Ảnh hưởng của hình dạng hệ thống nối đất đường dây truyền tải đến điện áp bước và điện áp tiếp xúc khi tản dòng điện sét

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 55 
ẢNH HƯỞNG CỦA HÌNH DẠNG HỆ THỐNG NỐI ĐẤT ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 
ĐẾN ĐIỆN ÁP BƯỚC VÀ ĐIỆN ÁP TIẾP XÚC KHI TẢN DÒNG ĐIỆN SÉT 
EFFECT OF GROUNDING CONFIGURATION FOR TRANSMISSION LINE ON STEP 
VOLTAGE AND TOUCH VOLTAGE DURING DISSIPATION OF LIGHTNING CURRENT 
Nguyễn Xuân Phúc1, Phạm Hồng Thịnh2, Trần Văn Tớp1 
1Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2Underground Systems, Inc, Milford Connecticut, USA 
Ngày nhận bài: 09/05/2019, Ngày chấp nhận đăng: 30/07/2019, Phản biện: TS. Vũ Hoàng Giang 
Tóm tắt: 
Bài báo này trình bày kết quả tính toán điện áp bước và điện áp tiếp xúc cho hệ thống nối đất đường 
dây truyền tải khi có dòng điện sét bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) với phần mềm mô 
phỏng COMSOL. Dòng điện sét tiêu chuẩn sẽ được bơm vào hệ thống nối đất. Điện áp bước tại một 
số điểm cụ thể sẽ được tính toán dựa vào phân bố thế trên mặt đất để so sánh mức độ nguy hiểm 
của từng dạng hệ thống nối đất. Kết quả của bài báo cho phép lựa chọn những hệ thống nối đất tốt 
nhất trên phương diện an toàn khi có dòng điện sét đi qua. 
Từ khóa: 
Hệ thống nối đất, đường dây truyền tải, PTHH, tổng trở xung, điện áp bước, điện áp tiếp xúc. 
Abstract: 
This paper presents the calculation results of step voltage and touch voltage for transmission line 
grounding system during dissipation of lightning current. The finite element method (FEM) is used 
with COMSOL program. Standard lightning current will be injected to the grounding system. The step 
voltage at some specific points will be calculated based on the ground potential distribution to 
evaluate the perfomance of each grounding system configuration. The results of the paper allow to 
select the best grounding system configuration based on the safety for lightning current. 
Keywords: 
Grounding system, transmission line, FEM, surge impedance, step voltage, touch voltage. 
1. GIỚI THIỆU CHUNG 
Điện áp bước và tiếp xúc là khái niệm 
thường được đề cập đến khi tính toán cho 
hệ thống nối đất của trạm khi dòng sự cố 
(tần số 50 Hz) tản qua hệ thống nối đất. 
Tiêu chuẩn về điện áp bước và điện áp 
tiếp xúc đối với trạm đều được tham chiếu 
đến tiêu chuẩn IEEE-80 [1], IEC-60479 
[2] và Quy phạm trang bị điện Việt Nam 
[3]. Đối với dòng điện sét, các nghiên cứu 
về điện áp bước và điện áp tiếp xúc khi có 
dòng sét chạy trong hệ thống nối đất chỉ 
tập trung vào các công trình dân dụng [4], 
hoặc có người vận hành bên trong như 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
56 Số 20 
trạm GSM [5] và tua bin gió [6]. Tính 
toán điện áp bước và điện áp tiếp xúc cho 
hệ thống nối đất của cột của đường dây 
truyền tải chỉ được bắt đầu quan tâm từ 
năm 1980 [7], tuy nhiên các tính toán này 
chỉ được tính toán đối với dòng sự cố 
(50 Hz) chạy qua hệ thống nối đất. Do 
đường dây truyền tải thường đi qua khu 
vực thưa dân cư và có hành lang tuyến 
được tuân thủ nghiêm ngặt, trên thế giới 
có rất ít nghiên cứu về điện áp bước và 
điện áp tiếp xúc đối với hệ thống nối đất 
[8]. Các nghiên cứu này có nhược điểm 
lớn nhất đều giả thiết hệ thống nối có 
dạng tập trung hoặc bán cầu, chính vì thế 
kết quả chỉ mang tính tham khảo. 
Do mật độ dân số cao, đường dây truyền 
tải Việt Nam có đặc điểm là đi qua nhiều 
khu vực dân cư. Một đặc điểm khác của 
đường dây truyền tải Việt Nam là nằm ở 
khu vực có mật độ sét lớn [9]. Đặc biệt là 
khu vực miền Bắc, mật độ giông sét của 
khu vực này từ 8,2 lần/km2 đến 10,9 
lần/km2. Do đó, hệ thống nối đất thường 
xuyên phải làm việc để tản dòng điện sét 
hơn là tản dòng sự cố. Chính vì vậy, 
nghiên cứu điện áp bước và điện áp tiếp 
xúc khi có dòng điện sét tản qua hệ thống 
nối đất là nhu cầu bức thiết nhằm vận 
hành đường dây truyền tải ổn định, an 
toàn và hiệu quả. 
Bài bào này trình bày kết quả tính toán 
điện áp tiếp xúc và điện áp bước của các 
hệ thống nối đất điển hình của đường dây 
truyền tải 220 kV và 500 kV Việt Nam 
khi có dòng điện sét chạy qua. Kết quả 
nghiên cứu đã chỉ ra những điểm nguy 
hiểm nhất trên mặt đất đối với mỗi loại 
nối đất khi tản dòng điện sét. Ngoài ra, 
các tính toán còn cho phép xác định kiểu 
nối đất tốt nhất trong các hệ thống hiện có 
đồng thời đề xuất một kiểu nối đất tốt hơn 
trên phương diện an toàn. 
2. TỔNG HỢP CÁC HỆ THỐNG TIẾP 
ĐỊA CỦA ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 
VIỆT NAM 
Tính đến đầu năm 2018, riêng lưới điện 
truyền tải khu vực miền Bắc do Công ty 
Truyền tải điện 1 quản lý, có 4188,8 km 
đường dây 220 kV và 1986,1 km đường 
dây 500 kV [10]. Tiêu chuẩn về nối đất 
đối với hai loại đường dây này không có 
gì khác nhau và đều tuân theo quy phạm 
như trong bảng 1. 
Bảng 1. Yêu cầu về trị số tiếp địa cột 
trên đường dây truyền tải [3] 
Điện trở suất của đất 
 (.m) 
Điện trở nối 
đất () 
Đến 100 
Trên 100 đến 500 
Trên 500 đến 1000 
Trên 1000 đến 5000 
Trên 5000 
Đến 10 
15 
20 
30 
6.10
-3 
Những cột điện có chiều cao từ 40m trở 
lên có dây chống sét thì điện trở nối đất 
phải nhỏ hơn 2 lần trị số trong bảng 1. 
Ngoài ra, các đơn vị vận hành còn phải áp 
dụng thêm một số quy định của Tổng 
công ty Truyền tải điện quốc gia [11], 
chiều dài các tia không được quá 50 m và 
đặt cách nhau không dưới 10 m. Các tia 
vòng quanh móng không được phép thực 
hiện. 
Tuy nhiên các hệ thống tiếp địa thực hiện 
trước năm 2016 vẫn chiếm đại đa số hệ 
thống tiếp địa của đường dây truyền tải có 
thể chia làm 3 dạng chính: 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 57 
(1) Dạng tia thẳng 
Đây là dạng nối đất phổ biến ở tất cả các 
đường dây 220 kV và trên hầu hết các cột 
của đường dây 500 kV. Các tia nối đất 
thường sử dụng thép tròn đường kính 
đến 20 mm hoặc thép dẹt 4 40 mm hoặc 
4 60 mm được chôn ở độ sâu từ 0,8 đến 
1 m với một đầu tia được nối trực tiếp vào 
thân cột. Ngoài ra, độ sâu đặt tia cho phép 
giảm xuống còn 0,5 m ở những khu vực 
núi đá khi có khó khăn trong việc đào tiếp 
địa. Tại những nơi thuận lợi về giải phóng 
mặt bằng, các tia được bố trí dọc hành 
lang tuyến (hình 1), hoặc vuông góc với 
nhau để giảm ảnh hưởng tương hỗ giữa 
các tia (hình 2a). Trong trường hợp địa 
hình khó khăn, các tia có thể bố trí cùng 1 
hướng (hình 2b). Số lượng và chiều dài 
mỗi tia được tính toán để đảm bảo giá trị 
điện trở nối đất nêu trên bảng 2. 
Hình 1. Hệ thống tiếp địa kiểu tia điển hình 
(a) (b) 
Hình 2. Cách bố trí tia đặc biệt 
Bảng 2. Số lượng/chiều dài tia 
với chiều cao cột H < 40m 
Điện trở suất 
(Ω.m) 
(.m) 
Chiều dài 
tia (m) 
(m) 
Số tia 
< 100 5 4 
100 - 500 20 4 
> 500 - 1000 40 4 
> 1000 - 2000 50 4 
> 2000 - 3000 50 6 
> 3000 - 4000 50 8 
(2) Dạng cọc - tia. 
Trong thực tế, tại một số vị trí cột có 
nhiều vật cản như các công trình xây 
dựng, cây cối làm cho chiều dài tia cũng 
như số lượng tia bị hạn chế. Khi đó, các 
cọc tiếp địa sẽ được bổ sung trên các tia 
để giảm chiều dài và số lượng tia. Không 
có quy định về cấu hình tiêu chuẩn cho sơ 
đồ cọc - tia. Số lượng cọc được tính toán 
phối hợp cùng với chiều dài tia để đảm 
bảo giá trị điện trở nối đất theo yêu cầu. 
Thông thường các cọc được đặt cách nhau 
5m. Số lượng cọc trên mỗi tia từ 1-10 cọc. 
Cọc thường sử dụng thép góc L63 63 6 
mm, dài 2,5 m. 
(3) Dạng đặc biệt: tia quấn vòng hoặc cọc 
khoan sâu. 
Ngoài 2 dạng tiếp địa phổ biến nhất kể 
trên, các thiết kế trước năm 2016 sử dụng 
loại tiếp địa quấn vòng quanh móng, Hình 
3a được thực hiện trên một số vị trí cột 
220 kV và 500 kV. Ưu điểm của dạng tiếp 
địa này là dễ thực hiện thuận lợi cho công 
tác đền bù thi công. Điện trở tiếp địa giảm 
gần như tuyến tính với chiều dài tia. Tuy 
nhiên, đến năm 2016 việc thực hiện các 
HÖ THèNG TIÕP §ÞA kiÓu tia
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
58 Số 20 
tiếp địa dạng này đã chính thức bị ngừng 
và được thay thế bằng loại tia thẳng. Đối 
với các thiết kế mới hiện nay, trường hợp 
phải cuốn vòng để giảm thiểu ảnh hưởng 
đến công tác đền bù giải phóng mặt bằng 
thì cũng chỉ cuốn quanh móng 1 vòng. 
(a) (b) 
Hình 3. Hệ thống tiếp địa đặc biệt 
Nhờ công nghệ khoan sâu, cọc chôn thẳng 
đứng với chiều dài từ 10 tới 40 m (hình 
3b) đã được thực hiện trên nhiều vị trí cột 
của cả đường dây 220 kV và 500 kV [12]. 
Hệ thống tiếp địa dạng này không phổ 
biến do chi phí thực hiện khá cao và chỉ 
thực hiện ở những nơi khó thi công các tia 
tiếp địa. Ngoài ra, tại những vùng có địa 
chất bề mặt là cát khô với điện trở suất 
lớn nhưng lớp địa chất sâu hơn lại có điện 
trở suất thấp nhờ có nước ngầm (thường 
độ sâu trên 10 m), hệ thống tiếp địa kiểu 
cọc khoan sâu cũng đem lại hiệu quả kinh 
tế - kỹ thuật cao hơn so với các hệ thống 
kiểu tia. 
Trong bài báo này, 3 trong số các loại tiếp 
địa (hình 4) kể trên được nghiên cứu bao 
gồm loại tia thẳng: tia song song (hình 4a) 
và tia vuông góc (hình 4b); tia quấn vòng 
(hình 4c) và tia quấn vòng tròn (hình 4d). 
Các tia được giả thiết có tổng chiều dài 
điện cực là 120 m, được làm thép mạ kẽm 
tròn, đường kính 2 cm, và chôn sâu 1 m 
trong đất có điện trở suất 1000 .m. 
Hình 4. Các hệ thống tiếp địa được sử dụng trong tính toán 
(d) Hệ thống vòng tròn 
(a) Hệ thống tia song song 
(c) Hệ thống tia quấn vòng 
(b) Hệ thống tia vuông góc 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 59 
3. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP 
BƯỚC 
Dòng điện sét dạng 1,2/50 µs có biên độ 
30 kA với mô hình Heidler [13, 14, 15] 
được sử dụng trong mô phỏng. Khi có 
dòng sét chạy qua hệ thống nối đất và tản 
vào trong đất, xuất hiện phân bố điện -từ 
trường trong vùng đất bao quanh hệ thống 
nối đất. Giá trị điện từ trường tại điểm x 
bất kỳ trong đất sẽ biến đổi theo thời gian 
t và được tính toán bằng cách giải hệ 
phương trình Maxwell [16]: 
0)()( 000
1 






  
t
A
tt
A
xAx rr  (1) 
t
A
E


 (2) 
Với , r, r lần lượt là điện trở suất, hằng 
số điện môi (r=5) và độ từ thẩm của đất 
(r=1); 0, 0 lần lượt hằng số điện môi và 
độ từ thẩm của chân không; E và A lần 
lượt là cường độ điện trường và từ thế. 
Khi tính được điện trường E, điện thế tại 
điểm i bất kỳ trên mặt đất cách điểm bơm 
dòng một khoảng ri, được tính như sau: 
ri
i drEtV .)( (3) 
Điện áp bước tại điểm X, với khoảng cách 
bước trung bình 1 m, được tính toán thông 
qua điện thế phân bố trên mặt đất [1]: 
)()()( 5.05.0 tVtVtVstep XXX (4) 
4. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP TIẾP 
XÚC 
Giá trị điện áp tiếp xúc là chênh lệch giữa 
điện thế của một kết cấu kim loại nối với 
hệ thống nối đất, hay chênh lệch giữa độ 
dâng điện thế (Ground Potential Rise- 
GPR) của hệ thống nối đất với điện thế 
trên mặt đất tại điểm chân người đứng còn 
tay chạm vào kết cấu kim loại. Không 
giống như trong trạm có nhiều kết cấu 
kim loai được nối đất, giá trị điện áp tiếp 
xúc đối với cột chỉ là chênh lệch giữa 
GPR và điện thế Vb trên mặt đất cách cột 
1 m [17, 18]: 
)()()( tVtGPRtU btx (5) 
Hình 5. Mô hình tính toán điện áp tiếp xúc 
theo IEEE Std 80 
5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Bài báo sử dụng phần mềm COMSOL để 
xây dựng mô hình 3D cho hệ thống tiếp 
địa có hình dạng như trình bày ở hình 4. 
Các thông số đầu vào bao gồm cường độ 
và dạng xung sét, điện trở suất đất, kích 
thước điện cực nối đất như đã đề cập ở 
mục 2 và 3. Môđun Radio Frequency 
được sử dụng để giải hệ phương trình 
Maxwel bằng phương pháp PTHH như đã 
nêu tại mục 3 và cho kết quả phân bố điện 
trường, phân bố điện thế xung quanh hệ 
thống nối đất. Kết quả nghiên cứu được 
tổng hợp như sau: 
5.1. Điện áp bước 
Hình 6 thể hiện dòng điện sét với điện thế 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
60 Số 20 
tại điểm dòng điện sét đi vào hệ thống nối 
đất (điểm O) thay đổi theo thời gian. Ảnh 
hưởng của điện cảm của hệ thống nối đất 
được quan sát rõ do điện áp sớm pha hơn 
dòng điện khoảng 0,5 s. Tại thời điểm 
ban đầu khi có dòng sét chạy qua hệ 
thống nối đất, điện thế tại điểm dòng điện 
đi vào hay GPR của hệ thống nối đất tăng 
lên rất cao. Hệ thống dạng vòng tròn và 
vòng vuông có GPR cao hơn so với hệ 
thống kiểu tia mặc dù tổng chiều dài điện 
cực nối đất của các hệ thống là tương 
đương nhau. Tuy nhiên, chênh lệch giữa 
GPR của 2 hệ thống kiểu tia song song là 
không lớn. Sau 2 s, GPR giảm về tương 
ứng với giá trị tổng trở tần số thấp của hệ 
thống nối đất. Lúc này, GPR của hệ thống 
tia thẳng (song song và vuông góc) nhỏ 
hơn nhiều so với hệ thống kiểu vòng 
(vòng tròn hoặc vòng vuông) do điện trở 
tần số thấp của hệ thống kiểu tia thấp hơn 
nhiều so với hệ thống kiểu vòng. 
Hình 6. Thay đổi của GPR theo thời gian 
đối với các dạng hệ thống nối đất 
Do dòng xung sét biến thiên theo thời 
gian nên phân bố thế trên mặt đất cũng 
thay đổi theo thời gian. Điện thế trên từng 
điểm trên mặt đất biến đổi tùy theo 
khoảng cách của điểm đó đến vị trí dòng 
điện sét đi vào hệ thống nối đất. Tính toán 
sơ bộ cho thấy, ngoài phạm vi 35 m tính 
từ nơi dòng điện sét đi vào hệ thống nối 
đât, điện thế trên mặt đất giảm xuống gần 
như bằng 0. Chính vì vậy, điện áp bước 
tại từng điểm trên mặt đất được nghiên 
cứu trong phạm vi 35 m tính từ gốc O. Tại 
mỗi điểm, điện áp bước được xem xét 
theo 3 phương OX, OY và OZ như trên 
hình 7. Theo phương khảo sát, 2 chân 
người và điểm khảo sát tạo thành 3 điểm 
thẳng hàng và nằm song song với phương 
này. Do tính đối xứng của hệ thống, ta chỉ 
xem xét mặt phẳng OXY (góc phần tư thứ 
nhất). 
Hình 7. Các phương khảo sát điện áp bước 
Hình 8 cho thấy theo phương khảo sát 
OX, điện áp bước lớn nhất tại các tại điểm 
đầu mút tia tiếp địa. Đối với hệ thống kiểu 
tia, các điểm nằm dọc theo tia có điện áp 
bước không lớn. Đối với hệ thống kiểu 
vòng, điện áp bước các điểm nằm trên 
điện cực tăng cao hơn nhiều so với các 
điểm xung quanh. Các điểm có điện áp 
bước lớn nhất được đánh dấu trên hình 4: 
A1, A2 đối với hệ thống tia song song; B1 
đối với hệ thống tia vuông góc; C1, C2 
đối với hệ thống vòng vuông; D1 đối với 
hệ thống vòng tròn. Điện áp bước tại các 
điểm này nguy hiểm nhất là do người 
đứng ngay cạnh điện cực. Chênh lệch 
điện thế giữa 2 chân người rất cao do 
phân bố thế có độ dốc rất lớn ở khu vực 
0
10
20
30
40
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 2 4 6 8 10
D
ò
n
g
 s
ét
 (
k
A
)
Đ
iệ
n
 á
p
 q
u
á
 đ
ộ
 (
k
V
)
Thời gian (µs)
Tia song song Tia vuông góc HT vòng vuông
HT vòng tròn Dòng sét
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 61 
gần điện cực. Tại các vị trí này, điện áp 
bước lên tới ~30 kV. Tại các điểm khác 
trên mặt đất cách xa các điểm bất lợi trên 
từ 5m trở lên, phân bố thế trở nên bằng 
phẳng hơn, sự chênh lệch điện thế giữa 
các điểm không lớn. Do đó, điện áp bước 
giảm xuống khoảng 15 lần, xuống dưới 
2 kV. 
(a) Hệ thống tia song song (b) Hệ thống tia vuông góc 
(c) Hệ thống vòng vuông (d) Hệ thống vòng tròn 
Hình 8. Điện áp bước theo phương OX (kV) 
Điện áp bước theo phương OZ (hình 9) 
cũng cho thấy điện áp bước lớn nhất tại 
các tại điểm đầu mút tia tiếp địa. Đối với 
hệ thống kiểu tia, điện áp bước theo 
phương OZ cao hơn so với phương OX 
với mức chênh lệch trung bình khoảng 
2,6kV. Đối với hệ thống kiểu vòng, điện 
áp bước tại các điểm nằm trên điện cực 
cũng lớn hơn hẳn so với các điểm xa điện 
cực, mức chênh lệch lên đến 35 kV. Các 
điểm có điện áp bước lớn nhất được đánh 
dấu trên hình 4: A1, A2 đối với hệ thống 
tia song song; B1 đối với hệ thống tia 
vuông góc; C1, C2 đối với hệ thống vòng 
vuông. 
Theo phương OY những điểm có điện áp 
bước lớn lại không nằm trên các điện cực. 
Theo phương này, khi người đứng ngay 
trên điện cực, hai chân sẽ đặt lên 2 phía 
của điện cực. Điện thế tại 2 điểm này tuy 
lớn nhưng sự chênh lệch điện thế không 
nhiều vì vậy điện áp bước không cao, 
trung bình hơn 2 kV. Các điểm có điện áp 
bước nguy hiểm nằm cách điện cực 
khoảng 2 m. Giá trị cao nhất lên tới hơn 
60 kV đối với hệ thống kiểu tia và gần 
50 kV đối với hệ thống kiểu vòng vuông. 
Theo phương khảo sát này, hệ thống kiểu 
vòng tròn có điện áp bước ít nguy hiểm 
nhất với giá trị cực đại chỉ hơn 30 kV. 
Trên hình 4, đó là các điểm A3, A4 đối 
với hệ thống tia song song; điểm B2 đối 
với hệ thống tia vuông góc; điểm C2 đối 
với hệ thống vòng vuông; điểm D2 đối 
với hệ thống vòng tròn. Theo phương OY, 
tại các điểm bất lợi, điện áp bước cao gấp 
2 lần so với phương OX và OZ. 
(a) Hệ thống tia song song (b) Hệ thống tia vuông 
góc 
(c) Hệ thống vòng vuông (d) Hệ thống vòng tròn 
Hình 9. Điện áp bước theo phương OZ (kV) 
Do tính chất tuyến tính của bài toán, điện 
áp bước tại các điểm sẽ thay đổi theo thời 
gian và chỉ phụ thuộc vào trị số dòng 
điện. Điện áp bước tại các điểm nguy 
hiểm nhất A1, B1, C2 và D2 được trình 
bày trên hình 11. Rõ ràng, hệ thống kiểu 
Đ
iệ
n
 á
p
 b
ư
ớ
c 
(k
V
) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
62 Số 20 
tia gây nên điện áp bước cao gần gấp ba 
lần so với hệ thống tia kiểu vòng với cùng 
một dòng điện sét. Điều này chứng tỏ 
rằng nối đất dạng vòng là một biện pháp 
tốt để giảm sự nguy hiểm của điện áp 
bước. 
(a) Hệ thống tia song song (b) Hệ thống tia vuông góc 
(c) Hệ thống vòng vuông (d) Hệ thống vòng tròn 
Hình 10. Điện áp bước theo phương OY (kV) 
Hình 11. Điện áp bước tại các điểm bất lợi 
5.2. Điện áp bước 
(a) Theo phương OX 
(b) Theo phương OY 
(c) Theo phương OZ 
Hình 12. Điện áp tiếp xúc (kV) 
Điện áp tiếp xúc thay đổi theo thời gian 
có đặc tính tương tự như độ dâng điện thế 
trên hệ thống nối đất GPR (hình 12), theo 
đó điện áp tiếp xúc tăng từ 0 kV đến giá 
trị cực đại sau đó suy giảm về giá trị xác 
lập. Xét riêng giá trị cực đại của điện áp 
tiếp xúc, theo phương OX, hệ thống vòng 
vuông và vòng tròn có giá trị nhỏ nhất 
cho dù GPR của các hệ thống này cao 
nhất. Ngược lại, mặc dù có GPR thấp nhất 
nhưng hệ thống tia vuông góc có giá trị 
điện áp tiếp xúc lớn nhất theo phương 
OX. Theo phương OY, do tính chất đối 
xứng, điện áp tiếp xúc của các hệ thống 
dạng vòng và hệ thống tia vuông góc có 
giá trị tương tự như theo phương OX. Tuy 
nhiên, theo phương OY, hệ thống tia song 
song lại có giá trị điện áp tiếp xúc cực đại 
nhỏ nhất. Đối với phương OZ, hệ thống 
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 2 4 6 8 10
Đ
iệ
n
 á
p
 b
ư
ớc
 (
k
V
)
Thời gian (µs)
Tia song song Tia vuông góc
HT vòng vuông HT vòng tròn
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10
Đ
iệ
n
 á
p
 t
iế
p
 x
ú
c 
(k
V
)
Thời gian (µs)
Tia song song
Tia vuông góc
HT vòng vuông
HT vòng tròn
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10
Đ
iệ
n
 á
p
 t
iế
p
 x
ú
c 
(k
V
)
Thời gian (µs)
Tia song song
Tia vuông góc
HT vòng vuông
HT vòng tròn
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10
Đ
iệ
n
 á
p
 t
iế
p
 x
ú
c 
(k
V
)
Thời gian (µs)
Tia song song
Tia vuông góc
HT vòng vuông
HT vòng tròn
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 63 
tia vuông góc có trị số điện áp tiếp xúc 
cực đại nhỏ nhất. 
Xét đến giá trị xác lập của điện áp tiếp 
xúc, trong mọi trường hợp hệ thống vòng 
vuông và vòng tròn đều có điện áp tiếp 
xúc thấp hơn so với hệ thống tia. Đặc biệt 
là theo phương OZ, mặc dù giá trị Utx cực 
đại của hệ thống kiểu vòng lớn hơn nhưng 
khi suy giảm về giá trị xác lập thì các hệ 
thống này lại có Utx nhỏ hơn so với hệ 
thống kiểu tia. Như vậy, qua các trường 
hợp khảo sát, cơ bản nhận thấy hệ thống 
kiểu vòng cho giá trị Utx thấp hơn so với 
hệ thống kiểu tia. 
6. KẾT LUẬN 
Tại Việt Nam, hệ thống nối đất trong trạm 
biến áp đã được thiết kế để đảm bảo giá 
trị điện trở một chiều, giá trị điện áp bước 
và điện áp tiếp xúc. Tuy nhiên, hệ thống 
nối đất cho đường dây truyền tải chỉ được 
thiết kế để đảm bảo giá trị điện trở 1 
chiều. Trị số điện áp quá độ, điện áp bước 
và điện áp tiếp xúc chưa được quan tâm 
trong quá trình thiết kế và thực hiện hệ 
thống nối đất mặc dù hình dạng hệ thống 
tiếp địa là yếu tố quyết định đến các giá 
trị điện áp này. 
Trong nghiên cứu này, các hệ thống được 
mô phỏng có tổng chiều dài điện cực 
tương đương nhau. Kết quả mô phỏng cho 
thấy mặc dù hệ thống tia vòng gây ra điện 
trở một chiều lớn hơn so với dạng tia 
thẳng nhưng về phương diện an toàn 
chúng luôn tạo ra điện áp bước và điện áp 
tiếp xúc nhỏ hơn. Chính vì vậy, quá trình 
thiết kế các hệ thống tiếp địa cho đường 
dây truyền tải đi qua khu vực này cần đặc 
biệt chú ý đến đặc tính này để phối hợp 
tốt giữa yêu cầu về bảo đảm kỹ thuật cho 
hệ thống nối đất và phương diện an toàn. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] CIGRE Тask Force D1.01.10: Ageing of cellulose in mineral-oil insulated transformers, Brochure 
N° 323, 2007. 
[2] IEEE Guide for safety in AC substation grounding, IEEE Standard 80-2000, May 2000. 
[3] Effects of current on human beings and livestock, IEC60479-2:2017. 
[4] Quy phạm trang bị điện Việt Nam số 11 TCN-19-2006. 
[5] G. Ala and M.L.D. Silvestre, “A Simulation Model for Electromagnetic Transients in Lightning 
Protection Systems”, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol. 44, No.4, pp. 539-
554, 2002. 
[6] R. Markowska, A. Sowa, J. Wiater, “Step and Touch Voltage Distributions at GSM Base Station 
during Direct Lightning Stroke”, IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, 2008 International 
Conference on High Voltage Engineering and Application, Chongqing, China, November 9-13, 
2008. 
[7] F. Granze, S. Journet, R. Moini and F.P. Dawalibi, "Safety of Wind Farm Grounding Systems under 
Fault and Lightning Currents'', International Conference on Lighting Protection, September 2016, 
Portugal. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
64 Số 20 
[8] E.A. Cherney and K.G. Ringler, N. Kolcio and G.K. Bell, “Step and Touch Potential at Faulted 
Transmission Tower”, IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, Vol.PAS-100, No.7, pp. 3312-
3321, 1981. 
[9] M. Nayel, J. Zhao, J. He, Z. Caia and Q. Wang, "Study of Step and Touch Voltages in 
Resistive/Capacitive Ground due to Lightning Stroke'', CEEM, 2006, pp. 56-60. 
[10] Bản đồ giông sét Việt Nam 2009, Viện Vật lý địa cầu. 
[11] Niên giám truyền tải 2018, Công ty Truyền tải điện 1. 
[12] Văn bản số 0310/QĐ-EVNNPT ngày 29/1/2016 của Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia về việc 
ban hành Quy định Thiết kế hạng mục hệ thống nối đất đường dây tải điện trên không 220kV, 
500kV. 
[13] Bản vẽ thi công công trình đường dây 220kV Đồng Nai 5 - Đăk Nông, 2014. 
[14] Guideline for Numerical Electromagnetic Analysis Method and its Application to Surge 
Phenomena, Cigre Working Group C4.501, June 2013. 
[15] Slavko Vujević, Dino Lovrić, “Exponential apprOXimation of the Heidler function for the 
reproduction of lightning current waveshapes”, Electric Power Systems Research, 2010, pp. 
1293–1298. 
[16] Dino Lovrić, Slavko Vujević and Tonći Modrić, “On the estimation of Heidler function parameter 
for reproduction of various standardized and recorded lightning current waveshapes”, European 
Transaction on Electrical Power, 2011. 
[17] F. Hanaffi, W H Siew, I. Timoshkin, H. Lu, Y. Wang, L. Lan and X. Wen, “Evaluation of Grounding 
Grid’s Effective Area” in 2014 International Conference on Lightning Protection (ICLP), Shanghai, 
China. 
[18] G.B. Niles, R. Baishiki, J.W. Cartwright, F. Dawalibi, W.K. Dick, W.G. Eisinger, J.G. Engimann, 
W.G. Finney, R.J. Heh, D.C. Hubbard, D.T. Jones, H.T. Lam, D.J. Nichols, H. Parker, P.D. Quinn 
and R. Ralston, “Background and Methodology for Analyzing Step and Touch Potentials near 
Transmission Structures Part I Background”, IEEE Transaction on Power System, Vol. PWRD-1, 
No. 2, pp. 150-157, 1986. 
[19] M.A. El-Kady and M.Y. Vainberg, “Risk Assessment of Grounding Hazards due to Step and Touch 
Potentials near Transmission Line Structure”, IEEE Trans. Power Apparatus and Systems, 
Vol.PAS-102, No.9, pp. 3080-3087, 1983. 
[20] COMSOL Multiphysics, www.comsol.com 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Nguyễn Xuân Phúc tốt nghiệp đại học ngành hệ thống điện tại Trường Đại 
học Bách khoa Hà Nội năm 2005; nhận bằng Thạc sĩ ngành năng lượng năm 2010 
tại Học viện Công nghệ Châu Á (AIT), Thái Lan; nghiên cứu sinh ngành hệ thống 
điện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội từ năm 2013 - 2019. 
Lĩnh vực nghiên cứu: quá độ điện từ trên lưới truyền tải điện, phối hợp cách điện, 
hệ thống nối đất, chống sét cho đường dây truyền tải điện. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 20 65 
Tác giả Phạm Hồng Thịnh tốt nghiệp đại học ngành hệ thống điện tại Trường Đại 
học Bách khoa Hà Nội năm 2001; nhận bằng Thạc sĩ ngành hệ thống điện năm 
2002 và bằng Tiến sĩ năm 2005 tại Đại học Joseph Fourier of Grenoble, Pháp. 
Lĩnh vực nghiên cứu: quá điện áp và phối hợp cách điện trong hệ thống điện, vật 
liệu cách điện và điện môi. 
Tác giả Trần Văn Tớp nhận bằng Tiến sĩ chuyên ngành điện tại Đại học Bách khoa 
Grenoble, Pháp. Tác giả hiện là Phó giáo sư, Phó hiệu trưởng Trường Đại học Bách 
khoa Hà Nội. 
Lĩnh vực nghiên cứu: quá điện áp và bảo vệ chống quá điện áp cho hệ thống điện, 
vật liệu cách điện và điện môi. 
 . 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
66 Số 20