPZ cùng bc có thể là cần thiết nếu một trong hai cấu
trúc riêng bit đc kết nối bằng đng dây ti hoặc đng dây tín hiu, hoặc số

lng ca SPD yêu cầu là đc gim (Hình 2.3a,2.3b,2.3c,2.3d).

Chú thích: i
1
, i
2
một phần dòng sét
Hình 2.3a: Liên kt gia hai vùng LPZ 1 s dng SPD
Hình 2.3a trình bày hai LPZ 1 đc kết nối bi đng dây ti hoặc đng
dây tín hiu. Bin pháp bo v đặc bit cần đc xem xét nếu c hai LPZ 1 là 2
công trình riêng bit vi các h thống nối đất riêng bit, khong cách hàng chc
hoặc hàng trăm mét từ công trình này đến công trình kia. Trong trng hp này,
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 11
một phần ln ca dòng sét có thể chy dọc theo các đng kết nối, mà dây dn này
không đc bo v.

Hình 2.3b: Liên kt giữa hai vùng LPZ 1 sử dng cáp bọc hoặc ống dn cáp bọc
Hình 2.3b cho thấy rằng vấn đề này có thể đc gii quyết bằng cách sử dng
dây cáp bọc đc bo v hoặc ống dn cáp bọc đc liên kết gia c hai vùng LPZ
1 này, vi điều kin là che chắn có thể chống đ một phần dòng sét. SPD có thể
đc bỏ qua, nếu đin áp rơi dọc theo vỏ bọc không là quá cao.

Hình 2.3c: Liên kt gia hai vùng LPZ 2 s dng SPD
Hình 2.3c cho thấy hai LPZ 2 kết nối bi đng dây ti hoặc đng dây tín
hiu. Bi vì các dây này đc đặt lộ thiên vi mc nguy hiểm ca LPZ 1, SPD phi
đc đặt  ngõ vào mỗi LPZ 2 đc yêu cầu.

Hình 2.3d: Liên kt giữa hai vùng LPZ 2 sử dng cáp bọc hoặc ống dn cáp bọc
Hình 2.3d cho thấy rằng nhiu có thể tránh và SPD có thể đc bỏ qua, nếu

cáp đc bo v hoặc ống dn cáp đc bo v sử dng để kết nối c hai LPZ 2.
Ngoài ra, có thể sử dng phơng pháp m rộng vùng bo v sét trong nhng
trng hp đặc bit hoặc để gim số lng SPD yêu cầu (Hình 2.4).
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 12

Hình 2.4a: Bin áp đt bên ngoƠi công trình
Hình 2.4a cho thấy một công trình đc cấp đin bi một biến áp. Nếu biến
áp đc đặt  bên ngoài công trình, chỉ có đng dây h áp đi vào công trình cần
đc bo v bi SPD.

Hình 2.4b: Bin áp đt bên trong công trình (LPZ 0 mở rng vƠo LPZ 1)
Hình 2.4b cho thấy rằng có thể m rộng LPZ 0 đến LPZ 1.Khi biến áp đc
đặt bên trong công trình, ch s hu ca tòa nhà thng không đc phép áp dng
các bin pháp bo v phía đin áp cao.

Hình 2.4c: Phi hp SPD (0/1) vƠ SPD (1/2)
Hình 2.4c cho thấy LPZ 2 đc cung cấp bi đng dây ti hoặc đng dây
tín hiu. Các đng dây này cần hai SPD phối hp: một ti ranh gii ca LPZ1, cái
khác ti ranh gii ca LPZ 2.

Hình 2.4d: Ch s dng mt SPD (0/1/2) (LPZ 2 mở rng đn LPZ 1)
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 13
Hình 2.4d cho thấy rằng các dòng có thể lp tc đi vào LPZ 2 và chỉ có
một SPD đc yêu cầu, nếu LPZ 2 đc m rộng vào LPZ 1 phi sử dng cáp
bọc hoặc ống dn cáp bọc. Chính điều này SPD sẽ làm gim mc nguy hiểm trc
tiếp ca LPZ 2.
2.2.3 Tính toán đin t trng trong LPZ
2.2.3.1 Vùng che chắn li đin của LPZ 1 trong trờng hp tia sét đánh trực tip

Tia sét đánh trc tiếp vào công trình sẽ chy dọc theo chiều dài nó. Tình
trng này đc mô t bi Hình 2.5a gi định rằng sét đánh vào công trình ti một
điểm tùy ý ca mái nhà.

Bên trong LPZ 1 H
1
= k
H
•i
0
•W
1
/(d
w
•



) (2.1)
Trong đó: Khong cách d
w
và 

đc xác định cho các điểm xem xét.
Hình 2.5a: T trng bên trong LPZ 1

Bên trong LPZ 2 H
2
= H
1

/10
SF2/20
(2.2)
Trong đó: Khong cách d
w
và d
r
đc xác định ranh gii ca LPZ 2.
Hình 2.5b: T trng bên trong LPZ 2
Hình 2.5: Đánh giá các giá tr t trng trong trng hp ca mt tia sét đánh
trc tip
Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 14
Đối vi cng độ từ trng H
1
ti một điểm tùy ý bên trong LPZ 1, công
thc sau đây đc áp dng:
H
1
= k
H
.i
0
.w/(d
w
.



) (A/m) (2.3)

Ti đây:
d
r
: là khong cách ngắn nhất, tính bằng mét, gia điểm đc xem xét và
mái nhà ca bo v LPZ 1;
d
w
: là khong cách ngắn nhất, tính bằng mét, gia điểm đc xem xét ti
bc tng ca bo v LPZ 1;
i
0
: là dòng sét trong LPZ 0
A
đơn vị A;
k
H
: là h số cấu hình, (1/


), điển hình k
H
= 0,01 (1/

);
w : là chiều rộng ca che chắn li đin nh là ca LPZ 1, đơn vị m.
Kết qu ca công thc này là giá trị tối đa ca từ trng trong LPZ 1 (lấy ghi
chú di đây vào báo cáo):
- Nguyên nhân bi sét đánh đầu tiên:
H
1/f/max

= k
H
.i
f/max
.w/(d
w
.



) (A/m) (2.4)
- Nguyên nhân bi sét đánh lặp li:
H
1/s/max
= k
H
.i
s/max
.w/(d
w
.



) (A/m) (2.5)
Ti đây:
i
f/max
: là giá trị ln nhất,đơn vị là ampe, dòng đin sét đánh đầu tiên theo
mc bo v;

i
s/max
: là giá trị ln nhất, đơn vị là ampe , dòng đin sét đánh lặp li theo
mc bo v
Nhng giá trị ca từ trng chỉ có giá trị cho một khối lng an toàn Vs bên
trong không gian che chắn li đin vi khong cách an toàn d
s/1
từ che chắn:
ds/1 = w (m) (2.6)

Chơng 2: Thiết kế lắp đặt các h thống bo v LPMS GVHD: PGS. TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Đặng Thị Hà Thanh Trang 15
2.2.3.2 Vùng che chn li đin ca LPZ 1 trong trng hp ca gần tia sét
Trng thái gần tia sét đánh đc thể hin trong Hình 2.6. Các từ trng vốn
có xung quanh khối lng bo v ca LPZ 1 có thể đc xấp xỉ nh một mc sóng.

Không che chắn H
0
= i
0
/(2πs
a
) (2.7)
Bên trong LPZ 1 H
1
= H
0
/10
SF1/20
(2.8)

Bên trong LPZ 2 H
2
= H
1
/10
SF1/20
(2.9)
Hình 2.6: Đánh giá các giá tr t trng trong trng hp
ca tia sét đánh gần đó
H số che chắn SF ca che chắn không gian li đin cho một mc sóng
đc đa ra trong Bng 2.1 di đây.
Bng 2.1: H s che chn ca mng li bao bc ng vi mt mc xung
Vt liu
SF (dB) Xem chú thích 1 và 2

25 kHz ( sét đánh lần đầu)
1 MHz ( sét đánh lặp li)
Đồng hoặc nhôm
20.log(8,5/w)
20.log(8,5/w)
Thép (xem chú thích 3)
20.log[(8,5/w)/

   




20.log(8,5/w)
w chiều rộng mắc li ca mng li bao bọc (m).

r bán kính thanh dn ca mng li bao bọc (m).
Chú thích 1 SF = 0 trong trng hp kết qu mang dấu âm ca công thc
Chú thích 2 SF tăng lên 6 dB, nếu h thống li liên kết đc thiết lp là 5.2
Chú thích 3 Độ dn từ 

 200