tiỂu luẬn mÔn hỌc linh kiỆn vÀ lẮp...

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

CÁC LINH KIỆN VÀ SỰ LẮP RÁP

ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CHỐNG SÉT

GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

SVTH: HUỲNH THẾ BẢO

MSSV: 21000169

TP.HCM, ngày 11 tháng 12 năm 2013

GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO

MỤC LỤCCHƯƠNG 1 : Tổng quan về sấm sét.................................................. …………………………….……..1

1.1 Nguyên nhân hình thành sấm sét…………………………………………………………………..11.2 Một vài thông số của sấm sét……………………………………………………………..………..31.3 Phân loai sét………………………………………………………..…………………………….…3 1.3.1 Sét đánh trực tiếp……………………………………………………………………….…….....3 1.3.2 Sét đánh gián tiếp………………………………………………………………………………..3 1.3.3 Sét cảm ứng……………………………………………………………………………………...3

1.4 Tác hại của sét…………………………………………………………………………………….....3 1.4.1 Sét gây thương tích cho con người…………………………………………………………..…..4 1.4.2 Sét gây hại cho công trình, thiết bị………………………………………………………………4 1.4.2.1 Khi sét đánh trực tiếp…………………………………………………………………………4 1.4.2.2 Ảnh hưởng do sự lan truyền sóng điện từ gây bởi dòng điện sét………………………….….4 1.4.2.3 Muốn chống sét có hiệu quả toàn diện thì phải tuân thủ 3 nguyên tắc………………………..5

CHƯƠNG 2: Một số biện pháp phòng tránh sét thông dụng và hiệu quả…………………………...….....6 2.1 Các phương pháp phòng chống sét trên thế giới ……………...………………………….…………6 2.1.1 Chống sét đánh trực tiếp………………………………………………………………………...6 2.1.2 Chống sét đánh lan truyền…………………………………………………………….................7 2.1.3 Phương pháp phòng chống tích cực………………………………………………………….....7 2.2 Dây thoát sét và phương thức hoạt động………………………………………………………….....9 2.3 Hệ thống tiếp đất chống sét……………………………………………………………………….....9 2.3.1 Tiếp đất bảo vệ cho thiết bị, an toàn cho con người………………………………………........10 2.3.2 Các lưu ý khi thiết kế hệ thống tiếp đất………………………………………………………..10CHƯƠNG 3: Tìm hiểu cụ thể về các thiết bị chống sét………………...…………………………….…..11 3.1 Chống sét đánh thẳng …………………………………………………………………………….….11 3.1.1 Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới (lồng Faraday)………………...11 3.1.2 Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ kim cổ điển (Franklin)………………………………......12 3.1.3. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ tiêu tán đám mây điện tích …………………………....13 3.1.4. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ phát tia tiên đạo sớm (Early Streamer Emission)………13 3.1.4.1 Nguyên tắc hoạt động………………………………………………………………………13 3.1.4.2 So sánh với các hệ thống chống sét cổ điển, phương pháp này có các ưu điểm …………..14 3.1.4.3 Vùng bảo vệ……………………………………………………………………………….14 3.2 Chống sét lan truyền………………………………………………………………………………...15 3.2.1. Dùng chống sét Van La (Lightning Arrester) …………………………………………………15 3.2.1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………………...……...15 3.2.1.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG…………………………………………………………….15 3.2.1.3. CẤU TẠO CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY………………………………………..18 3.2.1.4. CÁC VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN…………………..…………………………….19 3.2.1.5. VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT…………………………...………………………………………...20


3.2.1.6. KẾT LUẬN…………………………………………………………………………..20 3.2.2. Dùng thiết bị cắt lọc sét………………………………………………………………………21 3.2.2.1 Cấu tạo của thiết bị cắt lọc sét………………………………………………………….21 3.2.2.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị cắt lọc sét………………………………………………21


LỜI NÓI ĐẦUSét là hiện tượng tự nhiên có tính phá hoại rất lớn, năng lượng sét không những có thể gây thương vong cho con người, mà còn làm hư hỏng thiết bị, thậm chí phá hủy các công trình xây dựng… Vì vậy, việc thiết kế, lắp đặt hệ thống chống sét là một khâu quan trọng, không thể bỏ qua để đảm bảo an toàn cho tính mạng công nhân và bảo vệ trang thiết bị, vật dụng công trình của các nhà đầu tư cũng như các chủ thầu.Mặt khác, một hệ thống phân phối hiện đại mà cung cấp cho một hệ thống có môi trường phần lớn là các thiết bị điện tử nhạy cảm, thì cần được bảo vệ đối với quá điện áp cảm ứng do sét. Và khi có một đường dây trên không, bất kể là sở hữu của công ty hay khách hàng, mà cung cấp cho thiết bị này, thì ta phải cần một vài loại bảo vệ quá điện áp cho các dây dẫn (cáp) ở trụ chuyển tiếp được cấp điện từ đường dây trên không và được nối tới đầu vào làm việc của các thiết bị.

Ngày nay khi công nghệ ngày càng phát triển thì yêu cầu về chống sét đánh thẳng (chống sét trực tiếp) và chống sét lan truyền là bắt buộc cho tất cả các công trình, nhất là đối với các công trình cao tầng.Trong bài tiểu luận này, em xin trình bày các chương chính:

Chương 1: Tổng quan về sấm sét

Chương 2: Một số biện pháp phòng tránh sét thông dụng và hiệu quả

Chương 3: Tìm hiểu cụ thể về các thiết bị chống sét

Tiểu luận chủ yếu để giới thiệu một cách tổng quan về sét và các thiết bị phòng chống sét.

Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Việt đã hướng dẫn và đóng góp cho em để hoàn thành tiểu luận này.


DANH MỤC HÌNHHình 1: Điện tích trái dấu hình thành trên công trình dưới dông mưa sấm sét

Hình 2: Hệ thống tiếp đất

Hình 3.1 Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới

Hình 3.2: Hệ thống chống sét dùng kim franklin

Hình 3.3: Phạm vi bảo vệ của hệ thống chống sét kim cổ điển

Hình 3.4: Kim phân tán điện tích

Hình 3.5: Kim thu sét tia tiên đạo sớm

Hình 3.6: Phóng điện ngược

Hình 3.7: Phóng điện xuôi tần số công nghiệp

Hình 3.8: Đường dẫn dòng sét khi có dây chống sét và chống sét van

Hình 3.9: Cấu tạo chống sét van đường dây

Hình 3.10: Cấu tạo của van cắt sét

Hình 3.11: Thiết bị căt lọc sét

CHƯƠNG 1: Tổng quan về sấm sét

1.1 Nguyên nhân hình thành sấm sét:Có thể hiểu nôm na rằng sét là sự phóng điện giữa đám mây dông và một điểm nào đó trên mặt đất khi điện trường khí quyển đạt đến một giá trị tới hạn. Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nên dòng điện sét thường rất lớn khoảng 30kA, do đó nếu một công trình nào đó bị sét đánh thì phần kiến trúc của công trình đó có thể bị phá vỡ do ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ phát tán cao, các thiết bị điện trong công trình có thể bị hỏng do trường điện từ của dòng sét cảm ứng và con người có thể bị tổn thương nếu ở gần điểm phóng điện sét. Trong thực tế đã xảy ra nhiều trường hợp một cơn phóng điện sét đã làm cho hàng chục người bị thương và chết (xảy ra ở xã Hiệp Thành - Bạc Liêu) còn những vụ sét làm chết người hàng năm thì xảy ra liên tục khắp nơi nhất là các vùng trọng điểm như Đồi Rìu, Bàu Sầm, Bảo Vinh ....thuộc Huyện Long Khánh - Đồng Nai, các xã vùng sâu thuộc Huyện Đức Linh, Hàm Tân - Bình Thuận, hoặc một số xã thuộc các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, ngay tại TpHCM năm nào cũng xảy ra vài trường hợp tử vong do phóng điện sét.

Cơ chế hình thành một cơn sét nói chung khá phức tạp, có nhiều công trình nghiên cứu về quá trình nhiễm điện của một đám mây dông cũng như cơ chế phát triển của tia sét hướng xuống đất, ngoài ra cũng còn nhiều vấn đề khác liên quan đến sét và chúng tôi mong rằng sẽ có dịp được trình bày chi tiết hơn trong các bài báo khác, ở đây chúng tôi chỉ xin đề cập đến một giả thuyết phổ biến nhất để giải thích nguyên nhân tạo dông sét như sau :

Dông là hiện tượng khí quyển liên quan với sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển, nó thường xảy ra vào mùa hè là thời điểm mà sự trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí rất lớn. Những luồng không khí nóng mang theo hơi nước bay lên đến một độ cao nào đấy và nguội dần, lúc đó hơi nước tạo thành những giọt nước nhỏ hay gọi là tinh thể băng chúng tích tụ trong không gian dưới dạng những đám mây. Trái đất càng bị nóng thì không khí nóng càng bay lên cao hơn, mây càng dày hơn đến một lúc nào đó thì các tinh thể băng trong mây sẽ lớn dần và rơi xuống thành mưa. Mây càng dày thì màu của nó càng đen hơn. Sự va chạm của các luồng khí nóng đi lên và các tinh thể băng đi xuống trong đám mây sẽ làm xuất hiện các điện tích mà ta gọi là đám mây bị phân cực điện hay đám mây tích điện. Các phần tử điện tích âm có khối lượng lớn nên nằm dưới đáy đám mây còn các phần tử điện tích dương nhẹ hơn nên bị đẩy lên phần trên của đám mây.

Như vậy trong bản thân đám mây đã hình thành một điện trường cục bộ của một lưỡng cực điện và dưới tác dụng của điện trường cục bộ này các phần tử sẽ di chuyển nhanh hơn, điện tích được tạo ra nhiều hơn và điện trường càng mạnh hơn. Quá trình này tiếp diễn cho đến lúc điện trường đạt giá trị tới hạn và gây ra phóng điện nội bộ trong đám mây mà ta gọi là chớp.

Ngoài ra khoảng không gian bên dưới đám mây thường có một lớp điện tích dương gọi là điện tích không gian vì vậy giữa phần đáy đám mây mang điện âm và lớp điện tích dương này lại hình thành một điện trường riêng và chính điện trường này làm phát sinh một tia sét ban đầu gọi là dòng tiên đạo di chuyển xuống đất với tốc độ khoảng 150km/s. Trong quá trình phát triển xuống đất, dòng tiên đạo mang

Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắp ráp Page 1


theo một điện thế rất lớn sẽ ion hóa lớp không khí trên đường đi của nó, nơi nào có cách điện không khí yếu thì dòng tiên đạo sẽ phát triển về hướng đó vì vậy ta thấy dòng tia sét đi xuống không phải là đường thẳng mà thường có dạng ngoằn ngoèo, phân nhánh. Ngoài ra do hiệu ứng cảm ứng điện nên phần mặt đất nằm bên dưới đám mây dông sẽ mang một lượng điện dương. Lượng điện này sẽ phân bố trên các vật có khả năng dẫn điện như nhà cửa, cây cối, công trình, trụ điện, tháp anten......, vật nào dẫn điện càng tốt thì điện tích phân bố trên vật đó càng lớn và điện trường của nó càng mạnh so với các vật xung quanh. Vì vậy, khi dòng tiên đạo phát triển xuống gần mặt đất thì nó sẽ chọn vật có điện trường mạnh nhất để đánh vào mà ta gọi là phóng điện sét, nơi tiếp xúc của chúng gọi là kênh sét. Đây là thời điểm trao đổi điện tích giữa đám mây và mặt đất được gọi là giai đoạn trung hòa điện tích, dòng điện trong kênh sét lúc này rất lớn có thể đến 200kA nên bị nóng lên rất mạnh khoảng 20.000 oC và do đó ta thấy nó sáng chói lên (cũng được gọi là chớp). Dưới tác dụng của nhiệt độ này, lớp không khí chung quanh kênh sét bị giãn nỡ mạnh gây ra tiếng nổ lớn mà ta gọi là sấm. Do ánh sáng có vận tốc lớn hàng triệu lần so với âm thanh nên ta thấy ánh chớp trước rồi sau đó một lúc mới nghe thấy tiếng sấm.

Hình 1: Điện tích trái dấu hình thành trên công trình dưới dông mưa sấm sét



1.2 Một vài thông số của sấm sét Điện thế của sự phóng điện: có thể từ vài chục tới vài trăm triệu volt. Cường độ dòng điện: 1 OA – 30kA Chiều dài của sét trung bình là 5km, có khi tới 10km Vận tốc phóng điện: 15.000 – 36.000 km/s Đường kính tia sét: khoảng 40 – 50 cm, phần lõi tia sét khoảng 15cm Nhiệt độ trong tia sét: 18.000 – 28.000 °c Đường di của những tia sét là không thẳng.

1.3 Phân loai sét:Trong việc phòng tránh sét chúng ta cần phân biệt các loại sét khác nhau như sét đánh trực tiếp, sét đánh gián tiếp, sét cảm ứng.

1.3.1 Sét đánh trực tiếp là sét đánh thẳng vào nhà cửa công trình hoặc đánh vào bồn nước kim loại hay trụ anten nằm trên công trình đó, đánh vào cây cối, đánh vào người đang di chuyển khi đang có dông Đây là loại sét nguy hiểm nhất vì nó có thể gây thiệt hại nặng nề cho công trình hoặc gây chết người.

1.3.2 Sét đánh gián tiếp là sét đánh vào đường dây điện thoại, đường dây tải điện cao thế hoặc hạ thế ở một nơi nào đó rồi theo đường dây truyền vào công trình làm hư hỏng thiết bị điện đang sử dụng. Chúng ta thường thấy hiện tượng bóng đèn, điện thoại, TV, tủ lạnh .... bịcháy hoặc người đang gọi điện thoại bị điện giật mạnh sau một cơn dông sét tất cả là do ảnh hưởng của loại sét này.

1.3.3 Sét cảm ứng bao gồm cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ. Sét cảm ứng tĩnh điện thường chỉ nguy hiểm cho các công trình có chứa chất dễ cháy nổ như xăng dầu, khí đốt do tác động của phóng điện thứ cấp còn sét cảm ứng điện từ chỉ nguy hiểm đối với các thiết bị hiện đại dùng các linh kiện điện tử nhạy với xung điện trong các công trình bưu điện, viễn thông, phát thanh truyền hình.

Một hệ thống chống sét hoàn chỉnh phải thể hiện đầy đủ các nội dung chống sét nói trên, tuy nhiên đối với đa số các hộ gia đình người ta thường chỉ quan tâm đến việc chống sét đánh trực tiếp.

1.4 Tác hại của sét:Cơn dông có thể ví như một nhà máy phát điện nhỏ công suất vài trăm megavat. Điện thế có thể đạt hàng 1 tỷ vôn và và dòng điện 10- 200kAmper. Một tia sét thông thường có thể thắp sáng bóng đèn 100 w trong ba tháng.

Theo thống kê ước tính trên trái đất của chúng ta cứ mỗi giây có chừng 100 cú phóng điện xảy ra giữa các đám mây tích điện và với mặt đất. Công suất của nó có thể đạt tới hàng tỷ kw, làm nóng không khí đến 28000 độ C(hơn ba lần nhiệt độ bề mặt mặt trời).

Ngoài tác dụng tạo ra phân nitrogen có lợi cho cây trồng, sét là hiểm hoạ gây thiệt hại về người và tài sản. Hàng năm trên thế giới theo thống kê có khoảng 5000 người bị sét đánh.

Vào một thời điểm bất kỳ trên trái đất có khoảng 2000 cơn dông đang hoạt động. Một cơn dông bình thường kéo dài 4 tiếng có thể có 10 000 cú phóng điện trong đó có 1000-2000 phóng xuống đất.



ở Việt nam có thể có tới 2 triệu cú sét đánh xuống đất trong vòng 1 năm. Tại một số khu vực như Cổ dũng (Hải dương), Sơn lộc (Hà tĩnh), Đồng bằng sông Cửu long, sét gây tâm lý hoang mang trong nhân dân.

Sét không những có khả năng gây thương vong cho con người, mà còn phá hủy tài sản, các công trình xây dựng, công trình cung cấp năng lượng, hoạt động hàng không, các thiết bị điện - điện tử, các đài truyền thanh truyền hình, các hệ thống thông tin liên lạc…1.4.1 Sét gây thương tích cho con người:Sét có thể gây thương tích bằng những cách thức sau:1. Sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống.2. Khi nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh. Sét có thể phóng qua khoảng cách không khí giữa người và vật. Trong trường hợp này gọi là sét đánh tạt ngang. 3. Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh.4. Điện thế bước. Khi người tiếp xúc với mặt đất ở một vài điểm. Sét lan truyền trên mặt đất.5. Sét lan truyền qua đường dây cáp tới các vật như điện thoại, tivi, ổ cắm.Theo thống kê thì sét đánh thẳng là nguy hiểm nhất, cú 10 người bị sét đánh thẳng thì 8 người chết. Sét đánh tiếp xúc hay tạt ngang cũng rất nguy hiểm. Khi sét đánh xuống cây, thì 1 tia sét có thể giết chết ngay vài người xung quanh. Độ nguy hiểm phụ thuộc vào bản chất của vật bị sét đánh và vị trí tương đối với nạn nhân. Thương vong do điện thế bước nhẹ hơn. Trong một số trường hợp năng lượng tia sét không tiêu tán ngay tại chỗ mà truyền theo mặt đất và khi nạn nhân đứng trên đường truyền đó có thể bị liệt. Trong một số trường hợp tồi tệ nạn nhân sẽ bị vấn đề với việc đi lại sau này. Thường thị điện thế bước chỉ gây những hiệu ứng tạm thời và ít khi để lại hậu quả sau này. Trong thực tế sét lan truyền xuất hiện khi nạn nhân nói chuyện điện thoại, cầm vào các dây cáp, dây anten dẫn từ ngoài vào.

1.4.2 Sét gây hại cho công trình, thiết bị:1.4.2.1 Khi sét đánh trực tiếp :

Do năng lượng của một cú sét lớn nên sức phá hoại của nó rất lớn khi một công trình bị sét đánh trực tiếp có thể bị ảnh hưởng đến độ bền cơ khí, cơ học của các thiết bị trong công trình, nó có thể phá hủy công trình, gây cháy nổ…trong đó :

Biên độ dòng sét ảnh hưởng vấn đề quá điện áp xung và ảnh hưởng đến độ bền cơ khí của các thiết bị trong công trình.

Thời gian xung sét ảnh hưởng đến vấn đề quá điện áp xung trên các thiết bị. Thời gian tồn tại của xung sét thì ảnh hưởng đến độ bền cơ học của các thiết bị hay công trình bị

sét đánh. Ngoài ra, khả năng cháy nổ cũng xảy ra rất cao đôi với công trình bị sét đánh trực tiếp.

1.4.2.2 Ảnh hưởng do sự lan truyền sóng điện từ gây bởi dòng điện sét:Khi xảy ra phóng điện sét sẽ gây nên một sóng điện từ tỏa ra xung quanh với tốc độ rất lớn, trong không khí tốc độ của nó tương đương tốc độ ánh sáng. Sóng điện từ truyền vào công trình theo các đường dây điện lực, thông tin… gây quá điện áp tác dụng lên các thiết bị trong công trình, gây hư hỏng đặc biệt đôi



với các thiết bị nhạy cảm: thiết bị điện tử, máy tính cũng như mạng máy tính … gây ra những thiệt hại rất to lớn1.4.2.3 Muốn chống sét có hiệu quả toàn diện thì phải tuân thủ 3 nguyên tắc:1. Chống sét đánh trực tiếp vào công trình,2. Chống sét lan truyền qua đường cáp nguồn và cáp tín hiệu,3. Hệ thống tiếp đất có tổng trở thấp và độ an toàn cao.Có thể phân biệt 2 loại thiết bị chống sét: thiết bị chống sét trực tiếp và thiết bị chống sét lan truyền .



Chương 2: Một số biện pháp phòng tránh sét thông dụng và hiệu quả

2.1 Các phương pháp phòng chống sét trên thế giới Trên thế giới hiện nay, trải qua 250 năm kể từ khi Franklin đề xuất phương pháp chống sét (PPCS), trong lĩnh vực phòng chống sét đã có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng. Nhiều dạng thiết bị phòng chống sét được tung ra trên thị trường. Hiệu quả của nhiều phương pháp còn chưa rõ ràng, thậm chí nhiều kết quả còn đem lại hiệu quả không mong muốn.

2.1.1 Chống sét đánh trực tiếp: 2.1.1.1 Phương pháp dùng lồng Farađây: Là lồng kim loại bao kín khu vực bảo vệ. Theo lý thuyết sóng điện từ thì đây là phương pháp lý tưởng để phòng chống sét. PPCS này được sử dụng bảo vệ một số khu vực đặc biệt như nơi chứa thuốc nổ, hạt nhân. Tuy nhiên phương pháp này tốn kém và không khả thi trên thực tế áp dụng cho tất cả các công trình. Có một số phương pháp dạng này cần quan tâm khi tạo lồng Faraday không lý tưởng nhưng khá tốt trong phòng chống sét.

2.1.1.2 Phương pháp chống sét truyền thống :Benjamin Franklin (1752) đã đề xuất một phương pháp chống sét (PPCS) bảo vệ nhà cửa thuyền bè. Ông dùng kim thu sét bằng kim loại đặt trên đỉnh nóc nhà, nối với một dây kim loại dẫn xuống đất. Franklin nghĩ rằng PPCS này thực hiện hai nhiệm vụ: làm chệch hướng tia sét vào nhà và dẫn năng lượng xuống đất và phân tán năng lượng điện trên mây và như vậy ngăn chặn tia sét. Qua kiểm chứng trải qua 250 năm qua, thực sự PPCS của Franklin và những hệ tương đương phương pháp này đã thật sự giảm thiệt hại về nhà cửa, thuyền tàu. PPCS Franklin và hệ tương tự không phân tán điện tích và như vậy không ngăn chặn tia sét.

Phương pháp chống sét truyền thống có hai dạng là: hệ gắn thẳng với nhà và hệ bao quanh hay nằm trên. Hệ Franklin là thí dụ về hệ gắn thẳng và hiện nay vẫn sử dụng rộng rãi. Quy phạm NFPA 780 đã quy định về chiều cao và cách bố trí kim thu sét, kích cỡ của dây nối đất, cách thực hiện và đặc tính của hệ nối đất. Gần đây một vài kiểm chứng cho thấy kim tù làm việc tốt hơn kim nhọn.

Hệ Franklin bao quanh hay nằm trên hay còn gọi là hệ mắt xích hay lưới. Nó thường bao gồm hệ dây dẫn ở trên đỉnh treo trên các cột và nối với hệ thống đất. Các dây này thường đặt cách nhà khoảng 10 - 20 m. Hệ này có ưu việt là một khi nó tiếp nhận tia sét thì tia sét ở cách xa khu vực bảo vệ xa hơn hệ Franklin nối trực tiếp. Dạng bảo vệ này thường đắt hơn dạng gắn trực tiếp.

Thực nghiệm cho thấy, hệ Franklin không cho hiệu quả chống sét 100%. Tuy sét đánh vào kim thu sét nhiều hơn và hiệu quả của PPCS là khá tốt, song nhiều kết quả thực nghiệm cho thấy sét có thể bỏ qua kim thu sét mà đánh trực tiếp vào nhà mặc dù có thể làm kim thu sét lên rất cao. Ngay cả khi sét đánh vào kim thu sét thì dây nối đất không hiệu quả cho việc dẫn các thành phần tần số cao của tia sét khi có các



vật kim loại ở gần. Các nhà có chứa các dụng cụ nhạy cảm với sét như các thiết bị điện tử sẽ bị hỏng hóc. Đối với các thiết bị nhạy cảm này cần phải có những thiết bị chống sét chuyên dụng.

Như vậy, phương pháp truyền thống trong nhiều năm qua đã chứng tỏ khả năng bảo vệ của nó, tuy nhiên đối với yêu cầu cao như hiện nay (các thiết bị điện tử, nhà máy hạt nhân, đạn dược, ...) thì những nhược điểm nêu trên sẽ có thể gây thiệt hại khôn lường.

2.1.1.3 Phương pháp không truyền thống

Một số hệ chống sét khác với dạng Franklin nổi lên trong hàng chục năm gần đây. Đáng chú ý là:

a, Hệ phát xạ sớm

b, Hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán năng lượng sét)

Những người bảo vệ hệ dùng kim thu sét phát xạ sớm cho rằng kim này phóng tia tiên đạo lên sớm hơn so với hệ Franklin. Một vài dụng cụ được sử dụng gây phát xạ sớm như nguồn phóng xạ và kích thích điện của kim. Năm 1999, 17 nhà khoa học của Hội đồng khoa học ICLP (International Conference on Lightning Protection) ra tuyên bố phản đối phương pháp này.

Hệ ngăn chặn sét với mục đích là phân tán điện tích của mây dông trước khi nó phóng điện. Hay nói khác đi tạo đám mây điện dương tại khu vực để làm chệch tia sét khỏi khu vực bảo vệ. Nhiều dạng dụng cụ phân tán được sử dụng. Chủ yếu cấu tạo bởi rất nhiều kim mũi nhọn nối đất. Những điểm này có thể như những dạng lưới kim loại, bàn chải... Các dụng cụ này có tác dụng chuyển điện tích dương từ đất vào khí quyển. Nhưng vấn đề ở đây là các đám mây dông tạo điện tích và chuyển động rất nhanh. Liệu các thiết bị này có kịp tạo đám mây điện tích để làm chệch tia sét hay không? Chưa có thông tin khoa học tin cậy nào thông báo về khả năng này của hệ thống có đủ tốc độ để làm lệch hướng tia sét xuống khu vực bảo vệ.

C Hút sét bằng tia laser

Ngày nay chúng ta cần chống sét cho các công trình hiện đại đòi hỏi PPCS có hiệu quả cao ví dụ như kho chất nổ đạn dược, hạt nhân, các trung tâm máy tính quan trọng (điều khiển bay, trung tâm điều hành mạng, ...)

Nhằm tìm kiếm giải pháp chống sét 100%, các công ty hàng năm đầu tư hàng triệu đôla cho công việc nghiên cứu hút sét bằng laser. Các nhóm nghiên cứu mạnh về vấn đề này là giáo sư Bazelyan (Nga), giáo sư Zen Kawazaki (Nhật). Đã có những kết quả bước đầu. Tại Nhật, năm 1997 sau rất nhiều lần thử nghiệm người ta đã 2 lần thu được tia sét bằng cách này. Theo ý kiến các chuyên gia, về kỹ thuật có thể thực hiện được. Khó khăn ở chỗ đồng bộ hoá và chi phí cho một cú chống sét bằng phương pháp này có thể nói đắt hơn vàng. Hướng nghiên cứu này đang được tiếp tục.

2.1.2 Chống sét đánh lan truyền:

Để chống ảnh hưởng lan truyền từ dây điện lực hay thông tin, người ta lắp đặt một hệ thống cắt và lọc sét trước khi các đường dây này đi vào công trình.



2.1.3 Phương pháp phòng chống tích cực:

Sử dụng các trang thiết bị hiện dại Một dạng phương pháp được sử dụng có hiệu quả trong những năm gần đây là dự báo dông sét sớm. Nhờ vào các thiết bị hiện đại như ra đa, vệ tinh, các hệ thống định vị phóng điện, … người ta có thể dự báo được khả năng có dông sét xảy ra tại khu vực trong khoảng thời gian từ vài giờ đến 30 phút. Các phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong hàng không, điện lực, an toàn cho con người… Thiết bị EFM và ESID đặt tại trạm Phú thụy (Gia lâm) cũng có khả năng này.Các biện pháp bảo vệ và chống sét được khuyến khích Vì sét là hiện tượng ngẫu nhiên cho nên không cỏ vị trí an toàn tuyệt đối. Tuy nhiên việc chù động đề phòng, tránh sét tìm nơi an toàn hơti cỏ thể làm giảm đáng kể khả năng bị sét đánh, cần phải hướng dẫn giáo dục phòng chống sét an toàn cho con người.Lên kế hoạch trướcNghe dự báo thời tiết. Khi nghe băn tin dự báo thời tiết lên kế hoạch làm việc đê đề phòng. Khi làm ở khu vực nào đó, để ý trước các nơi có thể trú mưa và tránh sét an toàn. Phải tính được thời gian từ chỗ làm việc đến nơi an toàn. Thường thì cơn dông kéo đến rất nhanh trong vòng 15 phút và di chuyến với vận tốc 40km/h. Nói chung khi đang ớ nơi không an toàn thì cần phải đê ý đen các dấu hiệu cùa dông như mây đen, không khí lạnh, gióThực hiện quy tăc nhìn-nghe

Khi sét xảy ra, thoạt tiên ta thấy tía chớp loé lên và sau đó là có tiếng sấm kèm theo. Nếu ta tính khoảng thời gian từ lúc tia chớp loé lên và lúc nghe thấy tiếng sấm thì có thể xác định được khoảng cách tới nơi sét xảy ra. Chia số giây cho 3 ta được khoảng cách đến tia sét. Ví dụ đếm được 3 giây thì sét cách vị trí đứng là 3/3= 1 km.

Nếu như khoảng thời gian ta đếm được từ khi thấy chớp và nghe tiếng sấm nhó hơn 30 giây, thì ta đã nằm trong tầm ngắm của tia sét rồi và phải cẩn thận,

Nếu thời gian này nhỏ hơn 20 giây thì phải di chuyển đến nơi an toàn hơn. Khi nghe thấy tiếng sấm đầu tiên bất kể là gì cũng cần phải thấy nguy hiểm đã đến. Sét có thể đánh cách xa nơi có mưa tới 15-20km.Tránh sét trong nhà

Khi trời sấp xảy ra dông, thì biện pháp tránh sét tốt nhất là nên về nhà. Chỗ an toàn đê tránh sét là toà nhà, hay công sở có lắp đặt hệ thống chống sét (đơn giản nhất là cột thu lôi Franklin)..

Khi ở trong nhà thì nên đứng xa cửa sổ, cửa ra vào, các đồ dùng điện, tránh các chồ ẩm ướt nhu’ buồng tắm, bề nước, vòi nước, không nên dùng điện thoại trừ trường hợp rất cần thiết. Nên rút phích cắp các thiểt bị điện trước lúc có dông gần xảy ra.

Với các đường dây điện thoại hay dây điện vì nối với lưới bên ngoài nên rất có thể bị ảnh hường sét đánh lan truyền, Nên tránh xa các dây này và các vật dùng điện với khoảng cách ít nhất là I m. Vô tuyên nối với dây anten để ngoài trời cũng rất cần rút ra khi có dông.Tránh sét đánh ngoài trời

Trong trường hợp không kịp chạy tìm nơi ẩn náu an toàn, tuyệt đối không dùng cây cối làm chồ trú mưa, tránh các khu vực cao hơn xung quanh, tránh xa các vật dụng kim loại như xe đạp, máy, hàng rào sắt.



Tìm chỗ khô ráo, nếu xung quanh có cây cao hon thì nên tìm chỗ thấp, tìm vị trí cây thấp. Người ớ vị trí càng thấp càng tốt, tay ôm cồ. Phần tiếp xúc của người với mật đất là ít nhất. Nhón

chân, không được nằm xuống đất. Đứng xa các vật cao, ra ngay khỏi những nơi chứa nước như bãi biển, ao, hồ, mương. Các vùng đỉnh núi hay sườn núi nhô cao cũng rất nguy hiểm. Neu ở trong rừng thì tìm những nơi cây thấp hơn và thưa để tránh.

Không đứng thành nhóm người gần nhau. Neu như ta cảm thấy tóc bị dựng lèn (như cảm giác điện khi sờ tay trước mặt tivi) thì điều đỏ có nghĩa là có thể bị sét đánh bất cứ lúc nào.

Lập tức củi ngồi xuống và lấy tay che tai, không nằm xuống đất hay đặt tay lên đất. Đối với các vật có bề mặt kim loại nhu xe buýt, tàu hoả, ô tô, …nếu không thò người ra ngoài và

không chạm đến vỏ bọc thì ở những chỗ này là an toàn. Ngược lại đối vơi các ô tô, tàu thuỷ đế hở hay không có vỏ bọc kim loại thì lại nguy hiếm. Sau khi nghe thấy tiếng sét 30 phút thì có thể trở lại làm việc bỉnh thườngCấp cứu người bị sét đánh.

Ngoài làm cháy, bỏng, sét gây tác hại hệ thần kinh, gãy xương, mất thính giác, thị giác, hay trí nhớ. Người bị sét đánh cần được cứu trợ ngay tức khắc.

Nếu người bị sét đánh bị ngất (tim ngừng đập, tắt thở) phải thực hiện khẩn cấp các động tác hô hấp, trợ tim nhân tạo. Tìm những nơi bị gãy, đặc biệt cẩn thận không di dời những nạn nhân nếu nghi ngờ bị gãy cột sống. Đê những nơi bị bỏng khô và tìm cách nhanh nhất để nhân viên y tế đến.

Trong cơn giông, nếu cảm thấy có điều bất thường như trong người nhưng nhức, tóc giật giật, lông tay lông gáy dựng lên… đó là các ta đang ở trong khu vực sắp bị sét đánh. Phải phản ứng thật nhanh, rời khỏi nơi đang đứng bằng cách nhây cò cò hay nhảy chụm hai chân như chim sẻ (tuyệt đối không nên chạy, vì nếu bước dài hai chân, điện áp sẽ lớn và tạo ra dòng điện đi từ chân này qua người sang chân kia, người sẽ bị điện giật chết. Cũng không nên nằm dài ra đất). Nếu không thể rời xa nơi đó được thì lậy tức ngồi ngay xuống, thu mình nhỏ lại (hoặc đứng chụm hai chân hay co một chân lên). Nêu có vật cách điện như ván, nhựa… thì nên ngồi lên đó, cúi đầu thâp xuống, hai tay che đầu.

2.2 Dây thoát sét và phương thức hoạt động Dây thoát sét là một thiết bị tiêu biểu trong hệ thống chống sét có tác dụng thoát dòng sét, dẫn dòng sét từ kim thu sét đến hệ thống tiếp đất.

Dây thoát sét thường được làm bằng đồng lá hoặc dây kẽm đồng, tiết diện của dây dẫn được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế từ 50mm2 đến 70mm2.

Dây thoát sét đóng vai trò trung gian, dẫn sét từ thiết bị đầu thu xuống đất. Để tăng cường khả năng thoát sét cho đường dây này, có thể sử dụng dây có thiết diện lớn hơn hay sử dụng các loại dây thoát sét đặc chủng như cáp thoát sét chống nhiễu nhiều lớp của hãng ERICO,LPI...

2.3 Hệ thống tiếp đất chống sét:

Đây là bộ phận quan trọng của hệ thống chống sét , đó là nơi làm tiêu tán dòng điện sét. Mỗi dây dẫn đi xuống đều phải được nối với hệ thống tiếp đất và phải được liên kết tốt về điện. Một hệ thống tiếp


http://thyan.vn/vn/chong-set

http://thyan.vn/vn/chong-set/64/han-hoa-nhiet-va-phu-kien

http://thyan.vn/vn/chong-set/5/he-thong-tiep-dat


đất chống sét tốt sẽ chịu được dòng sét đánh, làm tiêu tán dòng điện một cách nhanh chóng và an toàn. Một yêu cầu quan trọng hàng đầu là hệ thống tiếp đất chống sét trực tiếp là phải có giá trị điện trở tiếp đất nhỏ hơn 10 Ohm. Hệ thống tiếp đất chống sét phải đảm bảo tiêu tán dòng sét, quá áp và không gây nguy hiểm do điện áp bước gây ra.Việc thiết kế, chọn vật liệu, phương thức tiếp đất cần dựa trên cơ sở tính toán và đặc điểm địa hình cụ thể.

2.3.1 Tiếp đất bảo vệ cho thiết bị, an toàn cho con người

Đảm bảo an toàn cho con người bởi điện áp chạm tối thiểu Đảm bảo an toàn cho việc lắp đặt và thiết bị bởi đường dẫn điện trở thấp

Triệt tiêu nhiễu điện từ nhằm đảm bảo chất lượng đường tín hiệu

Tạo ra mức điện áp tham chiếu chuẩn cho hệ thống các thiết bị điện.

Giá trị điện trở đo được bằng máy đo thấp là yếu tố chính để xác định hiệu quả hệ thống tiếp đất, dây dẫn với tiết diện phải đủ lớn để chuyển tải dòng điện dự phòng và phải bền tốt trước sự ăn mòn kim loại.

2.3.2 Các lưu ý khi thiết kế hệ thống tiếp đất

Đo điện trở suất của đất là công tác đầu tiên phải thực hiện

Phải có hộp đo điện trở tiếp đất để thường xuyên kiểm tra

Độ ẩm của đất sẽ làm giảm điện trở tiếp đất.

Hóa chất dẫn suất sẽ làm giảm điện trở đất. Hàn hóa nhiệt giúp liên kết tốt nhất

Các cực điện và ống gas chôn ngầm phải đảm bảo khoảng cách an toàn.

Các đường ống và thùng chứa nước chôn ngầm phải được nối tiếp đất

Hóa chất giảm điện trở, điện cực hóa học, điện cực chôn sâu hay các mạch vòng đất đều có thể sử dụng để có số đo điện trở tiếp đất đạt yêu cầu.


Hình 2: Hệ thống tiếp đất

http://thyan.vn/vn/do-kiem/72/thiet-bi-do-dien-tro-tiep-dat

http://thyan.vn/vn/chong-set/19/dien-cuc-tiep-dat

http://thyan.vn/vn/chong-set/20/hoa-chat-giam-dien-tro-dat




http://thyan.vn/vn/chong-set/20/hoa-chat-giam-dien-tro-dat

http://thyan.vn/vn/ho-tro/31/phuong-phap-do-dien-tro-suat-p1

http://thyan.vn/vn/do-kiem/71/may-do-dien-tro-suat-va-dien-tro-tiep-dat

http://thyan.vn/vn/do-kiem/72/thiet-bi-do-dien-tro-tiep-dat

http://thyan.vn/vn/ho-tro/2/ho-tro-ve-chong-set

http://thyan.vn/vn/ho-tro

http://thyan.vn/vn/chong-set

http://thyan.vn/vn/chong-set/5/he-thong-tiep-dat

http://thyan.vn/vn/chong-set/4/chong-set-truc-tiep-kim-thu-set


Chương 3: TÌM HIỂU CỤ THỂ VỀ CÁC THIẾT BỊ CHỐNG SÉT

3.1 CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG : 3.1.1 Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới (lồng Faraday)Bảo vệ này liên quan đến việc đặt nhiều dây dẫn (băng đồng) đối xứng nhau xung quanh tòa nhà. Đây là loại hệ thống chống sét được sử dụng cho các tòa nhà cao với rất nhiều thiết bị điện tử nhạy cảm như phòng máy tính.

Hậu quả của hệ thống chống sét trực tiếp (hệ thống bảo vệ bên ngoài tòa nhà) cho các thiết bị điện tử bên trong tòa nhà

Như một hệ quả, hệ thống chống sét trực tiếp không bảo vệ các thiết bị điện bên trong tòa nhà: điều đó đòi hỏi phải cung cấp một hệ thống bảo vệ cho các thiết bị điện. Khi có sét đánh trực tiếp vào hệ thống chống sét trực tiếp, 50% năng lượng của dòng sét sẽ đi vào hệ thống tiếp đất của các thiết bị điện và sự gia tăng điện áp này rất thường xuyên vượt quá khả năngchịu nhiệt của các loại dây dẫn trong các mạng khác nhau (LV chính, viễn thông, video cáp , vv). Hơn nữa, dòng chảy của dòng sét qua dây dẫn xuống đất sẽ gây ra hiện tượng quá áp(do hiện tượng cảm ứng điện từ) cho các thiết bị điện.


Hình 3.1 Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới


3.1.2 Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ kim cổ điển (Franklin):

Hình 3.3: Phạm vi bảo vệ của hệ thống chống sét kim cổ điển

Đây là thiết bị thu sét phổ biến nhất và có lẽ là nổi tiếng nhất trong lịch sử.

Kim thu sét được đặt tại một hoặc nhiều điểm nhô cao của một công trình kiến trúc.

Phạm vi bảo vệ của nó được tính toán nằm trong vòng tròn bán kính tương đương với chiều cao của vị trí trí đặt kim so với mặt đất.

Kim thu sét Franklin dùng lý tưởng để bảo vệ những nơi mà có một phần cấu trúc nhô hẳn lên cao trong phạm vi cần bảo vệ.


Hình 3.2: Hệ thống chống sét dùng kim franklin

http://i131.photobucket.com/albums/p295/daudinhsg/set/Picture6.png


3.1.3. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ tiêu tán đám mây điện tích không cho hình thành tia tiên đạo sét (dissipation array system):

Kim phân tán điện tích hoạt động như thế nào ?

Lý thuyết phóng điện điểm nói rõ rằng một đầu nhọn dẫn điện sẽ phân tán (ion hóa) điện tích tĩnh, chuyển dịch điện tích vào khí quyển. Kim thu sét có đầu nhọn là một ví dụ của nguyên lý này. Các điện cực phân tán sét với vô số điểm nhọn sẽ phân tán một lượng đáng kể các điện tích cảm ứng trên mặt đất vào khí quyển thông qua quá trình ion hóa. Quá trình này làm giảm một cách toàn diện khả năng tập trung điện tích, triệt tiêu khả năng hình thành các tia tiên đạo ngược. Khả năng sét đánh trực tiếp vào công trình (do tia ngược tạo ra đường dẫn sét) được giảm đi một cách đáng kể. Những đối tượng không được lắp đặt bảo vệ sẽ tiếp nhận vai trò sinh ra tia ngược. Khả năng của chúng bị sét đánh là cao so với nơi được bảo vệ bằng điện cực phân tán sét. Có khi sét vẫn xảy ra mặc dù điện tích đã giảm, điện cực phân tán sét sẽ thực hiện việc thu sét, dẫn năng lượng nguy hiểm xuống hệ thống tiếp đất một cách an toàn.

Các thành phần của đất làm tiêu tán điện tích tự nhiên cảm ứng trên bề mặt. Một hệ thống tán sét được thiết kế đúng sẽ làm tăng hiện tượng tự nhiên này, đủ làm thay đổi điện tích cảm ứng nhằm ngăn chặn mọi bộ phận của công trình được bảo vệ sinh ra các tia ngược có thể thu hút sét đánh.

3.1.4. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ phát tia tiên đạo sớm (Early Streamer Emission) .

Hình 3.5: Kim thu sét tia tiên đạo sớm3.1.4.1 Nguyên tắc hoạt động


Hình 3.4:

Kim phân tán điện tích


Đầu kim thu sét nhận năng lượng cần thiết trong khí quyển để tích trữ các điện tích trong bầu hình trụ. Kim sẽ thu năng lượng từ vùng điện trường xung quanh trong thời gian giông bão khoảng từ 10 tới 20.000 v/m. Đường dẫn chủ động bắt đầu ngay khi điện trường xung quanh vượt quá giá trị cực đại để bảo đảm nguy cơ sét đánh là nhỏ nhất.

Phát ra tín hiệu điện cao thế với một biên độ, tần số nhất định tạo ra đường dẫn sét chủ động về phía trên đồng thời trong khi đó làm giảm điện tích xung quanh Đầu thu sét tức là cho phép giảm thời gian yêu cầu phát ra đường dẫn sét chủ động về phía trên liên tục.

Điều khiển sự giải phóng ion đúng thời điểm: thiết bị ion hoá cho phép ion phát ra trong khoảng thời gian rất ngắn và tại thời điểm thích hợp đặc biệt, chỉ vài phần của giây trước khi có phóng điện sét, do đó đảm bảo dẫn sét kịp thời, chính xác và an toàn.

Thiết bị phát xạ sớm tia tiên đạo là những thiết bị chủ động không sử dụng nguồn điện nào, không gây ra bất kỳ tiếng động, chỉ tác động trong vòng vài s trước khi có dòng sét thực sự đánh xuống và có hiệu quả trong thời gian lâu dài.

3.1.4.2 So sánh với các hệ thống chống sét cổ điển, phương pháp này có các ưu điểm sau:

SttĐặc tính Hệ thống Đầu thu sét công nghệ tiên tiến

1 Công nghệ

Chế tạo

Sử dụng công nghệ hiện đại phát ra xung điện thế cao để thu hút và bắt giữ từ xa tia sét phóng xuống từ đám mây dông (Chủ động dẫn sét).

2 Cấu tạo và

lắp đặt

- Thường chỉ cần một kim thu sét cho mỗi công trình. Thích hợp với mọi công trình đặc biệt là các Trụ sở, Văn phòng làm việc - giao dịch, khách sạn, Trung tâm thương mại, Chung cư cao tầng v.v...

- Tạo cho kiến trúc công trình có thẩm mỹ. - Dễ dàng lắp đặt trong thời gian ngắn, không gây thấm dột mái sau này khi đưa công trình vào sử dụng.- Rất dễ bảo trì.

3Độ an

toàn

Độ an toàn rất cao do vùng bảo vệ rộng lớn (có bán kính bảo vệ cao thấp nhất là 55m và lớn nhất là 118m). Bảo vệ cho các vùng lân cận. Chống sét đánh tạt, đánh xuyên.

4

Đối tượng

bảo vệ

- Chống được sét đánh trực tiếp có hiệu quả tốt cho các toà nhà cao ốc, kho bạc, ngân hàng, trạm viễn thông, khách sạn, đài phát sóng, kho xăng dầu, khí đốt, khu công nghiệp, khu chế xuất .v.v…

- Những nơi được trang bị các thiết bị điện, điện tử máy móc hiện đại có giá trị lớn, trung tâm công nghệ thông tin, các kho chứa tiền...

3.1.4.3 Vùng bảo vệ:



Bán kính bảo vệ Rp của Đầu thu sét được tính theo tiêu chuẩn an toàn quốc gia pháp NFC17-102 năm 1995.

3.2 CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN :

3.2.1. Dùng chống sét Van La (Lightning Arrester)

3.2.1.1.ĐẶT VẤN ĐỀChống sét van được lắp đặt trên dây dẫn của đường điện cáo áp trên không, nhằm giảm rủi ro chọc thủng cách

điện do quá điện áp khí quyển (phóng điện sét) và do quá điện áp thao tác.

3.2.1.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Chống sét van đường dây dùng để bảo vệ đường dây có nguyên lý hoạt động khác so với hầu hết các kiểu chống sét khác. Đối với chống sét van đường dây, dòng điện sét được dẫn trên dây dẫn. Đối với các trường hợp chống sét khác, dòng điện sét được cách ly khỏi dây dẫn.

Nếu không có chống sét van bảo vệ, khi xảy ra sét đánh trực tiếp vào cột điện hoặc dây chống sét, dòng điện sét sẽ đi qua dây thoát sét xuống đất. Nếu tổng trở nối đất lớn thì điện áp giáng trên tổng trở nối đất cột điện lớn vượt quá khả năng chịu đựng của cách điện dây dẫn, có thể xảy ra hiện tượng phóng điện ngược trên cách điện.

Phóng điện ngược: Là hiện tượng xuất hiện hồ quang bắt đầu từ dây nối đất cột điện vòng qua cách điện tới dây pha mang điện (xem hình 2). Hiện tượng này có thể xuất hiện khi sét đánh trực tiếp vào cột điện hoặc vào dây chống sét trên không, tại nơi đó có tổng trở đất tương đối cao, khả năng thoát sét kém. Nó được biết đến như hiện tượng phóng hồ quang ngược bởi vì nó có chiều ngược với hồ quang được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm.



Hiện tượng phóng điện ngược thường kèm theo chọc thủng hoặc làm tổn thương cách điện đường dây. Trong trường hợp này, máy cắt phải hoạt động để loại trừ sự cố.

Ngay lập tức, theo sau quá trình phóng điện ngược là quá trình phóng điện xuôi tần số công nghiệp dọc theo đường dẫn đã bị ion hóa do phóng điện ngược gây nên (xem hình 3). Hồ quang tần số công nghiệp này chỉ được dập tắt khi rơle bảo vệ đường dây tác động cắt máy cắt đầu nguồn. Điều này sẽ gây nên một sự cố thoáng qua trên đường dây, nếu cách điện được phục hồi hoặc sự cố vĩnh cửu nếu như cách điện bị phá hủy.


Hình 3.6: Phóng điện ngược


Hình 3.7: Phóng điện xuôi tần số công nghiệp

Nếu có một chống sét van được lắp trên pha này thì dòng sét sẽ đi qua chống sét van vào dây dẫn (xem hình 4), sẽ không có hồ quang do phóng điện ngược gây ra dẫn đến không xuất hiện hiện tượng ion hóa và không xẩy ra phóng điện tần số công nghiệp. Trong các trường hợp sử dụng chống sét van đường dây sẽ ngăn chặn được hiện tượng chọc thủng cách điện và do đó loại trừ các sự cố do quá điện áp khí quyển gây nên.


Hình 3.8: Đường dẫn dòng sét khi

có dây chống sét và chống sét van


3.2.1.3. CẤU TẠO CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY

Có vài bộ phận cơ bản là chung cho tất cả các loại chống sét van đường dây. Tuy nhiên, mỗi chống sét van đường dây lại có một cấu hình khác nhau và phải được thiết kế cho từng ứng dụng cụ thể. Thậm chí trong một dự án có thể cần tới vài cấu hình khác nhau tuỳ thuộc vào vị trí và phương thức đấu nối chống sét. Bộ phận kết nối và định hướng của chống sét phải được thiết kế cho từng vị trí lắp đặt cụ thể. Tuy nhiên một chống sét van đường dây có những thành phần cơ bản như sau:

Kẹp máng: Bộ phận này giống như bộ phận nối dây dẫn với chuỗi cách điện.

Khớp nối mềm: Là bộ phận rất quan trọng quyết định tuổi thọ của chống sét, nó loại trừ ứng lực trên chống sét do chuyển động của dây dẫn gây ra.

Shunt: Bộ phận dẫn điện từ dây dẫn đến chống sét van, giúp cho khớp nối mềm không phải dẫn dòng điện.

Thân chống sét: Thân của chống sét được thiết kế hàng loạt, phải xác định rõ chống sét chỉ để dẫn xung sét hoặc cả xung sét và xung quá áp do thao tác đóng, cắt thiết bị gây nên.

Bộ phận ngắt khi sự cố: Trong trường hợp chống sét van bị sự cố, khi đó chống sét van trở thành điểm ngắn mạch trên đường dây, bộ phận ngắt khi sự cố sẽ hoạt động (tương tự cầu chì) cách ly chống sét van với đất.

Dây nối đất: Dây nối đất dùng để nối chống sét van với nối đất cột. Việc kiểm tra dây nối đất rất quan trọng để chắc chắn rằng dây nối đất không bao giờ tiếp xúc với dây pha.

Cấu tạo của van cắt sét :


Hình 3.9: Cấu tạo chống sét van đường dây


Cấu tạo của chống sét van gồm hai phần:- Bên ngoài là một ống sứ hay chất dẻo cách điện có hình dạng và kích thước tùy thuộc cấp điện áp định mức sử dụng- Bên trong ống chứa hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở phi tuyến

Hình 3.10: Cấu tạo của van cắt sét

- Khe hở phóng điện bao gồm nhiều cặp khe hở ghép nối tiếp. Mỗi cặp khe hở được chế tạo bởi 2 đĩa đồng mỏng dập định hình. Ở giữa là một tấm đệm mica hoặc bìa cách điện dày khoảng 1mm để tạo khe hở phóng điện. Mỗi chống sét van có số cặp khe hở phóng điện tùy theo nhà chế tạo thiết kế.--- Điện trở phi tuyến gồm các tấm hình trụ tròn ghép nối tiếp. Điện trở phi tuyến có thể là Vilit hoặc Tirit hoặc ZnO... (thường là Vilit)Đặc điểm của loại vật liệu này là chỉ có thể dẫn điện ở điện áp cao & sẽ trở thành vật cách điện ở điện áp thấp , điện áp càng cao thì dòng điện thông mạch càng lớn và điện áp càng giảm thì dòng thông mạch càng giảm về zê rô ( còn gọi là khối điện trở phi tuyến) Nguyên lý làm việc của van cắt sét : Nguyên lý hoạt động của chống sét van chủ yếu phụ thuộc vào tính chất của điện trở Vilit. Khi điện áp đặt lên Vilit tăng cao thì giá trị điện trở của nó giảm và ngược lại khi điện áp giảm xuống thì điện trở sẽ tăng lên nhanh chóng.Khi có quá điện áp đặt lên chống sét van, điện trở của chống sét van nhanh chóng hạ thấp xuống tạo điều kiện để tháo hết sóng sét qua nó xuống đất, đến khi đặt lên chống sét van chỉ còn là điện áp mạng thì điện trở của chống sét van lại tăng lên rất lớn chấm dứt dòng kế tục vào thời điểm thích hợp nhất.Đồng thời trong khi tháo sét, điện áp dư trên chống sét van cũng có giá trị nhỏ, điều này sẽ đảm bảo an toàn cho thiết bị được bảo vệ.Chống sét van có đặc tính tác động tương đối bằng phẳng nên chống sét van không những có tác dụng hạ thấp biên độ mà còn làm giảm độ dốc của sóng sét. Vì thế, nó có thể bảo vệ chống được hiện tượng xuyên kích giữa các vòng dây trong cùng một pha của các máy điện.

3.2.1.4. CÁC VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VANViệc xác định vị trí lắp đặt chống sét van nhằm khai thác hiệu quả số chống sét van hiện có và đạt được một suất sự cố trong giới hạn cho phép không phải là đơn giản. Thực tế, nếu trên một đường dây không có dây chống sét và không lắp đặt chống sét van, thì khả năng chọc thủng cách điện khi bị sét đánh trực tiếp vào dây pha là 100%. Mặt khác, nếu trên đường dây có dây chống sét và có lắp chống sét van trên tất cả các dây pha của tất cả các vị trí cột thì khả năng xảy ra chọc thủng cách điện khi sét đánh trực tiếp vào dây pha là 0%. Bất kỳ kiểu lắp CSV nào khác nằm giữa 2 kiểu trên đều làm giảm khả năng xảy ra chọc thủng cách điện. Tuy nhiên, nếu không có nghiên cứu về việc hạn chế dòng sét thì khả năng bị phóng điện chọc thủng là một ẩn số. Hầu hết các nhà sản xuất CSV đường dây đều có thể tính được khả năng phóng điện hồ quang nếu họ được cung cấp một số đặc



tính (thông số) của hệ thống. Có thể sử dụng các phần mềm kiểu như EMTP/ATP để nghiên cứu về giảm dòng sét. Một số nhà tư vấn/đơn vị tư vấn có thể cung cấp dịch vụ này. Thông thường, vấn đề bảo vệ quá điện áp là một quyết định vừa kinh tế vừa kỹ thuật. Bảng sau đưa ra kết quả của một nghiên cứu ảnh hưởng của sét với các vị trí đặt của CSV.

3.2.1.5. VẤN ĐỀ NỐI ĐẤTKhi mới lắp đặt dây chống sét, người ta cố gắng làm sao tổng trở nối đất của cột là thấp nhất có thể. Tổng trở nối đất cao có thể gây ra điện áp giáng đáng kể trên cột điện trong quá trình sét đánh sẽ xuất hiện hiện tượng phóng điện ngược gây sự cố. Nguyên tắc chung ở đây là “Tổng trở nối đất càng cao thì nguy cơ phóng điện ngược vào chuỗi cách điện càng lớn, càng có nhiều sự cố khi có sét”. Khi lắp đặt chống sét van trên một cột điện, tính quan trọng của việc nối đất sẽ bớt đi và có thể coi như bị loại trừ. Nếu lắp chống sét van trên cả ba pha, trị số điện trở nối đất không còn quan trọng nữa. Tại vị trí lắp đặt chống sét van có điện trở nối đất càng lớn, dòng điện sét càng bị dẫn vào dây pha sang vị trí có điện trở nối đất nhỏ để thoát xuống đất, dòng điện này không gây ra ảnh hưởng xấu nào đối với dây dẫn pha.3.2.1.6. KẾT LUẬNLý do cho sự phổ biến của chống sét van đường dây là trong thực tế, chống sét van đường dây có thể và thực sự cải thiện tác hại do sét gây ra. Thậm chí là ngày càng phổ biến, nhưng thiết bị này vẫn chưa được hiểu và áp dụng trong hầu hết lưới điện. Đối với đường dây 110 kV của NGC đều có dây chống sét, tuy nhiên với góc bảo vệ như hiện nay vẫn có khả năng bị sét đánh vào dây dẫn với xác suất khoảng 20% - 25%, mặt khác trên đường dây có nhiều vị trí cột điện có tổng trở nối đất lớn, do vậy khi bị sét đánh trực tiếp vào cột hoặc vào dây chống sét gần những cột có tổng trở nối đất lớn vẫn xẩy ra hiện tượng phóng điện trên bề mặt cách điện khi có quá điện áp khí quyển dẫn đến sự cố. Nếu lắp đặt chống sét van trên tất cả các pha của tất cả các cột điện thì hầu như sẽ không còn sự cố do sét gây ra, nhưng như vậy đòi hỏi chi phí quá cao. Vấn đề đặt ra là với số lượng chống sét van có hạn và đường dây có dây chống sét, thì việc xác định các vị trí cột điện để đặt chống sét van sao cho hiệu quả là rất quan trọng. Đòi hỏi lãnh đạo các đơn vị phải thống kê có hệ thống trong các năm gần đây để xác định các đoạn đường dây, có mật độ sét đánh vào lớn rồi từ đó xác định các cột có điện trở nối đất lớn và vị trí có điện trở nối đất nhỏ, để lắp đặt chống sét



van cả vị trí có điện trở nối đất lớn và vị trí có điện trở nối đất nhỏ gần kề để tạo ra mạch thoát sét tốt nhất. Để đảm bảo cả yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật, do số lượng chống sét van có hạn nên mỗi vị trí cột chỉ cần lắp đặt một quả chống sét van và các cột đều lắp trên cùng pha để tạo mạch thoát sét thì hầu như sẽ không còn hiện tượng phóng điện ngược trên các cột có đặt chống sét van nữa. Tuy nhiên do kinh phí hạn chế nên vẫn phải chấp nhận suất sự cố do sét đánh vào trực tiếp dây dẫn, của các pha không lắp đặt chống sét van hoặc khi dòng sét có cường độ lớn hơn dòng điện cho phép của chống sét van (thường CSV có dòng điện cho phép 10 kA) sẽ gây hư hỏng chống sét, nếu lắp CSV cả 3 pha trên một cột thì dòng điện cho phép là 30 kA sẽ chịu được cường độ sét lớn, nhưng với những cú sét có cường độ lớn như vậy có xác suất xuất hiện thấp.

3.2.2. Dùng thiết bị cắt lọc sét (thường là lắp nối tiếp với phụ tải) để vừa cắt xung điện sét , vừa lọc được các loại sóng hài , các nhiễu tần số cao của sét : 3.2.2.1 Cấu tạo của thiết bị cắt lọc sét thường bao gồm : -Van cắt sét sơ cấp (nằm phía trước) - Bộ lọc sóng hài & nhiễu (nằm giữa) - Van cắt sét thứ cấp (nằm phía sau) Van cắt sét sơ cấp & thứ cấp được chế tạo từ ô xýt kim loại (metal oxide varristor – mov) thường là ô xýt kẽm. Đặc điểm của loại vật liệu này là chỉ có thể dẫn điện ở điện áp cao & sẽ trở thành vật cách điện ở điện áp thấp , điện áp càng cao thì dòng điện thông mạch càng lớn và điện áp càng giảm thì dòng thông mạch càng giảm về zê rô ( còn gọi là khối điện trở phi tuyến). Bộ lọc sóng hài được cấu tạo từ cuộn kháng điện L & các tụ lọc C , cuộn khán L được lắp nối tiếp với mạch điện còn tụ lọc C thì lắp song song với mạch điện (nằm phía sau cuộn kháng điện L).3.2.2.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị cắt lọc sét: Khi sét đánh trực tiếp vào đường dây điện hạ thế 3 pha 220/380vac – 50hz , hoặc sét đánh vào các vùng lân cận rồi cảm ứng vào đường dây hạ thế rồi lan truyền vào thiết bị cắt lọc sét trước khi nó đến phụ tải ( các thiết bị dùng điện ) . Xung điện sét này có biên độ điện áp lớn làm cho điện trở phi tuyến của van cắt sét sơ cấp ngưỡng dẫn , lúc này nó sẽ mở mạch để cho dòng điện sét đi qua nó xuống đất . Tiếp theo đó bộ lọc L – C có tác dụng làm giảm thấp biên độ xung sét và tách bỏ các thành phần sóng hài , nhiễu tần số cao . Xung điện sét còn sót với biên độ thấp khi ra khỏi bộ lọc L – C thì sẽ bị van cắt sét thứ cấp cắt thêm một lần nữa . Khi xung điện sét giảm thấp đến dưới giá trị điện áp ngưỡng của van cắt sét thì điện trở phi tuyến của van cắt sét sẽ tăng nhanh để ngắt dòng cắt xung sét .Phụ đề

Mới nhìn, nếu xét về mặt bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm và các thiết bị khỏi các xung quá áp cảm ứng, thì việc vận hành các hệ thống dây dẫn ngầm của các mạch điện và thông tin/ điều khiển dường như có vẽ thiết thực hơn so với đường dây trên không. Điều này là không đúng như thế, vì 2 lý do sau:

- Đất là một dây dẫn

- Phần lớn hệ thống đặt ngầm sử dụng ống dẫn phi kim loại (một số bọc bằng bêtông) để bảo vệ đối với các va đập vật lí


Hình 3.11: Thiết bị căt lọc sét


Đối với cáp ngầm, việc bị sét đánh trực tiếp là điều khó hình dung được. Tuy nhiên, một hiện tượng tương tự như hiện tượng tác động tới đường dây trên không là có xảy ra. Do phóng điện sét, nên trường điện từ sẽ cảm ứng không chỉ trên bề mặt đất mà còn cảm ứng ngay trong bản thân đất. Những trường điện từ này cùng với dòng điện và điện áp, giảm theo tỷ lệ bình phương với khoảng cách từ điểm sét đánh và với điện trở đất .

Trường này dao động nhanh trong đất sẽ cảm ứng nên dòng điện và điện áp trên các đối tượng lân cận như là cáp ngầm trong các ống dẫn phi kim loại đặt trong mương. Ngược lại, các dòng điện và điện áp cảm ứng này cũng tạo ra một điện từ trường khác, có tác dụng chống lại trường tạo ra bởi sét. Một sự phóng điện phụ có điện áp rất cao lúc này sẽ xảy ra để cố cân bằng điện thế của các trường, dó đó gây nên nhiễu loạn trong các mạch ngầm và các mạch vòng nối đất và có thể làm gián đoạn các tín hiệu của các mạch truyền dữ liệu và thông tin. Các nhiểu loạn phát sinh này đòi hỏi ta phải cung cấp một mức bảo vệ xung quá áp cao hơn.

Nếu ta sử dụng cáp ngầm đặt trong các ống dẫn kim loại đặt trong mương bêtông thì hiệu quả của nó là bảo vệ các mạch thiết bị nhạy cảm khỏi các trường điện từ. Các ống dẫn phi kim loại không có được đặc tính bảo vệ này.



TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] CHỐNG SÉT: NGUYÊN NHÂN - GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT - THIẾT BỊ CHỐNG SÉT tải tại địa chỉ : http://pcquangtri.cpc.vn/html/tintuc/chongset.pdf

[2]Tóm tắt báo cáo các đề tài nghiên cứu khoa học-Nguyên nhân hình thành sét- ThS. Nguyễn Văn Vui[3]Chống sét bằng phương pháp chuyển dịch điện tích-Nguyễn Trấn Huỳnh[4] Các trang web:1. http://www.toancau.vn2. http://vi.wikipedia.org/wiki/Tia_set3. http://thunderstorm.org.vn/quytac.htm4. http://www.baoholaodong.org5. http://kiemdinhvn.com/sam-set-la-gi-phan-loai-va-nguyen-hinh-thanh-sam-set/


http://kiemdinhvn.com/sam-set-la-gi-phan-loai-va-nguyen-hinh-thanh-sam-set/

http://kiemdinhvn.com/sam-set-la-gi-phan-loai-va-nguyen-hinh-thanh-sam-set/

http://www.baoholaodong.org/

http://thunderstorm.org.vn/quytac.htm

http://vi.wikipedia.org/wiki/Tia_set

http://www.toancau.vn/

tiỂu luẬn mÔn hỌc linh kiỆn vÀ lẮp...

Documents