Quá điện áp là gì? Các nghiên cứu khoa học về Quá điện áp

Quá điện áp là hiện tượng điện áp vượt quá giá trị định mức cho phép tại điểm trong hệ thống điện, gây căng dư điện môi, hồ quang nội môi và nguy cơ suy giảm cách điện. Dạng quá điện áp có thể là thoáng qua do sét hoặc chuyển mạch tạo xung cao áp, hoặc dai dẳng do mất cân bằng pha, điều khiển tụ bù sai lệch trong lưới điện.

Định nghĩa quá điện áp

Quá điện áp (overvoltage) là hiện tượng điện áp tại một điểm trong hệ thống điện vượt quá giá trị định mức cho phép trong khoảng thời gian nhất định. Giá trị định mức này thường được quy định theo tiêu chuẩn thiết bị và lưới điện, ví dụ 1.05–1.10 lần điện áp danh định trong hệ thống phân phối.

Quá điện áp có thể phân ra thành dạng ngắn hạn (transient) và dai dẳng (sustained). Dạng ngắn hạn thường kéo dài từ micro giây đến vài mili giây, trong khi quá điện áp dai dẳng có thể kéo dài từ vài giây đến vài giờ.

Mức độ ảnh hưởng của quá điện áp phụ thuộc vào biên độ vượt và thời gian xuất hiện. Nếu vượt ngưỡng chịu đựng, thiết bị sẽ có hiện tượng dỡ điện môi, hồ quang, thậm chí hư hỏng hoàn toàn.

Phân loại quá điện áp

Phân loại quá điện áp hỗ trợ xác định nguyên nhân và biện pháp khống chế:

  • Quá điện áp thoáng qua ngắn hạn (Transient Overvoltage): Xuất hiện do hiện tượng sét đánh hoặc chuyển mạch đột ngột, đặc trưng bởi biên độ cao, thời gian rất ngắn (<0.1 ms).
  • Quá điện áp dai dẳng (Sustained Overvoltage): Thường do điều khiển không đúng, mất cân bằng pha hoặc sự cố điều chỉnh tụ bù, kéo dài từ vài giây đến hàng giờ.
  • Quá điện áp tần số cao (Oscillatory Overvoltage): Gồm thành phần hài hoặc dao động tự do, xảy ra khi đóng/cắt thiết bị tạo ra cộng hưởng LC.
  • Quá điện áp hỗn hợp (Mixed Overvoltage): Kết hợp cả tính chất ngắn hạn và dai dẳng, cần biện pháp xử lý đa tầng.
LoạiThời gian điển hìnhNguyên nhân chính
Transient<0.1 msSét, chuyển mạch
Sustained1 s–1 hMất cân bằng, điều chỉnh tụ
Oscillatory0.1 ms–1 sCộng hưởng LC

Nguyên nhân và cơ chế sinh thành

Sét đánh trực tiếp lên đường dây hoặc cảm ứng vào hệ thống tạo điện áp xung đột ngột lên tới hàng trăm kV. Sóng sét có thành phần dương, âm với biên độ và thời gian tăng trưởng rất nhanh, gây quá điện áp thoáng qua.

Hoạt động đóng/cắt máy cắt, cầu dao hoặc khởi động/tắt tải lớn tạo ra dao động điện từ cộng hưởng giữa điện cảm và điện dung. Điều này sinh ra quá điện áp tần số cao, có thể lặp lại nhiều chu kỳ trước khi giảm dần.

Mất cân bằng pha do sự cố một pha, điện áp trên các pha khác bị nâng lên. Đồng thời, điều khiển sai tụ bù hoặc trễ tín hiệu cảm biến điện áp trong hệ thống điều khiển tự động cũng dẫn đến quá điện áp dai dẳng.

Tác động của quá điện áp lên thiết bị điện

Quá điện áp làm căng thẳng điện môi, giảm tuổi thọ cách điện của cáp, máy biến áp và thiết bị đóng cắt. Khi độ bền điện môi giảm dưới ngưỡng, hồ quang nội môi có thể xảy ra, gây gãy vỡ cách điện và chập mạch.

Hư hỏng mạch bán dẫn trong bộ chuyển đổi tần số, biến tần do điện áp đột biến vượt mức đánh giá. Thành phần đỉnh cao có thể kích hoạt transistor hoặc diode quá dòng, dẫn đến hư hại không thể phục hồi.

  • Giảm độ tin cậy và tăng tần suất bảo trì, thay thế.
  • Ngắt mạch không mong muốn, gây gián đoạn cung cấp điện.
  • Ảnh hưởng đến chất lượng điện năng: điện áp không ổn định, biến dạng sóng.

Phương pháp phát hiện và đo lường

Đo lường quá điện áp đòi hỏi các thiết bị có băng tần rộng và tốc độ đáp ứng cao để ghi nhận chính xác biên độ và dạng sóng. Bộ ghi dao động (oscillograph) với cảm biến điện áp kiểu Piezoelectric hoặc divider tỉ lệ cao thường được sử dụng.

Các thông số quan trọng gồm giá trị đỉnh (peak), giá trị đỉnh-đỉnh (peak-to-peak), thời gian tăng (rise time) và dạng sóng chuyển mạch. Thiết bị phải đáp ứng tiêu chuẩn ghi nhận sự kiện ngắn hạn theo IEEE C62.41 để đảm bảo kết quả đo lường tin cậy (IEEE Standards).

  • Peak Voltage: giá trị đỉnh của sóng quá điện áp.
  • Peak-to-Peak Voltage: hiệu số giữa đỉnh dương và đỉnh âm.
  • Rise Time: thời gian tăng từ 10% lên 90% biên độ đỉnh.
  • Crest Factor: tỉ số giữa peak và RMS, phản ánh tính nhọn của xung.
Thiết bịBăng tầnỨng dụng
OscillographDC–100 MHzGhi xung thoáng qua, phân tích dạng sóng
Voltage DividerDC–10 kHzGiảm điện áp cao xuống mức đo
Surge LoggerDC–1 MHzTheo dõi sự kiện quá điện áp dài hạn

Biện pháp bảo vệ và giảm thiểu

Trang bị thiết bị bảo vệ SPD (Surge Protective Device) là giải pháp cơ bản nhất để ngăn xung quá điện áp vào hệ thống. SPD phân loại theo cấp I, II, III theo tiêu chuẩn IEC 61643-11, được lắp đặt tại các tủ điện, đầu cáp và gần thiết bị nhạy cảm.

Hệ thống chống sét tích hợp bao gồm cọc tiếp địa, thanh dẫn sét và đầu kim bảo vệ giúp phân tán năng lượng sét xuống đất, giảm dòng sét truyền vào lưới. Thanh dẫn sét phải nối đất với điện trở tiếp địa ≤10Ω để hiệu quả tối ưu (UF Lightning Research).

  • Chọn SPD với mức điện áp bảo vệ thấp (Up) nhưng công suất hấp thụ cao (Imax).
  • Bố trí phân cấp SPD: cấp I ở tủ trung thế, cấp II ở tủ hạ thế, cấp III gần thiết bị đầu cuối.
  • Sử dụng tụ bù kháng suất điều chỉnh hệ số công suất và giảm dao động điện áp.
  • Điều khiển tự động thu phát phản ứng điện kháng (STATCOM, SVC) để cân bằng pha và ổn định điện áp.

Tiêu chuẩn và quy định

Tiêu chuẩn quốc tế về quá điện áp bao gồm IEC 61000-4-5 (thử nghiệm khả năng chịu đựng xung năng lượng thấp) và IEEE C62.41/C62.45 (hướng dẫn lắp đặt và kiểm tra xung chuyển mạch và sét). Các tiêu chuẩn này quy định phương pháp thử, dạng xung và mức điện áp đặc trưng cho thiết bị SPD và lưới điện.

Tại Việt Nam, QCVN 18:2014/BCT quy định an toàn điện và phòng chống sét, yêu cầu lắp đặt thiết bị bảo vệ phù hợp từng loại công trình. Các quy định về điện trở tiếp địa, khoảng cách an toàn và cấp điện áp danh định phải tuân thủ nghiêm ngặt để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

  • IEC 61000-4-5: Xung 1.2/50 µs và 8/20 µs cho thử nghiệm SPD.
  • IEEE C62.41.1: Mô phỏng xung chuyển mạch cho môi trường công nghiệp.
  • QCVN 18:2014/BCT: Quy chuẩn nối đất và bảo vệ chống sét.

Ứng dụng trong thiết kế và vận hành hệ thống điện

Trong quy hoạch lưới điện, xác định vị trí tủ trung thế, hạ thế và điểm lắp đặt SPD tối ưu ngăn xung truyền xa. Bản vẽ thiết kế phải bao gồm sơ đồ tiếp địa, thanh dẫn sét và mạch bảo vệ thứ cấp.

Máy biến áp, cáp ngầm và tủ điện phải được chọn lựa theo cấp cách điện phù hợp với mức quá điện áp tối đa. Trong tủ phân phối, SPD cấp II và III cần kết hợp với thiết bị cắt tự động (MCB/ACB) để đảm bảo ngắt mạch nhanh khi quá điện áp vượt ngưỡng.

  • Thiết kế SCADA/DMS giám sát điện áp thời gian thực, ghi nhận sự kiện quá điện áp và cảnh báo tự động.
  • Sử dụng relay bảo vệ quá điện áp (overvoltage relay) để đóng cắt tải hoặc chuyển đổi cấu hình lưới.
  • Áp dụng giải pháp lưu trữ phân tán (BESS) ghép nối với inverter có chức năng ride-through để giảm đỉnh điện áp.

Nghiên cứu và phát triển công nghệ mới

Vật liệu cách điện tiên tiến như epoxy nanokomposite, polyme SLA và chất cách điện gốc silica đang được phát triển để tăng khả năng chịu đựng va đập của thiết bị điện. Những vật liệu này có độ bền điện môi cao, khả năng tự phục hồi khi có vết nứt nhỏ.

Công nghệ lưu trữ năng lượng phân tán (Distributed Energy Resources) như ắc-quy lithium-ion, flow battery và siêu tụ điện giúp hãm đỉnh điện áp khi hòa lưới, đồng thời cung cấp dịch vụ ổn định tần số và điện áp.

  • Ứng dụng AI và Big Data trong phân tích tín hiệu điện áp, dự báo xung sét và chuyển mạch.
  • Phát triển module SPD tích hợp IoT để giám sát tình trạng, tuổi thọ và tự động thay thế khi hỏng.
  • Nghiên cứu công nghệ superconducting fault current limiter (SFCL) để hạn chế dòng sự cố và điện áp đột biến.

Tài liệu tham khảo

  • NIST. Guide to Transient Overvoltages. https://www.nist.gov/publications/guide-transient-overvoltages
  • IEC. IEC 61643-11: Surge Protective Devices. https://www.iec.ch
  • IEEE. IEEE C62.41: Surge Environment in Low-Voltage (1000 V and Less) AC Power Circuits. https://www.ieee.org/standards.html
  • UF Lightning Research. University of Florida Lightning Research Group. https://www.lightning.ece.ufl.edu/
  • QCVN 18:2014/BCT. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn điện. https://luatvietnam.vn

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề quá điện áp:

Tổng Hợp Diện Tích Lớn Của Phim Graphene Chất Lượng Cao Và Đồng Đều Trên Tấm Đồng Dịch bởi AI
American Association for the Advancement of Science (AAAS) - Tập 324 Số 5932 - Trang 1312-1314 - 2009
Phát Triển Graphene Các mẫu graphene chất lượng cao nhất, là các lớp carbon mỏng bằng một nguyên tử, được tách ra từ graphit. Tuy nhiên, các mẫu này có kích thước rất nhỏ (micromet vuông). Để ứng dụng rộng rãi trong điện tử, cần có các diện tích lớn hơn. Li và cộng sự.... hiện toàn bộ
#graphene #tấm đồng #lắng đọng hóa học hơi #điện tử ứng dụng #độ linh động điện tử
Huỳnh Quang Diệp: Công Cụ Khám Phá Quang Hợp Trực Tiếp Dịch bởi AI
Annual Review of Plant Biology - Tập 59 Số 1 - Trang 89-113 - 2008
Việc sử dụng huỳnh quang diệp lục để giám sát hiệu suất quang hợp trong tảo và thực vật hiện đã trở nên phổ biến. Bài đánh giá này xem xét cách các thông số huỳnh quang có thể được sử dụng để đánh giá những thay đổi trong hóa học quang học của hệ quang hợp II (PSII), dòng điện tử tuyến tính và sự đồng hóa CO2 trong vivo, đồng thời đưa ra cơ sở lý thuyết cho việc sử dụn...... hiện toàn bộ
#Huỳnh quang diệp lục #hệ quang hợp II #hóa học quang học #dòng điện tử tuyến tính #đồng hóa CO2 #hiệu suất hoạt động PSII #dập tắt quang hóa #dập tắt phi quang hóa #không đồng đều quang hợp #chụp ảnh huỳnh quang.
Thúc đẩy phát triển vật liệu cho sản xuất hydro quang điện hóa: Tiêu chuẩn cho các phương pháp, định nghĩa, và quy trình báo cáo Dịch bởi AI
Journal of Materials Research - Tập 25 Số 1 - Trang 3-16 - 2010
Quá trình phân tách nước bằng photokimia (PEC) để sản xuất hydro là một công nghệ đầy hứa hẹn, sử dụng ánh sáng mặt trời và nước để sản xuất hydro tái tạo kèm theo oxi như một sản phẩm phụ. Trong lĩnh vực sản xuất hydro PEC đang mở rộng, việc sử dụng các phương pháp sàng lọc tiêu chuẩn hóa và báo cáo đã trở thành một nhu cầu cần thiết. Bài báo này nhằm cung cấp hướng dẫn về các thực hành c...... hiện toàn bộ
#photoelectrochemical #hydrogen production #solar-to-hydrogen efficiency #PEC characterization #standards #efficiency reporting
Phân loại nanoparticle, tính chất lý hóa, đặc trưng và ứng dụng: một tổng quan toàn diện cho các nhà sinh học Dịch bởi AI
Journal of Nanobiotechnology -
Tóm tắt Sự quan tâm đối với vật liệu nano và đặc biệt là các nanoparticle đã bùng nổ trong vài thập kỷ qua chủ yếu do những tính chất vật lý và hóa học mới hoặc được cải thiện của chúng so với vật liệu khối. Những tính chất phi thường này đã tạo ra một loạt các ứng dụng sáng tạo trong các lĩnh vực y học và dược phẩm, điện tử, nông nghiệp, xúc tác hóa học, công nghi...... hiện toàn bộ
Bản đồ Kiểm Kê Đất Ngập Nước Đầu Tiên của Newfoundland với Độ Phân Giải Không Gian 10 m Sử Dụng Dữ Liệu Sentinel-1 và Sentinel-2 trên Nền tảng Điện Toán Đám Mây Google Earth Engine Dịch bởi AI
Remote Sensing - Tập 11 Số 1 - Trang 43
Đất ngập nước là một trong những hệ sinh thái quan trọng nhất, cung cấp môi trường sống lý tưởng cho một loạt lớn các loài thực vật và động vật. Lập bản đồ và mô hình hóa đất ngập nước sử dụng dữ liệu Quan Sát Trái Đất (EO) là điều thiết yếu cho quản lý tài nguyên thiên nhiên ở cả cấp độ khu vực và quốc gia. Tuy nhiên, việc lập bản đồ đất ngập nước chính xác là một thách thức, đặc biệt là ...... hiện toàn bộ
#Bản đồ đất ngập nước #Newfoundland #Quan sát Trái Đất #Điện toán đám mây #Viễn thám #Radar khẩu độ tổng hợp #Sentinel-1 #Sentinel-2 #Phân loại rừng ngẫu nhiên #Độ phân giải không gian
Một Tổng Quan về Vật liệu Nano-/Vi cấu trúc được Chế tạo bằng Công nghệ Điện hóa cho Siêu tụ điện Dịch bởi AI
Nano-Micro Letters - Tập 12 Số 1 - 2020
Tóm tắtBài báo xem xét những tiến bộ gần đây của các kỹ thuật điện hóa trong việc tổng hợp các cấu trúc nano/vi làm điện cực cho siêu tụ điện. Với lịch sử hơn một thế kỷ, các kỹ thuật điện hóa đã phát triển từ mạ kim loại kể từ khi ra đời đến những công cụ tổng hợp đa năng cho các vật liệu có hoạt tính điện hóa với nhiều hình thái, thành phần và chức năng khác nhau...... hiện toàn bộ
#siêu tụ điện #kỹ thuật điện hóa #vật liệu nano #vật liệu vi cấu trúc #tổng hợp điện hóa
Tổng quan về việc tích hợp các cấu trúc lưới gradient nhẹ trong các bộ phận sản xuất theo công nghệ đắp dần Dịch bởi AI
Advances in Mechanical Engineering - Tập 12 Số 6 - Trang 168781402091695 - 2020
Bài tổng quan này phân tích thiết kế, hành vi cơ học, khả năng sản xuất, và ứng dụng của các cấu trúc lưới gradient được sản xuất bằng công nghệ đắp dần kim loại. Bằng cách thay đổi các tham số thiết kế như kích thước ô, chiều dài thanh, và đường kính thanh của các ô đơn vị trong cấu trúc lưới, một thuộc tính gradient được hình thành để đạt được các mức độ chức năng khác nhau và tối ưu hóa...... hiện toàn bộ
#lattice structures #additive manufacturing #gradient properties #mechanical behavior #design optimization #metallic technology #design freedom #manufacturing constraints
Quantitative angiography of the left anterior descending coronary artery: correlations with pressure gradient and results of exercise thallium scintigraphy.
Ovid Technologies (Wolters Kluwer Health) - Tập 71 Số 2 - Trang 273-279 - 1985
To evaluate, during cardiac catheterization, what constitutes a physiologically significant obstruction to blood flow in the human coronary system, computer-based quantitative analysis of coronary angiograms was performed on the angiograms of 31 patients with isolated disease of the proximal left anterior descending coronary artery. The angiographic severity of stenosis was compared with t...... hiện toàn bộ
Quan điểm và thách thức đối với tụ điện gốm lớp nhiều không chì cho lưu trữ năng lượng Dịch bởi AI
Journal of Advanced Ceramics - - 2021
Tóm tắtCầu nối giữa nhu cầu ngày càng tăng về các hệ thống điện và điện tử có mật độ công suất cao đã thúc đẩy sự phát triển của các tụ điện lưu trữ năng lượng với các đặc tính như mật độ năng lượng cao, mật độ điện dung cao, điện áp và tần số cao, trọng lượng nhẹ, khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao và thân thiện với môi trường. So với các tụ điện điện phân và tụ đi...... hiện toàn bộ
#tụ điện #lưu trữ năng lượng #gốm nhiều lớp #không chì #ứng dụng công nghệ cao
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA NƯỚC ÉP THIÊU KHIẾU VÀ NƯỚC ÉP QUẢ TÁO TRONG QUÁ TRÌNH ĐUN NÓNG BẰNG ĐIỆN Dịch bởi AI
Journal of Food Process Engineering - Tập 27 Số 3 - Trang 159-180 - 2004
TRÍCH YẾUĐun nóng bằng điện trở là quá trình dựa trên việc dẫn điện qua một sản phẩm thực phẩm mà đóng vai trò như một điện trở. Trong nghiên cứu này, các tinh chất táo và anh đào chua với nồng độ rắn hòa tan từ 20–60% đã được đun nóng bằng điện trở bằng cách áp dụng năm gradient điện áp khác nhau (20–60 V/cm). Các mối quan hệ dẫn điện theo nhiệt độ, gradient điện ...... hiện toàn bộ
Tổng số: 701   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 10

Chủ đề khác

#phương pháp thiết kế

Phương pháp thiết kế là gì? Các nghiên cứu khoa học

#truyền virus

Truyền virus là gì? Các nghiên cứu khoa học về Truyền virus

#năng lượng sạch

Năng lượng sạch là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#hiệu quả phân bổ

Hiệu quả phân bổ là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#tổn thương sụn

Tổn thương sụn là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

#phân bào

Phân bào là gì? Các nghiên cứu khoa học về Phân bào

#nguy cơ tương đối

Nguy cơ tương đối là gì? Các nghiên cứu khoa học về Nguy cơ tương đối

#chức năng tim

Chức năng tim là gì? Các nghiên cứu khoa học về Chức năng tim

#cá cầu vồng goyder

Cá cầu vồng Goyder là gì? các nghiên cứu khoa học liên quan

#nghiên cứu y khoa

Nghiên cứu y khoa là gì? Các nghiên cứu về Nghiên cứu y khoa


Xem thêm