Đề tài : NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHỐNG SÉT, LIÊN KẾT VÀ TIẾP ĐẤT HIỆU QUẢ BẢO VỆ CÁC CÔNG TRÌNH VIỄN THÔNG CỦA VNPT.Đề tài nghiên cứu vấn đề như xây dựng mô hình, tiếp đất, chống sét, cho các thiết bị viễn thông.
LỜI CẢM ƠN! Sau quá trình học tập, nghiên cứu trong suốt khoá đào tạo Thạc sỹ chuyên ngành kỹ thuật Điện tử tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông tôi đã hoàn thành luận văn “Nghiên cứu xây dựng mô hình chống sét, liên kết và tiếp đất hiệu quả bảo vệ các công trình Viễn thông của VNPT”. Cảm nghĩ đầu tiên của tôi là sự vui mừng vì đã hoàn thành quyển luận văn này mà ngay từ ngày bắt tay vào làm tôi đã xác định đây là công việc khó khăn. Tôi cũng hiểu rằng kết quả này không chỉ là sự nỗ lực của riêng bản thân tôi mà còn nhờ sự giúp đỡ của rất nhiều người. Trước hết tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Văn Dũng, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn này. Xin trân trọng cám ơn Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, khoa Quốc tế và đào tạo sau Đại học đã tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi trong ba năm học cao học tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô ở Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông và những thầy cô đã tham gia giảng dạy lớp cao học Kỹ thuật Điện tử khoá 7 đã truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong những ngày học tại trường. Tôi cũng xin cảm ơn lãnh đạo Viện KHKT Bưu điện, các đồng nghiệp của tôi ở Phòng NCKT Tương thích Môi trường - Viện khoa học kỹ thuật Bưu điện đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt thời gian học tập và làm luận văn này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và những người thân đã luôn giành sự ủng hộ nhiệt tình và động viên tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2008 VŨ HỒNG SƠN - 1 - Mục lục Chơng I. Nguyên lý hình thành sét và tác động của sét đến công trình viễn thông 10 1.1 Sét và nguyên lý hình thành 10 1.2 Các dạng tác động của sét đến công trình và thiết bị viễn thông 14 1.2.1. Các dạng tác động của sét 14 1.2.1.1 Tác động tĩnh điện 14 1.2.1.2 Tác động điện từ 14 1.2.1.3 Tác động của dòng sét 14 1.2.1.4 Tác động galvanic 14 1.2.1.5 Tác động thứ cấp (Tạp âm thứ cấp) 15 1.2.2. Các con đờng chính sét xâm nhập có thể gây ảnh hởng đến công trình viễn thông 15 1.3. Phân vùng sét nguy hiểm 16 1.4 Phân vùng chống sét bảo vệ 17 1.4.1 Vùng LPZO (Lightning protection zone O) 17 1.4.1.1 Vùng LPZOA (Lightning protection zone OA) 18 1.4.1.2 Vùng LPZOB (Lightning protection zone OB) 18 1.4.2 Vùng LPZ1 (Lightning protection zone 1) 18 1.4.3 Các vùng chống sét LPZ2 . . . (Lightning protection zone 2 . . .) 18 Chơng II. chống sét đánh trực tiếp cho các công trình Viễn thông 20 2.1 Hệ thống chống sét Franklin 20 2.1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin 20 2.1.1.1. Nguyên lý phóng điện điểm 20 2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin 20 2.1.2 Cấu trúc của hệ thống Franklin 21 2.1.3 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin 23 - 2 - 2.1.3.1 Phơng pháp hình nón 23 2.1.3.2 Phơng pháp quả cầu lăn 23 2.1.4 Mô hình sử dụng điện cực Franklin bảo vệ cho các công trình Viễn thông. 24 2.1.4.1 Đối với các cột anten 25 2.1.4.2 Đối với nhà trạm 26 2.1.4.3 Đối với các công trình dạng tuyến 27 2.2 Hệ thống chống sét phát tiên đạo sớm 27 2.2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phát tiên đạo sớm 27 2.2.2 Cấu trúc của hệ thống phát tiên đạo sớm 28 2.2.3 Vùng bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm 29 2.2.4 Mô hình sử dụng điện cực phát tiên đạo sớm bảo vệ cho các công trình Viễn thông 29 2.3 Hệ thống phân tán năng lợng sét 30 2.3.1 Đặc điểm, chức năng, thành phần của hệ thống phân tán năng lợng sét.30 2.2.1.1 Bộ tập trung điện tích trong đất (ground charge collector (GCC)) 31 2.3.1.2 Dây dẫn điện tích 32 2.3.1.3 Bộ tạo ion (Ionizer) 32 2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân tán năng lợng sét 33 2.3.3 Vùng bảo vệ của hệ thống phân tán năng lợng sét 34 2.3.4 Mô hình sử dụng hệ thống phân tán năng lợng sét bảo vệ cho các công trình Viễn thông 35 2.4 Khuyến nghị áp dụng 35 Chơng III. chống sét lan truyền cho các công trình Viễn thông 38 3.1 Chống sét lan truyền trên đờng điện lới 38 3.1.1 Thiết bị cắt sét 38 3.1.2 Thiết bị cắt lọc sét 39 3.1.3 Mô hình lắp đặt thiết bị chống sét trên đờng điện lới 41 - 3 - 3.1.3.1 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét nhiều cấp 41 3.1.3.2 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt lọc sét 42 3.1.4 Khuyến nghị 43 3.2 Chống sét lan truyền trên đờng cáp viễn thông 44 3.2.1 Chống sét lan truyền trên đờng cáp anten feeder 44 3.2.1.1 Nối đất vỏ che chắn cáp feeder 44 3.2.1.2 Lắp đặt bị chống sét trên cáp feeder 46 3.2.2 Chống sét lan truyền trên đờng cáp thuê 46 Chơng IV. cấu hình đấu nối và tiếp đất cho trạm viễn thông 48 4.1 Tiếp đất cho trạm viễn thông 48 4.1.1 Phân loại tiếp đất trong viễn thông 48 4.1.2 Bố trí tổ tiếp đất 49 4.1.3 Lựa chọn loại hệ thống tiếp đất 50 4.2 Cấu hình đấu nối 52 4.2.1 Mạng liên kết chung CBN 52 4.2.1.1 Xây dựng mạng liên kết chung đối với trạm xây dựng mới 52 4.2.1.2 Xây dựng mạng liên kết chung đối với trạm có sẵn 53 4.2.1.3 Đấu nối mạng liên kết chung với mạng tiếp đất của nhà trạm 53 4.2.2 Liên kết cho các khối thiết bị bên trong nhà trạm Viễn thông 54 4.2.2.1 Mạng M-BN 54 4.2.2.2 Mạng liên kết cách ly mắt lới (M-IBN) 55 4.2.2.3 Mạng liên kết cách ly mắt lới (M-IBN) 55 4.2.2.4 Đấu nối cầu cáp 56 Chơng V. Kết luận và khuyến nghị 57 Phụ lục A. Vùng bảo vệ của điện cực franklin theo phơng pháp hình nón 59 phụ lục B. Phơng pháp tính toán rủi ro do sét gây ra đối với các công trình Viễn thông 61 - 4 - B.1 Các diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào công trình viễn thông 61 B.1.1 Diện tích rủi ro tơng đơng do sét đánh trực tiếp vào nhà ( Ad ) 61 B.1.2 Diện tích rủi ro do sét đánh xuống đất gần trạm (nhà) viễn thông An 62 B.1.3 Diện tích rủi ro do sét đánh xuống các đờng dây dẫn vào trạm viễn thông AS 63 B.1.4 Diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào Anten Aa 64 B.2 Tính rủi ro thiệt hại do sét gây ra tại một trạm viễn thông có cột anten kề bên 64 B.2.1 Tần suất thiệt hại, N 64 B.2.2 Các hệ số xác suất h hỏng p 66 phụ lục C. Số liệu về mật độ sét đánh tại các địa danh của Việt Nam 71 Tài liệu tham khảo 79 - 5 - Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Các dạng tác động của dông sét đến độ ổn định của công trình viễn thông 16 Bảng 2.1 Thông số mức bảo vệ của hệ thống chống sét đánh trực tiếp 24 Bảng 2.2 Đặc điểm của hệ thống Franklin 24 Bảng 2.3 Đặc điểm của hệ thống phát tiên đạo sớm 30 Bảng 2.4 Đặc điểm của hệ thống phân tán năng lợng sét 35 Bảng 4.1 Các dạng mạch tiếp đất cơ bản cho các thiết bị viễn thông 48 Bảng A.1 Các vùng bảo vệ của thu lôi khi hT(M) 150 m và hx h0 59 Bảng A.2 Các vùng bảo vệ của thu lôi khi hT(M) 150 m và hx h0 (tiếp theo) 60 Bảng B.1 Các trị số p đối với các vật liệu khác nhau 67 Bảng B.2.a Các trị số p đối với các biện pháp bảo vệ riêng ở bên ngoài nhà 67 Bảng B.2.b Các trị số p đối với các biện pháp bảo vệ riêng bên trong nhà 68 Bảng B.3 Các trị số p cho các biện pháp bảo vệ trên cáp dẫn vào trạm 69 Bảng B.4 Các trị số p cho các lớp phủ bề mặt khác nhau để giảm điện áp bớc và điện áp chạm 70 - 6 - Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sự phân bố điện tích trong đám mây dông 11 Hình 1.2 Quá trình phóng điện của đám mây dông 13 Hình 1.3 Cơ cấu sét đợc ghi lại nhờ Camera tự xoay (a) và sự biến đổi của dòng điện đối với sét lặp (b) 14 Hình 1.4 Các con đờng chính sét xâm nhập gây ảnh hởng đến thiết bị viễn thông 16 Hình 1.5 Phân vùng sét theo mức độ nguy hiểm 17 Hình 1.6 Các vùng chống sét khác nhau tại một trung tâm viễn thông 19 Hình 2.1 Các loại thu lôi cơ bản và các phần tử của thu lôi Franklin 23 Hình 2.2 Vùng bảo vệ của một thanh thu lôi (theo phơng pháp quả cầu lăn) 23 Hình 2.3 Mô hình chống sét đánh trực tiếp cho cột anten sử dụng điện cực Franklin với chiều cao cột lớn hơn khoảng cách phóng điện Ds > 45 m 26 Hình 2.4 Bố trí điện cực Franklin trên mái nhà 26 Hình 2.5 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin đối với nhà trạm 27 Hình 2.6 Một số loại điện cực phát tiên đạo sớm: 28 Hình 2.7 Bán kính bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm 29 Hình 2.8 Chống sét đánh trực tiếp theo nguyên lý phân tán năng lợng 31 Hình 2.9 Một số bộ tạo Ion đang đợc sử dụng 33 Hình 2.10 Lắp đặt thiết bị phân tán năng lợng sét trên cột anten 37 Hình 3.1 Đặc tuyến của MOV 38 Hình 3.2 Cấu tạo cơ bản của thiết bị cắt sét 3 pha 39 Hình 3.3 Cấu tạo cơ bản của thiết bị cắt lọc sét 3 pha với mắt lọc LC nối tiếp 40 Hình 3.4 Các loại bộ lọc và tác dụng hạn chế xung sét 40 - 7 - Hình 3.5 Vùng chống sét và các loại thiết bị cắt sét lắp đặt 41 Hình 3.6 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét nhiều cấp bảo vệ đờng điện nguồn cung cấp cho thiết bị Viễn thông tại các trung tâm Viễn thông của VNPT 42 Hình 3.7 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt lọc sét trong trờng hợp cáp từ phòng máy nổ đến nhà trạm không đi nổi bên ngoài 43 Hình 3.8 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt lọc sét trong trờng hợp cáp từ phòng máy nổ đến nhà trạm đi nổi bên ngoài 43 Hình 3.9 Mô hình nối đất vỏ che chắn cáp feeder và lắp đặt thiết bị chống sét 45 Hình 3.10 Nối đất vỏ che chắn cáp feeder trớc khi đi vào nhà trạm qua tấm tiếp đất 45 Hình 3.11 Cấu tạo của thiết bị chống sét trên cáp anten feeder 46 Hình 3.12 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi đồng loại chỉ chống quá áp 47 Hình 3.13 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi đồng loại chỉ chống quá dòng 47 Hình 3.14 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi đồng loại chống cả quá áp và quá dòng 47 Hình 4.1 Bố trí điện cực tiếp đất thành vòng rinh bao quanh nhà trạm 50 Hình 4.2 Mô hình cân bằng thế các tổ tiếp đất trong khu vực trạm Viễn thông 50 Hình 4.3 Mạng liên kết chung 54 Hình 4.4 Mạng liên kết chung cho nhà trạm Viễn thông Long Thành - Đồng Nai 55 Hình 4.5 Nối liên tục các đoạn cầu cáp 56 Hình B.1 Diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào nhà 63 Hình B.2 Các diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào một trạm viễn thông 65 - 8 - Mở đầu Sét là một hiện phóng điện tự nhiên xảy ra trong các cơn ma, dông. Năng lợng chứa trong một lần sét đánh rất lớn và nó gây nhiều tác hại và phá huỷ các công trình trên mặt đất trong đó có các công trình và thiết bị Viễn thông. Các thiết bị Viễn thông là các thiết bị điện tử rất nhạy cảm với dòng điện và điện áp nhiễu từ bên ngoài. Bộ thông tin và truyền thông, tập đoàn Bu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT) đã nghiên cứu và xây dựng nhiều tiêu chuẩn, quy phạm có liên quan đến công tác tiếp đất, chống sét. Hàng năm các đơn vị của VNPT phải đầu t nhiều tỷ đồng cho công tác xây dựng tiếp đất và chống sét cho các trạm Viễn thông. Tuy nhiên, nhiều công trình thiết kế không hiệu quả và hậu quả là vẫn có nhiều công trình bị sét đánh thờng xuyên và h hỏng nhiều thiết bị làm mất liên lạc, tổn thất dịch vụ và thiết bị. Các nghiên cứu về dông sét cũng nh các giải pháp về chống sét, tiếp đất và xây dựng cầu hình đấu nối để hạn chế rủi ro do sét gây ra cha đợc đầy đủ và cha hiệu quả. Vì những lý do trên tôi quyết định chọn đề tài Nghiên cứu xây dựng mô hình chống sét, liên kết và tiếp đất hiệu quả bảo vệ các công trình Viễn thông của VNPT làm luận văn tốt nghiệp của mình nhằm đa ra giải pháp, mô hình chống sét, tiếp đất hiệu quả để áp dụng cho các đơn vị của VNPT. Về bố cục, luận văn đợc cấu trúc thành 4 chơng nh sau: Chơng I có tiêu đề Nguyên lý hình thành sét và tác động của sét đến công trình viễn thông: Chơng này trình bày tóm tắt nguyên lý hình thành sét, các dạng tác động của sét đến công trình Viễn thông, các con đờng sét xâm nhập vào thiết bị viễn thông và phân vùng chống sét. Chơng II có tiêu đề Chống sét đánh trực tiếp cho các công trình Viễn thông: Chơng này trình bày các giải pháp chống sét đánh trực tiếp bao gồm hệ thống Fraklin, hệ thống phát tiên đạo sớm và hệ thống phân tán năng lợng sét. Đa ra mô hình áp dụng từng giải pháp vào công trình Viễn thông. Chơng III có tiêu đề Chống sét lan truyền cho các công trình Viễn thông: Ch- ơng này trình bày các giải pháp chống sét lan truyền trên đờng điện lới, cáp feeder, cáp thuê bao. Đa ra mô hình chống sét trên đờng điện lới, trên cáp feeder, trên cáp thuê bao. - 9 - Chơng IV có tiêu đề Cấu hình đấu nối và tiếp đất cho trạm viễn thông: Ch- ơng này trình bày mô hình xây dựng các tổ tiếp đất, mạng liên kết chung và đấu nối tiếp đất cho công trình và thiết bị Viễn thông. Cuối luận văn là phần Kết luận và khuyến nghị: tóm tắt những phần việc nghiên cứu đã trình bày trong luận văn và những đề xuất hớng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. Luận văn này đợc nghiên cứu và hoàn thành dới sự hớng dẫn của TS. Nguyễn Văn Dũng, Viện khoa học kỹ thuật Bu điện. Do thời gian và khả năng có hạn nên không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. [...]... LPZ1 và LPZ2 Lới chắn 1 đối với công trình xây dựng LPZ1 Phòng máy LPZ2 Thang liên kết 1 tại đờng ranh giới LPZ0 và LPZ1 Cáp điện lực, viễn thông Liên kết các nhau tại với Hình 1.6 Các vùng chống sét khác lới chắn 1 một trung tâm viễn thông lới chắn 2 Hệ thống tiếp đất - 20 - Chơng II chống sét đánh trực tiếp cho các công trình Viễn thông Hiện nay đang tồn tại 3 loại công nghệ chống sét đánh trực tiếp. .. 2.1 Thông số mức bảo vệ của hệ thống chống sét đánh trực tiếp Biên độ dòng sét, kA 2,8 9,5 14,7 Khoảng cách phóng điện, DS 20 45 60 xác suất xuất hiện, % 98 95 80 Mức bảo vệ I II III Chống sét cho các công trình Viễn thông thì lựa chọn mức bảo vệ II với biên độ dòng sét 9,5 kA và khoảng cách phóng điện là 45 m 2.1.4 Mô hình sử dụng điện cực Franklin bảo vệ cho các công trình Viễn thông - Hệ thống chống. .. phải là liên kết cân bằng thế Trên hình 1.6 trình bày một ví dụ về các vùng chống sét khác nhau tại một trung tâm viễn thông có cột anten kề bên và có các đờng dây điện lực cũng nh đờng dây viễn thông vào trạm tại cùng một điểm Thanh liên kết 1 tại đờng ranh giới LPZO và LPZ1 để liên kết vỏ kim loại cáp điện lực và cáp viễn thông Vỏ kim loại của các cáp này lại đợc liên kết tại thanh liên kết 2 trên... biến đổi của dòng điện đối với sét lặp (b) 1.2 Các dạng tác động của sét đến công trình và thiết bị viễn thông 1.2.1 Các dạng tác động của sét Các công trình viễn thông trong quá trình khai thác chịu các dạng tác động chính của sét nh sau : 1.2.1.1 Tác động tĩnh điện Tác động tĩnh điện của sét đến các công trình viễn thông có liên quan đến sự ảnh hởng của trờng điện ở giai đoạn trớc lúc xảy ra sét, giai... nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung ; Sét xâm nhập qua các vỏ che chắn của các thiết bị viễn thông Tác động của dông sét đến công trình viễn thông là do các ảnh hởng tĩnh điện, ảnh hởng điện từ, ảnh hởng của dòng sét, ảnh hởng galvanic và ảnh hởng thứ cấp Các dạng tác động của dông sét đến độ ổn định của công trình viễn thông qua các con đờng sét xâm nhập khác nhau đợc trình bày trong bảng... phổ biến để làm điện cực chống sét đánh trực tiếp cho các công trình xây dựng nói chung và nhà trạm Viễn thông nói riêng - Việc sử dụng điện cực Franklin làm điện cực chống sét đánh trực tiếp bảo vệ các nhà trạm Viễn thông chỉ sử dụng đối với các nhà trạm có chiều cao nhỏ hơn 45 m - Các điện cực đợc bố trí tại các góc của mái nhà và các điểm giữa với một khoảng cách nhất định Hình 2.4 Bố trí điện cực... 1.2.1.3 Tác động của dòng sét Tác động của dòng sét có liên quan đến sét đánh trực tiếp các công trình viễn thông hoặc các bộ phận của công trình viễn thông và đồng thời có dòng điện lớn chảy qua nó 1.2.1.4 Tác động galvanic Tác động galvanic có liên quan đến dòng sét chảy trong đất và đồng thời một bộ phận của dòng sét rẽ nhánh đi vào thiết bị viễn thông qua hệ thống tiếp đất - 15 - 1.2.1.5 Tác động thứ... phần tử của thu lôi dùng để đặt cái thu sét Có thể dùng ống thuỷ tinh, gỗ, bê tông cốt thép và kim loại làm kết cấu đỡ 4) Tiếp đất của thu lôi Tiếp đất là một bộ phận của thu lôi, dùng để tản dòng sét vào trong đất và đảm bảo tiếp xúc trực tiếp cái thu sét và dây dẫn sét với đất - 29 - 2.2.3 Vùng bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm Vùng bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm đợc xác định bằng công thức:... dọc các kết cấu đỡ bằng bê tông cốt thép và cột kim loại dùng làm dây dẫn sét - 22 - 3) Kết cấu đỡ (cột) Kết cấu đỡ là một phần tử của thu lôi dùng để đặt cái thu sét Có thể dùng gỗ, bê tông cốt thép và kim loại làm kết cấu đỡ 4) Tiếp đất của thu lôi Tiếp đất là một bộ phận của thu lôi, dùng để tản dòng sét vào trong đất và đảm bảo tiếp xúc trực tiếp cái thu sét và dây dẫn sét với đất Để thực hiện tiếp. .. bảo vệ sẽ phải đi vào không gian tích điện do hệ thống phân tán năng lợng sét tạo ra và bị triệt tiêu - Các nhánh tiên đạo khác tiếp tục phát triển và một nhánh nào đó gặp tiên đạo ngợc từ các công trình bên ngoài vùng bảo vệ của hệ thống phân tán năng lợng sét và khép kín quá trình tiên đạo, dòng điện tích sẽ đánh vào công trình đó 2.3.3 Vùng bảo vệ của hệ thống phân tán năng lợng sét - Vùng bảo vệ . của công trình viễn thông và đồng thời có dòng điện lớn chảy qua nó. 1.2.1.4 Tác động galvanic Tác động galvanic có liên quan đến dòng sét chảy trong đất và đồng thời một bộ phận của dòng sét rẽ. động tĩnh điện 14 1.2.1.2 Tác động điện từ 14 1.2.1.3 Tác động của dòng sét 14 1.2.1.4 Tác động galvanic 14 1.2.1.5 Tác động thứ cấp (Tạp âm thứ cấp) 15 1.2.2. Các con đờng chính sét xâm nhập có. trình viễn thông là do các ảnh hởng tĩnh điện, ảnh hởng điện từ, ảnh hởng của dòng sét, ảnh hởng galvanic và ảnh hởng thứ cấp. Các dạng tác động của dông sét đến độ ổn định của công trình viễn thông