BÀI GIẢNG CUNG CẤP ĐIỆN 2 ( GV Nguyễn Quang Thuấn ) - CHƯƠNG 9 pps

11/2/2011 76 Chương 9. BV QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 9.1. SÉT VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN SÉT 1. Sét: Là sự phóng điện tia lửa trong khí quyển giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc giữa các đám mây với đất. Khi bảo vệ chống sét cho người, các công trình và thiết bị trên mặt đất chúng ta cần quan tâm đến sự phóng điện giữa các đám mây và đất. 2. Sự hình thành sét: Sự hình thành sét gắn liền với sự hình thành các đám mây giông. Các đám mây giông tạo thành do các luồng khôngkhis nóng ẩm từ mặt đất bốc lên đi vào vùng nhiệt độ âm, hơi nước ngưng tụ thành các tinh thể băng. Các đám mây mang điện là do kết quả của các luồng không khí mãnh liệt tách rời nhau tạo ra các điện tích trái dấu và tập trung chúng trong các phần khác nhau của đám mây. Các kết quả quan trắc cho thấy, 80% phần dưới của mây có cực tính âm, còn ở phần trên của đám mây thường tích các điện tích dương. 11/2/2011 77 9.1. SÉT VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN SÉT 3. Quá trình phóng điện của sét Phần dưới các đám mây giông được tích điện âm, do đó cảm ứng trên mặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ. Theo đà tích luỹ các điện tích âm của đám mây, cường độ điện trường của tụ mây-đất sẽ tăng dần lên và nếu tại chỗ nào đó cường độ điện trường đạt tới trị số tới hạn 25  30 KV/cm thì không khí sẽ bị ion hoá tạo thành dòng plasma và bắt đầu trở nên dẫn điện, mở đầu cho quá trình phóng điện của sét. Phóng điện sét có thể chia làm 3 giai đoạn chính:  Phóng điện tiên đạo  Phóng điện ngược (phóng điện chủ yếu)  Kết thúc quá trình phóng điện Các giai đoạn phóng điện có thể hình dung qua dòng điện sét biến thiên theo thời gian như hình vẽ (trang bên). 11/2/2011 78 3. Quá trình phóng điện của sét i s t GĐ phóng điện tiên đạo 100  1000 km/s i s t i s t GĐ phóng điện ngược v = 6.10 4  10 5 km/s i s t Hình thành KV ion hoá mãnh liệt gần mặt đất Kết thúc PĐ 11/2/2011 79 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT i S, KA t, s  đs  s I S Dßng ®iÖn sÐt theo thời gian I S /2 Dòng điện sét được ghi lại bởi các máy hiện sóng cực nhanh có dạng đường hình vẽ. Hai tham số quan trọng nhất của phóng điện sét là biên độ dòng điện sét I S và độ dốc đầu sóng a. 1. Biên độ dòng điện sét Kết quả đo lường cho thấy biên độ sét I S biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA đến hàng trăm kA và được phân bố theo quy luật thực nghiệm: 30 10 S I I v   30 lg S I I v  Hay: I S : Biên độ dòng điện sét, kA v I : Xác suất xuất hiện sét có biên độ ≥ I S  Vùng đồng bằng:  Vùng trung du và miền núi: 1,26 60 10 S S I I I ev    60 lg S I I v  Hay: 11/2/2011 80 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT 2. Độ dốc đầu sóng  Trong trường hợp tổng quát, độ dốc đầu sóng a được định nghĩa là đạo hàm của dòng điện sét theo thời gian: )/( skA dt di a s   7,15 36 10 a a a ev    36 lg a v a  Hay: Khi tính toán, đầu sóng dòng điện sét thường được thay bằng đường thẳng xiên góc có độ dốc trung bình: skA I a ds s tb   /50  Xác suất xuất hiện dốc đầu sóng (xác định theo thực nghiệm):  Cho vùng đồng bằng:  Cho miền núi: 82,7 18 10 a a a ev    18 lg a v a  Hay: 11/2/2011 81 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT • Trong tính toán có khi cần phải đồng thời xét đến cả hai yếu tố: Biên độ dòng điện sét và độ dốc đầu sóng, ta dùng xác suất phối hợp:  Đối với vùng đồng bằng: ) 7,1526 (),(ln:) 3660 (),(lg ai aivhay ai aiv s s s s   Đối với vùng miền núi: ) 18 30 (),(lg ai aiv s s  11/2/2011 82 9.3. CƯỜNG ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA SÉT Cường độ hoạt động của sét tại các vùng lãnh thổ (hoặc khí hậu) có thể được biểu thị thông qua 2 đại lượng n ngs và m S . • Số ngày sét trong năm n ngs < 5Vùng khí hậu hàn đới 30  50 Vùng khí hậu ôn đới 60  100 Vùng khí hậu nhiệt đới 100  150 Vùng xích đạo N ngs (ngày/năm)Vùng lãnh thổ Theo đề tài KC.03.07 nước ta có: n ngs = 100; n ngsmax = 114 • Mật độ sét m S (là số lần có sét đánh trên 1km 2 diện tích ứng với 1 ngày có sét). Thường m S = 0,1  0,15. Vậy số lần sét đánh trên diện tích 1km 2 mặt đất trong 1 năm sẽ là: N j =m S n ngs = (0,1  0,15) n ngs 11/2/2011 83 9.4. TÁC HẠI CỦA SÉT VÀ ND CƠ BẢN BẢO VỆ CS 1. Tác hại của sét • Khi sét đánh trực tiếp • Khi sét đánh gián tiếp 2. ND cơ bản bảo vệ chống sét • Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp • Bảo vệ chống sét lan truyền và cảm ứng 11/2/2011 84 9.5. B.VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1. Khái quát chung Để hạn chế thiệt hại về người và của do sét đánh trực tiếp có nhiều biện pháp ngày càng hoàn thiện nhưng đều dựa vào nguyên lý cổ điển do Franklin phát minh ra vào năm 1752, đó là: dùng vật thu sét (kim thu sét, dây thu sét, ) đặt cao hơn vật cần bảo vệ rồi nối với hệ thống nối đất có điện trở nhỏ bằng các dây (hoặc thanh) dẫn kim loại có tiết diện hợp lý để tản dòng điện sét. Mục đích dùng các vật đặt cao hơn công trình, thiết bị là để khi xuất hiện hiện mây giông, các vật thu này sẽ tập trung điện tích từ mặt đất, tạo nên một cường độ điện trường lớn giữa vật thu sét và mây sẽ định hướng phóng điện về phía mình để tạo nên một không gian an toàn cho công trình, thiết bị cần bảo vệ. 11/2/2011 85 1 3 2 1. Kim thu sét; 2. Dây dẫn (thanh dẫn); 3. Điện cực nối đất. Như vậy, để BVCS đánh trực tiếp thì HTCS sẽ có 3 bộ phận: [...]... hx  h: 3 hx   b x  1,2h1  P  0,8h  2h  Khi hx  h: 3  hx  b x  0,6h 1   P h  11 /2/ 2011 0,2h ha 2h/3 hx h 0,6h 0,6h 1,2h 2bx Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét 93 2 Phạm vi bảo vệ của 2 dây thu sét 0 R 0,2h h0= h-a/4 1,2h h hx 0,6h 0,6h 1,2h a 11 /2/ 2011 94 Lưu ý: 1 Vì độ treo cao trung bình của dây dẫn thường lớn hơn 2/ 3 độ treo cao của dây thu sét (hx > 2h/ 3) nên có thể không cần đề... tâm 2 Hệ thống các điện cực phía trên 3 Hộp bảo vệ bằng đồng và thiết bị tạo ion 4 Hệ thống các điện cực phía dưới Và một số loại đầu thu khác giới thiệu sau đây: 11 /2/ 2011 99 CÁC LOẠI ĐẦU THU SÉT DO INDELEC CHẾ TẠO prevec1 11 /2/ 2011 Prevec2 Prevec3.40 100 CÁC LOẠI ĐẦU THU SÉT DO INDELEC CHẾ TẠO prevects3.40 11 /2/ 2011 prevects2 .25 prevec4.50 101 1 Đầu thu phóng điện sớm rx  ha (2 D  ha )  L (2 D... 11 /2/ 2011 1 09 4 CHỐNG SÉT ỐNG (CS ) a Cấu tạo và nguyên lý làm việc • Cấu tạo: Gồm 2 khe hở phóng điện S1 và S2 Trong đó S2 được đặt trong ống làm bằng vật liệu sinh khí như Phibrô Bakêlít hoặc Phinipơlát Us Udư Đường dây S1 Điện cực Vỏ TBA Uđm, kV 6 10 22 35 S1 (mm) Bảo vệ phối Bảo vệ độc hợp lập 15 10 20 15 80 40 120 60 S2 • Nguyên lý làm việc: Khi xuất hiện sóng quá điện áp thì cả 2 khe hở phóng điện. .. ha (2 D  ha )  L (2 D  L) ha - chiều cao hiệu dụng của đầu thu sét D = 20 , 45, 60m tuỳ theo cấp cấp BV (I, II hay III) L = V (m/s).T (s) = 106 T Với T là độ lợi về thời gian của từng loại đầu TS Ví dụ: Loại S4.50 có T = 50; Loại TS2 .25 có T = 25 ,… 11 /2/ 2011 1 02 2 Đầu thu Laser Loại đầu thu này do kỹ sư Leonard và Ball thiết kế, thử nghiệm vào những năm 70 thế kỷ 20 Khi có giông sét, đầu thu... không gây phóng điện nhưng khi có quá điện áp thì sẽ gây ra phóng điện để tản dòng điện sét xuống đất Điện áp định mức, kV Bảo vệ chính Bảo vệ phụ 6 20 40 10 30 50 22 120 180 35 140 20 0 11 /2/ 2011 S (mm) 108 3 KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN b Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng • Ưu điểm: Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ • Nhược điểm: - Không có bộ phận dập hồ quang, nên khi làm việc với dòng sét lớn hồ quang duy trì... sét sẽ phóng điện làm giảm biên độ quá điện áp đặt lên cách điện không gây hỏng cách điện và do đó sẽ an toàn cho thiết bị cần bảo vệ 2 Các yêu cầu đối với thiết bị chống sét Để thực hiện được nhiệm vụ trên, các thiết bị chống sét phải đảm bảo một số yêu cầu sau: 11 /2/ 2011 106 2 Các yêu cầu đối với thiết bị chống sét (tiếp) 1) 2) TB CS phải có đặc tính V-S nằm dưới đặc tính V-S của cách điện thiết bị... số các loại quá điện áp nội bộ (vì khi làm việc thiết bị chống sét thường sẽ hỏng) 11 /2/ 2011 107 3 KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN a Cấu tạo và nguyên lý làm việc Khe hở phóng điện (còn gọi là chống sét sừng) có cấu tạo gồm hai điện cực kim loại (thường là thép) đặt cách nhau một khoảng s Một điện cực nối với mạch cần bảo vệ còn cực kia nối với đất Khe hở s giữa hai điện cực được chọn sao cho với điện áp bình thường... nhau 90  Hai cột thu sét có độ cao khác nhau: K 0,2h1 h2 h1 h0= h-a/7 1,5h1 0,75h1 1,5h2 a' a r1x bx r1x r2x r1x PVBV của hai cột thu sét không cao bằng nhau 11 /2/ 2011 91 d Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét D  8ha Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét 11 /2/ 2011 D  8ha Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét 92 3 Phạm vi bảo vệ của dây thu sét 1 Phạm vi bảo vệ của 1 dây thu sét 0,8.ha bx  P hx 1 h 1,2h 2h... Sau khi các thiết bị chống sét phóng điện (làm việc), cần phải đảm bảo điện áp dư đủ nhỏ không gây ảnh hưởng đến cách điện của các phần tử trong mạng điện U cs tb t 0 tcs ttb 3) Thiết bị chống sét có khả năng dập tắt nhanh hồ quang của dòng điện xoay chiều để khi hết quá điện áp hồ quang bị dập tắt trước khi bảo vệ rơle tác động đảm bảo tính cung cấp điện liên tục 4) Thiết bị bảo vệ chống sét không được... thế tải điểm A trên thân cột (tương ứng với độ cao lớn nhất của vật cần bảo v ) được tính theo: 11 /2/ 2011 104 CẤP BẢO VỆ THEO TC: 20 TCN-4 6-8 4 Theo tiêu chuẩn 20 TCN-4 6-8 4 các công trình, nhà được phân thành 3 cấp Khi thiết kế chống sét, tùy theo cấp của công trình mà áp dụng các phương thức bảo vệ tương ứng - Công trình cấp I: là những công trình, nhà trong đó có tỏa ra các loại hơi, khí bụi cháy; . hợp:  Đối với vùng đồng bằng: ) 7,1 526 () ,(ln :) 3660 () ,(lg ai aivhay ai aiv s s s s   Đối với vùng miền núi: ) 18 30 () ,(lg ai aiv s s  11 /2/ 2011 82 9. 3. CƯỜNG ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA SÉT Cường. b x P h h h b x a x   1 .8,0 11 /2/ 2011 94 h 0 = h-a/4 h x 0,2h 0 R h 1,2h 0,6h 0,6h 1,2h a 2. Phạm vi bảo vệ của 2 dây thu sét 11 /2/ 2011 95 Lưu ý: DTS a h = a/4 1. Vì độ treo cao trung bình của dây dẫn thường lớn hơn 2/ 3. 2b x 11 /2/ 2011 91  Hai cột thu sét có độ cao khác nhau: PVBV của hai cột thu sét không cao bằng nhau r 1x b x h 0 = h-a/7 h 1 0,2h 1 1,5h 1 0,75h 1 r 2x r 1x r 1x h 2 1,5h 2 a a' K 11 /2/ 2011