mô phỏng tính toán quá Điện Áp do sét trên Đường dây truyền tải sử dụng...

1

Mục lục DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................ 3

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ 5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ DO SÉT ĐỐI VỚI ĐƢỜNG DÂY

TRUYỀN TẢI. ............................................................................. 6

1.1. Tình hình giông sét tại Việt Nam. ............................................................... 6

1.2. Ảnh hƣởng của giông sét đến đƣờng dây truyền tải. ................................... 8

1.3. Hiện tƣợng quá điện áp do sét trên đƣờng dây truyền tải............................ 9

1.4. Kết luận. ..................................................................................................... 11

CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SUẤT CẮT DO SÉT

CỦA ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI. ........................................ 12

2.1. Phƣơng pháp cổ điển. ................................................................................ 12

2.1.1. Suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn. ........................................ 12

2.1.2. Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc đánh vào khoảng vƣợt. ......... 15

2.1.3. Nhận xét. ............................................................................................. 17

2.2. Phƣơng pháp CIGRE. ................................................................................ 18

2.2.1. Suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn. ........................................ 18

2.2.2. Suất cắt do sét đánh đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt. ............................... 22

2.2.3. Nhận xét. ............................................................................................. 32

2.3. Phƣơng pháp Monte Carlo. ........................................................................ 33

2.3.1. Các bƣớc tính toán của phƣơng pháp Monte Carlo. ........................... 34

2.3.2. Tính hội tụ của phƣơng pháp Monte Carlo. ....................................... 37

2.3.3. Nhận xét. ............................................................................................. 38

2.4. Chƣơng trình EMTP/ATP (Electromagnetic transient program). ............. 38

2.5. Kết luận. ..................................................................................................... 39

CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN SUẤT CẮT CHO ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

220kV BẰNG PHƢƠNG PHÁP MONTE CARLO. ................. 41

Đô an tôt nghiêp Mô phong tinh toan qua điên ap do set trên đương dây truyên tai sư dung phương phap Monte Carlo

Hanoi University of Science and Technology - K53 Nguyên Thai Thanh [email protected]

2

3.1. Giới thiệu về đƣờng dây 220kV sử dụng trong tính toán mô phỏng. ........ 41

3.2. Các mô hình sử dụng trong mô phỏng EMTP. .......................................... 44

3.2.1. Xây dựng mô hình đƣờng dây. ........................................................... 44

3.2.2. Mô hình cột. ........................................................................................ 46

3.2.3. Sóng sét. .............................................................................................. 47

3.2.4. Mô hình chuỗi cách điện và mô hình mỏ phóng. ............................... 48

3.2.5. Mô hình chống sét van. ....................................................................... 48

3.3. Xác định các tham số ngẫu nhiên. ............................................................. 49

3.3.1. Biên độ dòng sét, thời gian đầu sóng, thời gian đuôi sóng. ................ 49

3.3.2. Phân bố góc của cú sét. ....................................................................... 51

3.3.3. Phân bố điện trở chân cột. .................................................................. 51

3.3.4. Thời điểm xảy ra sét đánh. ................................................................. 52

3.4. Kết quả mô phỏng tính toán suất cắt bốn tuyến đƣờng dây 220kV. ......... 52

3.4.2. Phân bố cƣờng độ dòng sét gây ra phóng điện khi sét đánh vào đỉnh

cột hoặc khoảng vƣợt. ....................................................................... 53

3.4.3. Phân bố giá trị thời gian đầu sóng tf của cú sét đánh vào đỉnh cột

hoặc khoảng vƣợt gây phóng điện. .................................................. 55

3.4.4. Mối quan hệ giữa cƣờng độ dòng sét và giá trị thời gian đầu sóng tf

khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây phóng điện. .......... 56

3.4.5. Mối quan hệ giữa cƣờng độ dòng sét và giá trị điện trở cột khi sét

đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây ra phóng điện. ................. 56

3.4.6. Phân bố góc sét khi sét đánh vào dây dẫn gây phóng điện. ................ 58

3.5. Kết luận. ..................................................................................................... 58

CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI. ................... 60

4.1. Kết luận. ..................................................................................................... 60

4.2. Hƣớng phát triển đề tài. ............................................................................. 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 62



3

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Bản đồ mật độ giông sét thế giới ......................................................................... 6

Hình 1.2. Bản đồ mật độ sét tại Việt Nam . .......................................................................... 7

Hình 1.3. Thống kê sự cố của Công ty truyền tải điện 1. ..................................................... 8

Hình 1.4. Suất cắt của đƣờng dây 220kV theo thống kê . .................................................... 8

Hình 1.5. Quá điện áp do sét trên đƣờng dây truyền tải. ...................................................... 9

Hình 2.1. Các bƣớc tính toán suất cắt do sét đánh vào dây dẫn theo phƣơng pháp cổ điển.

........................................................................................................................... 12

Hình 2.2. Diện tích thu hút sét của đƣờng dây xác định theo phƣơng pháp cổ điển . ........ 14

Hình 2.3. Các bƣớc tính toán suất cắt khi sét đánh vào khoảng vƣợt. ............................... 15

Hình 2.4. Xác định thời gian xảy ra phóng điện theo phƣơng pháp cổ điển và miền nguy

hiểm. .................................................................................................................. 17

Hình 2.5. Mô hình điện hình học xác định diện tích thu hút sét do sét đánh vào dây dẫn

theo phƣơng pháp CIGRE . ............................................................................... 18

Hình 2.6. Một bên mô hình điện hình học . ........................................................................ 19

Hình 2.7. Xác định rgm và Im ............................................................................................... 20

Hình 2.8. Phân bố xác suất tích luỹ cƣờng độ dòng sét .................................................... 22

Hình 2.9. Sự lan truyền sóng khi sét đánh vào dây chống sét ............................................ 23

Hình 2.10. Điện áp tại các điểm trên cột và điện áp đặt lên chuỗi cách điện khi sét đánh

vào đỉnh cột. ...................................................................................................... 23

Hình 2.11. Hệ số khoảng vƣợt ........................................................................................... 26

Hình 2.12. Điện áp đặt lên chuỗi cách điện và dạng xung chuẩn để thử nghiệm xác định

CFO của cách điện ........................................................................................... 28

Hình 2.13. Xác định miền nguy hiểm của từng pha đối với đƣờng dây 345kV ................ 29

Hình 2.14. Ảnh hƣởng của thời gian đầu sóng tới cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất gây phóng

điện trên cách điện của đƣờng dây 230kV và 500kV . ..................................... 30

Hình 2.15. Vòng lặp xác định tf và IC theo phƣơng pháp CIGRE ..................................... 31

Hình 2.16. Hình dạng cột đƣờng dây 400kV đƣợc Martinez sử dụng trong tính toán suất

cắt sử dụng phƣơng pháp Monter Carlo .......................................................... 33

Hình 2.17. Sơ đồ thuật toán tính toán suất cắt do sét của đƣờng dây theo phƣơng pháp

Monte Carlo dựa trên mô hình tính toán quá điện áp xây dựng trong

EMTP/ATP. ...................................................................................................... 34

Hình 2.18. Mô hình điện hình học khi xét đến phân bố góc của sét. .................................. 36

Hình 2.19. Chƣơng trình con trong EMTP/ATP ............................................................... 39



4

Hình 3.1. Phân bố mật độ xác suất và phân bố tích luỹ giá trị điện trở trên tuyến Thanh

Thuỷ Hà Giang. ................................................................................................. 41

Hình 3.2. Phân bố mật độ xác suất và phân bố tích luỹ giá trị điện trở trên tuyến Hà Giang

– Thuỷ điện Tuyên Quang. ............................................................................... 42

Hình 3.3. Phân bố mật độ xác suất và phân bố tích luỹ giá trị điện trở trên tuyến Tuyên

Quang – Yên Bái. .............................................................................................. 42

Hình 3.4. Phân bố mật độ xác suất và phân bố tích luỹ giá trị điện trở trên tuyến Tuyên

Quang – Bắc Cạn – Thái Nguyên. .................................................................... 43

Hình 3.5. Suất cắt do sét theo thống kê của bốn tuyến đƣờng dây. .................................... 44

Hình 3.6. Mô hình đƣờng dây trong EMTP/ATP. .............................................................. 44

Hình 3.7. Thông số đƣờng dây sử dụng trong chƣơng trình EMTP ................................... 45

Hình 3.8. Mô hình cột sử dụng trong chƣơng trình EMTP. ............................................... 46

Hình 3.9. Dạng sóng nguồn dòng Slope – ramp. ................................................................ 47

Hình 3.10. Các tham số của nguồn dòng sét trong mô phỏng EMTP. ............................... 47

Hình 3.11. Đặc tính chống sét van có khe hở (EGLA). ...................................................... 49

Hình 3.12. Hàm phân bố mật độ xác suất của cƣờng độ dòng sét sử dụng trong mô phỏng.

........................................................................................................................... 50

Hình 3.13. Hàm phân bố mật độ xác suất của thời gian đầu sóng sử dụng trong mô phỏng.

........................................................................................................................... 50

Hình 3.14. Phân bố góc của cú sét. ..................................................................................... 51

Hình 3.15. So sánh suất cắt của một số đƣờng dây theo thống kê với kết quả tính theo

phƣơng pháp Monte Carlo và phƣơng pháp cổ điển. ........................................ 52

Hình 3.16. Phân bố cƣờng độ dòng sét gây ra phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột. ....... 54

Hình 3.17. Phân bố giá trị thời gian đầu sóng của những cú sét đánh vào đỉnh cột gây ra

phóng điện. ........................................................................................................ 55

Hình 3.19. Mối quan hệ giữa cƣờng độ dòng sét và giá trị thời gian đầu sóng tf khi sét

đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây phóng điện. ...................................... 56

Hình 3.20. Mối quan hệ giữa cƣờng độ dòng sét và giá trị điện trở cột khi sét đánh vào

đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây ra phóng điện. ................................................. 57

Hình 3.21. Phân bố góc sét của những cú sét đánh vào dây dẫn gây phóng điện............... 58



5

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

α Góc bảo vệ

BFR Suất cắt do phóng điện ngƣợc (Back Flashover Rate)

c Vận tốc truyền sóng

CFO Điện áp phóng điện bề mặt (Critical Flashover)

CFONS Điện áp phóng điện bề mặt ở điện áp không tiêu chuẩn (Critical Flashover Non-

Standard)

DC Khu vực sét đánh vào dây dẫn

Dg Khu vực sét đánh vào dây chống sét

g() Phân bố góc sét

IC Cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất gây ra phóng điện khi sét đánh vào dây dẫn

Im Cƣờng độ dòng sét lớn nhất gây ra phóng điện khi sét đánh vào dây dẫn

KSF Hệ số khoảng vƣợt

KSP Hệ số suy giảm do chiều dài khoảng vƣợt

KTA Tỷ số giữa điện áp tại vị trí pha A với cƣờng độ dòng sét

KTT Tỷ số giữa điện áp tại đỉnh cột với cƣờng độ dòng sét

Nc Suất cắt do sét của đƣờng dây.

Nđc Số lần sét đánh vào đỉnh cột

Ndd Số lần sét đánh vào dây dẫn

Ng Mật độ giông sét

P (I > Ic) Xác suất xuất hiện dòng điện sét có cƣờng độ lớn hơn Ic

SFFOR Suất cắt do sét của đƣờng dây khi sét đánh vào dây dẫn (Shielding Failure

Flashover Rate)

Sg Khoảng cách giữa hai dây chống sét

TA Thời gian truyền sóng từ vị trí dây dẫn pha A

tf Thời gian đầu sóng

TT Thời gian truyền sóng trên cột

VTA Điện áp tại vị trí pha A

VTT Điện áp tại đỉnh cột

Góc sét

Zdd Tổng trở sóng của dây dẫn

Zg Tổng trở sóng của dây chống sét

ZT Tổng trở sóng của cột



6

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ SỰ CỐ DO SÉT ĐỐI VỚI ĐƢỜNG

DÂY TRUYỀN TẢI.

1.1. Tình hình giông sét tại Việt Nam.

Hình 1.1. Bản đồ mật độ giông sét thế giới [1].

Hình 1.1 thể hiện số cú sét đánh xuống mặt đất tính trung bình hàng năm trên

một km2 dựa trên dữ liệu thu thập bởi vệ tinh của NASA từ năm 1995 đến năm

2003 [1]. Những nơi mật độ giông sét thấp có màu sáng, nơi có mật độ giông sét

cao nhất là màu vàng. Việt Nam thuộc khu vực có mật độ giông sét cao. Viện Vật lý

Địa cầu đã lập “Bản đồ mật độ sét” trên toàn quốc (hình 1.2). Theo đó mỗi năm có

khoảng 2 triệu cú sét đánh xuống đất trên toàn lãnh thổ Việt Nam. Hoạt động giông

sét ở nƣớc ta diễn ra mạnh từ tháng tƣ đến tháng chín. Thống kê cho thấy số ngày

giông trung bình khoảng 100 ngày/năm và số giờ giông trung bình là 250h/năm [2].

Mật độ giông sét phân bố không đều, cao nhất ở các vùng phía Nam nhƣ Tây Ninh,

Bình Dƣơng, Long An lên tới 13,7 lần/1km2.năm, tiếp đến là Hoà Bình 10,9

lần/1km2.năm, các vùng núi phía bắc nhƣ Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái có mật

độ giông sét là 8,2 lần/100km.năm, trong khi đó ở Bình Thuận mật độ giông sét rất

thấp (1,4 lần/1km2.năm)



7

Hình 1.2. Bản đồ mật độ sét tại Việt Nam [2].



8

1.2. Ảnh hƣởng của giông sét đến đƣờng dây truyền tải.

Đƣờng dây truyền tải điện có đặc điểm là độ cao cột lớn, đƣờng dây dài và

thƣờng chạy qua các khu vực núi cao, nơi có mật độ giông sét cao nên không thể

tránh khỏi sự cố do sét. Kết quả thống kê của Công ty Truyền tải điện 1 (PCT1) về

tình hình sự cố trên một số đƣờng dây 220kV từ năm 2006 đến 2012 thể hiện trên

hình 1.3 cho thấy sự cố trên đƣờng dây truyền tải chủ yếu là sự cố do sét. Đặc biệt

tuyến đƣờng dây Thanh Thuỷ - Hà Giang, Tràng Bạch - Hoành Bồ có 100% sự cố

là do sét.

Hình 1.3. Thống kê sự cố của Công ty truyền tải điện 1.

Hình 1.4. Suất cắt của đường dây 220kV theo thống kê [3,4].

0

20

40

60

80

100

120

140

Thanh thuỷ - HG

Uông Bí - Tràng Bạch

Tràng Bạch - Hoành Bồ

TQ – VN mạch 1

TQ – VN mạch 2

Tổng số sự cố

Số sự cố do sét

5.51

8.02

9.45

12.96 13.47

0

2

4

6

8

10

12

14

16

TQ - VN mạch 1

Thanh thuỷ - HG

TQ - VN mạch 2

Uông Bí - Tràng Bạch

Tràng Bạch - Hoành Bồ

Suất cắt (lần/100km.năm)



9

Hình 1.4 chỉ ra suất cắt do sét theo thống kê của các tuyến đƣờng dây trên. Suất

cắt là số lần cắt điện trong 1 năm tính trên 100km. Suất cắt do sét của đƣờng dây

Tràng Bạch – Hoành Bồ là cao nhất (13,47 lần/100km.năm). Đƣờng dây này dài

43,3 km, vậy tính trung bình trong 1 năm thì đƣờng dây này bị cắt điện tới ~6 lần.

Trong công tác vận hành, mỗi đƣờng dây đƣợc qui định một trị số suất cắt. Mặc dù

ý nghĩa của việc qui định nhƣ vậy vẫn còn nhiều tranh cãi nhƣng nó là một tiêu chí

duy nhất hiện nay để xác định năng lực vận hành của từng đơn vị. Chỉ tiêu về suất

cắt đối với các công ty truyền tải thuộc công ty Truyền tải điện quốc gia (NPT)

đƣợc cho trong bảng 1.1. Đối với đƣờng dây 220kV, chỉ tiêu đối với sự cố thoáng

qua là 0,985 lần/100km.năm. Suất cắt theo thống kê của các đƣờng dây kể trên lớn

hơn rất nhiều so với chỉ tiêu công ty truyền tải điện 1 đề ra, từ 5,6 lần (đƣờng dây

mua điện Trung Quốc mạch 1) đến 11,2 lần (đƣờng dây Tràng Bạch – Hoành Bồ)

Bảng 1.1. Chỉ tiêu về suất cắt đối với các công ty truyền tải của NPT [4].

Đƣờng dây 500kV Đƣờng dây 220kV Đƣờng dây 110kV

Vĩnh cửu(** )

Thoáng qua(*)

Vĩnh cửu Thoáng qua Vĩnh cửu Thoáng qua

0,263 0,197 0,985 0,263 0,831 3,351

1.3. Hiện tƣợng quá điện áp do sét trên đƣờng dây truyền tải.

Hình 1.5. Quá điện áp do sét trên đường dây truyền tải.

* Sự cố thoáng qua là sự cố mà phần tử sự cố đƣợc khôi phục trong thời gian nhỏ hơn hoặc bằng 20

phút. Riêng trƣờng hợp tự đóng lại thành công không gây gián đoạn cung cấp điện sẽ đƣợc tính là 0,2 vụ.

** Sự cố vĩnh cửu là sự cố có thời gian khôi phục lơn hơn 20 phút.



10

Quá điện áp do sét trên đƣờng dây xuất hiện do sét đánh vào đỉnh cột, khoảng

vƣợt, dây dẫn hoặc sét đánh xuống đất gần đƣờng dây tạo nên quá điện áp cảm ứng

(hình 1.5). Quá điện áp cảm ứng có trị số không lớn nên chỉ nguy hiểm với đƣờng

dây hạ áp có mức cách điện thấp [5]. Đƣờng dây truyền tải có điện áp 110kV trở lên

có mức cách điện cao nên quá điện áp cảm ứng không đáng quan tâm, do đó quá

điện áp khí quyển xuất hiện chủ yếu do sét đánh vào dây dẫn, đánh vào đỉnh cột

hoặc khoảng vƣợt.

Khi sét đánh vào đỉnh cột dòng điện sét chủ yếu đi xuống đất, một phần nhỏ tản

sang hai cột lân cận theo dây chống sét. Trong trƣờng hợp sét đánh vào khoảng

vƣợt, dòng điện sét sẽ chia đều sang hai bên và đi xuống đất ở cột ngay cạnh nó.

Do đó hiện tƣợng sét đánh vào đỉnh cột sẽ gây nguy hiểm hơn so với trƣờng hợp

đánh vào khoảng vƣợt. Điện áp đặt lên chuỗi cách điện có giá trị tuỳ thuộc vào các

tham số của dòng điện sét. Nếu giá trị điệp áp này vƣợt quá ngƣỡng chịu đựng điện

áp của chuỗi cách điện, hiện tƣợng phóng điện ngƣợc sẽ xảy ra. Suất cắt do hiện

tƣợng phóng điện ngƣợc (Back Flashover Rate hay gọi tắt là BFR theo định nghĩa

của CIGRE [6]) đƣợc tính bằng số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây

ra phóng điện trên 100km tính trong 1 năm.

Hiện tƣợng nguy hiểm nhất là khi sét đánh trực tiếp vào dây dẫn. Khi đó dòng

sét không thể tản xuống đất đƣợc do dây dẫn cách điện với cột thông qua chuỗi cách

điện. Chuỗi cách điện sẽ chịu toàn bộ điện áp do kênh sét gây ra. Số lần sét đánh

trực tiếp vào dây dẫn gây nên phóng điện trên 100km trong 1 năm đƣợc gọi là suất

cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn (theo định nghĩa của CIGRE là Shielding

Failure Flashover Rate hay gọi tắt là SFFOR [6]).

Suất cắt do sét của một đƣờng dây (NC) đƣợc tính bằng tổng suất cắt do sét đánh

trực tiếp vào dây dẫn (SFFOR) và suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng

vƣợt (BFR).

(lần/100km.năm) ( 1.1)

Thông thƣờng suất cắt do sét đánh vào đƣờng dây phải đƣợc tính toán từ khâu

thiết kế. Nghĩa là với mỗi đƣờng dây với các thông số cụ thể về cột, điện trở tiếp



11

địa, địa hình có một suất cắt cụ thể. Các thông số của đƣờng dây phải đƣợc thay đổi

ngay từ khâu thiết kế để đạt đƣợc trị số suất cắt do sét mong muốn.

1.4. Kết luận.

Việt Nam nằm trong vùng có mật độ giông sét cao tuy nhiên mật độ phân bố

không đều, có những vùng có mật độ rất thấp nhƣ Bình Thuận (1,4 lần/1km2.năm),

có những vùng có mật độ rất cao nhƣ Tây Ninh, Long An (13,7 lần/1km2.năm).

Đƣờng dây truyền tải của chúng ta trải dài trên khắp lãnh thổ và đi qua các vùng có

mật độ giông sét cao, do đó hằng năm có rất nhiều các cú sét đánh vào đƣờng dây.

Thống kê của PTC1 từ năm 2006 tới năm 2012 chỉ ra rằng sự cố trên đƣờng dây

truyền tải chủ yếu là do sét. Sự cố do sét có thể do sét đánh vào khoảng vƣợt, đánh

vào đỉnh cột hay đánh trực tiếp vào dây dẫn gây nên phóng điện trên chuỗi cách

điện. Số lần sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây nên phóng điện trên

100km trong 1 năm đƣợc gọi là suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt,

suất cắt do sét đánh vào dây dẫn là số lần sét đánh vào dây dẫn gây nên phóng điện

trên 100km trong 1 năm. Suất cắt do sét của đƣờng dây là tổng suất cắt do sét đánh

vào dây dẫn và suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt.



12

CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN SUẤT CẮT DO

SÉT CỦA ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI.

Để xác định suất cắt do sét của một đƣờng dây truyền tải, ngƣời ta thƣờng sử

dụng một trong ba phƣơng pháp sau:

1- Phƣơng pháp cổ điển.

2- Phƣơng pháp CIGRE.

3- Phƣơng pháp mô phỏng quá trình quá độ kết hợp với phƣơng pháp Monte

Carlo gọi tắt là phƣơng pháp Monte Carlo.

Sau đây sẽ xét lần lƣợt 3 phƣơng pháp tính toán trên.

2.1. Phƣơng pháp cổ điển.

Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng trong các tính toán đồ án giáo học [7]. Phƣơng

pháp này sử dụng một khoảng cột đại diện cho toàn bộ đƣờng dây để tính toán suất

cắt do sét. Suất cắt cho đƣờng dây Nc là tổng của suất cắt do sét đánh vào dây dẫn

và suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt. Suất cắt của từng loại đƣợc

tính nhƣ sau.

2.1.1. Suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn.

Hình 2.1. Các bước tính toán suất cắt do sét đánh vào dây dẫn theo phương pháp cổ điển.

Thông số cột (chiều cao cột, góc bảo vệ, điện trở cột,

chiều dài cách điện, chiều cao treo dây, bán kính dây dẫn)

Mật độ sét, số

ngày giông sét

Số lần sét

đánh vào

đƣờng

dây: N

Xác

suất sét

đánh

vào dây

dẫn: 𝜗𝛼

Xác suất

hình

thành hồ

quang: η

Xác suất xảy ra phóng

điện:

𝜗𝑝đ 𝑃(𝐼 >4𝑈50%

𝑍𝑑𝑑)

Suất cắt do sét đánh vào dây dẫn: 𝑁𝑑𝑑 𝑁.𝜗𝛼 .𝜗𝑝đ. 𝜂

Tổng trở sóng

của dây dẫn Zdd



13

Hình 2.1 chỉ ra các bƣớc để tính suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn theo

phƣơng pháp cổ điển. Suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn đƣợc xác định bởi:

. . . (lần/100km.năm) ( 2.1)

Với: N là số lần sét đánh vào đƣờng dây .

α là xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn.

η là xác suất hình thành hồ quang.

pđ là xác suất xảy ra phóng điện khi sét đánh vào dây dẫn

* Số lần sét đánh vào đƣờng dây N

. . . . (lần/100km.năm) ( 2.2)

Với: ms là mật độ sét đánh ở vùng có đƣờng dây đi qua.

ns là số ngày sét trong 1 năm.

h là chiều cao trung bình của dây dẫn.

L là chiều dài của đƣờng dây.

* Xác suất sét đánh vòng qua dây chống sét vào dây dẫn α

( ) .√

( 2.3)

Với α : Góc bảo vệ (0)

hc : Chiều cao cột (m).

* Xác suất hình thành hồ quang η, nó phụ thuộc vào điện áp làm việc trên

cách điện, chiều dài chuỗi cách điện và đƣợc xác định theo bảng 2.1.

Bảng 2.1. Xác suất hình thành hồ quang.

50 30 20 10

η 0,6 0,45 0,25 0,1

Trong đó Ulv là điện áp làm việc, lcs là chiều dài chuỗi cách điện.

* Xác suất xảy ra phóng điện khi sét đánh vào dây dẫn pđ

đ . >4 50%

/

( 50% .

) ( 2.4)



14

Trong đó Zdd là tổng trở sóng của dây dẫn:

. . .

/ ( 2.5)

h : Độ treo cao trung bình của dây dẫn (m).

r : Bán kính dây dẫn (m).

Trong tính toán này, số lần sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây đƣợc xác định nhƣ

hình 2.2. Từ phạm vi thu sét của một đƣờng dây năm ngang, thì số lần sét đánh vào

một diện tích dọc theo dây dẫn của một đƣờng dây với bề rộng 6h (h là chiều cao

trung bình của dây dẫn kể cả dây chống sét) chính là số lần sét đánh trực tiếp vào

đƣờng dây. Ngoài phạm vi trên sét sẽ đánh xuống đất.

Hình 2.2. Diện tích thu hút sét của đường dây xác định theo phương pháp cổ điển [7].



15

2.1.2. Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc đánh vào khoảng vƣợt.

Các bƣớc tính toán suất cắt do sét khi sét đánh vào khoảng vƣợt thể hiện trên

hình 2.3.

Hình 2.3. Các bước tính toán suất cắt khi sét đánh vào khoảng vượt.

Mật độ sét,

Số ngày

giông sét.

Thông số cột (điện trở nối đất,

chiều cao cột, điện cảm thân

cột, chiều cao dây dẫn, DCS)

𝑖𝑠 𝑎. 𝑡

Loại dòng sét: Điện áp làm việc

của đƣờng dây:

Ulv

Điện áp tại đỉnh

cột UC(t)

Hệ số

ngẫu hợp

K

Điện áp đặt lên cách điện:

Ucđ(t) = f(a,t)

Thay đổi độ dốc đầu sóng a,

kiểm tra phóng điện.

Xác định các cặp số (a,I)

Xác suất xảy ra phóng điện:

pđ

Xác suất

hình thành

hồ quang:

η

Suất cắt do sét đánh vào khoảng vƣợt: 𝑛𝑘𝑣 𝑁𝑘𝑣. 𝜂.𝜗𝑝đ

Số lần sét

đánh vào

đƣờng

dây: N

Số lần sét đánh

vào khoảng vƣợt:

Nkv ~ N/2



16

Sự khác nhau khi tính suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và suất cắt do sét đánh

vào khoảng vƣợt là bƣớc xác định điện áp đặt lên chuỗi cách điện. Việc xác định

suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột có các bƣớc hoàn toàn tƣơng tự nhƣ hình 2.3. Khi

sét đánh vào khoảng vƣợt, điệp áp đặt lên cách điện sẽ thấp hơn so với trƣờng hợp

sét đánh vào đỉnh cột. Suất cắt do sét đánh vào khoảng vƣợt đƣợc xác định theo

công thức (2.6)

. . đ (lần/100km.năm) ( 2.6)

Với:

Nkv là số lần sét đánh vào khoảng vƣợt và có giá trị bằng ½ số lần sét

đánh vào đƣờng dây.

η là xác suất hình thành hồ quang.

pđ là xác suất xảy ra phóng điện khi sét đánh vào khoảng vƣợt.

Để xác định xác suất xảy ra phóng điện khi sét đánh vào khoảng vƣợt pđ ta thực

hiện nhƣ sau:

Đầu tiên xác định điện áp đặt lên chuỗi cách điện:

đ( ) ( ) (kV) ( 2.7)

Với:

Ulv là điện áp làm việc của đƣờng dây:

∫

√

√ . . ( ) . . đ

(kV) ( 2.8)

UC(t) là điện áp tại đỉnh cột:

( ) 0 . .

.

1 . ( ) (kV) ( 2.9)

Với RC : điện trở nối đất chân cột.

LC : điện cảm thân cột. LC = L0.hC

L0 = 0,6H/m, hC là chiều cao cột

K : hệ số ngẫu hợp của dây dẫn.

Từ đây ta vẽ đƣợc các đƣờng điện áp đặt lên cách điện ở các độ dốc a khác nhau

(hình 2.4a). Phóng điện xảy ra khi đƣờng đặc tính này cắt đƣờng đặc tính V-S của

chuỗi cách điện. Từ hình 2.4a ta xác định đƣợc các cặp thông số (Ii,ai) là giao của

đƣờng cong Ucđ(t) với đƣờng đặc tính V-S của chuỗi cách điện. Dựa vào các cặp



17

thông số này ta xây dựng đƣợc đƣờng cong nguy hiểm I = f(a) từ đó xác định miền

nguy hiểm (hình 2.4b) và xác suất xảy ra phóng điện pđ

đ *( ) + ∑ . ∑ . ( )

( 2.10)

Trong đó .

/

. 0

/

Hình 2.4. Xác định thời gian xảy ra phóng điện theo phương pháp cổ điển (2.4a) và miền

nguy hiểm (2.4b).

2.1.3. Nhận xét.

Ƣu điểm của phƣơng pháp này là cách tính toán đơn giản và thuận tiện cho việc

tính toán bằng tay. Tuy nhiên, một số hạn chế có thể kể đến nhƣ sau:

- Giả thiết dòng điện sét có dạng tăng tuyến tính is = a.t, trong đó a (kA/s) là

độ dốc đầu sóng là không phù hợp.

- Phƣơng pháp này giả định điện áp tại mọi điểm trên cột là nhƣ nhau. Pha chịu

điện áp lớn nhất là pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất. Điều này dẫn đến sai số

khi tính xác suất xảy ra phóng điện. Thực tế điện áp đặt trên cách điện của

từng pha không chỉ phụ thuộc vào hệ số ngẫu hợp mà còn phụ thuộc vào thời

điểm xảy ra sét đánh so với điện áp làm việc của đƣờng dây.

- Phƣơng pháp này chỉ tính cho một loại cột sau đó suy ra suất cắt của toàn bộ

đƣờng dây. Thực tế đƣờng dây có nhiều loại cột, nhiều điện trở tiếp địa cột, vì

thế sai sót của tính toán bởi phƣơng pháp này là không thể tránh khỏi.



18

2.2. Phƣơng pháp CIGRE.

Phƣơng pháp CIGRE [6] đƣợc trình bày trong hƣớng dẫn các biện pháp đánh giá

khả năng chống sét của đƣờng dây (WG. 33.01 xuất bản năm 1991). Hƣớng dẫn này

trình bày phƣơng pháp đánh giá suất cắt do sét đánh vào dây dẫn và suất cắt do sét

đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt. Sau đây sẽ trình bày cụ thể phƣơng pháp này.

2.2.1. Suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn.

Không giống với phƣơng pháp cổ điển, phƣơng pháp CIGRE dựa trên mô hình

điện hình học để xác định diện tích thu hút sét [8]. Mô hình điện hình học cho

đƣờng dây treo 2 dây chống sét đƣợc vẽ nhƣ hình 2.5. Các bƣớc thực hiện để tính

suất cắt do sét khi sét đánh vào dây dẫn nhƣ sau.

- Từ trị số của dòng điện sét ta xác định khoảng cách thu hút sét rc, rg:

. (m) ( 2.11)

Với: A, b là các hằng số, phụ thuộc vào mô hình lựa chọn để tính toán [6].

- Vẽ một đƣờng thẳng song song với mặt đất cách mặt đất một khoảng bằng rg.

- Vẽ cung tròn bán kính rc với tâm là vị trí dây dẫn hoặc dây chống sét. Các

cung này giao nhau tại điểm B,C và cắt với đƣờng thẳng vừa vẽ tại điểm A.

Hình 2.5. Mô hình điện hình học xác định diện tích thu hút sét do sét đánh vào dây dẫn

theo phương pháp CIGRE [9].



19

Với: h : chiều cao của dây chống sét so với mặt đất (m)

y : chiều cao của dây dẫn so với mặt đất (m)

Sg : khoảng cách giữa 2 dây chống sét (m)

α : góc bảo vệ của dây chống sét (0)

Giả thiết rằng tất cả các cú sét đánh xuống theo phƣơng vuông góc với mặt đất.

Những cú sét đánh vào giữa cung AB sẽ đánh vào dây dẫn, đánh vào cung BC sẽ

đánh vào dây chống sét, những cú sét đánh ngoài cung AB, BC sẽ đánh xuống mặt

đất. Khu vực mà dây chống sét không thể bảo vệ đƣợc dây dẫn hay gọi là khu vực

sét đánh vào dây dẫn DC, khu vực sét đánh vào dây chống sét là Dg. Để xác định DC

và Dg ta xét một bên của mô hình điện hình học nhƣ hình 2.6

Hình 2.6. Một bên mô hình điện hình học [9].

Khu vực sét đánh vào dây dẫn DC

, ( ) ( )- ( 2.12)

Với: (( )√ ( )

) ( 2.13)

.

/ ( 2.14)

α : góc bảo vệ (độ).

rc : khoảng cách thu hút sét của dây dẫn và dây chống sét (m).

h, y: chiều cao của dây chống sét và dây dẫn (m).



20

Nếu rg ≤ y thì = 00. Khi đó , ( )-

Khu vực sét đánh vào dây chống sét Dg

( ) ( 2.15)

Với các giá trị cƣờng độ dòng sét I khác nhau, khoảng cách DC và Dg cũng khác

nhau (hình 2.7). Khi cho tăng dần giá trị cƣờng độ dòng sét I, khoảng cách thu hút

sét rc, rg tăng theo, cung AB và khoảng cách DC giảm dần, cung BC và khoảng cách

Dg tăng lên. Khi tăng I tới một trị số nào đó mà khoảng cách DC = 0, lúc đó dây dẫn

đƣợc bảo vệ hoàn toàn bởi dây chống sét. Tất cả các cú sét sẽ đánh vào dây chống

sét hoặc đánh xuống mặt đất. Giá trị cƣờng độ dòng sét đó là cƣờng độ dòng sét lớn

nhất có thể đánh vào dây dẫn Im. Những cú sét có cƣờng độ lớn hơn giá trị Im thì

không đánh vào dây dẫn mà sẽ đánh vào dây chống sét hoặc đánh xuống mặt đất.

Cƣờng độ dòng sét lớn nhất có thể đánh vào dây dẫn đƣợc xác định bởi:

(

)

( 2.16)

.

( ) ( 2.17)

Hình 2.7. Xác định rgm và Im

Suất cắt do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn (SFFOR) bằng tổng số cú sét đánh trực

tiếp vào dây dẫn gây ra phóng điện trên 100km trong một năm và đƣợc xác định

theo công thức (2.18)

∫ ( )

(lần/100km.năm) ( 2.18)



21

Với DC : Khu vực sét đánh vào dây dẫn (m)

Ng : Mật độ giông sét (lần/1km2.năm)

Ll : Chiều dài của đƣờng dây (100km)

Im : Cƣờng độ dòng sét lớn nhất có thể đánh vào dây dẫn (kA)

IC : Cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất gây ra phóng điện (kA) xác định

theo công thức (2.19)

50%

( 2.19)

f(I) là hàm mật độ xác suất của cƣờng độ dòng sét đƣợc thống kê theo [6] tuân

theo hàm mật độ xác suất log chuẩn:

( )

√ (

) ( 2.20)

Với: (

)

M là giá trị trung bình của cƣờng độ dòng sét I, β là độ lệch chuẩn. Các giá trị

này đƣợc cho trong bảng 2.2

Bảng 2.2. Phân bố cường độ dòng điện sét [6].

Tham số I < 20kA I > 20kA

M [kA] 61 33,3

β 1,33 0,605

Hình 2.8 thể hiện phân bố xác suất tích luỹ cƣờng độ dòng sét đƣợc sử dụng rộng

rãi trong các tính toán suất cắt và đƣợc khuyến cáo bởi IEEE [10], CIGRE[6], IEC

[11]. Đồ thị 2.8 thể hiện số phần trăm cú sét có cƣờng độ nhỏ hơn giá trị I (kA) ví

dụ có 20% cú sét có cƣờng độ nhỏ hơn 20kA và có tới 95% số cú sét có cƣờng độ

nhỏ hơn 100kA.



22

Hình 2.8. Phân bố xác suất tích luỹ cường độ dòng sét [6].

2.2.2. Suất cắt do sét đánh đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt.

Khi sét đánh vào khoảng vƣợt (hình 2.9), tạo ra sóng điện áp lan truyền dọc theo

dây chống sét. Khi sóng lan truyền tới cột điện, một phần sóng truyền theo cột và

tản xuống đất, một phần truyền theo dây chống sét sang cột kế tiếp, một phần phản

xạ ngƣợc trở lại điểm sét đánh (sóng phản xạ sinh ra do gặp môi trƣờng không đồng

nhất, ở đây là do tổng trở sóng của cột khác với tổng trở sóng của dây dẫn). Sự lan

truyền sóng trên dây chống sét cảm ứng sang dây dẫn một giá trị điện áp. Điện áp

cảm ứng trên dây dẫn và điện áp trên dây chống sét tạo nên một độ chênh lệch điện

áp. Phóng điện xảy ra khi sự chênh lệch điện áp này lớn hơn điện áp chịu đựng của

cách điện (cách điện có thể là không khí hoặc chuỗi cách điện tại cột). Phóng điện

hoàn toàn có thể xảy ra tại giữa khoảng vƣợt tuy nhiên không đáng kể so với phóng

điện xảy ra tại cột vì khoảng cách giữa dây dẫn và dây chống sét ở khoảng vƣợt lớn

hơn rất nhiều so với chiều dài cách điện tại cột. Vì vậy, trong phƣơng pháp của

CIGRE chỉ xét cho trƣờng hợp phóng điện tại cột khi tính suất cắt do sét khi sét

đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt.



23

Hình 2.9. Sự lan truyền sóng khi sét đánh vào dây chống sét (TT là thời gian truyền sóng

từ đỉnh cột xuống tiếp địa, TA là thời gian truyền sóng từ vị trí pha A xuống tiếp địa).

Hình vẽ được sửa lại từ [9]

Khi cú sét có cƣờng độ I (kA) đánh vào đỉnh cột (hình 2.10a), dạng sóng điện áp

tại điểm đối diện trực tiếp với dây dẫn (điểm TA) nằm trên cột có đặc tính nhƣ hình

2.10b. Điện áp này giảm từ giá trị đỉnh VTA tới giá trị VF là do ảnh hƣởng của cột.

Điện áp giảm dần ở phần đuôi sóng là do sóng phản xạ từ các cột lân cận trở về.

Hình 2.10. Điện áp tại các điểm trên cột và điện áp đặt lên chuỗi cách điện khi sét đánh

vào đỉnh cột (b) [9].



24

Sóng điện áp trên dây dẫn đƣợc xác định bằng tích của hệ số ngẫu hợp C của dây

dẫn với sóng điện áp trên dây chống sét. Điện áp đặt lên chuỗi cách điện VI đƣợc

xác định theo công thức (2.21)

( . ). ( 2.21)

Với: . . ( 2.22)

. . ( 2.23)

Các tỷ số KTT, KTA, KSP phụ thuộc vào các hệ số phản xạ, tổng trở sóng của cột,

điện trở nối đất chân cột, thời gian truyền sóng và đƣợc xác định nhƣ các công thức

bên dƣới:

. .

( 2.24)

. .

( 2.25)

( ) [(

) (

) ( )

(

) ] ( 2.26)

.

Với:

ZT : Tổng trở sóng của cột ().

Zg : Tổng trở sóng của dây chống sét ().

c = 3.10

8(m/s) là vận tốc truyền sóng.

Phóng điện sẽ xảy ra nếu giá trị điện áp đặt lên chuỗi cách điện VI lớn hơn giá trị

điện áp U50% của chuỗi cách điện (còn gọi là CFO). Cƣờng độ dòng điện nhỏ nhất

gây ra phóng điện trên chuỗi cách điện IC đƣợc xác định theo công thức (2.27)

( . ) ( 2.27)

Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột BFR :

. ( > ) (lần/100km.năm) ( 2.28)

.( 0 )

( 2.29)

( > )

.

/ ( 2.30)



25

Trong đó, Nl : Số lần sét đánh vào đƣờng dây trên 100km trong 1 năm

Ng : Mật độ giông sét (lần/1km2.năm)

Sg : Khoảng cách giữa hai dây chống sét (m)

h : Chiều cao cột (m)

P (I > IC) : Xác suất xuất hiện dòng sét có cƣờng độ lớn hơn IC .

Phƣơng trình (2.28) là phƣơng trình đơn giản nhất để xác định BFR theo phƣơng

pháp CIGRE, một số ảnh hƣởng không đƣợc đề cập đến ở đây nhƣ là:

1- Khả năng sét đánh vào khoảng vƣợt. Phƣơng trình (2.28) xây dựng cho

trƣờng hợp sét chỉ đánh vào đỉnh cột. Thực tế sét có thể đánh vào bất kỳ điểm

nào trên dây chống sét.

2- Ảnh hƣởng của dòng điện sét tới trị số điện trở nối đất. Dòng điện sét có

cƣờng độ rất lớn. Khi tản xuống đất sẽ gây ion hoá môi trƣờng xung quanh

tiếp địa. Giá trị điện trở lúc này không còn là giá trị điện trở đo đƣợc ở tần số

thấp.

3- Điện áp điện áp phóng điện bề mặt ở điện áp không tiêu chuẩn CFONS. Thông

thƣờng giá trị điện áp đặt lên chuỗi cách điện để xảy ra phóng điện U50% hay

gọi là CFO đƣợc xác định ở dạng xung chuẩn 1,2/50 s. Tuy nhiên, khi xuất

hiện sóng phản xạ từ các cột lân cận trở về, sóng phản xạ từ hệ thống nối đất

thì xung này không còn ở dạng chuẩn.

4- Ảnh hƣởng của số pha và điện áp tần số 50Hz. Tính toán BFR theo công thức

(2.28) chỉ xét cho pha có hệ số ngẫu hợp nhỏ nhất. Thực tế phóng điện có thể

xảy ra ở bất kỳ pha nào. Giá trị điện áp pha còn làm giảm điện áp rơi trên

chuỗi cách điện.

5- Thời gian đầu sóng tf ở đây đƣợc coi là cố định, tuy nhiên tf có một phân bố

xác suất và nó phụ thuộc vào cƣờng độ dòng sét. Giá trị điện áp đỉnh VTA phụ

thuộc vào thời gian đầu sóng tf. Vậy chọn giá trị tf là bao nhiêu để tính toán

cho phù hợp cũng là một vấn đề đáng quan tâm.

Để xác định chính xác suất cắt BFR ta cần phải xét tới tất cả 5 yếu tố ảnh hƣởng

trên. Các phần sau đây sẽ làm rõ điều đó.



26

a. Khả năng sét đánh vào khoảng vượt.

Phần 1.3 đã chỉ ra rằng sét đánh vào đỉnh cột gây nguy hiểm hơn khi sét đánh

vào khoảng vƣợt. Nếu giả sử sét chỉ đánh vào đỉnh cột thì trị số suất cắt do sét tính

đƣợc trong trƣờng hợp này sẽ cao hơn trị số suất cắt do sét tính đƣợc trong trƣờng

hợp sét đánh vào cả đỉnh cột và khoảng vƣợt. Để so sánh hai trị số suất cắt do sét

này ta sử dụng hệ số khoảng vƣợt KSF. Hệ số KSF đƣợc tính theo công thức (2.31)

đ

đ ( 2.31)

Trong đó

- BFRđc+kv là suất cắt do sét tính đƣợc trong trƣờng hợp sét đánh vào cả

đỉnh cột và khoảng vƣợt.

- BFRđc là suất cắt do sét tính đƣợc trong trƣờng hợp sét chỉ đánh vào đỉnh

cột.

Hệ số này là một hàm theo cƣờng độ dòng sét (hình 2.11). Với giả thiết là số cú

sét đánh vào dây chống sét không đổi theo chiều cao của dây chống sét, hệ số KSF là

đƣờng nét đậm trên hình 2.11. Nếu số cú sét thay đổi thì KSF sẽ giảm và đƣợc biểu

diễn bởi đƣờng nét đứt, trong trƣờng hợp này cho thấy hệ số KSF thay đổi từ 0,63

cho IC = 50kA tới 0,42 cho IC = 200kA. Tuy nhiên với mục đích tính toán BFR,

CIGRE sử dụng trị số KSF = 0,6 [6]. Do đó suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột và dây

chống sét đƣợc tính bởi công thức (2.32)

. . ( > ) (lần/100km.năm) ( 2.32)

Hình 2.11. Hệ số khoảng vượt [6].



27

b. Ảnh hưởng của điện trở nối đất.

Khi dòng điện sét có cƣờng độ lớn chạy qua tiếp địa, nó làm cho lớp đất xung

quanh bị ion hoá và xảy ra phóng điện. Điện trở khi đó đƣợc xác định bởi:

0

√

() ( 2.33)

Với, IR: Cƣờng độ dòng điện sét qua tiếp địa xác định theo công thức (2.34)

. .

0

0

(kA) ( 2.34)

: Điện trở suất của đất (m).

E0: Điện trƣờng xảy ra phóng điện trong đất thƣờng lấy E0 = 400kV/m

Nhƣ vậy dòng điện sét càng cao thì khả năng xảy ra ion hoá càng lớn, do đó giá

trị điện trở cột càng giảm xuống.

c. Điện áp điện áp phóng điện bề mặt ở điện áp không tiêu chuẩn CFONS

Dạng sóng điện áp đặt lên chuỗi cách điện của cột đƣợc vẽ bởi đƣờng nét đậm

trên hình 2.12a bao gồm ảnh hƣởng của điện áp tần số công nghiệp VPF, điện áp gây

ra bởi điện trở cột VIF, và điện áp gây ra bởi cột V. Sự suy giảm điện áp ở phần

đuôi sóng gây ra bởi sóng phản xạ từ cột lân cận. Ta thấy rằng dạng sóng này khác

rất nhiều so với dạng xung chuẩn 1,2/50 s, xung mà dùng để xác định giá trị CFO

của cách điện (hình 2.12b). Giá trị CFONS đƣợc tính xấp xỉ theo công thức (2.35)

0 . . .

/1 . 0

1 . 0 . .

/ .

/1.

0 . .

/ .

/1 .

[(

)(

)]

( 2.35)

Trong đó

( ) .

.

( . ). . ( 2.36)

. . ( ). ( 2.37)



28

Hình 2.12. Điện áp đặt lên chuỗi cách điện (a) và dạng xung chuẩn để thử nghiệm xác

định CFO của cách điện (b).

d. Ảnh hưởng của số pha và điện áp làm việc.

Trong phần tính toán BFR theo công thức (2.28), ngƣời ta chỉ xét tới pha với hệ

số ngẫu hợp C nhỏ nhất. Ta cần phải xét ảnh hƣởng của các pha tới giá trị BFR. Để

đơn giản ta xét đƣờng dây 1 mạch (đƣờng dây 2 mạch cũng làm tƣơng tự). Các dây

dẫn 3 pha có các hệ số ngẫu hợp lần lƣợt là CA, CB, CC. Khi xét cả ảnh hƣởng của

điện áp dây VLN, điện áp đặt lên chuỗi cách điện của 3 pha lần lƣợt là:

( . ) . ( ) ( 2.38)

( . ) . ( ) ( 2.39)

( . ) . ( ) ( 2.40)

Giả thiết cả ba pha đều có cùng giá trị CFONS. Khi đó cƣờng độ dòng sét nhỏ

nhất gây phóng điện của 3 pha là:

( )

( . ) ( 2.41)

( )

( . ) ( 2.42)

( )

( . ) ( 2.43)

Thay đổi giá trị từ 00 đến 360

0 ta vẽ đƣợc đồ thị nhƣ hình 2.13. Từ đây ta xác

định đƣợc xác suất xảy ra phóng điện của từng pha. Pha xảy ra phóng điện là pha có



29

cƣờng độ dòng sét IC nhỏ nhất. Hình 2.13 minh hoạ xác suất xảy ra phóng điện tại

các pha đƣợc tính cho đƣờng dây một mạch 345kV với giá trị điện trở tiếp địa là 16

[12]. Trong trƣờng hợp này, có 49,1% phóng điện tại pha A, 34,2% phóng điện

tại pha B và 16,7% phóng điện tại pha C.

Hình 2.13. Xác định miền nguy hiểm của từng pha đối với đường dây 345kV [12].

e. Ảnh hưởng của thời gian đầu sóng tf.

Thời gian đầu sóng tf ảnh hƣởng lớn đến trị số cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất gây

phóng điện IC. Khi thời gian đầu sóng tf tăng lên, cƣờng độ dòng sét IC cũng tăng

theo (hình 2.14). Thời gian đầu sóng tf là một hàm phụ thuộc vào cƣờng độ dòng sét

IC xác định theo công thức (2.44)

. . 4 ( 2.44)



30

Hình 2.14. Ảnh hưởng của thời gian đầu sóng tới cường độ dòng sét nhỏ nhất gây phóng

điện trên cách điện của đường dây 230kV và 500kV [9].

Trị số tf thay đổi, IC cũng thay đổi theo cho nên cần phải xác định chính xác trị

số tf để tính BFR. Để xác định giá trị thời gian đầu sóng tf và cƣờng độ dòng sét IC

ta thực hiện vòng lặp nhƣ hình 2.15. Đầu tiên chúng ta sẽ chọn một giá trị tf. Theo

gợi ý của CIGRE [6] thì với đƣờng dây 115-230kV ta chọn tf = 2,5s, đƣờng dây

345kV trở lên ta chọn tf = 4,0s, sau đó chọn Ri = 0,5R0 (Ri là giá trị điện trở xung

kích khi xảy ra phóng điện, R0 là giá trị điện trở một chiều đo đƣợc từ thực tế). Tiếp

theo ta xác định đƣợc cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất gây ra phóng điện (IC). Sau đó

tính lại đƣợc giá trị Ri. Nếu sai số giữa 2 giá trị Ri ban đầu và Ri tính đƣợc lớn hơn

giá trị cho phép , ta chọn lại Ri và thực hiện bƣớc lặp nhƣ trên. Nếu đã tìm đƣợc Ri

thoả mãn điều kiện nhỏ hơn , ta tính đƣợc giá trị thời gian đầu sóng tf mới. Nếu sai

số giữa hai trị số tf này lớn hơn ’ thì chọn lại tf, thực hiện vòng lặp Ri để tìm tf mới,

nếu hai giá trị tf có sai số nằm trong khoảng cho phép ’, ta dừng phép lặp. Quá

trình lặp kết thúc, ta xác định đƣợc giá trị tf và IC [6].



31

Hình 2.15. Vòng lặp xác định tf và IC theo phương pháp CIGRE [9]

Sau khi xác định đƣợc tất cả các tham số trên, suất cắt do sét đánh vào khoảng

vƣợt hoặc đỉnh cột BFR xác định theo công thức (2.45)

. . ( > ) (lần/100km.năm) ( 2.45)

( > )

.

/ ( 2.46)

Yes

Sai số tf < ’

𝑡𝑓 . 𝐼𝐶 4

Sai số Ri < No

𝐼𝐶 𝐶𝐹𝑂𝑁𝑆 𝑉𝑃𝐹

𝐾𝑆𝑃(𝐾𝑇𝐴 𝐶𝐴.𝐾𝑇𝑇)

𝐼𝑅 𝑅𝐸𝑅𝑖

𝐼𝐶

𝑅𝑖 𝑅

𝐼𝑅𝐼𝑔

Chọn Ri

Chọn tf

Yes

𝐼𝐶 𝑡𝑓

No



32

2.2.3. Nhận xét.

Ƣu điểm:

- Phƣơng pháp này sử dụng mô hình điện hình học để xác diện tích thu hút

sét, từ đó xác định suất cắt do sét của đƣờng dây khi sét đánh vào dây dẫn.

- Trong quá trình tính toán BFR có xét đến tổng trở sóng của cột và quá

trình truyền sóng trong cột, từ đó xác định điện áp rơi tại mỗi điểm trên

thân cột điện.

- Phƣơng pháp này đƣợc các tổ chức trên thế giới khuyến cáo sử dụng nhƣ:

IEEE, CIGRE, IEC

Nhƣợc điểm:

- Do sét là một hiện tƣợng ngẫu nhiên không thể đoán trƣớc chính xác các

tham số của nó, cho nên việc chỉ xét một giá trị tf khi tính suất cắt là chƣa

có tính tổng quát.

- Việc tính toán suất cắt đƣợc tính theo một khoảng cột đặc trƣng với giá trị

điện trở cố định. Rồi suy ra suất cắt cho cả đƣờng dây. Tuy nhiên giá trị

điện trở nối đất thay đổi dọc theo đƣờng dây cho nên việc đánh giá đó là

thiếu thực tế.



33

2.3. Phƣơng pháp Monte Carlo.

Phƣơng pháp Monte Carlo đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học

nhƣ toán học, hóa học, vật lý, y học… để giải các bài toán có nhiều biến phân bố

theo quy luật thống kê. Phƣơng pháp Monte Carlo sử dụng thuật toán tạo các biến

ngẫu nhiên để tính toán kết quả bằng cách sử dụng trị số trung bình của mẫu để ƣớc

lƣợng giá trị kỳ vọng của bài toán. Bài toán đƣợc giải bằng cách tạo những biến

ngẫu nhiên (nhƣng theo quy luật) sau đó kết quả tính đƣợc sẽ có hai trạng thái đúng

(S: success) hoặc không đúng. Tổng số lần đƣợc kết quả đúng (S) chia cho tổng số

lần thử N sẽ đƣợc giá trị kỳ vọng của bài toán nếu số lần thử đủ lớn.

Phƣơng pháp Monte Carlo đã đƣợc sử dụng để tính suất cắt do sét của đƣờng dây

truyền tải nhƣ tính suất cắt do sét cho đƣờng dây 150kV cột thép [13], cho đƣờng

dây 345kV hai mạch [14]. Martinez sử dụng phƣơng pháp Monte Carlo để tính suất

cắt do sét cho đƣờng dây 400kV một mạch có thông số cột nhƣ hình 2.16 [15].

Hình 2.16. Hình dạng cột đường dây 400kV được Martinez sử dụng trong tính toán suất

cắt sử dụng phương pháp Monter Carlo [15]

Áp dụng phƣơng pháp Monte Carlo đƣợc để tính suất cắt do sét cho đƣờng dây

truyền tải 220kV trong Hệ Thống Điện Việt Nam đƣợc trình bày chi tiết trong các

phần sau.



34

2.3.1. Các bƣớc tính toán của phƣơng pháp Monte Carlo.

Phƣơng pháp Monte Carlo sử dụng nguyên tắc đánh giá theo xác suất thống kê.

Nghĩa là ta xét rất nhiều kịch bản khác nhau, sét có thể đánh vào bất kỳ cột nào trên

đƣờng dây với các thông số điện trở cột khác nhau, dòng điện sét có tham số bất kỳ.

Phƣơng pháp này kết hợp chƣơng trình mô phỏng quá trình quá độ điện từ (EMTP)

với phƣơng pháp Monte Carlo để tính suất cắt do sét cho đƣờng dây truyền tải. Các

bƣớc thực hiện đƣợc đƣợc chỉ ra trên hình 2.17

Hình 2.17. Sơ đồ thuật toán tính toán suất cắt do sét của đường dây theo phương pháp

Monte Carlo dựa trên mô hình tính toán quá điện áp xây dựng trong EMTP/ATP.

Chọn ngẫu nhiên giá trị thời gian đầu sóng tf theo phân bố xác suất f(tf), thời

gian đuôi sóng th theo phân bố xác suất f(th), góc sét theo phân bố g().

Yes

No No

Số kịch bản Nmax

Chọn ngẫu nhiên giá trị cƣờng độ dòng sét I theo phân bố xác suất f(I)

Xây dựng mô hình đƣờng dây trong EMTP/ATP

Bắt đầu chạy

Kiểm tra phóng điện

Cập nhật số lần phóng điện

Suất cắt của đƣờng dây.

Nmax?

Yes

Chọn ngẫu nhiên điện trở nối đất RC theo phân bố xác suất f(RC)

Áp dụng mô hình điện hình học, xác định điểm mà sét đánh vào: dây

dẫn hoặc dây chống sét.

N= N+1

Chọn ngẫu nhiên góc pha điện làm việc của pha A so với thời

điểm xảy ra sét đánh vào đƣờng dây (từ 0-3600)



35

Áp dụng phƣơng pháp Monte Carlo tính toán suất cắt do sét cần thực hiện các

bƣớc nhƣ sau:

- Reo các biến ngẫu nhiên nhƣ góc của cú sét ,cƣờng độ dòng sét I, thời gian

đầu sóng tf, thời gian đuôi sóng th, điện trở chân cột RC, thời điểm sét đánh

vào đƣờng dây.

- Sử dụng mô hình điện hình học xác định điểm mà sét đánh vào đƣờng dây

(dây dẫn hoặc dây chống sét).

- Tính toán quá điện áp xảy ra sau mỗi lần sét đánh vào đƣờng dây.

- Tính suất cắt do sét của đƣờng dây.

Mỗi một kịch bản mô phỏng với mỗi biến ngẫu nhiên nhƣ góc của cú sét, cƣờng

độ dòng sét, thời gian đầu sóng, thời gian đuôi sóng, giá trị điện trở cột, giá trị góc

pha. Các biến ngẫu nhiên này đƣợc reo theo các hàm phân bố xác suất khác nhau.

Trƣớc khi chạy mô phỏng trong EMTP, cần phải áp dụng mô hình điện hình học để

xác định điểm mà sét đánh vào (có thể là dây dẫn hoặc dây chống sét). Để xác định

điểm mà những cú sét có phân bố góc khác nhau đánh vào đƣờng dây ta sử dụng

mô hình điện hình học nhƣ hình 2.18 [16]. Góc sét ở đây đƣợc hiểu là góc so với

phƣơng thẳng đứng. Các bƣớc thực hiện nhƣ sau:

- Vị trí mặt đất (điểm P) sẽ đƣợc xác định ngẫu nhiên theo phân bố đều

- Góc của cú sét đƣợc chọn ngẫu nhiên theo hàm phân bố g() theo công thức

(3.3)

- Áp dụng mô hình điện hình học (hình 2.18) để xác định điểm mà sét đánh vào

đƣờng dây. Nếu cú sét có góc nằm trong trị số (1, 2) hoặc (3, 4) thì sẽ đánh

vào dây dẫn. Còn các cú sét có góc nằm ngoài khoảng đó thì đánh vào dây chống

sét. Các giá trị 1, 2 , 3, 4 đƣợc xác định nhƣ sau:

(

) ( 2.47)

(

) ( 2.48)

(

) ( 2.49)



36

(

) ( 2.50)

. ( ) ( 2.51)

Các giá trị DC, β, Dg đƣợc xác định theo các công thức (2.12), (2.13), (2.15).

Hình 2.18. Mô hình điện hình học khi xét đến phân bố góc của sét [16].

Ta tiến hành chạy mô phỏng sau khi xác định đƣợc tất các các tham số trên, sau

mỗi kịch bản mô phỏng cần phải kiểm tra xem có xảy ra phóng điện hay không.

Nếu xảy ra phóng điện, bộ đếm tăng lên. Quá trình mô phỏng dừng lại khi số kịch

bản đạt đến giá trị Nmax . Kết thúc quá trình mô phỏng ta xác định đƣợc trị số suất

cắt do sét của đƣờng dây bao gồm suất cắt do sét đánh vào dây dẫn và suất cắt do

sét dánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét. Suất cắt do sét đánh vào dây dẫn đƣợc

tính bởi (2.52)

. đ

(lần/100km.năm) ( 2.52)

Với Ndd : Số lần sét đánh vào dây dẫn tính trên 100km trong 1 năm.

Npđdd : Số lần xảy ra phóng điện khi sét đánh vào dây dẫn

Nmax : Số kịch bản mô phỏng.



37

Suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột đƣợc tính theo hƣớng dẫn của CIGRE [6]

. . đ

(lần/100km.năm) ( 2.53)

NL : Số lần sét đánh vào khoảng vƣợt hoặc đỉnh cột trên 100km trong 1 năm.

Nđc : Số lần phóng điện khi sét đánh tại đỉnh cột.

Để xác định số lần sét đánh vào đỉnh cột, khoảng vƣợt hoặc đánh vào đƣờng dây

ngƣời ta sử dụng mô hình điện hình học (hình 2.6). Số lần sét đánh vào đỉnh cột

hoặc dây chống sét đƣợc xác định theo công thức (2.54), số lần sét đánh vào dây

dẫn xác định theo công thức (2.55)

đ ∫ đ

( 2.54)

∫

( 2.55)

Với: Imin là cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất (kA)

Imaxđc là cƣờng độ dòng sét lớn nhất đánh vào đỉnh cột (kA)

Imaxdd là cƣờng độ dòng sét lớn nhất đánh vào dây dẫn (kA)

Dc và Dg xác định theo công thức (2.12) và (2.15)

Suất cắt do sét của đƣờng dây đƣợc tính bằng tổng suất cắt do sét đánh vào dây

dẫn và suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét:

(lần/100km.năm) ( 2.56)

2.3.2. Tính hội tụ của phƣơng pháp Monte Carlo.

Tính hội tụ của phƣơng pháp Monte Carlo đƣợc kiểm tra bằng cách so sánh hàm

mật độ xác suất của tất cả các biến với các hàm lý thuyết của nó. Quá trình mô

phỏng dừng lại khi đạt đến một giá trị sai số nhất định. Ví dụ để đạt đƣợc sai số

10% cần phải chạy tới 10.000 kịch bản, với sai số 5% thì cần chạy tới hơn 30.000

kịch bản [13]. Chƣơng 3 thể hiện kết quả tính toán suất cắt theo phƣơng pháp

Monte Carlo khi chạy với 40.000 kịch bản.



38

2.3.3. Nhận xét.

Ƣu điểm:

- Phƣơng pháp này khắc phục hầu hết các nhƣợc điểm của phƣơng pháp cổ

điển và phƣơng pháp CIGRE. Bài toán mô phỏng và tính suất cắt cho đƣờng

dây sát với thực tế hơn.

- Điện trở chân cột không cố định. Nó thay đổi tuỳ thuộc vào từng vị trí cột.

Sét có thể đánh vào bất cứ cột nào trên tuyến đƣờng dây.

- Các cú sét đƣợc mô phỏng gần giống với thực tế hơn ở chỗ chọn các tham số

của cú sét, nhƣ là phân bố góc của cú sét, cƣờng độ dòng sét, thời gian đầu

sóng, thời gian đuôi sóng đƣợc chọn ngẫu nhiên theo các hàm mật độ xác

suất của nó.

- Sét có thể đánh vào đƣờng dây bất cứ thời điểm nào so với góc pha của điện

áp pha A (góc pha của điện áp thay đổi từ 0 – 3600).

- Phƣơng pháp này kết hợp với phần mềm mô phỏng quá trình quá độ điện từ

EMTP/ATP để tính toán suất cắt của đƣờng dây.

Nhƣợc điểm:

- Để giảm bớt sai số cần phải tăng số kịch bản mô phỏng. Số kịch bản mô

phỏng rất lớn (40000 kịch bản để đạt đƣợc sai số dƣới 5%) dẫn đến khối

lƣợng tính toán lớn cũng nhƣ thời gian mô phỏng kéo dài.

2.4. Chƣơng trình EMTP/ATP (Electromagnetic transient program).

EMTP/ATP là chƣơng trình mô phỏng quá độ điện từ đƣợc sử dụng khá phổ biến

hiện nay. Chƣơng trình ATP tính toán các biến cần quan tâm theo hàm của thời

gian. Chƣơng trình sử dụng qui tắc hình thang để giải các phƣơng trình vi phân của

các phần tử trong miền thời gian hoặc miền tần số [18,19].

EMTP hỗ trợ mô hình mô phỏng các phần tử nhƣ là động cơ, máy biến áp, đƣờng

dây điện trên không, đƣờng dây cáp, chống sét van. Các môdun TACS (Transient

Analysis of Control Systems) và MODELS (ngôn ngữ mô phỏng) cho phép mô hình

hoá các hệ thống điều khiển và các thành phần phi tuyến trong hệ thống điện nhƣ là



39

hiện tƣợng vầng quang, hồ quang xảy ra trong quá trình phóng điện, quá trình

phóng điện ngƣợc trên chuỗi cách điện cách điện… [20]. Các chƣơng trình con hỗ

trợ trong ATP đƣợc thể hiện trên hình 2.19

Hình 2.19. Chương trình con trong EMTP/ATP [18].

Trong đồ án này, chƣơng trình EMTP đƣợc sử dụng để tính toán điện áp trên

chuỗi cách điện của đƣờng dây trong trƣờng hợp sét đánh vào đỉnh cột và dây dẫn.

Các mô hình phần tử của đƣờng dây đƣợc trình bày trong chƣơng 3 phần 3.2.1

2.5. Kết luận.

Chƣơng này đề cập tới ba phƣơng pháp tính suất cắt do sét cho một đƣờng dây

hiện nay đang đƣợc sử dụng, bao gồm phƣơng pháp cổ điển, phƣơng pháp CIGRE,

phƣơng pháp Monte Carlo. Mỗi phƣơng pháp đều có những ƣu điểm cũng nhƣ

nhƣợc điểm riêng.

Phƣơng pháp cổ điển có cách tính toán thuận lợi cho việc tính toán bằng tay, dễ

hiểu tuy nhiên nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là không xét tới ảnh hƣởng của



40

điện áp tại các điểm trên cột, tính toán suất cắt do sét cho pha có hệ số ngẫu hợp

nhỏ nhất sau đó suy ra suất cắt cho cả đƣờng dây. Điện trở cột đƣợc lấy cố định.

Phƣơng pháp CIGRE khắc phục đƣợc một số nhƣợc điểm của phƣơng pháp cổ

điển. Cột đƣợc thay thế bởi một tổng trở sóng và trong tính toán ngƣời ta xét đến

điện áp tại các điểm trên cột. Phƣơng pháp này tính toán suất cắt do sét cho tất cả

các pha sau đó suy ra suất cắt cho đƣờng dây. Phƣơng pháp CIGRE còn có ƣu điểm

là sử dụng mô hình điện hình học để xác định diện tích thu hút sét khi sét đánh vào

dân dẫn hoặc dây chống sét, qua đó xác định số lần sét đánh vào đƣờng dây một

cách chính xác hơn. Tuy nhiên nhƣợc điểm của phƣơng pháp này là thiếu thực tế.

Giá trị điện trở chân cột thay đổi theo từng vùng chứ không phải là một giá trị cố

định, các tham số của dòng sét ta không thể đoán trƣớc đƣợc, cũng nhƣ thời điểm

xảy ra sét đánh so với góc pha của điện áp pha A hay phân bố góc của cú sét

(phƣơng pháp CIGRE giả định các cú sét chỉ có hƣớng đánh vuông góc với mặt

đất).

Phƣơng pháp Monte Carlo là phƣơng pháp kết hợp phần mềm mô phỏng quá

trình quá độ điện từ (EMTP) với lý thuyết phƣơng pháp Monte Carlo để xác định

suất cắt do sét của một đƣờng dây. Phƣơng pháp này có cách đánh giá trực quan về

đƣờng dây truyền tải của chúng ta, các tham số của dòng sét đặc biệt là sự phân bố

của góc sét, giá trị điện trở chân cột, thời điểm xảy ra sét đánh đều là các tham số

ngẫu nhiện phân bố theo hàm mật độ xác suất của chúng. Phƣơng pháp này khắc

phục đƣợc các nhƣợc điểm của hai phƣơng pháp trên, việc kết hợp chƣơng trình

EMTP vào tính toán quá điện áp giúp đánh giá chính xác suất cắt do sét của đƣờng

dây. Tuy nhiên hạn chế của phƣơng pháp này là để đạt đƣợc độ chính xác cao thì số

kịch bản mô phỏng phải lớn dẫn đến khối lƣợng tính toán lớn và thời gian mô

phỏng kéo dài.



41

CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN SUẤT CẮT CHO ĐƢỜNG DÂY

TRUYỀN TẢI 220kV BẰNG PHƢƠNG PHÁP MONTE CARLO.

Trong chƣơng này, ta sẽ áp dụng phƣơng pháp Monte Carlo để tính suất cắt do

sét cho một số đƣờng dây truyền tải 220kV trong hệ thống điện Việt Nam.

3.1. Giới thiệu về đƣờng dây 220kV sử dụng trong tính toán mô phỏng.

Ta sẽ tính toán suất cắt do sét cho bốn đƣờng dây Thanh Thuỷ - Hà Giang, Hà

Giang – Thuỷ điện Tuyên Quang, Thuỷ điện Tuyên Quang – Yên Bái, Tuyên

Quang – Bắc Cạn – Thái Nguyên.

1. Tuyến đƣờng dây 220kV Thanh Thuỷ - Hà Giang đƣợc cấp nguồn từ

Malutang – Trung Quốc qua Thanh Thuỷ tới trạm Hà Giang. Đƣờng dây này

kéo dài 27km gồm có 67cột. Phân bố điện trở trên tuyến này trải dài từ 2

tới 40 (hình 3.1)

Hình 3.1. Phân bố mật độ xác suất (a) và phân bố tích luỹ giá trị điện trở (b) trên tuyến

Thanh Thuỷ Hà Giang.

2. Đƣờng dây 220kV Hà Giang – TĐ. Tuyên Quang kéo dài 98,2km gồm 233

cột có phân bố điện trở trải dài từ 2 tới 30 (hình 3.2).



42


Hà Giang – Thuỷ điện Tuyên Quang.

3. Đƣờng dây TĐ.Tuyên Quang – Yên Bái có chiều dài 86,2km gồm 180 cột.

Tuyến này có giá trị điện trở khá thấp, phân bố tập trung chủ yếu ở 5, có

tới 70% số cột có điện trở dƣới 5 (hình 3.3)


Tuyên Quang – Yên Bái.

4. Đƣờng dây 220kV Thuỷ Điện Tuyên Quang - Bắc Kạn – Thái Nguyên có

chiều dài 134km bao gồm 292 cột và có phân bố điện trở nhƣ hình 3.4. Các

giá trị điện trở phân bố tập trung quanh giá trị 10, có tới 88% số cột có

điện trở nhỏ hơn 10.



43


Tuyên Quang – Bắc Cạn – Thái Nguyên.

Bốn tuyến đƣờng dây này sử dụng chung 7 loại cột khác nhau với chiều cao từ

33m cho tới 49,5m bao gồm 3 loại cột đỡ và 4 loại cột néo [4]. Trong đồ án này sử

dụng loại cột đỡ Đ222AY+6,5 có chiều cao 44,5m để tính toán suất sự cố do sét.

Loạt cột này đƣợc lựa chọn để tính toán do nó chiếm 14% số lƣợng cột trên cả 4

tuyến.

Thống kê của công ty Truyền Tải Điện 1 từ năm 2006 tới năm 2012 [4] cho thấy

bốn tuyến đƣờng dây này đi qua vùng có mật độ giông sét cao (8~9 lần/1km2.năm)

do đó một năm có rất nhiều cú sét đánh vào đƣờng dây, dẫn đến suất cắt do sét của

bốn tuyến đƣờng dây này rất cao và đƣợc thể hiện trên hình 3.5. Tuyến Thanh Thuỷ

- Hà Giang là tuyến có suất cắt do sét cao nhất (8,02 lần/100km.năm), các tuyến còn

lại có suất cắt ~5 lần/100km.năm. Trong phần sau ta sẽ tiến hành mô phỏng và tính

suất cắt do sét của bốn tuyến đƣờng dây này bằng phƣơng pháp Monte Carlo.



44

Hình 3.5. Suất cắt do sét theo thống kê của bốn tuyến đường dây.

3.2. Các mô hình sử dụng trong mô phỏng EMTP.

3.2.1. Xây dựng mô hình đƣờng dây.

Hình 3.6. Mô hình đường dây trong EMTP/ATP.

Hình 3.6 là mô hình đƣờng dây trong chƣơng trình EMTP. Các phần tử cần đƣa

vào trong mô hình nhƣ cột điện, đƣờng dây, nguồn xoay chiều tần số 50Hz, nguồn

dòng xung sét.

Để sét sự ảnh hƣởng của sóng phản xạ từ các cột lân cận, đƣờng dây sẽ đƣợc

mô phỏng bởi 5 cột với 3 khoảng cột ở mỗi phía mà điểm sét đánh vào (hình 3.6).

Chiều dài của mỗi khoảng cột đƣợc ghi trên hình 3.6. Mỗi khoảng cột đƣợc thay thế

bởi mô hình LCC - J.Marti’s trong EMTP [21]. Mô hình J.Marti’s sẽ tính toán sự

thay đổi tổng trở sóng của dây dẫn theo các tần số khác nhau.

8.02

5.09 5.22 5.22

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Thanh thuỷ - Hà Giang

Hà Giang-TĐTuyên Quang

TĐ TuyênQuang - Yên

Bái

Tuyên Quang-Bắc Cạn-Thái

Nguyên



45

Hai nguồn AC1 và AC2 đƣợc kết nối với 2 đầu đƣờng dây thông qua một ma

trận tổng trở. Ma trận này có tác dụng triệt tiêu sóng phản xạ từ 2 đầu đƣờng dây.

Ta có thể thay thế tổng trở đó đơn giản bởi đƣờng dây đủ dài.

Hình 3.7 thể hiện các thông số cột, dây dẫn, dây chống sét đƣợc nhập vào trong

mô hình LCC

- Ph.No là vị trí dây dẫn, dây chống sét. Các vị trí từ 1 đến 6 là vị trí

dây dẫn. Vị trí 7,8 là vị trí dây chống sét (DCS) (hình 3.8).

- Rin, Rout là bán kính trong, bán kính ngoài của dây dẫn, DCS.

- Horiz khoảng cách theo phƣơng ngang của dây dẫn hoặc DCS tới

tâm cột.

- Vtower khoảng cách so với mặt đất.

- Vmid = Vtower – f. f là độ võng của dây dẫn hoặc DCS.

- Separ : khoảng cách pha (cm)

- NB : số dây dẫn/1pha.

Hình 3.7. Thông số đường dây sử dụng trong chương trình EMTP



46

3.2.2. Mô hình cột.

Hình 3.8. Mô hình cột sử dụng trong chương trình EMTP.

Mô hình cột đƣờng dây 220kV đƣợc thay thế bởi mô hình nhiều phân đoạn [22]

(hình 3.8) Các trị số tổng trở sóng Zt1 = Zt2 = Zt3 = 220. Zt4 = 150.

Vận tốc truyền sóng trong cột v = 3.108 m/s

Hằng số thời gian truyền sóng trên cột = h/v

Hằng số suy giảm dọc theo cột = 0.8944

Các giá trị điện trở R1 = r1.h1, R2 = r1.h2, R3 = r1. h3, R4 = r2. h4

L1 = R1. , L2 = R2. , L3 = R3. , L4 = R4.

Trong đó các trị số điện trở đơn vị r1, r2 tính theo công thức (3.1) và (3.2)

. . .

/ ( 3.1)

. 4. .

/ ( 3.2)

Hệ thống nối đất chân cột đƣợc thay thế trong chƣơng trình EMTP bởi một điện

trở tuyến tính R với giá trị điện trở đo đƣợc từ thực tế.



47

3.2.3. Sóng sét.

Sóng sét đƣợc mô phỏng bởi một nguồn dòng dạng dốc Slope – ramp (hình 3.9)

nhƣ khuyến cáo của Ametani [22]. Tổng trở sóng của sét đƣợc thay thế bởi một

điện trở tuyến tính có giá trị 1000 mắc song song với nguồn dòng. Các tham số

của nguồn dòng nhƣ hình 3.10. Do sét là một hiện tƣợng ngẫu nhiên, nên việc giả

định dòng sét với xung chuẩn 1,2/50 s là một hạn chế. Thực tế thì ta không thể

đoán trƣớc đƣợc tham số của những cú sét đánh xuống đƣờng dây. Các đại lƣợng

Amplitude, T0, A1,T1 là các giá trị ngẫu nhiên. Theo nghiên cứu của CIGRE [6]

cho thấy sự phân bố các tham số của sét theo các hàm phân bố xác suất log chuẩn.

Hình 3.9. Dạng sóng nguồn dòng Slope – ramp.

Hình 3.10. Các tham số của nguồn dòng sét trong mô phỏng EMTP.



48

Trong đó

T0 : thời gian đầu sóng (s).

Amplitude : cƣờng độ dòng điện tại thời điểm T0 (kA)

T1 : thời gian đuôi sóng (s).

A1 : cƣờng độ dòng điện tại thời điểm T1 (kA)

3.2.4. Mô hình chuỗi cách điện và mô hình mỏ phóng.

Chuỗi cách điện đƣờng dây 220kV gồm 15 bát sứ với chiều dài mỗi bát là

146mm sẽ đƣợc thay thế bởi một điện dung với trị số 100pF/1 bát sứ [11]. Trên mỗi

chuỗi cách điện đƣợc trang bị hai mỏ phóng ở hai đầu để bảo vệ chuỗi cách điện.

Khe hở phóng điện tạo bởi hai mỏ phóng trên chuỗi cách điện đƣợc mô phỏng bởi

mô hình phóng điện ngƣợc trong EMTP. Đồ án này sử dụng phƣơng pháp phát triển

tia tiên đạo của Montoyama [21] để mô phỏng quá trình phóng điện trên chuỗi cách

điện. Phƣơng pháp của Montoyama xét đến những thông số đặc biệt của sự phóng

điện và những đặc tính vật lý liên quan đến cơ chế phóng điện. Phƣơng pháp này

dựa vào các kết quả thí nghiệm để đƣa ra các công thức giải tích. Bằng việc giải

một tập hợp các phƣơng trình khác nhau, ngƣời ta đã tính toán đƣợc sự phát triển

của tia tiên đạo, và sau đó ta thu đƣợc đƣờng đặc tính volt – giây của chuỗi cách

điện.

3.2.5. Mô hình chống sét van.

Chống sét van sử dụng trong mô phỏng là loại chống sét van có khe hở (EGLA).

Loại chống sét van này đã đƣợc lắp đặt thử nghiệm trên tuyến 220kV Uông Bí –

Tràng Bạch và sẽ đƣợc triển khai trên toàn tuyến Hà Giang – Thuỷ Điện Tuyên

Quang – Yên Bái. Chống sét van loại có khe hở bao gồm một điện trở phi tuyến có

đặc tính nhƣ hình 3.11 nối tiếp với một mỏ phóng có chiều dài khe hở là 1m.



49

Hình 3.11. Đặc tính chống sét van có khe hở (EGLA).

3.3. Xác định các tham số ngẫu nhiên.

Các tham số của nguồn dòng sét, tham số điện trở nối đất, thời gian mà sét đánh

vào đƣờng dây so với góc pha điện áp pha A hay là điểm mà sét đánh vào đều là các

tham số ngẫu nhiên. Tuy nhiên việc chọn các biến này phải tuân theo hàm mật độ

xác suất của chúng.

3.3.1. Biên độ dòng sét, thời gian đầu sóng, thời gian đuôi sóng.

Mỗi tham số của dòng sét đều có một phân bố xác suất theo hàm xác suất log

chuẩn. Trong đồ án này sử dụng phân bố xác suất đƣợc khuyến cáo bởi CIGRE

[15] (bảng 3.1). Hình 3.12 và 3.13 chỉ ra phân bố mật độ xác suất của trị số

cƣờng độ dòng sét và trị số thời gian đầu sóng tf sử dụng trong mô phỏng.

Bảng 3.1. Giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các biến [13].

Tham số Phân bố log chuẩn

Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn

Im (kA) 34 0,74

tf (s) 2 0,4943

th(s) 77,5 0,577



50

Hình 3.12. Hàm phân bố mật độ xác suất của cường độ dòng sét sử dụng trong mô phỏng.

Hình 3.13. Hàm phân bố mật độ xác suất của thời gian đầu sóng sử dụng trong mô phỏng.



51

3.3.2. Phân bố góc của cú sét.

Hình 3.14 thể hiện phân bố góc của cú sét theo hàm phân bố g() xác định theo

công thức (3.3) [23]. Các tham số của phân bố góc sét đƣợc lấy trong bảng 3.2, với

các giá trị m khác nhau thì phân bố góc sét cũng khác nhau. Các cú sét có phân bố

góc trải dài từ -900 tới 90

0 nhƣng tập trung chủ yếu quanh giá trị 0

0. Ta sẽ chọn m =

2 theo khuyến cáo của IEEE [23] để thực hiện mô phỏng.

( ) .

( 3.3)

Bảng 3.2. Tham số của phân bố góc sét.

Hình 3.14. Phân bố góc của cú sét.

3.3.3. Phân bố điện trở chân cột.

Trị số điện trở chân cột đƣợc chọn ngẫu nhiên từ các trị số điện trở thống kê

đƣợc của từng tuyến đƣờng dây. Phân bố điện trở của từng tuyến thể hiện trong

phần 3.1

m Km

0 1/

1 1/2

2 2/

3 3/4

4 8/3

5 15/16



52

3.3.4. Thời điểm xảy ra sét đánh.

Thời điểm xảy ra sét đánh vào đƣờng dây so với góc pha điện áp pha A đƣợc

chọn ngẫu nhiên từ 00 – 360

0 theo phân bố đều.

3.4. Kết quả mô phỏng tính toán suất cắt bốn tuyến đƣờng dây 220kV.

Ta tiến hành chạy mô phỏng với bốn tuyến đƣờng dây: Thanh Thuỷ - Hà Giang,

Hà Giang – TĐ Tuyên Quang, TĐ Tuyên Quang – Yên Bái, Tuyên Quang- Bắc Cạn

- Thái Nguyên. Kết quả sau khi mô phỏng thể hiện trên hình 3.15. Ngoài ra trên

hình 3.15 còn thể hiện suất cắt do sét theo thống kê từ năm 2006 tới năm 2012 và

suất cắt do sét tính đƣợc từ phƣơng pháp cổ điển [24]. Trong phƣơng pháp cổ điển

tính với trị số điện trở là trị số cao nhất của tuyến đƣờng dây (tuyến Thanh Thuỷ -

Hà Giang lấy trị số điện trở 40, ba tuyến còn lại lấy trị số điện trở là 30). Từ đó

ta rút ra một số nhận xét nhƣ sau:

Suat

cat

(lan/1

00km

.nam

)

0

2

4

6

8

10

Suat cat theo thong ke

SFFOR tính theo monte carlo

BFR tinh theo monte carlo

phuong phap co dien

Thanh ThuyHa Giang

Ha GiangTuyen Quang

Tuyen QuangYen Bai

Tuyen QuangBac Can Thai Nguyen

Hình 3.15. So sánh suất cắt của một số đường dây theo thống kê với kết quả tính theo

phương pháp Monte Carlo và phương pháp cổ điển.

- Đƣờng dây Thanh Thuỷ - Hà Giang có trị số suất cắt do sét là cao nhất (8,26

lần/100km.năm) trong đó suất cắt do sét đánh vào dây dẫn ~1,4 lần/100km.năm.

Đƣờng dây này có trị số điện trở khá cao (trị số điện trở trung bình của toàn

tuyến là ~15 trong khi các tuyến còn lại có trị số điện trở trung bình dƣới 8)

dẫn đến suất cắt do sét của tuyến đƣờng dây này là cao nhất.



53

- Do sử dụng cùng một loại cột cho nên suất cắt do sét đánh vào dây dẫn của các

tuyến đƣờng dây này xấp xỉ bằng nhau (~1,5 lần/100km.năm). Suất cắt do sét

đánh vào dây dẫn chiếm khoảng 20% suất cắt tổng cộng (tuỳ thuộc vào từng

tuyến đƣờng dây).

- So sánh kết quả thu đƣợc với kết quả tính suất cắt theo thống kê cho thấy độ tin

cậy của phƣơng pháp này. Với đƣờng dây Thanh Thuỷ - Hà Giang, suất cắt do

sét tính theo phƣơng pháp Monte Carlo là 8,26 lần/100km.năm, suất cắt do sét

theo thống kê của đƣờng dây này là 8,02 lần/100km.năm. Đƣờng dây Tuyên

Quang – Yên Bái có suất cắt tính đƣợc là 5,67 lần/100km.năm so với 5,22

lần/100km.năm theo thống kê.

- Phƣơng pháp cổ điển tính suất cắt do sét với trị số điện trở cao nhất của tuyến

đó. Chỉ có một số cột trên tuyến mới có trị số điện trở cao nhƣ vậy. Mặc dù vậy

kết quả tính toán cho thấy sai số khá lớn khi so với thực tế. Ví dụ tuyến Thanh

Thuỷ - Hà Giang suất cắt tính đƣợc chỉ có 5,6 lần/100km.năm trong khi theo

thống kê đƣờng dây này có suất cắt là 8,02 lần/100km.năm.

- Suất cắt do sét phụ thuộc khá nhiều vào mật độ giông sét (Ng), hoạt động của

giông sét rất phức tạp và thay đổi theo từng năm, từng vùng, hơn nữa đƣờng

dây truyền tải lại trải dài cho nên rất khó đánh giá chính xác trị số mật độ giông

sét chung của cả tuyến đƣờng dây. Đƣờng dây càng ngắn thì trị số Ng càng

chính xác. Điều này dẫn tới sai số trong quá trình tính toán suất cắt do sét. Ví dụ

khi mật độ giông sét thay đổi tử 8,2 lần/1km2.năm lên 10,9 lần/1km

2.năm, trị số

suất cắt do sét tính cho đƣờng dây Thanh Thuỷ Hà Giang tăng lên từ 8,26

lần/100km.năm lên 10,97 lần/100km.năm.

Phần sau sẽ chỉ ra ảnh hƣởng của các tham số dòng sét tới trị số suất cắt do sét

tính theo phƣơng pháp Monte Carlo.

3.4.2. Phân bố cƣờng độ dòng sét gây ra phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột

hoặc khoảng vƣợt.

Hình 3.16 chỉ ra phân bố cƣờng độ dòng sét gây ra phóng điện khi sét đánh vào

đỉnh cột tại bốn tuyến đƣờng dây. Các trị số cƣờng độ dòng sét trải dài từ 50kA tới

300kA. Các cú sét đánh vào đỉnh cột có xác suất gây ra phóng điện cao nhất nằm



54

trong dải từ 100kA tới 150kA. Đƣờng dây Thanh Thuỷ - Hà Giang có trị số điện trở

khá cao nên trị số cƣờng độ dòng sét xảy ra phóng điện tập trung cao ở trị số

100kA, các tuyến còn lại có giá trị điện trở thấp hơn nên trị số cƣờng độ dòng sét

tập trung nhiều ở trị số 120kA. Khi mà trị số điện trở R tăng, phần điện áp đặt lên

hệ thống nối đất (I.R) cũng tăng tƣơng ứng làm cho điện áp đặt lên chuỗi cách điện

tăng theo. Vì vậy trị số cƣờng độ dòng sét gây phóng điện sẽ giảm đi.

Xuất hiện những cú sét có cƣờng độ rất cao (lớn hơn 200kA) đánh vào đƣờng

dây nhƣng xác suất gây ra phóng điện của chúng lại thấp, nguyên nhân là do xác

suất xuất hiện những cú sét có cƣờng độ lớn hơn 200kA là rất thấp. Mặc dù giá trị

phân bố dòng điện sét dao động quanh giá trị trung bình 34kA nhƣng xác suất các

cú sét đánh vào đỉnh cột gây ra phóng điện lại tập trung quanh trị số 100kA là do

cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất đánh vào đỉnh cột gây ra phóng điện là ~55kA.

Hình 3.16. Phân bố cường độ dòng sét gây ra phóng điện khi sét đánh vào đỉnh cột.



55

3.4.3. Phân bố giá trị thời gian đầu sóng tf của cú sét đánh vào đỉnh cột hoặc

khoảng vƣợt gây phóng điện.

Hình 3.17. Phân bố giá trị thời gian đầu sóng của những cú sét đánh vào đỉnh cột gây ra

phóng điện.

Mặc dù thời gian đầu sóng của dòng sét phân bố quanh trị số 2s (hình 3.13)

nhƣng trị số thời gian đầu sóng tf của những cú sét đánh vào đỉnh cột gây phóng

điện lại phân bố quanh trị số trung bình 1,5s (hình 3.17). Các trị số tf có xác suất

gây ra phóng điện cao nhất nằm trong khoảng từ 1s tới 1,6s. Các cú sét có thời

gian đầu sóng tf lớn hơn 4s thì ít có xác suất phóng điện thấp hơn do xác suất xuất

hiện những cú sét có tham số tf >4s rất thấp. Ta thấy rằng các cú sét có giá trị thời

gian đầu sóng tf càng nhỏ thì càng dễ gây ra phóng điện trên chuỗi cách điện. Điều

này dễ hiểu vì khi đó phần điện áp giáng lên thân cột xác định theo công thức (3.4)

chủ yếu phụ thuộc vào thành phần điện cảm của thân cột. Trị số điện trở chân cột

trong trƣờng hợp này ảnh hƣởng rất ít tới trị số Ucđ.

đ( ) ( ).

( 3.4)



56

3.4.4. Mối quan hệ giữa cƣờng độ dòng sét và giá trị thời gian đầu sóng tf khi

sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây phóng điện.

Hình 3.18. Mối quan hệ giữa cường độ dòng sét và giá trị thời gian đầu sóng tf khi sét

đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vượt gây phóng điện.

Hình 3.18 chỉ ra mối quan hệ giữa cƣờng độ dòng sét và thời gian đầu sóng tf của

những cú sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây phóng điện. Các hình tam

giác màu đen thể hiện các cú sét có tham số cƣờng độ I và thời gian đầu sóng tf gây

phóng điện. Các dấu chấm màu ghi thể hiện các cú sét không gây ra phóng điện.

Với trị số thời gian đầu sóng ~0,4s thì cƣờng độ dòng điện sét gây ra phóng điện

rất thấp (~55kA), những cú sét có trị số thời gian đầu sóng tf > 5s để gây ra phóng

điện thi cƣờng độ của nó phải rất cao (Ic = 250kA đối với tuyến đƣờng dây thuỷ

điện Tuyên Quang – Yên Bái). Khi trị số thời gian đầu sóng tăng thì trị số cƣờng độ

dòng sét gây phóng điện cũng tăng theo.

3.4.5. Mối quan hệ giữa cƣờng độ dòng sét và giá trị điện trở cột khi sét đánh

vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt gây ra phóng điện.

Hình 3.19 thể hiện mối quan hệ giữa các cƣờng độ dòng sét và giá trị điện trở cột

khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc giữa khoảng cột và gây ra phóng điện. Các hình tam

giác màu đen thể hiện cƣờng độ dòng sét gây ra phóng điện tại các cột. Các dấu

chấm màu ghi thể hiện các cú sét không gây ra phóng điện. Ta rút ra một số nhận

xét nhƣ sau:



57

- Sét có thể gây ra phóng điện tại bất kỳ điểm nào trên đƣờng dây, từ những

cột có giá trị điện trở rất nhỏ (~2) hay những cột có giá trị điện trở rất cao

(43).

- Khi giá trị điện trở chân cột tăng, trị số cƣờng độ dòng sét gây ra phóng điện

giảm.

- Với trị số điện trở rất nhỏ vẫn tồn tại những cú sét có cƣờng độ thấp gây

phóng điện do các cú sét này có độ dốc đầu sóng lớn cho nên ảnh hƣởng của

trị số điện trở cột là không đáng kể nhƣ đã trình bày ở phần 3.4.3

Hình 3.19. Mối quan hệ giữa cường độ dòng sét và giá trị điện trở cột khi sét đánh vào

đỉnh cột hoặc khoảng vượt gây ra phóng điện.



58

3.4.6. Phân bố góc sét khi sét đánh vào dây dẫn gây phóng điện.

Hình 3.20. Phân bố góc sét của những cú sét đánh vào dây dẫn gây phóng điện.

Hiện tại đƣờng dây này đƣợc thiết kế với cột có góc bảo vệ là 00 (hình 3.8). Nếu

giả sử chỉ xét đến các cú sét đánh theo phƣơng vuông góc với mặt đất (góc sét = 00)

thì sẽ không còn xảy ra hiện tƣợng sét đánh vào dây dẫn. Tuy nhiên thực tế thì các

cú sét có thể đánh bất kỳ hƣớng nào, hình 3.20 chỉ ra phân bố góc sét khi sét đánh

vào dây dẫn gây phóng điện. Góc của các cú sét trải dài từ 50 đến 60

0. Xác suất

xuất hiện các cú sét có góc nằm trong khoảng 50 đến 10

0 đánh vào dây dẫn gây

phóng điện là rất cao.

3.5. Kết luận.

Phƣơng pháp Monte Carlo kết hợp với chƣơng trình mô phỏng quá độ điện từ

EMTP đã đƣợc sử dụng để tính toán hiện tƣợng phóng điện do sét trên một số tuyến

đƣờng dây 220kV trong hệ thống điện Việt Nam. Các tham số của dòng điện sét

đƣợc chọn ngẫu nhiên theo hàm phân bố xác suất đƣợc khuyến cáo bởi CIGRE [6].

Các trị số điện trở cột đƣợc chọn ngẫu nhiên theo các trị số đo đƣợc từ thực tế của

từng đƣờng dây. Kết quả tính toán cho thấy:

- Khi xét đến phân bố góc của các cú sét, suất cắt do sét đánh vào dây dẫn là rất

đáng kể (~1,5 lần/100km.năm) mặc dù góc bảo vệ của đƣờng dây hiện tại là 00.



59

Nếu việc giả sử sét chỉ đánh theo phƣơng vuông góc với mặt đất thì khả năng

sét đánh vào dây dẫn là hầu nhƣ không còn.

- Khi giá trị tham số thời gian đầu sóng của cú sét càng nhỏ, giá trị cƣờng độ

dòng sét nhỏ nhất gây ra phóng điện càng giảm, các cú sét gây nguy hiểm hơn

khi tham số thời gian đầu sóng tf của nó rất nhỏ.

- Điện trở chân cột giảm làm tăng cƣờng độ dòng sét nhỏ nhất gây phóng điện

trên cột, tuy nhiện việc giảm điện trở cột không có ý nghĩa nhiều đối với những

cú sét có trị số thời gian đầu sóng tf nhỏ.



60

CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.

4.1. Kết luận.

- Suất cắt do sét của đƣờng dây truyền tải đƣợc tính tổng suất cắt do sét đánh vào

dây dẫn và suất cắt do sét đánh vào đỉnh cột hoặc khoảng vƣợt. Suất cắt do sét

của một số đƣờng dây truyền tải trong hệ thống điện Việt Nam là rất cao. Vì thế

cần có các phƣơng pháp tính toán suất cắt do sét chính xác để từ đó đề ra các

giải pháp phù hợp nhằm giảm suất cắt cho đƣờng dây.

- Để tính toán suất cắt do sét hiện nay trên thế giới ngƣời ta thƣờng dùng ba

phƣơng pháp (phƣơng pháp cổ điển, phƣơng pháp CIGRE và phƣơng pháp

Monte Carlo). Trong đồ án này sử dụng phƣơng pháp Monte Carlo kết hợp với

phần mềm mô phỏng quá độ điện từ EMTP để tính toán suất cắt do sét của một

số đƣờng dây truyền tải trong hệ thống điện Việt Nam. Các đƣờng dây này hiện

đang có suất cắt do sét thống kê đƣợc là rất cao.

- Trong quá trình mô phỏng tính toán theo phƣơng pháp Monte Carlo, các tham

số của dòng sét đặc biệt là phân bố góc của cú sét đƣợc chọn ngẫu nhiên theo

các hàm phân bố đƣợc khuyến cáo bởi CIGRE, trị số điện trở đƣợc lấy từ số

liệu thống kê của từng tuyến đƣờng dây. Vì vậy việc mô phỏng hiện tƣợng sét

đánh vào đƣờng dây càng sát với thực tế.

- Kết quả cho thấy suất cắt do sét tính toán theo phƣơng pháp Monte Carlo chính

xác hơn nhiều so với phƣơng pháp cổ điển. Vì thế nó có thể đƣợc coi là phƣơng

pháp đáng tin cậy để tính toán quá điện áp do sét trên đƣờng dây truyền tải.

4.2. Hƣớng phát triển đề tài.

- Các tham số của dòng sét đƣợc chọn trong đồ án này là các tham số ngẫu nhiên

và mỗi tham số đều có một phân bố độc lập. Tuy nhiên các tham số này đều

phụ thuộc lẫn nhau. Để bài toán mô phỏng tính toán suất cắt sát với thực tế hơn

thì cần phải xem xét đến khả năng này.

- Trong các tài liệu của CIGRE chỉ ra rằng nếu cú sét đánh vào khoảng vƣợt thì ít

nguy hiểm hơn khi đánh trực tiếp xuống đỉnh cột [6,9], và bỏ qua hiện tƣợng

phóng điện tại khoảng vƣợt khi tính toán suất cắt do sét. Tuy nhiên thực tế



61

ngƣời ta quan sát thấy hiện tƣợng phóng điện xảy ra tại giữa khoảng vƣợt [23].

Trƣờng hợp này xảy ra với các khoảng cột dài (>400m). Trong quá trình chạy

mô phỏng theo phƣơng pháp Monte Carlo với khoảng cột 1000m, tác giả nhận

thấy xác suất xảy ra phóng điện tại giữa khoảng cột còn cao hơn xác suất phóng

điện tại đỉnh cột (phóng điện tại khoảng vƣợt chiếm 57%). Tuy nhiên vấn đề

này cần phải đƣợc xem xét và đánh giá kỹ càng hơn.

- Do đƣờng dây sử dụng nhiều loại cột khác nhau cho nên cần phải xét tới tất cả

các loại cột hiện có trên đƣờng dây, khi đó bài toán mô phỏng tính toán suất cắt

do sét của đƣờng dây truyền tải sẽ chính xác hơn.



62

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] http://en.wikipedia.org/wiki/Distribution_of_lightning#cite_note-18

[2] http://www.phongchonglutbaotphcm.gov.vn/?id=46&cid=3557

[3] http://www.baocongthuong.com.vn/nang-luong/33848/giam-thieu-su-co-

luoi-dien-do-set.htm.

[4] Công ty truyền tải điện 1, Tổng kê sự cố tuyến đƣờng dây mua điện Trung

Quốc từ năm 2006 đến 2012, 2012.

[5] Võ Viết Đạn, Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Đại học Bách Khoa Hà Nội,

1972.

[6] CIGRE WG 33-01: “Guide to Procedures for Estimating the Lightning

Performance of Transmission Lines”, Technical Brochure, October 1991.

[7] TS Nguyễn Thị Minh Chƣớc, “Hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện

cao áp”, Bộ môn Hệ thống điện, Trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội, 2002.

[8] Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện cao áp, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội,

2007.

[9] Andrew R. Hileman, Insulation Coordination for Power Systems, CRC 1999

[10] IEEE Working Group on Lightning Performance of Transmission Lines: “A

Simplified Method for Estimating Lightning Performance of Transmission

Lines”, IEEE Trans. on Power App. & Systems, Vol. PAS-104, No. 4, pp.

919-927, April 1985.

[11] IEC TR 60771-4 Part 4: Computational guide to insulation coordination and

modelling of electrical networks. 2004-06.

[12] Electric Power Research Institute, Transmission Line Reference Book 345

KV and Above, 1982.

[13] J. G. Anderson, “Monte Carlo Computer Calculation of Transmission-Line

Lightning Performance”. AIEE Trans, vol. 80, pp. 414-420, August 1961.



http://en.wikipedia.org/wiki/Distribution_of_lightning#cite_note-18

http://www.phongchonglutbaotphcm.gov.vn/?id=46&cid=3557

http://www.baocongthuong.com.vn/nang-luong/33848/giam-thieu-su-co-luoi-dien-do-set.htm

http://www.baocongthuong.com.vn/nang-luong/33848/giam-thieu-su-co-luoi-dien-do-set.htm

63

[14] G. Furst, “Monte Carlo lightning backflash model for EHV lines. A

MODELS-based application example,” in EEUG Meeting, Budapest,

Hungary, Nov. 10–12, 1996, pp. 10–12.

[15] Juan A. Martinez, “Lightning Performance Analysis of Overhead

Transmission Lines Using the EMTP”, IEEE Transactions on power

delivery, Vol. 20, No. 3, July 2005.

[16] Amir Shafaei, Ahmad Gholami, Reza Shariatinasab, “A New Developed

Method for Evaluation of Lightning Performance of Overhead Transmission

Lines with Considering Impact of Stroke Angle”, 2011 International

Conference on Circuits, System and Simulation IPCSIT vol.7 (2011)

IACSIT Press, Singapore.

[17] J.A. Martinez and F. Castro-Aranda. “Influence of the stroke angle on the

flashover rate of an overhead transmission line”. Proc. of IEEE PES General

Meeting 2006. Montreal. June 2006.

[18] EMTP/ATP Quick Guide, Electric Power Engineering Group UPR-

Mayagüez, P.R. June 18,2002.

[19] H.W. Dommel, ElectroMagnetic Transients Program. Reference Manual

(EMTP Theory Book), Bonneville Power Administration, Portland, 1986

[20] László Prikler, Hans Kristian Høidalen, ATPDRAW version 5.6 for

Windows 9x/NT/2000/XP/Vista Users' Manual, Preliminary Release No. 1.0

November 2009.

[21] T. Pham and S. Boggs, “Flashover of Arcing Horn in Transient Simulation”,

2010 IEEE International Symposium on Electrical Insulation (ISEI 2010),

San Diego, CA, 5-9 June, 2010

[22] Ametani, A.; Kawamura, T.: “A Method of a Lightning Surge Analysis

Recommended in Japan Using EMTP”, IEEE Trans. on Power Delivery,Vol.

20, No. 2, pp. 867-875, April 2005.



64

[23] H. R. Armstrong, Edwin R. Whitehead, “Field and Analytical studies of

transmission Line Shielding”, IEEE Transactions on Power Appatatus and

Systems vol. Pas-87, No. 1 January 1968.

[24] Lê Văn Thiện, Phạm Hồng Thịnh, “Tính toán bảo vệ chống sét cho trạm biến

áp 110/220kV và bảo vệ chống sóng truyền vào trạm từ phía đƣờng dây

220kV”, Đồ án tốt nghiệp đại học Bách Khoa Hà Nội, tháng 06 năm 2013.

[25] T. Udo, “Estimation of lightning shielding failures and mid-span back-

flashovers based on the performance of EHV double circuit transmission

lines, IEEE Transactions on Power Delivery”, Vol. 12, No. 2, April 1997.



mô phỏng tính toán quá Điện Áp do sét trên Đường dây truyền tải sử dụng...

Documents