Nghiên cứu giải pháp chống sét trong trạm viễn thông

LỜI CẢM TẠ

Điều trước tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Quyền Huy
Ánh, người Thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp những tài liệu vô cùng quí
giá và dìu dắt tôi thực hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Xin chân thành cám ơn đến tất cả Quí Thầy, Cô đã giảng dạy, trang bị cho tôi
những kiến thức rất bổ ích và quí báu trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên
cứu sau này.
Xin cảm ơn Gia đình đã tạo mọi điều kiện để tôi yên tâm học tập tốt trong suốt
thời gian vừa qua.
Xin cảm ơn tất cả bạn bè thân thuộc đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi và
hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập, công tác cũng như trong suốt thời
gian thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn các Anh Chị em học viên cao học khóa 2011A, những người luôn
giành những tình cảm sâu sắc nhất, luôn bên cạnh, luôn động viên, khuyến khích tôi
vượt qua những khó khăn trong suốt quá thực hiện luận văn này.



TP.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013
Người thực hiện


Bùi Kim Cường

TịMăTTăLUNăVĔN


Sét lƠ hin tng t nhiên thng xuyên xy ra trong năm vƠ tác hi ca sét lƠ rt
ln, đặc bit đi vi các thit b đin nhy cm. Mt trm vin thông đin hình đc
mô hình hóa vƠ mô phng bằng phn mm ATP-EMTP, ni đc gi đnh mt đ sét
thng xuyên xy ra nhằm mc đích xác đnh nh hng ca sét đánh trc tip lên
đng dơy phơn phi trên không vƠ ct tháp vô tuyn trong trm cũng nh nh hng
ca xung sét cm ng đn h thng đin khi có sét đánh  khu vc xung quanh nhƠ
trm. T đó giúp h tr nhng tiêu chí la chn ca thit b chng sét  nhng v trí
khác nhau, đm bo tính an toƠn vƠ hot đng n đnh ca trm vin thông lƠ mt
trong nhng li ích ct yu chính liên quan đn cht lng dch v ca nhƠ trm cung
cp đn khách hƠng, ni đt cũng lƠ mt yu t cn quan tơm.

SUMMARY
Lightning is a natural phenomenon often occurs during the year and the harmful
effects of lightning is very large, especially for sensitive electrical equipment. A
typical telecommunication station is modeled and simulated using ATP-EMTP
software, where the density is assumed clay often occurs for the purpose of
determining the direct effects of lightning on overhead distribution lines and radio
towers in stations as well as the effects of lightning impulse to touch the electrical
systemwhen there is lightning in the area around the station. Thus helping to develop
criteria for selection of surge protective devices in different positions, ensure the safety
and stable operation of telecommunications station is one of the key benefits related to
the quality of the service station provides to customers, the ground is also a factor of
concern.















MC LC
Trang
Phn m đu 1

CHNGă1 : TNG QUAN CHUNG 2
1.1. TNG QUAN CHUNG V TRM VIN THÔNG 2
1.2. TNG QUAN V SÉT 4
1.3. Tính cp thit ca đ tài 9
1.4. Tng quan các kt qu nghiên cu liên quan đn đ tài 10
1.5. ụ nghĩa khoa hc và thc tin ca đ tài 10
1.6. Mc tiêu nghiên cu 11
1.7. Đi tng nghiên cu 11
1.8. Nhim v nghiên cu 11
1.9. Phng pháp nghiên cu 11
1.10. Đ cng lun văn 12
CHNGă 2 : TỄCă HIă VĨă THỌNGă Să CAă SÉT,ă PHỂNă TệCHă NHă
HNGăCAăSÉTăLểNăTRMăVINăTHỌNGăĐINăHỊNH 13
2.1. HI DO SÉT GỂY RA 13
2.2 CỄC THỌNG S CN QUAN TỂM CA SÉT 15
2.3. MỌ T TRM VIN THỌNG ĐIN HỊNH. 18
2.3.1. Kích thc trong trm vin thông tiêu biu. 19
2.4. PHỂN TệCH SÉT ĐỄNH LểN CỌNG TRỊNH VIN THỌNG. 20
2.5. SÉT ĐỄNH LểN CT THỄP VÀ ĐNG DỂY 22KV. 20
2.6. XUNG CM NG DO SÉT GỂY RA TRểN ĐNG DỂY 22KV. 21
CHNGă 3 :ă LAă CHNă THITă B BOă V VĨă PHỂNă VỐNGă BOă Vă
CHOăTRMăVINăTHỌNG.
3.1. LA CHN THIT B BO V XUNG SÉT CHO TRM VIN THỌNG. 25
3.2. TÌM HIU CHNG SÉT VAN MOV. 28
3.2.1. Cu to. 28
3.2.2. Đặc tính V-I. 30
3.2.3. Thi gian đáp ng. 31
3.2.4. Năng lng cho phép vƠ công sut tiêu tán trung bình. 32
3.2.4.1. Năng lng cho phép. 32
3.4.2.2. Công sut tiêu tán trung bình. 33

3.3. PHỂN VỐNG BO V TRM VIN THỌNG. 34
CHNGă4 :ăTIPăĐTăCHOăTRMăVINăTHỌNG.
4.1. TIP ĐT CHO NHÀ TRM. 37
4.2. TIP ĐT BO V ĐNG DỂY THỌNG TIN. 38
4.3. TIP ĐT DỂY ĐIN LC. 39
4.4. TIP ĐT CT THU SịNG. 40
4.5. LI TIP ĐT TRONG TRM VIN THỌNG 40
CHNGă5 :ăGIIăTHIUăCHUNGăVăCHNGăTRỊNHăMỌăPHNGăATP
5.1. TNG QUAN V ATP. 42
5.1.1. ATP là gì. 42
5.1.2. Mô hình và nhng ng dng ca ATP. 42
5.1.2.1. Mô hình trong ATP. 42
5.1.2.2. Nhng ng dng ca ATP. 43
5.2. LCH S PHỄT TRIN CA ATP. 44
5.3. GII THIU V CÁCH S DNG PHN MM ATP. 45
5.3.1. Ca s hot đng chính trong ATP. 45
5.3.2. Cách s dng phn mm ATP. 46
5.3.3. Trình đn Edit. 49
5.3.4. Trình đn View. 49
5.3.5. Trình đn ATP. 50
5.3.6. Trình đn tool. 52
5.3.7. La chn các phn t. 53
5.4. GII THIU PLOT TRONG ATP. 59
5.4.1. Khi đng chng trình PlotXY. 59
5.4.2. Cách s dng PlotXY. 60
CHNGă6 : XỂYăDNGăCU HỊNHăMỌăPHNG
6.1. MÔ PHNG KIM NGHIM XUNG SÉT DÒNG, XUNG SÉT ÁP. 64
6.1.1. Xung sét áp 1000V dng sóng T
1
/T

2
= 1,2/50µS 64
6.1.2. Xung sét dòng 30kA dng sóng T
1
/T
2
= 5,5/75µS 65
6.1.3. Xung sét 3kA dng sóng T
1
/T
2
= 2,4/5µS 66
6.1.4. Xung sét dòng 100kA dng sóng T
1
/T
2
= 10/350µS 67
6.2. MÔ PHNG KIM NGHIM CHNG SÉT VAN
6.2.1. Chng sét van trung áp ToShiBa 15kV-40kA 68
6.2.2. Chng sét van h áp EPCOS-SIOV-B80K275 68
6.2.3. Chng sét van h áp EPCOS-SIOV-B80K250 70
6.3. MÔ PHNG KIM NGHIM MÁY BIN ÁP PHÂN PHI 71
6.3.1. Kim nghim mô hình bin áp không ti vi xung sét áp 1000V dng sóng
T
1
/T
2
= 1,2/50µS. 71
6.3.2. Kim nghim mô hình bin áp mang ti 3300Ω vi xung sét áp 1000V dng
sóng T

1
/T
2
= 1,2/50µS. 72
6.4. MÔ PHNG CU HÌNH TRM VIN THÔNG
6.4.1. Mô phng sét đánh trc tip vƠo đng dây 22kV. 73
6.4.1.1. Kho sát khi gn mt van chng sét đu s cp bin áp 73
6.4.1.2. Kho sát khi gn thêm van chng sét  t phân phi 75
6.4.1.3. Kho sát khi gn thêm van chng sét cho đèn báo trên không. 77
6.4.1.4. Mô phng xung sét cm ng đng dây phân phi 22kV. 79
6.4.1.5. Kho sát nh hng xung sét cm ng đn trm vin thông khi gn chng
sét van ti đu s cp bin áp. 79
6.4.1.6. Kho sát nh hng xung sét cm ng đn trm vin thông khi gn thêm
chng sét van ti t phân phi chính. 81
6.4.1.7. Kho sát nh hng xung sét cm ng khi gn thêm chng sét van cho đèn
báo trên không. 83
6.4.2. Mô phng sét đánh trc tip vào ct thu sóng vin thông. 84
CHNGă7ă:ăKT LUNăVĨăHNG PHÁT TRIN.
7.1. KT LUN. 87
7.2. HNG PHÁT TRIN Đ TÀI. 87
Tài liu tham kho
Ph lc

CÁC T VIT TT
GSM Global System for Mobile Communication
MS Mobile Subscriber
ATP Electromagnetic Transients Program
LPZ Lightning Protection Zone
SPD Surge Protective Device
LEMP Lightning Electromagnetic Impulse
LPMS LEMP protection measures system
BTS Base Transceiver Station
MOV Metal Oxide Varistor
GDTs Gas Discharge Tubes
SADs Silicon Avalanche Diodes
CBN Common Bonding Network
TN-C Terre Neutral ậ Combine
TACS Transient Analysis of Control Systems
TCVN Tiêu Chuẩn Vit Nam

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH TRANG
Hình 1.1: Hot đng tng quan trong trm vin thông. 2
Hình 1.2 : Tng quan chung nhƠ trm vin thông. 3
Hình 1.3 : Phân b đin tích khi có đám mơy dông. 4
Hình 1.4 : Giai đon phóng tia tiên đo. 6
Hình 1.5 : Tiên đo đn gn mặt đt hình thƠnh khu vc ion hóa mƣnh lit. 7
Hình 1.6 : Giai đon phóng đin ngc hay phóng đin ch yu. 8
Hình 1.7 : Giai đon phóng đin kt thúc. 8
Hình 1.8 : Hình thƠnh dông sét tác đng lên công trình. 9
Hình 2.1 : Sét đánh trc tip ct tháp vin thông. 13
Hình 2.2 : Nhng thit hi do dòng xung sét gây ra. 14
Hình 2.3 : Dng sóng dòng sét chuẩn 15
Hình 2.4 : Bn đ mt đ sét đánh trung bình hƠng năm trên lƣnh th Vit Nam 17
Hình 2.5 : Trm vin thông đin hình. 18
Hình 2.6 : S đ b trí trm vin thông đin hình. 19
Hình 2.7 : Kích thc ct tháp và tòa nhà chính. 20
Hình 2.8 : Trm vin thông chu nh hng ca sét đánh trc tip lên đng dây trên
không 22kV và trên ct tháp vô tuyn. 21
Hình 2.9 : Sét đánh gn đng dây trên không gây ra hin tng xung sét cm ng 23
Hình 3.1 : Thit b bo v xung sét lp trong các công trình. 25
Hình 3.2 : Thit b bo v chng sét GDTs. 26
Hình 3.3 : Thit b bo v chng sét SADs. 27
Hình 3.4 : Chng sét van Cooper. 27
Hình 3.5 : Hình nh chng sét van MOV. 28
Hình 3.6 : Cu trúc MOV 29
Hình 3.7 : S đ cu trúc ca lp biên tip giáp bin tr ZnO. 30
Hình 3.8 : Đặc tính V-I ca MOV. 31
Hình 3.9 : Đáp ng ca bin tr ZnO xung tc đ cao 32

Hình 3.10 : Đáp ng ca bin tr tính đn đin cm đu dây ni vi xung dòng. 32
Hình 3.11 : S ln xung có chu đc ca chng sét van MOV. 33
Hình 3.12 : Quan h công sut tiêu tán vƠ đin áp. 34
Hình 3.13 : Phân vùng bo v chng sét. 35
Hình 3.14 : Minh ha phân vùng chng sét ti trm vin thông. 36
Hình 4.1 : Đu ni và tip đt các phn t trong nhà trm 37
Hình 4.2 : S đ đu ni và tip đt c bn ca mt nhà trm vin thông. 38
Hình 4.3 : Đặc đim cu to dây cáp thông tin. 38
Hình 4.4 : Ni các phn t kim loi trong si cáp quang. 39
Hình 4.5 : Phng pháp đu ni mng cung cp đin xoay chiu cho trm vin thông
ậ Mng phân phi ngun bên ngoài là mng TN-C. 39
Hình 4.6 : Tip đt ct tháp trm vin thông. 40
Hình 4.7 : H thng li tip đt đặt di nhƠ trm vin thông. 41
Hình 4.8 : Tip ni đt tng quát trong nhƠ trm vin thông. 41
Hình 5.1 : Ca s hot đng chính vƠ menu la chn các phn t. 45
Hình 5.2 : VƠo ATP t menu Start 46
Hình 5.3 : VƠo ATPDraw t mƠn hình Desktop. 46
Hình 5.4 : MƠn hình ca ATP. 47
Hình 5.5 : Các lnh trong trình file. 47
Hình 5.6 : Bn v mi cho trng trình ATP. 48
Hình 5.7 : M các file đƣ lu trong chng trình. 48
Hình 5.8 : Trình đn Edit. 49
Hình 5.9 : Trình đn View. 50
Hình 5.10 : Các la chn trong Option. 50
Hình 5.11 : CƠi đặt các thông s cn thit trong Setting. 51
Hình 5.12 : Cách cho chy chng trình. 51
Hình 5.13 : Ca s chy chng trình. 52
Hình 5.14 : Trình Tool trong ATP. 52
Hình 5.15 : Các la chn trong Option. 53
Hình 5.16 : Mc save option. 53

Hình 5.17 : Chn các phn t. 54
Hình 5.18 : Các phn t đo trong ATP. 54
Hình 5.19 : Phn t tuyn tính. 54
Hình 5.20 : Các phn t phi tuyn đng dơy. 55
Hình 5.21 : Đng dơy thông s tp trung. 56
Hình 5.22 : Cách ly đng dơy thông s ri. 56
Hình 5.23 : Công tc điu khin ATP. 57
Hình 5.24 : Các ngun c bn trong ATP. 58
Hình 5.25 : Mô hình máy bin áp. 58
Hình 5.26 : Khi đng PlotXY t Start. 59
Hình 5.27 : Khi đng PlotXY t mƠn hình Desktop. 60
Hình 5.28 : Giao din PlotXY. 60
Hình 5.29 : M file trong PlotXY. 61
Hình 5.30 : Giao din d liu PlotXY. 61
Hình 5.31 : Chuyn giá tr cn xem trong PlotXY. 61
Hình 5.32 : Đ th trong PlotXY. 61
Hình 6.1 : S đ kt ni nhƠ trm vin thông đin hình. 63

Hình 6.2 : Mô hình to xung sét. 64
Hình 6.3 : Mô hình kim nghim chng sét van 68
Hình 6.4 : Kt qu kim nghim đng cong đặc tính áp chng sét van trung áp ng
vi xung sét 30kA-5,5/75µS. 71
Hình 6.4 : Mô hình máy bin áp thay th. 71
Hình 6.5 : kim nghim mô hình máy bin áp không ti. 72
Hình 6.7 : Kim nghim mô hình máy bin áp mang ti. 73
Hình 6.8 : Kt qu dng sóng đin áp ngõ ra khi mang ti. 73
Hình 6.9 : S đ tng đng sét đánh trc tip đng dơy 22kV trm vin thông vi
mt chng sét van trung áp. 74
Hình 6.10a : Dòng đin đi qua thit b bo v xung sét. 74
Hình 6.11 : S đ tng đng sét đánh trc tip đng dơy 22kV trm vin thông

khi thêm chng sét van  t phơn phi. 76
Hình 6.12 : S đ tng đng sét đánh trc tip đng dơy 22kV trm vin thông
khi thêm chng sét van ti đng dơy cung cp ngun đèn báo máy bay. 77
Hình 6.13 : S đ mô phng xung sét cm ng trên đng dơy trên không. 80
Hình 6.14 : S đ mch mô phng xung sét cm ng đng dơy trên không vi 2
chng sét van. 81
Hình 6.15a : Dòng đin đi qua đèn báo máy bay trên không. 83
Hình 6.15b : Dòng đin đi vƠo h thng tip đt ca tòa nhƠ. 83
Hình 6.16 : S đ mô phng sét đánh trc tip lên ct tháp vin thông 84








Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 1

PHN M ĐU
Trong nhng năm qua, c mi khi mùa ma đn, ngoƠi vic chuẩn b các bin pháp
phòng chng bƣo lt chúng ta còn phi quan tơm đn mt hin tng thiên nhiên khác
có tác hi nghiêm trng đn c s vt cht vƠ con ngi đó lƠ sét. Tác hi ca sét lƠ rt
ln, bao gm tác hi do sét đánh trc tip, tác hi gián tip do cm ng tĩnh đin t. S
phá hy ca hu ht các tia sét đánh trc tip rt rõ rƠng, không nhng nh hng đn
vt cht mƠ còn gơy thit hi đn tính mng con ngi.
Do tc đ phát trin ca nn kinh t đt nc, thông tin liên lc đóng mt vai trò ht
sc quan trng, các trm vin thông không ngng đc nơng cp vƠ xơy dng thêm.
Nhu cu s dng đin thoi di đng ngày càng tăng vƠ s lng đin thoi di đng mƠ

các trm có th kt ni lƠ có gii hn t đó các công ty đin thoi còn mun m rng
thêm nhiu vùng ph sóng khác.
Đim đặc bit nhà trm vin thông thng đc chn lp đặt  nhng ni cao, nên
kh năng xy ra hin tng sét đánh lƠ rt ln. Theo thng kê đi vi ngƠnh Bu
Chính Vin Thông vƠo năm 2011 có 53 s c do sét, chim 27,13% s c vin thông
và tng thi gian mt liên lc do sét là 716 gi gây thit hi 4.119 tỷ đng. Vi đặc thù
tri rng khp c nc, bao gm hàng ngàn tng đƠi, trm vin thông vi hƠng trăm
loi thit b khác nhau, nguy c sét đánh vƠo mng vin thông là rt cao và vic phòng
chng sét là ht sc khó khăn.
Chính vì lý do đó đ tƠi ắNghiênăcuăgiiăphápăchngăsétătrongătrmăvinăthông”
đc hình thƠnh.







Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 2

CHNGă1
TNG QUAN CHUNG
1.1. TNG QUAN CHUNG V TRM VIN THÔNG
Trm vin thông thc hin tt c các chc năng thu phát liên quan đn giao din vô
tuyn h thng thông tin di đng toàn cu (GSM) và x lí tín hiu  mc đ nht đnh.
V 1 s phng din có th coi trm vin thông là modem vô tuyn phc tp nhn tín
hiu vô tuyn đng lên t thit b di đng (MS) ri bin đi nó thành d liu đ
truyn đi đn các máy khác trong mng GSM, và nhn d liu t mng GSM ri bin
đi nó thành tín hiu vô tuyn phát đn MS. Các trm vin thông to nên vùng ph

sóng, v trí ca chúng quyt đnh dung lng và vùng ph ca mng. Tuy nhiên trm
vin thông ch đóng vai trò ph trong vic phân phi tài nguyên vô tuyn cho các MS
khác nhau.

Hình 1.1 Hoạt động tổng quan trong trạm viễn thông.
Mt s thành phn chính ca trm phát sóng vin thông nói chung :
- T BTS t cha đng các thit b đin t trong nhà trm vin thông, t BTS ph
thuc vào nhà cung cp và công ngh s dng.
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 3

- T Rectifier thng đi kèm vi nhà cung cp t BTS, v c bn hiu là chuyn dòng
đin xoay chiu sang mt chiu.
- H thng máy lnh : đm bo nhit đ hot đng ca các thit b đin t.
- H thng bo v chng sét và ni đt : bo v trm vin thông chng khi sét đánh
trc tip hay gián tip.
- H thng đèn tng vƠ đèn khẩn cp : hot đng khi cúp đin, giúp kĩ s thao tác.
- H thng báo cháy và h thng bình cha cháy.
- H thng t phân phi đin.
- Tháp antenna : dùng đ đặt antenna thu phát sóng vin thông.
- H thng feeder : c bn truyn sóng t t BTS lên antenna phát sóng.
- H thng DDF : thng gi lƠ rack DDF dùng đ lp các thit b tryn dn.
Tt c các yu t trên kt hp vi nhau to thành mt trm vin thông hoàn chnh.

Hình 1.2 Tổng quan chung nhà trạm viễn thông
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 4

1.2. TNGăQUAN VăSÉT
Sét (hay còn gi lƠ s phóng đin dông) lƠ mt ngun đin t mnh ph bin nht

xy ra trong t nhiên, nó thng xy ra vƠo mùa hè lƠ thi đim mƠ s trao đi nhit
gia mặt đt vƠ không khí rt ln. Nhng lung không khí nóng mang theo hi nc
bay lên đn mt đ cao nƠo đy vƠ ngui dn, lúc đó hi nc to thƠnh nhng git
nc nh hay gi lƠ tinh th băng chúng tích t trong không gian di dng nhng
đám mơy. Trái đt cƠng b nóng thì không khí nóng cƠng bay lên cao hn, mơy cƠng
dƠy hn đn mt lúc nƠo đó thì các tinh th băng trong mơy s ln dn vƠ ri xung
thƠnh ma. Mơy cƠng dƠy thì mƠu ca nó cƠng đen hn. S va chm ca các lung khí
nóng đi lên vƠ các tinh th băng đi xung trong đám mơy s lƠm xut hin các đin
tích mƠ ta gi lƠ đám mơy b phơn cc đin hay đám mơy tích đin. Các phn t đin
tích ơm có khi lng ln nên nằm di đáy đám mơy còn các phn t đin tích dng
nhẹ hn nên b đẩy lên phn trên ca đám mơy.

Hình 1.3 Phân bố điện tích khi có đám mây dông
Nh vy trong bn thơn đám mơy đƣ hình thƠnh mt đin trng cc b ca mt
lỡng cc đin vƠ di tác dng ca đin trng cc b nƠy các phn t s di chuyn
nhanh hn, đin tích đc to ra nhiu hn vƠ đin trng cƠng mnh hn. Quá trình
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 5

nƠy tip din cho đn lúc đin trng đt giá tr ti hn vƠ gơy ra phóng đin ni b
trong đám mơy mƠ ta gi lƠ chp.
NgoƠi ra khong không gian bên di đám mơy thng có mt lp đin tích dng
gi lƠ đin tích không gian vì vy gia phn đáy đám mơy mang đin ơm vƠ lp đin
tích dng nƠy li hình thƠnh mt đin trng riêng vƠ chính đin trng nƠy lƠm phát
sinh mt tia sét ban đu gi lƠ dòng tiên đo di chuyn xung đt. Trong quá trình phát
trin xung đt, dòng tiên đo mang theo mt đin th rt ln s ion hóa lp không khí
trên đng đi ca nó, ni nƠo có cách đin không khí yu thì dòng tiên đo s phát
trin v hng đó vì vy ta thy dòng tia sét đi xung không phi lƠ đng thẳng mƠ
thng có dng ngoằn ngoèo, phơn nhánh. NgoƠi ra do hiu ng cm ng đin nên
phn mặt đt nằm bên di đám mơy dông s mang mt lng đin dng. Lng

đin nƠy s phơn b trên các vt có kh năng dn đin nh nhƠ ca, cơy ci, công
trình, tr đin, tháp anten , vt nƠo dn đin cƠng tt thì đin tích phơn b trên vt
đó cƠng ln vƠ đin trng ca nó cƠng mnh so vi các vt xung quanh. Vì vy, khi
dòng tiên đo phát trin xung gn mặt đt thì nó s chn vt có đin trng mnh
nht đ đánh vƠo mƠ ta gi lƠ phóng đin sét, ni tip xúc ca chúng gi lƠ kênh sét.
Đơy lƠ thi đim trao đi đin tích gia đám mơy vƠ mặt đt đc gi lƠ giai đon
trung hòa đin tích, dòng đin trong kênh sét lúc nƠy rt ln có th đn 200kA nên b
nóng lên rt mnh khong 20.000
0
C vƠ do đó ta thy nó sáng chói lên (cũng đc gi
lƠ chp). Di tác dng ca nhit đ nƠy, lp không khí chung quanh kênh sét b giƣn
nỡ mnh gơy ra ting n ln mƠ ta gi lƠ sm. Do ánh sáng có vn tc ln hƠng triu
ln so vi ơm thanh nên ta thy ánh chp trc ri sau đó mt lúc mi nghe thy ting
sm.
Đ rõ hn quá trình phóng đin sét đc chia lƠm ba giai đon ch yu nh sau :
 Giai đoạn phóng tia tiên đạo (hình 1.4)
Ban đu xut phát t mơy giông mt tia tiên đo m, phát trin thƠnh tng đt gián
đon v phía mặt đt, vi tc đ trung bình khong 10
5
- 10
6
m/s. Kênh tiên đo lƠ mt
dòng plasma mt đ đin khong 10
13
ậ 10
14
ion/m
3
, mt phn din tích ơm ca mơy
giông trƠn vƠo kênh vƠ phơn b tng đi đu dc theo chiu dƠi ca nó. Thi gian

phát trin ca tia tiên đo mi đt kéo dƠi trung bình khong 1μs. Thi gian tm ngng
phát trin gia hai đt khong 30 - 90μs.
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 6


Hình.1.4 Giai đoạn phóng tia tiên đạo
Đng đi ca tiên đo trong thi gian nƠy không ph thuc vƠo tình trng mặt đt
vƠ các vt trên mặt đt, do đó nó gn nh hng thẳng v phía mặt đt. Cho đn khi tia
tiên đo đt đn đ cao đnh hng thì mi b nh hng bi các vùng đin tích tp
trung di mặt đt.
 Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa
Di tác dng ca đin trng to nên bi đin tích ca mơy giông vƠ đin tích
trong kênh tiên đo, s có s tp trung đin tích trái du trên vùng mặt đt phía di
đám mơy giông. Nu vùng đt phía di có đin dn đng nht thì ni đin tích tp
trung s nằm trc tip di kênh tiên đo, nu vùng đt phía di có đin dn khác
nhau thì đin tích ch yu tp trung  vùng k cn ni có đin dn cao nh vùng quặng
kim loi, vùng đt ẩm, ao h, sông ngòi, vùng nc ngm, kt cu kim loi các tòa nhƠ
cao tng, ct đin, cơy cao b t trong ma ầ Chính các vùng đin tích tp trung
nƠy s đnh hng hng phát trin ca tiên đo hng xung di khi nó đt đn đ
cao đnh hng, tia tiên đo s phát trin theo hng có đin trng ln nht. Do đó
các vùng tp trung đin tích s lƠ ni sét đánh vƠo.
 nhng vt dn có đ cao nh nhƠ cao tng, ct angten các đƠi phát thì t đnh ca
nó ni các đin tích trái du tp trung nhiu cũng s đng thi xut hin dòng tiên đo
phát trin hng lên đám mơy giông. Chiu dƠi ca kênh tiên đo t di nƠy tăng
theo đ cao ca vt dn vƠ to điu kin s dƠng cho s đnh hng ca sét vƠo vt dn
đó.
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 7

Hình 1.5 Tiên đạo đến gần mặt đất hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt.
Ngi ta li dng tính cht chn ca sét đ bo v chng sét đánh thẳng cho các
công trình bằng cách dùng các thanh kim loi hay dơy thu sét bằng kim loi đc ni
đt tt, đặt cao hn công trình cn bo v đ hng sét đánh vƠo đó mƠ không phóng
vào công trình.
Khi tia tiên đo hng xung gn mặt đt hay tia tiên đo hng lên, thì khong
cách khí  gia do cng đ đin trng tăng cao gơy lên ion hóa mƣnh lit, dn đn
s hình thƠnh mt dòng plasma có mt đ đin tích cao hn nhiu so vi mt đ đin
tích ca tia tiên đo, đin dn ca nó tăng lên hƠng trăm ln.
 Giai đoạn phóng điện ngược :
Do đin dn ca nó tăng cao nh vy nên đin tích cm ng trƠn vƠo dòng ngc
mang đin th ca đt lƠm cho cng đ đin trng đu dòng tăng lên gơy ion hóa
mƣnh lit vƠ c nh vy dòng plasma đin dn cao 10
16
- 10
19
ion/m
3
tip tc phát trin
ngc lên trên theo đng dn sẵn bi kênh tiên đo. Đơy lƠ s phón đin ngc hay
phóng đin ch yu. Vì mt đ đin tích cao đt nóng mƣnh lit cho nên tia phóng đin
ch yu sáng chói (hay còn gi lƠ tia chp).
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 8


Hình 1.6 Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu
Tc đ phát trin ca kênh phóng đin ngc vƠo khong 1,5.10
7

ậ 1,5.10
8
m/s tc
lƠ nhanh gp trên trăm ln tc đ phát trin ca kênh tiên đo. Khi kênh phóng đin
ch yu lên ti đám mơy thì s đin tích còn li ca đám mơy s theo kênh phóng đin
chy xung đt vƠ to nên dòng đin có tr s nht đnh.

Hình 1.7 Giai đoạn phóng điện kết thúc
Kt qu quan trc cho thy rằng : phóng đin sét thng xy ra nhiu ln k tip
nhau trung bình lƠ 3 ln. Các ln phóng đin sau có dòng tiên đo phát trin liên tc
(không phi tng đt nh ln đu), không phơn nhánh vƠ theo đúng quỹ đo ca ln
đu nhng vi tc đ cao hn (2.10
6
m/s). Điu nƠy gii thích đám mơy giông có th có
nhiu trung tơm đin tích khác nhau hình thƠnh do các dòng khí xoáy trong mơy. Dòng
phóng đin đu tiên dĩ nhiên s xy ra gia đt vƠ trung tơm đin tích có cng đ
đin trng cao nht. Trong giai đon phóng đin tiên đo thì hiu đin th gia các
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 9

vùng trung tơm nƠy vi các vùng trung tơm khác không thay đi vƠ ít có nh hng
qua li. Nhng kênh phóng đin ch yu đƣ lên đn mơy thì trung tơm đin tích đu
tiên ca đám mơy thc t mang đin th ca đt, điu nƠy lƠm cho hiu đin th gia
trung tơm đin tích đƣ phóng ti trung tơm đin th lơn cn tăng lên vƠ có th dn đn
phón đin gia chúng vi nhau. Trong khi đó thì kênh phóng đin cũ vn còn mt đin
dn nht đnh do s kh ion cha hoƠn toƠn. Nên phóng đin tiên đo ln sau theo
đúng quỹ đo đó, liên tc vƠ vi tc đ ln hn ln đu.

Hình 1.8 Hình thành dông sét tác động lên công trình
1.3. TínhăcpăthităđătƠi

Đ d thu phát sóng nên trm vin thông thông thng đc xơy dng  nhng
đim có v trí cao, ni có mt đ ca sét xy ra thng xuyên lƠ rt ln. Bên cnh đó
trong trm vin thông, phn ln các thit b truyn d liu đc ch to da trên công
ngh mch tích hp vƠ vi x lỦ. Các thit b nƠy đặc bit nhy cm vi xung sét. Thc
t vic đm bo tính an toƠn vƠ hot đng n đnh ca trm vin thông lƠ mt trong
nhng li ích ct yu chính liên quan đn cht lng dch v ca nhƠ trm cung cp
đn khách hƠng.
Do đó vic nghiên cu vƠ phát trin gii pháp chng sét trong trm vin thông lƠ
mt yêu cu cn thit đc đặt ra.
Hn na, vic tin hƠnh mô hình hóa vƠ mô phng gii pháp chng sét trong trm
vin thông s giúp ngi thit k la chn các gii pháp hp lỦ đ bo v trm vin
thông, gim ri ro thit hi do sét gơy ra.
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 10

1.4. Tngăquanăcácăktăquănghiênăcuăliên quan đnăđătƠi
- Mô phng quá đin áp do sét lan truyn trên đng dơy đin thoi ậ PGS.TS
Quyền Huy Ánh, Th.S Đỗ Bình Dương, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM.
- Chng sét cho mng vin thông Vit nam, nhng điu bt cp. Lê Quốc Dân-
Ban Viễn Thông, Phạm Hồng Mai – TTTTBĐ.
- Nghiên cu nh hng ca sét đánh trc tip lên mng đin công trình ậ
PGS.TS Quyền Huy Ánh, Nguyễn Đức Tuấn, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật, tháng 09 năm 2006.
- Surge protection of low voltage power systems for cellular telecommunications
sites - Andreas Beutel, Student Member, IEEE, and John Van Coller, Member,
IEEE.
- Lightning effects on external and internal cabling in telecommunication centres
with towers – R.Markowska, – Bialystok Technical
University Poland.

- Applying FDTD Simulation to Lightning Surge Route Analysis in Microwave
Relay Stations - Journal of International Council on Electrical Engineering
Vol. 1, No. 1, pp. 60~66, 2011.
- Lightning effects in base stations of global systems for mobile communication -
R.Markowska, – Bialystok Technical University
Poland.
- Surge Protection's Essential Rolein the Cable's Telecommunications Triple
Play - By Justin J. Junkus.
- Countermeasures to lightning backflow current in telecommunication cables -
Ota-ku, 144-0053 Japan, Practical Field Information about Telecommunication
Technologies.
1.5. ụănghƿaăkhoaăhcăvƠăthcătinăcaăđătƠiă:
- Kt qu nghiên cu xác đnh nh hng ca sét tác đng đn công trình nhà
trm vin thông đ đa ra nhng tiêu chí la chn thit b bo v phù hp, đng thi
có th lƠm tƠi liu tham kho cho các đn v vƠ cá nhơn quan tơm đn thit k hay
nghiên cu chng sét trong trm vin thông.
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 11

1.6. Mcătiêuănghiênăcuă:
Nghiên cu gii pháp chng sét trong trm vin thông nhằm xác đnh nh hng
ca sét đn ngun đin hot đng trong nhƠ trm, hiu qu vƠ gii pháp lp đặt la
chn thit b chng sét phù hp, lƠm gim thit hi v kinh t do hin tng quá đin
áp khí quyn gơy ra, nơng cao tính hot đng n đnh trm vin thông.
1.7. Điătngănghiênăcu :
Trm vin thông chu nh hng ca quá đin áp khí quyn có các thông s c th.
1.8. Nhimăvănghiênăcu
Trong quá trình nghiên cu đ tƠi phi thc hin đc các nhim v sau :
- Tìm hiu quá trình hình thƠnh sét, các thông s vƠ tác hi ca sét gơy ra.
- Nghiên cu cu trúc vƠ phơn vùng bo v trong trm vin thông, cách thc ni

đt trong nhƠ trm.
- Nghiên cu nh hng ca sét đánh trc tip lên đng dơy phơn phi trên
không 22kV.
- Nghiên cu nh hng ca sét đánh trc tip lên ct tháp vô tuyn vin thông.
- Nghiên cu nh hng ca xung sét cm ng lên đng dơy phơn phi trên
không 22kV do sét đánh gn khu vc nhƠ trm.
- Thc hin mô hình hóa và mô phng trên ATP-EMTP.
- Kt lun vn đ đƣ nghiên cu vƠ đa ra hng nghiên cu trong tng lai.
1.9. Phngăphápănghiênăcu
- Thu thp tƠi liu, thc hin phơn tích vƠ tng hp các vn đ cn nghiên cu
chng sét trong trm vin thông .
- Thc hin mô hình hóa và mô phng trong môi trng ATP-EMTP.
- So sánh vƠ đa ra kt lun da trên kt qu mô phng.
1.10. Đăcngălunăvĕn
Các ni dung chính trong lun văn s chia thƠnh 7 chng :
- Chng 1: Tng quan v đ tƠi vƠ đa ra nhng lỦ do cũng nh các mc đích
ca vic nghiên cu đ tƠi.
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 12

- Chng 2 : Tìm hiu cu trúc vƠ phơn tích nh hng ca sét lên trm vin
thông tiêu biu.
- Chng 3 : La chn thit b bo v vƠ phơn vùng bo v cho trm vin thông.
- Chng 4 : Tip đt cho nhƠ trm vin thông.
- Chng 5 : Gii thiu chung v chng trình mô phng ATP.
- Chng 6 : Xơy dng mô hình hóa và mô phng.
- Chng 7 : Đa ra kt lun vƠ hng phát trin đ tƠi.

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 13

CHNGă2 : TỄCăHIăVĨăTHỌNGăSăCAăSÉT, PHÂN TÍCH NH
HNGăCAăSÉT LÊN TRMăVINăTHỌNG ĐINăHỊNH
2.1. TÁC HI DO SÉT GÂY RA
Tác hi ca sét là rt ln, bao gm tác hi do sét đánh trc tip, tác hi gián tip do
cm ng tĩnh đin vƠ cm ng đin t. S phá hy ca hu ht các tia sét đánh trc
tip rt rõ ràng, không nhng nh hng đn vt cht mƠ còn gơy thit hi đn tính
mng con ngi. Khi mt công trình b sét đánh trc tip dòng sét s gơy ra tác hi v
c, nhit vƠ đin t, ầ Nu các công trình ni lin vi các vt dn đin kéo dƠi :
đng dơy đin, dơy đin thoi, ng dn gas bằng kim loi, ầ nhng vt dn đó có th
mang đin th cao t xa đn khi chúng b sét đánh, gơy nguy him cho con ngi vƠ
các thit b ni vi nó.

Hình 2.1 Sét đánh trực tiếp cột tháp viễn thông
Nhiu vn đ đƣ đc đ cp mt cách cp bách trong nhng năm gn đơy vì các

trang thit b đin t đƣ tr thành các trang thit b s dng ngày càng nhiu và rt ph
bin, mng li vi tính đƣ phát trin rng khp và nhiu ngành công nghip đƣ đc
đặt h thng điu khin và thông tin liên lc s dng các linh kin đin t.
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 14

Theo thng kê đi vi ngƠnh Bu Chính Vin Thông vƠo năm 2011 có 53 s c do
sét, chim 27,13% s c vin thông và tng thi gian mt liên lc do sét là 716 gi gây
thit hi 4.119 tỷ đng. Vi đặc thù tri rng khp c nc, bao gm hàng ngàn tng
đƠi, trm vin thông vi hƠng trăm loi thit b khác nhau, nguy c sét đánh vƠo mng
vin thông là rt cao và vic phòng chng sét là ht sc khó khăn. Hin ti toàn b các
trm vin thông đƣ đc lp đặt h thng chng sét rt đa dng v chng loi và mc
đích lp đặt là dn dòng sét xung đt, sao cho đin áp còn li đ thp, an toàn cho
thit b. Thc t và lý thuyt cho thy rằng hiu qu phòng tránh sét ph thuc vào
nhiu yu t, không ch cht lng thit b mà còn cht lng lp đặt, chăm sóc bo
dỡng. Nhim v chng sét còn cha quan tơm đúng mc và  nhiu ni đƣ buông
lng qun lý nên la chn đi tng phòng tránh cha ht, đ xut bin pháp cha đt
hiu qu cao.

Hình 2.2 Những thiệt hại do dòng xung sét gây ra
Hu qu không mong mun do sét lan truyn hoặc do quá đin áp thng gơy thm
ha cho công ty vƠ xí nghip, thit hi do sét lan truyn gơy ra rt ln trong các lƣnh
vc trng đim ca đt nc nh Bu Chính Vin Thông, Phát Thanh Truyn Hình,
Ngân Hàng, HƠng Không, Xăng Duầ Điu không ch dn đn kt qu lƠ các trang
thit b có giá tr buc phi đc thay th mƠ còn gơy tn tht kinh t do phi ngh,
Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH : Bùi Kim Cường Trang 15

không vn hƠnh trong thi gian phát hin vƠ khc phc sa cha, vƠ mt nhiu c hi
kinh doanh. Theo d đoán ca các nhƠ khí tng thy văn, trc mt vƠ trong các năm

ti na din bin thi tit s rt phc tp, đng thi vic phát trin xơy dng các trm
vin thông theo nhu cu s dng ngƠy cƠng nhiu. Vì vy vic nghiên cu gii pháp
chng sét ti u đ bo v cho các công trình vin thông lƠ điu thit thc vƠ cp bách.
Nh vy, sét có th gơy ra nguy him trc tip vƠ gián tip cn phi có các phng
pháp phòng chng sét đánh trc tip vƠ gián tip hu hiu, gim thiu các rũi ro do sét
gây ra.
2.2. CÁC THÔNGăSăCNăQUANăTỂMăCAăSÉT.
Vit Nam lƠ mt nc nằm trong khu vc nhit đi ẩm, có đa hình đi núi vƠ đng
bằng xen k, khí hu Vit Nam rt thun li cho vic phát sinh, phát trin ca dông sét.
S ngƠy dông có  Vit Nam trên nhiu khu vc lƠ khá ln. Dng sóng dòng sét chuẩn
đc th hin nh hình 2.3, có dng mt sóng xung. Trung bình khong vƠi ba
microgiơy, dòng đin tăng nhanh đn tr s cc đi to nên phn đu sóng vƠ sau đó
gim xung chm chm trong khong 20-100μs, to nên phn đuôi sóng. S lan truyn
sóng đin to nên bi dòng đin sét gơy nên quá đin áp trên đng ngun, do đó khi
nghiên cu chúng ta phi cn nm đc nhng tham s ch yu vƠ xác xut xut hin
ca nó.

Hình 2.3 Dạng sóng dòng sét chuẩn