PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
1

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM
ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG BỘ GIÁM SÁT CHỐNG SÉT VAN ZnO,
PHỤC VỤ CHO CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM
TẠI CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
Bùi Châu Quốc Bảo, Trần Thanh Liêm
Công ty Thí nghiệm điện miền Trung - Tổng Công ty Điện lực miền Trung
Tóm tắt: Trên cơ sở nghiên cứu cấu trúc và nguyên lý làm việc cơ bản và các thông số
kỹ thuật của các chủng loại bộ giám sát dòng rò và số lần hoạt động của các chống
sét van ZnO không khe hở hiện đang được sử dụng trên lưới điện Việt Nam, đề tài đã
tính toán thiết kế và đưa ra sơ đồ nguyên lý của thiết bị thử nghiệm bộ giám sát loại
ZLAMT-II. Thiết bị thử nghiệm ZLAMT-II được chế tạo trọn bộ dưới dạng hộp có kích
thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ, sử dụng các bo mạch chức năng được tích hợp từ
các linh kiện dễ kiếm trong nước. Với thiết kế an toàn, thuận tiện khi sử dụng, thiết bị
ZLAMT-II đã mang lại hiệu quả cao trong công tác thử nghiệm mới và định kỳ.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ trong những thập niên 1990 trở lại đây, các thiết
bị bảo vệ chống sét đã chuyển từ thế hệ các chống sét van SiC có khe hở với những nhược điểm
về kỹ thuật cũng như tuổi thọ vận hành thấp sang việc sử dụng các chống sét van không khe hở
sử dụng các phần tử ZnO có tính phi tuyến cao với những ưu điểm nổi trội cả vể kỹ thuật lẫn
kinh tế như là:
 Đơn giản về mặt kết cấu vì vậy có độ tin cậy cao hơn;
 Bền về đặc tính vận hành;
 Khả năng tiêu tán năng lượng trên một đơn vị điện áp (kJ/kV) cao hơn;
 Khả năng chịu quá áp tạm thời (TOV) tốt hơn;
 Được chế tạo với nhiều mức điện áp vận hành liên tục cực đại (MCOV) nên rất linh hoạt

loại này là có tổng trở đầu vào lớn ( 6kΩ) Hình 1. Bộ giám sát chống sét loại
có cơ cấu ghi và đếm số lần tác động
Hình 2. Bộ giám sát chống sét loại vừa
có cơ cấu ghi và cơ cấu đo dòng rò xoay chiều
Mặc dầu các chống sét van ZnO không khe hở đã được sử dụng hầu hết trên các lưới điện cao áp
ở nước ta, nhưng việc kiểm tra và thử nghiệm tại hiện trường đối với bản thân các chống sét loại
này cũng như các thiết bị giám sát của chúng vẫn có những điểm đáng lưu ý sau :
 Ngành điện chưa ban hành khối lượng tiêu chuẩn kiểm tra & thử nghiệm sau lắp đặt và
trong định kỳ tại hiện trường cho loại chống sét này mặc dầu đã có bộ tiêu chuẩn IEC
60099. Điều này dẫn đến việc hiện vẫn còn nhiều đơn vị thí nghiệm áp dụng tiêu chuẩn
thử nghiệm của loại chống sét đời cũ (SiC) nên việc đánh giá là không đúng và đôi khi
gây hư hỏng cho với các chống sét đang được thử nghiệm khi áp dụng thử nghiệm cao áp;
 Việc đánh giá tình trạng chất lượng các chống sét này và thiết bị giám sát chúng trong lắp
mới và trong định kỳ vẫn chưa được chú trọng, đôi khi chỉ đơn thuần là theo dõi số lần
PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
3

làm việc của bộ đếm sét mà ít khi chú trọng đến giá trị dòng điện rò xoay chiều tổng chạy
qua phần tử chống sét.
Theo tiêu chuẩn IEC 60099-5 việc đánh giá chất lượng của các chống sét van ZnO không khe
hở có thể được tiến hành tại hiện trường theo những phương pháp chủ yếu như sau:
a. Kiểm tra điện áp tham chiếu Uref của chống sét;
b. Đo tổn hao công suất mW của chống sét;
c. Đo dòng điện rò tổng chạy qua chống sét;

Do chống sét van là phần tử bảo vệ quá điện áp cho các thiết bị điện, vì vậy nếu bộ giám sát của
chống sét van hoạt động tốt và tin cậy sẽ giúp cho người quản lý vận hành biết được không
những tình trạng của riêng chống sét mà còn cung cấp các thông tin quan trọng phục vụ cho
công tác bảo dưỡng các thiết bị điện (dựa vào số lần chống sét làm việc), đặc biệt thông tin này
còn giúp cho việc phân tích và đưa ra các khối lượng kiểm tra, chẩn đoán & bảo dưỡng hợp lý,
kịp thời nhằm ngăn ngừa những sự cố nghiêm trọng xảy ra ngoài dự đoán trong lưới điện.
2.2. Quá trình thiết kế, chế tạo thiết bị thử nghiệm bộ giám sát sét của chống
sét van
Sơ đồ nguyên lý của bộ giám sát chống sét van về cơ bản có cấu trúc như hình 3. Trong đó, cơ
cấu đếm số lần làm việc của chống sét hoạt động khi có dòng điện có biên độ từ vài chục A đến
hàng kA chạy qua trong khoảng thời gian rất ngắn (hay còn gọi là các xung dòng điện). Các
xung dòng này sẽ kích hoạt cuộn dây của cơ cấu đếm tác động làm nhảy số bộ đếm cơ. Tùy theo
giá trị của tổng trở đầu vào của bộ giám sát mà yêu cầu về điện áp kích hoạt sẽ có các mức khác
nhau khi thử nghiệm.
Trong trạng thái làm việc bình thường của chống sét ZnO dưới điện áp vận hành định mức sẽ
luôn có một điện áp đặt vào phần tử MOV (Metal Oxide Varistor) chính của thiết bị giám sát.
Nhờ một mạch đo chuyên dụng mà dòng rò chạy qua chống sét van sẽ được đo qua một đồng hồ
microampe gắn trong. Căn cứ trên giá trị của kim chỉ trên đồng hồ đo dòng rò, nhân viên vận
hành có thể biết được tình trạng chất lượng của các chống sét ZnO.
Hình 3. Sơ đồ
nguyên lý của bộ
giám sát CSV ZnO
loại có đồng hồ đo
dòng rò
MOV
R
1

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BỘ GIÁM SÁT HOẠT ĐỘNG CHỐNG SÉT VAN ZnO KHÔNG KHE HỞ
VAR
2

Thường thông tin ở các đồng hồ đo dòng rò sẽ cho ta biết được các cấp độ về tình trạng chất
lượng tương ứng của các chống sét, chẳng hạn đối với phần lớn các chống sét ZnO cấp điện áp
220kV lúc ban đầu thường có giá trị dòng điện rò xoay chiều tổng trong vận hành luôn < 1mA
thì việc đánh giá là như sau:
 Khi dòng rò ≤ 1,5mA: Chống sét trong tình trạng bình thường;
 Khi dòng rò nằm trong phạm vi từ 1,5÷ 3mA: Chống sét hoặc đang trong tình trạng bị
nhiễm bẩn bề mặt hoặc có dấu hiệu suy thoái về chất lượng các phần tử bên trong. Cần
tiến hành các biện pháp vệ sinh, bảo dưỡng. Nếu dòng rò không giảm cần thực hiện thêm
PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
5

nhiều thử nghiệm chẩn đoán bổ trợ để đánh giá chất lượng các phần tử ZnO bên trong
trước khi quyết định tiếp tục sử dụng trên lưới hoặc loại khỏi vận hành;
 Khi dòng rò > 3mA: Chống sét cần được loại khỏi vận hành và thay mới ngay lập tức.
3. THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ THỬ NGHIỆM ZLAMT-II DÙNG CHO TẤT CẢ CÁC
BỘ GIÁM SÁT CỦA CÁC CHỐNG SÉT VAN
3.1. Sơ đồ nguyên lý thiết bị ZLAMT-II
Trên cơ sở nghiên cứu cấu trúc và nguyên lý làm việc căn bản và các thông số kỹ thuật của các
bộ giám sát chống sét van ZnO hiện đang được sử dụng trên lưới điện Việt Nam, đề tài đã tính
toán thiết kế và đưa ra sơ đồ nguyên lý của thiết bị thử nghiệm bộ giám sát loại ZLAMT-II như
trên hình 5.
3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thiết bị ZLAMT-II:
3.2.1. Cấu tạo

nhấn thử nghiệm. Ngoài ra để bảo vệ đồng hồ mA tránh khỏi các xung quá áp xâm nhập từ khối
cấp nguồn(A), ta lắp thêm một phần tử phi tuyến V6 (MOV) vào mạch cấp nguồn nuôi của đồng
hồ.
3.1.2. Nguyên lý làm việc
* Khi thử nghiệm cơ cấu đếm của bộ giám sát:
Sau khi đã thực hiện các phép đấu nối thiết bị ZLAMT-II với bộ giám sát của chống sét van, ta
tiến hành đóng áp tô mát cấp nguồn ATM để đưa nguồn vào máy biến áp BACL1. Bật công tắc
S1 (đang ở vị trí OFF) sang vị trí tùy chọn (6kV hoặc 250V) để cấp nguồn cho các khối tăng áp
6kVdc hoặc khối tạo áp 250Vdc. Khi công tắc S1 ở vị trí 6kV, điện áp nguồn được cấp vào đầu
vào khối tạo áp 6kV(B) điện áp đầu ra được nạp vào khối tích năng lượng (C) qua tiếp điểm
công tắc tơ KA2-1 và điốt chặn D1. Khi quá trình nạp kết thúc đèn L1 của mạch báo trạng thái
nạp sẽ tắt.
Để tiến hành phép thử bộ đếm, ta nhấn nút nhấn tự giữ PB3 (READY) để cấp nguồn cho mạch
điều khiển. Khi đó đèn L4(READY) sẽ sáng, đồng thời công tắc tơ KA2 sẽ có điện làm tiếp
điểm KA2-1 mở để cách ly mạch nạp với khối tích năng lượng (C). Khi nhấn nút PB1(TEST) rơ
le trung gian RG1 có điện làm đóng tiếp điểm cấp nguồn cho công tắc tơ KA1, dẫn tới các tiếp
điểm KA1-1 và KA1-2 của công tắc tơ đóng lại làm năng lượng tích ở khối C xả qua bộ giám
sát của chống sét gây tác động cơ cấu đếm sét. Để đảm bảo an toàn cho người thử nghiệm, trước
khi tách dây đo từ đầu ra 6kV (hoặc 250V) của thiết bị thử, ta nhấn nút PB2 (DISCHARGE) để
cấp nguồn cho rơ le trung gian RG2 làm đóng các tiếp điểm RG2-1 & RG2-2, khi đó năng
lượng tích tụ trong các khối C & E sẽ được xả qua các điện trở R2,R3. Khi quá trình xả kết thúc
các đèn báo L2,L3 sẽ tắt.
* Khi thử nghiệm cơ cấu đo dòng rò:
Lúc này, chuyển mạch S1 phải được đặt ở vị trí OFF. Sau khi đóng áp tô mát cấp nguồn ATM,
ta tiến hành đóng công tắc S2 để cấp nguồn cho máy biến áp BACL2. Cuộn thứ cấp 1 của máy
biến áp này sẽ cấp nguồn nuôi cho đồng hồ mA chỉ thị số, cuộn thứ cấp 2 sẽ thực hiện việc cấp
nguồn cho mạch dòng qua biến trở điều chỉnh R
Đ
, đồng hồ mA và cơ cấu đo dòng của bộ giám
sát chống sét van. Nhấn nút nhấn (13) để loại bỏ việc cầu tắt mạch đo của đồng hồ mA, đồng

- Độ ẩm tương đối : đến 95% (không đọng ẩm).
KA2
RG1
KA1
L2 R3
T1
6kV
BACL1
Hình 4: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BỘ THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ GIÁM SÁT CSV
250V
220VAC
KA1
KA1
KHỐI TĂNG ÁP 6KV
S1
ATM
FU1 FU2
FU4
FU3
KHỐI TẠO ÁP
250VDC
KTA: Khối tăng áp (6kV)
T1: Khối tụ DC (6kV)
T2: Khối tụ DC (250V)
KA: Khởi động từ
RG1,RG2: Rơle trung gian
FU: Cầu chì
S1,S2: Chuyển mạch
BACL: Biến áp cách ly
L1 : Đèn nạp tụ (Red)

LC
LC: Bộ lọc sóng hài
RG1
5 9
6 10
PB3KA2
PB3: Nút nhấn READY
PB1
RG2
7 11
R1
R2
L1
KHỐI TỤ NẠP 6KV

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý bộ thử nghiệm thiết bị giám sát CSV
HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC
8

1. Giắc cắm nguồn 220Vac (AC 220)
2. Công tắc cấp nguồn (CHARGING
SOURCE)
3. Chuyển mạch chọn điện áp thử
(S1)
4. Đèn báo trạng thái sẵn sàng của
thiết bị (READY)
5. Nút nhấn (READY)

Hình 5. Bố trí các phần tử ở mặt trên và mặt sau của thiết bị ZLAMT-II PHÂN BAN B3. Bảo vệ và điều khiển hệ thống điện
9

5. ƯU DIỂM VA CAC ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM
Với thiết kế trên, thiết bị ZLAMT-II có các khả năng như sau:
 Kiểm tra và đánh giá tình trạng của bộ phận đếm sét (counting device) của các bộ giám
sát chống sét loại “Surge Counter” & “Surge Monitor” ở cả hai trạng thái off-line và on-
line;
 Kiểm tra và đánh giá tình trạng của bộ phận giám sát dòng rò xoay chiều (monitoring
device of AC leakage current) của bộ giám sát chống sét loại “Surge Monitor”;
 Thử nghiệm đặc tính V-A xoay chiều của các chống sét van ZnO không khe hở ở chế độ
off-line khi sử dụng kết hợp với bất kỳ các bộ nguồn tạo cao áp độc lập nào.
Thiết bị ZLAMT-II sau khi được chế tạo và đưa vào sử dụng đã cho thấy các ưu điểm nổi trội
sau:
 Có kết cấu gọn nhẹ, bền, thuận tiện cho việc sử dụng lưu động tại các công trình;
 Dễ sử dụng, thao tác đơn giản;
 Rất an toàn do có mạch báo tình trạng nối đất của thiết bị, đầu ra thử nghiệm được cách ly
hoàn toàn với các nguồn tạo xung dòng do vậy hạn chế nguy cơ tiếp xúc trực tiếp với các
nguồn cao áp một chiều hoặc xoay chiều trong quá trình thử;
 Thích ứng hoàn toàn yêu cầu thử nghiệm cho mọi chủng loại bộ giám sát chống sét hiện
đang sử dụng trên hệ thống điện.
6. KẾT LUẬN
Được triển khai chế tạo và đưa vào sử dụng từ năm 2009 tại các công trình thí nghiệm mới và
định kỳ các nhà máy và trạm biến áp, thiết bị thử ZLAMT-II đã giúp kiểm tra và phát hiện được

.