- 1 -

MỤC LỤC
L ......................................................................................................................... 3
CÁC T VIT TT ..................................................................................................................... 4
DANH MC CÁC BNG BIU ................................................................................................. 5
DANH MC CÁC HÌNH V ...................................................................................................... 6
M U ..................................................................................................................................... 8
U LÝ THUYT V N
TRUNG ÁP ............................................................................................................................... 11
1.1. PHÂN LOI QUÁ N ÁP TRONG I N TRUNG ÁP ................................................... 11
1.2. CH  NI T M TRUNG TÍNH VÀ VN  VN HÀNH I N TRUNG ÁP ..... 15
1.2.1 Mn ba pha i vt ............................. 16
1.2.2 Mn ba pha trung tính ni qua cun dp h quang ................... 22
1.2.3. Mn ba pha trung tính nn tr nh ....................... 25
1.2.4 Mn ba pha trung tính nn kháng nh ................... 26
1.2.5 Mn ba pha trung tính nt trc tip ..................................... 27
NG QUAN V V N ÁP DO CHT MT PHA
N TRUNG ÁP ............................................................................................. 31
2.1.  PHÁP TÍNH TOÁN TNG TR TH T KHÔNG CA NG DÂY TI N ... 31
2.1.1. Khái nin v tng tr trong h t pha ABC .................... 31
2.1.2. Ma trn tng tr ng hp có vt dn nc lp
 ........................................................................................................................ 35
2.1.3. Tính toán các phn t ca ma trn tng tr ABC + N ........................ 37


ABC
............................................................................................................. 44
2.2. CÁC  PHÁP TÍNH TOÁN QUÁ N ÁP DO S C CHM T MT PHA
TRONG I TRUNG ÁP .................................................................................................................. 47
i xng ............................................... 47

Nguyễn Đoàn Quyết

- 4 - CÁC TỪ VIẾT TẮT

ATP Alternative Transient Program
BIL Basic Impulse Level
CSV Chống sét van
CN Công nghiệp
COV Continuous Operating Voltage
DCS Dây chống sét
EMTP ElectroMagnetic Transient Program
IEC International Electrotechnical Commission
MBA Máy biến áp
MCOV Maximum Continuous Operating Voltage
NEMP Nuclear Electromagnetic Pulses
NNEMP Non-Nuclear Electromagnetic Pulses
TBA Trạm biến áp
TOV Temporary OverVoltage
TTT Thứ tự thuận
TTK Thứ tự không
QĐA Quá điện áp

- 5 -

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Một số nguyên nhân gây QĐA tạm thời, biên độ và thời gian tồn tại...... 14
Bảng 1.2 Dòng điện chạm đất cho phép của các đường dây tương ứng với các cấp

với trường hợp R
1
/X
1
=R
= 0 .............................................................................................................................. 50
b) Quan hệ giữa tỉ số R
0
/X
1
và X
0
/X
1
khi giữ hệ số quá điện áp cố định khi R
1
=X
1
50
Hình 2.10. Sơ đồ lưới điện tại nút 1 .......................................................................... 51
Hình 2.11. Sơ đồ thay thế 3 pha lưới điện 110/22kV trong ATP/EMTP ................. 55
Hình 3.1. Tổng quan về các mô đun trong ATP/EMTP ........................................... 60
Hình 3.2. Sơ đồ xuất tuyến 35kV .............................................................................. 61
Hình 3.3. Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính cách điện trong ATP/EMTP ............... 61
Hình 3.4. Điện áp các pha tại đầu đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách
điện, ngắn mạch chạm đất pha A) ............................................................................. 62
Hình 3.5. Điện áp các pha tại cuối đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính cách
điện, ngắn mạch chạm đất pha A) ............................................................................. 62
Hình 3.6. Sơ đồ xuất tuyến 35kV trung tính nối đất trực tiếp trong ATP/EMTP ..... 62
Hình 3.7. Điện áp các pha tại đầu đường dây (xuất tuyến 35kV, trung tính nối đất

ngành. Nước ta do điều kiện khó khăn về kinh tế, nền kinh tế nghèo nàn nhỏ lẻ, đi
lên từ sau chiến tranh cộng với bối cảnh vừa hòa nhập vào kinh tế thế giới, tốc độ
tăng trưởng phụ tải rất nhanh, thường xuyên xảy ra thiếu hụt điện năng nên nguồn
vốn thường ưu tiên tập trung phát triển nguồn điện cũng như lưới điện truyền tải.
Nguồn vốn đầu tư cho nguồn và lưới truyền tải của Việt Nam hiện chiếm khoảng
85% (60% cho nguồn và 25% cho lưới truyền tải), còn lại 15% là vốn đầu tư cho
lưới phân phối. Vấn đề này hiện nay đã và đang đặt ra rất nhiều bất cập mà ngành
điện cũng như các khách hàng của mình đang cùng phải đối mặt bao gồm: n
xung c tin cy không cao, chp, tn tht công sut, tn
thn, kh  ng hóa kém….Một vấn đề rất quan trọng cũng
chưa được quan tâm đúng mức đó là hiện tượng n áp xy i phân
phi. Việc lựa chọn CSV trong lưới điện này thường được chọn một cách đơn giản,
ít xem xét vị trí lắp đặt, chế độ điểm trung tính (trung tính cách điện, trung tính nối
đất hiệu quả, trung tính nối đất qua tổng trở), dẫn đến là CSV có thể bị quá áp khi
có sự cố chạm đất một pha. Nội dung bản luận văn này sẽ tập trung đi sâu nghiên
cứu mô phỏng hiện tượng QĐA trong lưới điện phân phối khi xảy ra ngắn mạch
một pha và tìm cách đề xuất một phương thức lựa chọn CSV hợp lý.
M.2.Lịch sử nghiên cứu
1. Luận văn thạc sĩ “Nghiên cu ng cc nt trung
n vic la chn trung th” - Nguyễn Thanh Hải –
ĐHBK Hà Nội -2009. Nội dung: nghiên cứu hệ số quá áp trong lưới điện trung áp
trong các tình huống xảy ra quá áp do sự cố phức tạp bao gồm ngắn mạch chạm đất,
đứt dây chạm đất và quá điện áp cộng hưởng. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh
- 9 -

hưởng của các vấn đề trên đến việc lựa chọn cách điện nói chung và chưa đề cập tới
việc lựa chọn cụ thể của CSV.
2. Luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ứng dụng của nối đất trung tính qua tổng trở
nhỏ để giải quyết bài toán nối đất của các trạm biến áp 110/22 (35)kV ở Việt Nam”
- Nguyễn Lƣơng Mính - ĐHBK Đà Nẵng. Một trong những nội dung nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu các nội dung lý thuyết liên quan
tới vấn đề quá điện áp do sự cố ngắn mạch chạm đất một pha và sử dụng mô phỏng
trên mô hình máy tính để kiểm chứng.
Cấu trúc luận văn: Luận văn bao gồm 4 chương trình bày trên trang, bao
gồm:
Chương 1: Nghiên cứu lý thuyết về quá điện áp trong lưới điện trung áp
Chương 2: Tổng quan về vấn đề quá điện áp do chạm đất một pha trong lưới
điện trung áp
Chương 3: Mô phỏng và tính toán quá điện áp do ngắn mạch chạm đất một
pha ở lưới điện trung áp
Chương 4: Vấn đề lựa chọn Chống sét van

Để hoàn thành luận văn này, trước hết tác giả xin gửi lời tri ân sâu sắc tới gia
đình và em trai đã luôn hết sức động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tác giả
yên tâm tập trung nghiên cứu. Đồng thời tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành
và lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS. TS. Trần Văn Tớp,
người đã luôn chu đáo, tận tình và có những nhận xét góp ý, chỉ đạo kịp thời về nội
dung và tiến độ của luận văn. Cuối cùng, tác giả cũng không thể quên được những
nhận xét góp ý, tạo điều kiện thuận lợi và sự giúp đỡ tận tình của Ving
i hc Bách Khoa Hà Ni, các thầy cô giáo của B môn H thn  Khoa
n - i hc Bách Khoa Hà Ni và bạn bè đồng nghiệp trong quá trình
làm luận văn. Mặc dù đã hết sức cố gắng song do thời gian và khả năng còn hạn
chế, luận văn còn nhiều thiếu sót và hạn chế, tác giả rất mong nhận được sự đánh
giá, góp ý của các thầy cô giáo và các đồng nghiệp để hoàn chỉnh thêm nội dung
của luận văn.

- 11 -

CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP
TRONG LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP

sét, có thể vượt trị số 1MV. Sóng QĐA này lan truyền dọc theo đường dây về trạm
biến áp và có thể gây phóng điện chọc thủng cách điện của các thiết bị. Vì thế vấn
đề bảo vệ chống QĐA do sét gây ra trước tiên cần xác định xác suất xuất hiện của
các dạng dòng điện sét cũng như cường độ hoạt động của giông sét tại khu vực
nghiên cứu.
- QĐA phát sinh do nguồn xung điện từ bức xạ hạt nhân hoặc không có
nguồn gốc hạt nhân (Nuclear Electromagnetic Pulses -NEMP, Non-nuclear
Electromagnetic Pulses -NNEMP). Các xung này có thời gian đầu sóng cực kì ngắn
(cỡ <10 ns) và biên độ hàng chục kA. Xác suất xuất hiện của QĐA điện từ rất nhỏ
vì thế thường được bỏ qua khi quy hoạch thiết kế hệ thống điện.
QĐA sét có nguyên nhân bên ngoài cấu trúc lưới điện, do đó n trung
áp hoàn toàn có kh phi nhn các cú  lu sóng dc.
Việc nghiên cứu bảo vệ chống quá điện áp liên quan tới xác định mật độ sét và xác
suất xuất hiện các cú sét biên độ lớn.
* QĐA nội bộ: QĐA nội bộ về cơ bản có liên hệ tới cấu trúc hệ thống điện
và các tham số khác của nó. QĐA nội bộ xuất hiện chủ yếu trong quá trình thực
hiện các thao tác đóng cắt hoặc do các sự cố. QĐA nội bộ được phân chia làm 2
nhóm chính, căn cứ vào thời gian tồn tại (từ vài trăm micro giây tới vài giây) và
dạng sóng:  và m thi .
- QĐA quá độ (Transient Overvoltage) có năng lượng lớn hơn nhiều so với
QĐA sét nhưng lại có biên độ thấp hơn và thời gian tồn tại ngắn (cỡ vài ms và ngắn
hơn), xuất hiện do một số nguyên nhân sau đây: đóng cắt đường dây truyền tải, cắt
dòng điện dung nhỏ (tụ điện, đường dây và cáp không tải), cắt dòng điện cảm nhỏ
(máy biến áp không tải, cuộn kháng), việc xuất hiện và đóng cắt loại trừ sự cố trong
hệ thống,…
- 13 -

- QĐA tạm thời (Temporary Overvoltage-TOV): là hiện tượng QĐA tần số
công nghiệp pha-đất hoặc pha-pha với thời gian tồn tại tương đối dài tại một vị trí
trong hệ thống điện. Nguyên nhân phát sinh QĐA tạm thời chủ yếu do hiệu ứng

QĐA
Thời gian tồn
tại
Sự cố không đối
xứng
Tỉ số X
0
/X
1
1 - 1,7 p.u
Phụ thuộc
chế độ trung
tính
Sa thải phụ tải
- Công suất truyền tải
- Công suất ngắn mạch hệ thống
- Điện dung đường dây
- Thiết bị tự động điều chỉnh điện áp
1 - 1,6 p.u vài giây
Cấp nguồn ngược
(backfeeding)
- Điện dung đường dây hoặc cáp
- Công suất ngắn mạch của hệ thống
- Đáp ứng tần số của hệ thống
1 - 2 p.u vài giây
Cộng hưởng sắt từ
- Điện dung đường dây hoặc cáp
- Hiện tượng bão hòa từ của MBA
- Các thông số đặc tính của MBA
1 - 1,5 p.u lâu dài

0
/X
1
, tức là phụ thuộc vào chế độ
nối đất điểm trung tính và phụ thuộc vào phương thức vận hành của lưới. Chính vì
vậy dưới đây ta đi vào nghiên cứu các chế độ nối đất khác nhau của trung tính lưới
điện trung áp cũng như một số đặc điểm vận hành của nó.
1.2. CHẾ ĐỘ NỐI ĐẤT ĐIỂM TRUNG TÍNH VÀ VẤN ĐỀ VẬN
HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
Điểm trung tính là điểm chung của ba cuộn dây nối hình sao. Việc lựa chọn
phương thức làm việc của điểm trung tính xuất phát từ tình trạng của hệ thống khi
có chạm đất một pha. Điểm trung tính có thể cách điện đối với đất, nối đất qua cuộn
dập hồ quang hay nối đất trực tiếp.
Trong mỗi lưới điện, chế độ làm việc của điểm trung tính đóng một vai trò
quan trọng. Nó quyết định tới trị số của dòng điện, điện áp khi xảy ra sự cố ngắn
mạch một pha và trị số của quá điện áp nội bộ, nghĩa là ảnh hưởng trực tiếp tới việc
đảm bảo cung cấp điện ổn định cho khách hàng và chế tạo cách điện cho thiết bị.
Do vậy, để đánh giá được những ưu nhược điểm của các lưới có chế độ làm việc
của điểm trung tính khác nhau ta dựa chủ yếu vào trị số của dòng và áp trong chế độ
ngắn mạch chạm đất một pha.
- 16 -

Chế độ làm việc của điểm trung tính còn phụ thuộc vào cấp điện áp, vì nó
ảnh hưởng trực tiếp đến vốn đầu tư cho đường dây và thiết bị. Ở cấp điện áp cao
nếu tiết kiệm được cách điện thì vốn đầu tư cho công trình giảm đi đáng kể. Sau đây
ta sẽ xét đến từng chế độ làm việc của điểm trung tính trong hệ thống điện.
1.2.1 Mạng điện ba pha trung tính cách điện đối với đất

Ta xét sơ đồ mạng điện đơn giản bao gồm máy biến áp (hình 1.1), đường dây
và phụ tải, các phần tử trên là các phần tử có ba pha đối xứng. Mỗi pha của mạng

thường.
Ở chế độ làm việc bình thường ta có các biểu thức sau:
U
A
= U
B
= U
C
= U
pha
và lệch nhau một góc 120
0

I
cA
= I
cB
= I
cC
và lệch pha nhau một góc 120
00
0




cCcBcAc

U
C
U’
A
U’
B
I’
cA
I’
cB
I’
cΣ
N
(1)
U
B

Hình 1.2.  mt khi có s c chm
t 1 pha
Sơ đồ mạng điện ba pha trung tính cách điện đối với đất có pha C chạm đất
trực tiếp và đồ thị véc tơ biểu diễn điện áp, dòng điện dung của nó như hình 1.2.
Dấu “ ’ ” phía trên để biểu thị cho chế độ chạm đất.
Gọi 


là sức điện động tổng hợp của mạng và X
1
,X
2
, X


























- 18 -

Đối với mạng điện có trung tính cách điện với đất, điện kháng tổng hợp thứ
tự không X
0

1
'
1
'
1
(1.5)
AA
BB
CC
UU
UU
UU



















(1.8)

Từ các kết quả nhận được, có thể coi rằng tại chỗ chạm đất được đặt thêm
một điện áp thứ tự không 





. Điện áp của các pha đối với đất 


,


,



- 19 -

sẽ là tổng hình học của điện áp pha tương ứng trước khi chạm đất 


,


,








Từ đồ thị ở hình 1.2, ta nhận được:
















(1.10)
Và góc lệch pha giữa chúng:







cB
I
là dòng điện dung chạy trên pha A, pha B khi sự cố chạm đất
pha C.
Khi tính gần đúng:

.
'
c
I

= 3
cA
I
=
3
A
CU

=
BjU
A
3
=
03
0
lbjU
A

(1.12)

tại chỗ chạm đất sẽ là:
- 20 - ''
'
c cA cB
I I I


(1.13)

'
0
33
c cA c
I I I


(1.14)
Giá trị dòng điện dung tại chỗ chạm đất khi chạm đất một pha được xác định
theo công thức sau đây:
Đường dây trên không:
'
. /350( )
cd
I U L A




Đây là một ưu điểm của lưới trung tính cách đất vì nó làm giảm đáng kể thời
gian cắt điện của phụ tải, làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng.
- 21 -

- Do dòng chạm đất bé nên hạn chế dòng cảm ứng lớn lên các đường dây
thông tin lân cận.
- Tuy nhiên, thực tế vận hành thì có thể đây chỉ là ưu điểm trên lý thuyết bởi
lẽ khi xảy ra chạm đất một pha mà vẫn cho phép lưới điện tiếp tục làm việc thì rất
dễ xảy ra thêm sự cố trên pha khác tạo ra sự cố hai pha chạm đất với dòng chạm đất
khá lớn. Như vậy, theo quan điểm này thì chưa thể coi lưới điện vận hành với trung
tính không nối đất là tốt hơn vận hành nối đất về mặt ảnh hưởng cảm ứng.
- Không phải chi phí đầu tư vào việc nối đất làm việc của hệ thống.
- Do dòng chạm đất bé nên điện áp bước và điện áp tiếp xúc bé nên xét về an
toàn điện thì lưới điện trung tính cách đất an toàn hơn lưới trung tính trực tiếp nối
đất.
- Do khi chạm đất một pha tam giác điện áp dây không thay đổi nên lưới
điện trung tính cách đất thích hợp cho sử dụng phụ tải ba pha đối xứng. Nếu sử
dụng các máy biến áp một pha phải đấu vào hai dây pha nên thiết bị đóng cắt phải
bố trí trên cả hai dây, điều này làm giảm tính kinh tế khi sử dụng các máy biến áp
một pha và giải thích việc sử dụng rộng rãi máy biến áp ba pha trong lưới trung tính
cách điện.
Tuy nhiên, đối với các mạng điện này không cho phép làm việc lâu dài khi
một pha chạm đất vì các lý do sau đây:
- Khi chạm đất một pha, điện áp hai pha còn lại tăng
3
lần; do đó những
chỗ cách điện yếu có thể bị chọc thủng và dẫn đến ngắn mạch giữa các pha. Để
khắc phục nhược điểm này cách điện pha của mạng điện và các thiết bị điện đặt
trong mạng phải thiết kế theo điện áp dây, tương ứng với việc tăng giá thành của
thiết bị.

Ở tình trạng làm việc bình thường, giống như trường hợp trung tính cách
điện với đất, tổng dòng điện dung chạy trong đất bằng và điện áp điểm trung tính
bằng không. Do đó điện áp đặt lên cuộn dập hồ quang và dòng điện chạy qua nó
cũng có trị số bằng không.
Khi xảy ra chạm đất pha A, điện áp điểm trung tính cũng là điện áp trên cuộn
dập hồ quang, xuất hiện dòng điện mang tính cảm chạy trong cuộn dập hồ quang
L
I

(chậm sau điện áp điểm trung tính 90
0
).
Xét trường hợp điện trở của cuộn Petersen rất nhỏ và chiều dài đường dây
ngắn, thành phần tác dụng của dòng điện chạm đất không đáng kể. Dòng điện
L
I
sẽ
- 23 -

cân bằng dòng điện dung của đường dây tại điểm chạm đất, nếu điều khiển điện
kháng của cuộn dập hồ quang ở giá trị thích hợp thì dòng điện tại chỗ chạm đất có
thể bằng không. Do vậy, nhờ cuộn kháng trên hồ quang tại chỗ chạm đất có thể bị
dập tắt, không làm nguy hiểm đến cách điện của thiết bị.
Tuy nhiên, trong thực tế vận hành lưới điện, việc thay đổi phương thức cấp
điện hoặc đóng cắt đường dây sẽ làm cho khoảng cách về đường dây thay đổi dẫn
đến dòng điện dung tổng thay đổi. Do đó, việc điều khiển điện kháng của cuộn dập
hồ quang để dòng điện tại chỗ chạm đất triệt tiêu là rất khó khăn và hầu như không
thể thực hiện được do không thể xác định chính xác trị số điện dung tổng C và thực
tế cuộn Petersen còn có một điện trở nào đó nên I
L

L
giảm có thể không đủ cho bảo vệ làm việc hoặc dẫn đến tình
trạng cộng hưởng. Ngược lại, khi I
L
> I
C
(tức bù thừa) thì khi có một số đường dây
bị cắt sẽ làm tăng giá trị I
C
– I
L
, đồng nghĩa với việc rơ le bảo vệ dễ dàng nhận biết
(1)
N
c
,
I
A
B
C
I
,
cA
I
,
cB
0
a- S¬ ®å m¹ng ®iÖn b- S¬ ®å vÐc t¬ ®iÖn ¸p
vµ dßng ®iÖn
L

K
- điện cảm của cuộn Petersen.
C
đ
- điện dung của pha chạm đất so với đất.
Khi ấy dòng điện tại chỗ chạm đất chỉ còn thành phần tác dụng:
I
Rđ
= 3ER
0
ω
2
C
Đ
2
(1.16)
R
0
- điện trở tác dụng của cuộn Petersen.
Trong trường hợp này, dòng điện chạy qua chỗ chạm đất cũng có thể bé hơn
trị số tự dập tắt của hồ quang nên hồ quang không phát sinh tại chỗ chạm đất. Vì
vậy cuộn Petersen được nhiều nước trên thế giới sử dụng trong lưới trung áp để hạn
chế hậu quả của chạm đất một pha. Với các lưới trung áp có tổng chiều dài đường
dây lớn hoặc lưới cao áp, trị số dòng điện tác dụng tại vị trí chạm đất có thể vượt
quá ngưỡng tự dập tắt của hồ quang nên việc sử dụng cuộn Petersen không còn phát
huy được tác dụng.
Kết luận:
- Do lưới điện này khống chế dòng chạm đất nên không cần thiết loại trừ
ngay lập tức sự cố xảy ra nên phụ tải vẫn được cấp điện trong một khoảng thời gian
nhất định. Nói chung xét về độ tin cậy cung cấp điện thì lưới điện này khá tốt nhờ

Trích đoạn Lựa chọn CSV cú khe hở sử dụng điện trở phi tuyến (SiC) Lựa chọn CSV khụng khe hở sử dụng oxit kim loại Ứng dụng của CSV

---