Đề xuất giải pháp giảm suất cắt cho đường dây 220kv sông tranh 2 tam kỳ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN QUÂN

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT
CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV SÔNG TRANH 2 – TAM KỲ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHAN ĐÌNH CHUNG

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.Trong luận văn có sử
dụng, trích dẫn một số thông số kỹ thuật của các đề tài giảm suất cắt của các tác giả
khác đã thực hiện trước đây.
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 Quân


MỤC LỤC

TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài.............................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................1
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..............................................................2
6. Đặt tên đề tài..........................................................................................................2
7. Cấu trúc luận văn ...................................................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ ĐƯỜNG DÂY
220KV SÔNG TRANH 2 – TAM KỲ ............................................................................3
1.1. Tổng quan về sét và hiện tượng quá điện áp khí quyển .....................................3
1.1.1. Sét - Nguồn gốc của quá điện áp khí quyển .................................................3
1.1.2. Sự nguy hiểm của quá điện áp khí quyển ....................................................5
1.1.3. Tình hình giông sét tại Việt Nam và trên địa bàn tỉnh Quảng Nam ............6
1.2. Tổng quan về đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ ................................7
1.2.1. Quy mô đường dây .......................................................................................7
1.2.2. Thông số kỹ thuật chính của đường dây ......................................................7
1.2.3. Các biện pháp bảo vệ chống sét hiện tại áp dụng trên đường dây 220kV
Sông Tranh 2 – Tam Kỳ .........................................................................................7
1.3. Tình hình sự cố do giông sét trên các tuyến đường dây 500-220kV của Công
ty TTĐ2 nói chung và của Truyền tải điện Quảng Nam nói riêng[5] ........................8
1.3.1.Các sự cố đường dây 500-220kV do giông sét tính từ năm 2012 đến hết
tháng 8/2018 của Công ty Truyền tải điện 2 ..........................................................8
1.3.2. Các sự cố đường dây 500-220kV do sét trên địa bàn tỉnh Quảng Nam .......9

CHƯƠNG 2. SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 220KV SÔNG TRANH 2 – TAM KỲ ......11
2.1. Lý thuyết cơ bản về tính suất cắt đường dây[6], [7], [8] ........................................11
2.1.1. Tính toán các thông số cơ bản ....................................................................14
2.1.2. Suất cắt điện đường dây do sét đánh vòng .................................................15
2.1.3. Suất cắt điện đường dây do sét đánh vào dây chống sét ở khoảng vượt ....17
2.1.4. Suất cắt điện đường dây do sét đánh vào đỉnh cột (kể cả số lần sét đánh
vào dây chống sét gần đỉnh cột) ...........................................................................20
2.2. Xây dựng chương trình tính toán suất cắt đường dây bằng Excel ...................25


2.3. Kết quả tính toán suất cắt đường dây 220kV Sông Tranh 2-Tam Kỳ từ chương
trình .........................................................................................................................26
2.3.1. Đoạn đường dây thứ 1(từ cột số 1 đến cột 18) ...........................................27
2.3.2. Đoạn đường dây thứ 2 (từ cột số 19 đến cột 53) ........................................27
2.3.3. Đoạn đường dây thứ 3 (từ cột số 54 đến cột 60) ........................................27
2.3.4. Đoạn đường dây thứ 4 (từ cột số 61 đến cột 71) ........................................28
2.3.5. Đoạn đường dây thứ 5 (từ cột số 72 đến cột 115) ......................................28
CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT .................................31
3.1. Các giải pháp giảm suất cắt hiện thường được sử dụng: .................................31
3.2. Mục tiêu của giải pháp giảm suất cắt: ..............................................................31
3.3. Tính toán, lựa chọn giải pháp giảm suất cắt cho đoạn đường dây từ cột 061-cột
071 ...........................................................................................................................31
3.3.1. Tăng cường cách điện ................................................................................31
3.3.2. Giảm điện trở nối đất..................................................................................33
3.3.3. Lắp đặt chống sét van .................................................................................36
3.3.4. So sánh yếu tố kinh tế-kỹ thuật và các điều kiện thực tế khác để lựa chọn
phương án tối ưu ..................................................................................................39
3.4. Kết luận ............................................................................................................43
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................46

PHỤ LỤC ......................................................................................................................47
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.


TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM SUẤT CẮT
CHO ĐƯỜNG DÂY 220KV SÔNG TRANH 2 – TAM KỲ
Học viên: Nguyễn Quân
Mã số: 60.52.02.02 Khoá: K34

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

Tóm tắt:Sự vận hành an toàn của lưới điện truyền tải có ý nghĩa rất quan trọng đối
với lưới điện của quốc gia. Hiện nay, quá điện áp khí quyển đang là nguyên nhân dẫn đến sự
cố cho lưới điện truyền tải nhiều nhất. Chính vì vậy, vấn đề giảm thiểu sự cố nguyên nhân do
sét đang là một trong những vấn đề quan trọng nhất hiện nay của Tổng Công ty Truyền tải
điện Quốc gia và Công ty Truyền tải điện 2. Luận văn này nghiên cứu phân tích, xây dựng
chương trình tính toán suất cắt của đường dây 220kV Sông Tranh 2 - Tam Kỳ trên phần mềm
Excel. Từ kết quả tính suất cắt thu được, tác giả đã đề xuất các giải pháp phù hợp để giảm giá
trị suất cắt của đường dây đến giá trị yêu cầu. Trong số các giải pháp được đề xuất, tác giả
chọn ra giải pháp có tổng chi phí thực hiện thấp nhất, đồng thời đảm bảo các yêu cầu về kỹ
thuật.
Từ khóa: Lưới điện truyền tải, suất cắt điện, quá điện áp khí quyển, sét, đường dây
220kV Sông Tranh 2-Tam Kỳ
THE METHOD PROPOSAL TO REDUCE THE TRIPPING RATE
OF SONG TRANH 2 – TAM KY 220KV TRANSMISSION LINE
Abstract:The continuous operationofpower transmission line plays a significant role

in meeting demand of the national power grid. Nowadays, over-voltage causing by lightning
on the transmission line is the main reason which makestripping rate of the power
transmission line increase. Therefore, reducing the lightning-caused fault is currently one of
the most important issuesof both National Power Transmission Corporation andPower
Transmision Company No.2. In this thesis, author developes an application program in Excel
environment to calculate the linghtning tripping rate of a transmission line and then author
implements this programeto calculate the lightning tripping rate of the Song Tranh 2 – Tam
Ky 220kV line. From the calculation results, the author has offered the methods to reduce the
lightning tripping rate of this transmission line to the desired value.From the proposed
methods, author suggest a reasonable solution which guarantees both the lowest investment
and the technical requirement .
Keywords: power transmission grid, lightning tripping rate, lightning over-voltage,
lightning, Song Tranh 2-Tam Ky220kV line.


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số
hiệu
1.1
1.2
1.3
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8

Tên bảng
Số vụ sự cố đường dây 500-220kV do sét trên địa bàn PTC2 quản lý
từ năm 2012 đến hết tháng 8/2018
Số vụ sự cố đường dây 500-220kV do sét trên địa bàn Quảng Nam
từ năm 2012 đến hết tháng 8/2018
Các sự cố xảy ra đối với đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ
Xác suất hình thành hồ quang duy trì
Giá trị hệ số hiệu chỉnh theo cấp điện áp
Thông số kỹ thuật cung đoạn đường dây 001-018
Thông số kỹ thuật cung đoạn đường dây 019-053
Thông số kỹ thuật cung đoạn đường dây 054-060
Thông số kỹ thuật cung đoạn đường dây 061-071
Thông số kỹ thuật cung đoạn đường dây 072-115

Trang
8
9
9
12
14
27
27
28
28
28
29

3.1

Bảng tổng hợp giá trị suất cắt các cung đoạn của đường dây
Đặc tính phóng điện chuỗi cách điện khi bổ sung số bát

3.2

Bảng giá trị suất cắt điện của cung đoạn khi bổ sung bát cách điện

32

3.3

Bảng giá trị suất cắt điện của cung đoạn khi giảm điện trở nối đất
Bảng giá trị suất cắt điện của cung đoạnkhi bổ sung 01 bát cách điện
kết hợp giảm điện trở nối đất
Bảng giá trị suất cắt điện của cung đoạn khi bổ sung 02 bát cách
điện kết hợp giảm điện trở nối đất
Bảng giá trị suất cắt điện của cung đoạn khi lắp CSV trên pha C cả
02 mạch kết hợp giảm điện trở nối đất

33

Bảng giá trị suất cắt điện của các giải pháp được chọn để so sánh
Tổng hợp chi phí giải pháp tăng 01 bát cách điện/chuỗi, kết hợp
3.8
giảm điện trở nối đất xuống còn 10 Ohm
Tổng hợp chi phí giải pháp lắp CSV trên pha C cả 02 mạch, kết hợp
3.9
giảm điện trở nối đất xuống còn 12 Ohm
Tổng hợp chi phí giải pháp lắp CSV trên pha B và pha C cả 02
3.10

mạch
3.11 Tổng hợp chi phí và suất cắt tương ứng của các giải pháp

38

3.4
3.5
3.6
3.7

32

34
35
37

40
41
41
42


DANH MỤC CÁC HÌNH

Số
hiệu

Tên hình

Trang

2.1

Bố trí dây dẫn, dây chống sét trên cột đỡ

13

2.2

Phân bố dòng điện khi sét đánh vào dây dẫn

16

2.3

Sơ đồ mạch điện sét đánh đỉnh cột khi chưa có sóng phản xạ trở về

22

2.4

Sơ đồ mạch điện sét đánh đỉnh cột khi chưa có sóng phản xạ trở về

23

2.5

Giao diện chương trình tính suất cắt đường dây

26

2.6

Đồ thị biểu diễn chiều cao cột và giá trị điện trở cột

26

2.7

Sơ đồ cột đỡ tiêu biểu loại 2.DL+0 dùng để tính toán trong các
cung đoạn

29

3.1

Đồ thị suất cắt đường dây khi bổ sung từ 01 đến 03 bát cách điện

32

3.2

Đồ thị suất cắt đường dây khi giảm điện trở nối đất

33

3.3

Đồ thị suất cắt đường dây khi bổ sung 01 bát cách điện kết hợp với
giảm điện trở nối đất

34

3.4

Đồ thị suất cắt đường dây khi bổ sung 02 bát cách điện kết hợp35
với giảm điện trở nối đất

35

3.5

Đồ thị suất cắt đường dây khi lắp đặt chống sét van pha C kết hợp
với giảm điện trở nối đất

37

3.6

Đồ thị suất cắt đường dây tương ứng với các giải pháp phù hợp
được lựa chọn để so sánh

38

3.7

Đồ thị biểu diễn suất cắt và chi phí thực hiện tương tứng củacác
giải pháp được đem ra so sánh

43

1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nước ta nằm trong vùng có mật độ sét cao kết hợp với việc môi trường khí hậu
ngày càng ô nhiễm… nên số lần sét đánh vào đường dây trên không (ĐDK) tăng lên.
Để bảo vệ ĐDK, ngoài giải pháp bảo vệ bằng dây chống sét (DCS), cần nghiên cứu
các giải pháp khác để đảm bảo chất lượng điện của hệ thống điện (HTĐ) được tốt,
nhằm đáp ứng nhu cầu cung cấp điện liên tục, tin cậy ngày càng cao của phụ tải.
Trong khi đó, CSV là thiết bị bảo vệ hiệu quả nhưng việc nghiên cứu lắp đặt CSV trên
ĐDK cao áp còn hạn chế, chưa có tính toán cụ thể mà chỉ dựa vào kinh nghiệm, đánh
giá chủ quan. Ngoài ra, để hạn chế ảnh hưởng của ĐDK cao áp đến quy hoạch phát
triển cơ sở hạ tầng, nhà cửa, công trình kiến trúc, giảm thiểu đền bù …các ĐDK hiện
nay đa số được thiết kế, xây dựng trên những địa hình có cao độ lớn (đồi núi, khu vực
đất đai canh tác kém hiệu quả…). Khi tuyến ĐDK đi qua khu vực này, thường là khu
vực khô hạn ít nước, khu vực đất cằn cỗi, điện trở suất ρ của đất lớn…dẫn đến hệ
thống nối đất ĐDK lớn và tốn kém.
Trong các tuyến đường dây truyền tải đi qua địa phận tỉnh Quảng Nam, đường
dây 220kV mạch kép Sông Tranh 2 – Tam Kỳ có nhiều cung đoạn đi qua địa hình đồi
núi cao, nhiều vị trí cột được đặt trên đỉnh đồi, chiều cao các cột lớn nên dễ thu hút các
tia sét. Xuất phát từ các vấn đề trên, đề tài “Đề xuất giải pháp giảm suất cắt cho đường
dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ” là cần thiết nhằm đánh giá hiệu của của các giải
pháp để giảm suất cắt cho đường dây do quá điện áp khí quyển.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Đề tài tập trung tìm hiểu, phân tích đánh giá tình hình quản lý vận hành, tình hình
sự cố do sét trên đường dây, nghiên cứu và đề xuất một số giải pháp giảm suất cắt trên
đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ từ đó đề xuất các biện pháp hạn chế sự cố
do sét đánh.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ.
- Phạm vi nghiên cứu: Suất cắt đường dây
4. Phương pháp nghiên cứu
- Dựa vào lý thuyết bảo vệ chống sét cho đường dây kinh điển, xây dựng chương
trình tính suất cắt đường dây
- Đánh giá phân tích tình hình sự cố do sét trên đường dây nhằm đưa ra các biện
pháp giảm suất cắt phù hợp
- Tính toán và so sánh kinh tế các giải pháp để đề xuất giải pháp giảm suất cắt tốt
nhất.


2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Tính toán, so sánh các giải pháp để giảm xuất cắt do sét cho đường dây 220kV
Sông Tranh 2 – Tam Kỳ để tìm ra giải pháp tối ưu.
- Làm cơ sở để giúp các đơn vị quản lý vận hành triển khai thực hiện các giải
pháp giảm suất cắt do sét, từ đó nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các đường dây
truyền tải điện.
6. Đặt tên đề tài
Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nêu trên đề tài được đặt tên:
“Đề xuất giải pháp giảm suất cắt cho đường dây 220kV Sông Tranh 2-Tam Kỳ”
7. Cấu trúc luận văn
Nội dung luận văn được biên chế thành: Ngoài phần Mở đầu và Kết luận sẽ có 3
chương và phụ lục. Bố cục nội dung chính của luận văn gồm các phần sau:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về quá điện áp khí quyển và đường dây 220kV Sông
Tranh 2 – Tam Kỳ
Chương 2: Suất cắt đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ

Chương 3: Đề xuất giải pháp giảm suất cắt
Kết luận và kiến nghị.
Quá trình nghiên cứu cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân, sự quan tâm tạo
điều kiện của Công ty Truyền tải điện 2, Truyền tải điện Quảng Nam đặc biệt là sự
hướng dẫn tận tình của TS.Phan Đình Chung, luận văn này đã được hoàn thành.
Nhưng do thời gian có hạn, nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót cần bổ sung, tham
gia góp ý của thầy cô, đồng nghiệp và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ Thống Điện
trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã giúp đỡ, hướng dẫn cho em hoàn thành bản
luận văn này.
Tác giả mong muốn sau luận văn này sẽ tiếp tục có những nghiên cứu sâu sắc
hơn về đề tài bảo vệ chống sét cho các đường dây 220kV, 500kV của lưới điện truyền
tải Quốc gia.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ ĐƯỜNG DÂY
220KV SÔNG TRANH 2 – TAM KỲ
1.1. Tổng quan về sét và hiện tượng quá điện áp khí quyển
1.1.1. Sét - Nguồn gốc của quá điện áp khí quyển[1]
Sét thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí trong không khí với
khoảng cách rất lớn. Quá trình phóng điện của sét tương tự như quá trình phóng điện tia
lửa trong điện trường rất không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn. Chính sự
tương tự đó đã cho phép mô phỏng sét trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu những quy
luật của nó và nghiên cứu những biện pháp bảo vệ chống sét.
Ban đầu xuất phát từ mây dông một dải sáng mờ kéo dài từng đợt gián đoạn về
phía mặt đất với tốc độ trung bình khoảng 105÷106 m/s. Đây là giai đoạn phóng điện
tiên đạo từng đợt được gọi là tiên đạo bậc. Kênh tiên đạo là một dòng plasma mật độ

điện tích không cao lắm, 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 (Hình 1.1a).

Hình 1.1a
Hình 1.1b
Hình 1.1c
Hình 1.1d
Hình 1.1: Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét theo thời gian
Hình 1.1a) Giai đoạn phóng điện tiên đạo.
Hình 1.1b) Tia tiên đạo đến gần mặt đất hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt.
Hình 1.1c) Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu.
Hình 1.1d) Phóng điện chủ yếu kết thúc, dòng sét đạt giá trị cực đại.
Thời gian phát triển của kênh tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1μs,
tương ứng tia tiên đạo dài thêm trung bình được khoảng vài chục mét đến bốn năm
chục mét. Thời gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt liên tiếp khoảng 30 ÷ 90μs.
Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng Q = σ.L (với σ là mật độ
điện tích và L là chiều dài kênh). Điện tích này thường chiếm khoảng 10% lượng diện


4

tích chạy vào đất trong một lần phóng điện sét.Dưới tác dụng của điện trường tạo nên
bởi điện tích của các đám mây dông và điện tích trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập
trung điện tích trái dấu (thường là điện tích dương) trên vùng mặt đất phía dưới đám
mây dông.Nếu vùng đất phía dưới bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện
tích cảm ứng tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo.Nếu vùng đất phía dưới có
điện dẫn khác nhau thì điện tích sẽ tập trung chủ yếu ở vùng kế cận, nới có điện dẫn
cao và nơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét.
Cường độ điện trường ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát triển
của nó (trong mây dông), được xác định bởi điện tích bản thân của kênh và của điện

tích tích tụ ở đám mây.Đường đi của kênh tiên đạo này không phụ thuộc vào tình trạng
của mặt đất và các vật thể ở mặt đất.Chỉ khi kênh tiên đạo còn cách mặt đất một độ cao
nào đó thì mới thấy rõ dần ảnh hưởng của tập trung điện tích ở mặt đất và ở các vật thể
dẫn điện nhô khỏi mặt đất đối với hướng phát triển tiếp tục của kênh. Kênh sẽ phát
triển theo hướng có cường độ điện trường lớn nhất. Như vậy, vị trí đổ bộ của sét mang
tính chọn lọc. Nên trong kỹ thuật người ta lợi dụng tính chọn lọc này để bảo vệ chống
sét đánh thẳng cho các công trình bằng cách dùng các thanh hoặc dây thu sét bằng kim
loại được nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần bảo vệ để hướng sét phóng vào đó,
hạn chế khả năng sét đánh vào công trình.
Ở những nơi vật dẫn có độ cao (nhà chọc trời, cột ăng ten) thì từ đỉnh của nó nơi
điện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện ion hóa tạo nên dòng tiên
đạo phát triển hướng lên đám mây dông. Chiều dài của kênh tiên đạo từ dưới lên mây
tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hướng của sét đánh
vào vật dẫn đó.
Khi kênh tiên đạo xuất phát từ mây dông tiếp cận mặt đất hay tiếp cận kênh tiên
đạo ngược chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngược lại hay phóng điện chủ yếu,
tương tự như các quá trình phóng điện ngược trong chất khí ở điện trường không đồng
nhất (Hình 1.1b). Trong khoảng cách khí còn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất
cường độ điện trường tăng cao gây nên ion hóa mãnh liệt dẫn đến sự hình thành một
dòng plasma mật độ điện tích 1016÷ 1019 ion/m3 cao hơn nhiều so với mật độ điện tích
của tia tiên đạo, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần, điện tích cảm ứng từ mặt đất
tràn ngược và thực tế đầu dòng mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu
dòng tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng plasma điện dẫn cao tiếp tục
phát triển ngược lên trên theo đường chọn sẵn của kênh tiên đạo. Tốc độ phát triển của
kênh của kênh phóng ngược rất cao vào khoảng 1,5x1017÷ 1,5x108 m/s (bằng 0,05
÷0,05 lần vận tốc ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của tiên đạo
hướng xuống. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt nên tia phóng điện chủ yếu
sáng chói (gọi là chớp) và sự giản nỡ đột ngột của không khí bao quanh phóng điện chủ
yếu tạo nên những đợt sóng âm mãnh liệt gây nên những tiếng nổ chát chúa (gọi là
sấm). Đặc điểm quan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cường độ dòng điện lớn. Nếu

5

ν là tốc độ của phóng điện và σ là mật độ điện tích thì dòng sét sẽ đạt giá trị cao nhất khi
kênh phóng điện chủ yếu lên đến đám mây dông và bằng: is = ν.σ(Hình 1.1c). Khi kênh
phóng điện chủ yếu lên tới đám mấy thì số điện tích còn lại của mây sẽ theo kênh
phóng điện chạy xuống đất và cũng tạo nên ở chỗ sét đánh một dòng điện có trị số nhất
định giảm nhanh tương ứng với phần đuôi sóng (Hình 1.1d).
Kết quả quan trắc sét cho thấy rằng, một cơn sét thường gồm nhiều lần phóng
điện kế tiếp nhau, trung bình là ba lần, nhiều nhất có thể đến vài ba chục lần. Thời gian
giữa các lần phóng điện kế tiếp nhau trung bình khoảng 30 ÷ 50 ms, nhưng có thể kéo
dài đến 0,1s nếu có dòng không đổi trong giai đoạn kết thúc. Các lần phóng điện sau
có dòng tiên đạo phát triển liên tục (không phải từng đợt như lần đầu), không phân
nhánh và theo đúng quĩ đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn 2x106 m/s, thường
gọi là tiên đạo hình kim cũng còn có tên gọi là tiên đạo hình mũi tên. Mỗi lần phóng
điện tạo nên một xung dòng sét. Các xung sét sau thường có biên độ bé hơn, nhưng độ
dốc đầu sóng cao hơn nhiều so với xung đầu tiên. Một cơn sét có thể kéo dài đến
1,33s.
Sự phóng điện nhiều lần của sét được giải thích như sau: đám mây dông có thể
có nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các dòng không khí xoáy trong
mây. Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất và trung tâm điện tích có
cường độ điện trường cao nhất.
Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu thế của trung tâm điện tích này với
các trung tâm điện tích khác kế cận thực tế không thay đổi đáng kể và ít có ảnh hưởng
qua lại giữa chúng. Nhưng khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm
điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điện thế của đất làm cho hiệu thế giữa
trung tâm điện tích đã phóng với các trung tâm điện tích lân cận tăng lên và có thể dẫn
đến phóng điện giữa chúng với nhau,quá trình này xảy ra rất nhanh. Trong khi đó thì
kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn,

nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quĩ đạo đó, liên tục và với tốc độ cao hơn
lần đầu. Phóng điện sét cũng có thể xảy ra giữa các đám mây mang điện tích khác
nhau hoặc giữa các trung tâm điện tích của một đám mây lưỡng cực, tuy nhiên quá
điện áp trong hệ thống điện, hỏa hoạn hoặc hư hỏng các công trình trên mặt đất chỉ
xảy ra khi có phóng điện sét về phía mặt đất. Vì vậy, ở đây chỉ xét đến sét giữa mây
dông và mặt đất cùng tác hại của nó đối với hệ thống điện.Sét mây - đất cũng có thể
xảy ra với tiên đạo mang điện tích dương xuất phát từ phần mang điện tích dương của
đám mây, nhưng rất hiếm thấy.Loại sét dương này chỉ có một xung duy nhất, có biên
độ dòng và tổng điện tích rất lớn, thời gian sóng kéo dài.Tác dụng phá hoại của nó rất
lớn, đặc biệt là hiệu ứng nhiệt của nó.
1.1.2. Sự nguy hiểm của quá điện áp khí quyển
Khi xảy ra quá điện áp khí quyển tức là xảy ra phóng điện sét thì toàn bộ năng
lượng của dòng sét sẽ tản vào trong lòng đất qua hệ thống nối đất của vật bị sét đánh


6

trực tiếp. Quá điện áp khí quyển có thể là do sét đánh trực tiếp vào vật cần bảo vệ hoặc
do sét đánh xuống mặt đất gần đó gây nên quá điện áp cảm ứng lên vật cần bảo vệ.
Khi sét đánh điện áp sét rất cao có thể chọc thủng cách điện của các thiết bị gây
thiệt hại về kinh tế và nguy hiểm cho người.
Đối với thiết bị điện, quá điện áp khí quyển thường lớn hơn rất nhiều điện áp thí
nghiệm xung kích của cách điện dẫn đến chọc thủng cách điện, phá hỏng thiết bị quan
trọng như máy biến áp, máy cắt, thiết bị bù,… Đặc biệt đối với đường dây tải điện trên
không là phần tử có chiều dài lớn nhất trong hệ thống điện nên thường bị sét đánh và
chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển. Sóng quá điện áp không chỉ gây nên phóng
điện trên cách điện đường dây, đưa đến cắt điện mà còn có thể truyền theo đường dây
vào trạm gây nguy hiểm cho các điện của các thiết bị trong trạm, và khi sét đánh trực
tiếp vào dây dẫn hoặc vào cột gây phóng điện ngược ở các đoạn đường dây gần trạm
dẫn đến khả năng gián đoạn cấp điện cho phụ tải do sự cố cắt điện gây thiệt hại và ảnh

hưởng lớn về kinh tế - xã hội – an ninh – quốc phòng.
1.1.3. Tình hình giông sét tại Việt Nam và trên địa bàn tỉnh Quảng Nam
Theo các nghiên cứu của Viện Vật lý địa cầu, Việt Nam nằm ở tâm dông châu Á,
một trong ba tâm dông trên thế giới có hoạt động dông sét mạnh.Mùa dông ở Việt
Nam tương đối dài bắt đầu từ tháng 4 và kết thúc vào tháng 10.Số ngày dông trung
bình khoảng 100 ngày/năm và số giờ dông trung bình là 250 giờ/năm.Trên nền hoạt
động dông tương đối mạnh này có độ chênh lệch khá lớn về mức độ hoạt động dông ở
các vùng.Có những nơi có số giờ dông nhỏ như Cam Ranh (55 giờ/năm), bên cạnh đó
lại có khu vực đạt số giờ dông tới 489 giờ/năm như ở A Lưới (Huế). Sự chênh lệch
này do nhiều yếu tố khác nhau gây ra, trong đó có yếu tố phân chia lãnh thổ bởi những
dãy núi cao có hướng khác nhau, làm tăng cường hoạt động dông ở vùng này và hạn
chế hoạt động dông ở vùng khác. [2]
Quảng Nam là một trong những địa bàn có mật độ giông sét cao trên cả nước,
đặc biệt là khu vực Trà My, Sông Tranh, Tam Kỳ, Thạnh Mỹ. Gần như hàng năm, trên
địa bàn tỉnh Quảng Nam đều xảy ra vụ việc thiệt hại về người, tài sản do sét đánh.
Theo số liệu từ các công trình nghiên cứu, số ngày sét trung bình hàng năm tại
địa bàn tỉnh Quảng Nam là 131 ngày/năm.[3]
Trước thực trạng các tác hại do sét gây ra đối với tỉnh Quảng Nam, Viện Vật lý
địa ầu Việt Nam đã nghiên cứu và triển khai đề tài khoa học cấp nhà nước “Nghiên
cứu đề xuất giải pháp phòng chống sét trên địa bàn tỉnh Quảng Nam”. Đề tài do Tiến
sỹ Lê Việt Huy đến từ Viện Vật lý địa cầu chủ trì thực hiện. Đề tài này đã được Ủy
ban nhân dân tỉnh Quảng Nam đánh giá, nghiệm thu vào năm 2013.
Hiện nay trên địa bàn tỉnh Quảng Nam đã được lắp đặt nhiều trạm định vị, cảnh
báo sét.


7

1.2. Tổng quan về đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ[4]
1.2.1. Quy mô đường dây

Đường dây mạch kép 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ được đưa vào vận hành từ
năm 2010, có nhiệm vụ kết nối truyền tải công suất từ nhà máy thủy điện Sông Tranh
2 đến TBA 220kV Tam Kỳ, góp phần tạo nên mạch vòng cung cấp điện của lưới
220kV trên địa bàn.
Đường dây được thiết kế sử dụng cột thép, dây dẫn treo trên không với tổng số
115 vị trí cột thép 2 mạch và tổng chiều dài đường dây là 45,8km/mạch.
Tuyến đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ chạy qua nhiều vùng có địa
hình khác nhau như đồng bằng, trung du, vùng núi cao với đặc điểm về địa chất, địa
vật khác nhau. Các địa phương tuyến đường dây đi qua gồm có: Xã Trà Đốc - Huyện
BắcTrà My, Thị trấn Trà My – Huyện Bắc Trà My, Xã Trà Dương – Huyện Bắc Trà
My, Xã Tiên Hiệp – Huyện Tiên Phước, Xã Tân An – Huyện Đắc Pơ, Xã Tiên Lộc –
Huyện Tiên Phước, Xã Tiên Thọ - Huyện Tiên Phước, Xã Tam Dân – Huyện Phú
Ninh, Xã Tam Thái – Huyện Phú Ninh.
1.2.2. Thông số kỹ thuật chính của đường dây
- Điểm đầu: XT 272/NMTĐ Sông Tranh 2-XT 274/Tam Kỳ (M1-M2)
- Điểm cuối: XT 274/Sông Tranh 2-273/Tam Kỳ (M1-M2)
- Số mạch: 02 mạch.
- Loại cột: Cột thép hình 02 mạch
- Loại cách điện: Cách điện thủy tinh
- Bố trí DCS: 02 DCS treo trên đỉnh cột.
- Loại tiếp địa: Kiểu tia và kiểu tia – cọc kết hợp
- Bố trí dây dẫn: Dây dẫn bố trí dọc từ trên xuống dưới tương tự cả 2 mạch
- Loại dây dẫn: 1xACSR 400/51
- Loại DCS: GW-70, OPGW-80 (Cáp quang)
- Tổng chiều dài đường dây (mạch kép): 45,8km.
1.2.3. Các biện pháp bảo vệ chống sét hiện tại áp dụng trên đường dây 220kV Sông
Tranh 2 – Tam Kỳ
a) Thiết kế tiếp địa:
Đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ được thiết kế treo dây chống sét trên
đỉnh cột về 02 phía, góc bảo vệ của dây chống sét theo thiết kế là 8,90.

Để tản dòng điện sét xuống đất, dây chống sét được liên kết với cột thép và hệ
thống tiếp địa bằng các đoạn dây lèo nối đất đỉnh cột tại tất cả các vị trí.
Hệ thống tiếp địa được lắp đặt tại khu vực chân cột điện và liên kết với cột thép
bằng đoạn cờ tiếp địa.
Hệ thống tiếp địa hiện hữu được thiết kế theo kiểu tia hoặc tia-cọc kết hợp, số
lượng cọc tiếp địa sử dụng tại mỗi vị trí từ 0 đến 8 cọc. Các chủng loại tiếp địa được
sử dụng trên tuyến đường dây gồm có:


8

+ TĐ-T4: Gồm 04 tia tiếp địa làm bằng thép tròn CT3 Φ12mm, mỗi tia dài 40m.
+ TĐ4-T4-C4: Gồm 04 tia tiếp địa làm bằng thép tròn CT3 Φ12mm, mỗi tia dài
40m, mỗi tia có 01 cọc tiếp địa.
Lúc mới đưa vào vận hành, hệ thống tiếp địa của đường dây này được thiết kế
quấn quanh trụ móng. Năm 2015, Truyền tải điện Quảng Nam đã thực hiện thay thế hệ
thống tiếp địa kiểu quấn quanh trụ bằng hệ thống mới dạng tia-cọc theo kế hoạch sửa
chữa lớn để nâng cao hiệu quẩ tản dòng điện sét.
b) Các giải pháp trong quản lý vận hành của Truyền tải điện Quảng Nam:
- Giá trị điện trở của hệ thống tiếp địa được đơn vị đo kiểm tra định kỳ 2 năm 1
lần nhằm kịp thời phát hiện ra các khiếm khuyết, hư hỏng đối với hệ thống tiếp địa.
Khi kết quả đo điện trở tiếpđịa không đạt theo các Quy phạm và quy định hiện hành,
đơn vị quản lý sẽ khẩn trương thực hiện ngay các hạng mục sử chữa như bổ sung hoặc
thay thế hệ thống tiếp địa.
- Các hạng mục sửa chữa thường xuyên khác cũng được đơn vị thực hiện song
song với quá trình quản lý vận hành đường dây như: Sơn tiếp địa rỉ, hàn các tia tiếp địa
bị đứt gãy, xử lý tiếp xúc tiếp địa ngọn và tiếp xúc tiếp địa chân cột…
Hiện tại đường dây trên chưa được áp dụng các giải pháp chống sét khác.
1.3. Tình hình sự cố do giông sét trên các tuyến đường dây 500-220kV của Công
ty TTĐ2 nói chung và của Truyền tải điện Quảng Nam nói riêng[5]

1.3.1.Các sự cố đường dây 500-220kV do giông sét tính từ năm 2012 đến hết tháng
8/2018 của Công ty Truyền tải điện 2
Bảng 1.1: Số vụ sự cố đường dây 500-220kV do sét trên địa bàn
PTC2 quản lý từ năm 2012 đến hết tháng 8/2018
Số vụ sự cố do sét
Năm

Số vụ sự cố

2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018

20
05
09
09
31
18
12

(vụ)

(%)

10

01
04
06
17
07
06

50
20
44
67
55
39
50


9

1.3.2. Các sự cố đường dây 500-220kV do sét trên địa bàn tỉnh Quảng Nam
Bảng 1.2: Số vụ sự cố đường dây 500-220kV do sét trên địa bàn
Quảng Nam từ năm 2012 đến hết tháng 8/2018

Năm

Số vụ sự cố do sét
toàn Công ty

2012
2013
2014

2015
2016
2017
2018

10
01
04
06
17
07
06

Số vụ sự cố do sét trên địa bàn
tỉnh Quảng Nam
(vụ)

(%)

05
01
03
04
09
03
03

50
100
75

67
53
43
50

Đối với đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ, trong giai đoạn từ năm 2012
đến nay đã xảy ra các sự cố sau:
Bảng 1.3: Các sự cố xảy ra đối với đường dây 220kV Sông Tranh 2 – Tam Kỳ
TT

Thời điểm sự cố

Vị trí bị sự cố

1

18h54 ngày
06/4/2012

67

2

13h49 ngày
07/12/2014

38

Diễn biến
* Kiểm tra, phát hiện tại pha B mạch 1

VT 57 có vết phóng điện trên vòng
đẳng thế và đầu sừng phóng, diện tích
khoảng 3 cm2
* Thời tiết có giông sét và mưa.
* Tại vị trí 38 pha B mạch 1 và pha B
mạch 2 có vết phóng điện dọc theo bề
mặt cách điện với vòng đẳng thế
* Thời tiết khu vực Sông Tranh 2 có
mưa và giông sét.

Từ những số liệu đã nêu ở trên, ta có thể thấy:
- Số vụ sự cố do sét chiếm tỉ lệ rất lớn trong tổng số vụ sự cố xảy ra trên các
tuyến đường dây 500-220kV.
- Mặc dù đường dây khi thiết kế đã có treo dây chống sét và lắp đặt hệ thống nối
đất, tuy nhiên sự cố do sét vẫn xảy ra tương đối nhiều, chính vì vậy cần xem xét đề
xuất thêm các giải pháp khác để giảm số vụ sự cố do sét.


10

Kết luận: Từ phân tích ở trên, chúng ta thấy mức độ nguy hiểm của sét đối với
việc truyền tải điện là rất cao. Dựa vào tình hình dông sét tại khu vực Quảng Nam và
tình hình sự cố do sét trên các đường dây truyền tải nói chung và đường dây 220kV
Sông Tranh 2- Tam Kỳ nói riêng, ta thấy rằng đường dây truyền tải ở khu vực này đặc
biệt là đường dây Sông Tranh 2-Tam Kỳ (đi qua khu vực đồi núi cao) nên nguy cơ bị
sét đánh là rất cao và thiệt hại do sự cố do sét gây ra trên đường dây Sông Tranh 2Tam kỳ sẽ rất lớn. Ở chương tiếp theo, tác giả sẽ xây dựng phương pháp tính suất cắt
cho đường dây truyền tải nói chung và sẽ áp dụng cho đường dây Sông Tranh 2
- Tam Kỳ.

11

CHƯƠNG 2
SUẤT CẮT ĐƯỜNG DÂY 220KV SÔNG TRANH 2 – TAM KỲ
2.1. Lý thuyết cơ bản về tính suất cắt đường dây[6], [7], [8]
Với độ treo cao trung bình của dây chống sét là h [m], đường dây sẽ thu hút về
phía mìnhcác phóng điện của sét trên dải đất có chiều rộng là 6.h và chiều dài là bằng
chiều dài đường dây L [km]. Từ số lần có phóng điện sét xuống đất trên diện tích 1
km2 ứng với một ngày sét là 0,1 ÷ 0,15 có thể tính được tổng số lần có sét đánh thẳng
lên đường dây hằng năm.

N (0,1 0,15).6.htbcs .L.10-3.nng.s (0,6 0,9).htbcs .L.10-3.nng.s

(2.1)

Với:
nngs: số ngày sét hàng năm trong khu vực có đường dây đi qua.
2 cs
htbcs h cs
. f : độ treo cao trung bình của dây chống sét.
3
Vì tham số của phóng điện sét – biên độ dòng điện I s và độ dốc của dòng điện
a

di
dt

có thể có nhiều trị số khác nhau, do đó không phải tất cả các lần sét đánh lên

đường dây đều dẫn đến phóng điện trên cách điện.Để xảy ra phóng điện, quá điện áp

khí quyển phải có trị số lớn hơn mức cách điện xung kích của đường dây. Khả năng
này được biểu thị bởi xác xuất phóng điện (Vpđ) và như vậy số lần xảy ra phóng điện
trên cách điện sẽ là:

N pđ N.vpđ (0,6 0,9).htcsb .nng.s .vpđ .L.10 3

(2.2)

Đây chưa phải là số lần nhảy máy cắt điện do sét hàng năm vì thời gian tác dụng
của quá điện áp khí quyển rất ngắn, khoảng 100µs. Trong khi thời gian làm việc của
hệ thống bảo vệ rơ le thường không béquá một nửa chu kỳ tần số công nghiệp tức là
0,01s.
Do phóng điện xung kích chỉ gây nên cắt điện đường dây khi tia lửa phóng điện
xung kích trên cách điện chuyển thành hồ quang duy trì bởi điện áp làm việc của lưới
điện. Xác suất chuyển từ tia lửa phóng điện xung kích thành hồ quang phụ thuộc vào
nhiều yếu tố, trong đó yếu tố quan trọng nhất là Gradient điện áp làm việc dọc theo
đường phóng điện. Trị số Gradient càng lớn thì việc duy trì điện dẫn trong khe phóng
điện và chuyển thành hồ quang càng thuận lợi.
Sự phụ thuộc vào xác suất chuyển thành hồ quang η – gọi tắt là xác suất hình
thành hồ quang và Gradient của điện áplàm việc dọc theo đường phóng điện cho trong
Bảng 2.1.


12

Bảng 2.1: Xác suất hình thành hồ quang duy trì

Elv

Ulv

Lpđ

η (đơn vị tương
đối)

50

30

20

10

0,6

0,45

0,25

0,1

Với:
Elv: Gradient điện áp làm việc.
Ulv: điện áp làm việc (điện áp trung bình pha) của lưới điện.

Ulv

2. 2.U đm

[kV ]

3.
Lpđ: chiều dài đường phóng điện (chiều dài hình học của chuỗi sứ.
Từ bảng 3.1, ta có thể ước tính quan hệ giữa η và Elv như sau

( 0,016667.Elv3 1,25.Elv2 10,833.Elv 100).10 3

(2.3)

(2.4)

Cuối cùng tính được số được số lần cắt điện do sét hàng năm của đường dây.

Ncđ (0,6 0,9).htbcs .nng.s .vpđ . .L.10 3

(2.5)

Để so sánh khả năng chịu sét của các đường dây có các tham số khác nhau, đi
qua những vùng có cường độ hoạt động của sét khác nhau thường tính trị số “Suất cắt
đường dây” hay còn gọi là số lần cắt khi đường dây có chiều dài 100 km.

ncđ (0,6 0, 9).htbcs .nng.s .vpđ .

(2.6)

Với đường dây treo dây chống sét, có 3 trường hợp sét đánh
-Sét đánh vòng
- Sét đánh vào khoảng vượt
- Sét đánh vào đỉnh cột.
Suất cắt của 1 đường dây sẽ bẳng tổng suất cắt của các trường hợp sét đánh trên.

ncđ

ncđ

nckvđ

ncđđc

Dữ liệu sử dụng để tính toán:
- Cấp điện áp: Uđm (kV)
- Số dây chống sét: n.
- Bán kính dây chống sét: rcs(m).
- Bán kính dây dẫn: rdd(m).
- Chiều dài chuỗi cách điện: lcs(m)
- Đặc tính V_S của chuỗi sứ: Upđ
- Chiều dài khoảng cột trung bình tại các cột tiêu biểu: lkv (m).
- Độ võng DCS trung bình tại các khoảng cột của cột tiêu biểu: fdcs(m).
- Độ võng dây dẫn trung bình tại các khoảng cột của cột tiêu biểu: fdd(m).
- Chiều dài đường dây: L (km).

(2.7)


13

- Độ cao của cột tiêu biểu: hc(m).
- Độ treo cao của dây dẫn pha A:hA(m).
- Độ treo cao của dây dẫn pha B: (m).
- Độ treo cao của DCS:
(m).

- Khoảng cách từ tâm cột đến dây dẫn pha A:
- Khoảng cách từ tâm cột đến dây dẫn pha B:
- Khoảng cách từ tâm cột đến dây dẫn pha C:
- Khoảng cách từ tâm cột đến DCS:
(m).
- Điện trở nối đất của cột tiêu biểu: (Ω).
- Kích thước chân cột tiêu biểu: a x a(m).

(m).
(m).
m).

Hình 2.1: Bố trí dây dẫn, dây chống sét trên cột đỡ


14

2.1.1. Tính toán các thông số cơ bản
Điện áp làm việc:

2 2.U đm
.
3
Độ treo cao trung bình của dây dẫn.
2

Ulv

hddtb

U fa.max

hdd

(2.8)

2
. f dd
3

(2.9)

Tổng trở sóng của dây dẫn khi xét đến ảnh hưởng của vầng quang.

Z dd

Z 0 dd

(2.10)

Với

Z0dd 60.ln

2.hddtb
rdd

(2.11)

λ: hệ số hiệu chỉnhnhư bảng sau đây

Bảng 2.2: Giá trị hệ số hiệu chỉnh theo cấp điện áp
Điện áp định mức (kV)
20-35
110
220
2 dây chống sét

1.1

1.2

1.3

1 dây chống sét

1.2

1.3

1.4

Tổng trở sóng của dây chống sét có xét đến ảnh hưởng của vầng quang.
(2.12)
Với

Z0cs 60.ln

2.hcstb
rcs

(2.13)

hcstb: độ treo cao trung bình của dây chống sét.
2
hctbs hc
f cs
(2.14)
3
Hệ số ngẫu hợp giữa dây dẫn và dây chống sét có kể đến ảnh hưởng của vầng
quang:

kd

K0 .

Khi treo hai dây chống sét, K0 được xác định như sau:

(2.15)


15

Dtd
d
2.htd
ln
rtd
ln

K0

(2.16)

Trong đó:
Dtđ là khoảng cách tương đương đương từ dây dẫn đang xét đến các dây
chống sét.
htđ là chiều cao treo dây chống sét tương đương.
Điện cảm của cột có tính đến độ treo cao của dây chống sét:

Lcsc 0, 2.hcs . ln

4.hc
1
rtđ

(2.17)

Trong đó:
hcs : độ treo cao của dây chống sét.
rtđ : bán kính tương đương của dây dẫn dòng điện sét theo cột.
Góc bảo vệ của dây chống sét đối với các pha như sau:

arctg

A

l A lDCS
hA hDCS

(2.18)

B

arctg

l B lDCS
hB hDCS

(2.19)

C

arctg

l C lDCS
hC hDCS

(2.20)

Trong đó:
lA, lB,lC: Khoảng cách ngang từ tâm cột đến dây dẫn của pha A, pha B,
pha C
lDCS: Khoảng cách ngang từ tâm cột đến DCS
Góc bảo vệ lớn nhất được tính:
(2.21)
2.1.2. Suất cắt điện đường dây do sét đánh vòng
Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:
Mặc dù có dây chống sét nhưng vẫn xảy ra khả năng sét đánh vòng qua dây
chống sét vào dây dẫn. Theo kinh nghiệm thì khả năng này xuất hiện với xác suất sét
đánh vòng vα được tính theo công thức:

. hc
-4
90
Số lần sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
lg v

N

N .v

(2.22)

(2.23)


16

Xác suất phóng điện khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn:
Phương pháp xác định Vpđα được xác định dựa vào Ucđ(t) và đặc tính phóng điện
của chuỗi sứ.
Phương trình Ucđ(t) (điện áp cách điện của đường dây): khi sét đánh vòng qua
dây chống sét vào dây dẫn, có thể xem tại nơi sét đánh, mạch của khe sét nối tiếp với
tổng trở sóng của đường dây có trị số bằng Zdd/2 (dây dẫn ở 2 phía ghép song song).
Vì tổng trở sóng của dây dẫn khá lớn, khoảng 400-500 (Ω) nên dòng điện sét giảm đi
rất nhiều so với khi đánh vào nơi có nối đất tốt. Ta có:
Z0
Is
I Is .
(2.24)

Zdd 2
Z0
2
Với:
Z0: tổng trở của khe sét.
Do đó ở mỗi bên của đường dây sẽ truyền sóng dòng điện Is/4 và tạo nên điện áp
trên dây dẫn bằng:
Is
U dd
.Z dd
4
(2.25)

Hình 2.2: Phân bố dòng điện khi sét đánh vào dây dẫn
Điện áp đặt lên cách điện đường dây:
I (t )
U cđ (t ) s .Z dd U lv
(2.26)
4
Với:
Dòng điện sét lấy dạng: is = a.t
(2.27)
Do đó, điện áp cách điện khi sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.
I s (t ).Z dd
ai .t.Z dd
U cđ (t )
U lv
U lv
(2.28)
4

4
Điều kiện để gây phóng điện trên cách điện đường dây tại thời điểm ti.
ai .ti .Z dd
U cđ (ti ) U pđ (ti )
U lv
(2.29)
4
Độ dốc của dòng điện sét.

ai
Do đó:

4.

U pđ (ti ) Ulv
ti .Z dd

(2.30)


17

Ii

ai .ti

(2.31)

Xác suất xuất hiện dòng điện sét phân bố theo quy luật thực nghiệm sau:
Vi

P Is

Ii

e

Ii
26,1

Và ứng với độ dốc của dòng điện sét a

Va

P a ai

e

(2.32)

dis
thì:
dt

ai
10,9

(2.33)

Xác suất xuất hiện dòng điện sét có thông số nằm trong giải giới hạn bởi đoạn (ai,

ai+1, Ii) của đường gấp khúc và ΔVpđi được tính theo công thức.
V pđi

e

Ii
26,1

.(e

ai
10,9

e

ai 1
10,9

)

(2.34)

Xác suất hình thành hồ quang duy trì:

f ( Elv )

(2.35)

Với điện trường làm việc trên cách điện.

Elv

U lv
lcs

(2.36)

Suất cắt đường dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn được tính:

ncđ

N .Vpđ .

(2.37)

2.1.3. Suất cắt điện đường dây do sét đánh vào dây chống sét ở khoảng vượt
Xét hai trường hợp sau:
- Phóng điện qua không khí từ DCS sang dây dẫn ở giữa khoảng vượtncđkk
- Phóng điện trên chuỗi sứ do dòng điện sét truyền vào cộtncđcs.
Suất cắt điện đường dây do sét đánh vào dây chống sét ở khoảng vượt:

nckvđ max(nckkđ ; ncđc.s )

(2.38)

2.1.3.1. Phóng điện qua không khí từ dây chống sét sang dây dẫn ở giữa khoảng
vượt.
Số lần sét đánh vào khoảng vượt:
Số lần sét đánh vào khoảng vượt được xác định theo công thức sau:

N kv

N
2

(2.39)

Xác suất phóng điện trên cách điện đường dây khi sét đánh vào khoảng vượt:
Khi sét đánh vào dây chống sét ở giữa khoảng vượt, ở nơi sét đánh cũng được
biểu thị bằng cách ghép nối tiếp tổng trở sóng của dây chống sét ZCS/2 với tổng trở
sóng của khe sét Z0CS.


18

Trong thời gian đầu chưa có sóng phản xạ từ hai cộtbên cạnh về thì điện áp đặt
lên dây chống sét.
I s (t ) Z cs I s .Z cs
U cs (t )
.
(2.40)
2
2
4
Sau khoảng thời gian:

lkv
2. 2
c

lkv
c

(2.41)

thì sóng phản xạ từ hai cột lân cận đến điểm sét đánh.
Điện áp cực đại đặt lên dây chống sét như sau:

U cs max

l
a
.Z cs . kv
4
v

(2.42)

Trong đó:
v = β.c:vận tốc truyền sóng.
Ở đây, do không sét sự biến động của sóng truyền nên ta lấy β =1. Vậy:
v = c = 300 m/μs.
Dưới tác dụng của sóng sét truyền trên đường dây, trên dây dẫn xuất hiện một
điện áp.

U dd kd .Ucs

(2.43)

Vậy điện áp đặt lên cách điện giữa dây dẫn và dây chống sét.

l
a
(1 kd ). .Z cs . kv
4
c

U cđ

(2.44)

Cường độ cách điện xung kích của không khí là 750 kV/m thì điện áp đạt được
khi phóng điện:
U pđ U cđ

l
a
750.S (1 kd ). .Z cs . kv
4
c
750.S.4.c
a
lkv .Zcs (1 kd )

(2.45)

Trong đó:
S: khoảng cách từ dây chống sét đến dây dẫn cao nhất.
Xác suất phóng điện được tính theo biểu thức sau đây:

V

kk
pđ

-a
10,9

e

Gradient điện áp trên khoảng không khí được xác định:

(2.46)