(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 KV Ninh Bình

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÊ VĂN ĐẮC

NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ PHỐI HỢP CÁCH ĐIỆN
TRONG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN

Thái Nguyên, năm 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LÊ VĂN ĐẮC

NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ PHỐI HỢP CÁCH ĐIỆN
TRONG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8.52.02.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Duy Cương

Thái Nguyên, năm 2020


LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Lê Văn Đắc
Học viên: Lớp cao học K21, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại
học Thái Nguyên.
Nơi công tác: Sở Kế hoạch và Đầu tư tỉnh Ninh Bình
Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu quá điện áp và phối hợp cách
điện trong Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình”.
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Tơi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này
là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.
Nguyễn Duy Cương và sự giúp đỡ của các thầy, cô và cán bộ Khoa Điện,
Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Nội dung
nghiên cứu chưa được cơng bố.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này.
Thái Nguyên, ngày

tháng

Học viên thực hiện

Lê Văn Đắc

i

năm 2020

LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận
được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS. Nguyễn Duy Cương, người
trực tiếp hướng dẫn luận văn cho tôi. Tôi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và
sâu sắc tới thầy.
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tốt nhất
để tơi có thể hịan thành đề tài nghiên cứu này. Tơi cũng xin chân thành cảm
ơn những đóng góp q báu của các bạn cùng lớp động viên và giúp đỡ tơi
trong q trình thực hiện đề tài. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan
xí nghiệp đã giúp tơi khảo sát tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận
văn.
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng
nghiệp và bạn bè đã ln động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tơi trong
suốt q trình học tập và nghiên cứu hoàn thiện luận văn này.

Thái Nguyên, ngày

tháng
Học viên

Lê Văn Đắc

ii

năm 2020


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1

1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu ............. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài....................................................................... 2
3.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ......................................................................... 2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................................. 3
5. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 4
6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 4
CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN ........................................................................................................... 5
I. GIỚI THIỆU CHUNG........................................................................................... 5
II. NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN . 6
1. Quá điện áp tạm thời ........................................................................................... 6
2. Quá điện áp quá độ ............................................................................................. 8
III. QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐÓNG ĐƯỜNG DÂY KHÔNG TẢI - HIỆU ỨNG
FERRANTI ............................................................................................................... 9
IV. QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT ......................................................................................... 11
1. Tham số của phóng điện sét .............................................................................. 13
2. Phân bố đỉnh và độ dốc đầu sóng dịng điện sét ............................................... 16
3. Q điện áp khí quyển trên đường dây tải điện ................................................ 18
IV. HIỆN TRẠNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH ................................. 20
1. Tổng quan trạm biến áp 220 kV Ninh Bình ..................................................... 20
2. Thơng số đường dây và thông số các thiết bị điện khác ................................... 20
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ........................................................................................ 21
CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH BẰNG PHẦN
MỀM ATPDraw ....................................................................................................... 22
I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ ĐUN ATPDRAW ................................... 22
1. Chương trìn ATP-EMTP .................................................................................. 22
2. Mơ đun ATPDraw ............................................................................................ 23

iii

II. MƠ PHỎNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BÌNH BẰNG CHƯƠNG TRÌNH
ATPDraw ................................................................................................................ 29
1. Giới thiệu .......................................................................................................... 29
2. Mơ hình trạm biến áp 220 kV Ninh Bình ......................................................... 29
3. Mơ hình các phần tử trong sơ đồ ...................................................................... 31
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ........................................................................................ 44
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ
CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP. .............................................................................................. 45
I. GIỚI THIỆU CHUNG......................................................................................... 45
II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI THAM SỐ CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP. ........... 45
1. Quá điện áp trên các pha tại đầu cực máy biến áp ............................................ 46
2. Ảnh hưởng điện trở chân cột tới quá điện áp ................................................... 48
3. Sự biến thiên của quá điện áp theo vị trí sét đánh ............................................ 49
4. Ảnh hưởng của máy biến áp đo lường kiểu tụ .................................................. 50
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ........................................................................................ 51
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHỐNG SÉT CẤP 2
VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ DỰ TRỮ CÁCH ĐIỆN. ....................................................... 53
I. TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CẤP 2 ............................................ 53
II. BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP BẰNG CHỐNG SÉT VAN ..................................... 54
1. Giới thiệu chung. .............................................................................................. 54
2. Đặc tính phi tuyến của chống sét van. .............................................................. 59
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHI BẢO VỆ BẰNG CHỐNG SÉT VAN .......... 60
1. Không lắp đặt chống sét van ............................................................................. 60
2. Đặt 2 CSV tại đầu AT1 và AT2 ........................................................................ 61
3. Đặt 2 CSV trên thanh góp ................................................................................. 61
4. Đặt 4 chống sét van ........................................................................................... 62
IV. ĐÁNH GIÁ ĐỘ DỰ TRỮ CÁCH ĐIỆN ......................................................... 62
1. Hệ số bảo vệ ...................................................................................................... 63
2. Hệ số dự trữ cách điện ...................................................................................... 65

3. Hệ số dự trữ cách điện của các thiết bị điện trong trạm biến áp....................... 65

iv


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: a) Sơ đồ ngun lý đóng đường dây dài khơng tải vào nguồn điện áp xoay
chiều; ........................................................................................................................... 9
Hình 1. 2: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện trên không (dx). .............. 10
Hình 1. 3. Biến thiên dịng điện trong khe sét........................................................... 14
Hình 1. 4: Sét đánh vào dây dẫn pha......................................................................... 18
Hình 1. 5: Sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét ............................................... 19
Hình 1. 6. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 kV Ninh Bình .................................... 20

Hình 2. 1. Mơ hình trạm biến áp ............................................................................... 31
Hình 2. 2. Mơ hình và thơng số nguồn hệ thống ....................................................... 32
Hình 2. 3. Mô đun một khoảng cột đường dây trên khơng xuất tuyến 274 .............. 34
Hình 2. 4. Mơ hình cột điện ...................................................................................... 36
Hình 2. 5. Mơ hình chuỗi sứ ..................................................................................... 37
Hình 2. 6. Mơ hình nguồn sét .................................................................................... 37
Hình 2. 7. Mơ hình dây dẫn pha trong trạm biến áp ................................................. 38
Hình 2. 8. Thơng số máy biến áp AT1 và AT2 ......................................................... 39
Hình 2. 9. Mơ hình và thông số máy biến điện áp áp kiểu tụ ................................... 40
Hình 2. 10. Mơ hình và thơng số chống sét van........................................................ 41
Hình 2. 11. Đặc tính V-A của chống sét van ............................................................ 41
Hình 2. 12. Cài đặt thơng số chương trình ATPDraw .............................................. 42
Hình 3. 1. Điện áp đầu cực máy biến áp khi sét đánh vào đỉnh cột cuối .................. 46
Hình 3. 2. a. Biến thiên của điện áp trên đầu cực AT1 khi dòng điện sét bằng 31 kA ..... 47
Hình 3. 3. Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 .......................................... 48
Hình 3. 4. Biến thiên của điện áp xung trên đầu cực AT1 theo điện trở chân cột .... 48

Hình 3. 5. Ảnh hưởng của vị trí sét đánh tới tham số của quá điện áp trên AT1 ..... 49
Hình 3. 6. Ảnh hưởng của máy biến áp kiểu tụ tới quá điện áp sét .......................... 51
Hình 3. 7. Điện áp trên đầu cực thiết bị (TU274, TUC22 và AT1) khi đặt 2 chống sét
van tại đầu vào 2 máy biến áp AT1 và AT2. ............................................................ 61

v


Hình 4. 1. Cấu tạo chống sét van trên cơ sở SiC....................................................... 55
Hình 4. 2. Đặc tính làm việc của chống sét van ........................................................ 56
Hình 4. 3. Cấu tạo của CSV khơng khe hở ZnO ....................................................... 57
Hình 4. 4. Chống sét van ZnO có khe hở song song điện trở ................................... 58
Hình 4. 5. Chống sét van ZnO có khe hở song song tụ điện..................................... 58
Hình 4. 6. Đặc tính phi tuyến (V-A) của tấm điện trở ZnO ...................................... 59
Hình 4. 7. Điện áp trên đầu cực các thiết bị điện khi khơng có CSV ....................... 60
Hình 4. 8. Điện áp trên đầu cực thiết bị điện khi đặt 2 chống sét van trên thanh góp ...... 62
Hình 4. 9. Điện áp trên đầu cực thiết bị khi đặt 6 chống sét van .............................. 62
Hình 4. 10. Hệ số bảo vệ ........................................................................................... 64
Hình 4. 11. Hệ số dự trữ các điện của TU274........................................................... 66
Hình 4. 12. Hệ số dự trữ cách điện của TUC21C ..................................................... 66
Hình 4. 13. Hệ số dự trữ cách điện AT1 ................................................................... 66

vi


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu
Trạm biến áp trong quá trình vận hành thường xuyên chịu tác động của phóng
điện sét, gây ra quá điện áp đánh thủng cách điện, sự cố ngắn mạch, chạm đất… hậu
quả là làm hư hỏng thiết bị điện và thiết bị điều khiển trong trạm, gián đoạn cung cấp

điện trong thời gian dài, gây mất ổn định hệ thống, mất an toàn cho con người, gây
thiệt hại về kinh tế vv… Do vậy, việc bảo vệ chống sét và phối hợp cách điện trong
trạm biến áp là đặc biệt quan trọng trong thiết kế và vận hành, nhằm loại trừ hoàn
toàn khả năng sét đánh trúng vào thiết bị điện hoặc các phần tử dẫn điện trong trạm.
Mặt khác, phải nghiên cứu quá điện áp khí quyển (quá điện áp sét) và phối hợp điện
áp dư của các thiết bị chống sét với cường độ cách điện của cách điện trong trạm để
đảm bảo rằng mức dự trữ cách điện phải đủ lớn và tần suất phóng điện trung bình
trong trạm biến áp do quá điện áp khí quyển tới 50 năm hay 100 năm [1, 2].
Để thực hiện điều đó, trạm biến áp cần được bảo vệ nhiều “cấp bảo vệ” dựa trên
cơ sở mức năng lượng[3, 4, 5], bao gồm:
Bảo vệ cấp 1: nhằm loại trừ và hạn chế các ảnh hưởng của phóng điện sét và
sóng cắt tác động trực tiếp tới các phần tử của hệ thống điện.
Bảo vệ cấp 2: nhằm hạn chế độ lớn điện áp dư của sóng cắt. Cấp bảo vệ này
thường ứng dụng để bảo vệ các thiết bị điện trong trạm biến áp và/hoặc lắp đặt các
thiết bị chống quá áp nhằm tiêu tán năng lượng của xung cắt trước khi vào trạm biến
áp.
Bảo vệ cấp 3: nhằm hạn chế ảnh hưởng của quá điện áp cảm ứng do sét đánh
gần trạm biến áp có thể cao tới hàng chục kV, gây nguy hiểm cho cách điện của các
thiết bị điện áp thấp hay các thiết bị điện tử. Bảo vệ ở phía điện áp thấp bằng cách lắp
đặt các bộ lọc và/hoặc thiết bị hạn chế quá áp nối tiếp với hệ thống máy tính, hệ thống
tự động điều chỉnh, thiết bị truyền tín hiệu.
Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình cũng như đại đa số các trạm biến áp cao áp và
siêu cao áp tại Việt Nam, trong quá trình thiết kế không được nghiên cứu và đánh giá
đúng mức việc bảo vệ chống sét một cách toàn diện, đồng bộ theo các tiêu chuẩn của
thế giới như Tiêu chuẩn IEC, IEEE, ANSI… Hơn nữa, trong quá trình vận hành đặc
1


tính bảo vệ của các thiết bị chống sét và cường độ cách điện của cách điện suy giảm
theo thời gian nên thường xuyên gây ra các sự cố không mong muốn do ảnh hưởng

của quá điện áp sét.
Xuất phát từ các yêu cầu trên, trong nội dung nghiên cứu này tác giả đề xuất đề
tài “Nghiên cứu quá điện áp khí quyển và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220
kV Ninh Bình”, nhằm áp dụng các cơng cụ và phương pháp nghiên cứu hiện đại để
phân tích và xác định quá điện áp khí quyển nguy hiểm ảnh hưởng tới Trạm biến áp
220 kV Ninh Bình, đồng thời nghiên cứu giải pháp bảo vệ chống quá điện áp khí
quyển; nghiên cứu số lượng, chủng loại, vị trí đặt các thiết bị chống sét và đặc tính
phối hợp bảo vệ chống sét với cường độ cách điện của cách điện trạm biến áp nhằm
giảm được chi phí thiết kế, chi phí vận hành cũng như đảm bảo cho hệ thống điện
làm việc ổn định và tin cậy[6, 7].
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
a) Mục tiêu tổng quát
Nghiên cứu tổng quan về bảo vệ chống sét cho trạm biến áp và hiện trạng của
Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình. Từ đó, tính tốn và phân tích quá điện áp khí quyển
ảnh hưởng tới cách điện của trạm; nghiên cứu các giải pháp cải tiến bảo vệ và đánh
giá phối hợp cách điện giữa thiết bị bảo vệ quá điện áp và cách điện của trạm.
b) Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu tổng quan về bảo vệ chống sét trong trạm biến áp và hiện trạng
Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình.
- Nghiên cứu, tính tốn và phân tích quá điện áp khí quyển tại các điểm nút quan
trọng trong Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình khi không trang bị bảo vệ thiết bị bảo vệ
quá điện áp.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của phương thức bảo vệ quá điện áp tới tham số (độ
lớn, độ dốc đầu sóng) của quá điện áp.
- Phối hợp cách điện và đánh giá hệ số dự trữ cách điện trong trạm biến áp.
3.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a) Ý nghĩa khoa học

2

Nghiên cứu một cách đầy đủ về những nguyên nhân, quy luật biến thiên của quá
điện áp khí quyển; nghiên cứu ảnh hưởng của phương thức bảo vệ tới quá điện áp khí
quyển và đánh giá độ dự trữ cách điện của trạm biến áp. Kết quả nghiên cứu làm cơ
sở cho việc nghiên cứu, xác định phương thức bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm
biến áp 220 kV điển hình và mở rộng nghiên cứu cho các trạm biến áp, đồng thời làm
căn cứ khoa học cho việc thiết kế, vận hành và nâng cấp chất lượng bảo vệ chống sét
nhằm dự đốn được các tình huống quá điện áp có thể xảy ra để có các ứng phó cần
thiết. Ngồi ra, kết quả nghiên cứu cịn làm cơ sở cho việc phân tích và thiết kế hệ
thống bảo vệ chống sét và các phương án bảo vệ quá điện áp.
b)Ý nghĩa thực tiễn
- Nghiên cứu, ứng dụng phần mềm chuyên dụng ATP-EMTP trong việc phân
tích, tính tốn q điện áp khí quyển trong trạm biến áp.
- Xác định được độ lớn và sự biến thiên của quá điện áp khí quyển tại các điểm
nút quan trọng trong trạm biến áp 220 kV Ninh Bình khi khơng trang bị thiết bị chống
sét.
- Nghiên cứu, đánh giá phương thức bảo vệ quá điện áp khí quyển cho trạm biến
áp 220 kV Ninh Bình.
- Xây dựng cơ sở khoa học cho việc phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220
kV đảm bảo tiêu chuẩn thiết kế.
- Xây dựng cơ sở khoa học để thiết kế, vận hành và đưa ra các giải pháp bảo vệ
quá điện áp cho trạm biến áp và đánh giá khả năng chịu đựng quá điện áp của cách
điện trong vận hành nhằm đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện cũng như đảm bảo
vận hành hệ thống ổn định và tin cậy.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu quá điện áp, bảo vệ quá điện áp khí quyển và phối hợp cách điện
cho Trạm biến áp 220 kV Ninh Bình. Trong phạm vi của đề tài, tác giả nghiên cứu
tổng quan về quá điện áp khí quyển; nghiên cứu những ảnh hưởng của quá điện áp
tới trang thiết bị điện cũng như vận hành hệ thống điện; nghiên cứu việc ứng dụng
các kết quả phân tích, tính tốn độ lớn của quá điện áp trong việc phối hợp cách điện

trong trạm biến áp.
3


5. Nội dung nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu bao gồm nghiên cứu về lý thuyết và tính tốn, phân tích
trên đối tượng thực bằng phân mềm ATP-EMTP.
- Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các cơng trình
nghiên cứu được cơng bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, sách tham khảo, tài liệu
hướng dẫn, các bộ tiêu chuẩn IEC, IEEE và bộ tiêu chuẩn Việt Nam thuộc phạm vi
nghiên cứu.
- Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu thực tế tại Trạm biến áp 220 kV Ninh
Bình.
- Nội dung chính của đề tài dự kiến có các nội dung chính như sau:
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về q điện áp khí quyển.
Chương 2: Mơ phỏng trạm biến áp 220 kV Ninh Bình bằng phần mềm
ATPDraw.
Chương 3: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng tới tham số của quá điện áp.
Chương 4: Nghiên cứu phương thức bảo vệ chống sét cấp 2 và đánh giá độ dự
trữ cách điện.
6. Phương pháp nghiên cứu
Ứng dụng phần mềm ATP-EMTP để phân tính, tính tốn đối tượng thực tế.

4


CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN
I. GIỚI THIỆU CHUNG.
Quá điện áp (overvoltage) là điện áp giữa dây dẫn pha và đất (pha-đất), giữa

dây dẫn pha với pha (pha-pha) hay dọc theo chiều dài của cách điện, có giá trị đỉnh
lớn hơn biên độ của điện áp pha lớn nhất của hệ thống hay thiết bị điện. Quá điện áp
trong hệ thống điện được phát sinh do các nguyên nhân nội tại như các thao tác đóng
cắt, sự cố, sa thải phụ tải hay do cộng hưởng được gọi chung là quá điện áp nội bộ;
quá điện áp phát sinh do các tác động từ bên ngoài như sét đánh được gọi là quá điện
áp khí quyển hay quá điện áp sét.
Độ lớn của quá điện áp thường lớn hơn điện áp làm việc lớn nhất cho phép của
mạng lưới điện hay thiết bị điện, do vậy cần phải có các biện pháp hạn chế quá điện
áp và bảo vệ chống lại các nguy cơ làm hư hỏng thiết bị điện hoặc rối loạn s lm
vic bỡnh thng ca h thng in.
Các quá điện áp nội bộ thông th-ờng khó nhận biết và phát hiện. Trong các nhật
ký vận hành khi ghi về các nguyên nhân sự cố thì quá điện áp nội bộ không đ-ợc nhắc
tới trong các nguyên nhân liệt kê. Nhiều n-ớc trên thế giới nh- Nga, Mỹ, Pháp...việc
đo các quá điện áp nói chung và quá điện áp nội bộ nói riêng đ-ợc thực hiện bằng các
thiết bị có tên là "Thiết bị tự động đo ghi và phân tích xung quá điện áp. Các thiết bị
này đ-ợc đặt trên thanh cái các trạm biến áp nhờ đó mà ng-ời ta có thể xác định đ-ợc
các dao động điện áp, mức độ quá điện áp. Từ đó có những ph-ơng thức vận hành và
bảo vệ phù hợp để đảm bảo ®é tin cËy cịng nh- an toµn cho viƯc trun tải và cung
cấp điện.
N-ớc ta các công trình và đề tài nghiên cứu sâu về quá điện áp còn hạn chế. Cho
đến nay ch-a đầu t- các loại thiết bị để đo ghi quá điện áp khí quyển và quá điện áp
nội bộ cũng nh- các ph-ơng tiện đo đạc khảo sát, theo dõi, phân loại và thống kê để
đánh giá cụ thể về tỉ lệ sự cố, mức độ thiệt hại do quá điện áp nội bộ gây ra trong hƯ
thèng ®iƯn.
Khi thiết kế thiết bị điện, mạng lưới điện, trạm biến áp hay nhà máy điện, việc
lựa chọn, phối hợp cách điện phù hợp để vận hành lâu dài là một trong các vấn đề

5

được quan tâm kỹ lưỡng đặc biệt là trong mạng điện truyền tải. Việc lựa chọn và phối
hợp cách điện phải dựa vào đặc tính của cách điện (chủng loại, cường độ cách điện),
mức độ quá điện áp phát sinh của hệ thống tác động lên cách điện (quá điện áp nội
bộ, quá điện áp sét), đồng thời xem xét tới các vấn đề bảo vệ quá điện áp (chủng loại,
số lượng, vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ) và điều kiện mơi trường. Tiêu chí lựa chọn
cách điện theo điện áp phải đảm bảo nguyên tắc là cường độ cách điện phải lớn hơn
các loại quá điện nội bộ, đồng thời chịu được đa số quá điện áp sét (q điện áp khí
quyển), cịn một số ít q điện áp sét có biên độ lớn phải sử dụng các thiết bị bảo vệ
để hạn chế. Mặc dù toàn bộ cách điện đã được lựa chọn, phối hợp như trờn, nhng
khi tăng số lần quá điện áp tác động lên cách điện thì cũng tăng t-ơng ứng xác suất
sự cố trên cách điện đó. Hiệu ứng tích luỹ là một trong những nguyên nhân đánh thủng
cách điện. Mặc dù quá điện áp nội bộ th-ờng nhỏ hơn nhiều so với điện áp đánh thủng
tần số công nghiệp nh-ng nó là nguyên nhân dẫn đến sự tiến triển các khuyết tật cục
bộ của cách điện. Cùng với sự già hoá cách điện và tính chất tích luỹ các tác động nhvậy, dần dần sẽ đánh thủng cách điện ngay cả khi quá điện áp nội bộ nhỏ hơn nhiều
so với ®iƯn ¸p ®¸nh thđng.
II. NGUN NHÂN PHÁT SINH Q ĐIỆN ÁPTRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1. Quá điện áp tạm thời
Quá áp tạm thời (Temporary Overvoltage_TOV) là quá điện áp ở tần số cơng
nghiệp có thời gian tác động tương đối dài (từ 30 ms tới 3600 s).Quá điện áp tạm thời
là một thông số quan trọng để lựa chọn chống sét van (ngoại trừ quá điện áp cộng
hưởng và cộng hưởng từ).
Quá điện áp tạm thời phát sinh do các nguyên nhân sau:
- Sự cố chạm đất: khi có sự cố pha-đất sẽ gây ra quá điện áp trên các pha không
sự cố (pha lành). Độ lớn của loại quá điện áp này phụ thuộc vào vị trí sự cố và phương
thức nối đất điểm trung tính của hệ thống điện. Trong hệ thống có trung tính trực tiếp
nối đất thì độ lớn của quá điện áp bằng khoảng 1,3 p.u. và thời gian quá áp (bao gồm
cả thời gian giải trừ sự cố) thường nhỏ hơn 1 giây. Trong hệ thống có trung tính nối
đất cộng hưởng (nối đất qua cuộn dập hồ quang) thì độ lớp của quá áp lớn hơn hoặc
bằng 1,73 p.u. và tồn tại trong khoảng thời gian nhỏ hơn 10 giây.
6

- Sa thải phụ tải: khi cắt phụ tải, quá điện áp sẽ phát sinh, độ lớn của quá áp
phụ thuộc vào cấu trúc của hệ thống sau khi cắt tải và đặc tính của nguồn (ví dụ như
tốc độ hay điều chỉnh điện áp của máy phát ở thời điểm cắt tải).Ngay sau khi cắt tải,
điện áp trên điện cực của máy cắt (phía nối với nguồn) sẽ tăng, mức độ tăng phụ thuộc
vào tải và công suất ngắn mạch của xuất tuyến. Để xác định chính xác độ lớn của q
điện áp thì cần tính tốn dựa trên cơ sở phân tích q trình q độ điện từ được thực
hiện bằng máy tính hoặc ứng dụng chương trình ATP-EMTP. Tuy nhiên, trong tính
tốn thực dụng thì có thể áp dụng như sau:
+ Các đường dây có chiều dài trung bình, nếu cắt tồn bộ tải thì điện áp pha
tăng tới 1,2 p.u. Thời gian quá áp phụ thuộc vào các thiết bị điều chỉnh điện áp trong
mạng và có thể tới vài phút.
+ Các đường dây dài, nếu cắt tồn bộ tải thì điện áp pha có thể tăng tới 1,5 p.u.
Thời gian quá áp tới vài giây.
+ Khi sa thải phụ tải của của máy biến áp tăng áp nối với máy phát thì quá áp
tạm thời tăng tới 1,4 p.u đối với các máy phát tuabin và tới 1,5 p.u đối với các máy
phát thủy điện. Thời gian quá áp khoảng 3 giây.
- Cộng hưởng và cộng hưởng sắt từ: Trong hệ thống điện khi có sự thay đổi
đột ngột về cấu trúc (như sa thải phụ tải, cắt máy biến áp 1 pha ở cuối đường dây hay
cắt máy biến điện áp kiểu tụ đặt trên thanh góp của trạm biến áp) sẽ có sự tương tác
giữa thành phần điện dung (của đường dây, cáp, tụ điện) và thành phần điện cảm (của
máy biến áp, cuộn kháng song song) gây ra quá điện áp cộng hưởng hoặc cộng hưởng
sắt từ. Độ lớn của quá điện áp này có thể lớn hơn 3,0 p.u. và tồn tại tới khi nó được
giải trừ.
- Đóng đường dây hoặc máy biến áp: Khi đóng đường dây hoặc máy biến
khơng tải hoặc non tải có thể gây ra quá điện áp cộng hưởng. Trường hợp đóng máy
biến áp sẽ xuất hiện dịng điện từ hóa lớn và thành phần hài đáng kể do đặc tính phi
tuyến của lõi thép. Dịng điện tần số cao này sẽ tương tác với tần số của hệ thống gây
ra quá điện áp cộng hưởng tác dụng lên cách điện dọc.

7


- Hịa đồng bộ:Trong khi hịa đồng bộ có thể gây ra quá điện áp tác dụng lên
cách điện dọc (tiếp điểm của thiết bị đóng cắt). Độ lớn của quá điện áp này thường
bằng khoảng 2 lần điện áp pha và tồn tại trong khoảng vài giây đến vài phút.
2. Quá điện áp quá độ
Quá điện áp quá độ (Transient Overvoltages) tồn tại trong thời gian ngắn vài
mini giây hoặc ngắn hơn, dao động hoặc không dao động và thường gây ra thiệt hại
lớn. Quá điện áp quá độ được chia thành các loại như sau:
- Quá điện áp đầu sóng ít dốc (Slow-Front Overvoltage_SFO): thường phát
sinh do các thao tác đóng cắt (đóng đường dây, cáp, giải trừ sự cố ngắn mạch, sa thải
phụ tải, cắt dòng điện điện dung hoặc dòng điện điện cảm). Quá điện áp là loại một
chiều, với thời gian đầu sóng (thời gian đỉnh) từ 20 s đến 5000 s và thời gian sóng
(thời gian nửa đỉnh) tới 20 ms. SFO phát sinh do các nguyên nhân như sau:
Đóng hay đóng lặp lại đường dây tải điện trên không hoặc đường dây cáp gây
ra quá điện áp trên cả 3 pha. Độ lớn của loại quá điện áp này phụ thuộc chủ yếu vào
tốc độ cắt và khả năng dập tắt hồ quang của của máy cắt, bội số quá áp thường khoảng
2 p.u.. Loại quá điện áp này thường được gọi là quá điện áp đóng cắt (Swiching
Overvoltagres).
Sự cố hay giải trừ sự cố gây ra quá điện áp với bội số quá áp thường lớn hơn 2
p.u. và phụ thuộc chủ yếu vào phương thức nối đất của hệ thống điện. Trong trường
hợp chung, bội số quá áp tính bằng (2k-1) p.u., trong đó k là hệ số nối đất.
Sa thải phụ tải tạo ra điện áp cưỡng bức tác dụng lên các phía của tiếp điểm máy
cắt. Quá điện áp loại này thường có giá trị lớn và phải được hạn chế bằng chống sét
van.
Cắt dòng điện điện cung hoặc dòng điện điện cảm sẽ gây lên quá điện áp tại
vị trí đặt tụ điện, điện kháng cũng như gây quá điện áp tại cuối đường dây và máy
biến áp.

- Quá điện áp đầu sóng dốc(Fast-Front Overvoltage_FFO): quá điện áp đầu
sóng dốc được phát sinh do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn pha của đường dây tải điện
trên không; do phóng điện ngược từ xà, cột vào dây dẫn pha hoặc đánh gần đường

8


dây hoặc thiết bị điện. FFO là loại điện áp một chiều biên độ lớn, thời gian đỉnh từ
0,1 s đến 20 s và thời gian nửa đỉnh tới 300 s.
- Quá áp đầu sóng rất dốc(Very Fast-Front Overvoltage_VFFO): là loại điện
áp một chiều, thời gian đỉnh tới 0,1 s, có hoặc khơng có dao động ở tần số từ 30 kHz
tới 100 MHz. Loại quá điện áp thường phát sinh trong trạm GIS (Gas Insulated
Substations) do cắt ngắn mạch hay cắt động cơ, máy biến áp hoặc do sét đánh.
III. Q ĐIỆN ÁP DO ĐĨNG ĐƯỜNG DÂY KHƠNG TẢI - HIỆU ỨNG
FERRANTI
Hiệu ứng Ferranti trong hệ thống điện là hiện tượng tăng điện áp ở cuối đường
dây tải điện có chiều dài lớn hoặc trên đường dây cáp so với điện áp tại đầu đường
dây khi đóng đường dây không tải (hay non tải) vào nguồn điện hoặc khi sa thải phụ
tải. Hiện tượng do quá trình nạp điện của điện dung đường dây qua điện kháng của
đường dây gây ra[8, 9]. Hiệu ứng Ferrati được quan sát lần đầu tiên vào năm 1887 do
Sebastian Ziani de Ferranti khi nghiên cứu đường dây cáp của mạng điện phân phối
ở cấp điện áp 10 kV.
Khi đóng đường dây truyền tải vào nguồn điện áp uS=Umsint như 
S

R

US

a)

S R0dx

b)

L

uS G 0

L0dx

R0dx

C0d

L0dx
G0d

R
C0dx

Hình 1. 1: a) Sơ đồ nguyên lý đóng đường dây dài không tải vào nguồn điện áp xoay chiều;
b) Sơ đồ thay thế hình  của đường dây L.
- Xét vi phân chiều dài đường dây (dx) ta có sơ đồ như hình 1.2:

9


a)

x

dx
i

b)

R0dx

x+dx

i

L0dx

u

G0dx

i
dx
x
u

C0dx

u
dx
x

Hình 1. 2: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện trên không (dx).
b) Sơ đồ thay thế tương đương hình  của vi phân dx. c

Trong đó: R0, G0, L0, C0 là điện trở, điện dẫn, điện cảm và điện dung phân bố
(trên đơn vị dài).
Từ sơ đồ thay thế tương đương viết hệ phương trình vi phân mô tả mạch như
sau:
i(x, t)
 u(x, t)
 x  R 0 .i(x, t)  L0 . t

 i(x, t)  G .u(x, t)  C . u(x, t)
0
0

x
t

(1.1)
(1.2)

Hệ phương trình có thể viết dưới dạng tốn tử Laplace sẽ là:
 U(x, p)
  R 0  pL0  .I  x, p 
 x

 I(x, p)   G  pC  .U  x, p 
0
0


x

(1.1')
(1.2 ')

Nghiệm của hệ phương trình có dạng:
U(x, p)  A(p).e  (p)x  B(p).e  (p)x
I(x, p) 

(1.3)

A(p)  (p)x B(p)  (p)x
.e

.e
ZS (p)
ZS (p)

(1.4)

Điện áp và dòng điện tại cuối đường dây (x=l) có dạng:
 U( , p)  A(p).e  (p)  B(p).e  (p)

A(p)  (p)
B(p)  (p)


e
I( , p)  Z (p) e
ZS (p)

S


(1.5)
(1.6)

10


1

 (p)
A(p)  2  U( , p)  I( , p).ZS (p) .e

B(p)  1  U( , p)  I( , p).Z (p) .e  (p)
S

2

o
Thay A(p) và B(p) vào phương trình (1.5) và (1.6) sẽ xác định được quan hệ
giữa điện áp, dòng điện ở đầu đường dây và cuối đường dây như sau:

 US  U R .cosh(  )  I R .ZS.sinh(  )


IS  I R .cosh(  )  U R .YS .sinh(  )

Trong đó: Z = R + jL là tổng trở của đường dây trên đơn vị dài;
Y = G + jC là tổng dẫn của đường dây trên đơn vị dài;

l là chiều dài của đường dây;
US, IS là điện áp và dòng điện ở đầu đường dây (đầu phát);
UR, IR là điện áp và dòng điện ở cuối đường dây (đầu nhận);
  Z.Y  (R  jL)(G  jC) là hệ số truyền sóng;

Z
(R  jL)

là tổng trở sóng của đường dây,
Y
(G  jC)

ZS 

YS 

1
;   2f ;
ZS

Chú ý: tại đầu đường dây x=0; U(X) = US và tại cuối đường dây U(l) = UR
Điện áp tại cuối đường dây hở mạch (IR=0) sẽ là:
U R0 

US
US
hay U R0 
cosh(  )
cosh(  )

Như vậy điện áp tại cuối đường dây hở mạch tăng hơn so với đầu đường dây
một lượng:
U  U R  US

Hiện tượng tăng điện áp này được gọi là hiệu ứng Ferranti.
IV. QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT
Sét đánh vào đường dây tải điện trên khơng (DZK) là ngun nhân chính gây
ra quá điện áp quá độ trong hệ thống điện. Quá điện áp phát sinh do nguyên nhân này
thường được gọi là quá điện áp sét (Lightning Overvoltages) hay quá điện áp khí
11


quyển (Atmospheric overvoltages). Biên độ và độ dốc đầu sóng của điện áp lớn (độ
dốc đầu sóng rất dốc) gây nguy hiểm cho cách điện ngang và cách điện dọc của hệ
thống, có thể gây sự cố ngắn mạch làm gián đoạn cung cấp điện, giảm độ tin cậy và
gây mất ổn định hệ thống. Do đó, khi thiết kế đường dây tải điện, trạm biến áp và các
thiết bị bảo vệ cần nghiên cứu kỹ lưỡng về quá điện áp sét [10, 11].
Quá điện áp sét trên đường dây tải điện là do sét đánh trực tiếp vào đường dây
(sét đánh vào dây chống sét, đỉnh cột hoặc đánh vào dây dẫn pha). Quá điện áp lan
truyền dọc đường dây và có thể gây lên phóng điện trên cách điện đường dây. Đặc
điểm của quá điện áp do sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét gây lên phóng điện
ngược vào dây dẫn pha thường có độ dốc rất lớn. Trong trường hợp vị trí bị sét đánh
xa trạm biến áp thì biên độ cũng như độ dốc đầu sóng suy giảm trong q trình lan
truyền trên đường dây do tổn hao. Nếu vị trí bị sét đánh gần trạm, thì cách điện trong
trạm là nguy hiểm nhất do điện áp truyền vào trong trạm là dạng sóng cắt có độ dốc
thẳng đứng và biên độ lớn. Quá trình lan truyền (phản xạ, khúc xạ) của quá điện áp
tới có thể làm tăng biên độ của quá điện áp do các thiết bị điện và dây dẫn trong trạm
biến áp có tổng trở sóng khác nhau (như trạng thái máy cắt đóng/mở, máy biến điện
áp đo lường, dây dẫn, máy biến áp…)
Đối với trạm biến áp, việc tính toán bảo vệ chống sét thường áp dụng 3 cấp bảo

vệ, bao gồm:
- Bảo vệ cấp 1: hạn chế các ảnh hưởng của phóng điện sét trực tiếp vào các thiết
bị và các phần tử của hệ thống điện.Bảo vệ loại này thường sử dụng hệ thống chống
sét bao gồm cột chống sét hoặc dây chống sét.
- Bảo vệ cấp 2: hạn chế độ lớn điện áp dư của sóng cắt tới giới hạn an toàn cho
cách điện của các thiết bị điện trong trạm biến áp và nhà máy điện. Bảo vệ loại này
thường sử dụng chống sét van và/hoặc phối hợp với tụ điện, cáp...
- Bảo vệ cấp 3: bảo vệ quá điện áp cảm ứng cho các thiết bị điện áp thấp, điện
tử, hệ thống máy tính, hệ thống tự động điều chỉnh, thiết bị truyền tín hiệu... do sét
đánh gần trạm biến áp.
Mục đích nghiên cứu về quá điện áp sét trên đường dây tải điện là để xác định
suất phóng điện (FOR- Flashover Rate) để lựa chọn chống sét van đường dây, còn
12


đối với trạm biến áp là để tính tốn tần suất sự cố trung bình (MTBF-Mean Time
Between Failures) nhằm lựa chọn chống sét van (số lượng, chủng loại) và vị trí đặt
tối ưu, đồng thời xác định khoảng cách cách điện tối thiểu pha-đất, pha-pha.
1. Tham số của phóng điện sét
Phóng điện sét là một hiện tượng vật lý, dịng điện sét là một dạng dòng điện
xung xảy ra trong khoảng thời gian ngắn bao gồm một chuỗi phóng điện kế tiếp. Một
dạng sóng dịng điện sét phổ biến có dạng như hình bao gồm phần đầu sóng là giai
đoạn dòng điện sét tăng nhanh từ 0 đến đỉnh trong khoảng thời gian từ vài micro giây
tới khoảng 20 s, tương ứng với thời điểm phóng điện ngược, và phần thân sóng là
giai đoạn dịng điện giảm dần về khơng trong khoảng thời gian từ vài chục tới vài
trăm micro giây, tương ứng với thời điểm chuyển dịch các điện tích dư về các cực
đối diện.
Tham số của phóng điện sét là một số liệu mang tính ngẫu nhiên, nó phản ánh
các cơ chế hình thành và phóng điện của những trường hợp cụ thể. Nghĩa là, nó phụ
thuộc vào q trình và qui mơ hình thành đám mây điện, đặc thù vùng khí hậu, cũng

như khả năng tập trung điện tích trái dấu phía mặt đất. Như vậy, tham số của phóng
điện sét chỉ được xác định qua những số liệu thống kê bằng cách đo đạc nhiều năm
trên thực địa và từ đó xây dựng những hàm thống kê để tính tốn một cách gần đúng
nhất.
Tham số của phóng điện sét có ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống điện bao gồm:
- Dạng sóng dịng điện.
- Đỉnh dịng điện sét của phóng điện lần đầu và phóng điện lặp lại.
- Số lần phóng điện trong một đợt sét.
- Độ dốc đầu sóng dịng điện sét.
- Thời gian đầu sóng dịng điện sét.
- Điện tích trong khe phóng điện sét.
- Mật độ sét phóng điện xuống đất.
Mỗi một đợt sét thường xẩy ra một hoặc nhiều lần phóng điện sét xuống đất,
trung bình là 3 lần. Lần phóng điện đầu tiên có độ lớn dịng điện lớn nhất nhưng độ
dốc đầu sóng lại nhỏ hơn các lần phóng điện lặp lại. Khi tính tốn hay nghiên cứu về
13


quá điện áp lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp thường lấy cường độ dòng điện
sét của lần phóng điện đầu tiên để tính tốn. Nhưng khi tính tốn năng lượng của
dịng điện sét, ví dụ như tính tốn năng lượng hấp thụ trên chống sét van thì lấy các
lần phóng điện lặp lại để tính tốn. Theo kết quả nghiên cứu của nhóm Berger[12],
Anderson và Eriksson[13] thì tham số của các phóng điện âm từ phía đám mây được
biểu diễn bằng hàm Logarit chuẩn dưới dạng:

f (x) 

1
e
2.x

 x 
1  ln M 

 
2  





2

Trong đó:
f(x) là hàm mật độ xác suất.
M là phân bố trung bình của hàm logarit.
 là sai lệch tiêu chuẩn logarit.
x là tham số cần xác định xác suất (I, S, T).
T10/90
T30/90
I10

t (s)

S10

I30
S10/90
S30/90
I90

I100

I1
Smax

I2

Hình 1. 3. Biến thiên dịng điện trong khe sét

Trên hình 1.3 các thơng số được mơ tả như sau:
- I1, I2 là đỉnh thứ nhất và thứ 2 của dòng điện sét.
- I10, I30, I90 và I100 là độ lớn của dịng điện sét tính theo phần trăm (10%, 30%,
90% và 100%) của đỉnh thứ nhất (I1).
Ví dụ: I10 = 10%I1; I30 = 30%I1...

14


- T10/90 và T30/90 là thời gian đầu sóng tính từ thời điểm I10 tới thời điểm I90 và từ
I30 tới I90 (s).
- S10, S10/90, S30/90 và Smax là độ dốc đầu sóng tại I10, từ I10 đến I90, từ I30 đến I90
và độ dốc đầu sóng cực đại (kA/s).
Tham số phân bố log chuẩn (M, ) của phóng điện sét âm cho trongBảng 1. 1:
Bảng 1. 1: Tham số của phịng điện sét theo dữ liệu của Berger.
Tham số

Phóng điện ban đầu
M

β

Phóng điện lặp lại
M

β

Đỉnh dịng điện sét(kA)
I1

27,7

0,461

11,8

0,530

I2

31,1

0,484

12,3

0,530

I1/I2

0,9

0,230

0,9

0,207

Dốc đầu sóng(kA/µs)
Smax

24,3

0,599

39,9

0,852

S10

2,6

0,921

18,9

1,404

S10/90

5,0

0,645

15,4

0,944

S30/90,

7,2

0,622

20,1

0,967

Thời gian đầu sóng(µs)
t10/90= T10/90/0.8

5,63

0,576

0,75

0,921

t30/90 = T30/90/0.6

3,83

0,553

0,67

1,013

tmax = I2/Smax

1,28

0,611

0,308

0,708

30,2

0,93

Thời gian sóng (µs)
tT

77,5

0,58

Theo Berger thì giá trị trung bình của một tham số phóng điện sét là xảy ra với
xác suất 0,5 hay ứng với 50% số lần quan sát được lớn hơn giá trị này và 50% nhỏ
hơn giá trị này. Giá trị trung bình của một tham số phóng điện sét được viết chung
dưới dạng:
15




2
M.e 2

Phân bố của các tham số dẫn xuất được viết dưới dạng:

1
2 .x ( y) .x

f ( x ( y)) 

x

 ln
M
1
x ( y)
 
2 x ( y)

e 








2

Trong đó:
Mx(y) là phân bố trung bình của hàm logarit của tham số x được dẫn xuất từ
tham số y. Mx(y) được cho trong bảng 1.1 có dạng tổng quát:
Mx(y) = A.xb
x(y) là sai lệch tiêu chuẩn logarit của tham số x được dẫn xuất từ tham số y.
x là tham số cần xác định xác suất.
Bảng 1. 2: Tham số dẫn xuất của dịng điện sét
Tham số dẫn xuất

Phóng điện ban đầu
Mx(y)

Phóng điện lặp lại

βx(y)

Mx(y)

β x(y)

Đỉnh dịng điện sét(kA)

I2(Smax)

,31
11,7.S0max

0,448

,35
3,41 .S0max

0,439

I2(tmax)

,33
28,7.t 0max

0,439

,056
13,1.t 0max

0,529

I2(t30/90)

0,39
19 ,5.t 30
/ 90

0,432

12,3

0,530

4,17 .I 02,9

0,706

Dốc đầu sóng(kA/µs)
Smax(I2)

0.554

4,83 .I 02, 47

Thời gian đầu sóng(µs)
t30/90(I2)

0,636 .I 02,51

0,494

0,67

1,013

tmax(I2)

0,207 .I 02,53

0,554

0,24 .I 02,1

0.706

2. Phân bố đỉnh và độ dốc đầu sóng dịng điện sét
Từ những năm 1950, nhóm nghiên cứu của AIEE phân tích mối quan hệ giữa
từ trường với đỉnh dịng điện sét cho các phóng điện sét có cực tính âm và xác định
16


được giá trị trung bình của đỉnh dịng điện sét là 15 kA. Sau những những năm 1950
các nhà nghiên cứu khác như J. G. Anderson, Popolansky, Eriksson và nhóm của
IEEE và CIRGE đưa ra những số liệu về trị số trung bình tương đối khác so với kết
quả nghiên cứu trước đây. Trong bảng… cho kết quả của một số nghiên cứu quan
trọng về đỉnh dòng điện sét trung bình trên các đối tượng nghiên cứu khác nhau.
Bảng 1. 3. Tham số của dòng điện sét
Độ dốc

Đối tượng

Đỉnh

nghiên cứu

dòng điện (kA)

AIEE

Đường dây

15

4

Popolansky

Tổng hợp

25

5,5

Tổng hợp (<60m)

31

-

Tổng hợp

24

-

34

24,3

12,3

39,9

Tác giả/Nguồn

Anderson, Eriksson
và IEEE
Mousa

Tiên đạo âm, lần
CIRGE

phóng đầu tiên
Lặp lại âm

đầu sóng dịng điện
(kA/s)

Phân bố dịng điện sét âm với lần phóng điện đầu tiên được Anderson và IEEE
phát triển những nghiên cứu của Popolansky đưa ra biểu thức:
P ( I) 

100
I
1  ( ) 2, 6
31

(%)

Trong đó:
P(I) là xác suất xuất hiện những lần sét có giá trị đỉnh lớn hơn hoặc bằng I.
I là đỉnh dòng điện sét (kA).
Trong nghiên cứu của Mousa đưa ra giá trị trung bình của đỉnh dịng điện sét âm
của lần phóng điện đầu tiên là 24 kA và phân bố dưới dạng:
P ( I) 

100
I
1  ( ) 2, 6
24

(%)

Phân bố độ dốc đầu sóng theo dữ liệu của Berger (1977):

17