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

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.

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

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

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và Phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

6 Kết cấu luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SÉT, HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ SÉT 4

1.1.1 Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét 4

1.1.2 Các tham số chủ yếu của sét 9

1.1.3 Tình hình dông sét ở Việt Nam 13

1.1.4 Ảnh hưởng của dông sét đến lưới điện Việt Nam 18

1.2 HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 19

1.3 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT 20

1.3.1 Lịch sử hình thành và phát triển 20

1.3.2 Tổng quan về chống sét van đường dây trên không 21

1.3.3 Các đặc điểm cơ bản của chống sét van sử dụng cho đường dây trên không 24

1.3.4 Phương pháp lựa chọn chống sét van không khe hở để bảo vệ đường dây cao áp trên không 25

1.3.5 Các vị trí lắp đặt chống sét van 26

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT MÔ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC VỀ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP

2.3.1 Sơ lược về dây chống sét 28

2.3.2 Trường hợp sét đánh dây dẫn khi treo dây chống sét trên đường dây 34

2.3.3 Xác định góc bảo vệ α của dây chống sét 34

2.3.4 Xác định số lần sét đánh vào dây chống sét 35

2.3.5 Phân bố giữa số lần sét đánh đỉnh cột và số lần sét đánh vào khoảng vượt 37

2.3.6 Xác định góc bảo vệ α theo mô hình điện hình học 39

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 41

3.1 SÉT ĐÁNH VÀO ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP CÓ TREO DÂY CHỐNG SÉT 41

3.1.1 Suất cắt điện đường dây khi không lắp chống sét van 45

3.1.2 Suất cắt điện đường dây khi lắp chống sét van trên một pha 49

3.1.3 Suất cắt điện đường dây khi lắp chống sét van trên hai pha 62

3.2 KẾT LUẬN 62

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ LẮP ĐẶT CHỐNG SÉT VAN TRÊN ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP 220KV SÊ SAN 3A - SÊ SAN 3 63

4.1 TỔNG QUAN TUYẾN ĐƯỜNG DÂY 63

4.1.1 Thông số kỹ thuật tuyến đường dây 63

4.2 TÍNH TOÁN CHI TIẾT 67

4.2.1 Tính toán góc α để bảo vệ cho đường dây 67

4.2.2 Suất cắt điện đường dây khi không lắp chống sét van 66

4.3 SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT 92

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

1.1 Cường độ hoạt động dông sét tại các khu vực 15

Bookmar

k not defined.

Nam

Error! Bookmar

k not defined.

1.1 Phóng điện sét trong tự nhiên 4

Tesla

4

sét theo thời gian

5

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đất nước đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa và ngànhđiện luôn giữ một vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế quốcdân 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 bảoliên tục, có chất lượng tốt và độ tin cậy cao Xuất phát từ thực tế đó, việc đảmbảo 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 nguyênnhân chủ yếu gây ra các sự cố trên đường dây, làm ngừng hoạt động hay hưhỏng các phần tử của hệ thống

Trạm biến áp thường được bảo vệ chống sóng quá điện áp, chống sétđánh trực tiếp do vậy sự cố sét đánh trực tiếp hay do sóng truyền vào trạmbiến áp thường rất nhỏ Tuy nhiên các đường dây tải điện là phần tử có chiềudài lớn nhất trong hệ thống lại đi qua nhiều địa hình phức tạp khác nhau Cụthể 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 trênđịa phận của tỉnh Gia Lai, gần như toàn tuyến cắt qua rừng già hoặc rừng tái

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 sétđánh 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 đườngdây 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 thếkhi 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

Bên cạnh đó, chống sét van là thiết bị dùng để bảo vệ quá điện áp cảmứng nhưng việc nghiên cứu sử dụng chống sét van trên đường dây cao áp cònnhiều 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 củabảo 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 antoàn, 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 caoáp

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 dâychống 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 dâychống sét, hiện tượng quá điện áp khí quyển và số liệu thực tế để tính toán,

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 dẫnđến việc kết quả tính toán bị sai lệch, thông số đưa ra không chính xác Và vìthế luận văn này đi sâu nghiên cứu phần quá điện áp cảm ứng và sẽ cung cấp

2 Đề xuất các giải pháp bảo vệ chống sét tốt nhất để đảm bảo yêu cầukinh 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 vềthiết bị chống sét

Chương 2 Nghiên cứu lý thuyết mô hình điện hình học về bảo vệ chốngsét cho đường dây cao áp

Chương 3 Nghiên cứu các trường hợp lắp chống sét van trên đườngdây 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

CHƯƠNG 1TỔNG 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 trongkhông khí với khoảng cách rất lớn Quá trình phóng điện của sét tương tự nhưquá trình phóng điện tia lửa trong điện trường rất không đồng nhất với khoảngcách phóng điện lớn Chính sự tương tự đó đã cho phép mô phỏng sét trongphòng thí nghiệm để nghiên cứu những quy luật của nó và nghiên cứu nhữngbiện pháp bảo vệ chống sét

Hình 1.2 Mô 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 giánđoạn về phía mặt đất với tốc độ trung bình khoảng 105 1010 6 m/s Đây là giaiđoạn phóng điện tiên đạo từng đợt được gọi là tiên đạo bậc Kênh tiên đạo làmột dòng plasma mật độ điện tích không cao lắm, khoảng 1013 10 14 ion/m3.Một phần điện tích âm của mây dông tràn vào kênh và phân bố tương đối đềudọc 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 khoảng1s, tương ứng tia tiên đạo dài thêm trung bình được khoảng vài chục métđến bốn năm chục mét Thời gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt liên tiếpkhoảng 30  90 s

Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng Q = .L (với làmật độ điện tích và L là chiều dài kênh) Điện tích này thường chiếm khoảng10% lượng diện tích chạy vào đất trong một lần phóng điện sét Dưới tácdụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của các đám mây dông và điện tíchtrong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu (thường là điện tíchdương) trên vùng mặt đất phía dưới đám mây dông Nếu vùng đất phía dướibằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích cảm ứng tập trung sẽnằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khácnhau thì điện tích sẽ tập trung chủ yếu ở vùng kế cận, nới có điện dẫn cao vànơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét.

Cường độ điện trường ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn pháttriển 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 khôngphụ thuộc vào tình trạng của mặt đất và các vật thể ở mặt đất Chỉ khi kênhtiên đạo còn cách mặt đất một độ cao nào đó thì mới thấy rõ dần ảnh hưởngcủa tập trung điện tích ở mặt đất và ở các vật thể dẫn điện nhô khỏi mặt đấtđối với hướng phát triển tiếp tục của kênh Kênh sẽ phát triển theo hướng cócường độ điện trường lớn nhất Như vậy, vị trí đổ bộ của sét mang tính chọnlọc Nên trong kỹ thuật người ta lợi dụng tính chọn lọc này để bảo vệ chốngsét đánh thẳng cho các công trình bằng cách dùng các thanh hoặc dây thu sétbằng kim loại được nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần bảo vệ để hướngsét 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 đỉnhcủa nó nơi điện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện ionhóa tạo nên dòng tiên đạo phát triển hướng lên đám mây dông Chiều dài củakênh 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 cậnkênh tiên đạo ngược chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngược lại hayphóng điện chủ yếu, tương tự như các quá trình phóng điện ngược trong chấtkhí ở điện trường không đồng nhất (Hình 1.3b) Trong khoảng cách khí cònlại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất cường độ điện trường tăng cao gây nênion 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, điệndẫn của nó tăng lên hàng trăm lần, điện tích cảm ứng từ mặt đất tràn ngược vàthực tế đầu dòng mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu dòngtăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng plasma điện dẫn cao tiếptục phát triển ngược lên trên theo đường chọn sẵn của kênh tiên đạo Tốc độ

lần tốc độ phát triển của tiên đạo hướng xuống Vì mật độ điện tích cao đốtnóng 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 đợtsóng âm mãnh liệt gây nên những tiếng nổ chát chúa (gọi là sấm) Đặc điểmquan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cường độ dòng điện lớn Nếu  làtốc độ của phóng điên và  là mật độ điện tích thì dòng sét sẽ đạt giá trị caonhất khi kênh phóng điện chủ yếu lên đến đám mây dông và bằng: is =

.(Hình 1.3c) Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mấy thì số điệntích 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 vớiphần đuôi sóng (Hình 1.3d)

Kết quả quan trắc sét cho thấy rằng, một cơn sét thường gồm nhiều lầnphóng điện kế tiếp nhau, trung bình là ba lần, nhiều nhất có thể đến vài bachục 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 giaiđoạn 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

kim cũng còn có tên gọi là tiên đạo hình mũi tên Mỗi lần phóng điện tạo nênmột xung dòng sét Các xung sét sau thường có biên độ bé hơn, nhưng độ dốcđầu sóng cao hơn nhiều so với xung đầu tiên Một cơn sét có thể kéo dài đến1,33s

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 khôngkhí xoáy trong mây Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất vàtrung tâm điện tích có cường độ điện trường cao nhất

Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu thế của trung tâm điện tíchnày 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 đãlên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điệnthế của đất làm cho hiệu thế giữa trung tâm điện tích đã phóng với các trungtâm điện tích lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa chúng vớinhau Quá trình này xảy ra rất nhanh Trong khi đó thì kênh phóng điện cũvẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn, nên phóng điệntiên 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 khácnhau hoặc giữa các trung tâm điện tích của một đám mây lưỡng cực, tuynhiên quá điện áp trong hệ thống điện, hỏa hoạn hoặc hư hỏng các công trìnhtrên mặt đất chỉ xảy ra khi có phóng điện sét về phía mặt đất Vì vậy, ở đâychỉ xét đến sét giữa mây dông và mặt đất cùng tác hại của nó đối với hệ thốngđiện 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 Loạisét dương này chỉ có một xung duy nhất, có biên độ dòng và tổng điện tích rấtlớn, thời gian sóng kéo dài Tác dụng phá hoại của nó rất lớn, đặc biệt là hiệuứng nhiệt của nó.

1.1.2 Các tham số chủ yếu của sét

Hình 1.4 Dạng sóng dòng điện sét

Dòng điện sét như Hình 1.4, có dạng một sóng xung Trung bình trongkhoảng vài ba micro giây, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nênphần đầu sóng và sau đó giảm xuống chầm chậm trong khoảng 20  100 s,tạo nên phần đuôi sóng

Sự lan truyền sóng điện từ tạo nên bởi dòng điện sét gây nên quá điện áptrong 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 độdòng sét không vượt quá 200  300 kA

mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại trong khoảng từ 1  100 s với tiatiên đạo đầu tiên và (550) s với các tia sét lặp lại

- Độ dài sóng dòng điện sét s là thời gian từ đầu dòng sét cho đến khidòng sét giảm còn bằng 1/2 biên độ trong khoảng từ 20  350 s với các tiasét đầu tiên và 550 s với các tia sét lặp lại.

- Tốc độ tăng dòng di/dt có thể đạt tới 70 kA/s đối với tia sét đầu tiên

và vượt quá 200 kA/s với các tia sét tiếp theo

- Cực tính dòng điện sét

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

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 đếntrung 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

sét đánh có một trị số R nào đó thì dòng điện sét qua vật đó sẽ giảm theo quan

hệ

0 s

Như vậy, nếu điện trở nối đất R thay đổi từ 0 ÷ 30Ω thì dòng điện quavật bị sét đánh chỉ giảm khoảng 10% Điện trở nối đất của cột và dây thu séttrong hệ thống điện thường ít khi quá 20 ÷ 30Ω, nên trong tính toán có thể lấygần 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 điệnsét biến thiên trong phạm vi rất rộng, từ vài kA đến vài trăm kA, nhưng phầnlớn thường dưới 50kVA và rất hiếm khi vượt quá 100kA

Trong tính toán chống có thể dùng quy luật phân bố xác suất biên độchống sét gần đúng sau, cho vùng đồng bằng:

s s s

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 thường bé hơn so vớinhững vùng đồng bằng khoảng vài lần, do khoảng cách từ đất đến các đámmây dông ngắn hơn nên phóng điện sét đã có thể xảy ra, ngay khi mật độ điệntích của các đám mây còn bé hơn Nói một cách khác, ở đây xác suất xuấthiện dòng điện sét có biên độ lớn thấp hơn

s

i

s 30

Hình 1.5 Xác suất phân bố dòng sét có biên độ bằng và lớn hơn i s

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 dâydẫn 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 vàcũng được cho dưới dạng đường cong xác suất Thường dùng đường congthực nghiệm sau.

-

Kết quả đo đạc cho thấy phần lớn sóng dòng điện sét có thời gian đầusóng từ

τđs = 1 ÷ 10 µs thường gặp là từ 1 ÷ 4µs và độ dài sóng trong khoảng τs = 20 ÷

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 códòng 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 địacực đến miền nhiệt đới xích đạo, nơi có độ ẩm không khí và nhiệt độ caohơn, 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 vùngnam, bắc cực vào khoảng 2 ÷ 3, vùng ôn đới khoảng 30 ÷ 50, vùng nhiệt đớikhoảng 75 ÷ 100 và vùng xích đạo khoảng 100 ÷ 150

Tuy nhiên khuynh hướng trên cùng không phải là tuyệt đối Thực tếngay trong cùng một miền khí hậu, cường độ hoạt động của sét cũng có thểkhác nhau nhiều, do các điều kiện khí tượng thuỷ văn địa chất của từng khuvực tiểu khó hậu thay đổi phức tạp

Trên toàn bộ bề mặt quả đất trong mỗi giây xảy ra khoảng 100 lần phóngđiện 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

1.1.3 Tình hình dông sét ở Việt Nam

Việt Nam là một nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, mưanhiều, cường độ hoạt động của dông sét rất mạnh Thực tế sét đã gây nhiềutác hại đến đời sống con người, gây hư hỏng công trình, thiết bị và là mộttrong 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 nhiênthời 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 rasớm hơn Tháng 3 dông phát triển khá mạnh, số ngày dông cực đại thườngvào 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 sốngày dông giảm đáng kể

- 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 TâyNguyên 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 12trị 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 đánhxuống 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 dôngsét 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

Ngày dông sét trung bình

n ngs (ngày/năm)

Giờ dông sét trung bình (giờ/năm)

Mật độ sét trung bình (lần/km 2 năm)

Tháng dông sét cực đại

Bảng 1.2 Trị số dự kiến mật độ sét theo khu vực

Số ngày

dông

Đồng bằngven biểnmiền Bắc

Miền núitrung dumiền Bắc

Miền núitrung dumiền Trung

Ven biểnmiềnTrung

Đồng bằngmiền Nam

» Nhận xét:

Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc: cường độ hoạt dộng dông sétmạnh nhất Những tháng có nhiều dông sét từ tháng 5 đến tháng 9, cực đại làtháng 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 độngdông sét mạnh, những tháng có nhiều dông sét từ tháng 3 đến tháng 9, mạnhnhất là các tháng 5, 6, 7, 8 và cực đại là tháng 7 Khu vực này có thời gianmùa 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 trìnhhoạt 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 dôngsét gần giống như khu vực cao nguyên miền Trung Tuy nhiên mức độ hoạtđộng dông sét tăng dần vào cuối mùa sét Giờ dông trung bình trong ngàydông của khu vực này là 2,03 giờ

Khu vực đồng bằng miền Nam: là khu vực có số ngày dông lớn Tuynhiên giờ dông trong ngày dông thường ngắn hơn Thời gian giờ dông kéo dàitrung bình là 2,1 giờ

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.

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 conngười nên việc ngăn ngừa không đơn giản

Theo kết quả thông kế về tình hình sự cố trên lưới điện miền Bắc từ năm2000-2012 của Công ty Truyền tải điện 1(PTC1) cho thấy, tần suất sự cố dosét ngày càng tăng, cường độ dòng sét ngày mạnh theo quy mô phát triển củalưới điện Các sự cố tập trung chủ yếu ở phía vùng đồi núi Tây Bắc, TháiNguyên và Đông Bắc Cụ thể, giai đoạn 2006-2012, đường dây mua điệnTrung Quốc mạch 1 xảy ra 56 sự cố thì có tới 53 vụ do sét đánh Đường dâymua điện Trung Quốc mạch 2 có tới 120/132 sự cố do sét Đường dây TràngBạch - Hoành Bồ cũng có 35 vụ sự cố do sét Đường dây Uông Bí - TràngBạch có 14/15 lần vụ sự cố do sét Hậu quả là phải ngừng cung cấp điện, ảnhhưởng 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 cốtrên lưới do sét có chiều hướng tăng so với năm 2011 Riêng năm 2012, có85/101 vụ sự cố đường dây do sét(chiếm 84,1%); 8/25 sự cố trạm biến áp dosét đánh(chiếm 32%) Đường dây 500kV Sơn La - Hiệp Hòa đưa vào vậnhành 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 giảmthiểu sự cố do sét Điển hình nhất là giải pháp cải tạo hệ thống nối đất Tuynhiên, hạn chế của giải pháp này là: ở một số vị trí có hiện tượng các sợi nốiđất 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 đếnphóng điện ngược và hiệu quả tản sét kém Một số sợi có trị số điện trở nốiđất 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 trícột cao hơn 40m chưa 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 đóngthêm cọc, bổ sung than bùn, bổ sung đất có điện trở suất thấp nhỏ hơn 100mhoặc hóa chất giảm điện trở… Ngoài ra, năm 2011-2012, các đơn vị củaPTC1 đã lắp bổ sung trên 4.000 bát cách điện cho các đường dây bị sét đánhnhiều 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 dụngthử nghiệm trên 3 tuyến đường dây

Hiện, PCT1 đang đề nghị tính toán lại một số thông số như thiết kế tiếpđịa của đường dây, khoảng cách khe hở phóng điện của chuỗi sứ cách điện ởđường 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 trícột

Kết quả cho thấy tại những vị trí đã lắp chống sét van thì chưa có ví trínào 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 hìnhphức tạp nên thường bị sét đánh gây nên quá điện áp gọi là quá điện áp khíquyển

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, cóthể gây ra phóng điện trên cách điện đường dây dẫn đến ngắn mạch buộc phảicắt điện Có thể thấy trường hợp đầu nguy hiểm nhất vì đường dây phải chịutoàn bộ năng lượng của dòng điện sét.

Vì trị số của quá điện áp khí quyển rất lớn nên không thể chọn mức cáchđiện đường dây đáp ứng hoàn toàn yêu cầu của quá điện áp khí quyển mà chỉđược chọn theo mức độ hợp lý về kinh tế và kỹ thuật Do đó yêu cầu đối vớibảo 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 mạchcho phép của máy cắt điện, đường dây có hay không có thiết bị tự động đónglại, v.v ) Tức là phải tìm phương thức bảo vệ đường dây sao cho số lần cắtđiện do sét đánh gây ra là thấp nhất, trên cơ sở đó xác định phương hướng vàbiện 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 đườngdây do sét đánh tức là số lần cắt điện đường dây do sét đánh gây ra sự cốtrong một năm cho chiều dài đường dây L = 100 km, trên cơ sở đó người tatính 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 chophép 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 sétđánh, các thiết bị bảo vệ chống sét liên tục được cải thiện về thiết kế, côngnghệ cũng như định mức làm việc

Sau đây là một vài mốc thời gian trong quá trình phát triển công nghệchế tạo chống sét:

- 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 (Resistancegraded gapped silicon carbide)

- Thập niên 1970: Chống sét không khe hở Oxit kim loại ( Gapless metaloxide varistor MOV)

- Thập niên 1980: Chống sét MOV vỏ bọc polymer cho lưới 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 đường dây trên không

a Khái niệm

Phần chính của chống sét van là chuỗi khe hở phóng điện ghép nối tiếpvới các tấm điện trở không đường thẳng (điện trở làm việc) Điện trở khôngđường thẳng chế tạo bằng vật liệu vilit, có đặc điểm là có thể duy trì đượcmức điện áp dư tương đối ổn định khi dòng điện tăng

Sau khi tản dòng sét sẽ có dòng điện ngắn mạch duy trì bởi nguồn điện

áp xoay chiều (ngắn mạch qua điện trở làm việc) đi qua chống sét van, dòngnày gọi là dòng kế tục Khi cho tác dụng điện trở rất bé do đó dòng sét đượctản trong đất dễ dàng và nhanh chóng, ngược lại ở điện áp làm việc thì điệntrở tăng cao do đó hạn chế trị số dòng kế tục (thường không quá 80A) tạođiều kiện thuận lợi cho việc dập hồ quang ở chuỗi khe hở Chính do tính chấtcho qua dòng điện lớn khi điện áp lớn và ngăn dòng điện khi điện áp bé nênloại chống sét này được gọi là chống sét van Trị số điện áp cực đại ở tần sốcông nghiệp mà chống sét van có thể dập tắt hồ quang của dòng điện kế tục

gọi là điện áp dập hồ quang, đó là một trong các tham số chủ yếu của chốngsét van.

b Cấu tạo chống sét van đường dây

Có vài bộ phận cơ bản là chung cho tất cả các loại chống sét van đườngdây Tuy nhiên, mỗi chống sét van đường dây lại có một cấu hình khác nhau

và phải được thiết kế cho từng ứng dụng cụ thể Thậm chí trong một sốtrường hợp có thể cần tới vài cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí vàphương thức đấu nối chống sét Bộ phận kết nối và định hướng của chống sétphải được thiết kế cho từng vị trí lắp đặt cụ thể Tuy nhiên một chống sét vanđường dây có những thành phần cơ bản như sau:

- Kẹp máng: Bộ phận này giống như bộ phận nối dây dẫn với chuỗi cáchđiện

- Khớp nối mềm: Là bộ phận rất quan trọng quyết định tuổi thọ của chốngsét, 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 khớpnối mềm không phải dẫn dòng điện

- Thân chống sét: Thân của chống sét được thiết kế hàng loạt, phải xácđịnh rõ chống sét chỉ để dẫn xung sét hoặc cả xung sét và xung quá áp do thaotác đóng, cắt thiết bị gây nên

- Bộ phận ngắt khi sự cố: Trong trường hợp chống sét van bị sự cố, khi

đó chống sét van trở thành điểm ngắn mạch trên đường dây, bộ phận ngắt khi

sự cố sẽ hoạt động (tương 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 khôngbao giờ tiếp xúc với dây pha

Bên trong ống chứa hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trởphi tuyến Khe hở phóng điện bao gồm nhiều cặp khe hở ghép nối tiếp, mỗi

cặp khe hở được chế tạo bởi 2 đĩa đồng mỏng dập định hình Ở giữa là mộttấm 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 tròn ghép nối tiếp, nó có thể là Vilithoặc Tirit hoặc ZnO thường là Vilit.

Hình 1.8 Cấu tạo chống sét van đường dây

c Nguyên lý làm việc

Nguyên lý hoạt động của chống sét van chủ yếu phụ thuộc vào tính chấtcủa điện trở Vilit Khi điện áp đặt lên Vilit tăng cao thì giá trị điện trở của nógiảm và ngược lại khi điện áp giảm xuống thì điện trở sẽ tăng lên nhanhchóng Khi có quá điện áp đặt lên chống sét van, điện trở của chống sét vannhanh chóng hạ thấp xuống tạo điều kiện để tháo hết sóng sét qua nó xuốngđất, đến khi đặt lên chống sét van chỉ còn là điện áp mạng thì điện trở củachống sét van lại tăng lên rất lớn chấm dứt dòng kế tục vào thời điểm thíchhợp nhất Đồng thời trong khi tháo sét, điện áp dư trên chống sét van cũng cógiá trị nhỏ, điều này sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị được bảo vệ

Chống sét van có đặc tính tác động tương đối bằng phẳng nên chống sétvan không 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 được hiện tượng xuyên kích giữa cácvòng dây trong cùng một pha của các máy điện.

1.3.3 Các đặc điểm cơ bản của chống sét van sử dụng cho đường dây trên không

Khi xuất hiện quá điện áp, chống sét van sẽ phóng điện trước làm giảmtrị số quá điện áp đặt lên cách điện và khi hết quá điện áp sẽ tự động dập tắt

hồ quang của dòng điện xoay chiều, phục hồi trạng thái làm việc bình thường.Trị số lớn nhất của điện áp tần số công nghiệp mà tại đó dòng điện kèm

Sự dập tắt hồ quang của dòng điện kèm theo có thể xảy ra trong điềukiện ngắn mạch chạm đất một pha bởi vì trong thời gian cùng một cơn giông

có thể xảy ra phóng điện trên cách điện của một pha và gây tác động chống

không sự cố khi có chạm đất một pha

Trong đó:

lưới (k = 0,8 đối với lưới chống sét có trung tính nối đất trực tiếp và k = 1,1đối với lưới có trung tính cách điện)

Tác dụng dập tắt hồ quang của chuỗi khe hở chống sét van được đặc

hệ số bảo vệ kbv như sau:

đ t

t p

U k

U



(1.2)

d bv

t u

U k

U



(1.3)Trong đó:

Upđ : điện áp phóng điện xuyên thủng chuỗi khe hở ở tần số côngnghiệp

Chống sét van có khả năng cho dòng điện nhất định tức là trị số giới hạncủa dòng mà chống sét van có thể có thể cho chạy qua nhiều lần mà khônglàm thay đổi tính chất điện của nó Khả năng cho dòng của chống sét van phụthuộc vào tính chất chịu nhiệt của điện trở không đường thẳng Trước đây,khả năng cho dòng qua kém nên chống sét van không được làm việc khi cóquá điện áp nội bộ, tức là điện áp xuyên thủng phải cao hơn trị số quá điện ápnội bộ có thể xảy ra và chống sét van chỉ được dùng để hạn chế quá điện ápkhí quyển Nghiên cứu chế tạo điện trở không đường thẳng có đặc tính V-Arất dốc và có khả năng cho dòng đủ cao cũng như nghiên cứu áp dụng nhữngnguyên tắc mới dập hồ quang của dòng điện kèm theo

Hiện nay chúng ta đã chế tạo được những loại chống sét van vừa có tácdụng hạn chế quá điện áp khí quyển vừa có tác dụng hạn chế quá điện áp nội

bộ có thời gian duy trì lâu hơn Điều đó mở ra một triển vọng tiếp tục giảmthấp mức cách điện của trang thiết bị điện và nâng cao chỉ tiêu kinh tế củachúng

1.3.4 Phương pháp lựa chọn chống sét van không khe hở để bảo

vệ đường dây cao áp trên không

Các thông số đặc trưng cho các chống sét van loại không khe hở nhưsau:

E : khả năng hấp thu năng lượng.

U

U 

- Chế độ quá điện áp do chạm đất một pha:

3

E m C

C U U

T



Trong đó:

Um : điện áp làm việc lớn nhất của hệ thống

CE = 1,4; đối với lưới điện trung tính cách đất CE = 1,73

hệ số này phụ thuộc vào thời gian tồn tại quá điện áp (đặc tính của nó đượcnhà chế tạo cung cấp)

Dòng điện xả danh định dùng để phân loại chống sét Đối với cấp điện

áp 220kV thường chọn là 20kA và cấp điện áp ≤ 110 kV thì chọn 10kA

Khả năng hấp thụ năng lượng (E) xung đơn được chọn trong khoảng3,4  4,5 kJ/kV

1.3.5 Các vị trí lắp đặt chống sét van.

Việc xác định vị trí lắp đặt chống sét van nhằm khai thác hiệu quả sốchống sét van hiện có và đạt được một xác suất sự cố trong giới hạn cho phépkhông phải là đơn giản

Thực tế, nếu trên một đường dây không có dây chống sét và không lắpđặt 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 đường dây có dây chống sét và cólắp chống sét van trên tất cả các dây pha của tất cả các vị trí cột thì khả năngxảy 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 làmgiảm khả năng xảy ra chọc thủng cách điện Tuy nhiên, nếu không có nghiêncứu về việc hạn chế dòng sét thì khả năng bị phóng điện chọc thủng là một ẩnsố

CHƯƠNG 2NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT MÔ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC VỀ

BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO ĐƯỜNG DÂY CAO ÁP

2.1 SƠ LƯỢC VỀ PHẠM VI BẢO VỆ CỦA DÂY CHỐNG SÉT

Để bảo vệ chống sét các đường dây tải điện người ta dùng dây chống sétthay cho các cột thu lôi Dây chống sét gồm một hay một số dây dẫn đườngkính thường nhỏ hơn dây dẫn pha treo ở phía trên các dây dẫn pha và đượcnối đất ở từng cột

Dây chống sét với mục đích bảo vệ các dây pha chống sét đánh trực tiếpcho trạm biến áp hoặc đường dây có nhiệm vụ giảm điện thế tĩnh của dây phakhi có mây dông và làm tắt dần các sóng quá điện áp bằng cách giảm tổng trởcủa dây pha tạo sự che chắn chống quá điện áp cảm ứng Các dây chống sétđược treo cao ở phía bên trên của đường dây tải điện sao cho dây dẫn của cả

ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của dây chống sét

2.1.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét.

Hình 2.1 Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét.

a Với dây chống sét có độ cao h ≤ 30m.

x

x

h h b

x

h  h

x x

b Với dây chống sét có độ cao 30m < h < 250m.

Phạm vi bảo vệ theo chiều cao giảm một khoảng Δh tính từ đỉnh Với Δhh tính từ đỉnh Với Δh tính từ đỉnh Với Δhhtính theo:

30m < h < 100m

100m < h < 250m

2.1.2 Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét.

Khi hai dây chống sét đặt cách nhau S = 2B = 4h thì mọi điểm trên mặtđất nằm giữa hai dây chống sét sẽ được bảo vệ an toàn Nếu S < 4h thì giữahai dây chông sét có thể bảo vệ được một độ cao:

cách S giữa hai dây chống sét phải thỏa mãn điều kiện:

Giới hạn phạm vi bảo vệ ở phía ngoài hai dây chống sét cũng giống nhưđối với từng dây chống sét riêng lẻ, còn khu vực bảo vệ giữa hai dây chốngsét được giới hạn bởi cung tròn vẽ qua hai điểm treo dây chống sét và điểm ởgiữa có độ cao h0 (Hình 2.2a)

Hình 2.2 Phạm vi bảo vệ của hai dây chống sét.

Trên mặt chiếu bằng (Hình 2.2b), bề rộng của phạm vi bảo vệ cho vật có

độ cao hx bằng S + 2.bx

2.2 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp, người ta sử dụng các cột thu lôi vàdây chống sét Khả năng bảo vệ của cột thu lôi và dây chống sét thường đượcxác định bằng mô hình thực nghiệm nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Tuyvậy qua kinh nghiệm vận hành cho thấy vẫn có khả năng sét đánh vào vùngbảo vệ của cột thu lôi và dây chống sét, từ đó xuất hiện mô hình điện hìnhhọc Gần đây người ta đưa ra một mô hình mới được hiệu chỉnh, cho phépđánh giá hiệu quả thực tế thu hút phóng điện của cột thu lôi và dây chống sét

Mặt khác nó là cơ sở để so sánh các thiết bị bảo vệ chống sét khi có đám mâydông đến gần.

2.3 NỘI DUNG LÝ THUYẾT MÔ HÌNH ĐIỆN HÌNH HỌC

Lý thuyết mô hình điện hình học xuất hiện từ các năm 60 trong côngtrình của R.N Golde Golde giả thiết rằng khi tiên đạo sét bắt đầu định hướngtới công tình nào đó trên mặt đất thì sẽ xảy ra một quá trình phóng điện trực

trình, quá trình này giống với các phóng điện ở khoảng cách dài trong phòngthí nghiệm

Từ đó xây dựng được quan hệ

Theo kết quả thống kê quan hệ giữa dòng điện sét I với điện tích Q đượcthể hiện dưới dạng:

của Armstrong H.R và Whitehead E.R về phân bố góc lệch  của tiên đạo sét(Hình 2.4) Góc này là một đại lượng ngẫu nhiên có hàm mật độ của phân bốlà:

Trước khi đi vào vận dụng, khai thác lý thuyết mô hình điện hình học sẽ

đất trong một năm)

Hình 2.4 Phân bố góc lệch của tia tiên đạo sét.