Lựa chọn Tiết diện Dây Chống Sét

Cấp điện áp

Cấp điện áp định mức của đường dây (110 / 220 / 500 kV). Dùng để tính điện áp pha U_φ = U/√3 và Z_source Thevenin khi bật Fault Scan.

Dòng ngắn mạch 1 pha I"_k1 (kA, RMS)

Dòng ngắn mạch 1 pha-đất ban đầu (subtransient) tại thanh cái trạm, tính theo IEC 60909-0. Đây là giá trị quan trọng nhất — quyết định tiết diện dây OHGW.
Cách lấy: Từ báo cáo ngắn mạch của lưới (PowerFactory, ETAP, CAPE, hoặc do EVN/A0/A1/A2/A3 cung cấp).
Giá trị điển hình tại VN:

Cấp điện áp	I"_k1 typical	I"_k1 max design
110 kV	10-25 kA	31.5 kA
220 kV	25-40 kA	50 kA
500 kV	40-63 kA	80 kA

Thời gian cắt sự cố t_f (s)

Tổng thời gian cách ly sự cố = t_relay (rơ-le tác động) + t_breaker (máy cắt mở).
Bảo vệ chính (primary): 0.1-0.5 s (dùng cho thiết kế OPGW).
Bảo vệ dự phòng (backup): 0.8-1.0 s (kịch bản khi BV chính fail — ít xảy ra).
Theo IEEE 1138-2021, cho phép thiết kế theo BV chính do xác suất BV chính tác động đầu tiên rất cao (>99%). Một số dự án EVN dùng 0.5 s cho 220 kV.

Về biên dự phòng / hệ số an toàn

Phần mềm tính theo công thức chuẩn IEC 60364-5-54 Annex A: S_min = I × √t / K — KHÔNG có hệ số an toàn nhân thêm.
Lý do: các tiêu chuẩn IEC, IEEE 1138, 11 TCN-19:2006 KHÔNG quy định cụ thể giá trị hệ số an toàn cho công thức tính tiết diện theo nhiệt. Hệ số an toàn 2.5 trong 11 TCN-19:2006 chỉ áp dụng cho cường độ cơ học (so với RTS), không phải cho tính toán nhiệt.
Nếu muốn dự phòng thực tế, người thiết kế tự nâng I"_k1 đầu vào (ví dụ: dùng I"_k1 max quy hoạch 5–10 năm tới thay cho I"_k1 hiện tại). Đây là kinh nghiệm thực tế, không bắt buộc bởi tiêu chuẩn.

Nhiệt độ ban đầu θ_i (°C)

Nhiệt độ dây OPGW/GSW ngay TRƯỚC khi xảy ra sự cố. Theo TCVN/IEC 60865-1:
• θ_i = 40°C: Tiêu chuẩn cho VN (ambient cao hơn châu Âu).
• θ_i = 50-60°C: khi dòng tải bình thường lớn (đường dây đôi vận hành đầy tải, OPGW sub-conductor cũng tải dòng cảm ứng).
Lưu ý: θ_i cao → K nhỏ → S_min lớn (tiết diện cần tăng).

Hệ số phân dòng k_d

Tỷ lệ dòng đi vào dây OHGW so với tổng I_k1: I_OHGW = k_d × I"_k1. Dùng trong công thức S_min = (k_d × I"_k1 × √t) / K.

QUAN TRỌNG: Thông số này CHỈ DÙNG khi TẮT mô phỏng dọc tuyến (mục 2). Khi BẬT mô phỏng (Ladder/Rüdenberg), phần mềm tự tính k_d chính xác từ R_tf và Z_g — bỏ qua giá trị nhập tay.

Các yếu tố quyết định k_d:

Yếu tố	Tác động lên k_d
R_tf thấp (<5Ω)	↓ giảm — dòng dễ rò xuống đất
R_tf cao (>20Ω)	↑ tăng — dòng bắt buộc đi qua OHGW
OPGW (Z_g ~0.4Ω/km)	↑ tăng — path ít trở kháng
GSW (Z_g ~1.0Ω/km)	↓ giảm so với OPGW
2 OHGW song song	↑ tăng 5–10% so với 1 OHGW
Sự cố gần trạm	↑ cao hơn so với sự cố giữa tuyến

Bảng tra điển hình tại Việt Nam:

Cấp điện áp	Loại dây	R_tf điển hình	k_d điển hình
110 kV mới	OPGW-57/70	10–15 Ω	0.78–0.85
110 kV cũ	TK-70 GSW	15–25 Ω	0.65–0.75
220 kV	OPGW-81/90	5–10 Ω	0.80–0.87
500 kV	OPGW-120/150	3–8 Ω	0.85–0.90
Vùng núi đá	Bất kỳ	>30 Ω	0.60–0.65

Nguồn: CIGRE TB 287 §4.3; Popović (2010) "Earthing of HV Substations"; Sebo (1969) IEEE Trans on PAS.

Khuyến nghị cao nhất: BẬT mô phỏng dọc tuyến (mục 2) để phần mềm tự tính k_d. Chỉ dùng giá trị nhập tay khi: (a) thiếu dữ liệu R_tf chi tiết từng cột, (b) sơ bộ phương án giai đoạn báo cáo đầu tư.

Mô hình tính

• Ladder network (khuyến nghị): Giải hệ phương trình KCL nodal cho từng cột. Hỗ trợ R_tf khác nhau từng cột, hỗ trợ cấu hình hỗn hợp 1 OPGW + 1 GSW có Z_g khác nhau. Đây là phương pháp chuẩn dùng trong EMTP, PSCAD.
• Rüdenberg: Công thức giải tích đơn giản γ = √(Z_g/(R_tf×span)), giả thiết R_tf đồng đều. Phù hợp cho xác minh nhanh hoặc tuyến rất dài có R_tf đồng đều.

Fault Scan toàn tuyến

Khi BẬT, phần mềm sẽ:
1. Quét fault tại TẤT CẢ các cột (loại trừ trạm).
2. Tính I_k1 thực tế giảm theo khoảng cách: I_k1(x) = U_φ / (Z_source + Z_line × x_min).
3. Lấy ENVELOPE (max trên mỗi đoạn dây).
4. Đề xuất phân vùng tiết diện: vùng đỏ (≥80% I_max) — OPGW lớn; vùng vàng (50-80%); vùng xanh (<50%) — có thể giảm size.
Hữu ích cho tuyến dài muốn tối ưu hóa chi phí dây.

Z đường dây thứ tự không Z_0 (Ω/km)

Tổng trở thứ tự không hiệu dụng (effective zero-sequence) của đường dây. Dùng để tính giảm I_k1 khi fault xa trạm.
Giá trị điển hình: 110 kV: 0.4-0.6 · 220 kV: 0.3-0.5 · 500 kV: 0.25-0.4 Ω/km.
Có thể tra báo cáo tính toán ngắn mạch hoặc tự tính từ catalog dây dẫn.

Z_g dây OPGW / GSW (Ω/km)

Tổng trở dây chống sét (R + jωL), bao gồm điện trở DC + cảm ứng tự thân + ảnh hưởng đất theo công thức Carson.
Giá trị điển hình:
• OPGW-57: ~2.5 Ω/km · OPGW-81: ~2.0 Ω/km · OPGW-150: ~1.5 Ω/km
• GSW TK-50: ~5-6 Ω/km · GSW TK-70: ~4-5 Ω/km · GSW TK-95: ~3.5-4 Ω/km
GSW thép có Z_g cao hơn OPGW vì ρ thép lớn và độ thấm từ μ_r cao.

Z_m mutual impedance — phần mềm BỎ QUA

Tổng trở hỗ tương cảm ứng giữa 2 dây OHGW song song (Carson 1926, IEC TR 60909-2 §5.2).
Phạm vi áp dụng phần mềm: bỏ qua Z_m để đơn giản hóa thuật toán. Sai số chấp nhận được:
• ~2–5% cho cấu hình 1 OPGW + 1 GSW phổ biến (d_ij = 6–10 m)
• ~5–10% cho 2 dây sát nhau (d_ij < 5 m)
Nếu dự án yêu cầu độ chính xác cao (tuyến giao chéo nhiều mạch, đất xấu ρ > 500 Ω·m), khuyến nghị dùng EMTP-RV / PSCAD / CDEGS để xác minh.

Vị trí cộng dồn (km) — tự tính

Phần mềm tự tính từ vị trí cột đầu (mặc định 0) + tổng các khoảng cột. Cột đầu cho phép nhập nếu muốn đánh số tuyến từ km khác (VD: tuyến nối tiếp tuyến cũ ở km 5.234). Các cột sau bị KHÓA — chỉ thay đổi gián tiếp qua khoảng cột tới.

Khoảng cột tới (m)

Khoảng cột tới cột tiếp theo (m). Khoảng cột điển hình:
• 110 kV: 200-350m (cột hình tháp/portal)
• 220 kV: 300-450m (cột hình tháp)
• 500 kV: 400-600m (cột hình tháp lớn)
Khoảng cột góc/vượt sông có thể lớn hơn 800-1500m.

Điện trở tiếp đất chân cột R_tf (Ω)

Tổng trở tiếp đất từng cột riêng. Đo bằng phương pháp Wenner 4-cọc hoặc fall-of-potential.
Yêu cầu chuẩn EVN/NPT:
• Trạm biến áp: <1 Ω (lấy 0.3-0.5 Ω cho thiết kế).
• Cột 110/220 kV: ≤10 Ω (đất bình thường), ≤15 Ω (đất xấu).
• Cột 500 kV: ≤10 Ω.
Cột vùng đá/đất khô có thể lên 20-50 Ω — cần biện pháp tăng cường tiếp đất (đóng thêm cọc, dây tiếp địa kéo dài).

Cấu hình

• 1 OPGW: Tuyến mới, kết hợp truyền thông (110 kV mạch đơn).
• 2 OPGW: Tuyến quan trọng cần dự phòng truyền thông (500 kV).
• 1 OPGW + 1 GSW: Phổ biến nhất cho 220 kV — kinh tế (OPGW cho truyền thông + GSW chia tải dòng + che bóng cho dây pha).
• 1 GSW / 2 GSW: Tuyến truyền thống không cần truyền thông.

Tỉ lệ phân dòng dây 1

Tỷ lệ dòng đi vào dây 1 so với tổng dòng OHGW.
Theo định luật chia dòng: ratio = (1/Z_1)/(1/Z_1 + 1/Z_2)
Ví dụ: 1 OPGW (Z=2.5) + 1 GSW (Z=5.0) → ratio_OPGW = (1/2.5)/(1/2.5+1/5) = 0.667.
Lưu ý: Khi BẬT Ladder, phần mềm tự tính ratio chính xác — bạn không cần nhập.

Hệ số K — IEC 60364-5-54 Annex A

K = √[Q_c·(β+20)/ρ_20 · ln((β+θ_f)/(β+θ_i))], đơn vị A·√s/mm². Mặc định cho θ_i=30°C, θ_f=200°C:

Vật liệu	K	Ghi chú
OPGW (Al + ACS + cáp quang)	95	Có thể 100-110 tùy nhà SX
GSW (thép mạ kẽm) θ_f=200°C	78	Tiêu chuẩn
GSW θ_f=400°C	110	Khi cho phép mất lớp mạ kẽm
ACS (Alumoweld)	91	Thép bọc nhôm 20% IACS
ACSR (giới hạn nhôm)	87	Ít dùng làm OHGW
AACSR (Phlox/Pastel)	95	Hợp kim Al lõi thép

Nhiệt độ giới hạn θ_f (°C)

Nhiệt độ tối đa cho phép của dây trong ngắn mạch:
• 200°C: Mặc định cho TẤT CẢ vật liệu (giới hạn ống quang trong OPGW + giới hạn nhôm trong AACSR/ACSR).
• 400°C: CHỈ cho GSW khi chấp nhận mất lớp mạ kẽm — phải đối chiếu với chuẩn dự án (hiếm áp dụng).

Tiết diện tối thiểu (đoạn nhiệt — IEC 60364-5-54):

S_min = (I × √t) / K

Với: I = dòng RMS qua dây (A) · t = thời gian sự cố (s) · K = hệ số vật liệu (A·√s/mm²) · S_min = mm²

Mọi thắc mắc cụ thể có thể tham khảo báo cáo Word đính kèm hoặc liên hệ kỹ sư thiết kế.