Chống sét cho trạm biến áp cần thiết đến mức nào

Trong hệ thống điện, trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải và phân phối điện năng, đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các khu vực dân cư, công nghiệp và thương mại. Tuy nhiên, các trạm biến áp thường xuyên phải đối mặt với nguy cơ từ sét, một hiện tượng tự nhiên có sức mạnh hủy diệt. Sét có thể gây ra hư hỏng thiết bị, gián đoạn cung cấp điện, và thậm chí đe dọa tính mạng con người. Vì vậy, việc áp dụng các biện pháp chống sét cho trạm biến áp không chỉ là cần thiết mà còn là bắt buộc để đảm bảo an toàn và tính liên tục trong vận hành.

Bài viết này sẽ phân tích tầm quan trọng của hệ thống chống sét, các thành phần chính, các loại hệ thống chống sét, quy trình thi công chống sét, và vai trò của hóa chất giảm điện trở trong việc nâng cao hiệu quả của hệ thống tiếp địa. Với tần suất sét cao ở Việt Nam, việc bảo vệ trạm biến áp khỏi sét là một nhiệm vụ không thể xem nhẹ.

Tại sao chống sét lại cần thiết cho trạm biến áp

Sét là một hiện tượng thiên nhiên mạnh mẽ, với dòng điện có thể lên đến hàng nghìn ampe và điện áp hàng triệu volt. Theo thống kê từ SGGP English Edition, Việt Nam trung bình có khoảng hai triệu tia sét đánh xuống mặt đất mỗi năm, với tần suất cao hơn ở các vùng núi, miền núi phía Bắc và đồng bằng phía Nam. Chỉ tính từ đầu năm 2024 đến ngày 5 tháng 6, sét đã gây ra cái chết cho 15 người tại Việt Nam. Đối với các trạm biến áp, sét có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng:

Hư hỏng thiết bị:

Sét có thể làm hỏng các thiết bị điện như biến áp, công tắc, đồng hồ, và các thiết bị khác do dòng điện lớn và điện áp cao. Một tia sét có thể truyền tới 120 triệu volt vào biến áp, gây ra hư hỏng nghiêm trọng.

Ngừng hoạt động:

Một đòn sét có thể gây ra ngừng hoạt động của trạm biến áp, dẫn đến mất điện cho các khu vực được cung cấp bởi trạm đó, ảnh hưởng đến cuộc sống và sản xuất. Ví dụ, một vụ sét đánh ở tỉnh Lào Cai đã gây mất điện cho 1.210 hộ gia đình (Tuoi Tre News).

Nguy hiểm cho con người:

Sét có thể gây ra cháy nổ hoặc các sự cố điện khác, đe dọa tính mạng của nhân viên làm việc tại trạm biến áp.

Chi phí sửa chữa cao:

Việc sửa chữa hoặc thay thế thiết bị hỏng do sét đánh có thể tốn kém, không kể đến thiệt hại kinh tế do ngừng hoạt động.

Do đó, việc lắp đặt hệ thống chống sét là rất quan trọng để bảo vệ trạm biến áp khỏi những rủi ro này, đặc biệt ở một quốc gia có tần suất sét cao như Việt Nam, nơi nằm trong trung tâm vùng giông bão châu Á.

Các thiết bị chống sét cho trạm biến áp

Dưới đây là danh sách các thiết bị chính được sử dụng trong hệ thống chống sét cho trạm biến áp, mỗi thiết bị đóng một vai trò cụ thể trong việc bảo vệ cơ sở hạ tầng điện:

Kim Thu Sét 

Kim thu sét là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống chống sét, có nhiệm vụ thu hút tia sét và dẫn dòng điện xuống đất an toàn. Chúng thường được làm từ đồng hoặc thép mạ kẽm, được lắp đặt ở các vị trí cao nhất của trạm biến áp để tạo ra góc bảo vệ tối ưu, thường là 45° hoặc 60°, theo tiêu chuẩn TCVN 9888-3:2013. Kim thu sét đảm bảo rằng dòng điện sét không đánh trực tiếp vào các thiết bị nhạy cảm, giảm thiểu nguy cơ hư hỏng.

Thiết Bị Cắt Sét 

Thiết bị cắt sét là thành phần cốt lõi trong việc bảo vệ trạm biến áp khỏi quá áp do sét gây ra. Chúng hoạt động bằng cách ngăn chặn và phân tán năng lượng thừa, bảo vệ các thiết bị như biến áp, máy cắt, và đường dây. Thiết bị cắt sét thường sử dụng công nghệ Metal Oxide Varistors (MOV), với cấu tạo gồm ống cách điện (sứ hoặc polymer) và linh kiện phi tuyến. Chúng được thiết kế cho các mức điện áp như 24kV, 35kV, 110kV, và 220kV, phù hợp với nhiều loại trạm biến áp. Thiết bị này tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 60099-4 và ANSI/IEEE C62.11, đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy.

Dây Dẫn Sét 

Dây dẫn sét có nhiệm vụ truyền dòng điện sét từ kim thu sét xuống hệ thống tiếp địa, đảm bảo không gây ra quá nhiệt hoặc hư hỏng cho các thiết bị khác. Chúng thường được làm từ đồng hoặc thép mạ kẽm, với kích thước phù hợp để chịu được dòng điện lớn. Dây dẫn sét cần được cố định chắc chắn và không tiếp xúc với các vật liệu dễ cháy.

Hệ Thống Tiếp Địa

Hệ thống tiếp địa là nơi dòng điện sét được phân tán vào lòng đất, đảm bảo an toàn cho trạm biến áp. Hệ thống này bao gồm các cọc tiếp địa được cắm sâu ít nhất 2,5 mét vào lòng đất, thường làm từ thép hoặc đồng. Để cải thiện hiệu quả tiếp địa, đặc biệt ở những khu vực có đất có điện trở cao, hóa chất giảm điện trở được sử dụng xung quanh cọc tiếp địa. Hóa chất này giúp tăng khả năng dẫn điện của đất, đảm bảo dòng sét được phân tán nhanh chóng và an toàn. Điện trở tiếp địa cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo giá trị dưới 0,2 Ω cho các công trình có nguy cơ nổ.

Thiết Bị Cắt Lọc Sét

Thiết bị cắt lọc sét giúp hấp thụ năng lượng sét, giảm áp lực cho hệ thống điện và bảo vệ các thiết bị nhạy cảm. Chúng hoạt động bằng cách giới hạn quá áp đột biến trên đường dây, chuyển hướng dòng điện nguy hiểm sang nơi khác. Thiết bị này thường được sử dụng để bảo vệ các đường dây và thiết bị điện tử trong trạm biến áp.

Bảng So Sánh Các Thiết Bị Chống Sét

Thiết Bị	Chức Năng Chính	Vật Liệu/Cấu Tạo	Ứng Dụng
Kim thu sét	Thu hút và dẫn sét xuống đất	Đồng, thép mạ kẽm	Lắp đặt ở vị trí cao nhất
Thiết bị cắt sét	Ngăn chặn quá áp, bảo vệ thiết bị	Polymer/sứ, MOV	24kV, 35kV, 110kV, 220kV
Dây dẫn sét	Truyền dòng sét xuống hệ thống tiếp đất	Đồng, thép mạ kẽm	Kết nối kim thu sét và tiếp đất
Hệ thống tiếp đất	Phân tán dòng sét vào lòng đất	Cọc tiếp địa, hóa chất giảm điện trở	Đảm bảo an toàn, điện trở thấp
Thiết bị cắt lọc sét	Hấp thụ năng lượng sét, giảm áp lực hệ thống	Linh kiện phi tuyến	Bảo vệ đường dây và thiết bị

Quy Trình Thi Công Chống Sét

Việc thi công chống sét cho trạm biến áp đòi hỏi sự chuyên môn và tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật, như tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9888-3:2013. Quy trình này bao gồm các bước sau:

Khảo sát và thiết kế:

Đánh giá rủi ro từ sét, xác định vị trí lắp đặt kim thu sét, dây dẫn, và cọc tiếp địa dựa trên đặc điểm của trạm biến áp.

Lắp đặt kim thu sét:

Đặt kim thu sét ở các vị trí cao nhất, đảm bảo góc bảo vệ tối ưu.

Lắp đặt dây dẫn sét:

Kéo dây dẫn từ kim thu sét xuống hệ thống tiếp địa, đảm bảo kết nối chắc chắn.

Lắp đặt hệ thống tiếp địa:

Cắm cọc tiếp địa sâu vào lòng đất, sử dụng hóa chất giảm điện trở nếu cần.

Kiểm tra và thử nghiệm:

Đo điện trở tiếp địa và kiểm tra toàn bộ hệ thống để đảm bảo hoạt động đúng thiết kế.

Các loại hệ thống chống sét

Hiện nay, có hai loại hệ thống chống sét chính được sử dụng cho trạm biến áp:

Hệ thống chống sét thụ động:

Đây là hệ thống truyền thống, sử dụng kim thu sét, dây dẫn, và hệ thống tiếp địa để dẫn dòng điện sét xuống đất an toàn. Hệ thống này đã được sử dụng rộng rãi và được chứng minh hiệu quả qua nhiều năm. Tuy nhiên, nó yêu cầu nhiều thiết bị và có thể tốn kém trong việc lắp đặt và bảo dưỡng.

Hệ thống chống sét chủ động:

Đây là công nghệ mới, sử dụng các thiết bị điện tử để phát hiện và trung hòa điện tích sét trước khi nó đánh xuống. Hệ thống này có thể bảo vệ một khu vực lớn hơn với ít thiết bị hơn, giúp tiết kiệm chi phí và dễ dàng bảo trì hơn. Một ví dụ là hệ thống Dynasphere của nVent ERICO, được thiết kế để bảo vệ các trạm biến áp và tuyến truyền tải.

Tùy thuộc vào đặc điểm của trạm biến áp, vị trí địa lý, và ngân sách, có thể lựa chọn hệ thống phù hợp nhất. Ở Việt Nam, cả hai loại hệ thống đều có thể được áp dụng, nhưng hệ thống chủ động đang ngày càng được ưa chuộng nhờ hiệu quả cao và chi phí hợp lý.

Quá trình thi công chống sét

Việc thi công chống sét cho trạm biến áp đòi hỏi sự chuyên môn và tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật. Ở Việt Nam, việc thiết kế và lắp đặt hệ thống chống sét phải tuân thủ theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9888-3:2013, dựa trên IEC 62305-3:2010, đảm bảo an toàn và hiệu quả. Quá trình thi công thường bao gồm các bước sau:

Khảo sát và thiết kế:

Xác định vị trí lắp đặt kim thu sét, dây dẫn, và hệ thống tiếp địa dựa trên bản vẽ và đặc điểm của trạm biến áp. Đồng thời, đánh giá rủi ro từ sét và lựa chọn giải pháp phù hợp, dựa trên các yếu tố như tần suất sét trong khu vực và loại đất.

Lắp đặt kim thu sét:

Đặt kim thu sét ở các vị trí cao nhất và đảm bảo chúng được kết nối an toàn với dây dẫn. Kim thu sét phải được lắp đặt sao cho có góc bảo vệ tối ưu, thường là 45 độ hoặc 60 độ, tùy theo tiêu chuẩn.

Lắp đặt dây dẫn:

Kéo dây dẫn từ kim thu sét xuống hệ thống tiếp địa, đảm bảo không có điểm nối yếu hoặc ngắt quãng. Dây dẫn phải được cố định chắc chắn và không tiếp xúc với các vật liệu dễ cháy.

Lắp đặt cọc tiếp địa:

Cắm cọc tiếp địa sâu vào lòng đất, thường ở độ sâu tối thiểu 2,5 mét, và kết nối chúng với dây dẫn. Cọc tiếp địa có thể được làm từ thép hoặc đồng, và cần được kiểm tra điện trở tiếp địa để đảm bảo hiệu quả.

Sử dụng hóa chất giảm điện trở:

Để nâng cao hiệu quả của hệ thống tiếp địa, đặc biệt trong các khu vực có đất có điện trở cao, có thể sử dụng hóa chất giảm điện trở xung quanh cọc tiếp địa. Các hóa chất này giúp cải thiện khả năng dẫn điện của đất.

Kiểm tra và thử nghiệm:

Sau khi lắp đặt, hệ thống cần được kiểm tra và thử nghiệm để đảm bảo hoạt động đúng như thiết kế. Điều này bao gồm kiểm tra điện trở tiếp địa, kiểm tra kết nối, và mô phỏng tác động của sét.

Vai trò của hóa chất giảm điện trở

Hóa chất giảm điện trở là các chất được sử dụng để giảm điện trở của đất xung quanh cọc tiếp địa, giúp tăng cường khả năng dẫn điện của hệ thống tiếp địa. Điều này đặc biệt quan trọng ở những nơi có đất có điện trở cao, chẳng hạn như đất sét hoặc đá, nơi mà hiệu quả tiếp địa có thể bị hạn chế.

Các hóa chất này thường được làm từ muối hoặc các hợp chất khác có khả năng hấp thụ và giữ nước, tạo ra một môi trường ẩm ướt xung quanh cọc tiếp địa. Điều này giúp giảm điện trở và cải thiện hiệu suất của hệ thống tiếp địa, đảm bảo rằng dòng điện từ sét được phân tán nhanh chóng và an toàn vào lòng đất. Ở Việt Nam, với nhiều khu vực có đất có điện trở cao, việc sử dụng hóa chất giảm điện trở là một biện pháp bổ sung quan trọng trong hệ thống chống sét cho trạm biến áp.

Bảo dưỡng và kiểm tra hệ thống chống sét

Để đảm bảo hệ thống chống sét (LPS) hoạt động hiệu quả trong thời gian dài, việc bảo dưỡng và kiểm tra định kỳ là không thể thiếu. Theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9888-3:2013, dựa trên IEC 62305-3:2010, các yêu cầu về bảo dưỡng và kiểm tra được quy định rõ ràng để đảm bảo hệ thống luôn tuân thủ thiết kế và hoạt động an toàn.

Lịch Kiểm Tra

Tiêu chuẩn TCVN 9888-3:2013 quy định các thời điểm kiểm tra cụ thể như sau:

Thời Điểm Kiểm Tra	Mô Tả
Trong quá trình xây dựng	Kiểm tra các cọc tiếp địa và các thành phần khác được chôn dưới đất để đảm bảo lắp đặt đúng cách.
Sau khi lắp đặt LPS	Xác minh rằng tất cả các thành phần như kim thu sét, dây dẫn, và hệ thống tiếp địa được kết nối chính xác.
Định kỳ	Tần suất phụ thuộc vào loại công trình và mức độ nguy cơ (ví dụ: khu vực có nguy cơ ăn mòn cao cần kiểm tra thường xuyên hơn).
Sau khi sửa chữa hoặc thay đổi	Kiểm tra lại sau bất kỳ sửa chữa hoặc thay đổi nào đối với LPS hoặc công trình.
Sau khi bị sét đánh	Kiểm tra ngay lập tức để phát hiện và sửa chữa hư hỏng do sét gây ra.

Nội dung kiểm tra

Trong các lần kiểm tra định kỳ, cần tập trung vào các yếu tố sau:

Suy giảm chất lượng:

Kiểm tra các dấu hiệu mòn, hư hỏng hoặc suy giảm chất lượng của các thành phần như kim thu sét, dây dẫn, và cọc tiếp địa.

Ăn mòn:

Xem xét các bộ phận tiếp xúc với môi trường (như không khí, đất, hoặc nước) để phát hiện dấu hiệu ăn mòn, đặc biệt ở các mối nối và cọc tiếp địa.

Điện trở tiếp địa:

Đo điện trở tiếp địa để đảm bảo nó nằm trong giới hạn cho phép (thường dưới 0.2 Ω cho các công trình có nguy cơ nổ).

Kết nối và liên kết đẳng tiềm:

Đảm bảo tất cả các kết nối và liên kết đẳng tiềm vẫn nguyên vẹn, không bị ngắt quãng.

Điều kiện cố định:

Kiểm tra xem các thành phần có được cố định chắc chắn, không bị lỏng lẻo hoặc hư hỏng do tác động cơ học.

Yêu cầu bảo dưỡng

Bảo dưỡng thường xuyên là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả của LPS. Các lỗi phát hiện trong quá trình kiểm tra cần được báo cáo và sửa chữa ngay lập tức. Đối với các trạm biến áp, nơi có nguy cơ nổ cao, tiêu chuẩn yêu cầu thêm các biện pháp bảo dưỡng đặc biệt:

• Kế hoạch bảo dưỡng: Phải thiết lập một kế hoạch bảo dưỡng và kiểm tra chi tiết, bao gồm lịch trình và các bước thực hiện.

• Kiểm tra điện học: Thực hiện kiểm tra điện học mỗi 12 tháng (±2 tháng) để đảm bảo hệ thống có thể dẫn dòng sét hiệu quả. Các thiết bị kiểm tra phải tuân theo tiêu chuẩn IEC 61557-4.

• Hồ sơ và tài liệu: Lưu giữ hồ sơ chi tiết về các hoạt động kiểm tra, bảo dưỡng, và sửa chữa, bao gồm ngày tháng, phát hiện, và các hành động khắc phục. Hồ sơ này giúp phân tích xu hướng và đảm bảo hệ thống luôn ở trạng thái tốt nhất.

Kiểm tra đặc biệt cho công trình nguy cơ nổ

Đối với các trạm biến áp có nguy cơ nổ, TCVN 9888-3:2013 (Phụ lục D.6) yêu cầu:

• Nhân sự có trình độ: Chỉ những người được đào tạo và có năng lực mới được phép thực hiện kiểm tra và bảo dưỡng.

• Kiểm tra liên tục hoặc định kỳ: Có thể sử dụng giám sát liên tục bởi nhân viên có kỹ năng hoặc kiểm tra định kỳ bởi các kiểm tra viên độc lập.

• Kiểm tra thiết bị chống sét lan truyền (SPD): Các thiết bị SPD cần được kiểm tra mỗi 12 tháng hoặc sau các đợt sét kéo dài, theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

Việc tuân thủ các quy định này không chỉ đảm bảo an toàn cho trạm biến áp mà còn giảm thiểu nguy cơ hư hỏng thiết bị và gián đoạn cung cấp điện.

Kết luận

Việc bảo dưỡng và kiểm tra hệ thống chống sét là yếu tố cốt lõi để đảm bảo an toàn và hiệu quả cho các trạm biến áp. Các công nghệ tiên tiến như ALPS mang lại nhiều lợi ích, từ giảm chi phí đến tăng cường bảo vệ, và đang trở thành xu hướng trong ngành điện lực. Với tần suất sét cao ở Việt Nam, việc áp dụng các giải pháp chống sét hiện đại và tuân thủ các tiêu chuẩn như TCVN 9888-3:2013 là điều cần thiết để giảm thiểu rủi ro và đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện.

Để tối ưu hóa hệ thống chống sét cho trạm biến áp của bạn, hãy liên hệ với các chuyên gia tại Công ty TNHH XUẤT NHẬP KHẨU GOLDEN STAR Việt Nam để được tư vấn và hỗ trợ trong việc thiết kế, lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống chống sét hiệu quả.

CÔNG TY TNHH XUẤT NHẬP KHẨU GOLDEN STAR VIỆT NAM

Địa chỉ: Lô 70, khu dịch vụ 2 Xa La, Phúc La, Hà Đông, Hà Nội

Văn phòng giao dịch: Số 133, Khu dịch vụ 4 Xa La, Phúc La, Hà Đông, Hà Nội

Điện thoại: 0975.008.163

Email: congtygoldenstarvietnam@gmail.com 

Website: https://ambvietnam.vn/ 

Fanpage: https://www.facebook.com/profile.php?id=100062996541079ref=embed_page