I. Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm, nơi có tần suất sét đánh cao. Sự phát triển nhanh chóng của các khu dân cư mới với hệ thống cấp điện từ trạm biến áp phân phối 22/0,4kV qua đường dây trên không đã tạo ra nhiều rủi ro. Đường dây trung áp và kim thu sét có thể bị sét đánh trực tiếp, dẫn đến hư hỏng thiết bị. Để bảo vệ quá điện áp do sét, việc lựa chọn SPD hạ áp là cần thiết. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào bảo vệ quá áp cho đường dây phân phối hạ áp, nhưng chưa có nghiên cứu đầy đủ về biện pháp bảo vệ cho các khu dân cư mới. Đề tài này nhằm đáp ứng yêu cầu bảo vệ thiết bị bên trong tòa nhà khi có sự cố sét đánh.
1.1. Các nghiên cứu trong nước
Nhiều nghiên cứu trong nước đã đề cập đến bảo vệ quá áp cho thiết bị điện tử. Ví dụ, nghiên cứu của Võ Thiện Hoàng (2018) tập trung vào giải pháp chống sét cho thiết bị điện tử theo tiêu chuẩn TCVN 9888-2013. Trần Như (2018) đã nghiên cứu giải pháp chống sét lan truyền cho trạm biến áp phân phối. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chưa đề xuất giải pháp bảo vệ cho thiết bị bên trong tòa nhà khi sét đánh vào đường cấp nguồn trung áp và kim thu sét. Điều này cho thấy sự cần thiết của nghiên cứu này để cung cấp giải pháp bảo vệ hiệu quả hơn.
1.2. Các nghiên cứu ngoài nước
Các nghiên cứu quốc tế cũng đã chỉ ra những vấn đề tương tự. Ví dụ, nghiên cứu của Le Quang Trung và cộng sự (2017) đã xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền. Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào SPD chế tạo theo công nghệ MOV mà chưa xem xét các công nghệ khác. Điều này cho thấy sự cần thiết phải mở rộng nghiên cứu để bao quát các công nghệ SPD khác nhau và đưa ra giải pháp bảo vệ toàn diện hơn cho các thiết bị trong tòa nhà.
II. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SPD
SPD (Surge Protective Device) là thiết bị bảo vệ quá áp do sét, có cấu tạo và nguyên lý hoạt động phức tạp. SPD hạ áp thường sử dụng công nghệ MOV (Metal Oxide Varistor) để giảm thiểu điện áp dư khi có sự cố sét đánh. Cấu tạo của SPD bao gồm các thành phần chính như MOV, điện trở và các linh kiện khác. Nguyên lý hoạt động của SPD dựa trên khả năng dẫn điện của MOV khi điện áp vượt ngưỡng cho phép, từ đó bảo vệ thiết bị bên trong tòa nhà khỏi các xung điện áp cao. Việc lựa chọn SPD phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện trong các khu dân cư mới.
2.1. Cấu tạo của SPD
Cấu tạo của SPD bao gồm các thành phần chính như MOV, điện trở và các linh kiện khác. MOV là thành phần quan trọng nhất, có khả năng dẫn điện khi điện áp vượt ngưỡng cho phép. Các linh kiện khác như điện trở giúp kiểm soát dòng điện và bảo vệ thiết bị khỏi các xung điện áp. Việc hiểu rõ cấu tạo của SPD giúp trong việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị một cách hiệu quả.
2.2. Nguyên lý hoạt động của SPD
Nguyên lý hoạt động của SPD dựa trên khả năng dẫn điện của MOV khi điện áp vượt ngưỡng cho phép. Khi có xung điện áp do sét đánh, MOV sẽ dẫn điện và giảm thiểu điện áp dư, bảo vệ thiết bị bên trong tòa nhà. SPD hoạt động như một cầu nối giữa nguồn điện và thiết bị, giúp ngăn chặn các xung điện áp cao gây hư hỏng. Việc lựa chọn SPD phù hợp với các thông số kỹ thuật của hệ thống điện là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả.
III. Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh đến lựa chọn SPD hạ áp
Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát các trường hợp sét đánh trực tiếp vào đường dây trung áp và hạ áp, cũng như sét cảm ứng. Các mô hình được xây dựng trong môi trường Matlab để mô phỏng các tình huống khác nhau. Kết quả cho thấy rằng việc lựa chọn SPD phù hợp có thể giảm thiểu rủi ro hư hỏng thiết bị do sét đánh. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các cấu hình bảo vệ khác nhau cần được áp dụng tùy thuộc vào vị trí và loại hình của tòa nhà.
3.1. Các trường hợp khảo sát
Nghiên cứu đã khảo sát 8 trường hợp khác nhau liên quan đến sét đánh trực tiếp vào đường dây trung áp và hạ áp. Các trường hợp này bao gồm sét đánh vào kim thu sét và sét cảm ứng vào đường dây hạ áp. Kết quả cho thấy rằng các cấu hình bảo vệ khác nhau cần được áp dụng để đảm bảo an toàn cho thiết bị bên trong tòa nhà. Việc lựa chọn SPD phù hợp là rất quan trọng để giảm thiểu thiệt hại do sét đánh.
3.2. Kết quả nghiên cứu
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc lựa chọn SPD phù hợp có thể giảm thiểu rủi ro hư hỏng thiết bị do sét đánh. Các mô hình được xây dựng trong môi trường Matlab cho thấy sai số điện áp dư thấp hơn 10%, cho thấy tính khả thi của các giải pháp bảo vệ. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc áp dụng các biện pháp bảo vệ khác nhau tùy thuộc vào vị trí và loại hình của tòa nhà là cần thiết để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
