BO CONG THUONG
TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP THANH PHO HO CHi MINH

TRAN DANG NHAN

UNG DUNG PHUONG PHAP XAP XI TINH
TOAN CHONG SET LAN TRUYEN CHO
DUONG DAY 500 KV

Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã ngành: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THANH PHO HO CHi MINH, NAM 2023


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Céng nghiép TP. Hé Chi Minh.
Người hướng dẫn khoa học: Nguyễn Trung Nhân
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường

Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày ..... tháng.... năm.....
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

.........

- Chủ tịch Hội đồng

ẤT: tiotigt tưng tay 0511RCHAGIAEEHEEAHINHENEGHANHHI4(RVHEGSIEìHSĐCạng - Phan biện ]
Ẩ: gi tnt ung 00g CHH01E TH 4VI4VIRNELAVIERQRSYHEHGSREYLHSAGRA3NStrasta - Phan biện 2

ee
5) anemia

- Uy vién

EEE

- Thu ky

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc Si)

CHU TICH HOI DONG

TRUONG KHOA CONG NGHE DIEN


BO CONG THUGNG
TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP
THÀNH PHĨ HỊ CHÍ MINH

CONG HOA XA HOI CHU NGHIA VIET NAM
Độc lập - Tự do - Hanh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Trần Đăng Nhân

MSHV:

20125271


Ngày, tháng, năm sinh: 26/11/1997

Noi sinh: Đồng Tháp

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã ngành: 8520201

I. TÊN ĐÈ TÀI:
Ứng dụng phương pháp xấp xỉ tính tốn chống sét lan truyền cho đường dây 500
kV

NHIEM VU VA NOI DUNG:
Nghiên cứu hiện tượng sét lan truyền trên đường dây truyền tải, mơ hình nguồn sét
và mơ mình chống sét van.
Nghiên cứu tính tốn chống sét van cho đường dây bằng phương pháp xấp xi.
Mô phỏng kiểm chứng bằng phần mêm EMTP-RV.
Đánh giá kết q tính tốn lý thuyết và kết quả sau mô phỏng.

II. NGAY GIAO NHIEM VU: Quyét định số 2650/QĐ-ĐHCN ngày 18/11/2022.
HI. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày

tháng

năm 2023

IV. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Trung Nhân
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng ... năm 20...
NGƯỜI HƯỚNG DẪN


CHU NHIEM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Ho tên và chữ ký)

(Ho tên và chữ ký)

TRƯỞNG

KHOA

CÔNG NGHỆ ĐIỆN

(Ho tên và chữ ký)


LOI CAM ON
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý Thầy, Cô
Trường Đại Học Cơng Nghiệp Thành Phố Hề Chí Minh trong thời gian qua bằng
tắm lòng và sự nhiệt huyết với nghề Thầy, Cô đã chỉ đạy cho em những kiến thức
chuyên môn và các bài học trong cuộc sống giúp em có thêm trang bị cho chặn

đường đời.
Đầu tiên em xin cảm ơn TS. Nguyễn Trung Nhân-người Thầy đã nhiệt trình chi đẫn
em trong suốt thời gian làm đề tài này, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành
luận văn.

Khơng gì hạnh phúc bằng trong cuộc đời gap duoc Thay tốt, bạn tốt em thật sự cảm
thấy mình rất may mắn.
Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè thân thiết đã luôn bên cạnh ủng hộ em


trong tất cả các chặn đường của cuộc đời.


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Sét đánh trực tiếp, sét cảm ứng là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến sự
an toàn của đường đây truyền tải trong cung cấp điện. Việc giúp cho đường dây
truyền tải hạn chế sự cố hướng tới tính an tồn, ổn định và bền vững là nhu cầu tối

quan trọng không chỉ trong ngành điện mà còn là quyền lợi của người tiêu đùng.
Đối với hệ thống truyền tải điện Việt Nam các tác động của những cơn giông sét là
không thể tránh khỏi. Nước ta nằm ở khu vực xảy ra giông bão thường xuyên mỗi
năm đặc biệt là các tỉnh khu vực miễn trung luôn phải chịu ảnh hưởng trực tiếp từ

các cơn giơng. Nhận ra được vấn đề đó nên luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu
hiện tượng sét lan truyền trên đường dây truyền tải bằng lý thuyết, tính tốn điện áp
do sét gây ra và mơ phỏng để đưa ra giải pháp lựa chọn thiết bị chống sét hợp lí, an
tồn nhằm giám thiếu các tác hại từ hiện tượng thiên nhiên này.

ii


ABSTRACT
Direct lightning strikes, induced lightning is one of the causes affecting the safety of
transmission lines in power supply. Helping transmission lines to reduce incidents
towards safety, stability and sustainability are an important need not only in the
power industry but also in the interests of consumers.
For the power transmission system in Viet Nam, the impact of thunderstorms is
inevitable. Our country is located in an area where frequent thunderstorms occur
every year, especially the central provinces which are alway directly affected by

thunderstorms.

Recognizing that problem, this thesis will focus on studying the

phenomenon of lightning propagating on transmission lines by theory, calculating
voltage

caused

by

lightning

and

simulating

to provide

solutions

for selecting

protection devices reasonable and safe lightning in order to minimize the harmful
effects from this natural phenomenon.

1H


LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan luận văn “Ứng đụng phương pháp xấp xỉ tính tốn chống sét lan
truyền cho đường dây 500 kV” là bài nghiên cứu của cá nhân tơi. Mọi số liệu sử
dụng phân tích và kết quả nghiên cứu của luận văn là đo tôi tự tìm hiểu, phân tích
trung thực, có nguồn gốc rõ ràng và chưa được cơng bố bằng bất kì hình thức nào.
Tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn nếu có sự không trung thực trong thông tin sử
dụng trong bài nghiên cứu này.
Học viên
(Chữ ký)

Trần Đặng Nhân

1V


909”) 09...
..................,. i
TOM TAT LUAN VAN THAC SI o.i..c..ccceessssssseeeeeseeessssseneeeeeesssssnmeeseeesssnnntesesssnen ii
ABSTRACT ssceneeese
ner

LỜI CAM ĐOAN. . . . . . . . . .

óc:

tr

1H

gu u iv


00190803354...

v

DNHEMDG HNHZẨNĐsennnesoirnuinoinnibniiriststoeiibdligoitgS0DIGBS001G013001010g viii
DANH MUC BANG BIEU Du... ccccecsssssseseeeeesssssssneeeeeesssssnseseesssssnntessssssneeeesseessen %
DANH MỤC TỪ VIỆT TẮT.....................--5555522c222222112tEE.222
HE.
xi
"060100 5..............,.(‹-äÄ|Ã...... 1
1. Đặt vấn đề. . . . . .
ch. HH h1.
2n ghe 1
V0

i80

8n

.......................

2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................--22+ 2222211221222112212212112212211 212 xee. 2
22-222 222222122212221222122122122e2 2
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu.......................
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài. . . . . . . .-

S221 221222222221222222222222re 3


CHUONG 1

TONG QUAN VE HIEN TƯỢNG SÉT.......................ccccccseeceerke 4

1.1

Tổng quan về sét. . . . . . .

1.11

Lý thuyết về hiện tượng sét........................--22
22 2221222122212
xe

1.1.2

Các thông số và đặc tính của q trình phóng điện sét

1.1.3

Cường độ hoạt động của Sết.................. che

12

NT lưNhgnhugtittttiiittittitHGDDIDIGEEDNSGEHUIEGDERGSSEIR-GTINEDIGSEHIGUESNN 12

143

Tình hình nghiên cứu trong vả ngồi nước .........................cccceccseee 12


1.3.1

Tinh hình nghiên cứu trong nue .0..... ee eceeceeeeeeeceeeeeteeseneeneeseeeetens 12

1.3.2

Tinh hình nghiên cứu ngồi nƯỚC................ che

1.4

Phương trình truyền sóng trên đường đây..........................-------c-s2ccce 13

1.5

Truyền sóng trên hệ thống nhiều đường đây............................------2-2 16

1.5.1

Trường hợp các dây dẫn cùng nối với nguồn............................-----22-2 17

1.5.2

Một dây nối nguồn, số còn lại nối đất................---ccccc
St tre 19

2-2-2222 221221122112111211221112112112221122
1 te. 4

lãi


12


1.5.3

Một số dây nối nguồn các dây còn lại cách điện.............................---- 20

1.5.4
;
Hai đây nối với nguồn, các dây còn lại cách điện (trường hợp dùng
hai đây:chồng số ÏDintrrrrrnhbtttitgttittiDIIEHHBEHDIHIESISERRISEHBEENHEHBSEEIHISHERIAVNSESiAHM 21
1.6

Yêu cầu với thiết bị chéng sét dudng dy

0...

eee

CHƯƠNG2_

CƠ SỞ LÝ THUYÉT..........................--255252cc22222ELcttrrrrrie 24

2.1

Phương pháp xấp xí trong tính toan chéng sét

2.1.1

Liên hệ giữa giá trị điện áp cực đại va To...


2.1.2

Liên hệ giữa giá trị điện áp cực đại Và p....................cceere 25

2.1.3

Liên hệ giá trị điện áp cực đại Và V................... che

2.1.4

Liên hệ giũa giá trị điên áp cực đại với vr

2.1.5

Công thức xấp xi dé tinh điện áp cực đại............................--22--2cccccee

22

Phương pháp tính theo IEEE std 1410.........................-.cccSccseirseeree 26

23

CSV đường dây ...................... nhe

243.1

CS

23.2


Cấp của CSV.......................-.
22 222221221112111211122112112212222222222 re 30

0...

22
24

ce eeeeeseeeseereeeeeeeeteees 24

25

27

đường HIỂU sanseeeennndiidatbddidtnnddeiidtasgbr180812121000100073131220718001007009140 277

CHƯƠNG 3_ TÍNH TỐN CHĨNG SÉT CHO ĐƯỜNG DAY 500 kV DOAN

NMĐ NAM ĐỊNH 1 - THANH HOA.........................-----ccccccccc+cs>+ 33

3.1

Thông số đường dy ooo. ceccccseesssesssesssessseseseseneseteseteseteeeneeteteeees 33

3.2

Tính tốn sét cảm ứng................

3.3


Tính tốn sét ánh hưởng trực tiếp.......................---©2s2222222212212222ee 37

3.4

Kết q tính tốn ghi nhận..........................--2222222 2222211221121112211222 2 xe 38

.34

CHUONG 4 THUC HIEN MO PHONG KIEM CHUNG CSV BANG PHAN
00

0 ......›----1l.

40

4.1

Các mơ hình mơ phỏng CSY......................... nhe

4.1.1

Mơ hình theo I[EEE Working Group 3.4.1 Ì.........................
re 40

4.1.2

Mơ hình EINGET liissesirtsssbrtielitlisei©dSsb.SHt4Httsiaaenstabea 42

4.13


58100) TT...

....................

40

43

42

Mơ hình nguồn sét........................
52-222 2222212221127112211271122122222 xe 44

43

Mơ hình e6t drone daVerses

44

Điện trở nối đất cột. . . . . .

4.5

lạnh: 000

sere seers sennrnaeunr meses

ác c2


TT.

vi

45

hưeg 46

..................

48


4.6

M6 phong CSV theo mơ hình IEEE Working Group 3.4.11........... 49

4.6.1
4.6.2

M6 phéng CSV ABB loai c6 U; = 420 kV, d = 4890 mm
co 88h... .-.5.......

47
W0

Ộ Thực hiện mô phỏng trên đường dây 500 kV NMNĐ Nam Định 1 —
000.002... ....................... 53

47.1


Ảnh hưởng của sét lan truyén tại trụ VT06 và VT139........................ 53

4.7.2

Mô phỏng xem xét chịu đựng của đường dây sau khi có CSV........ 59

473

Kết q mơ phỏng ghi nhận.........................-222222 222222122312221222222222Xe 67

4.74

Ảnh hưởng của hiện tượng sét lan truyền đến sân phân phối 500 KV

4.8

Đánh giá kết quá tính tốn phần mềm và kết quả mơ phỏng ............ 73

49

ca

4.9.1

Đối với đường đây 500 KV NMNĐ Nam Định I-Thanh Hóa.......... 74

4.92

Đối với sân phân phối 500 kV NMNĐ Nam Định 1......................... 75


NMNĐ Nam Định Ì........................á.22225c
22212 222112222211221211212112211122212 1
re. 67
4m...

74

4.93
co 88h... .-.5....... 76
KÉT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ..........................--55:
22222222 2211221122121 121.1. ce 78
mẻ.
nh. ae...
78
bà.

nan. .a..................

TAI LIEU THAM KHẢO...........................---..-:
LY LICH TRICH NGANG CUA HOC VIEN

Vii

80


DANH MỤC HÌNH ÁNH
Hình I.1 Phân bố điện tích đám mây ..........................-2S222 222222122122122212221222222 E2 te. 5
Hình 1.2 Q trình phóng điện từ đám mây xuống đất [4]........................---©2-¿2zz+zxsze2 6

Hình 1.3 Đặc tính của tia tiên đạo ngược [44] ..................ác cscsnhnhhhHrHrrrrHrrrrerere Ỷ

Hình
Hình
Hình
Hình

1.4
1.5
1.6
1.7

Dạng xung có thời gian nhỏ hơn 2 m5................
c2: 2tr rrrrrre 8
Dạng xung có thời gian lớn hơn 2 mS...................ác 2c th rrrere 8
Dạng sóng dịng điện sét [ Ï]. . . . .
.-. 52:2 1221212221 tt
et 9
Mơ hình Eleetrogeometrie và mơ hình Rusck quyết định phạm vi sét đánh
trực tiếp hay cảm ứng [13]
Hình 1.8 So đồ thay thế thơng số của q trình truyền sóng trên đường đây [1]..... 14
Hình 1.9 Vị trí của các dây dẫn k, ¡ và ảnh của chúng [12]..........................---.----5-e: 17

Hình 1.10 Trường hợp các dây đẫn đều nối với ngn [ 12]......................-------52-2 18
Hình 1.11 Trường hợp một dây được nối nguồn, day kia nối đất [ 12]...................... 19
Hình 1.12 Trường hợp mết dây nếi nguồn, một đây cách điện [12]
cà
Hình:2.1 Mơ hình CS

đường llẫWtceseaeiniiiikiiisieddseeSiidEg1121611L110/4018160


Hình 2.2 Mơ hình CSV xây dựng trong phần mềm EMTP-RV.........................------l0

0010:0010: 080 127.0vì..00.adaiiiaiđdiiẦẢẢẢẢÁ.

Hình 2.4 Mơ hình phân tích trường hợp sét đánh đỉnh cột ...........................àcecceice
Hình 2.5 Mơ hình phân tích trường hợp sét đánh vịng .......................
cài neiere
Hình 2.6 Năng lượng bơm vào trong suốt quá trình thứ nghiệm vận hành xung đóng
cắt với đơn vị kJ/kV của mức điện áp định mức phụ thuộc vào tỉ số điện
áp dư với điện áp định mức hiệu dụng của CS .....................ì. ii

31

Hình 4.1 Sơ đồ tương đương mơ hình CSV theo tiêu chuẩn IEEE Working Group
3.4/11 [TH]...
2.2525 121 1H
1xx
Hình 4.2 Đặc tuyến V-A của Ao và Ai trong IEEE Working Group 3.4.11.............
Hình 4.3 Mơ hình CSV theo PINCETI...................
cv S122.
re
Hình 4.4 Mơ hình CSV theo P-K.....................
ác nay
Hình 4.5 Các dạng sóng và thơng số liên quan...........................-2-©222222222222222222222222Xe2
Hình 4.6 Mơ hình nguồn sét mẫu trong EMTP-RV........................-2222222222222212221222ee
Hình 4.7 Mơ hình đường cột đường đây [ Ï l] .....................- --cccccssssirrrrrre

40
4I

42
43
44
45
46

Hình 4.8 Mơ tả hệ thống nối đất.........................
2-52 222222221222112711271122222121222 e6 47
Hình 4.9 Sơ đồ hệ thống nối dat: (a) Hệ thống tiếp địa; (b) Mặt bằng hệ thống tiếp
Ị. . . .Q QG 0

00201 Tn HT TT ng k ng kg KT ng KĐT

k KT kg kk TH k kg K11 1kg ky

48

Hình 4.10 Mơ hình mơ phỏng CSY......................
TS HH
tre 49

Hình 4.11 Sơ đề mơ mỏng CSV nối trực tiếp với nguồn sét.............................----25s 50
Hình 4.12 Dạng sóng dịng sét 10 kA 8/20 us....

tà

Hình 4.13 Thơng số đặc tuyến V-A của Áo....................-22222 22222212111211121121122 xe

Vill



Hình 4.14 Thơng số đặc tuyến V-A của A4.......................
22222 2222221221122212112222 xe 51
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

4.15
4.16
4.17
4.18
4.19
4.20
4.21

Kết quả điện áp đi qua điện trở phi tuyến Áo và AI................................
Điện áp đặt lên chuỗi sứ hay cách điện khe hở phóng điện....................
Dịng điện phóng qua khe hở của chuỗi sứ..............................-5-55:55c5c5ce:
Điện áp đặt lên chuỗi sứ hay cách điện khe hở phóng điện.....................
Dịng điện phóng qua khe hở của chuỗi sứ..............................-55:55c2c5ce:
Điện áp đặt lên chuỗi sứ hay cách điện khe hở phóng điện......................
Dịng điện phóng qua khe hở của chuỗi sứ..............................-5 5555-55:

32
34
34

35
35
56
37

Hình 4.22 Điện áp đặt lên chuỗi sứ hay cách điện khe hở phóng điện tại............... 57

Hình
Hình
Hình
Hình

4.23
4.24
4.25
4.26

Dịng
Điện
Dịng
Dịng

điện phóng qua khe hở của chuỗi SUP oo... cececcccseecessees
ees eeeteeeee 38
áp đặt lên chuỗi sứ hay cách điện khe hở phóng điện..................... 39
điện phóng qua khe hở của chuỗi sứ.............................-5
5555-55 39
điện qua CSV.................

Hình 4.27 Năng lượng hấp thụ của CSV


Hình 4.28 Điện áp đặt lên chuỗi sứ hay cách điện khe hở phóng điện.................... 61
Hình 4.29 Dịng điện phóng qua khe hở của chuỗi sứ .............................-5-55:55--55ce: 61
Tinh:4:30 Dồng điển: qua GQSN :ericposeoiiinsiniiBSEIEEELSHA4ISIIEDLDSEEINDSĐSEESOISG3281S8A 62

Hình 4.31 Năng lượng hấp thụ của CSV..........................--22cccscccsce

.... 62

Hình 4.32 Điện áp đặt lên chuỗi sứ hay cách điện khe hở phóng điện.................... 63
Hình 4.33 Dịng điện phóng qua khe hở của chuỗi sứ.............................-5-55:57cc55cc: 63
Hình:4.34-Đồng Biển: qua CN iecccseeiiiireiiieiiiikiidAtiadedAtidAg1AS04101165600113014.001130140 64

Hình 4.35 Năng lượng hấp thụ của CSV.........................2-222
2222212221222
e 64
Hình 4.36 Điện áp đặt lên chuỗi sứ hay cách điện khe hở phóng điện...
wi D
Hình 4.37 Dịng điện phóng qua khe hở của chuỗi sứ.............................-5
5555-55 65
Hình 4.38 Dịng điện qua CS.,. . . . . . . . . LH
HH HH Tà HH ray 66

Hình 4.39 Năng lượng hấp thụ của CSV.........................-2-222222222122212221222.22.2222
xe 66
Hình 4.40 Mơ hình mơ phỏng sét đánh lan truyền ảnh hưởng đến sân phân phối 500
kV NMNĐ Nam Định Ì.........................
s2: +2 nhe
68
Hình 4.41 Điện áp tại các CV TÌ.............. ch

HH HH

HH

key 68

2s 2222212221221
ee 69
Hình 4.42 Điện áp tại máy cắt.........................--Hình 4.43 Điện áp trên máy biến áp 500 KV.......................-2-2 2222222212212222e 69
Hình 4.44 Mơ hình sân phân phối NMNĐ Nam Định I có lắp CSV 500 kV.......... 70

Hình 4.45 Mơ hình CSV 500 kV lắp cho sân phân phối NMNĐ Nam Định 1........ 70
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

4.46
4.47
4.48
4.49
4.50

Điện
Điện
Điện
Năng
Dịng


áp trên CVTT ..........................-c
ch TH HH.
Hay
áp trên CE.....................
c1 TH
H111
re
áp trên máy biến áp.........................--522-222 2222212221222...
cee
lượng hấp thụ của CSV 500 kV........................222-222221222222ecee
điện đi qua CSV. . . . . . . . .
0c
HH
HH HH
re

1X

71
71
72
73
73


DANH MUC BANG BIEU
Bảng
Bảng
Bảng
Bang

Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng

2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
4.1
4.2

Các giá trị déng sét chudn théng ké theo théng sé déng sét tir CIGRE....
Bảng thông số đùng để kiểm tra cấp của CSV...........................
2222222 ee
Bảng cấp LD phụ thuộc vào điện áp của hệ thống................................--5s-Bang kết quá ghi nhận ánh hưởng sét cảm ứng pha A.............................
Bảng kết quá ghi nhận ánh hưởng sét cảm ứng pha B.............................--Bảng kết quá ghi nhận ánh hưởng sét cảm ứng pha C............................---Bảng kết quá ghi nhận ánh hướng sét đánh trực tiếp pha A......................
Bảng quan hệ ¡ = f(u) đặc tuyến V-I của Ao và Ai
Kết quả ghi nhận trường hợp sét đánh tại VT06 và VT139 khi chưa có
CS buuitsiitttletittgHt8GEDDGIIERIGIEHIGHIGLGHIATLESSIEHAEHWHOSISHSSMattatra
Bảng 4.3 Kết quả ghi nhận trường hợp sét đánh tại VT06 và VT139 khi có CSV..
Bảng 4.4 Kết quả ghi nhận trường hợp khi chưa có C§V.........................--222-2222ccee
Bảng 4.5 Kết quả ghi nhận trường hợp sau khi có CSV
ss

26

31
31
38
38
38
39

G7
67
69

Bảng 4.6 Thơng số kỹ thudt dé xudt ctha CSV...
cco cscs eseseseseseseteseeeseteeeenetenes
Bảng 4.7 Thông số kỹ thuật của CSV 500 kV cho sân phân phối NMNĐ Nam Định


DANH MUC TU VIET TAT
BIL

mức cách điện xung co so (Basic Impulse Insulation Level)

CSV

Chéng sét van (Valve Lightning Arrester)

CVT

Bién déng dién va bién dién dp (Current and Voltage Transformer)

CFO


Cách điện đường day (Critical Impulse Flashover Voltage)

MBA

May bién 4p (Transformers)

NMND

Nhà máy nhiệt điện (Thermal Power Plants)

TLSA

Thiết bị chống sét lan truyền đường dây truyền tải (Transmission Line
Surge Arresters)

Xi


1. Dat vin dé
Sét là sự phóng điện với lưu lượng điện tích cao thường xuất hiện trong các cơn
giơng, bão. Chúng có thể phóng từ đám mây này qua đám mây kia hoặc từ đám mây
xuống đất. Trong thời trung cỗ sét được xem là hiện tượng thần thánh, là quyền
năng của một thế lực mà con người không thể tránh được. Từ xưa đến nay, sét vẫn
là mối quan tâm lớn của con người do những hậu quả mà chúng gây ra như ảnh
hưởng đến tính mạng con người, cháy rừng, phá hủy các cơng trình kiến trúc và đặc
biệt chúng có thể ảnh hưởng đến hệ thống điện nói chung và khả năng truyền tải
điện nói riêng. Việt Nam chúng ta nằm ở khu vực hay xuất hiện giơng bão thuận lợi

cho việc hình thành sét. Chính vì thế hệ thống đường dây truyền tai dé bị tác động

bởi điện áp cảm ứng của sét hoặc bị đánh trực tiếp gây ảnh hưởng đến quá trình vận
hành dẫn đến hư hỏng nếu không được bảo vệ. Do đó nhu cầu bảo vệ chống sét cho
đường dây truyễn tải là tất yếu nhằm mục đích đưa ra giải pháp lựa chọn thiết bị
bảo vệ chống sét phù hợp.

Thiết bị điện tứ, hệ thống viễn thông, hệ thống xử lý dữ liệu và thiết bị đo lường...
được sử dụng rộng rãi, không chỉ trong nhiều ngành công nghiệp và thương mại, y
tế, mà còn trong đời sống sinh hoạt. Các đường dây truyền tải là khung xương của
lưới điện, sự an tồn vận hành của nó là sự đảm bảo cho toàn bộ lưới điện vận hành

an toàn. Đối với đường dây 500 kV, đường dây chạy hết công suất khi bị sét đánh
có thể gây nên các sự cố nghiệm trọng như mất điện tại các trạm biến áp 220 kV trở

xuống nguyên nhân chủ yếu gây mất điện tồn khu vực, thậm chí có thể gây ra sự
cố sập lưới điện. Với nhu cầu ngày càng tăng của việc sử dụng điện khiến cho việc
mất điện ngay cả trong thời gian ngắn cũng phải rất hạn chế, xét cả phương điện
kinh tế và tính mạng con người. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của sét giúp đánh giá
khả năng chịu sét của hệ thống truyền tải và đề ra phương án hợp lí để bảo vệ các
thiết bị trong hệ thống điện giảm ảnh hưởng, sự cố đo sét gây nên.


Đề có thể thực hiện đề tài phải hiểu về hiện tượng sét, các thơng số liên quan như

đạng sóng vả giá trị dòng điện sét, tỷ lệ sét đánh, phương pháp hay thuật tốn tính
giá trị điện áp do sét gây ra, kết quả đạt được giúp đưa ra nhận xét về ảnh hưởng
của sét đến đường dây truyền tải nhằm đưa ra giải pháp chống sét lan truyền phù
hợp giảm thiểu các tác hại do sét gây nên.
Từ kiến thức cơ bản, tiến hành thực hiện mô phỏng trên đường dây 500 kV từ
NMNĐ


Nam Định 1-Thanh Hóa với thơng số của nó. Tính tốn điện áp do sét gây

ra và ảnh hưởng của nó đến đường đây trước và sau khi có thiết bị chống sét.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nội dung luận văn sẽ tập trung nghiên cứu hiện tượng sét lan truyền trên đường dây
truyền tải, nghiên cứu mơ hình nguồn sét và CSV.
Nghiên cứu, tính tốn lựa chọn CSV cho đường dây.
Mô phỏng kiểm chứng.
So sánh kết quả tính tốn lý thuyết với kết quả mơ phỏng thực tế.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu tính tốn chống sét lan truyền cho đường dây 500 kV NMNĐ

Nam

Định 1 - Thanh Hóa.

Chống sét lan truyền.
Sử đụng phương pháp xấp xi.
Ứng dụng phần mềm EMTP-RV.
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về các lý thuyết của chống sét lan truyền trên đường đây
trun tai.

Tính tốn dựa trên tiêu chuẩn IEEE 1410 và TCVN 9888-1:2013 về bảo vệ chống
sét.


Nghiên cứu phương pháp xấp xi để thực hiện tính tốn.
Sử đụng phần mềm mơ phỏng, phân tích và đánh giá kết quả.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Kết quả nghiên cứu cúa luận văn là công cụ tốt dé tính tốn báo vệ chống sét lan
truyền trên đường dây truyền tải của Việt Nam.
Cấu trúc luận văn như sau:

Mở đầu
Chương I: Tổng quan về sét, sét lan truyền trên đường dây truyễn tải
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tính tốn chống sét cho đường đây 500 KV đoạn NMNĐ
Thanh hóa
Chương 4: Thực hiện mơ phỏng kiêm chứng chống sét van
Kết luận và kiến nghị

Nam Định I-


CHUONG 1
1.1
1.11

TONG QUAN VE HIEN TUONG SET

Tổng quan về sét
Lý thuyết về hiện tượng sét

Sét là hiện tượng phóng điện với khoảng cách lớn của thiên nhiên. Chúng thường
xuất hiện trong các cơn giơng, do sức nóng của ánh mặt trời gây ra các luỗng khơng
khí nóng âm bóc lên từ đất bắt đầu cho sự tạo thành của các đám mây giông. Khi
đạt đến độ cao nhất định vào cỡ vài km, luồng khí nóng âm đi vào khu vực nhiệt độ

âm bị làm lạnh rồi ngưng tụ thành giọt nước li tỉ hay thành tinh thé bang hình thành

mây tích vũ. Điện tích của đám mấy tham gia vào cơn sét từ 1+100 C. Điện thế của
đám mây giông khoảng 10” +10? V. Năng lượng tỏa ra bởi một cơn sét khoảng 250

kWh [1]. Các ước tính sơ bộ cho thấy trên tồn thế giới có 100 tia sét đánh vào bề
mặt trái đất mỗi giây [2]. Một số tia có thể trúng vào người hoặc tịa nhà, đường dây
truyén tai ... gây tốn thất nặng nẻ.
Có 16 triệu cơn giơng mỗi năm trên trái đất, trung bình khoảng 1.800 cơn giông mỗi
giờ. Tại Mỹ, số lượng sét đánh xuống đất từ 8 - 0,5 tia sét trên mỗi mét vng [3].
Trung bình 30% sế lần mất điện hàng năm có liên quan tới sét gây tơn thất hàng tỷ
đơ.
Do điện tích trong đám mây phân bố khơng đồng đều gây ra phóng điện sét. Những
tia sét này có thể là bên trong đám mây, giữa các đám mây với nhau, đám mây với
mặt đất [2]. Trong đó, sự phóng điện từ đám mây xuống đất được đặc biệt chú trọng

trong truyền tải điện năng.
Người ta cho rằng sự nhiễm điện đám mây bắt nguồn từ việc tương tác giữa nước
và hạt trong lớp mây hỗn hợp [4]. Cơ chế Iee-graupel nói rằng điện tích trong đám
mây tạo ra từ va chạm của các hạt kết tủa như nước hoặc băng mềm

với hạt đám

mây (nh thể nước đá) ở nhiệt độ thấp. Các hạt mưa có tốc độ rơi lớn hơn 0,3 m⁄s,
các hạt đám mây có tốc độ thấp hơn. Do tốc độ rơi khác nhau, các hạt kết tủa rơi

xuống đưới, các hạt đám mây bay lên hoặc bay lơ lửng. Sự chuyến giao điện tích


giữa các hạt xây ra do các va cham này, dẫn đến tạo ra các điện tích âm hoặc dương
(5, 6]


Việc điên tích đổi dương sang âm ở nhiệt độ tới hạn gọi là hiện tượng đảo vì nhiệt
của điên tích. Nghiên cứu chỉ ra nhiệt độ tới hạn nhỏ hơn 10 um và các hạt nhỏ hơn
4 um có thể có tới hơn ba nhiệt độ tới hạn. Ngồi ra mức đơ bão hịa trong đám mây
có ảnh hưởng đến sự điện khí hóa của đám mây [7]

Mơ hình lưỡng cực của đám mây gọi là cấu trúc điên khí lưỡng cực, được đề xuất
trong [3] năm 1963. Nghiên cứu này chỉ ra các đám rnây có tính phân tách điện tích
lưỡng cực, vùng điện tích đương cao hơn hiện tích âm. Vùng điện tích trái dấu này
khơng hẳn xếp chồng lên nhau tuyệt đối và có thể tần tại một vùng điện tích dương
nhỏ ở dưới cùng đám mây. Sự phân bố điện tích như hình bên dưới
km

°c

12

-55

10

-45

8
§
°
§ 6

-33

4


7

2

+5

-18

Hình 1.1 Phân bố điện tích dam may

Điện tích lưỡng cực được nghiên cứu trong nhiêu tài liệu [8], trong đó nêu ra các tia
sét có điểm đầu thấp hơn 7,43 km sinh ra nhiều hơn các tia có điểm đầu lớn hơn
7,43 km [8]


Cau tric điện khí lưỡng cực này vẫn được nghiên cứu. Một số chi ra vùng mang
điện tích dương trong đám mây thường cao khoảng 12 km so với đất và nhiệt độ
khoảng -25 sC [9]. Vùng giữa điện tích âm của đám mây thường cao khoảng 7 km
và nhiệt độ khoảng -10 =C.
Hiện tượng phóng điện: Sét đánh xuống đất xảy khi khi đạt đến mật độ điện tích cụ

thể trong một phần của đám mây. Hình 1.2 biểu diễn quá trình tổng quát của sét từ
đám mây xuống đất.

Sự phân phối điện tích
trong đám mây,

Q trình ion hóa


WRENN
tx

1.1ms

tx 20s

4
ERE

Tia sét đầu tiên

tx 20.1ms

Hình 1.2 Q trình phóng điện từ đám mây xuống đắt [4]
Tia tiên đạo đi hướng xuống

đất tạo ra một vùng bị ion hóa mãnh

liệt, khi đủ gần

một cấu trúc nối đất như cây hoặc tòa nhà, xuất hiện một tia tiên đạo phân cực
ngược

lại tạo thành kênh phóng điện. Sau khi kênh được hình thành, điện tích từ

mặt đất sẽ truyền tới đám mây, cuối cùng do điện tích phân bố ở mật độ cao nóng
lên đột ngột nên xuất hiện những tia sáng chói mắt, nhiệt độ lên tới hàng ngàn độ
(hơn cả nhiệt độ trên bề mặt mặt trời). Vì khơng khí giản nở đột ngột tạo ra các đợt


sóng âm ï tạo tiếng nỗ gọi là tiếng sắm, đặc điểm của sét chính là cường độ dịng

điện lớn [1].
Tủy thuộc vào cực tính của kênh tiên đạo hướng xuống mà các kênh tiên đạo hướng

lên mang điện tích đương hoặc âm. Các quan sát điển hình cho sự phóng điện này
được thể hiện trong Hình 1.2.


10

[kA]

20}

30}

—40

0

500

1000

[ms]

1500

2000


2500

: 0

50

100

[us]

150

200

250

Hình 1.3 Đặc tính của tia tiên đạo ngược [4]
Về cường độ dòng điện: Cả tiên đạo âm và tiên đạo dương đều có biên độ lên tới
vai chuc kA, nhưng tiên đạo dương xu hướng mang độ lớn lớn hơn có thể đạt đến

giá trị trên 100 KA. Thời gian đầu sóng có thé 1én hon 10 us.
Thời gian dòng sét: Cả tiên đạo đương và tiên đạo âm có đều có thời gian rã lâu hơn
so với thời gian tăng, với tiên đạo âm thì thời gian phân rã nhanh hơn khoảng 100
#s trong khi với tiên đạo dương khoảng 2 ms.
1.1.2

Các thơng số và đặc tính của q trình phóng điện sét

Sét đánh gồm hai kiểu [10]:

- Đánh hướng xuống từ tia tiên đạo của mây xuống đất.
- Sét từ đất lên từ tiên đạo của cầu kết nối đất đến đám mây.
Đa số sét đánh xuống xây ở vùng đồng bằng, sét hướng lên thường xảy ra với các
kết cấu cao hơn và các công trình khơng được bảo vệ.


Dịng điện sét có thể có một hay nhiễu tia khác nhau
- Xung có khoảng thời gian thấp hơn 2 rns [10]

100%

Front
10%.

—
eae

:—
Th

Hình 1.4 Dạng xung có thời gian nhé hon 2 ms
Trong đó: Oi là góc thực, I là dịng điện có giá trị cao nhất, Tì là thời gian sườn
trước, T2 là thời gian đạt một nữa giá trị
- Xung có khoảng thời gian cao hon 2 ms

10% — ¿

xờ
Wy


Bove

Wz

‘10%

Tiong

Hinh 1.5 Dang xung có thời gian lớn hơn 2 rns
Trong đó: Tu; là khoảng thời gian xung, Quy là điện tích tia sét dài
Các tia sét khác nhau về cực tính (âm hay dương), thứ tự xuất của chúng. Các thơng
số dịng điện của sét đánh xuống lớn hơn thơng số của sét đánh lên [10]
Xung sét sẽ có đầu sóng rất đốc và có thể đạt giá trị đỉnh chỉ vài micro giây và giảm.
xuống dan trong 20+100 ps tao thành phần đi của sóng. Trong thực tế một cơn

sét thường gồm nhiều lần phóng điện liên tiếp từ vài đến vài chục lần. Giãn cách


giữa mỗi lần phéng khoang 30+50 ms va cé thé kéo dai đến 0,1 s. Mỗi lần phóng
điện tạo thành một xung dòng sét. Các xung dòng sét sau thường có biên độ bé hơn
xung trước nhưng độ dóc cao hơn nhiều so với xung đâu tiên.
Một xung dòng điện sét có hình dạng như hình vẽ. Vì dịng sét sinh tạo nên sự lan

truyền sóng điện từ gây quá áp hệ thống nên cần biết các tham số của nó.
Is
lsm x

_

O.5Ismax


'

re...

sms

i

Ts

Sa

TN

Hình 1.6 Dạng sóng dịng điện sét [ I]
Trong đó: Iuax là dịng cực đại; 1á: là thời gian tia sét từ Ô đến giá trị đỉnh; +; là tia sét

giảm xuống còn 50% giá trị đỉnh.
Độ dốc đầu sóng [1]:
8e

Imax
tds

(kA / pus)

(1.1)

Sự khác nhau của các tia sét khơng chỉ ở giá trị đỉnh của dịng điện mà còn phụ

thuộc vào thời gian đạt đỉnh và thời gian địng sét. Có nhiều yếu tố đẫn đến sự khác
biệt của các tia sét. Ngoài ra trong một thời điểm có thể có nhiều cú phóng sét điều
này làm khó xác định biên độ của các lần phóng sét. Tuy nhiên, có thể tính được tỉ
lệ xuất hiện một địng sét bất kì bằng cơng thức:

(4)

(1.2)


Trong do: P(I = I.) la xac xuat dòng điện đỉnh trong lần phóng điện bất kì lớn hơn

To, Ilà giá trị dòng dién kA (2 kA < I < 200 kA), xác xuất xuất hiện tia sét có giá trị
lớn hon 100 kA va 200 kA 1a 4,54% va 0,78% [11].
Pham vi để sét gây quá điện áp cảm ứng: Sự tác động của sét lên hệ thống truyền tải
gồm hai loại là sét đánh trực tiếp và phóng điện cảm ứng. Là đánh trực tiếp khi một
đám mây phóng trực tiếp dịng điện sét vào cột, đường dây là dạng nguy hiểm nhất
của q trình phóng điện tuy nhiên hiếm khi xảy ra. Trong thực tế quá trình phóng
điện cảm ứng xảy ra nhiều hơn. Thơng thường các đám mây nguồn sét sẽ đánh vào
cây cối, cơng trình, .... có độ cao nhất định gần đường dây truyền tải. Tuy nhiên
trong khoáng cách nhất định, đường đây sẽ chịu một điện áp cảm ứng nếu điện áp
lớn sẽ gây phóng điện qua cách điện [ 12].
Mơ hình “Electrogeometrie” được xây dừng bởi IEEE 1410 trên ý tưởng một đường
dây hoặc vật thể có một bán kính thu sét, bán kính này phụ thuộc chiều cao của vật

bị tác động và biên độ địng điện của cú phóng sét đầu tiên [13].

v=0

1

'

min
Sết trực tiếp.

Ymax
đi ảnh kưởng

điện Ấp cảm ứng

Hình 1.7 Mơ hình Eleetrogeometrie và mơ hình Rusek quyết định phạm vi sét đánh
trực tiếp hay cảm ứng [13]
Theo Hình

1.7 ta thấy đường dây sẽ chịu tác dụng của hiện tượng cảm ứng ở

khoảng giữa ymin và Ymax. Néu sét đánh vào khoảng y = 0 và van thì là phóng điện

10


trực tiếp. Nếu sét đánh vào khoáng y > ymax thi điện áp cắm ứng gây ra khơng đáng

kế có thể bỏ qua [13].
Mỗi giá trị dòng sét (Io) khác nhau sẽ có khoảng Vmin, yma khác nhau. Giá trị Vmin
phu thuộc độ cao của đường dây va gia tri (lo) công thức:

Và = yr -( =MŸ =qJ00/,'“Ÿ -(91,°% -hy

(1.3)


Trong dé: rs la khoang cach tir diém sét danh dén day dan (m); rela khoảng cách từ
điểm sét đánh đến mặt đất (m); h là độ cao dây dẫn (m); lo là độ lớn dịng sét của cú

phóng đầu tiên (KA).
Ngồi ra để phóng điện được qua lớp cách điện thì điện áp cám ứng lớn nhất (Umax)
phải hơn 1,5 lần điện áp cách điện của đường dây. Điện áp cảm ứng phụ thuộc vào
khoảng cách, sét đánh càng xa đường đây thì điện áp cảm ứng lớn nhất gây ra càng
giảm, giám đến một khoảng c6 Umax = 1,5CFO đó là khoảng lớn nhất mà sét gây
quá điện áp cảm ứng.
Khoảng vmaxqo được xác định qua giá trị điện áp của cách điện đường dây. Khi điện
áp cách điện cảng cao thì khoảng ymax càng nhỏ.
1.13

Cường độ hoạt động của sét

Cường độ của sét là số ngày trung bình mỗi năm xảy ra giơng sét hoặc số giờ trung
bình hằng năm có sét. Cường độ hoạt động của sét ở các nơi sẽ khác nhau, cường
độ sẽ tăng dần từ miền địa cực đến miễn nhiệt đới xích đạo. Trên tồn bộ bề mặt trái

đất mỗi giây có khống 100 lần phóng sét nghĩa là mỗi ngày có 8+9 triệu lần phóng
sét.

Số lượng tia chóp xuất hiện trong một đơn vị thời gian được gọi là GFD. Phép do
của GED là Nụ là số lần xuất hiện tia chóp từ đám mây xuống mặt đất trên mỗi km?
mỗi năm. GFD có thể được xác định qua việc [ 13]:

- Xem thống kê.
- Từ đữ liêu phần mềm: Global mapper, cổng thông tin weather.nlđc.evn,....


ll