BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TÍNH TOÁN ĐỀ XUẤT LẮP ĐẶT
CHỐNG SÉT VAN ĐỂ GIẢM SUẤT CẮT DO
QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN TRÊN ĐƯỜNG DÂY
220kV SÊ SAN 3A – SÊ SAN 3

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TÍNH TOÁN ĐỀ XUẤT LẮP ĐẶT
CHỐNG SÉT VAN ĐỂ GIẢM SUẤT CẮT DO
QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN TRÊN ĐƯỜNG DÂY
220kV SÊ SAN 3A – SÊ SAN 3

Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện
Mã số: 60.52.50

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – 2016


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH


6

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa và ngành
điện luôn giữ một vai trò 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 lượng tốt và độ tin cậy cao. Xuất phát từ thực tế đó, việc đảm
bảo cho các trạm biến áp và đường dây làm việc an toàn, không 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 đường dây, làm ngừng hoạt động hay hư
hỏng các phần tử của hệ thống.
Trạm biến áp thường được 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 thường rất nhỏ. Tuy nhiên các đường 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 đường dây 220 kV Sê San 3A – Sê San 3 rất phức tạp,
chủ yếu là rừng núi có nhiều sườn dốc và vực sâu xen kẽ. Đường dây đi trên
địa phận của tỉnh Gia Lai, gần như 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 đường
dây thường bị sét đánh và chịu tác dụng của quá điện áp khí quyển.
Quá điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đường dây hoặc sét
đánh xuống mặt đất gần đó và gây nên quá điện áp cảm ứng trên đường dây.
Có thể thấy trường hợp đầu nguy hiểm hơn trường hợp sau rất nhiều vì đường

dây phải chịu toàn bộ năng lượng của phóng điện sét. Do đường dây cao áp
có mức cách điện khá lớn nên số lần phóng điện do sét cảm ứng nhỏ, và vì thế
khi tính toán người ta thường bỏ qua. Điều này dẫn đến việc kết quả tính toán
bị sai lệch, thông số đưa ra không chính xác.


7

Bên cạnh đó, chống sét van là thiết bị dùng để bảo vệ quá điện áp cảm
ứng nhưng việc nghiên cứu sử dụng chống sét van trên đường dây cao áp còn
nhiều hạn chế. Như chưa có số liệu tính toán cụ thể, chưa ứng dụng lý thuyết
mô hình điện hình học hay chưa lập đường cong thông số nguy hiểm…
Từ những lý do trên, luận văn này sẽ cung cấp số liệu tính toán một cách
cụ thể nhất có thể và từ đó đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả của
bảo vệ chống sét cho đường dây cao áp.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết mô hình điện hình học.
Nghiên cứu hiện tượng 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 đường dây vận hành an
toàn, cung cấp điện liên tục.
3. Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu:
Đường dây 220kV Sê San 3A - Sê San 3.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
1. Nghiên cứu lý thuyết mô hình điện hình học.
2. Tính toán góc α và ứng dụng để bảo vệ chống sét cho đường dây cao
áp.
3. Nghiên cứu hiện tượng quá điện áp khí quyển.
4. Nghiên cứu các trường hợp sét đánh vào đường dây cao áp có treo dây

chống sét.
5. Tính toán suất cắt điện đường dây 220kV Sê San 3A - Sê San 3.
4. Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở lý thuyết mô hình điện hình học, phạm vi bảo vệ của dây
chống sét, hiện tượng quá điện áp khí quyển và số liệu thực tế để tính toán,


8

phân tích các giải pháp được nêu ra.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
5.1. Ý nghĩa khoa học
1. Do đường dây cao áp có mức cách điện khá lớn nên số lần phóng điện
do sét cảm ứng nhỏ, vì thế khi tính toán người ta thường bỏ qua. Điều này dẫn
đến việc kết quả tính toán bị sai lệch, thông số đưa ra không chính xác. Và vì
thế luận văn này đi sâu nghiên cứu phần quá điện áp cảm ứng và sẽ cung cấp
số liệu tính toán một cách chính xác nhất có thể.
2. So sánh các giải pháp bảo vệ chống sét để giảm suất cắt trên đường
dây cao áp.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
1. Ứng dụng lý thuyết mô hình điện hình học để bảo vệ chống sét cho
đường dây. Cụ thể là tính toán góc bảo vệ α của dây chống sét, ứng dụng cho
đường dây cao áp 220kV Sê San 3A - Sê San 3 để loại trừ trường hợp sét
đánh trực tiếp vào đường dây.
2. 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. Kết cấu luận văn
Luận văn gồm 4 chương
Chương 1. Tổng quan về sét, hiện tượng quá điện áp và giới thiệu về
thiết bị chống sét.

Chương 2. Nghiên cứu lý thuyết mô hình điện hình học về bảo vệ chống
sét cho đường dây cao áp.
Chương 3. Nghiên cứu các trường hợp lắp chống sét van trên đường
dây cao áp để giảm suất cắt do quá điện áp khí quyển.
Chương 4. Tính toán hiệu quả lắp đặt chống sét van trên đường dây cao
áp 220kV Sê San 3A – Sê San 3.


9

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ SÉT, HIỆN TƯỢNG 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 không khí trong
không khí với khoảng cách rất lớn. Quá trình phóng điện của sét tương tự như
quá trình phóng điện tia lửa trong điện trường rất không đồng nhất với khoảng
cách phóng điện lớn. Chính sự tương tự đó đã cho phép mô phỏng sét trong
phòng thí nghiệm để nghiên cứu những quy luật của nó và nghiên cứu những
biện pháp bảo vệ chống sét.

Hình 1.2. Mô phỏng phóng điện sét với U = 50 kV bởi cuộn dây Tesla


10


Ban đầu xuất phát từ mây dông một dải sáng mờ kéo dài từng đợt gián
đoạn về phía mặt đất với tốc độ trung bình khoảng 105 106 m/s . Đây là
giai đoạn phóng điện tiên đạo từng đợt được gọi là tiên đạo bậc. Kênh tiên
đạo là một dòng plasma mật độ điện tích không cao lắm, khoảng 10 13  1014
ion/m3. Một phần điện tích âm của mây dông tràn vào kênh và phân bố tương
đối đều dọc theo chiều dài của nó (Hình 1.3a).

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
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
1µs, tương ứng tia tiên đạo dài thêm trung bình được khoảng vài chục mét
đến bốn năm chục mét. Thời gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt liên tiếp
khoảng 30 ÷ 90 µs.
Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng Q = σ.L (với σ là
mật độ điện tích và L là chiều dài kênh). Điện tích này thường chiếm khoảng
10% lượng diện tích chạy vào đất trong một lần phóng điện sét. Dưới tác



11

dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của các đám mây dông và điện tích
trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu (thường là điện tích
dương) trên vùng mặt đất phía dưới đám mây dông. Nếu vùng đất phía dưới
bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích cảm ứng tập trung sẽ
nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo. Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khác
nhau thì điện tích sẽ tập trung chủ yếu ở vùng kế cận, nới có điện dẫn cao và
nơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét.
Cường độ điện trường ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát
triển của nó (trong mây dông), được xác định bởi điện tích bản thân của kênh
và của điện tích tích tụ ở đám mây. Đường đi của kênh tiên đạo này không
phụ thuộc vào tình trạng của mặt đất và các vật thể ở mặt đất. Chỉ khi kênh
tiên đạo còn cách mặt đất một độ cao nào đó thì mới thấy rõ dần ảnh hưởng
của tập trung điện tích ở mặt đất và ở các vật thể dẫn điện nhô khỏi mặt đất
đối với hướng phát triển tiếp tục của kênh. Kênh sẽ phát triển theo hướng có
cường độ điện trường lớn nhất. Như vậy, vị trí đổ bộ của sét mang tính chọn
lọc. Nên trong kỹ thuật người ta lợi dụng tính chọn lọc này để bảo vệ chống
sét đánh thẳng cho các công trình bằng cách dùng các thanh hoặc dây thu sét
bằng kim loại được nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần bảo vệ để hướng
sét phóng vào đó, hạn chế khả năng sét đánh vào công trình.
Ở những nơi vật dẫn có độ cao (nhà chọc trời, cột ăng ten) thì từ đỉnh
của nó nơi điện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện ion
hóa tạo nên dòng tiên đạo phát triển hướng lên đám mây dông. Chiều dài của
kênh tiên đạo từ dưới lên mây tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện
dễ dàng cho sự định hướng của sét đánh vào vật dẫn đó.
Khi kênh tiên đạo xuất phát từ mây dông tiếp cận mặt đất hay tiếp cận
kênh tiên đạo ngược chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngược lại hay
phóng điện chủ yếu, tương tự như các quá trình phóng điện ngược trong chất

khí ở điện trường không đồng nhất (Hình 1.3b). Trong khoảng cách khí còn


12

lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất cường độ điện trường tăng cao gây nên
ion hóa mãnh liệt dẫn đến sự hình thành một dòng plasma mật độ điện tích
1016 ÷ 1019 ion/m3 cao hơn nhiều so với mật độ điện tích của tia tiên đạo, điện
dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần, điện tích cảm ứng từ mặt đất tràn ngược và
thực tế đầu dòng mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu dòng
tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng plasma điện dẫn cao tiếp
tục phát triển ngược lên trên theo đường chọn sẵn của kênh tiên đạo. Tốc độ
phát triển của kênh của kênh phóng ngược rất cao vào khoảng 1,5x1017 ÷
1,5x108 m/s (bằng 0,05 ÷ 0,5 vận tốc ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần
tốc độ phát triển của tiên đạo hướng xuống. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng
mãnh liệt nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói (gọi là chớp) và sự giản nỡ đột
ngột của không khí bao quanh phóng điện chủ yếu tạo nên những đợt sóng âm
mãnh liệt gây nên những tiếng nổ chát chúa (gọi là sấm). Đặc điểm quan trọng
nhất của phóng điện chủ yếu là cường độ dòng điện lớn. Nếu ν là tốc độ của
phóng điên và σ là mật độ điện tích thì dòng sét sẽ đạt giá trị cao nhất khi kênh
phóng điện chủ yếu lên đến đám mây dông và bằng: i s = σ. ν (Hình 1.3c). Khi
kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mấy thì số điện tích còn lại của mây sẽ
theo kênh phóng điện chạy xuống đất và cũng tạo nên ở chỗ sét đánh một
dòng điện có trị số nhất định giảm nhanh tương ứng với phần đuôi sóng (Hình
1.3d).
Kết quả quan trắc sét cho thấy rằng, một cơn sét thường gồm nhiều lần
phóng điện kế tiếp nhau, trung bình là ba lần, nhiều nhất có thể đến vài ba
chục lần. Thời gian giữa các lần phóng điện kế tiếp nhau trung bình khoảng
30 ÷ 50 ms, nhưng có thể kéo dài đến 0,1s nếu có dòng không đổi trong giai
đoạn kết thúc. Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển liên tục

(không phải từng đợt như lần đầu), không phân nhánh và theo đúng quĩ đạo
của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn 2x10 6 m/s, thường gọi là tiên đạo hình


13

kim cũng còn có tên gọi là tiên đạo hình mũi tên. Mỗi lần phóng điện tạo nên
một xung dòng sét. Các xung sét sau thường có biên độ bé hơn, nhưng độ dốc
đầu sóng cao hơn nhiều so với xung đầu tiên. Một cơn sét có thể kéo dài đến
1,33s.
Sự phóng điện nhiều lần của sét được giải thích như sau: đám mây dông
có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các dòng không
khí xoáy trong mây. Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất và
trung tâm điện tích có cường độ điện trường cao nhất.
Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu thế của trung tâm điện tích
này với các trung tâm điện tích khác kế cận thực tế không thay đổi đáng kể và
ít có ảnh hưởng qua lại giữa chúng. Nhưng khi kênh phóng điện chủ yếu đã
lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điện
thế của đất làm cho hiệu thế giữa trung tâm điện tích đã phóng với các trung
tâm điện tích lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa chúng với
nhau. Quá trình này xảy ra rất nhanh. Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ
vẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn, nên phóng điện
tiên đạo lần sau theo đúng quĩ đạo đó, liên tục và với tốc độ cao hơn lần đầu.
Phóng điện sét cũng có thể xảy ra giữa các đám mây mang điện tích khác
nhau hoặc giữa các trung tâm điện tích của một đám mây lưỡng cực, tuy
nhiên quá điện áp trong hệ thống điện, hỏa hoạn hoặc hư hỏng các công trình
trên mặt đất chỉ xảy ra khi có phóng điện sét về phía mặt đất. Vì vậy, ở đây
chỉ xét đến sét giữa mây dông và mặt đất cùng tác hại của nó đối với hệ thống
điện. Sét mây - đất cũng có thể xảy ra với tiên đạo mang điện tích dương xuất
phát từ phần mang điện tích dương của đám mây, nhưng rất hiếm thấy. Loại

sét dương này chỉ có một xung duy nhất, có biên độ dòng và tổng điện tích rất
lớn, thời gian sóng kéo dài. Tác dụng phá hoại của nó rất lớn, đặc biệt là hiệu
ứng nhiệt của nó.
1.1.2. Các tham số chủ yếu của sét


14

Hình 1.4. Dạng sóng dòng điện sét
Dòng điện sét như 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 µs,
tạo nên phần đuôi sóng.
Sự lan truyền sóng điện từ tạo nên bởi dòng 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 dòng điện sét là giá trị lớn nhất của dòng điện sét. Biên độ
dòng sét không vượt quá 200 ÷ 300 kA.
- Độ dốc đầu sóng dòng điện sét hoặc thời gian đầu sóng τđs là thời gian
mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại trong khoảng từ 1 ÷ 100 µs với tia
tiên đạo đầu tiên và (5÷50) µs với các tia sét lặp lại.
- Độ dài sóng dòng điện sét τs là thời gian từ đầu dòng sét cho đến khi
dòng sét giảm còn bằng 1/2 biên độ trong khoảng từ 20 ÷ 350 µs với các tia
sét đầu tiên và 5÷50 µs với các tia sét lặp lại.
- Tốc độ tăng dòng di/dt có thể đạt tới 70 kA/µs đối với tia sét đầu tiên
và vượt quá 200 kA/µs với các tia sét tiếp theo.
- Cực tính dòng điện sét.


15


Ngoài ra, phải biết cường độ hoạt động trung bình của sét tức là số ngày
có dông sét trung bình hoặc tổng số giờ có dông 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
Dòng điện sét có trị số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu lên đến
trung tâm điện tích của đám mây dông. Nếu nơi bị sét đánh có nối đất tốt,
điện trở nối đất không đáng kể, thì trị số lớn nhất của dòng điện sét, như đã
trình bày ở trên, bằng dòng điện i s=σ.υ. Nhưng nếu điện trở nối đất của vật bị
sét đánh có một trị số R nào đó thì dòng điện sét qua vật đó sẽ giảm theo quan
is = s.u.

z0
z0 + R

hệ
với z0 là tổng trở sóng của khe sét, có trị số trong khoảng 200 ÷ 500 Ω.
Như vậy, nếu điện trở nối đất R thay đổi từ 0 ÷ 30Ω thì dòng điện qua
vật bị sét đánh chỉ giảm khoảng 10%. Điện trở nối đất của cột và dây thu sét
trong hệ thống điện thường ít khi quá 20 ÷ 30Ω, nên trong tính toán 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, nhưng phần
lớn thường dưới 50kVA và rất hiếm khi vượt quá 100kA.
Trong tính toán chống có thể dùng quy luật phân bố xác suất biên độ
chống sét gần đúng sau, cho vùng đồng bằng:

uis = e-is /26 = 10-is /60
ln uis =
tức

với

uis

- is
-i
hay lg uis = s
26
60

là xác suất xuất hiện dòng điện sét có biên độ bằng hoặc lớn hơn is.


16

Ở những vùng đồi núi, biên độ dòng điện sét thường 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 còn bé hơn. Nói một cách khác, ở đây xác suất xuất
hiện dòng điện sét có biên độ lớn thấp hơn.
uis = 10

- is
30

hay lg uis =

- is
30


Hình 1.5. Xác suất phân bố dòng sét có biên độ bằng và lớn hơn is
b. Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện của nó
Để đo độ dốc dòng điện sét, người ta thường dùng một khung bằng dây
dẫn treo cạnh cột thu sét. Các đầu dây của khung nối và một hoa điện kế để
đo biện độ của điện áp.
Độ dốc đầu sóng dòng điện sét cũng thay đổi trong một phạm vi rộng và
cũng được cho dưới dạng đường cong xác suất. Thường dùng đường cong
thực nghiệm sau.
Cho vùng đồng bằng:
ua = e

-a
15,7

ln ua =

Hay

-a

=10 36

- a
;
15, 7

lg ua =

- a
36



17

Trong đó υa là xác suất xuất hiện dòng điện sét có độ dốc đầu sóng dòng
điện bằng và lớn hơn a.
Ở những vùng núi cao, xác suất xuất hiện dòng điện sét có cùng độ dốc
đầu sóng thường thấp hơn và có thể xác định theo:
ua = 10

- a
18

=e

- a
7,82

Kết quả đo đạc cho thấy phần lớn sóng dòng điện sét có thời gian đầu
sóng từ
τđs = 1 ÷ 10 µs thường gặp là từ 1 ÷ 4µs và độ dài sóng trong khoảng τ s = 20 ÷
100 µs. Trong tính toán thiết kế thường lấy thời gian đầu sóng τ đs = 1,2 µs và
độ dài sóng trung bình là 50 µs tương ứng với dạng sóng chuẩn.

Hình 1.6. Đường cong xác suất độ dốc đầu sóng dòng sét
c. Cường độ hoạt động của sét – mật độ sét
Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày trung bình có
dòng điện sét hàng năm hoặc tổng số giờ trung bình có dông sét hằng năm.
Cường độ hoạt động của sét rất khác nhau ở các vùng khí hậu khác nhau.
Khuynh hướng chung là cường độ hoạt động của sét tăng dàn từ các miền địa

cực đến miền nhiệt đới xích đạo, nơi có độ ẩm không 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 nước, số ngày sét hàng năm ở các vùng
nam, bắc cực vào khoảng 2 ÷ 3, vùng ôn đới khoảng 30 ÷ 50, vùng nhiệt đới
khoảng 75 ÷ 100 và vùng xích đạo khoảng 100 ÷ 150.


18

Tuy nhiên khuynh hướng trên cùng không phải là tuyệt đối. Thực tế
ngay trong cùng một miền khí hậu, cường độ hoạt động của sét cũng có thể
khác nhau nhiều, do các điều kiện khí tượng thuỷ văn địa chất của từng khu
vực tiểu khó 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 (1km2) trong một ngày sét hoặc trong một giờ sét. Số liệu này cũng thay
đổi theo vùng lãnh thổ.
d. Cực tính của sét
Số liệu quan trắc sét ở nhiều nước trong nhiều năm cho thấy, sóng dòng
điện sét mang cực tính âm xuất hiện thường xuyên hơn và chiếm khoảng
80 ÷ 90% toàn bộ số lần phóng điện sét.
1.1.3. Tình hình dông sét ở Việt Nam
Việt Nam là một nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, mưa
nhiều, cường độ hoạt động của dông sét rất mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều
tác hại đến đời sống con người, gây hư hỏng công 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 dông
Dông có khả năng xuất hiện hầu như quanh năm ở các vùng, tuy nhiên
thời kỳ tập trung nhất là mùa mưa hay còn gọi là mùa dông. 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 dông cực đại thường
vào tháng 4 còn những tháng ít dông là tháng 1, 6, 7.
- Vùng ven biển Trung Bộ, biến trình năm của dông có đến 2 cực đại.
Cực đại chính là tháng 7-9, cực đại còn lại là tháng 5. Các tháng 6, 7 có số
ngày dông giảm đáng kể.


19

- Khu vực Tây Nguyên, biến trình năm của dông cũng có đến 2 cực đại.
Cực đại chính tập trung vào tháng 5, cực đại còn lại là tháng 9. Tháng 6-8 có
số ngày dông giảm đi một nửa so với tháng 5 và tháng 9.
- Phía Nam Bộ, biến trình của dông cũng tương tự như 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 dông vẫn còn 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 dông hằng năm, qua xử lý,
tính toán đã phân ra được năm vùng đặc trưng về cường độ hoạt động dông
sét trên toàn quốc như 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.
Bảng 1.1. Cường độ hoạt động dông sét tại các khu vực
Khu vực

Đồng bằng
ven biển
miền Bắc
Miền núi
trung du
miền Bắc
Miền núi
trung du
miền Trung
Ven biển
miền Trung
Đồng bằng
miền Nam

Ngày dông sét
Giờ dông sét
Mật độ sét
trung bình
Tháng dông
trung bình
trung bình
nngs
sét cực đại
(giờ/năm)
(lần/km2.năm)
(ngày/năm)
51,1

219,1


6,47

8

61,6

215,6

6,33

7

47,6

95,2

3,31

5, 8

44,0

89,32

3,55

5, 8

60,1


126,21

5,37

5, 9


20

Xuất phát từ các số liệu về ngày giờ dông trong năm đối với năm khu
vực lãnh thổ Việt Nam, có thể tính toán đưa ra các giá trị dự kiến về mật độ
phóng điện xuống đất cho các khu vực như sau:
Bảng 1.2. Trị số dự kiến mật độ sét theo khu vực
Số ngày
dông
20 – 40
40 – 60
60 – 80
80 – 100
100 - 120

Đồng bằng
Miền núi
Miền núi
ven biển
trung du
trung du
miền Bắc
miền Bắc miền Trung
2,43 – 4,86

2,1 – 4,2
1,2 – 2,4
4,86 – 7,29
4,2 – 6,3
2,4 – 3,6
7,29 – 9,72
6,3 – 8,4
3,6 – 4,8
9,72 – 12,16 8,4 – 10,5
4,8 – 6,0
12,16 – 14,58 10,5 – 12,6 6,0 – 7,2

Ven biển
miền
Trung
1,22 – 2,44
2,44 – 3,65
3,65 – 4,87
4,87 – 6,09
6,09 – 7,31

Đồng bằng
miền Nam
1,26 – 2,52
2,52 – 3,78
3,78 – 5,04
5,04 – 6,3
6,3 – 7,56



21

» Nhận xét:
Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc: cường độ hoạt dộng dông sét
mạnh nhất. Những tháng có nhiều dông sét từ tháng 5 đến tháng 9, cực đại là
tháng 8. Trung bình một ngày sét kéo dài 4,05 giờ.
Khu vực miền núi trung du miền Bắc: là khu vực có cường độ hoạt động
dông sét mạnh, những tháng có nhiều dông 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 dông sét thất thường, mùa sét thường 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 dông trung bình trong ngày dông của khu vực này là 2 giờ.
Khu vực ven biển miền Trung: là khu vực có đặc điểm hoạt dộng dông
sét gần giống như khu vực cao nguyên miền Trung. Tuy nhiên mức độ hoạt
động dông sét tăng dần vào cuối mùa sét. Giờ dông trung bình trong ngày
dông của khu vực này là 2,03 giờ.
Khu vực đồng bằng miền Nam: là khu vực có số ngày dông lớn. Tuy
nhiên giờ dông trong ngày dông thường ngắn hơn. Thời gian giờ dông kéo dài
trung bình là 2,1 giờ.


22

Hình 1.7. Bản đồ mật độ sét trung bình năm của Việt Nam
Ghi chú: Bảng 1.3, Bảng 1.4 và Hình 1.1 do Viện Vật Lý Địa Cầu cung cấp.


23


1.1.4. Ảnh hưởng của dông sét đến lưới điện Việt Nam
Một trong những nỗi lo lớn nhất của lĩnh vực truyền tải điện là lưới điện
bị sét đánh. Đây là sự cố do thiên nhiên, nằm ngoài tầm kiểm soát của con
người nên việc ngăn ngừa không đơn giản.
Theo kết quả thông kế về tình hình sự cố trên lưới điện miền Bắc từ năm
2000-2012 của Công ty Truyền tải điện 1(PTC1) cho thấy, tần suất sự cố do
sét ngày càng tăng, cường độ dòng sét ngày mạnh theo quy mô phát triển của
lưới 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, đường dây mua điện
Trung Quốc mạch 1 xảy ra 56 sự cố thì có tới 53 vụ do sét đánh. Đường dây
mua điện Trung Quốc mạch 2 có tới 120/132 sự cố do sét. Đường dây Tràng
Bạch - Hoành Bồ cũng có 35 vụ sự cố do sét. Đường dây Uông Bí - Tràng
Bạch có 14/15 lần vụ sự cố do sét. Hậu quả là phải ngừng cung cấp điện, ảnh
hưởng 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 lưới do sét có chiều hướng tăng so với năm 2011. Riêng năm 2012, có
85/101 vụ sự cố đường dây do sét(chiếm 84,1%); 8/25 sự cố trạm biến áp do
sét đánh(chiếm 32%). Đường dây 500kV Sơn La - Hiệp Hòa đưa vào vận
hành chưa được 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 tượng các sợi nối
đất quấn quanh trụ móng, đế móng; độ chôn sâu sợi nối đất chưa đạt yêu cầu,
hướng đi sợi tiếp địa đi sát nhau, không đúng thiết kế, đè lên nhau dẫn đến
phóng điện ngược và hiệu quả tản sét kém. Một số sợi có trị số điện trở nối
đất cao, hoặc thấp bất thường; một số vị trí cột nằm ở khu vực có phèn chua,
hóa chất, độ ăn mòn cao nên bị đứt hoặc bào mòn theo thời gian; một số vị trí
cột cao hơn 40m chưa đáp ứng trị số điện trở theo quy phạm.



24

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 đường dây bị sét đánh
nhiều ở các khu vực truyền tải điện Quảng Ninh, Thái Nguyên, Tây Bắc.
Đặc biệt, phương 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 đường dây.
Hiện, PCT1 đang đề nghị tính toán lại một số thông số như thiết kế tiếp
địa của đường dây, khoảng cách khe hở phóng điện của chuỗi sứ cách điện ở
đường dây 500 kV Sơn La – Hiệp Hòa để có phương án giảm thiểu sự cố.
Xem xét qui định nghiệm thu các mối nối, khóa ép đường dây 220kV, 500kV.
Ngoài ra, PTC1 đã lắp thử nghiệm chống sét van trên ba tuyến:
- Đường 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.
- Đường dây Uông Bí – Tràng Bạch lắp 57 bộ chống sét van.
- Đường 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 chưa có ví trí
nào xảy ra sự cố mặc dù số lần nhảy của chống sét van ghi lại được rất nhiều.
1.2. HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN
Đường dây là phần tử dài nhất trong hệ thống điện, đi qua nhiều địa hình
phức tạp nên thường bị sét đánh gây nên quá điện áp gọi là quá điện áp khí
quyển.
Quá điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đường dây hoặc sét

đánh xuống gần mặt đất và gây nên quá điện áp cảm ứng trên đường dây, có
thể gây ra phóng điện trên cách điện đường dây dẫn đến ngắn mạch buộc phải


25

cắt điện. Có thể thấy trường hợp đầu nguy hiểm nhất vì đường dây phải chịu
toàn bộ năng lượng của dòng điện sét.
Vì trị số của quá điện áp khí quyển rất lớn nên không thể chọn mức cách
điện đường dây đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉ
được chọn theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật. Do đó yêu cầu đối với
bảo vệ chống sét đường dây không phải là loại trừ hoàn toàn khả năng sự cố
do sét đánh mà chỉ giảm số lần sự cố do sét tới một giới hạn hợp lý (xuất phát
từ yêu cầu và sơ đồ cung cấp điện của phụ tải, số lần cắt dòng điện ngắn mạch
cho phép của máy cắt điện, đường dây có hay không có thiết bị tự động đóng
lại, v.v...). Tức là phải tìm phương thức bảo vệ đường dây sao cho số lần cắt
điện do sét đánh gây ra là thấp nhất, trên cơ sở đó xác định phương hướng và
biện pháp giảm số lần cắt điện của đường dây nói chung và một số đường dây
cụ thể nói riêng.
Trong tính toán bảo vệ chống sét hiện nay, người ta tính suất cắt đường
dây do sét đánh tức là số lần cắt điện đường dây do sét đánh gây ra sự cố
trong một năm cho chiều dài đường dây L = 100 km, trên cơ sở đó người ta
tính suất cắt của một số đường dây điển hình được xem là hợp lý, so sánh trị
số suất cắt của đường dây đang thiết kế với các đường dây điển hình này cho
phép ta đánh giá về mức độ bảo vệ chống sét của các đường dây.
1.3. 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 được đặt ra từ những năm cuối của
1800. Ban đầu là những hư hỏng của các đường dây trên không do bị sét
đánh, các thiết bị bảo vệ chống sét liên tục được cải thiện về thiết kế, công

nghệ cũng như định mức làm việc.
Sau đây là một vài mốc thời gian trong quá trình phát triển công nghệ
chế tạo chống sét:
- 1990: Khe hở phóng điện (Sparl air gap arrester).
- Thập niên 1920: Chống sét ống (Expulsion gas arrester).