Ch-ơng 1 Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt Nam Nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành tựu tiên tiến, đảm bảo phòng chống sét một cách hữu hiệu, an toàn, đáp ứng đ-ợc nhu cầu thực tiễn đòi hỏi. Tuy nhiên giông sét là hiện t-ợng tự nhiên : mật độ, thời gian và c-ờng độ hoạt động mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy trong nghiên cứu chống sét vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết. 1. Hiện t-ợng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí quyển. 1.1. Quá trình phóng điện của sét Sét là một tr-ờng hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét giống nh- quá trình xảy ra trong tr-ờng không đồng nhất. Khi các lớp mây đ-ợc tích điện (khoảng 80% số tr-ờng hợp phóng điện sét xuống đất diện tích của mây có cực âm tính). Tới mức độ có thể tạo nên c-ờng độ lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.10 7 cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt tới 2.10 8 cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau trung bình là ba lần). Tia tiên đạo là môi tr-ờng plama có điện dẫn rất lớn. Đầu tia nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem nh- gần đều dọc theo chiều dài tia. D-ới tác dụng của điện tr-ờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay ở phía d-ới đầu tia tiên đạo. Tr-ờng hợp mặt đất có nhiều nơi 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 đ-ờng sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đây c-ờng độ tr-ờng có trị số lớn nhất và nh- vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã đ-ợc định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng điện đã đ-ợc vận dụng trong việc bảo vệ trống sét đánh thẳng cho công trình. 1.2. Tham số của phóng điện sét. Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Hiện nay đã tích luỹ đ-ợc khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này (đo bằng thỏi sắt từ hoặc bằng máy hiện sóng cao áp). Kết quả đo l-ờng cho thấy biên độ dòng điện sét (I s ) biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA tới hàng trăm kA và đ-ợc phân bố theo quy luật thực nghiệm sau : V i = 1,26 Is 60 i e 10 s V i : xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện i s Quy luật này cũng đ-ợc biểu thị trên đ-ờng cong (hình 1) Độ dốc trung bình : a = ds s T I ( T ds : độ dài đầu sóng) Xác suất của độ dốc trung bình của dòng điện sét (Hình 2) 0,6 10 20 30 40 50 0 0,8 KA/ s a 1,0 U a 60 20 40 60 80 100 0 20 40 80 % V i KA I s Hình 1 Dạng sóng có đầu sóng xiên góc ở (hỉnh 3) dùng khi quá trình cần xét xảy ra ở đầu sóng hoặc trong các tr-ờng hợp mà thời gian diễn biến t-ơng đối ngắn so với độ dài sóng. Trong các tr-ờng hợp này sự giảm dòng điện sau trị số cực đại không có ý nghĩa nên khi t > T ds có thể xem dòng điện không thay đổi và bằng trị số biên độ. Ng-ợc lại khi quá trình xảy ra trong thời gian dài (t >>T ds ) nh- khi tính toán về hiệu ứng dòng điện sét có thể không sét đến giai đoạn đầu sóng và dạng sóng tính toán đ-ợc chọn theo dạng hàm số mũ (hình 4). I s = a.t I s = a.T ds Hình 3 T ds I s I s /2 T = 7,0 T s is =I s T t e t t i s i s Hình 4 T s 1.3. C-ờng độ hoạt động của sét. C-ờng độ hoạt động của sét đ-ợc biểu thị bằng số ngày có giông sét hàng năm (N ng.s ) hoặc tổng số thời gian kéo dài của giông sét trong năm tính theo thời gian (N g.s ). Theo số liệu thống kê của nhiều n-ớc, số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo khoảng 100 150 ngày, vùng nhiệt đới từ 75 100 ngày, vùng ôn đới khoảng 30 50 ngày. * Mật độ sét : - Là số lần có sét đánh trên diện tích 1km 2 trên mặt đất ứng với 1 ngày sét. m s = 0,1 0,15 Số lần sét đánh trên diện tích 1m 2 mặt đất trong 1 năm sẽ là : N = m s . n ng.S = (0,1 0,15) n ng.S . Ch-ơng 1 Quá điện áp khí quyển và tình hình chống sét ở Việt Nam Nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những. trong nghiên cứu chống sét vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần giải quyết. 1. Hiện t-ợng phóng điện của sét - nguồn, phát sinh quá điện áp khí quyển. 1. 1. Quá trình phóng điện của sét Sét là một tr-ờng. diện tích 1km 2 trên mặt đất ứng với 1 ngày sét. m s = 0 ,1 0 ,15 Số lần sét đánh trên diện tích 1m 2 mặt đất trong 1 năm sẽ là : N = m s . n ng.S = (0 ,1 0 ,15 ) n ng.S