Sét là hiện tượng phóng điện khí quyển với biên độ dòng rất lớn trong thời gian ngắn. Khi sét đánh vào gần đường dây điện, nó tạo nên xung quá điện áp truyền dọc theo dây dẫn. Xung này lan truyền với tốc độ rất cao và có thể vượt ngưỡng chịu đựng của cách điện.
Sự quá điện áp do sét có thể xuất hiện ngay cả khi tia sét không đánh trực tiếp vào dây. Quá điện áp cảm ứng từ trường mạnh của kênh sét vẫn có thể gây hư hỏng cách điện. Khi đó, hiện tượng phóng điện bề mặt qua cách điện được gọi là insulator flashover.
Xem thêm:
Sự tăng đột ngột của điện thế tại điểm nối đất khi có dòng sét đánh vào hệ thống.
Xung sét đánh: Hiện tượng nhỏ – hậu quả lớn trong ngành điện
Hành vi của dòng sét và ứng dụng trong lựa chọn thiết bị chống sét SPD
Phóng điện bề mặt qua cách điện (Insulator flashover) và cơ chế hình thành
Insulator flashover là sự phóng điện vượt qua bề mặt cách điện của chuỗi sứ.
Điện áp xung của sét cao hơn điện áp chịu đựng tức thời của cách điện gây phóng điện. Quá trình này diễn ra trong khoảng từ 0,1 đến 10 micro giây sau khi sóng quá áp đến.
Ban đầu, hồ quang hình thành bởi xung sét chỉ tồn tại trong 20 đến 100 micro giây.
Tuy nhiên, khi hồ quang sét tắt đi, nó để lại một vùng khí đã bị ion hóa xung quanh sứ. Chính môi trường khí dẫn điện yếu này tạo điều kiện cho hồ quang xoay chiều tiếp tục.
Từ hồ quang sét đến hồ quang xoay chiều
Sau khi xung sét biến mất, điện áp xoay chiều 22 kV vẫn tồn tại trên dây dẫn.
Khi đạt đỉnh điện áp, trường điện vượt ngưỡng chịu đựng của lớp khí ion hóa quanh sứ. Lúc này, hồ quang xoay chiều bám theo đường dẫn đã được tạo sẵn và duy trì qua cách điện.
Dòng sự cố chảy từ dây pha qua cách điện xuống đất hình thành dòng chạm đất.
Dòng này được rơ le bảo vệ quá dòng và chạm đất (50/51, 50N/51N) phát hiện tức thời.
Kết quả là máy cắt hoặc recloser trên lưới sẽ tác động, gây ra mất điện toàn tuyến.
Insulator flashover cho thấy xung sét chỉ là nguyên nhân khởi phát ban đầu.
Chính hồ quang xoay chiều duy trì mới tạo nên dòng ngắn mạch kéo dài trên hệ thống. Do đó, bảo vệ dòng tức thời và bảo vệ chạm đất được kích hoạt thay vì bảo vệ quá áp.
Điều này giải thích tại sao lưới điện vẫn mất điện khi có sét dù không dùng bảo vệ 27/59. Nguyên nhân không phải là thiếu chức năng bảo vệ điện áp mà do quá dòng sự cố. Vì vậy, hệ thống chống sét van chỉ hạn chế biên độ quá áp chứ không loại bỏ hồ quang AC.
Trình tự được mô tả như sau: đầu tiên là cú đánh sét và sự hình thành xung điện áp.
Tiếp theo, quá điện áp này làm cách điện phóng điện nhanh chóng chỉ trong micro giây. Hồ quang sét ngắn ngủi tắt đi, để lại vùng khí bị ion hóa bao quanh chuỗi sứ.
Khi điện áp xoay chiều đạt đỉnh, hồ quang AC bùng phát trên đường dẫn này.
Dòng sự cố duy trì cho đến khi máy cắt tác động, dập tắt hồ quang và ngắt mạch.
Cuối cùng, khi máy cắt hoặc recloser đóng lại, điện áp xoay chiều được khôi phục.
Mất điện do sét đánh không đơn giản là sự kiện thoáng qua của tia sét.
Nó là sự kết hợp giữa quá điện áp, flashover và hồ quang xoay chiều duy trì.
Bảo vệ tác động là cần thiết để bảo vệ thiết bị, nhưng gây ra mất điện cho người dùng.
Giải pháp thực tiễn là giảm điện trở tiếp địa, tối ưu bố trí chống sét van và vệ sinh sứ. Bên cạnh đó, cần có tự đóng lặp để khôi phục cung cấp điện khi sự cố chỉ thoáng qua. Nhờ vậy, lưới điện đô thị có thể vận hành tin cậy hơn trong điều kiện mưa giông.