Sét đánh đường dây truyền tải điện cao thế và Giải pháp bảo vệ

TAEC - Sét đánh Đường dây Truyền tải Điện là một trong những nguyên nhân gây ra hư hỏng nghiêm trọng và gián đoạn cung cấp điện. Với hệ thống đường dây truyền tải điện trung thế và cao thế, nguy cơ bị sét đánh luôn tiềm ẩn, đặc biệt ở những khu vực có mật độ dông lớn. Việc áp dụng các giải pháp chống sét cho đường dây truyền tải điện là vô cùng quan trọng để bảo vệ hệ thống điện, đảm bảo an toàn và sự ổn định cho mạng lưới truyền tải quốc gia.

Bài viết Phần I sẽ giới thiệu tổng quát đặc điểm của các loại đường dây truyền tải liên quan đến dông sét và các giải pháp bảo vệ hiện nay, trước khi giới thiệu một giải pháp tiên tiến – công nghệ phân tán điện tích, hứa hẹn mang lại hiệu quả bảo vệ tối ưu cho hệ thống truyền tải điện.

Phần I: Đường dây truyền tải điện và Nguy cơ sét đánh

1. Giới thiệu

Hệ thống đường dây truyền tải điện trung thế, cao thế và siêu cao thế đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng ổn định và liên tục. Tuy nhiên, các hệ thống này thường đối mặt với nguy cơ cao, đặc biệt là ở những khu vực có địa hình phức tạp và thời tiết khắc nghiệt. Để bảo vệ hiệu quả hệ thống này, cần phải áp dụng các giải pháp chống sét cho đường dây cao thế và trung thế nhằm tránh các sự cố tổn thất, đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện quốc gia.

Ví dụ điển hình là vào ngày 31/08/2024, trạm biến áp Cai Lậy tại Việt Nam đã bị sét đánh trực tiếp vào đầu cột ngay bên ngoài trạm, gây ra một vụ cháy lớn và làm gián đoạn cung cấp điện trên diện rộng. Sự kiện sét đánh cháy trạm biến áp Cai Lậy đã được ERAV - Cục Điều tiết điện lực thông báo vừa qua (theo EVNNPT).

Ngày 6-11-2023, đường dây 22kV nối từ huyện Đắk R’Lấp vào huyện Tuy Đức (tỉnh Đăk Nông) bị sét đánh, dẫn tới vỡ một số quả sứ và đứt đường dây truyền tải điện (theo VTV).

Một sự cố tương tự đã xảy ra vào năm 2019 tại miền Tây Hoa Kỳ, khi một trận dông mạnh đã làm hư hỏng hệ thống đường dây cao thế, khiến hàng triệu người bị mất điện trong nhiều giờ. Chi tiết về sự cố này có thể được tham khảo trên The New York Times.

Những sự cố này nhấn mạnh mức độ nguy hiểm của sét và sự cần thiết của các biện pháp chống sét cho đường truyền tải hiệu quả. Việc áp dụng các hệ thống chống sét tiên tiến và toàn diện là vô cùng quan trọng để bảo vệ hệ thống đường dây truyền tải điện và đảm bảo an toàn, ổn định cho hệ thống điện quốc gia và toàn cầu.

2. Đặc điểm và phân loại đường dây truyền tải điện

Hệ thống đường dây truyền tải điện được phân loại dựa trên điện áp, cấu trúc cột, chiều cao cột, và số lượng dây dẫn. Mỗi loại đường dây có những đặc điểm riêng (theo quy định và địa hình) nên yêu cầu những biện pháp bảo vệ phù hợp. Thường được phân loại theo cấp điện áp như sau:

• Đường dây truyền tải điện trung thế (1kV đến 35 kV): Đường dây trung thế thường có chiều cao cột từ 12 đến 18 mét, chủ yếu phục vụ việc truyền tải điện cho các khu dân cư, công nghiệp nhẹ, và nông thôn. Đường dây trung thế thường nằm trong khu vực có mật độ dân cư cao, do đó cần biện pháp bảo vệ an toàn để tránh sét đánh vào hệ thống.
• Đường dây truyền tải điện cao thế (35 kV đến 220 kV): Thường có chiều cao cột từ 18 đến 30 mét hoặc hơn (tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và địa hình nơi lắp đặt), số lượng dây dẫn nhiều hơn và được lắp đặt trên các địa hình đa dạng. Cần bảo vệ cho đường dây cao thế để tránh tác động trực tiếp vào dây dẫn và các thiết bị phụ trợ.
• Đường dây truyền tải điện siêu cao thế (trên 220 kV): Đường dây siêu cao thế, chiều cao cột thậm chí có thể trên 50m (chiều cao cụ thể sẽ được quyết định bởi nhiều yếu tố như khoảng cách giữa các cột, độ an toàn và các tiêu chuẩn kỹ thuật khác), hệ thống dây dẫn phức tạp, và yêu cầu bảo vệ cực kỳ nghiêm ngặt. Phải có biện pháp bảo vệ tối ưu để tránh gây ra các sự cố lớn và tốn kém.

3. Nguy cơ sét đánh và tác hại

Sét hình thành khi có sự chênh lệch điện tích giữa các đám mây hoặc giữa đám mây và mặt đất. Khi điện trường đủ mạnh, tia sét sẽ đánh xuống mặt đất hoặc các vật thể cao trên mặt đất, chẳng hạn như trụ điện và các đường dây nguồn và dây chống đất.

Cột điện cao thế và đường dây là đối tượng có nguy cơ bị sét đánh rất cao

Do đặc điểm của hệ thống truyền tải điện, bao gồm các trạm biến áp, cột điện và đường dây thường được lắp đặt ở các vùng trống trải và ở trên cao, khả năng bị sét đánh trở nên cực kỳ lớn. Những cấu trúc này không có sự che chắn tự nhiên, khiến chúng trở thành mục tiêu dễ bị đánh trúng nhất trong các điều kiện thời tiết xấu. Mặt khác, do các cột điện cách xa nhau, khoảng trống giữa các cột tạo điều kiện thuận lợi cho sét đánh vào các đường dây truyền tải, làm tăng thêm nguy cơ gây hư hỏng cho hệ thống.

• Khi đánh vào dây chống sét: Dây chống sét được thiết kế để tiếp nhận và dẫn xuống đất nhằm bảo vệ cho các dây dẫn phía dưới. Tuy nhiên, nếu hệ thống thoát sét không đáp ứng đủ tốt, dòng điện mạnh do sét gây ra có thể dẫn đến tăng áp đột ngột trên dây dẫn, gây ra sự cố phóng điện dẫn đến hư hỏng và có thể làm đứt dây bảo vệ này.
• Khi đánh vào dây pha: Sét đánh trực tiếp vào dây pha có thể dẫn đến sự tăng áp đột ngột, vượt quá ngưỡng chịu đựng của các bộ phận cách điện. Hậu quả là hiện tượng phóng điện có thể xảy ra, dẫn đến cháy nổ và hư hỏng nghiêm trọng cho hệ thống, sập nguồn.
• Khi đánh vào cột điện: Sét đánh trực tiếp vào cột điện có thể tạo ra một dòng điện lớn, gây tăng đột ngột điện áp trong hệ thống. Điều này có thể làm phá vỡ cách điện, dẫn đến hiện tượng phóng điện và ngắn mạch, gây ra sự cố và gián đoạn trong hệ thống truyền tải điện.

Tác hại của sét đánh: Khi sét đánh vào hệ thống đường dây truyền tải điện, nó có thể gây hư hỏng nặng nề cho đường dây và các thiết bị trạm biến áp, làm gián đoạn việc cung cấp điện và thậm chí gây cháy nổ. Các sự cố này không chỉ gây thiệt hại về kinh tế mà còn đe dọa sự an toàn của con người.

xem thêm: Video Sấm sét là gì, Chúng hoạt động như thế nào ?

4. Các giải pháp bảo vệ cho hệ thống truyền tải điện hiện nay

Dùng Kim thu sét (Franklin hoặc ESE):

• Ưu điểm: Khả năng dẫn sét hiệu quả và chi phí thấp.
• Nguyên lý hoạt động: Dưới tác động của lực hút tĩnh điện, kim thu sét sẽ tập trung các điện tích trên điểm nhọn, từ đó phát lên tia tiên đạo hướng lên để bắt gặp tia tiên đạo hướng xuống từ đám mây, sẽ tạo ra kênh dẫn dòng sét đánh xuống.
• Nhược điểm: Lắp đặt và bảo vệ trên các đỉnh cột tuyến dây hoặc ở trạm biến áp, vùng bảo vệ giới hạn, không bảo vệ đủ cho đường dây. Đây là hệ thống hoạt động với chức năng chính là thu sét để dẫn truyền xuống đất. Không ngăn ngừa được việc hình thành sét và có thể gây ra sự cố khi bị đánh trực tiếp. Dòng sét mạnh có thể tạo ra một dòng điện lớn đi qua dây dẫn, gây tăng áp đột ngột và phá hủy cách điện.

Dùng Chống sét Van (Surge Arresters) cho điện cao thế:

• Ưu điểm: Bảo vệ các thiết bị khỏi quá điện áp do sét gây ra, thường được sử dụng cho hệ thống điện áp cao và rất cao.
• Nhược điểm: Không thể ngăn chặn sét đánh trực tiếp vào hệ thống, chỉ bảo vệ thiết bị khỏi hậu quả của quá điện áp. Điều này có nghĩa là sét vẫn có thể gây hư hỏng trực tiếp cho dây dẫn hoặc các thành phần khác.

Dùng Dây chống sét đi phía trên các dây pha:

• Vai trò: Dẫn sét xuống đất, bảo vệ dây dẫn phía dưới.
• Hạn chế: Không ngăn chặn được mọi dòng sét đi vào các phần khác của hệ thống, và có nguy cơ bị sét đánh làm đứt dây, gây ra sự cố nghiêm trọng.

Dùng công nghệ khác:

Sử dụng các sản phẩm hoặc phương pháp khác theo tính chất đặc thù của hệ thống hoặc nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật. Trong đó, sử dụng các thiết bị chống sét hiệu suất cao hay Kim phân tán điện tích dựa trên lý thuyết phóng điện điểm đã được áp dụng và chứng minh tính hiệu quả ở Việt nam và các quốc gia khác trên thế giới.

5. Tổng kết

Hệ thống đường dây truyền tải điện đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện ổn định và liên tục. Tuy nhiên, nguy cơ sét đánh đường dây truyền tải điện cao thế và trung thế là rất lớn, có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho các thiết bị và hệ thống, dẫn đến gián đoạn dịch vụ và tổn thất về kinh tế. Vì vậy, việc hiểu rõ về đặc điểm của các loại đường dây và những nguy cơ tiềm ẩn của sét đánh là cơ sở quan trọng để áp dụng các giải pháp phù hợp và toàn diện, nhằm bảo vệ hệ thống truyền tải điện cũng như đảm bảo an toàn cho hệ thống điện quốc gia.

Trong phần tiếp theo, công ty chống sét Thy An sẽ giới thiệu một trong những giải pháp tiên tiến nhất hiện nay – công nghệ phân tán điện tích. Đây là giải pháp hứa hẹn mang lại hiệu quả cao trong việc ngăn chặn sét đánh trực tiếp và bảo vệ hệ thống đường dây truyền tải điện, góp phần nâng cao tính an toàn và ổn định của hệ thống. Hãy cùng tìm hiểu chi tiết về công nghệ này và những ưu điểm nổi bật của nó trong Phần II: Chống sét đường dây Cao thế và Trung thế bằng công nghệ phân tán.