Ứng dụng chống sét van trên đường dây compact 110Kv tại Việt Nam

án mô phỏng quá điện áp sét được IEEE 
và IEC giới thiệu [2]. Đối với cột 2 mạch, mỗi cột chia làm 4 
tầng, đối với cột 1 mạch mỗi cột chỉ cần chia làm 3 tầng. 
Tầng 1 là đoạn cột từ đỉnh cột đến xà của pha trên, tầng 2 
từ xà pha trên xuống xà pha giữa, tầng 3 từ xà pha giữa đến 
xà pha cuối, và tầng thứ 4 từ xà pha cuối xuống đất. Mỗi 
tầng được mô phỏng bằng một tổng trở sóng được ký hiệu 
lần lượt là Zt1, Zt2, Zt3 và Zt4 có trị số tương ứng với từng loại 
đường dây theo số liệu trong bảng 2. Để mô tả sự suy giảm 
sóng trên mỗi tầng của cột được thay thế bởi các trị số điện 
trở và điện cảm của từng tầng phụ thuộc vào kích thước 
của từng loại cột được tính theo như [2]. 
Mô hình nguồn sét sử dụng sóng sét được mô phỏng 
bởi một nguồn dòng dạng dốc Slope - ramp 1,2/50ms (hình 
3) [2]. Tổng trở sóng của sét được thay thế bởi một điện trở 
tuyến tính có giá trị 400Ω mô phỏng tổng trở kênh sét mắc 
song song với nguồn dòng. 
Chuỗi cách điện đường dây sử dụng loại composite bao 
gồm 7 bát, chiều dài mỗi bát là 146mm, mô hình phóng điện 
trên cách điện sử dụng mô hình theo IEEE [2] để mô phỏng. 
Hình 3. Dạng sóng nguồn dòng Slope - ramp 
Mô hình điện trở tiếp địa cột, trong thực tế, giá trị điện 
trở tiếp địa của cột không phải là giá trị điện trở cố định 
như được đo ở điện áp một chiều mà là một điện trở phi 
tuyến có trị số phụ thuộc vào độ lớn của dòng điện sét và 
quá trình phóng điện trong đất. Trị số điện trở phi tuyến 
được xác định như sau [19]: 
 Nếu I < I thì Rtđ = R0 
 Nếu I > I thì 
0
td
g
RR
I1
I
Trong đó: R0 là điện trở tiếp địa cột ở điện áp một chiều 
(); I là dòng điện sét đi qua tiếp địa (A) Ig là cường độ dòng 
điện giới hạn (A); là điện trở suất của đất (.m); E0 là điện 
trường xảy ra phóng điện trong đất hay gradient điện áp 
ion hóa trong đất có giá trị từ 100 đến 1000 kV/m [18]. 
Như vậy, nhận thấy trong trường hợp dòng điện sét 
vượt quá trị số tới hạn gây phóng điện trong đất, thì giá trị 
điện trở tiếp địa còn giảm hơn so với trị số R0. Mô hình thay 
thế điện trở tiếp địa cột và dữ liệu nhập vào trong EMTP 
theo như [2]. 
Hình 4. Đặc tính V-A của CSV loại không khe hở cho cấp điện áp 110kV [20] 
Mô hình chống sét van, chống sét van sử dụng trong 
mô phỏng là loại chống sét van không khe hở 3EL của 
Siemens với dùng cho cấp điện áp 110kV, với trị số điện áp 
làm việc liên tục MCOV là 89kV với đặc tính V-A trình bày 
trên hình 4. CSV được mô phỏng trong EMTP bằng một 
điện trở phi tuyến với đặc tính phi tuyến nhập vào từ hình 
4. Các tham số của dây nối, cách điện polymer của CSV 
được bỏ qua. 
Sơ đồ các phần tử như nguồn sét, cột, tiếp địa, chuỗi 
cách điện, khoảng vượt, chống sét van được thay thế trong 
mô phỏng EMTP/ATP được thể hiện trên hình 5, với đại 
diện cho một cột và 2 khoảng vượt trong sơ đồ mô phỏng. 
Hình 5. Sơ đồ mô phỏng cho một cột 2 mạch 110kV trong EMTP/ATP 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 4 (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 41
4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 
4.1. Suất sự cố của đường dây compact kết hợp lắp CSV 
với đường dây thông thường 
Tiến hành mô phỏng cho đường dây thông thường và 
đường dây compact kết hợp lắp CSV theo trị số điện trở 
tiếp địa thay đổi từ 10Ω đến 50Ω. Suất sự cố do sét của 
đường dây 110kV 1 mạch và 2 mạch được xác định theo [2]. 
Kết quả mô phỏng tính toán suất sự cố đường dây thông 
thường và đường dây compact kết hợp lắp CSV đường dây 
1 mạch và 2 mạch được trình bày trên hình 6 và 7. 
Hình 6. So sánh suất sự cố đường dây thông thường và đường dây compact 
kết hợp lắp CSV của đường dây 1 mạch 
Hình 7. So sánh suất sự cố đường dây thông thường và đường dây compact 
kết hợp lắp CSV của đường dây 2 mạch 
Kết quả mô phỏng trên hình 6 cho thấy đối với đường 
dây 1 nếu chỉ sử dụng đường dây compact mà không lắp 
đặt CSV tại pha A, khi sét đánh vào đường dây sẽ đánh trực 
tiếp vào dây pha, suất sự cố không phụ thuộc vào điện trở 
tiếp địa và có trị số rất cao tới 58 lần/100km.năm. Nhưng 
khi đường dây compact kết hợp với lắp đặt CSV tại pha trên 
cùng suất sự cố nhỏ hơn gần 4 lần so với khi đường dây 
compact không có CSV với Rtđ = 50. Ở dải điện trở tiếp địa 
nhỏ hơn 10 thì sử dụng đường dây compact kết hợp với 
lắp CSV ở pha trên cùng suất sự cố cũng không thay đổi 
nhiều so với đường dây thông thường. Khi Rtđ = 50 suất 
sự cố đường dây compact kết hợp với lắp CSV ở pha trên 
cùng giảm từ 20,5 lần/100 m.năm xuống 14,6 
lần/100km.năm so với đường dây thông thường. 
Kết quả mô phỏng trên hình 7 cho thấy đối với đường 
dây 2 mạch sử dụng đường dây compact kết hợp lắp đặt 
CSV tại pha trên cùng của cả hai mạch suất sự cố giảm so 
với đường dây thông thường. Điện trở tiếp địa cột càng lớn 
thì sử dụng đường dây compact kết hợp lắp đặt CSV tại pha 
trên cùng của cả hai mạch càng hiệu quả. Khi đó hai dây 
pha A của hai mạch đóng vai trò như 2 DCS bảo vệ cho pha 
B và pha C nên khả năng sét đánh vào các dây pha phía 
dưới càng nhỏ do góc bảo vệ lúc này bằng 00. 
4.2. Suất sự cố của đường dây compact khi thay đổi số 
lượng CSV lắp đặt 
4.2.1. Đường dây 1 mạch 
Tiến hành mô phỏng cho trường hợp đường dây 
compact kết hợp với lắp đặt CSV khi lắp 1 CSV trên pha A, 
lắp 2 CSV trên pha A và pha B và 3 CSV tại tất cả các pha. 
Kết quả mô phỏng tính toán suất sự cố của đường dây trình 
bày trên hình 8. 
Hình 8. Suất sự cố đường dây compac theo số lượng CSV đường dây 1 mạch 
Kết quả trên hình 8 cho thấy khi tăng số lượng CSV lắp 
đặt suất sự cố của đường dây giảm. Khi lắp 3 CSV trên tất cả 
các pha suất sự cố của đường dây bằng 0. Ngoài ra, giảm 
điện trở tiếp địa cũng làm giảm suất sự cố đường dây. Suất 
sự cố của đường dây khi Rtđ = 40 sử dụng 2 CSV tương 
đương với đường dây có Rtđ = 10 sử dụng 1 CSV. 
4.2.2. Đường dây 2 mạch 
Hình 9. Suất sự cố đường dây compac theo số lượng CSV đường dây 2 mạch 
Tiến hành mô phỏng cho trường hợp đường dây 
compact kết hợp với lắp đặt CSV khi lắp 2 CSV, lắp 3 CSV và 
4 CSV. Kết quả mô phỏng tính toán suất sự cố của đường 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 4 (8/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 42
KHOA HỌC P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
dây trình bày trên hình 9. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy 
tương tự như đường dây 1 mạch, tăng số lượng CSV suất sự 
cố của đường dây giảm. 
4.3. Điện áp trên cách điện các pha 
Khi khoảng cách giữa các dây pha với DCS hoặc giữa các 
dây pha với nhau giảm sẽ làm tăng hệ số ngẫu hợp của các 
pha [20]. Dẫn đến điện áp đặt trên cách điện giảm xuống. 
Sử dụng đường dây compact không chỉ làm giảm số lần sét 
đánh vào đường dây do giảm được chiều cao cột đồng thời 
giảm khoảng cách giữa các dây pha với nhau dẫn đến làm 
tăng hệ số ngẫu hợp giữa các pha, điện áp đặt trên cách 
điện các pha không lắp CSV cũng được giảm xuống. Mô 
phỏng trường hợp đường dây 1 mạch và 2 mạch với dòng 
điện sét 50kA (1,2/50ms), Rtđ = 10, kết quả mô phỏng điện 
áp trên cách điện pha B và pha C của đường dây thông 
thường và đường dây compact kết hợp lắp CSV được trình 
bày trên hình 10 và 11. 
Hình 10. Điện áp trên cách điện pha B đường dây 1 mạch 
Kết quả mô phỏng trên hình 10 và 11 cho thấy, điện áp 
trên cách điện các pha không lắp CSV của đường dây 
compact kết hợp CSV nhỏ hơn so với đường dây thông 
thường, điện áp trên cách điện pha lắp CSV luôn ở mức điện 
áp dư của CSV. Điều này cho thấy khi sét CSV làm việc dòng 
điện sét chạy qua CSV chạy trên dây tạo ra điện áp cảm ứng 
trên các dây pha khác, do pha B và pha C gần pha A hơn so 
với DCS nên hệ số ngẫu hợp pha B và pha C của đường dây 
compact kết hợp CSV lớn hơn hệ số ngẫu hợp pha B và pha C 
của đường dây thông thường. Chính vì thế điện áp đặt trên 
cách điện pha B và pha C của đường dây compact kết hợp 
CSV sẽ nhỏ hơn. 
Hình 11. Điện áp trên cách điện các pha đường dây 2 mạch 
4.4. Năng lượng hấp thụ của CSV 
Trường hợp sét đánh trực tiếp đỉnh cột của đường dây 
compact kết hợp lắp CSV, vì không có DCS nên trường hợp 
này sét đánh trực tiếp vào dây pha. Mô phỏng với dòng 
điện sét 50kA (1,2/50ms), Rtđ = 10, đây là ngưỡng dòng 
điện sét mà CSV lắp ở pha A làm việc trong khi các pha 
không lắp CSV không xảy ra phóng điện, ngưỡng dòng 
điện này theo phân bố xác suất tích luỹ cường độ dòng sét 
[1] xác suất xuất hiện trị số dòng điện sét lớn hơn 50kA là 
15%. Kết quả mô phỏng xác định năng lượng hấp thụ của 
CSV trong trường hợp lắp CSV ở pha A với ngưỡng dòng 
điện sét 50kA và trường hợp lắp CSV trên tất cả các pha với 
ngưỡng dòng điện sét 300kA được trình bày trên hình 12. 
Hình 12. Năng lượng hấp thụ của CSV 
Kết quả mô phỏng trên hình 12 cho thấy, năng lượng 
hấp thụ của CSV với ngưỡng dòng điện sét 50kA thì năng 
lượng hấp thụ của CSV ở cả trường hợp 1 mach và 2 mạch 
đều có trị số nhỏ hơn nhiều lần năng lượng hấp thụ cho 
phép của CSV. Khi dòng điện sét 300kA (Dòng điện sét lớn 
nhất theo phân bố của IEEE [1]) năng lượng hấp thụ lớn 
nhất của CSV ở trường hợp 1 mạch đạt tới 1157kJ (trong 
trường hợp này cả 3 CSV trên các pha A,B,C đều làm việc) 
những vẫn đảm bảo năng lượng hấp thụ ho phép của CSV, 
nên CSV không bị phá hỏng. Ở trường hợp đường dây 2 
mạch do tất cả các CSV tại cột bị sét đánh cùng làm việc 
nên dòng điện sét đã phân bố sang các CSV khác nên năng 
lượng hấp thụ của CSV chỉ đạt 296kJ nhỏ hơn nhiều lần 
năng lượng lớn nhất mà CSV có thể chịu được. 
5. KẾT LUẬN 
Số lần sét đánh vào đường dây compact ít hơn so với 
đường dây thông thường có DCS, trị số dòng điện sét lớn 
nhất đánh vào các dây pha phía dưới cũng nhỏ hơn, dẫn 
đến suất sự cố do sét đánh vào dây dẫn cũng nhỏ hơn. 
Đường dây compact chỉ hiệu quả khi kết hợp với lắp đặt 
CSV, nếu không có CSV khi sét đánh vào đường dây sẽ 
đánh trực tiếp vào dây pha rất nguy hiểm suất sự cố của 
đường dây rất cao tới 60 lần/100km.năm, bởi vì đường dây 
110 kV chuỗi cách điện chỉ chịu được dòng điện sét nhỏ 
hơn 3,2kA (vì U50% = 650kV, tổng trở sóng dây pha 400) 
Suất sự cố của đường dây compact kết hợp với CSV phụ 
thuộc vào số lượng CSV lắp đặt và điện trở tiếp địa của cột. 
Số lượng CSV tăng lên suất sự cố giảm xuống trên cả 
đường dây 1 mạch và 2 mạch. Khi điện trở tiếp địa của cột 
càng lớn sử dụng đường dây compact kết hợp lắp CSV càng 
hiệu quả. 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 4 (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 43
Khi xảy ra sét đánh mà CSV làm việc, sử dụng đường dây 
compact kết hợp với CSV làm tăng hệ số ngẫu hợp giữa các 
pha, dẫn đến điện áp đặt trên cách điện các pha không lắp 
CSV giảm xuống. 
Năng lượng hấp thụ của CSV với trị số dòng điện 
ngưỡng bắt đầu gây phóng điện trên cách điện có trị số 
nhỏ hơn nhiều so với khả năng hấp thụ của CSV. Với trị số 
dòng điện sét rất cao 300kA thì năng lượng hấp thụ của 
CSV có thể đạt tới ngàn kJ, trường hợp này rất ít xảy ra do 
xác suất xuất hiện ngưỡng dòng điện sét này rất nhỏ 
khoảng 0,2%. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. CIGRE, 1991. Guide to procedures for estimating the lightning 
performance of transmission lines. CIGRE Technical Brochure no. 63. 
[2]. Ninh Văn Nam, Nguyễn Xuân Phúc, 2017. Ứng dụng chống sét van giảm 
suất cắt do sét trên đường dây truyền tải. Tạp chí KHCN, Đại học Công Nghiệp Hà 
Nội, số 38, pp. 160-165. 
[3]. Ninh Van Nam, Pham Hong Thinh, Tran Van Top, 2018. Effect of 
Transmission Line Configuration on the Installation of Surge Arrester. Tạp chí Khoa 
học & Công nghệ các trường Ðại học Kỹ thuật, no 131, pp. 49-54. 
[4]. Pham T. H., S. A. Boggs, H. Suzuki ,T. Imai, 2012. Effect of Externally 
Gapped Line Arrester Placement on Insulation Coordination of a Twin-Circuit 220 kV 
Line. IEEE Transactions on power delivery. vol. 27, no. 4, pp. 1991-1997. 
[5]. Sadovic S., M. Babuder, M. Hrast, D. Bokal, M. Marnisek ,T. Sadovic, 
2009. Line Surge Arrester Application on 123 kV Double Circuit Line. International 
Symposium on High Voltage Engineering, Johannesburg, South Africa. 
[6]. Sadovic S., R. Joulie, S. Tartier, E. Brocard, 1997. Use of line surge 
arresters for the improvement of the lightning performance of 63kV and 90kV 
shielded and unshielded transmission lines. IEEE Transactions on Power Delivery. 
vol. 12, no. 3, pp. 1232-1240. 
[7]. Short T., C. Warren, J. Burke, C. Burns, J. Godlewski, F. Graydon, H. 
Morosini, 1996. Application of surge arresters to a 115-kV circuit. Transmission 
and Distribution Conference Proceedings., 1996 IEEE, pp. 276-282. 
[8]. Tarchini J. ,W. Gimenez, 2003. Line surge arrester selection to improve 
lightning performance of transmission lines. Power Tech Conference Proceedings, 
2003 IEEE Bologna, pp. 6-11. 
[9]. Zanetta L. C. ,C. E. M. Pereira, 2003., Application studies of line arresters in 
partially shielded 138kV transmission lines. IEEE transactions on power delivery. vol. 
18, no. 1, pp. 95-100. 
[10]. Martinez J. A., F. Castro-Aranda, 2009. Lightning performance analysis 
of an overhead transmission line protected by surge arresters. IEEE Latin America 
Transactions. vol. 7, no. 1, pp. 62-70. 
[11]. Deng Xu, Zhou Hao, 2011. Research of the lightning protection 
performance for 220 kV double-circuit transmission line. 2011 7th Asia-Pacific 
International Conference on Lightning, IEEE, pp. 314-317. 
[12]. Paolo villa, Arnaldo bertazzi, Maurizio Leva, 2002. Compact 
transmission line with inverted delta configuration. CIGRE 2002, pp. 1-4. 
[13]. Sadovic S., D. Lepley, E. Brocard, J. George, 2011. Line Surge Arresters 
Applications on the Compact Transmission Lines. Journal of Energy. vol. 60, no. 41-
46, pp. 26-32. 
[14]. Sadovic S., M. Muhr, T. Sadovic, 2007. Line Surge Arrester Energy Duty 
Considerations on the Compact Unshielded Transmission Lines. 15th International 
Symposium on High-Voltage Engineering, ISH, pp. 27-31. 
[15]. IEEE Std 1243-1997, 1997. IEEE guide for improving the lightning 
performance of transmission lines. Standard IEEE. 
[16]. QCVN, 2015. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kỹ thuật điện. 2015/BCT. 
[17]. Wakai T., N. Itamoto, T. Sakai, M. Ishii, 2000. Evaluation of transmission 
line arresters against winter lightning. IEEE Transactions on Power Delivery. vol. 15, no. 
2, pp. 684-690. 
[18]. Andrew R.Hileman, 1999. Insulation coordination for power systems. 
CRC Press. 
[19]. IEC TR 60071-4, 2004. Insulation co-ordination, part 4: computational 
guide to insulation co-ordination and modeling of electrical networks. 
Standard IEC. 
[20]. Ninh N. V., T. Pham, T. V. Tran, 2016. Coupling effect in transmission 
line submitted to lightning strikes. The 9th Regional Conference on Electrical and 
Electronics Engineering (RCEEE -2016), pp. 20-24. 
AUTHORS INFORMATON 
Ninh Van Nam1, Nguyen Manh Quan1, Tran Van Top2 
1Hanoi University of Industry 
2Hanoi University of Science and Technology