xác định vị trí lắp đặt hợp lý chống sét van bảo vệ trạm biến áp phân phối có xét đến các yếu tố ảnh hưởng

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

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT HỢP LÝ
CHỐNG SÉT VAN BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP
PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: B2009– 22 – 35

S KC 0 0 3 2 0 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH

****************
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Xác định vị trí lắp đặt hợp lý chống sét
van bảo vệ trạm biến áp phân phối có xét
đến các yếu tố ảnh hưởng
Mã số: B2009– 22 – 35
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2011


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT VAN
1.1. Đặt vấn đề
Mọi thiết bị điện khi lắp đặt đều được dự kiến đưa vào vận hành lâu dài ở một
cấp điện áp xác định và thường được lựa chọn dựa trên điện áp định mức của lưới

điện mà thiết bị đó được đấu nối vào. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, đôi lúc lại
xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân gây ra, có thể là do các sự cố
chạm đất, do thao tác, do sét..v.v. Trong đó, quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất,
bởi vì quá điện áp này rất lớn gây phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết
bị.
Có ba yếu tố quan trọng như nhau có liên quan đến việc bảo vệ quá áp: thiết kế
tổng quan lưới điện, cấp độ cách điện xung cơ bản (BIL) của thiết bị (máy biến áp,
bộ điều áp, dàn tụ bù,.v.v.) trên lưới, thiết bị bảo vệ (chống sét van, dây chống sét).
Khả năng cách điện của hệ thống cơ bản được xác định bởi đặc tính kỹ thuật
của các bộ phận sử dụng (cực cách điện, dây dẫn, v.v..) cộng với cấu trúc, khoảng
cách và tất cả các hệ số khác bao gồm trong việc thiết kế hệ thống. Cách điện của
một hệ thống phải chịu được điện áp tần số nguồn liên tục trong nhiều năm với
nhiều điều kiện khí quyển. Để đảm bảo tính hợp nhất dài hạn của hệ thống, phải
thiết kế cho lưới điện chịu được điện áp cao hơn mức bình thường. Tuy nhiên, về
mặt kinh tế cũng khó thực hiện được lưới điện có khả năng chịu được điện áp cao
như khi có quá áp quá độ.
Tương tự cấp cách điện của thiết bị phân phối được thiết kế để chịu được điện
áp cao hơn bình thường. Phương pháp này có hiệu quả đến một mức nào đó, nhưng
sẽ nhanh chóng đến một giai đoạn mà không thể thêm chi phí để tạo cấp cách điện
BIL cao hơn được nữa vì không khả thi về kinh tế.
Cấp bảo vệ quá áp cần phải bổ sung bằng cách lắp đặt thiết bị bảo vệ để giới
hạn lượng điện áp mà một thiết bị (hay đoạn đường dây) phải chịu. Phương pháp
này còn cho phép giảm cấp độ cách điện của thiết bị, vì có thể dựa vào khả năng
quá áp nhỏ hơn, và nói chung tạo ra một sơ đồ bảo vệ quá áp tiết kiệm hơn. Các
công ty Điện lực đương nhiên cũng áp dụng các thực tế khác nhau nhưng đều phải

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

9

Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

tính đến ba yếu tố cơ bản: phục vụ khách hàng, khả năng chịu đựng điện áp (đặc
biệt là quá áp do sét) và yếu tố kinh tế.
Không thể thiết kế một lưới điện có thể đáp ứng được yêu cầu là mọi quá điện
áp phải dưới mức chịu đựng của cách điện của các thiết bị, bởi vì như thế sẽ làm
cho chi phí vượt quá mức. Do vậy, khi thiết kế một lưới điện, cũng như tính chọn
thiết bị lắp đặt trên lưới là hạn chế tối thiểu các tác hại của quá áp, quy trình này
dựa trên cơ sở phối hợp các quá áp dự kiến và khả năng chịu đựng quá áp của các
thiết bị. Muốn đạt được điều này phải đáp ứng hai bước sau đây :
- Thiết kế lưới điện thích hợp để kiểm soát và hạn chế tối thiểu các quá áp.
- Sử dụng các thiết bị bảo vệ quá áp.
Tổng hợp hai bước trên được gọi là bảo vệ quá áp hay phối hợp cách điện.
Các thiết bị bảo vệ quá áp do sét bao gồm :
- Khe hở phóng điện.
- Các loại van chống sét.
Mục tiêu cơ bản của các bảo vệ quá áp trong hệ thống điện là tránh các hư
hỏng cách điện, ngừng làm việc hoặc hư hỏng của thiết bị. Hiện tại, thông thường
sử dụng chống sét van MOV không khe hở để bảo vệ quá áp do sét trên lưới phân
phối [13, 14, 15].
1.2. Tình hình dông sét ở Việt Nam
Việt Nam là một nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, cường độ hoạt
động của dông sét rất mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều tác hại đời sống con người,
gây hư hỏng thiết bị, công trình. Là một trong những tác nhân gây sự cố trong vận
hành hệ thống điện và hoạt động của các ngành khác. Ở các vùng lãnh thổ với điều
kiện khí hậu, thời tiết và địa hình khác nhau thì đặt điểm về hoạt động dông sét khác
nhau, mặt khác điều kiện trang bị kỹ thuật khác nhau thì mức độ thiệt hại do sét gây

ra cũng khác nhau. Vì vậy, ngoài việc tiếp nhận các kết quả nghiên cứu của thế giới,
mỗi nước cần phải tự tiến hành điều tra, nghiên cứu về đặc tính hoạt động của dông
sét và các thông số phóng điện sét trên lãnh thổ của mình để từ đó đề ra những biện
pháp phòng, chống sét thích hợp và hiệu quả.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

10


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

Từ các nguồn số liệu khác nhau về ngày dông, giờ dông của các đài trạm thuộc
các tỉnh thành, qua xử lý tính toán đã phân ra được 5 vùng đặt trưng về cường độ
dông sét trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam, bao gồm:
- Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc (khu vực A)
- Khu vực miền núi trung du miền Bắc (khu vực B)
- Khu vực miền núi trung du miền Trung (khu vực C)
- Khu vực ven biển miền Trung (khu vực D)
- Khu vực đồng bằng miền Nam (khu vực E)
Bảng 1.1 Cường độ dông sét tại các khu vực
Khu vực
A
B
C
D
E

Ngày dông TB
(ngày/năm)
51,1
61,1
47,6
44,0
60,1

Giờ dông TB
(giờ/năm)
219,1
215,6
95,2
89,32
126,21

Mật độ sét TB
(lần/km2.năm)
6,47
6,33
3,31
3,55
5,37

Kết luận:
Sét có điện áp vô cùng lớn thì dòng điện sét được đo đạt dựa trên ảnh hưởng
của nó trên thiết bị. Các thiết bị nhạy sét như MOV sẽ cho dòng sét chạy qua.
Chống sét van MOV có vật mang dòng điện với điện trở giảm rất thấp trong thời
gian sét xảy ra. Các thành phần chủ yếu về đặc tính bảo vệ chống sét được thể hiện
qua dòng xung phóng điện.

Nhiều thiết bị khoa học hiện đại được dùng để đo lường và ghi lại dòng sét, đã
cho thấy phạm vi thay đổi rất rộng của giá trị dòng điện từ: 1000A đến 200kA cho
thấy mức độ khó đoán của biên độ sét. Sự nghiên cứu phân tích cho thấy dòng chạy
qua chống sét van MOV chỉ khoảng 1/10 tổng giá trị của dòng điện sét nhưng đặc
biệt lưu ý là chỉ khoảng 5 số sét trên lưới điện phân phối vượt quá giá trị 10kA.
1.3 Một số thuật ngữ cơ bản
1. Điện áp định mức Ur (Rated Voltage)
a. Theo IEC: Điện áp định mức của chống sét van là giá trị hiệu dụng cho phép
tối đa của điện áp tần số công nghiệp đặt vào hai cực chống sét mà tại đó chống sét

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

11


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

van được thiết kế để vận hành đúng ở các điều kiện được thiết lập trong các thí
nghiệm chu kỳ làm việc (Operating duty test).
Một chống sét van đáp ứng tiêu chuẩn IEC phải chịu đựng được điện áp định
mức của nó ít nhất trong 10 giây, sau khi đã được gia nhiệt trước đến 60oC và chịu
tác động một xung dòng cao hay hai xung dòng trong thời gian dài và sau đó được
phối hợp kiểm tra độ ổn định nhiệt đối với điện áp vận hành liên tục (Continuous
Operating Voltage) trong khoảng thời gian 30 phút.
Chu trình thử nghiệm này khá phức tạp và hiển nhiên Ur không phải là giá trị đo
trực tiếp trên chống sét.
b. Theo ANSI: Điện áp định mức chu kỳ làm việc (Duty Cycle Voltage Rating)
là thuật ngữ gần với Ur của IEC. Theo ANSI, điện áp chu kỳ làm việc cũng được

định nghĩa là một chu kỳ thử nghiệm khá phức tạp. Điện áp định mức chu kỳ làm
việc là điện áp mà tại giá trị này các mẫu thử nghiệm được nạp điện mà không gia
nhiệt trước. Điện áp thử nghiệm này được giữ khoảng 20 phút, trong thời gian đó
20xung dòng phân loại (thí dụ 10kA, 8/20 s) được sử dụng với khoảng thời gian
giữa các lần thao tác là 50 giây đến 60 giây.
Mặc dù các thử nghiệm là khác nhau giữa IEC và ANSI, nhưng trong thực tế
giá trị điện áp định mức được xác định bởi các nhà sản xuất khác nhau, đối với các
đặc tính chính thì hầu như tương tự dù là được xác định theo IEC hay ANSI.
2. Dòng điện quy chuẩn Iref (Reference current)
a. Theo IEC: Dòng điện quy chuẩn là giá trị đỉnh (giá trị đỉnh của hai cực sẽ
cao hơn nếu dòng điện bất đối xứng) của thành phần điện trở ở dòng điện tần số
công nghiệp được sử dụng để xác định điện áp quy chuẩn của chống sét. Dòng điện
quy chuẩn phải đủ lớn để có thể bỏ qua các ảnh hưởng của điện dung tản của chống
sét tại giá trị điện áp quy chuẩn đo được và được quy định bởi nhà sản xuất.
Theo tiêu chuẩn IEC 99 - 4 thì dòng điện quy chuẩn cho phép khi đặt điện áp
xoay chiều tần số công nghiệp vào hai cực của chống sét là tương ứng với mật độ
dòng điện khoảng (0,05mA1,0mA)/cm2 của tiết diện đĩa MOV của các chống sét
loại một trụ.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

12


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

b.Theo ANSI: Dòng điện quy chuẩn là giá trị đỉnh của thành phần điện trở của
dòng điện tần số công nghiệp đủ lớn để có thể bỏ qua các ảnh hưởng của các điện

dung tản của chống sét. Mức dòng điện này do nhà sản xuất quy định.
Theo tiêu chuẩn ANSI C62 - 11 thì khi nâng điện áp lên 1,25 lần điện áp làm
việc liên tục lớn nhất MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) vào hai
cực của chống sét thì dòng điện qua chống sét là dòng điện quy chuẩn.
Dòng điện quy chuẩn cho phép theo tiêu chuẩn này là (0,05 mA  1,0 mA)/cm2
của tiết diện đĩa MOV.
2. Điện áp quy chuẩn Uref (Reference Voltage)
a. Theo IEC: Điện áp quy chuẩn là giá trị đỉnh của điện áp tần số công nghiệp
chia cho

2 được sử dụng cho chống sét để đạt dòng điện quy chuẩn. Điện áp quy

chuẩn của một tổ hợp gồm nhiều chống sét ghép lại là tổng số của các điện áp quy
chuẩn thành phần.
b.Theo ANSI: Điện áp quy chuẩn là giá trị đỉnh thấp nhất của điện áp tần số
công nghiệp của cực độc lập chia cho

2 , được yêu cầu tạo ra thành phần điện trở

của dòng điện bằng dòng quy chuẩn của chống sét. Điện áp quy chuẩn của một tổ
hợp gồm nhiều chống sét ghép nối tiếp là tổng số của các điện áp quy chuẩn của
từng thành phần. Mức điện áp này do nhà sản xuất quy định.
3. Điện áp vận hành liên tục Uc (Continuous Operating Voltage - COV)
a. Theo IEC: Uc (COV) là giá trị hiệu dụng của điện áp tần số công nghiệp tối đa
được thiết kế mà điện áp này có thể sử dụng liên tục giữa hai cực của chống sét.
Khi so sánh COV của các chống sét các nhà sản xuất khác nhau cần lưu ý là
không phải khi một chống sét có COV lớn hơn là đặc tính chống sét tốt hơn. Bởi vì
giá trị COV được thiết kế là có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất, nó phụ thuộc
vào các thông số như: Sự phân bố điện áp phi tuyến đặc biệt là các chống sét có
thân dài; Các ứng suất xung thao tác và xung sét; Đặc tính lão hóa; Đặc tính ô

nhiễm; và các quá áp tạm thời.
COV cao hơn không tương ứng đối với điện áp điểm ngưỡng (Knee point
voltage) cao hơn, không cải thiện đặc tính ô nhiễm hoặc khả năng chịu đựng quá áp
tạm thời (TOV: Temporary OverVoltage).

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

13


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

Do vậy, tốt nhất là cần quy định COV, TOV và các thông số khác riêng lẻ dựa
trên yêu cầu thực tế của lưới điện và theo đó lựa chọn chống sét thích hợp.
b. Theo ANSI: Thuật ngữ MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage)
là giá trị hiệu dụng của điện áp tần số công nghiệp tối đa có thể áp đặt liên tục vào
hai cực của chống sét.
Theo tiêu chuẩn ANSI tất cả các định mức chống sét đều được liệt kê trong
một bảng có MCOV tương ứng cho mỗi định mức điện áp chu kỳ làm việc.
Trong trường hợp này, có một sự quan hệ cố định giữa MCOV và định mức
chu kỳ làm việc và không xem xét đến việc áp dụng thực tế. Do vậy, MCOV được
sử dụng như là điện áp thí nghiệm trong các thí nghiệm chủng loại (type test) theo
tiêu chuẩn ANSI. Không có xem xét sự phân bố điện áp không tuyến tính làm cho
các thử nghiệm theo ANSI ít khắc nghiệt so với các thử nghiệm theo IEC.
Các định nghĩa cho COV và MCOV ở các tiêu chuẩn là tương đương. Tuy
nhiên, khi xem xét đến sự phân bố điện áp không đồng nhất không có ở tiêu chuẩn
ANSI. Do vậy, MCOV chỉ được xem như là giá trị điện áp liên tục tối đa được sử
dụng trong thử nghiệm phân loại, được chia theo tỉ lệ cho các đĩa trong một chống

sét van, không phải của chống sét hoàn chỉnh.
4. Quá điện áp tạm thời TOV (Temporary Over Voltage)
Quá điện áp với tần số vài Hz đến vài trăm Hz, thời gian kéo dài từ vài ms đến
hàng giờ. Các nguyên nhân của quá áp tạm thời có thể là chạm đất một pha, hai pha,
cộng hưởng sắt từ trong lưới điện, sa thải phụ tải. Thông thường xung này không
được quá 3 pu và không gây nguy hiểm trong vận hành lưới điện. Tuy nhiên, nó là
yếu tố quyết định đến kích cỡ của chống sét.
5. Hệ số bền chịu đựng quá áp tạm thời T
TOV là một hàm số theo thời gian t ở nhiệt độ môi trường t = 60oC (nhiệt độ
không khí bên ngoài chống sét). Đường đặc tuyến ở trên không mang tải trước,
đường đặc tuyến phía dưới có mang tải trước, t là khoảng thời gian quá áp tần số
công nghiệp.
Hệ số độ bền chịu đựng quá áp tạm thời T là khả năng chịu đựng TOV của
chống sét van được định nghĩa như sau :

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

14


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

T

TOV
UC

Hình 1.1 Quan hệ của hệ số quá áp T = TOV/Uc theo thời gian

Để thể hiện khả năng chịu quá áp tạm thời của chống sét MOV, các nhà sản xuất
thường cung cấp kèm theo chống sét đặc tính khả năng quá áp tạm thời theo thời
gian.
Cần lưu ý có hai cách thể hiện:
a. Cách 1 (theo các nhà sản xuất Châu Âu và theo tiêu chuẩn IEC)
Trong Hình 1.1, đường đặc tuyến ở phía trên có giá trị đối với các chống sét
không có mang tải trước đáng kể. Vì lý do ổn định nhiệt nên nhiệt độ MOV không
thể vượt quá một giá trị xác định, năng lượng do chống sét hấp thụ cũng bị giới hạn.
Với lý do đó, tải cho phép trong khoảng thời gian t sẽ giảm theo giá trị của T đáp
ứng với TOV. Đường đặc tuyến phía dưới có giá trị đối với chống sét khi ở thời
điểm t = 0 đã mang tải trước là Uc, có năng lượng E. Dĩ nhiên đường đặc tuyến này
nằm bên dưới đường đặc tuyến chưa mang tải bởi vì trong từng trường hợp, năng
lượng hấp thụ vào chống sét van trong khoảng thời gian t của đường đặc tuyến
mang tải phải nhỏ hơn.
Cách 2: (theo các nhà sản xuất Châu Mỹ theo tiêu chuẩn ANSI)
Đường cong được thiết lập bằng cách sử dụng điện áp tần số công nghiệp để
gia nhiệt trước (đến 60oC) mẫu thử nghiệm, trên định mức chu kỳ làm việc của
PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

15


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

chống sét cho nhiều lần từ 0,1 đến 104 giây. Một thí nghiệm quá áp được giảm đến
giá trị MCOV trong vòng 200 ms trước khi bị hỏng do nhiệt. Khu vực bên dưới
đường cong là đặc tính điện áp – thời gian mà ở đó các mẫu thử đã được xác định
ổn định nhiệt trong khoảng thời gian chu kỳ sau 30 phút với tổn thất công suất bằng

hay ít hơn giá trị gốc. Mặc dù điều này không phải là một thí nghiệm được bắt buộc
hay được mô tả bởi tiêu chuẩn ANSI hay IEC. Không phải vì nó là một thí nghiệm
ít quan trọng để thiết lập một đường cong điện áp tần số công nghiệp - thời gian
nhằm xác định khả năng của một chống sét đáp ứng dòng điện phóng mà theo kinh
nghiệm sự quá áp ở tần số công nghiệp không bị quá nhiệt. Cần lưu ý là ở tiêu
chuẩn ANSI thử nghiệm mang tải trước để có đường cong Prior Duty chỉ yêu cầu
áp dụng đối với các chống sét loại trạm (Station class) và loại trung gian
(Intermediated class).

Hình 1.2 Khả năng chịu quá áp tạm thời của chống sét van VariSTAR
- loại AZL8
6. Điện áp kẹp, điện áp dư Ures (Residual voltage)
Điện áp dư Ures là điện áp xuất hiện giữa hai cực chống sét trong quá trình
dòng điện phóng chạy qua chống sét. Nó phụ thuộc vào biên độ cũng như dạng
sóng của dòng điện phóng và được biểu thị ở giá trị đỉnh. Đối với các biên độ và
dạng sóng khác với dòng điện phóng định mức, điện áp dư thường được biểu thị
bằng % so với điện áp phóng ở dòng điện định mức.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

16


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

7. Hệ số sự cố chạm đất Ke (Earth fault factor)
Hệ số chạm đất Ke là tỷ số của điện áp ở các pha không bị sự cố trong quá trình
sự cố đối với điện áp trước khi bị sự cố chạm đất (Bảng 1.2).

Bảng 1.2 Hệ số Ke đối với các cấu hình khác nhau của hệ thống điện.
Phương thức nối đất của lưới điện
Hệ thống 4 dây nối đất lặp lại
Cáp (4 dây)
Hệ thống 3 dây nối đất tổng trở nhỏ
Hệ thống 3 dây nối đất tổng trở cao
Hệ thống 3 dây nối delta

Ke
1,25 – 1,35
1,50
1,40
1,73
1,73

8. Năng lượng định mức
Dung lượng năng lượng của các chống sét MOV phụ thuộc vào nhiều thông số
như khoảng thời gian phóng năng lượng, biên độ dòng và số lần phóng điện.
Nói chung, chống sét không được dùng để bảo vệ các thiết bị điện để ngăn
ngừa TOV vì như vậy sẽ đòi hỏi một số lượng lớn các chống sét nối song song.
Những áp dụng có thể được xem xét chỉ trong trường hợp để hạn chế hay loại trừ
TOV cộng hưởng. Trong trường hợp này, cần phải nghiên cứu một cách cẩn thận để
chọn lựa chống sét có dung lượng thích hợp.
Tổng trở ngắn mạch nhìn từ thiết bị chống sét trong quá trình xảy ra TOV đóng
vai trò quan trọng để xác định yêu cầu năng lượng, các yếu tố khác ảnh hưởng đến
dung lượng TOV là năng lượng hấp thụ như nhiệt độ ban đầu của các thớt của bộ
chống sét khi có TOV và điện áp đưa vào sau TOV. Đối với các TOV có tần số cao
hơn tần số công nghiệp có thể giả thiết ở cùng một biên độ điện áp thì khoảng thời
gian chịu đựng của chống sét trong hai trường hợp này được xem như nhau nếu quá
trình này ngắn hơn 10s. Đối với các trường hợp khác thì phải tham khảo ý kiến nhà

sản xuất.
Theo IEC là các thử nghiệm chịu đựng xung dòng thời gian dài (Long duration
current impulse withstand test). Và theo ANSI là các thí nghiệm chịu đựng dòng
phóng (Discharge current withstand test) đó là các xung dòng chữ nhật dài 2-3,2ms,
biên độ 200 – 1000A và số xung là 18 hay 20. Nói chung, các yêu cầu của IEC là
khắc nghiệt hơn yêu cầu của ANSI do năng lượng mỗi xung là cao hơn. Thông
thường các chống sét MOV chịu đựng mức năng lượng cao hơn ở các dòng thấp có

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

17


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

thời gian dài (như các ứng suất tần số công nghiệp) so với các dòng cao có thời gian
ngắn (như dòng phóng của tụ điện). Khi đề cập đến dung lượng năng lượng phải
kèm theo chu trình thử nghiệm nếu không thì không có nghĩa. Cũng cần lưu ý các
số liệu cho bởi các nhà sản xuất thường khác nhau và khó so sánh trừ phi chúng
cũng được tiến hành với các chu trình thử nghiệm tương đương. Các số liệu có thể
được giới thiệu bằng nhiều cách chẳng hạn như kJ/kV MCOV hay kJ/kV định mức.
Có thể xem sự khác nhau là 25% định mức là khoảng 1,25 lần MCOV.
1.4. Thiết bị chống sét van MOV không khe hở
1. Cấu tạo chống sét MOV (Metal Oxide Varistor)
MOV tổng hợp gồm nhiều kim loại. Các đặc tính điện yêu cầu của sản phẩm
cuối cùng là hoàn toàn không có ở các nguyên liệu được sử dụng. Do vậy, các đặc
tính điện của MOV được hình thành khi sản xuất, oxit kim loại được dùng để chế
tạo MOV thường là oxit kẽm.

Biến trở oxit kẽm (ZnO) bao gồm chủ yếu là oxit kẽm (khoảng 90% trọng
lượng) và một lượng nhỏ các oxit kim loại khác còn được gọi là phụ gia như:
bismuth, cobalt, antimany và oxit măng gan.
2. Đặc tính của MOV

Hình 1.3. Đặc tính điện trở phi tuyến của chống sét van MOV
Như ở Hình 1.3, điện trở của phần tử MOV là một hàm theo điện áp đặt tại đầu
cực. Ở điện áp vận hành bình thường, điện trở của phần tử ZnO có trị số rất lớn và
được xem như là cách ly với hệ thống.
Trong điều kiện có quá điện áp, điện trở của MOV giảm xuống rất thấp và dẫn
dòng điện xung chạy qua, như vậy sẽ bảo vệ được các thiết bị khỏi bị phá hỏng khi
có quá điện áp xảy ra. Dòng điện chạy qua chống sét van là dòng phóng điện và
PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

18


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

điện áp giữa hai cực của nó được gọi là điện áp dư. Như vậy, tổng của điện áp dư
của chống sét van với điện áp rơi trên dây nối là điện áp đặt lên thiết bị được bảo vệ
trong thời gian xảy ra phóng điện.
Sau khi cho dòng điện phóng qua, và điện áp hệ thống trở lại điện áp vận hành
bình thường thì điện trở của chống sét van MOV lại tăng cao và trở về chế độ làm
việc như một thiết bị cách ly.
1.5 Lựa chọn thiết bị chống sét van theo thông số hệ thống
Theo kinh nghiệm, một số tài liệu kiến nghị khi thiếu các thông tin về vị trí lắp
đặt thiết bị chống sét, có thể sử dụng các số liệu sau đây để chọn thiết bị chống sét

áp dụng cho MOV không khe hở thì điện áp định mức của chống sét được chọn như
sau:
- 1,25 x điện áp pha-đất định mức với hệ thống 4 dây, trung tính nối đất lặp lại.
- 0,8 x điện áp dây định mức đối với hệ thống 3 dây, trung tính trực tiếp nối đất.
- 1,05 x điện áp dây đối với hệ thống cách đất.
Tuy nhiên, để đảm bảo các biên hạn bảo vệ và phát huy tốt chức năng bảo vệ
quá áp của thiết bị chống sét việc lựa chọn chống sét cần tiến hành các bước sau:
 Bước 1: Xác định môi trường lắp đặt của chống sét
Ở bước này cần xác định yếu tố môi trường bên ngoài nơi chống sét sẽ được
lắp đặt như: Chống sét van được lắp đặt trong nhà hay ngoài trời, mức độ ô nhiễm
để xác định chiều dài đường rò của vỏ bọc cách điện.
Ngoài ra cũng cần chú ý đến điều kiện làm việc không bình thường sau đây để
liên hệ với nhà sản xuất để được tư vấn:
- Nhiệt độ môi trường xung quanh lớn hơn +400C hay thấp hơn -400C.
- Độ cao nơi lắp đặt so với mực nước biển lớn hơn 1000m (các CSV chế tạo
theo tiêu chuẩn ANSI độ cao này là h > 1800 m (6000 feet).
- Hơi hay hơi nước có thể gây hư hỏng bề mặt của cách điện ngoài.
- Sự nhiễm bẩn quá mức gây ra bởi khói, bụi, hơi muối hay các vật liệu dẫn điện
khác.
- Lắp đặt những nơi mà có các yếu tố quá mức như hơi nước, độ ẩm, nước chảy
thành dòng.
- Lau chùi chống sét van mà không cắt điện.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

19


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

- Sự pha trộn các khả năng phát nổ như bụi, khí hay hơi.
- Các điều kiện cơ học không bình thường (động đất, rung động, tốc độ gió cao,
băng đóng dày).
- Lưu kho hay vận chuyển không bình thường.
- Tần số dưới 48Hz hay trên 62Hz.
- Nguồn nhiệt lắp đặt gần nơi chống sét van.
 Bước 2: Xác định các thông số của hệ thống
a. Xác định điện áp vận hành cực đại của hệ thống Um
Điện áp cực đại của hệ thống là giá trị hiệu dụng cao nhất của điện áp dây xảy
ra trong điều kiện vận hành bình thường ở một thời điểm và vị trí nào đó trong hệ
thống.
Nếu chỉ có điện áp định mức Ur hệ thống thì chọn: Um = (1,05  1,1)Ur.
b. Xác định hệ số chạm đất Ke
Hệ số Ke phụ thuộc vào phương thức nối đất của điểm trung tính, tham khảo số
liệu Ke ở Bảng 1.2
c. Xác định giá trị quá điện áp tạm thời
Thông thường giá trị UTOV được hiểu là điện áp ở sự cố chạm đất một pha. Biên
độ UTOV được xác định như sau:

UTOV löôùi  K e x

Um
3

Cần lựa chọn: UTOV chống sét van  UTOV lưới
 Bước 3: Kiểm tra các lý do khác xảy ra TOV
Thông thường TOV xuất hiện khi có sự cố chạm đất, hoặc do sa thải phụ tải, tuy
nhiên ở một số kết cấu lưới nào đó có thể xảy ra quá điện áp cộng hưởng, điều này

cũng có thể xảy ra khi các cực máy cắt tác động không đồng thời. Quá điện áp cộng
hưởng không được dùng làm cơ sở để tính chọn TOV của chống sét.
Trong một vài trường hợp vận hành, để giảm dòng sự cố, người ta chỉ chọn nối
đất trung tính của một số biến áp. Trong trường hợp này có thể xảy ra khả năng một
số bộ phận của hệ thống có thể trở thành mất tác dụng phần nối đất (ví dụ như tăng
giá trị Ke), trong một số giai đoạn khi mà một hoặc nhiều máy biến áp có trung tính
được tách ra không nối đất. Nếu không dự phòng cho việc này thì một số sự cố

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

20


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

chạm đất xảy ra trong những giai đoạn này có thể dẫn đến TOV cao hơn và làm
hỏng chống sét.
Tuy nhiên, hiếm khi xảy ra trường hợp này, do vậy người ta chấp nhận nguy cơ
hỏng chống sét thay vì chọn một chống sét van có TOV cao hơn.
 Bước 4: Xác định điện áp vận hành liên tục của chống sét Uc
COV hay MCOV là trị số hiệu dụng của điện áp tần số công nghiệp cho phép đã
được thiết kế cho chống sét mà có thể áp dụng liên tục vào hai cực của chống sét.
Lưu ý: Uc của bộ chống sét có thể nhỏ hơn tổng các Uc của từng phần tử khi điện áp
phân bố dọc theo chống sét không hoàn toàn đồng nhất.

UC 

Um

3

 Bước 5: Xác định thời gian chịu quá áp điện áp nội bộ (có chạm đất 1 pha)
Thời gian này phụ thuộc vào yêu cầu thời gian giải trừ sự cố, một số quy định
như sau:
a. Đối với lưới trung tính cách đất t  2 giờ (theo quy trình vận hành hiện nay
ở Việt Nam, cho phép thời gian tách điểm sự cố txl  2 giờ).
b. Đối với các lưới trung tính trực tiếp nối đất, nên chọn t = 10s, giá trị này phù
hợp với thực trạng bảo vệ rơle hiện nay ở Việt Nam.
Hai giá trị đề xuất ở a và b dùng để kiểm tra chống sét dự kiến chọn có phù
hợp với yêu cầu cấu hình lưới điện hay không.
1.6 Kết luận
Chương này đã trình bày được hiện tượng sét và các thông số của sét, các định
nghĩa cơ bản một số thuật ngữ theo hai tiêu chuẩn ANSI và IEC. Đồng thời trình
bày được cấu tạo và cách lựa chọn thiết bị chống sét van theo thông số hệ thống.
Ưu điểm của chống sét van là cải thiện đặc tính bảo vệ xung sét tốt hơn cho các
thiết bị phân phối, đặc biệt là đối với các hệ thống có cách điện rắn như cáp ngầm
và máy biến áp phân phối. Điện áp phóng thấp không những cải thiện biên hạn bảo
vệ giữa chống sét và điện áp xung mà còn làm giảm sự hư hỏng cách điện và tuổi
thọ thiết bị được kéo dài. Khả năng chịu quá áp tạm thời tốt hơn sẽ đưa đến độ tin
cậy được cải thiện trong các trường hợp quá áp bất thường xảy ra.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

21


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 1

Muốn cho chống sét van bảo vệ được máy biến áp thì tốt nhất chống sét van
phải đặt tại đầu cực máy biến áp, nhưng chống sét van còn phải bảo vệ cho toàn bộ
cách điện của trạm, cho nên trong trường hợp tổng quát giữa chống sét van và đầu
cực máy biến áp cần có một khoảng cách phân cách. Việc xác khoảng cách phân
cách này đã và đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Chương 2 giới thiệu một
số phương pháp xác định khoảng cách phân cách, có xem xét đến các ưu, nhược
điểm của từng phương pháp và hướng nghiên cứu nhằm khắc phục phần nào các
nhược điểm này.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

22


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2

Chƣơng 2

CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT
CHỐNG SÉT VAN BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI
2.1 Phƣơng pháp xác định vị trí chống sét van dựa trên mô hình Petersen [1]
Phương pháp này giả thiết chống sét van đặt tại đầu cực máy biến áp cần bảo
vệ (Hình 2.1). Vì vậy không quan tâm đến sóng phản xạ.
Transformer

Ut
Z

Arrester

Up

Hình 2.1 Sơ đồ bảo vệ trạm bằng chống sét van.
Trường hợp này dòng định mức chống sét van được chọn theo điều kiện:

ICSV 

2.Ut  U p
Z

(2.1)

Ở đây: Ut là biên độ sóng quá áp truyền đến trạm, kV; Z là tổng sóng đường
dây, ; Up là mức bảo vệ của chống sét van, kV.
Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản.
Nhược điểm: Không sử dụng được khi chống sét van không đặt tại đầu cực thiết
bị cần bảo vệ.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

23


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2

2.2 Phƣơng pháp D.Fulchiron [4]

Xét cấu hình trạm biến áp một máy biến áp kết nối với đường dây trên không
(Hình 2.2).

SJ

D,C

Transformer

J
Arrester

Up

Hình 2.2 Khoảng cách phân cách D.
Phương pháp này dựa trên sự chênh lệch mức cách điện xung cơ bản của máy
biến áp và mức bảo vệ của chống sét van để xác định được khoảng cách phân cách
tối đa D cho phép:

D

C
BIL 
 Up 
S
2 

(2.2)

Ở đây: BIL là mức cách điện xung cơ bản của máy biến áp, kV; S là độ dốc đầu

sóng, kV; C là tốc độ truyền sóng trên đường dây, C = 300 m/s.
Phương pháp này có ưu điểm là có xét đến khoảng cách phân cách cho phép
giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp. Tuy nhiên, vẫn chưa tính đến thời gian
đầu sóng và sóng phản xạ.
2.3 Phƣơng pháp đề xuất bởi ABB [5]
Phương pháp xác định khoảng cách phân cách đề xuất bởi ABB cũng gần như
phương pháp của Benoît de Metz-Noblat. Nhưng có tính đến đường dây nối giữa
chống sét van với đường dây và chiều dài dây đến đầu cực máy biến áp, đồng thời
cũng xét đến kiểu kết cấu trạm đường dây trên không và trạm có kết cấu đường dây
cáp ngầm.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

24


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2

2.3.1 Trạm biến áp kết nối với đƣờng dây trên không
Xét đường dây phân phối trên không trình bày ở Hình 2.3:

Ut

S

C

a

b

UE
E

CSV

Ut: Sóng quá áp lan truyền trên đường dây, kV; CSV: Chống sét van;
a, b : Chiều dài dây, m; C: Tốc độ truyền sóng, m/µs; S: Độ dốc đầu
sóng, kV/µs; UE: Quá áp tại E, kV.

Hình 2.3 Sơ đồ tính toán quá điện áp ở cuối đường dây.
Quá điện áp Ut truyền sóng vào với tốc độ C hướng theo đường dây vào đầu
cực E. Tại điểm E là thiết bị điện được bảo vệ (như máy biến áp). Khi sóng truyền
tới E, nó được phản xạ và điện áp tăng 2Ut. Chức năng chống sét van (CSV) là bảo
vệ thiết bị điện từ lúc bắt đầu tiến tới giá trị điện áp cao không cho phép. Giả sử cho
rằng độ dốc đầu sóng S của sóng quá điện áp truyền vào là hằng số theo thời gian,
giá trị lớn nhất UE được xác định theo biểu thức sau:

UE  UP 

2.S.  a  b 
; C  300m / s
C

(2.3)

Kinh nghiệm cho rằng hệ số an toàn 1,2 là bảo vệ hiệu quả giữa BIL của thiết
bị điện và xung quá áp UE tại thiết bị điện.

2.S.  a  b 
BIL
 UE  UP 
1,2
C

(2.4)

Nếu giá trị giới hạn được đặt L = a + b thì có phương trình sau đây:

D


C  BIL
.
 UP 
2.S  1,2


(2.5)

Nếu tổng đường dây đấu nối là a+b nhỏ hơn khoảng cách bảo vệ D của thiết bị
chống sét thì thiết bị điện được bảo vệ tại điểm E. Các giá trị BIL (mức cách điện

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

25

Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2

cơ bản) và Up (mức điện áp bảo vệ của chống sét van) và S (độ dốc đầu sóng) được
ước tính tùy thuộc vào điện áp định mức, loại và kết cấu của đường dây.
2.3.2 Trạm biến áp kết nối với cáp ngầm
1. Bảo vệ quá điện áp cho cáp
Sự khác nhau chủ yếu giữa dữ liệu điện của đường dây trên không và cáp là trở
kháng xung dây dẫn với đất. Giá trị cho đường dây phân phối trên không xấp xỉ từ
300  đến 450  và cho cáp trong phạm vi từ 20  đến 60 . Trước hết, sự khác
nhau này gây ra sự giảm rõ rệt của quá điện áp do sét khi xung sét truyền vào cáp.
Xung điện áp đi vào cáp bị suy giảm và bị phản xạ tại cuối cáp làm điện áp tăng lên
gấp đôi. Sau đó, xung truyền trở lại qua cáp và phản xạ thêm một lần nữa v.v...
Bằng cách này, quá điện áp trong cáp tăng đều đều mặc dù độ dốc quá điện áp trong
cáp thấp hơn thực sự, trị số đỉnh này gần bằng quá điện áp do sét trên đường dây.
Bảng 2.1 trình bày cách chọn chiều dài cho phép lớn nhất của đoạn cáp với
một bên bảo vệ thiết bị chống sét ứng với hai loại cột. Trong đó, Zk là tổng trở sóng
cáp, ; chiều dài dây nối từ đầu cực chống sét van đến cáp là 1 m.
Bảng 2.1. Chiều dài cho phép lớn nhất Dk của đoạn cáp.
Chống sét van
Up=4 pu; In=10 kA

Ut

S

C

Dk

Ut

C

S

Dk

Chiều dài dây nối

Loại cột

CSV

CSV

CSV đến cáp là 1m

Cột gỗ

Xà đỡ nối đất

Cột gỗ

Xà đỡ nối đất

Un

Zk

Dk

Dk

(kV)

()

(m)

(m)

17,5

30

25

26

6

15

60

21

22

3

13

30

28

28

10

17

60

23

24

5

15

24

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

26

Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2

2. Máy biến áp đặt tại cuối đoạn cáp ngầm
Đây là trường hợp thường gặp ở những khu vực đường dây trên không do địa
hình không thể đấu nối trực tiếp máy biến áp, sơ đồ nguyên lý Hình 2.4

Ut

S

C

Dk

F
CSV 1

MBA

Vk
b

VT
a

CSV 2

F: Đường dây bị sét đánh; Ut: Quá áp sét, kV; DK: Chiều dài cáp, m; CSV1, CSV2:
Các chống sét van; a, b: Chiều dài các dây nối, m; Vk: Điện áp lớn nhất tại cuối
đoạn cáp, kV; MBA: Máy biến áp; VT: Điện áp lớn nhất tại MBA, kV.

Hình 2.4 Sơ đồ trạm biến áp được kết nối với cáp ngầm
Trong Hình 2.4, CSV1 là chống sét van ở cột chuyển tiếp đường dây trên không
và đoạn cáp ngầm, CSV2 là chống sét van nối giữa đầu cuối của đoạn cáp và máy
biến áp với các khoảng cách a, b.
Về nguyên tắc b càng nhỏ càng tốt, để CSV2 bảo vệ quá áp đầu cuối của cáp.
Nếu b tăng thì Vk tăng rất nhanh. Nếu xem điện dung của máy biến áp là 2nF
(trường hợp điện dung bé hơn thì khoảng cách a tăng lên), trong đó Zk là tổng trở
sóng của cáp, với khoảng cách a trong bảng thì không cần lắp đặt thêm chống sét
van ở máy biến áp.
Bảng 2.2 Khoảng cách a phân cách tối đa cho phép giữa cáp và máy biến áp ở với
b= 0.
Chống sét van

Cột gỗ

Cột sắt, cột bê tông, xà nối đất

Up = 4 pu ; In = 10 kA
Zk ()

30

60

30

60

Un (kV)

a(m)

a(m)

a(m)

a(m)

17,5

13

9

18

11

24

15

9

20

13

Ưu điểm của phương pháp là đề cập đến trạm có kết cấu đường dây trên không
và cáp ngầm:
PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

27


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2

Đối với trạm kết nối với đường dây trên không: có tính đến khoảng cách từ
chống sét van đến đường dây trên không (b) và khoảng cách từ điểm chung dây nối
chống sét van với đường dây đến đầu cực máy biến áp (a), độ dốc sóng (S).
Đối với trạm kết nối với đường dây kết nối với cáp ngầm: có tính đến tổng trở
sóng của cáp, chiều dài cáp, quá áp đoạn cuối cáp, loại cột, phần tử mang tính dung
(máy biến áp).
Tuy nhiên, phương pháp này chưa quan tấm đến hệ số che chắn, cấu hình trạm
phức tạp, mật độ sét khu vực, tổng trở các dây nối của hai đầu chống sét van, độ dốc
chọn lựa theo kinh nghiệm.
2.4. Phƣơng pháp J R Lucas [3, 6]
2.4.1 Phƣơng pháp đơn giản
Theo phương pháp này cần xác định biên độ dòng sét (I0). Từ đó tính được độ
dốc đầu sóng tại điểm kết nối giữa đường dây và chống sét van (S A). Trên cơ sở các
dữ liệu này tính được khoảng cách phân cách D (Hình 2.5)

D

O: Điểm sét đánh; Et : Điện áp đỉnh tại đầu cực máy biến áp, kV; I0: Biên độ
dòng sét, kA; Up : Mức bảo vệ của chống sét van, kV; S0 : Độ dốc tại O, kV/µs;
D:Khoảng cách phân cách, m; SA: Độ dốc tại điểm A; x : Khoảng cách chỗ sét
đánh đến điểm chung dây nối CSV và đường dây, m;  : Hệ số phản xạ.

Hình 2.5. Bảo vệ chống sét van với trạm một máy biến áp.
Số lần sét đánh trực tiếp (N) vào đường dây phân phối phụ thuộc vào: Sf (hệ
số che chắn do các vật thể ở gần, thường chọn khoảng 0,3  0,5), h (chiều cao cột,
m), b (khoảng cách ngang giữa các dây dẫn ngoài cùng, m) và Ng (mật độ sét đánh,
số lần/km2.năm). Giá trị N có thể tính theo công thức

N  Ng .(b  28.h 0,6 ).(1  Sf ).106 (lần/km.năm)

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

(2.6)

28


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2

Hình 2.6 thể hiện che chắn của các vật thể (toà nhà, cây cối…) gần đường dây
phân phối

Hình 2.6. Che chắn gần đối tượng
(Nếu: x = H = h thì Sf = 0,5)

Khoảng thời gian cho phép giữa hai lần gây nguy hiểm (ts):
ts 

LF
, năm
FR

(2.7)

Ở đây: LF (Lifetime) là tuổi thọ máy biến áp, năm; FR (Failure Rate) là tỷ lệ rủi
ro hư hỏng có thể chấp nhận máy biến áp trong khoảng thời gian thọ LF, %.
Số lần sét đánh được nhận ở đoạn OA trong thời gian ts:

Ns  N.ts .x , lần đánh

(2.8)

Xác suất PIo của dòng sét tới vượt quá giá trị I0 trong Ns lần sét đánh:

PI 
0

1
N.t s .x

Mặt khác, xác suất PIo của dòng sét tới vượt quá giá trị I0:

PI  e

0,02878I0

0

Suy ra biên độ dòng sét: I0  
Độ dốc SA: SA 

ln(PI )
0

0,02878

1


 1


 k.x 
 I0 Z



 2 T


, kA

, kV / s

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

(2.9)

(2.10)

29


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2

Ở đây: T là thời gian đầu sóng, s; Z là tổng trở sóng đường dây, ;
k=1,5.106s/kVm là hằng số suy giảm do vầng quang.
Khoảng cách phân cách giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp:

D

 0,8Et  UP  C , m
2SA

Với trường hợp xấu nhất, khi

(2.11)

2.SA .D
 U p , điện áp đỉnh của máy biến áp được
C

xác định bởi biểu thức:

Et  2Up , kV

(2.12)

Ưu điểm của phương pháp này có xét đến mật độ sét đánh khu vực, hệ số che
chắn, xác suất xuất hiện dòng sét vượt giá trị I0, tức chỉ quan tâm đến chỉ tiêu kỹ
thuật. Tuy nhiên phương pháp này chưa xét đến tỷ lệ rủi ro hư hỏng, tức chỉ tiêu
kinh tế.
2.4.2

Phƣơng pháp cải tiến

Theo phương pháp này cần xác định số lần xung sét nhận được tại điểm A trong
một năm (Nf). Từ đó, tính được độ dốc đầu sóng tại điểm kết nối giữa đường dây và
chống sét van (SA). Trên cơ sở các dữ liệu này, tính được khoảng cách phân cách D
(Hình 2.7)
Dòng sét gây nên độ dốc Iox của sóng đi vào lớn hơn SA sau khi đánh vào
đường dây tại một khoảng cách x cách xa tính từ điểm A

Iox 

2.T.SA
, kA
1  SA k.x  .Z

(2.13)

Với một giá trị dòng sét lớn vô hạn Iox, giá trị của khoảng cách x được tính
toán:



x  1 


2.T.SA   1 
 ,m

300.Z 
 SA .k 

(2.14)

Tổng số lần xung sét nhận được tại điểm A trong một năm với giá trị độ dốc
lớn hơn SA:
x

Nf  N. ei(x).dx , lần /năm
0

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

(2.15)

30


Đề tài NCKH B2009-22-35

Chương 2


SA
 2.T  
 , kA
 . 
 Z   1  SA .k.X 

Trong đó: i(x)  0,02878 





N  Ng b  28.h0,6 . 1  Sf  .106 , lần /km2.năm.
Do đó, tỉ lệ hư hỏng FR được tính toán:

 FR   LF.Nf .100%

(2.16)

Để đảm bảo tỉ lệ hư hỏng yêu cầu bài toán thì phải tính lại Nf bằng biểu thức:
Nf 

FR(%)
, lần/năm.
LF

(2.17)

Thay cho Nf vào phương trình (2.15). Sau đó lấy tích phân theo x, tìm được
SA, kV/s.
Khoảng cách phân cách giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp:

D

 0,8Et  UP  C , m
2SA

(2.18)

Phương pháp này xác định khoảng cách phân cách giữa chống sét van và đầu cực
máy biến áp trên cơ sở điện áp xung Et tại đầu cực máy biến áp phải thấp hơn điện
áp cách điện xung định mức của cuộn dây máy biến áp (BIL). Đồng thời có xét đến
tỉ lệ rủi ro, hệ số che chắn, mật độ sét đánh. Tuy nhiên, phương pháp này cũng còn
một số hạn chế như hệ số che chắn chọn theo kinh nghiệm và chỉ quan tâm đến cấu
hình trạm một máy biến áp.
2.5. Kết luận
Các phương pháp trên từ đơn giản đến phức tạp cũng đã đạt được một số kết
quả nhất định trong việc lựa chọn hợp lý chống sét van bảo vệ máy biến áp, cũng
như xác định được khoảng cách phân cách hợp lý giữa chống sét van và đầu cực
máy biến áp của cấu hình trạm đơn giản một máy biến áp có xét đến các yếu tố ảnh
hưởng như mật độ sét khu vực, hệ số che chắn, bên độ dòng sét, tỉ lệ rủi ro,...
Nhưng nhìn chung vẫn còn một số vấn đền cần tiếp tục nghiên cứu như:
- Xác định khoảng cách phân cách trong trường hợp trạm có hơn một máy
biến áp, nhiều đường dây đến.

PGS.TS Quyền Huy Ánh-ThS. Nguyễn Phan Thanh

31