Đề xuất các giải pháp giảm sự cố do sét trên tuyến đường dây siêu cao áp 500kv xuất tuyến 578 pleiku 572 dốc sỏi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN BÁ DŨNG

ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT
TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP 500KV
XUẤT TUYẾN 578/PLEIKU – 572/DỐC SỎI”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN BÁ DŨNG

ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT
TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP 500KV
XUẤT TUYẾN 578/PLEIKU ĐẾN 572/DỐC SỎI

Chuyên ngành:
Mã số:

Kỹ thuật điện
60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐOÀN ANH TUẤN

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Bá Dũng


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Tóm tắt luận văn
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài: ......................................................................................... 1
1.1. Tình hình thực tế trong 5 năm (2013 - 2017): ................................................. 1
1.2. Tính cấp thiết của đề tài: .................................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu:............................................................................................... 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: .......................................................................... 2
3.1. Đối tượng nghiên cứu: ..................................................................................... 2
3.2. Phạm vi nghiên cứu: ........................................................................................ 2
4. Phương pháp nghiên cứu:........................................................................................ 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: ............................................................................... 2
5.1. Ý nghĩa khoa học: ............................................................................................ 2
5.2. Ý nghĩa thực tiễn: ............................................................................................. 2
6. Bố cục đề tài: ........................................................................................................... 2
Chương 1 - ...................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ SÉT – QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN – BIỆN PHÁP BẢO VỆ . 3
1.1. Tổng quan về sét: ................................................................................................. 3
1.1.1. Nguồn gốc của sét:........................................................................................ 3
1.1.2. Các giai đoạn phát triển của sét:.................................................................. 3
1.1.2.1. Giai đoạn phóng điện tiên đạo: ............................................................. 3
1.1.2.2. Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt khi tia tiên đạo đến
độ cao định hướng: ............................................................................................. 4
1.1.2.3. Giai đoạn phóng điện ngược: ................................................................ 4
1.1.2.4. Giai đoạn phóng điện chủ yếu kết thúc: ................................................ 5
1.1.3. Các tham số chủ yếu của sét: ........................................................................ 5
1.1.4. Mật độ sét trên thế giới và Việt Nam: ........................................................... 6
1.1.4.1. Mật độ sét trên thế giới: ........................................................................ 6
1.1.4.2. Mật độ sét ở Việt Nam [11]:.................................................................. 7
1.1.5. Ảnh hưởng của giông sét đến HTĐ Việt Nam: ............................................. 8
1.2. Hiện tượng quá điện áp khí quyển: .................................................................... 10
1.3. Các biện pháp bảo vệ chống sét: ........................................................................ 10
1.3.1. Biện pháp BVCS đường dây tải điện trên không: ....................................... 10
1.3.2. Biện pháp BVCS TBA: ................................................................................ 11
1.4. Phạm vi bảo vệ của DCS:................................................................................... 11
1.5. Lý thuyết mô hình điện hình học (MHĐHH): ................................................... 12
1.5.1. Hiệu quả bảo vệ của thu lôi Franklin: ........................................................ 14

1.5.2. Hiệu quả bảo vệ của DCS: ......................................................................... 15


1.5.2.1. Hiện tượng sét đánh dây dẫn trên ĐD có DCS: .................................. 15
1.5.2.2. Chọn góc bảo vệ của DCS: ................................................................. 16
1.5.2.3. Xác định số lần sét đánh vào DCS: ..................................................... 17
1.5.2.4. Phân bố giữa số lần sét đánh đỉnh cột và số lần sét đánh vào khoảng
vượt: .................................................................................................................. 18
Chương 2 - .................................................................................................................... 19
TÍNH SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY - ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN CHO ĐƯỜNG
DÂY 500KV XUẤT TUYẾN 578/PLEIKU – 572/DỐC SỎI ................................... 19
2.1. Tổng quan về suất cắt:........................................................................................ 19
2.1.1. Số lần sét đánh vào dây dẫn tải điện trên không: ....................................... 19
2.1.2. Số lần phóng điện của cách điện ĐD: ........................................................ 19
2.1.3. Số lần cắt điện ĐD do sét: .......................................................................... 20
2.2. Các phương pháp tính suất cắt ĐD tải điện cao áp: ........................................... 21
2.2.1. Phương pháp cổ điển: ................................................................................. 21
2.2.1.1. Các điều kiện giả thiết trong tính toán:............................................... 21
2.2.1.2. Suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn: ........................................ 22
2.2.1.3. Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc lân cận đỉnh cột: ................... 23
2.2.1.4. Suất cắt do sét đánh vào khoảng vượt:................................................ 27
2.2.2. Phương pháp CIGRE tính suất cắt dựa trên mô hình điện hình học: ........ 29
2.2.2.1. Các điều kiện giả thiết trong tính toán:............................................... 29
2.2.2.2. Xác định xác suất phóng điện: ............................................................ 29
2.2.3. Sơ đồ khối tính toán suất cắt ĐD: .............................................................. 31
2.3. Tính suất cắt ĐD 500kV xuất tuyến 578/Pleiku đến 572/Dốc Sỏi: ................... 32
2.3.1. Giới thiệu chung về ĐD 500kV xuất tuyến 578/Pleiku - 572/Dốc Sỏi: ...... 32
2.3.2. Kết quả tính toán: ....................................................................................... 34
2.4. Kết luận: ............................................................................................................. 35
Chương 3 – ................................................................................................................... 36

CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 500KV .................. 36
XUẤT TUYẾN 578/PLEIKU ĐẾN 572/DỐC SỎI ................................................... 36
3.1. Khái quát về tính toán chỉ tiêu chống sét của ĐD tải điện: ................................ 36
3.2. Giảm điện trở nối đất: ........................................................................................ 36
3.2.1. Khái quát về nối đất trong hệ thống điện: .................................................. 36
3.2.1.1. Điện trở nối đất [11]: .......................................................................... 38
3.2.1.2. Thực hiện nối đất:................................................................................ 39
3.2.1.3. ĐTS của đất và các nhân tố ảnh hưởng [11]: ..................................... 39
3.2.1.4. Các phương pháp thường được sử dụng để giảm ĐTNĐ [6]: ............ 40
3.2.1.5. Các yêu cầu về kinh tế - kỹ thuật khi thiết kế HTNĐ [7]: ................... 41
3.2.1.6. Tính toán ĐTNĐ: ................................................................................. 42
3.2.1.7. Nối đất chống sét: ................................................................................ 45
3.2.1.8. Giảm ĐTNĐ đường dây: ..................................................................... 52
3.2.2. Chương trình tính toán: .............................................................................. 52
3.3. Phân tích hiệu quả kinh tế của giải pháp giảm điện trở nối đất: ........................ 56
3.3.1. Các chỉ tiêu dùng trong phân tích và đánh giá hiệu quả kinh tế-tài chính
[12]: ...................................................................................................................... 56
3.3.2. Cơ sở tính toán: .......................................................................................... 57
3.3.3. Chương trình tính toán hiệu quả của giảm ĐTNĐ: .................................... 58


3.3.4. Kết quả tính toán: ....................................................................................... 58
3.3.5. Nhận xét: ..................................................................................................... 60
3.4. Lắp chống sét van trên đường dây: .................................................................... 61
3.4.1. Khái quát về lắp CSV trên ĐD tải điện trên không: ................................... 61
3.4.2. Tính toán chi phí lắp CSV: ......................................................................... 62
3.5. Giảm góc bảo vệ đường dây: ............................................................................. 62
3.5.1. Khái quát chung:......................................................................................... 62
3.5.2. Góc bảo vệ cụ thể đối với cột tiêu biểu đường dây 500kV: ........................ 63
3.5.3. Tính toán chi phí khi lắp chuỗi sứ V cho 01 vị trí: ..................................... 65

3.6. Lắp bổ sung dây chống sét chạy bên dưới dây dẫn: .......................................... 67
3.6.1. Khái quát chung:......................................................................................... 67
3.6.2. Tính toán chi phí khi lắp bổ sung DCS tại 01 khoảng cột:......................... 69
3.7. Kết luận: ............................................................................................................. 70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 71
1. Kết luận: ................................................................................................................ 71
2. Kiến nghị: .............................................................................................................. 71
3. Hướng phát triển của đề tài: .................................................................................. 71
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 72
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 1


ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SỰ CỐ DO SÉT
TRÊN TUYẾN ĐƯỜNG DÂY SIÊU CAO ÁP 500KV
XUẤT TUYẾN 578/PLEIKU ĐẾN 572/DỐC SỎI
Học viên:
Mã số:

Nguyễn Bá Dũng
60520202
Khóa: K34

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt: Luận văn đã đi nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng quá điện áp khí quyển đến
đường dây tải điện trên không và đã tính toán suất cắt cho đường dây siêu cao áp 500kV xuất
tuyến 578/Pleiku đến 572/Dốc Sỏi.
Trong đó, luận văn đã đi tính toán suất cắt của đường dây trong các trường hợp sét đánh
vào đỉnh cột, khoảng vượt và sét đánh vòng dây chống sét vào dây dẫn.

Từ kết quả tính toán suất cắt đường dây siêu cao áp 500kV 578/Pleiku đến 572/Dốc Sỏi,
luận văn đã đưa ra các giải pháp nhằm giảm suất cắt đường dây như sau:
+ Giảm điện trở nối đất bằng phương pháp bổ sung nối đất đường dây. Hiệu quả kinh tế
- kỹ thuật khi áp dụng giải pháp này.
+ Lắp chống sét van trên đường dây và chi phí lắp đặt cho một vị trí.
+ Giảm góc bảo vệ đường dây bằng phương pháp bổ sung chuỗi sứ V và chi phí cho
một vị trí.
+ Tăng hệ số ngẫu hợp bằng phương pháp lắp bổ sung dây chống sét và chi phí cho một
khoảng cột.

PROPOSAL OF THE MEASURES FOR REDUCING SHUT-DOWN BY
LIGHTNING ON 500KV EXTRA HIGH VOLTAGE LINE, FEEDER
578/PLEIKU- 572/DOC SOI
Abstract: The thesis studied the effect of atmospheric overvoltage on the overhead
transmission line and calculated the cutting power for 500kV extra high voltage line, feeder
578/Pleiku - 572/Doc Soi.
In which the thesis has to calculate the rate of line disconnecting in the case of lightning
at the top of the tower, line span and lightning strike rounding ground wires to conductor.
From the calculation results of 500kV high voltage line, feeder 578/Pleiku - 572/Doc
Soi, the thesis proposes measures to reduce the rate of line disconnecting as follows:
+ To reduce earthing resistance by implementing earthing system. Economic and
technical efficiency when applying this measure.
+ To install lightning arrester valve on the line and calculate the cost for one position.
+ To reduce the line protection angle by adding V – shape insulator string and calculate
cost for one tower.
+ To increase coefficient factor of coupling by adding grounding wires and calculate
cost for one line span.


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BVCS
CSV
DCS
ĐD
ĐTNĐ
ĐTS
HTĐ
HTNĐ
MBA
NĐCS
PTC2
PVBV
QĐA
TBA
XT

Bảo vệ chống sét
Chống sét van
Dây chống sét
Đường dây
Điện trở nối đất
Điện trở suất
Hệ thống điện
Hệ thống nối đất
Máy biến áp
Nối đất chống sét
Công ty Truyền tải điện 2
Phạm vi bảo vệ
Quá điện áp
Trạm biến áp

Xuất tuyến


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1
1.2
1.3
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13

Tên bảng

Trang

Cường độ hoạt động dông sét tại các khu vực
Trị số dự kiến mật độ sét theo khu vực
Quan hệ giải tích giữa khoảng cách phóng điện với biên
độ dòng sét
Xác suất hình thành hồ quang
Các thông số riêng của đường dây tính toán suất cắt
Tổng hợp kết quả tính suất cắt đường dây theo ĐTNĐ
Quy định ĐTNĐ ĐD trên không theo 11TCN-19-2006
Hệ số mùa
Quy định kích thước tối thiểu của các loại điện cực NÐ
Biểu thức tính ĐTNĐ của cọc thẳng đứng
Giới hạn về chiều dài điện cực của nối đất phân bố dài
Kinh nghiệm sử dụng CSV của các nước
Chi phí lắp CSV tại 01 vị trí
Chi tiết vật liệu lắp bổ sung chuỗi sứ V cho 01 vị trí
Chi phí đầu tư lắp bổ sung chuỗi sứ V tại 01 vị trí
Chi tiết vật liệu lắp bổ sung DCS cho 01 khoảng cột
Chi phí đầu tư lắp bổ sung DCS tại 01 khoảng cột
Thiệt hại một lần sự cố đường dây do giông sét
Tổng hợp chi phí đầu tư của các giải pháp và thiệt hại 01
lần do sét

8
8
13
20
32
35
37
40

42
43
51
61
62
66
66
69
69
70
70


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Số hiệu
hình vẽ
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10a
1.10b
1.11
1.12
1.13

1.14
1.15
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13

Tên hình vẽ

Trang

Hiện tượng giông sét
Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét
theo thời gian
Dạng dòng điện sét
Bản đồ toàn cầu của sét
Mật độ sét theo giờ qua các năm
Sét đánh vào đường dây tải điện trên không
Phạm vi bảo vệ của một và hai DCS
Quá trình phóng điện trực tiếp (lý thuyết MHĐHH)
Phân bố góc lệch

Mật độ sét trên diện tích ngang và tiên đạo sét xuất hiện theo
mọi phương
Mật độ sét trên diện tích ngang khi tiên đạo sét chỉ xuất hiện
theo hướng 
Hiệu quả bảo vệ của thu lôi Franklin
Xác định sét đánh dây dẫn trên ĐD có DCS
Quan hệ góc bảo vệ  của DCS
Xác định mặt trụ thu sét của DCS
Ranh giới giữa các cú sét đánh vào đỉnh cột và khoảng vượt
Sét đánh vào đường dây
Dòng điện sét theo thời gian
Dòng điện sét khi sét đánh vào dây dẫn
Sét đánh đỉnh cột ĐD có dây chống sét bảo vệ
Sơ đồ tương đương mạch dẫn dòng sét khi chưa có sóng phản
xạ tới
Sơ đồ tương đương mạch dẫn DĐ khi có sóng phản xạ tới
Khi sét đánh vào khoảng vượt
Đường cong nguy hiểm
Sét đánh vào dây chống sét giữa khoảng vượt
Sơ đồ tính toán suất cắt theo phương pháp CIGRE
Sơ đồ khối tính toán suất cắt ĐD 500kV
Sơ đồ cột điện tiêu biểu tính suất cắt ĐD 500kV
Điện áp trên cách điện ĐD khi sét đánh vào khoảng vượt với

3
4
5
7
7
9

12
13
14
14
14
14
15
16
17
18
21
22
22
23
24
26
27
28
29
29
31
33
34


2.14
2.15
3.1
3.2
3.3

3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21

các biên độ khác nhau (Rnđ=15)
Điện áp trên cách điện ĐD khi sét đánh vào khoảng vượt với
các biên độ khác nhau (Rnđ=20)
Điện áp trên cách điện ĐD khi sét đánh vào khoảng vượt với
các biên độ khác nhau (Rnđ=27,5)
Sét đánh vào đường dây
Sơ đồ thay thế của mạng nối đất
Xác định điện trở của điện cực bán hình cầu
Ảnh hưởng của điện cực cạnh nhau
Sơ đồ thay thế hệ thống nối đất phân phối dài
Sơ đồ khối tính bổ sung ĐTNĐ bằng thanh

Sơ đồ khối tính bổ sung ĐTNĐ bằng cọc - thanh hỗn hợp
So sánh chi phí của ĐTNĐ bổ sung bằng thanh và thanh cọc
hỗn hợp với giá trị ĐTS của đất bằng 1556 .m
So sánh chi phí của ĐTNĐ bổ sung bằng thanh và thanh cọc
hỗn hợp với giá trị ĐTS của đất bằng 350 .m
So sánh chi phí của ĐTNĐ bổ sung bằng thanh và thanh cọc
hỗn hợp với giá trị ĐTS của đất bằng 884 .m
Sơ đồ khối tính toán hiệu quả của giải pháp Giảm ĐTNĐ
Tương quan giữa chi phí đầu tư và chi phí tiết kiệm với giá trị
ĐTS của đất bằng 1556 .m
Tương quan giữa chi phí đầu tư và chi phí tiết kiệm với giá trị
ĐTS của đất bằng 350 .m
Tương quan giữa chi phí đầu tư và chi phí tiết kiệm với giá trị
ĐTS của đất bằng 884 .m
Quan hệ góc bảo vệ α với biên độ dòng điện sét
Giảm góc bảo vệ bằng cách điện kiểu V
Góc bảo vệ hiện tại cột tiêu biểu ĐD 500kV Pleiku – Dốc Sỏi
Góc bảo vệ α giảm sau khi lắp sứ V
Lắp bổ sung chuỗi sứ V trên tuyến ĐD 500kV mạch 1
Tổng trở sóng tương hỗ giữa dây dẫn và DCS
Sơ đồ bổ sung DCS trên khoảng cột tiêu biểu ĐD 500kV

34
34
37
38
42
44
49
53

54
55
55
56
58
59
59
60
62
63
64
64
65
67
68


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
1.1. Tình hình thực tế trong 5 năm (2013 - 2017):
Thống kê số lần sự cố do sét trên các cung đoạn tuyến ĐD 500kV đi qua địa bàn
Miền Trung và Tây Nguyên thuộc sự quản lý vận hành của PTC2: Phụ lục 0.0.

Biểu đồ thống kê sự cố do sét trên các tuyến ĐD 500kV thuộc PTC2 quản lý
1.2. Tính cấp thiết của đề tài:
- Hiện nay nhận định của cơ quan quản lý và thiết kế đối với “sét” là hiện tượng
tự nhiên, không thể có giải pháp để tránh triệt để sét đánh vào đường dây truyền tải
điện trên không mà chỉ có thể nắm rõ các quy luật và hiện tượng của sét để từ đó
chúng ta đưa ra những giải pháp phù hợp nhằm giảm suất sự cố do sét đánh vào đường

dây, cũng như hạn chế các hư hỏng thiết bị do sét.
- Tính chất đặc biệt của đường dây siêu cao áp 500kV khi mất điện sẽ gây mất
điện trên diện rộng vùng, miền làm ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình sản xuất kinh
doanh sinh hoạt của nhân dân.
- Quyết định số 1944/QĐ-TTg ngày 04/12/2017 của Thủ tướng Chính phủ: Đưa
Hệ thống truyền tải điện 500kV vào Danh mục công trình quan trọng liên quan đến An
ninh Quốc gia.
- Đường dây siêu cao áp 500kV thường đi qua các địa hình đồi, núi và trải dài
qua nhiều địa phương nên khi sự cố thường gây khó khăn trong công tác kiểm tra phát
hiện và khắc phục sự cố.
- Đảm bảo VH an toàn liên tục các tuyến đường dây cao áp, siêu cao áp là nhiệm
vụ cấp thiết đối với ngành Truyền tải điện; việc nghiên cứu giảm sự cố do sét trên các
tuyến ĐD 500kV là bổ sung thêm cho một giải pháp nhằm giảm thiểu suất sự cố ĐD.


2
2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Thứ nhất, nghiên cứu hiện tượng quá điện áp khí quyển.
- Thứ hai, cơ sở lý thuyết để tiến hành tính toán suất cắt đường dây.
- Thứ ba, các giải pháp giảm suất cắt do sét gây ra nhằm đảm bảo đường dây vận
hành an toàn, cung cấp điện liên tục.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
3.1. Đối tượng nghiên cứu:
Đường dây siêu cao áp 500kV xuất tuyến 578/Pleiku đến 572/Dốc Sỏi.
3.2. Phạm vi nghiên cứu:
- Ảnh hưởng của hiện tượng quá điện áp khí quyển trên đường dây trên không.
- Tính toán suất cắt điện đường dây 500kV XT 578/Pleiku - 572/Dốc Sỏi.
- Đề xuất các giải pháp giảm suất cắt điện đường dây siêu cao áp 500kV xuất
tuyến 578/Pleiku đến 572/Dốc Sỏi.
4. Phương pháp nghiên cứu:

Trên cơ sở lý thuyết tính toán và số liệu thực tế vận hành lưới điện để tính toán,
phân tích hiệu quả của giải pháp đưa ra dựa trên phần mềm Matlab, Excel.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
5.1. Ý nghĩa khoa học:
- Tính toán suất cắt điện của một đường dây, ở đây là ĐD 500kV XT 578/Pleiku
đến 572/Dốc Sỏi và đưa ra các giải pháp giảm suất cắt phù hợp cho ĐD trong thực tế.
- So sánh các giải pháp bảo vệ chống sét để giảm suất cắt trên ĐD siêu cao áp.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn:
Đề xuất các giải pháp bảo vệ chống sét tốt nhất để đảm bảo yêu cầu kinh tế - kỹ
thuật nhằm nâng cao hiệu quả trong quản lý vận hành.
6. Bố cục đề tài:
Luận văn gồm 3 chương.
Chương 1 - Tổng quan về sét, hiện tượng quá điện áp khí quyển và biện pháp bảo vệ.
Chương 2 - Tính suất cắt đường dây và ứng dụng tính toán trên đường dây siêu cao
áp 500kV xuất tuyến 578/Pleiku đến 572/Dốc Sỏi.
Chương 3 - Các giải pháp nhằm giảm suất cắt đường dây siêu cao áp 500kV xuất
tuyến 578/Pleiku đến 572/Dốc Sỏi.


3
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ SÉT – QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN – BIỆN PHÁP BẢO VỆ
1.1. Tổng quan về sét:
1.1.1. Nguồn gốc của sét:
Sét là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách rất lớn.
Nguồn sét chính là các đám mây mưa giông mang điện tích dương và âm ở các phần
trên và dưới của đám mây, chúng tạo ra xung quanh đám mây này một điện trường có
cường độ lớn.

Hình 1.1: Hiện tượng giông sét
1.1.2. Các giai đoạn phát triển của sét:

1.1.2.1. Giai đoạn phóng điện tiên đạo:
Ban đầu xuất phát từ mây dông, các tia sáng mờ kéo dài từng đợt gián đoạn về
phía mặt đất gọi là tia tiên đạo bậc, với tốc độ trung bình khoảng 1,5.107 cm/s.
Kênh tiên đạo là một dòng plasma mật độ điện khoảng 1013÷ 1014 ion/m3, một
phần điện tích âm của mây dông tràn vào kênh và phân bố tương đối đều dọc theo
chiều dài của nó.
Thời gian phát triển của tia tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1µs, thời
gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt khoảng 30 ÷ 90 µs.
Đường đi của tia tiên đạo trong giai đoạn này không phụ thuộc vào tình trạng của
mặt đất và tia tiên đạo phát triển theo phương có cường độ điện trường cao nhất phụ
thuộc vào nhiều yếu tố ngẫu nhiên phức tạp.
Chỉ khi kênh tiên đạo còn cách mặt đất một độ cao định hướng thì nó mới bị ảnh
hưởng bởi các vùng tập trung điện tích ở mặt đất.


4

Hình 1.2a

Hình 1.2b

Hình 1.2c

Hình 1.2d

Hình 1.2: Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét theo thời gian
Hình 1.2a) Giai đoạn phóng điện tiên đạo
Hình 1.2b) Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt
Hình 1.2c) Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu
Hình 1.2d) Phóng điện chủ yếu kết thúc, dòng sét đạt giá trị cực đại

1.1.2.2. Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt khi tia tiên đạo đến độ cao
định hướng:
Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây dông và điện tích
trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích cảm ứng trái dấu trên vùng mặt đất
phía dưới đám mây dông. Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện
tích tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới tia tiên đạo, nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn
khác nhau thì điện tích cảm ứng sẽ tập trung chủ yếu ở vùng kế cận, nơi có điện dẫn
cao như vùng ao hồ, sông ngòi, vùng đất ẩm, nước ngầm, khu vực có quặng kim loại,
cột điện, kết cấu kim loại các nhà cao tầng,... Kênh tiên đạo sẽ phát triển theo hướng
có điện trường lớn nhất. Do đó các vùng tập trung điện tích cao sẽ là nơi đổ bộ của sét.
Như vậy vị trí sét đánh mang tính chọn lọc. Đây là một đặc điểm của sét mà người ta
có thể tận dụng thiết kế các hệ thống bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình.
1.1.2.3. Giai đoạn phóng điện ngược:
Khi kênh tiên đạo xuất phát từ đám mây giông tiếp cận kênh tiên đạo ngược
chiều (hay mặt đất), thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu
bắt đầu.
Cường độ điện trường trong khoảng cách còn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt
đất (hoặc giữa 2 đầu kênh tiên đạo ngược chiều) tăng cao gây nên sự ion hóa mãnh liệt
trong không khí, hình thành một dòng plasma mới có mật độ điện tích rất cao (1016 đến
1019 ion/m3). Tốc độ của kênh phóng điện ngược vào khoảng 1,5.107-1,5.108 m/s (bằng


5
0,05-0,5 tốc độ ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của tia tiên
đạo. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt nên kênh phóng điện chính sáng chói
chang (đó chính là tia chớp). Nhiệt độ trong kênh phóng điện có thể đến vài ba chục
ngàn độ C. Và sự dãn nở đột ngột của không khí bao quanh kênh phóng điện chính tạo
nên những đợt sóng âm mãnh liệt gây nên những tiếng nổ chát chúa (đó là tiếng sấm)
và tiếng rền ì ầm kéo dài. Đặc điểm quan trọng nhất của phóng điện chính là cường độ
dòng lớn. Nếu v là vận tốc của phóng điện chủ yếu và  là mật độ của điện tích thì

dòng điện sét sẽ đạt giá trị cao nhất khi kênh phóng điện chính lên đám mây giông và
bằng Is=v., đó chính là dòng điện ngắn mạch khoảng cách giữa mây - đất, có trị số từ
vài kA đến vài trăm kA.
1.1.2.4. Giai đoạn phóng điện chủ yếu kết thúc:
Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mây thì điện tích cảm ứng từ mặt đất
cũng lên theo, tràn vào và trung hòa với điện tích âm của đám mây, số điện tích còn lại
của đám mây sẽ theo kênh phóng điện chạy xuống đất và tạo nên ở chỗ sét đánh một
dòng điện có trị số giảm dần tương ứng với phần đuôi sóng của xung dòng sét. Sự tỏa
sáng mờ dần. Trong 50% trường hợp sự tháo điện tích xuống đất này tạo nên một dòng
không đổi khoảng 100A, kéo dài có thể đến 0,1s.
Do thời gian kéo dài như vậy nên hiệu ứng nhiệt do nó gây ra cũng không kém
phần nguy hiểm cho các công trình bị sét đánh.
1.1.3. Các tham số chủ yếu của sét:

Thời gian (s)

Hình 1.3: Dạng dòng điện sét
Dạng dòng điện sét như hình 1.3 có dạng một sóng xung. Trung bình trong
khoảng vài ba micro giây, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu
sóng và sau đó giảm xuống chậm trong khoảng 20100 s, tạo nên phần đuôi sóng.
- Biên độ dòng điện sét là giá trị lớn nhất của dòng điện sét. Biên độ dòng sét
không vượt quá 200  300 kA.
- Độ dốc đầu sóng dòng điện sét hoặc thời gian đầu sóng đs là thời gian mà dòng
sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại trong khoảng từ 1  100 s với tia tiên đạo đầu tiên và
(550) s với các tia sét lặp lại.


6
- Độ dài sóng dòng điện sét s là thời gian từ đầu dòng sét cho đến khi dòng sét
giảm còn bằng 1/2 biên độ trong khoảng từ 20  350 s với các tia sét đầu tiên và

550 s với các tia sét lặp lại.
- Tốc độ tăng dòng di/dt có thể đạt tới 70 kA/s đối với tia sét đầu tiên và vượt
quá 200 kA/s với các tia sét tiếp theo.
- Cực tính dòng điện sét: Số liệu quan trắc sét ở nhiều nước trong nhiều năm cho
thấy, sóng dòng điện sét mang cực tính âm xuất hiện thường xuyên hơn và chiếm
khoảng 80 90% toàn bộ số lần phóng điện sét.
- Cường độ hoạt động của sét: Được biểu thị bằng số ngày trung bình có giông
sét hằng năm hoặc bằng tổng số giờ trung bình có giông sét hằng năm.
Theo số liệu thống kê của nhiều nước, số ngày sét hàng năm ở các vùng nam, bắc
cực vào khoảng 23, vùng ôn đới khoảng 3050, vùng nhiệt đới khoảng 75100 và
vùng xích đạo khoảng 100150.
- Mật độ của sét: Tần suất (mật độ) phóng điện sét là số lần sét đánh trong 01
năm trong phạm vi 01 km2 trên mặt đất, ký hiệu ng. ng phụ thuộc vào từng khu vực và
xác định bằng phương pháp thống kê trong nhiều năm, được xác định như sau:
ng = nngs. m
Trong đó:
+ nngs: Số ngày giông sét trung bình trong năm.
Thông số này phụ thuộc vào từng khu vực.
+ m: Mật độ sét trung bình mỗi ngày sét (lần/km2.ngày sét).
Theo số liệu quan trắc trên thế giới, ở vùng đất có độ cao bình thường so với mực
nước biển, thì trung bình m = 0,10,15.
- Phân bổ dạng sóng dòng điện sét: Dạng sóng của dòng điện sét được biểu diễn
ở hình 1.3.
Tương tự biên độ dòng điện sét, xác suất xảy ra dòng điện sét có độ dốc a được
xác định:


a

P(a) = e 10,9

(1.1)
1.1.4. Mật độ sét trên thế giới và Việt Nam:
1.1.4.1. Mật độ sét trên thế giới:
Theo ước tính của NASA và Cơ quan phát triển quốc gia không gian của
Nhật Bản đưa ra các hình ảnh cảm biến sét đầu tiên truyền hình vệ tinh được trang bị
có thể phát hiện và ghi lại sét, kể cả ở những nơi không có ai để quan sát nó.
Mật độ sét này được biết đến xảy ra trung bình 44 ±5 lần trong một giây trung
bình trên trái đất, với tổng số gần 1,4 tỷ cú sét mỗi năm.


7

Hình 1.4: Bản đồ toàn cầu của sét frequency--strikes/km 2 / năm.
Các khu vực sét là không phân bố đều trên khắp hành tinh, có khoảng 70% sét
xảy ra trên đất nằm trong vùng nhiệt đới, nơi phần lớn các cơn dông xảy ra; Còn ở
các vùng phía bắc, cực nam và các khu vực trên các đại dương có sét đánh ít nhất.

Hình 1.5: Mật độ sét theo giờ qua các năm (NASA OTD / LIS)
1.1.4.2. Mật độ sét ở Việt Nam [11]:
Theo Viện Vật lý Địa cầu, sét thường chỉ xảy ra trong các cơn dông. Đặc biệt là
những cơn dông đầu mùa mưa thường mang theo những trận sét nguy hiểm nhất.
Lý do là vào thời điểm giao mùa thường xuất hiện 2 luồng không khí nóng ẩm và
lạnh. Điểm giao thoa giữa 2 luồng không khí này chính là nơi xảy ra dông.


8

Khu vực
A
B

C
D
E

Bảng 1.1: Cường độ hoạt động giông sét tại các khu vực
Số ngày giông sét
Giờ giông
Mật độ sét
Tháng giông sét
trung bình trong năm
trung bình
trung bình
cực đại
nngs (ngày /năm)
(giờ /năm)
(lần/km2.năm)
51,1
219,1
6,47
Tháng 8
61,6
215,6
6,33
Tháng 7
47,6
95,2
3,31
Tháng 5, 8
44
89,32

3,55
Tháng 5, 8
60,1
126,21
5,37
Tháng 5, 9

Viện Vật lý Địa cầu đã lập “Bản đồ mật độ sét” trên toàn quốc khá chính xác và
đã phân ra 5 vùng đặc trưng về cường độ hoạt động giông sét trên toàn lãnh thổ Việt
Nam như bảng 1.1, 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).
Xuất phát từ các số liệu về ngày giờ dông trong năm đối với 05 khu vực lãnh thổ
Việt Nam, có thể tính toán đưa ra các giá trị dự kiến về mật độ phóng điện xuống đất
cho các khu vực như bảng 1.2.

Số ngày
dông

20 – 40
40 – 60
60 – 80
80 – 100
100 - 120

Bảng 1.2: Trị số dự kiến mật độ sét theo khu vực
Đồng bằng
Miền núi
Miền núi

Ven biển
ven biển
trung du
trung du miền Trung
miền Bắc
miền Bắc
miền
Trung
2,43 – 4,86
2,1 – 4,2
1,2 – 2,4
1,22 – 2,44
4,86 – 7,29
4,2 – 6,3
2,4 – 3,6
2,44 – 3,65
7,29 – 9,72
6,3 – 8,4
3,6 – 4,8
3,65 – 4,87
9,72 – 12,16
8,4 – 10,5
4,8 – 6,0
4,87 – 6,09
12,16 – 14,58 10,5 – 12,6
6,0 – 7,2
6,09 – 7,31

Đồng bằng
miền Nam

1,26 – 2,52
2,52 – 3,78
3,78 – 5,04
5,04 – 6,3
6,3 – 7,56

1.1.5. Ảnh hưởng của giông sét đến HTĐ Việt Nam:
Một trong những nỗi lo lớn nhất của lĩnh vực truyền tải điện là lưới điện bị sét
đánh. Đây là sự cố do thiên nhiên, nằm ngoài tầm kiểm soát của con người nên việc
ngăn ngừa không đơn giản.
Khi có sét đánh vào công trình điện, nếu dòng sét đủ lớn, sẽ gây nên quá điện áp
khí quyển vượt quá mức cách điện xung kích của cách điện sẽ gây phóng điện, làm cắt
điện ĐD và trạm, thậm chí có thể hư hỏng cháy thiết bị.
Những năm qua, PTC2 đã triển khai hàng loạt các giải pháp nhằm giảm thiểu sự
cố do sét. Điển hình nhất là giải pháp cải tạo hệ thống nối đất.


9
Tuy nhiên, hạn chế của giải pháp này là: ở một số vị trí có hiện tượng các sợi nối
đất quấn quanh trụ móng, đế móng; độ chôn sâu sợi nối đất chưa đạt yêu cầu, hướng đi
sợi tiếp địa đi sát nhau, không đúng thiết kế, đè lên nhau dẫn đến phóng điện ngược và
hiệu quả tản sét kém. Một số sợi có trị số điện trở nối đất cao, hoặc thấp bất thường;
một số vị trí cột nằm ở khu vực có phèn chua, hóa chất, độ ăn mòn cao nên bị đứt hoặc
bào mòn theo thời gian; một số vị trí cột cao hơn 40m chưa đáp ứng trị số điện trở theo
quy phạm.
Để khắc phục tình trạng này, các đơn vị đã giảm điện trở xuống một cấp ở những
vùng điện trở suất cao. Tùy điện trở suất đất ở từng vùng để thiết kế bổ sung sợi nối
đất dài từ 20-80m. Những vùng có điện trở suất cao thì đóng thêm cọc, bổ sung than
bùn, bổ sung đất có điện trở suất thấp hoặc hóa chất giảm điện trở…

Hiện PTC2 cũng đang có kế hoạch tính toán lại một số thông số như thiết kế tiếp
địa của đường dây, khoảng cách khe hở phóng điện của chuỗi sứ cách điện, góc bảo vệ
của dây chống sét ở các tuyến đường dây 500 kV để có phương án giảm thiểu sự cố.

Hình 1.6: Sét đánh vào đường dây tải điện trên không
Hiện tượng sét đánh có thể xảy ra các trường hợp sau đây:
- Sét đánh vào đỉnh cột và DCS: Trường hợp này, nếu ĐTNĐ cột điện lớn thì
điện áp giáng tại đỉnh cột và DCS đặt lên chuỗi cách điện ĐD sẽ lớn (điện áp này tỷ lệ
với điện trở cột điện). Nếu giá trị điện áp này vượt mức cách điện xung kích ĐD
(Uqa>U50%) thì sẽ gây ra phóng điện ngược từ DCS - dây dẫn qua cách điện ĐD.
- Sét đánh trực tiếp vào dây dẫn, tức là sét đánh vòng qua DCS vào dây dẫn: Đây
là trường hợp sét đánh nguy hiểm nhất, khi đó toàn bộ điện áp sét sẽ đặt lên cách điện
ĐD và truyền vào trạm gây hậu quả nghiêm trọng. Nếu giá trị điện áp này lớn hơn mức


10
cách điện xung kích ĐD (Uqa>U50%) thì sẽ gây ra phóng điện qua cách điện ĐD. Mặt
khác, sóng điện áp truyền vào trạm có thể gây quá áp và hư hỏng thiết bị.
1.2. Hiện tượng quá điện áp khí quyển:
Đường dây là phần tử dài nhất trong hệ thống điện, đi qua nhiều địa hình phức
tạp nên thường bị sét đánh gây nên quá điện áp gọi là quá điện áp khí quyển.
Quá điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đường dây hoặc sét đánh
xuống gần mặt đất và gây nên quá điện áp cảm ứng trên đường dây, có thể gây ra
phóng điện trên cách điện đường dây dẫn đến ngắn mạch buộc phải cắt điện.
Có thể thấy trường hợp đầu nguy hiểm nhất vì đường dây phải chịu toàn bộ năng
lượng của dòng điện sét.
Vì trị số của quá điện áp khí quyển rất lớn nên không thể chọn mức cách điện
đường dây đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉ được chọn
theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật.
Do đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đường dây không phải là loại trừ hoàn

toàn khả năng sự cố do sét đánh mà chỉ giảm số lần sự cố do sét tới một giới hạn hợp
lý (xuất phát từ yêu cầu và sơ đồ cung cấp điện của phụ tải, số lần cắt dòng điện ngắn
mạch cho phép của máy cắt điện, ĐD có hay không có thiết bị tự động đóng lại, ...).
Tức là phải tìm phương thức bảo vệ đường dây sao cho số lần cắt điện do sét
đánh gây ra là thấp nhất, trên cơ sở đó xác định phương hướng và biện pháp giảm số
lần cắt điện của đường dây nói chung và một số đường dây cụ thể nói riêng.
Trong tính toán bảo vệ chống sét hiện nay, người ta tính suất cắt đường dây do
sét đánh tức là số lần cắt điện đường dây do sét đánh gây ra sự cố trong một năm cho
chiều dài đường dây L = 100 km, trên cơ sở đó người ta tính suất cắt của một số đường
dây điển hình được xem là hợp lý.
So sánh trị số suất cắt của đường dây đang thiết kế với các đường dây điển hình
này cho phép ta đánh giá về mức độ bảo vệ chống sét của các đường dây.
1.3. Các biện pháp bảo vệ chống sét:

Bảo vệ quá áp trong hệ thống điện đã được đặt ra từ những năm cuối của
năm 1800. Ban đầu là những hư hỏng của các đường dây trên không do bị sét đánh,
các thiết bị bảo vệ chống sét liên tục được cải thiện về thiết kế, công nghệ cũng như
định mức làm việc.
1.3.1. Biện pháp BVCS đường dây tải điện trên không:
Để giảm bớt sự cố do sét gây nên, người ta dùng các biện pháp BVCS ĐD, như
vậy đa phần những lần sét đánh lên ĐD sẽ được đưa xuống đất một cách an toàn.
Chỉ có một ít trường hợp dòng sét quá lớn hoặc sét đánh vòng qua DCS vào dây
dẫn gây ra phóng điện ngược mặt ngoài cách điện.
Việc BVCS ĐD đến mức an toàn tuyệt đối thường không thể thực hiện được vì
vốn đầu tư vào ĐD quá lớn như: Tăng cường cách điện ĐD, giảm ĐTNĐ cột điện ĐD,
hoặc dùng các thiết bị BVCS đắt tiền …


11
Do đó phương hướng đúng đắn là việc tính toán mức độ BVCS của ĐD phải xuất

phát từ chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, nghĩa là một mặt làm cho số lần cắt điện ĐD do sét
gây ra giảm đến mức thấp nhất có thể, một mặt đảm bảo tính kinh tế của biện pháp
chống sét. Điều này có nghĩa là phải tìm ra được phương thức BVCS ĐD sao cho hợp
lý nhất.
Tuy nhiên, việc đưa ra một chỉ tiêu kinh tế cho BVCS ĐD là một vấn đề phức
tạp. Trước hết bài toán phụ thuộc quá nhiều yếu tố về kết cấu và yêu cầu cung cấp điện
của lưới cũng như về các thiết bị BVCS của trạm, việc tính toán khá phức tạp và
không thể đưa ra một chỉ tiêu chung.
Hơn nữa hiện nay ta chưa có đủ số liệu về độ tin cậy, chỉ tiêu kinh tế cung cấp
điện hoặc ảnh hưởng độ tin cậy đến tổn thất của phụ tải, …
Biện pháp BVCS ĐD tải điện cao áp đang sử dụng phổ biến nhất là treo DCS
trên cùng cột với dây dẫn cần bảo vệ để bảo vệ sét đánh trực tiếp vào dây dẫn, kết hợp
với giải pháp nối đất cột điện có giá trị điện trở thấp trong phạm vi cho phép.
Các thông số quan trọng trong tính toán treo DCS là: Xác định độ cao và góc bảo
vệ của DCS, số lượng DCS cần sử dụng để có thể bảo vệ tất cả các dây dẫn pha.

Đối với ĐD có cấp điện áp 110kV trở lên, DCS được treo trên suốt chiều
dài ĐD. Đối với ĐD có cấp điện áp 35kV, thường chỉ treo DCS đoạn gần tới
trạm (12km). Đối với ĐD có cấp điện áp thấp hơn sẽ không thực hiện treo DCS.
1.3.2. Biện pháp BVCS TBA:
BVCS cho TBA gồm: Bảo vệ sét đánh trực tiếp và BVCS lan truyền từ ĐD vào
trạm. BVCS đánh trực tiếp thường sử dụng bằng cột thu sét hoặc DCS treo phía trên
các thiết bị và các xà đỡ dây, thanh cái của trạm.
BVCS lan truyền vào trạm người ta dùng chống sét ống, chống sét van hoặc tăng
cường bảo vệ ĐD đoạn gần tới trạm.
Chỉ tiêu BVCS truyền vào trạm là một số liệu quan trọng nó cho phép đánh giá
mức độ an toàn với sóng QĐA của trạm.
Tuy nhiên, việc tính toán khá phức tạp, khối lượng tính toán lớn, do tham số của
sóng từ ĐD truyền vào trạm rất khác nhau (phụ thuộc vào dòng điện sét, kết cấu ĐD,
vị trí sét đánh).

1.4. Phạm vi bảo vệ của DCS:
Để BVCS ĐD tải điện, người ta dùng DCS thay cho cột thu lôi. DCS với mục
đích BVCS đánh trực tiếp cho các dây pha ĐD hoặc TBA.
DCS có 2 nhiệm vụ: vai trò tĩnh và vai trò động.
Vai trò tĩnh là nhiệm vụ giảm điện thế của dây pha khi có mây giông; vai trò
động là BVCS đánh trực tiếp, làm tắt dần các sóng QĐA bằng cách giảm tổng trở của
dây pha, tạo sự che chắn chống QĐA cảm ứng.


12

Hình 1.7: Phạm vi bảo vệ của một và hai DCS
Mặt cắt thẳng đứng theo phương vuông góc với DCS của PVBV được xác định
tương tự như cột thu lôi với các hoành độ là 0,6h và 1,2h.
Chiều rộng của PVBV bx ở độ cao hx cũng được xác định tương tự như cột thu
lôi:
bx = 1,2h 1 



hx 
0,8h 

; khi hx ≤ h

bx = 0,6h 1 

hx 

h

; khi hx > h





2
3
2
3

Hai DCS đặt cách nhau khoảng a<4h sẽ bảo vệ được độ cao h0 xác định bởi:
h – h0 =

a
a
 h0  h 
4
4

Phần bên ngoài của PVBV hai DCS xác định như trường hợp 1 DCS, còn phần
bên trong giới hạn bởi 3 điểm: 2 điểm treo DCS và điểm có độ cao h0.
Đối với ĐD tải điện, thường độ cao dây dẫn >2/3 độ cao DCS, nên có thể không
cần xét PVBV mà biểu thị bằng góc bảo vệ  là góc giữa đường thẳng đứng với đường
thẳng nối liền dây thu sét và dây dẫn.
Có thể tính toán được trị số giới hạn của góc α là 310.
Trong quy phạm trang bị điện 11TCN-19-2006, góc bảo vệ DCS đối với dây dẫn
ngoài cùng phải <300 (đối với 1 DCS) và 200 (đối với 2 DCS) và thực tế thường chọn
góc bảo vệ khoảng 200÷250.

1.5. Lý thuyết mô hình điện hình học (MHĐHH):
Lý thuyết MHĐHH xuất hiện từ các năm 60 trong công trình của R.N. Golde.
Golde giả thiết rằng khi tiên đạo sét bắt đầu định hướng tới công trình nào đó trên mặt
đất như hình 1.8 thì sẽ xảy ra một quá trình phóng điện trực tiếp trên khoảng cách
phóng điện rs từ đầu tiên đạo tới đỉnh công trình. Quá trình này giống với phóng điện
khoảng cách dài trong phòng thí nghiệm.


13

Hình 1.8: Quá trình phóng điện trực tiếp (lý thuyết MHĐHH)
Từ đó xây dựng được quan hệ: Grad U = f(rs,Q) = 35kV/cm
(1.2)
Trong đó:
- Grad U: Điện trường phóng điện trung bình ở khoảng cách dài có trị số bằng
35KV/cm.
- rs: Khoảng cách phóng điện.
- Q: Điện tích của lớp mây giông tích điện.
Theo kết quả thống kê quan hệ giữa dòng điện sét I với điện tích Q được thể hiện
dưới dạng:
I = 25.Q0,7
(1.3)
(Q đo bằng coulomb, I đo bằng KA ).
Kết hợp (1.2) và (1.3) sẽ được:
Như vậy ta đạt được một quan hệ giải tích giữa khoảng cách phóng điện (r s) với
biên độ dòng sét ( I ).
Các hệ số Krs, n có trị số như bảng 1.3.
Bảng 1.3: Quan hệ giải tích giữa khoảng cách phóng điện với biên độ dòng sét
Tác giả
Krs

N
Golde
6,72
0,8
Wagner
6,72
1/2 1
Brown
7,1
0,75
Link
3
1
Gary
9,4
1/3
Quan hệ của Golde đã được chọn làm cơ sở của tính toán:
rs = 6,72.I0,8
(1.4)
Ngoài công trình về quan hệ rs(I) còn được bổ sung thêm các công trình của
Armstrong H.R và Whitehead E.R về phân bố góc lệch  của tiên đạo sét (hình 1.9).
Góc này là một đại lượng ngẫu nhiên có hàm mật độ của phân bố là:


14

(1.5)
Trước khi đi vào vận dụng, khai thác lý thuyết MHĐHH sẽ giới thiệu các quy
ước về mật độ sét (số lần sét đánh trên diện tích 01 Km2 mặt đất trong 01 năm):

Hình 1.9: Phân bố góc lệch

Hình 1.10: Mật độ sét trên diện tích ngang

Mật độ Ng: Là mật độ sét trên diện tích ngang và tiên đạo sét xuất hiện theo mọi
phương như hình 1.10a.
Mật độ Nh: Là mật độ sét trên diện tích ngang khi tiên đạo sét chỉ xuất hiện theo
hướng  như hình 1.10b.
Nh = Ng.P { < góc lệch tiên đạo < +d}
(1.6)
Nh = Ng.g()d
Mật độ N: Là mật độ sét khi tiên đạo xuất hiện theo hướng  nhưng mặt phẳng
hướng sét là mặt phẳng vuông góc với hướng  như trên hình 1.10b.
Dễ dàng xác định được:
Và khi kết hợp với (1.5); (1.6) sẽ được:
(1.7)
1.5.1. Hiệu quả bảo vệ của thu lôi Franklin:
I>Ii

Ii

C

’
B

rsi

T

’

rsi

D
’
D

C
rs

T

O

ro

M

M’

i

Hình 1.11: Hiệu quả bảo vệ của thu lôi Franklin