Nghiên cứu giảm suất cắt đường dây 220kv tuyên quang thái nguyên

`

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HUỲNH CÔNG PHONG

NGHIÊN CỨU GIẢM SUẤT CẮT
ĐƢỜNG DÂY
220kV TUYÊN QUANG – THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60520202
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. Trịnh Trung Hiếu

Đà Nẵng - 2017


`

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố
trong bất kỳ nghiên cứu nào khác.
Tác giả

Huỳnh Công Phong

`

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SÉT, HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ GIỚI
THIỆU VỀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT ...................................................................... 3
1.1. TỔNG QUAN VỀ SÉT ........................................................................................ 3
1.1.1. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét ............................................... 3
1.1.2. Các tham số chủ yếu của sét ....................................................................... 6
1.1.3. Tình hình dơng sét ở Việt Nam ................................................................ 10
1.1.4. Ảnh hƣởng của dông sét đến lƣới điện Việt Nam .................................... 14
1.2. HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN [10] .......................................... 15
1.3. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT ....................................................... 15
1.3.1. Lịch sử hình thành và phát triển ............................................................... 15
1.3.2. Tổng quan về chống sét van đƣờng dây trên không ................................ 16
1.3.3. Các vị trí lắp đặt chống sét van. ............................................................... 18
CHƢƠNG 2. TÍNH TỐN SUẤT CẮT TRÊN ĐƢỜNG DÂY CAO ÁP 220KV
TUYÊN QUANG – THÁI NGUYÊN..................................................................... 19
2.1 GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT TÍNH TỐN ......................................................... 19
2.2 CÁC SỐ LIỆU TÍNH TỐN .............................................................................. 22
2.3 TÍNH TỐN SUẤT CẮT ĐƢỜNG DÂY: ........................................................ 23
2.3.1. Suất cắt đƣờng dây do sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn : .. 24
2.3.2. Suất cắt đƣờng dây do sét đánh vào dây chống sét ở khoảng vƣợt: ........ 25
2.3.3. Suất cắt đƣờng dây khi sét đánh vào khu vực đỉnh cột ............................ 36
2.4 TỔNG SUẤT CẮT ĐƢỜNG DÂY 220kV ........................................................ 53

CHƢƠNG 3.

CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM SUẤT CẮT ĐƢỜNG DÂY

220kV TUYÊN QUANG – THÁI NGUYÊN ........................................................ 54
3.1 TỔNG QUÁT ...................................................................................................... 54
3.2 GIẢM XÁC SUẤT PHÓNG ĐIỆN DO SÉT ĐÁNH VÕNG ........................... 61
3.2.1 Giảm xác suất phóng điện do sét đánh vòng bằng cách đặt chống sét van61
3.2.2 Tính tốn chi phí với việc lắp chống sét van:............................................ 54
3.3 GIẢM XÁC SUẤT PHÓNG ĐIỆN KHI SÉT ĐÁNH VÀO KHOẢNG VƢỢT VÀ
SÉT ĐÁNH VÀO ĐỈNH CỘT: ................................................................................. 54
3.3.1 Thay đổi giá trị điện trở cột ....................................................................... 62


`

3.3.2 Tăng cƣờng cách điện đƣờng dây..............Error! Bookmark not defined.
3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 .................................................................................... 71
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 72
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 73
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 74


`

NGHIÊN CỨU GIẢM SUẤT CẮT ĐƢỜNG DÂY
220kV TUYÊN QUANG – THÁI NGUYÊN
Học viên : Huỳnh Công Phong Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số : 60520202 Khóa : K31 Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt - Luận văn đã đi nghiên cứu ảnh hƣởng của hiện tƣợng dông sét đến độ tin

cậy cung cấp điện và đã tính toán suất cắt cho đƣờng dây 220kV Tuyên Quang – Thái
Ngun. Trong đó luận văn đã đi tính tốn suất cắt của đƣờng dây trong các trƣờng
hợp sét đánh vào đỉnh cột, khoảng vƣợt và đánh vịng.
Từ kết quả tính toán suất cắt đƣờng dây 220kV Tuyên Quang – Thái Ngun trong
cách trƣờng hợp sét đánh và cơng thức tính toán, luận văn đã đƣa ra các giải pháp
nhằm giảm suất cắt đƣờng dây nhằm mang lại lợi ích về kinh tế giữa việc đầu tƣ lắp
đặt và thiệt hại giảm đƣợc trong vịng 8 năm. Từ đó đƣa ra giải pháp giảm điện trở cột
bằng cách thực hiện nối đất bổ sung vào hệ thống nối đất hiện có và giải pháp chôn
thêm 4 cọc vào hệ thống nối đất là mang lại hiệu quả về kinh tế trong thời gian 8 năm.
Abstract - The thesis has investigated the effect of thunderstorm on power supply
reliability and calculated the cutting power for Tuyen Quang - Thai Nguyen 220kV
transmission line. In which the thesis has to calculate the cutting power of the line in
the case of lightning at the top of the column, overcoming and rounding.
From the calculation results of the Tuyen Quang-Thai Nguyen 220kV transmission
line in the case of lightning strike and the calculation formula, the thesis proposes
measures to reduce the line cutting rate to bring about economic benefits between
Installation investment and damage reduction within 8 years. From there, the solution
to reduce the column resistance by doing additional grounding to the existing
grounding system and the solution of adding 4 additional piles to the grounding system
is economically effective for 8 years.


`

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
1.1.
1.2.
2.1.

2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.12.
2.13.
2.14.
2.15.
2.16.
3.1.
3.2.

Tên bảng

Trang

Cƣờng độ hoạt động dông sét tại các khu vực
Trị số dự kiến mật độ sét theo khu vực [10]
Xác suất hình thành hồ quang
Thơng số đƣờng cong nguy hiểm khi sét đánh vòng qua
dây chống sét vào dây dẫn pha A
Xác suất phóng điện khi sét đánh vòng qua dây chống sét
vào dây dẫn pha A
Thông số đƣờng cong nguy hiểm khi sét đánh vòng qua
dây chống sét vào dây dẫn pha C

Xác suất phóng điện khi sét đánh vịng qua dây chống sét
vào dây dẫn pha C
Thành phần điện của điện áp cảm ứng theo pha A
Thành phần điện của điện áp cảm ứng theo pha C
Thành phần từ của điện áp cảm ứng tính theo pha A
Thành phần từ của điện áp cảm ứng tính theo pha C
Thành phần hỗ cảm giữa dây dẫn và khe sét
Điện áp trên dây chống sét
Các giá trị của Z(t) theo pha A
Thông số đƣờng cong nguy hiểm khi sét đánh đỉnh cột
Các giá trị của Z(t) theo pha C
Thông số đƣờng cong nguy hiểm khi sét đánh đỉnh cột
Số lần mất điện giảm khi lắp hệ thống cọc nhân tạo
Vốn đầu tƣ và chi phí tiết kiệm khi lắp đặt hệ thống cọc
trong 8 năm

11
11
21
33
34
35
36
39
39
42
43
44
48
49

50
52
52
62
63


`

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình vẽ
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
3.1.
3.2.
3.3.

Tên hình

Trang

Phóng điện sét trong tự nhiên
Mơ phỏng phóng điện sét với U = 50 kV bởi cuộn dây Tesla
Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dịng điện sét
thời gian [1]
Dạng sóng dịng điện sét [10]
Xác suất phân bố dịng sét có biên độ bằng và lớn hơn is [10]
Đƣờng cong xác suất độ dốc đầu sóng dịng sét [10]
Bản đồ mật độ sét trung bình năm của Việt Nam
Cấu tạo chống sét van đƣờng dây [8]
Cấu trúc cột điện
Sét đánh vào khoảng vƣợt
Đƣờng cong thông số nguy hiểm khi sét đánh vòng qua dây
chống sét vào dây dẫn pha A
Đƣờng cong thơng số nguy hiểm khi sét đánh vịng qua dây
chống sét vào dây dẫn pha C
Sét đánh vào đỉnh cột có treo dây chống sét
Đƣờng cong thơng số nguy hiểm khi sét đánh đỉnh cột theo
pha A
Đƣờng cong thông số nguy hiểm khi sét đánh đỉnh cột theo
pha C
Mặt bằng hệ thống tiếp địa
Đồ thị biểu diễn số lần mất điện khi lắp đặt hệ thống cọc
Đồ thị biểu diễn vốn đầu tƣ và chi phí tiết kiệm khi lắp đặt hệ
thống cọc

3
3
4
6
8
9
13
17
20
26
33
35
37
50
53
55
63
63


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đất nƣớc đang bƣớc vào thời kỳ cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa và ngành điện ln
giữ một vai trị quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốc dân. Trong cuộc
sống, điện năng rất cần cho phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Cùng với sự phát triển của
xã hội đòi hỏi việc cung cấp điện phải đảm bảo liên tục, có chất lƣợng tốt và độ tin cậy
cao. Xuất phát từ thực tế đó, việc đảm bảo cho các trạm biến áp và đƣờng dây làm việc
an tồn, khơng gặp sự cố, không gây gián đoạn cung cấp điện là đặc biệt quan trọng.

Và sét là nguyên nhân chủ yếu gây ra các sự cố trên đƣờng dây, làm ngừng hoạt động
hay hƣ hỏng các phần tử của hệ thống.
Trạm biến áp thƣờng đƣợc bảo vệ chống sóng quá điện áp, chống sét đánh trực tiếp
do vậy sự cố sét đánh trực tiếp hay do sóng truyền vào trạm biến áp thƣờng rất nhỏ.
Tuy nhiên các đƣờng dây tải điện là phần tử có chiều dài lớn nhất trong hệ thống lại đi
qua nhiều địa hình phức tạp khác nhau. Cụ thể là địa hình tuyến đƣờng dây 220 kV
Tuyên Quang – Thái Nguyên rất phức tạp, chủ yếu là rừng núi có nhiều sƣờn dốc và
vực sâu xen kẽ, gần nhƣ toàn tuyến cắt qua rừng già hoặc rừng tái sinh, độ dốc địa
hình tuyến cắt qua lớn từ 6o – 40o. Chính vì thế nên đƣờng dây thƣờng bị sét đánh và
chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển.
Q điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đƣờng dây hoặc sét đánh xuống
mặt đất gần đó và gây nên quá điện áp cảm ứng trên đƣờng dây. Có thể thấy trƣờng
hợp đầu nguy hiểm hơn trƣờng hợp sau rất nhiều vì đƣờng dây phải chịu tồn bộ năng
lƣợng của phóng điện sét. Do đƣờng dây cao áp có mức cách điện khá lớn nên số lần
phóng điện do sét cảm ứng nhỏ, và vì thế khi tính tốn ngƣời ta thƣờng bỏ qua. Điều
này dẫn đến việc kết quả tính tốn bị sai lệch, thơng số đƣa ra khơng chính xác.
Đƣợc lắp đặt và đƣa vào vận hành 4/2017 thống kê số lần mất điện khá lớn, bình
quân lên đến 5,5 lần/100km/năm (cao nhất 6,73 lần/100km/năm) cao hơn so với suất
cắt cho phép khoảng 4,5 lần/100km/năm. Trong đó số lần mất điện do sét gây ra chiếm
khoảng 70% số lần mất điện, gây sự cố gián đoạn đến độ tin cậy cung cấp điện.
Do đó trên cơ sở thu thập đƣợc số liệu đƣờng dây từ Tƣ vấn điện 4, để đạt đƣợc chỉ
tiêu của Tập đoàn đƣa ra, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện rất quan trọng. Vì vậy tên
đề tài của em là “Nghiên cứu giảm suất cắt đƣờng dây 220kV Tuyên Quang – Thái
Nguyên.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu hiện tƣợng quá điện áp khí quyển.
Nghiên cứu sử dụng hiệu quả chống sét van.
Giảm số vụ sự cố do sét gây ra nhằm đảm bảo đƣờng dây vận hành an toàn, cung
cấp điện liên tục.

2

3. Đối tƣợng và Phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Đƣờng dây 220kV Tuyên Quang – Thái Nguyên
3.2. Phạm vi nghiên cứu
1. Nghiên cứu hiện tƣợng quá điện áp khí quyển.
2. Tính tốn suất cắt điện đƣờng dây 220kV Tuyên Quang – Thái Nguyên.
3. Nghiên cứu các giải pháp giảm suất cắt điện đƣờng dây 220kV Tuyên Quang –
Thái Nguyên.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trên cơ sở lý thuyết mô hình điện hình học, phạm vi bảo vệ của dây chống sét, hiện
tƣợng quá điện áp khí quyển và số liệu thực tế để tính tốn, phân tích các giải pháp
đƣợc nêu ra.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
1. Tinh toán suất cắt điện của một đƣờng dây,ở đây là đƣờng dây cao áp 220kV
Tuyên Quang – Thái Nguyên, đƣa ra các giải pháp giảm suất cắt phù hợp cho 1 đƣờng
dây trong thực tế.
2. So sánh các giải pháp bảo vệ chống sét để giảm suất cắt trên đƣờng dây 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 nhầm nâng cao hiệu quả kinh tế.
6. Bố cục đề tài
Luận văn gồm 3 chƣơng
Chƣơng 1. Tổng quan về sét, hiện tƣợng quá điện áp và giới thiệu về thiết bị chống
sét.
Chƣơng 2. Tính tốn suất cắt trên đƣờng dây cao áp 220kV Tuyên Quang – Thái
Nguyên.

Chƣơng 3. Các giải pháp nhằm giảm suất cắt đƣờng dây 220kV Tuyên Quang –
Thái Nguyên.


3

CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ SÉT, HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ GIỚI THIỆU
VỀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT
1.1. TỔNG QUAN VỀ SÉT
1.1.1. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét

Hình 1.1. Phóng điện sét trong tự nhiên
Sét thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong khơng khí với khoảng cách rất
lớn. Q trình phóng điện của sét tƣơng tự nhƣ q trình phóng điện tia lửa trong điện
trƣờng rất khơng đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn. Chính sự tƣơng tự đó đã
cho phép mơ phỏng sét trong phịng thí nghiệm để nghiên cứu những quy luật của nó
và nghiên cứu những biện pháp bảo vệ chống sét.
Hình 1.2. Mơ phỏng phóng điện sét với U = 50 kV bởi cuộn dây Tesla
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 đƣợc gọi là tiên đạo bậc. Kênh tiên đạo là một dòng plasma mật độ điện
tích khơng cao lắm, khoảng 1013 ÷ 1014 ion/m3. Một phần điện tích âm của mây dơng
tràn vào kênh và phân bố tƣơng đối đều dọc theo chiều dài của nó (Hình 1.3a).


4

Hình 1.3a

Hình 1.3b
Hình 1.3c
Hình 1.3d
Hình 1.3. Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét
theo thời gian [1]
Hình 1.3a) Giai đoạn phóng điện tiên đạo
Hình 1.3b) Tia tiên đạo đến gần mặt đất hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt
Hình 1.3c) Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu
Hình 1.3d) 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 1s,
tƣơng ứng tia tiên đạo dài thêm trung bình đƣợc khoảng vài chục mét đến bốn năm
chục mét. Thời gian tạm ngƣng phát triển giữa hai đợt liên tiếp khoảng 30  90 s.
Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng Q = .L (với là mật độ điện
tích và L là chiều dài kênh). Điện tích này thƣờng chiếm khoảng 10% lƣợng điện tích
chạy vào đất trong một lần phóng điện sét. Dƣới tác dụng của điện trƣờng tạo nên bởi
điện tích của các đám mây dơng và điện tích trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung
điện tích trái dấu (thƣờng là điện tích dƣơng) trên vùng mặt đất phía dƣới đám mây
dơng. Nếu vùng đất phía dƣới bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích
cảm ứng tập trung sẽ nằm trực tiếp dƣới kênh tiên đạo. Nếu vùng đất phía dƣới có điện
dẫn khác nhau thì điện tích sẽ tập trung chủ yếu ở vùng kế cận, nơi có điện dẫn cao và
nơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét.
Cƣờng độ điện trƣờng ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát triển của
nó (trong mây dơng), đƣợc xác định bởi điện tích bản thân của kênh và của điện tích tích
tụ ở đám mây. Đƣờng đi của kênh tiên đạo này khơng phụ thuộc vào tình trạng của mặt
đất và các vật thể ở mặt đất. Chỉ khi kênh tiên đạo cịn cách mặt đất một độ cao nào đó
thì mới thấy rõ dần ảnh hƣởng của tập trung điện tích ở mặt đất và ở các vật thể dẫn điện
nhô khỏi mặt đất đối với hƣớng phát triển tiếp tục của kênh. Kênh sẽ phát triển theo
hƣớng có cƣờng độ điện trƣờng lớn nhất. Nhƣ vậy, vị trí đổ bộ của sét mang tính chọn
lọc. Nên trong kỹ thuật ngƣời ta lợi dụng tính chọn lọc này để bảo vệ chống sét đánh

5

thẳng cho các cơng trình bằng cách dùng các thanh hoặc dây thu sét bằng kim loại đƣợc
nối đất tốt, đặt cao hơn cơng trình cần bảo vệ để hƣớng sét phóng vào đó, hạn chế khả
năng sét đánh vào cơng 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 dịng tiên
đạo phát triển hƣớng lên đám mây dông. Chiều dài của kênh tiên đạo từ dƣới lên mây
tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hƣớng 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 ngƣợc chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngƣợc lại hay phóng điện chủ yếu,
tƣơng tự nhƣ các q trình phóng điện ngƣợc trong chất khí ở điện trƣờng khơng đồng
nhất (Hình 1.3b). Trong khoảng cách khí cịn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất
cƣờng độ điện trƣờng tăng cao gây nên ion hóa mãnh liệt dẫn đến sự hình thành một
dịng 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 ngƣợc và thực tế đầu dòng mang điện thế của đất làm cho cƣờng độ trƣờng đầu
dịng tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ nhƣ vậy dòng plasma điện dẫn cao tiếp tục
phát triển ngƣợc lên trên theo đƣờng chọn sẵn của kênh tiên đạo. Tốc độ phát triển của
kênh phóng ngƣợc rất cao vào khoảng 1,5x1017  1,5x108 m/s (bằng 0,05 vận tốc
ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của tiên đạo hƣớng 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 khơng 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 cƣờng độ dòng điện lớn. Nếu v là tốc độ của
phóng điên và  là mật độ điện tích thì dịng sét sẽ đạt giá trị cao nhất khi kênh phóng
điện chủ yếu lên đến đám mây dơng và bằng: is = .(Hình 1.3c). Khi kênh phóng điện
chủ yếu lên tới đám mây thì số điện tích cịn 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
tƣơng ứng với phần đi sóng (Hình 1.3d).
Kết quả quan trắc sét cho thấy rằng, một cơn sét thƣờng 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, nhƣng có thể kéo
dài đến 0,1s nếu có dịng khơng đổi trong giai đoạn kết thúc. Các lần phóng điện sau có
dịng tiên đạo phát triển liên tục (không phải từng đợt nhƣ lần đầu), không phân nhánh
và theo đúng quĩ đạo của lần đầu nhƣng với tốc độ cao hơn 2x106 m/s, thƣờng gọi là tiên
đạo hình kim cũng cịn có tên gọi là tiên đạo hình mũi tên. Mỗi lần phóng điện tạo nên
một xung dịng sét. Các xung sét sau thƣờng có biên độ bé hơn, nhƣng độ dốc đầu sóng
cao hơn nhiều so với xung đầu tiên. Một cơn sét có thể kéo dài đến 1,33s.


6

Sự phóng điện nhiều lần của sét đƣợc giải thích nhƣ sau: đám mây dơng có thể có
nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các dịng khơng khí xốy trong mây.
Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất và trung tâm điện tích có cƣờng độ
điện trƣờng 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 khơng thay đổi đáng kể và ít có ảnh hƣởng
qua lại giữa chúng. Nhƣng 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 cịn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chƣa hồn tồn, 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 lƣỡng cực, tuy nhiên quá điện áp trong hệ
thống điện, hỏa hoạn hoặc hƣ hỏng các cơng 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 dƣơng xuất phát từ phần mang điện tích dƣơng của đám mây, nhƣng rất hiếm
thấy. Loại sét dƣơng này chỉ có một xung duy nhất, có biên độ dịng 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. Các tham số chủ yếu của sét

Hình 1.4. Dạng sóng dịng điện sét [10]
Dịng điện sét nhƣ Hình 1.4, 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 chầm chậm trong khoảng 20  100 s, tạo nên phần đuôi sóng.


7

Sự lan truyền sóng điện từ tạo nên bởi dịng điện sét gây nên quá điện áp trong hệ
thống điện, do đó cần phải biết những tham số chủ yếu của nó.
- Biên độ dịng điện sét là giá trị lớn nhất của dòng điện sét. Biên độ dòng sét khơng
vƣợt q 200  300 kA.
- Độ dốc đầu sóng dịng 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.
- Độ dài sóng dịng 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 dịng di/dt có thể đạt tới 70 kA/s đối với tia sét đầu tiên và vƣợt quá
200 kA/s với các tia sét tiếp theo.
- Cực tính dịng điện sét.
Ngồi ra, phải biết cƣờng độ hoạt động trung bình của sét tức là số ngày có dơng

sét trung bình hoặc tổng số giờ có dơng sét trung bình trong một năm ở mỗi khu vực
lãnh thổ và mật độ trung bình của sét trong khu vực đó, tức là số lần sét đánh vào một
đơn vị diện tích mặt đất (1km2) trong một ngày sét.
a. Biên độ dòng sét và sự xuất hiện của nó
Dịng điện sét có trị số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu lên đến trung tâm
điện tích của đám mây dơng. Nếu nơi bị sét đánh có nối đất tốt, điện trở nối đất khơng
đáng kể, thì trị số lớn nhất của dịng điện sét, nhƣ đã trình bày ở trên, bằng dịng điện is
= σ.υ. Nhƣng nếu điện trở nối đất của vật bị sét đánh có một trị số R nào đó thì dịng
z
điện sét qua vật đó sẽ giảm theo quan hệ is   .. 0
với z0 là tổng trở sóng
z0  R
của khe sét, có trị số trong khoảng 200 ÷ 500 Ω.
Nhƣ vậy, nếu điện trở nối đất R thay đổi từ 0 ÷ 30Ω thì dịng điện qua vật bị sét
đánh chỉ giảm khoảng 10%. Điện trở nối đất của cột và dây thu sét trong hệ thống điện
thƣờng ít khi q 20 ÷ 30Ω, nên trong tính tốn có thể lấy gần đúng trị số cực đại của
dòng điện sét is = σ.υ.
Kết quả đo đạt trong nhiều năm ở nhiều nơi cho thấy biên độ dòng điện sét biến
thiên trong phạm vi rất rộng, từ vài kA đến vài trăm kA, nhƣng phần lớn thƣờng dƣới
50kVA và rất hiếm khi vƣợt quá 100kA.
Trong tính tốn chống sét có thể dùng quy luật phân bố xác suất biên độ chống sét
gần đúng sau, cho vùng đồng bằng:

i  e-i /26  10-i /60
s

s

s

tức

ln is 

is
i
hay lgis  s
26
60


8

với is là xác suất xuất hiện dòng điện sét có biên độ bằng hoặc lớn hơn is.
Ở những vùng đồi núi, biên độ dòng điện sét thƣờng bé hơn so với những vùng
đồng bằng khoảng vài lần, do khoảng cách từ đất đến các đám mây dông ngắn hơn nên
phóng điện sét đã có thể xảy ra, ngay khi mật độ điện tích của các đám mây cịn bé hơn.
Nói một cách khác, ở đây xác suất xuất hiện dịng điện sét có biên độ lớn thấp hơn.

i  10

 is
30

s

hay lgis 

is
30

Hình 1.5. Xác suất phân bố dịng sét có biên độ bằng và lớn hơn is [10]
b. Độ dốc đầu sóng dịng điện sét và xác suất xuất hiện của nó
Để đo độ dốc dịng điện sét, ngƣời ta thƣờng dùng một khung bằng dây dẫn treo
cạnh cột thu sét. Các đầu dây của khung nối vào một hoa điện kế để đo biện độ của điện
áp.
Độ dốc đầu sóng dịng điện sét cũng thay đổi trong một phạm vi rộng và cũng
đƣợc cho dƣới dạng đƣờng cong xác suất. Thƣờng dùng đƣờng cong thực nghiệm sau.
Cho vùng đồng bằng:
a

a

a  e15,7  10 36
ln a 

a
a
; lga 
15,7
36

Hay
Trong đó υa là xác suất xuất hiện dịng điện sét có độ dốc đầu sóng dịng điện
bằng và lớn hơn a.
Ở những vùng núi cao, xác suất xuất hiện dịng điện sét có cùng độ dốc đầu sóng
thƣờng thấp hơn và có thể xác định theo:


9

a  10

a
18

e

a
7,82

Kết quả đo đạc cho thấy phần lớn sóng dịng điện sét có thời gian đầu sóng từ s =
1 ữ 10 às thng gp l t 1 ÷ 4µs và độ dài sóng trong khoảng τs = 20 ữ 100 às. Trong
tớnh toỏn thit k thng ly thời gian đầu sóng τđs = 1,2 µs và độ dài sóng trung bình là
50 µs tƣơng ứng với dạng sóng chuẩn.

Hình 1.6. Đường cong xác suất độ dốc đầu sóng dịng sét [10]
c. Cƣờng độ hoạt động của sét – mật độ sét
Cƣờng độ hoạt động của sét đƣợc biểu thị bằng số ngày trung bình có dịng điện
sét hàng năm hoặc tổng số giờ trung bình có dơng sét hằng năm.
Cƣờng độ hoạt động của sét rất khác nhau ở các vùng khí hậu khác nhau. Khuynh
hƣớng chung là cƣờng độ hoạt động của sét tăng dàn từ các miền địa cực đến miền nhiệt
đới xích đạo, nơi có độ ẩm khơng khí và nhiệt độ cao hơn, tạo điều kiện để dễ dàng cho
sự hình thành mây dông.
Theo số liệu thống kê của nhiều nƣớc, số ngày sét hàng năm ở các vùng nam, bắc
cực vào khoảng 2 ÷ 3, vùng ơn đới khoảng 30 ÷ 50, vùng nhiệt đới khoảng 75 ÷ 100 và
vùng xích đạo khoảng 100 ÷ 150.
Tuy nhiên khuynh hƣớng trên cũng khơng phải là tuyệt đối. Thực tế ngay trong
cùng một miền khí hậu, cƣờng độ hoạt động của sét cũng có thể khác nhau nhiều, do các
điều kiện khí tƣợng thuỷ văn địa chất của từng khu vực tiểu khí hậu thay đổi phức tạp.

Trên toàn bộ bề mặt quả đất trong mỗi giây xảy ra khoảng 100 lần phóng điện sét,
tức mỗi ngày có khoảng 8 ÷ 9 triệu lần sét đánh xuống mặt đất.
Mật độ của sét là số lần sét đánh trung bình trên một đơn vị diện tích mặt đất
2
(1km ) trong một ngày sét hoặc trong một giờ sét. Số liệu này cũng thay đổi theo vùng
lãnh thổ.


10

d. Cực tính của sét
Số liệu quan trắc sét ở nhiều nƣớc trong nhiều năm cho thấy, sóng dịng điện sét
mang cực tính âm xuất hiện thƣờng xuyên hơn và chiếm khoảng 80 ÷ 90% tồn bộ số
lần phóng điện sét.
1.1.3. Tình hình dơng sét ở Việt Nam
Việt Nam là một nƣớc thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, mƣa nhiều, cƣờng
độ hoạt động của dông sét rất mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều tác hại đến đời sống con
ngƣời, gây hƣ hỏng cơng trình, thiết bị và là một trong những nguyên nhân gây ra sự cố
trong vận hành hệ thống điện.
a. Đặc điểm và phân hóa mùa của dơng:
Dơng có khả năng xuất hiện hầu nhƣ quanh năm ở các vùng, tuy nhiên thời kỳ tập
trung nhất là mùa mƣa hay cịn gọi là mùa dơng. Từ kết quả thống kê của hơn 100 trạm
nghiên cứu sét, ta có nhận xét sau:
- Phía Tây Bắc, mùa đông đến sớm hơn, cực đại hằng năm cũng xảy ra sớm hơn.
Tháng 3 dông phát triển khá mạnh, số ngày dơng cực đại thƣờng vào tháng 4 cịn những
tháng ít dông là tháng 1, 6, 7.
- Vùng ven biển Trung Bộ, biến trình năm của dơng có đến 2 cực đại. Cực đại
chính là tháng 7-9, cực đại cịn lại là tháng 5. Các tháng 6, 7 có số ngày dơng giảm đáng
kể.
- Khu vực Tây Ngun, biến trình năm của dơng cũng có đến 2 cực đại. Cực đại

chính tập trung vào tháng 5, cực đại cịn lại là tháng 9. Tháng 6-8 có số ngày dơng giảm
đi một nửa so với tháng 5 và tháng 9.
- Phía Nam Bộ, biến trình của dơng cũng tƣơng tự nhƣ khu vực Tây Nguyên khi
cực đại chính tập trung vào tháng 5 và cực đại còn lại là tháng 9. Tuy nhiên sau tháng 9
thì dơng vẫn cịn phát triển mạnh và mãi đến tháng 12 trị số này mới giảm.
b. Phân vùng mật độ sét Việt Nam:
Từ các nguồn số liệu khác nhau về ngày dông, giờ dông, số lần sét đánh xuống các
khu vực, ngày giờ xuất hiện và kết thúc dơng hằng năm, qua xử lý, tính toán đã phân ra
đƣợc năm vùng đặc trƣng về cƣờng độ hoạt động dơng sét trên tồn quốc nhƣ sau:
- Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc.
- Khu vực miền núi trung du miền Bắc.
- Khu vực miền núi trung du miền Trung.
- Khu vực ven biển miền Trung.
- Khu vực đồng bằng miền Nam.


11

Bảng 1.1. Cƣờng độ hoạt động dông sét tại các khu vực
Ngày dơng sét
Giờ dơng sét
Mật độ sét
trung bình
Tháng dơng
Khu vực
trung bình
trung bình
nngs
sét cực đại
(giờ/năm)

(lần/km2.năm)
(ngày/năm)
Đồng bằng
51,1
219,1
6,47
8
ven biển
miền Bắc
Miền núi
215,6
6,33
7
trung du 61,6
miền Bắc
Miền núi
95,2
3,31
5, 8
trung du 47,6
miền
Trung
89,32
3,55
5, 8
Ven biển 44,0
miền
Trung
126,21
5,37

5, 9
Đồng bằng 60,1
miền Nam
Xuất phát từ các số liệu về ngày giờ dông trong năm đối với năm khu vực lãnh thổ
Việt Nam, có thể tính tốn đƣa ra các giá trị dự kiến về mật độ phóng điện xuống đất
cho các khu vực nhƣ sau:
Bảng 1.2. Trị số dự kiến mật độ sét theo khu vực [10]
Số ngày
Đồng bằng
Miền núi
Miền núi
Ven biển
Đồng bằng
dông
ven biển
trung du
trung du miền Trung miền Nam
miền Bắc
miền Bắc
miền
Trung
20 – 40
2,43 – 4,86
2,1 – 4,2
1,2 – 2,4
1,22 – 2,44
1,26 – 2,52
40 – 60
4,86 – 7,29
4,2 – 6,3

2,4 – 3,6
2,44 – 3,65
2,52 – 3,78
60 – 80
7,29 – 9,72
6,3 – 8,4
3,6 – 4,8
3,65 – 4,87
3,78 – 5,04
80 – 100
9,72 – 12,16
8,4 – 10,5
4,8 – 6,0
4,87 – 6,09
5,04 – 6,3
100 - 120
12,16 – 14,58 10,5 – 12,6 6,0 – 7,2
6,09 – 7,31
6,3 – 7,56
Nhận xét:
Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc: cƣờng độ hoạt dộng dông sét mạnh nhất.
Những tháng có nhiều dơng sét từ tháng 5 đến tháng 9, cực đại là tháng 8. Trung bình
một ngày sét kéo dài 4,05 giờ.


12

Khu vực miền núi trung du miền Bắc: là khu vực có cƣờng độ hoạt động dơng sét
mạnh, những tháng có nhiều dơng sét từ tháng 3 đến tháng 9, mạnh nhất là các tháng 5,
6, 7, 8 và cực đại là tháng 7. Khu vực này có thời gian mùa sét dài nhất. Trung bình một

ngày sét dài 3,5 giờ.
Khu vực miền núi trung du miền Trung: là khu vực ít sét hơn, biến trình hoạt động
dơng sét thất thƣờng, mùa sét thƣờng kéo dài từ tháng 2 đến tháng 9, mạnh nhất vào
tháng 5, sau đó giảm dần rồi lại tăng mạnh dần vào tháng 8, tháng 9. Giờ dơng trung
bình trong ngày dơng của khu vực này là 2 giờ.
Khu vực ven biển miền Trung: là khu vực có đặc điểm hoạt dộng dơng sét gần
giống nhƣ khu vực cao nguyên miền Trung. Tuy nhiên mức độ hoạt động dông sét tăng
dần vào cuối mùa sét. Giờ dơng trung bình trong ngày dơng của khu vực này là 2,03 giờ.
Khu vực đồng bằng miền Nam: là khu vực có số ngày dơng lớn. Tuy nhiên giờ
dơng trong ngày dông thƣờng ngắn hơn. Thời gian giờ dông kéo dài trung bình là 2,1
giờ.


13

Hình 1.7. Bản đồ mật độ sét trung bình năm của Việt Nam
(tham khảo: Viện Vật Lý Địa Cầu).


14

1.1.4. Ảnh hƣởng của dông sét đến lƣới điện Việt Nam
Một trong những nỗi lo lớn nhất của lĩnh vực truyền tải điện là lƣới điện bị sét
đánh. Đây là sự cố do thiên nhiên, nằm ngồi tầm kiểm sốt của con ngƣời nên việc
ngăn ngừa không đơn giản.
Theo kết quả thơng kế về tình hình sự cố trên lƣới điện miền Bắc từ năm 20002012 của Công ty Truyền tải điện 1(PTC1) cho thấy, tần suất sự cố do sét ngày càng
tăng, cƣờng độ dòng sét ngày mạnh theo quy mô phát triển của lƣới điện. Các sự cố tập
trung chủ yếu ở phía vùng đồi núi Tây Bắc, Thái Nguyên và Đông Bắc. Cụ thể, giai
đoạn 2006-2012, đƣờng dây mua điện Trung Quốc mạch 1 xảy ra 56 sự cố thì có tới 53
vụ do sét đánh. Đƣờng dây mua điện Trung Quốc mạch 2 có tới 120/132 sự cố do sét.

Đƣờng dây Tràng Bạch - Hoành Bồ cũng có 35 vụ sự cố do sét. Đƣờng dây ng Bí Tràng Bạch có 14/15 lần vụ sự cố do sét. Hậu quả là phải ngừng cung cấp điện, ảnh
hƣởng không nhỏ đến sản xuất - kinh doanh của các doanh nghiệp.
Đặc biệt, trong năm 2012 và những tháng đầu năm 2013, tình hình sự cố trên lƣới
do sét có chiều hƣớng tăng so với năm 2011. Riêng năm 2012, có 85/101 vụ sự cố
đƣờng dây do sét(chiếm 84,1%); 8/25 sự cố trạm biến áp do sét đánh(chiếm 32%).
Đƣờng dây 500kV Sơn La - Hiệp Hòa đƣa vào vận hành chƣa đƣợc bao lâu cũng đã xảy
ra 10/12 vụ sự cố do sét đánh.
Những năm qua, PTC1 đã triển khai hàng loạt giải pháp nhằm giảm thiểu sự cố do
sét. Điển hình nhất là giải pháp cải tạo hệ thống nối đất. Tuy nhiên, hạn chế của giải
pháp này là: ở một số vị trí có hiện tƣợng các sợi nối đất quấn quanh trụ móng, đế
móng; độ chơn sâu sợi nối đất chƣa đạt yêu cầu, hƣớng đi sợi tiếp địa đi sát nhau, không
đúng thiết kế, đè lên nhau dẫn đến phóng điện ngƣợc và hiệu quả tản sét kém. Một số
sợi có trị số điện trở nối đất cao, hoặc thấp bất thƣờng; 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 chƣa 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 nhỏ hơn 100m hoặc hóa chất giảm điện trở… Ngoài ra,
năm 2011-2012, các đơn vị của PTC1 đã lắp bổ sung trên 4.000 bát cách điện cho các
đƣờng dây bị sét đánh nhiều ở các khu vực truyền tải điện Quảng Ninh, Thái Nguyên,
Tây Bắc.
Đặc biệt, phƣơng pháp hiệu quả nhất vẫn là giải pháp lắp chống sét van. Tuy
nhiên, do khó khăn về kinh phí nên việc lắp chống sét van mới áp dụng thử nghiệm trên
3 tuyến đƣờng dây.
Hiện PCT1 đang đề nghị tính tốn lại một số thông số nhƣ thiết kế tiếp địa của
đƣờng dây, khoảng cách khe hở phóng điện của chuỗi sứ cách điện ở đƣờng dây 500 kV
Sơn La – Hiệp Hòa để có phƣơng án giảm thiểu sự cố. Xem xét qui định nghiệm thu các

15

mối nối, khóa ép đƣờng dây 220kV, 500kV. Ngồi ra, PTC1 đã lắp thử nghiệm chống
sét van trên ba tuyến:
- Đƣờng dây mua bán điện Trung Quốc mạch 1 qua Lào Cai lắp đặt 45 bộ chống
sét van, mạch 2 qua Hà Giang lắp đặt 146 bộ chống sét van.
- Đƣờng dây ng Bí – Tràng Bạch lắp 57 bộ chống sét van.
- Đƣờng dây Tuyên Quang – Bắc Kạn – Thái Nguyên lắp trên 15 vị trí cột.
Kết quả cho thấy tại những vị trí đã lắp chống sét van thì chƣa có vị trí nào xảy ra
sự cố mặc dù số lần nhảy của chống sét van ghi lại đƣợc rất nhiều.
1.2. HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN [10]
Đƣờng dây là phần tử dài nhất trong hệ thống điện, đi qua nhiều địa hình phức tạp
nên thƣờng bị sét đánh gây nên quá điện áp gọi là q điện áp khí quyển.
Q điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đƣờng dây hoặc sét đánh
xuống gần mặt đất và gây nên quá điện áp cảm ứng trên đƣờng dây, có thể gây ra phóng
điện trên cách điện đƣờng dây dẫn đến ngắn mạch buộc phải cắt điện. Có thể thấy
trƣờng hợp đầu nguy hiểm nhất vì đƣờng dây phải chịu tồn bộ năng lƣợng của dịng
điện sét.
Vì trị số của q điện áp khí quyển rất lớn nên không thể chọn mức cách điện
đƣờng dây đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉ đƣợc chọn theo
mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật. Do đó yêu cầu đối với bảo vệ chống sét đƣờng 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, đƣờng dây có hay khơng có
thiết bị tự động đóng lại, v.v...). Tức là phải tìm phƣơng thức bảo vệ đƣờng dây sao cho
số lần cắt điện do sét đánh gây ra là thấp nhất, trên cơ sở đó xác định phƣơng hƣớng và
biện pháp giảm số lần cắt điện của đƣờng dây nói chung và một số đƣờng dây cụ thể nói
riêng.
Trong tính tốn bảo vệ chống sét hiện nay, ngƣời ta tính suất cắt đƣờng dây do sét
đánh tức là số lần cắt điện đƣờng dây do sét đánh gây ra sự cố trong một năm cho chiều

dài đƣờng dây L = 100 km, trên cơ sở đó ngƣời ta tính suất cắt của một số đƣờng dây
điển hình đƣợc xem là hợp lý, so sánh trị số suất cắt của đƣờng dây đang thiết kế với các
đƣờng dây điển hình này cho phép ta đánh giá về mức độ bảo vệ chống sét của các
đƣờng dây.
1.3. GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT
1.3.1. Lịch sử hình thành và phát triển
Bảo vệ quá áp trong hệ thống điện đã đƣợc đặt ra từ những năm cuối của 1800.
Ban đầu là những hƣ hỏng của các đƣờng dây trên không do bị sét đánh, các thiết bị bảo
vệ chống sét liên tục đƣợc cải thiện về thiết kế, công nghệ cũng nhƣ định mức làm việc.
Sau đây là một vài mốc thời gian trong quá trình phát triển công nghệ chế tạo
chống sét:


16

- 1990: Khe hở phóng điện (Sparl air gap arrester).
- Thập niên 1920: Chống sét ống (Expulsion gas arrester).
- Thập niên 1930: Chống sét van Carbua Silic-SiC.
- Thập niên 1960: Chống sét SiC có khe hở kèm điện trở (Resistance graded
gapped silicon carbide).
- Thập niên 1970: Chống sét không khe hở Oxit kim loại ( Gapless metal oxide
varistor MOV).
- Thập niên 1980: Chống sét MOV vỏ bọc polymer cho lƣới phân phối (Polymer
housed distribution overhead arrester).
- Thập niên 1990: Chống sét MOV có khe hở (Gapped MOV designs).
1.3.2. Tổng quan về chống sét van đƣờng dây trên không
a. Khái niệm
Phần chính của chống sét van là chuỗi khe hở phóng điện ghép nối tiếp với các
tấm điện trở không đƣờng thẳng (điện trở làm việc). Điện trở không đƣờng thẳng chế
tạo bằng vật liệu vilit, có đặc điểm là có thể duy trì đƣợc mức điện áp dƣ tƣơng đối ổn

định khi dòng điện tăng.
Sau khi tản dòng sét sẽ có dịng điện ngắn mạch duy trì bởi nguồn điện áp xoay
chiều (ngắn mạch qua điện trở làm việc) đi qua chống sét van, dòng này gọi là dòng kế
tục. Khi cho tác dụng điện trở rất bé do đó dịng sét đƣợc tản trong đất dễ dàng và nhanh
chóng, ngƣợc lại ở điện áp làm việc thì điện trở tăng cao do đó hạn chế trị số dịng kế
tục (thƣờng không quá 80A) tạo điều kiện thuận lợi cho việc dập hồ quang ở chuỗi khe
hở. Chính do tính chất cho qua dòng điện lớn khi điện áp lớn và ngăn dòng điện khi điện
áp bé nên loại chống sét này đƣợc gọi là chống sét van. Trị số điện áp cực đại ở tần số
công nghiệp mà chống sét van có thể dập tắt hồ quang của dịng điện kế tục gọi là điện
áp dập hồ quang, đó là một trong các tham số chủ yếu của chống sét van.
b. Cấu tạo chống sét van đƣờng dây
Có vài bộ phận cơ bản là chung cho tất cả các loại chống sét van đƣờng dây. Tuy
nhiên, mỗi chống sét van đƣờng dây lại có một cấu hình khác nhau và phải đƣợc thiết kế
cho từng ứng dụng cụ thể. Thậm chí trong một số trƣờng hợp có thể cần tới vài cấu hình
khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí và phƣơng thức đấu nối chống sét. Bộ phận kết nối và
định hƣớng của chống sét phải đƣợc thiết kế cho từng vị trí lắp đặt cụ thể. Tuy nhiên
một chống sét van đƣờng dây có những thành phần cơ bản nhƣ sau:
- Kẹp máng: Bộ phận này giống nhƣ bộ phận nối dây dẫn với chuỗi cách điện.
- Khớp nối mềm: Là bộ phận rất quan trọng quyết định tuổi thọ của chống sét, nó
loại trừ ứng lực trên chống sét do chuyển động của dây dẫn gây ra.
- Shunt: Bộ phận dẫn điện từ dây dẫn đến chống sét van, giúp cho khớp nối mềm
khơng phải dẫn dịng điện.


17

- Thân chống sét: Thân của chống sét đƣợc thiết kế hàng loạt, phải xác định rõ
chống sét chỉ để dẫn xung sét hoặc cả xung sét và xung quá áp do thao tác đóng, cắt thiết
bị gây nên.
- Bộ phận ngắt khi sự cố: Trong trƣờng hợp chống sét van bị sự cố, khi đó chống

sét van trở thành điểm ngắn mạch trên đƣờng dây, bộ phận ngắt khi sự cố sẽ hoạt động
(tƣơng tự cầu chì) cách ly chống sét van với đất.
- Dây nối đất: Dây nối đất dùng để nối chống sét van với nối đất cột. Việc kiểm tra
dây nối đất rất quan trọng để chắc chắn rằng dây nối đất không bao giờ tiếp xúc với dây
pha.
Bên trong ống chứa hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở phi tuyến.
Khe hở phóng điện bao gồm nhiều cặp khe hở ghép nối tiếp, mỗi cặp khe hở đƣợc chế
tạo bởi 2 đĩa đồng mỏng dập định hình. Ở giữa là một tấm đệm mica hoặc bìa cách điện
dày khoảng 1mm để tạo khe hở phóng điện. Mỗi chống sét van có số cặp khe hở phóng
điện tùy theo nhà chế tạo thiết kế. Điện trở phi tuyến gồm các tấm hình trụ trịn ghép nối
tiếp, nó có thể là Vilit hoặc Tirit hoặc ZnO...thƣờng là Vilit.

Hình 1.8. Cấu tạo chống sét van đường dây [8]
c. Nguyên lý làm việc
Nguyên lý hoạt động của chống sét van chủ yếu phụ thuộc vào tính chất của điện
trở Vilit. Khi điện áp đặt lên Vilit tăng cao thì giá trị điện trở của nó giảm và ngƣợc lại
khi điện áp giảm xuống thì điện trở sẽ tăng lên nhanh chóng. Khi có quá điện áp đặt lên
chống sét van, điện trở của chống sét van nhanh chóng hạ thấp xuống tạo điều kiện để
tháo hết sóng sét qua nó xuống đất, đến khi đặt lên chống sét van chỉ cịn là điện áp
mạng thì điện trở của chống sét van lại tăng lên rất lớn chấm dứt dịng kế tục vào thời
điểm thích hợp nhất. Đồng thời trong khi tháo sét, điện áp dƣ trên chống sét van cũng có
giá trị nhỏ, điều này sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị đƣợc bảo vệ.


18

Chống sét van có đặc tính tác động tƣơng đối bằng phẳng nên chống sét van khơng
những có tác dụng hạ thấp biên độ mà còn làm giảm độ dốc của sóng sét. Vì thế, nó có
thể bảo vệ chống đƣợc hiện tƣợng xun kích giữa các vịng dây trong cùng một pha của
các máy điện.

1.3.3. Các vị trí lắp đặt chống sét van.
Việc xác định vị trí lắp đặt chống sét van nhằm khai thác hiệu quả số chống sét van
hiện có và đạt đƣợc một xác suất sự cố trong giới hạn cho phép không phải là đơn giản.
Thực tế, nếu trên một đƣờng dây khơng có dây chống sét và khơng lắp đặt chống
sét van, thì khả năng chọc thủng cách điện khi bị sét đánh trực tiếp vào dây pha là 100%.
Mặt khác, nếu trên đƣờng dây có dây chống sét và có lắp chống sét van trên tất cả các
dây pha của tất cả các vị trí cột thì khả năng xảy ra chọc thủng cách điện khi sét đánh
trực tiếp vào dây pha là 0%.
Bất kỳ kiểu lắp chống sét van nào khác nằm giữa hai kiểu trên đều làm giảm khả
năng xảy ra chọc thủng cách điện. Tuy nhiên, nếu khơng có nghiên cứu về việc hạn chế
dịng sét thì khả năng bị phóng điện chọc thủng là một ẩn số.