Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng bao gồm: Nhà máy điện, đường dây, trạm biến áp và các hộ tiêu thụ điện. Trong đó trạm biến áp và đường dây có số lượng khá lớn và quan trọng. Trong quá trình vận hành các phần tử này chịu nhiều tác động của thiên nhiên như mưa, gió, bão và đặc biệt là của sét đánh. Khi có sét đánh vào trạm biến áp hoặc đường dây, nó có thể gây hư hỏng cho các thiết bị điện trong trạm dẫn đến việc ngừng cung cấp điện liên tục gây thiệt hại lớn đến nền kinh tế quốc dân. Để nâng cao mức độ cung cấp điện, giảm chi phí thiệt hại và nâng cao độ an toàn khi vận hành chúng ta phải tính toán và bố trí bảo vệ chống sét cho hệ thống điện. 1.1. Hiện tượng dông sét 1.1.1. Khái niệm chung Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khá lớn (trung bình khoảng 5 km). Hiện tượng phóng điện của giông sét gồm hai loại chính đó là: • Phóng điện giữa các đám mây tích điện với nhau. • Phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Trong phạm vi đồ án này chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Hiện tượng này gây nhiều trở ngại cho con người. Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn có thể tạo ra cường độ điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107 (cm/s), các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2.108 (cm/s) (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau bởi vì trong cùng một đám mây thì có thể hình thành nhiều trung tâm điện tích, chúng sẽ lần lượt phóng điện xuống đất). Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích rất lớn. Đầu tia được nối với một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo. Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo. Còn nếu vùng đất có điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao. Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất, vì ở đó cường độ điện trường có trị số lớn nhất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc đảm bảo chống sét đánh thẳng cho các công trình. Cột thu sét có độ cao lớn và trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điện về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó. Nếu ở mặt đất, điện tích khác dấu được tập trung dễ dàng và có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trường mạnh (ví dụ như đỉnh cột điện đường dây cao áp) thì có thể đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển ngược chiều tia tiên đạo từ phía lớp mây điện.