luận văn kỹ thuật điện, điện tử thiết kế chống sét cho công trình sử dụng công nghệ mới

Và hơn nữa, nó còn thật sự là điều cần thiết nhất là trong giai đoạn công nghiệp hóa và phát triển của đất nước hiện nay, khi mà các tòa cao ốc mọc lên ngày càng nhiều, việc ứng dụng côn

Trường Đại Học Kỷ Thuật Công Nghệ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: ĐIỆN KHÍ HÓA – CUNG CẤP ĐIỆN NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Đạo Thiên Vũ

MSSV : 97DC267 Khoá : 2000 - 2004

1 Đề Tài : THIÉT KẾ CHỐNG SÉT CÔNG TRINH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI

2 Nội dung:

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ DÔNG SÉT - CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỒNG SÉT

TRONG THIÊN NHIÊN

- Chương I : Quá Trình Hình Thành Dông Sét - Những Tác Hại Của Sét Đối Với

Đời Sống Con Người

- Chương II : Phương Pháp Phòng Chống Sét Trực Tiếp

- Chương III : Phương Pháp Phòng Chống Sét Lan Truyền

- Chương IV : Hệ Thống Nối Đất Chống Sét

PHẦN II: CHỐNG SÉT THEO PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI - GIỚI THIỆU CÁC CÔNG

NGHỆ CHỐNG SÉT MỚI

- Chương I : Chống Sét Trực Tiếp Theo Phương Pháp Hiện Đại

- Chương II : Hệ Thống Chống Sét Trực Tiếp SYSTEM – 3000

- Chương III : Trình Bày Các Phần Mềm Tính Toán Chống Sét

- Chương IV : Thiết Bị Chống Sét Lan Truyền Hiện Đại Của GLT

PHẦN III:CHUYÊN ĐỀ

- Chương I : Thiết Kế Chống Sét Cho Ngân Hàng Đầu Tư & PT KonTum

- Chương II : Hệ Thống Nối Đất

3 Cán bộ hướng dẫn: T.s Quyền Huy Ánh

4 Ngày giao nhiệm vụ: Ngày 01Tháng 10 Năm 2004

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 08 Tháng 01 Năm 2005

Ngày…… Tháng…… Năm 2004 Thông qua bộ môn

Cán bộ hướng dẫn Ngày …… Tháng … năm 2004 (Ký và ghi rõ họ tên) Chủ nhiệm bộ môn

(Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

*****************************************

Họ Và Tên Sinh Viên : Đạo Thiên Vũ

Đề Tài:

THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CHO CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Giảng Viên Hướng Dẫn (Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN DUYỆT

*****************************************

Họ Và Tên Sinh Viên : Đạo Thiên Vũ

Đề Tài:

THIẾT KỀ CHỐNG SÉT CÔNG TRÌNH SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ MỚI

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

……… Giảng Viên Duyệt

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC Trang

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ DÔNG SÉT - CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG 1

CHỒNG SÉT TRONG THIÊN NHIÊN Chương I : QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH DÔNG SÉT – NHỮNG TÁC HẠI CỦA DÔNG SÉT ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG CON NGƯỜI I Khái niệm II Phân bố sét ở Việt Nam ……….….1

III Những tác hại của sét ……… 5

1 Tác dụng nhiệt của dòng điện sét ………5

2 Tác dụng cơ của dòng điện sét ………5

3 Hiện tượng đánh lặp lại của sét đáng thẳng ……… …5

IV Quá trình hìng thành và đặc tính của dòng sét……… ……… 6

1 Sự hình thành mây dông và sét……… ……….6

2 Các giai đoạn phóng điện của sét……… ………8

3 Các thông số chủ yếu của sét ……… ………10

4 Biên độ dòng sét và xác xuất xuất hiện ……… ………11

5 Độ dốc đầg dòng điện sét và xác xuất xuất hiện ……… ……….11

6 Cường độ hoạt động của sét ……… 12

7 Cực tính của sét ……… ……… ……12

Chương II : PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 13 I Khái niệm chung……… ………13

II Cách xác định phạm vi bảo vệ của một cột thu sét ……… … 14

III Chống sét theo phương pháp cổ điển ……….16

1 Kim thu sét Franklin ………16

2 Đai và lưới thu sét ……….17

3 Dây thu sét ……….17

IV Cách xác định vùng bảo vệ ………18

1 Phương pháp hình nón ……….18

2 Phương pháp quả cầu lăn……… 21

3 Phạm vi bảo vệ của dây chống sét ………21

4 Cách xác định phạm vi bảo vệ của dây chống sét trong thực tế ……… 23

Chương III : PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN 24 I Khái niệm chung ……….……….24

II Bảo vệ chống sét lan truyền từ đường dây vào trạm và nhà máy điện ……… 24

1 Khe hở phóng điện ………25

2 Chống sét van ……… ……… 25

III Bảo vệ chống sét trên các đường dây điện lực hạ áp (treo & chôn ngầm) ……….27

IV Bảo vệ chống quá độ trên đường dây viễn thông, tín hiệu, dữ liệu ……….………28

Chương IV : HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 29 I Khái niệm ……… ………29

II Hệ thống nối đất và những thông số cần quan tâm ……… ……….29

1 Điện trở nối đất ……….29

2 Những yêu cầu đối với hệ thống nối đất ……….……….29

1 Xác định điện trở suất của đất ……… ……….30

2 Hệ số mùa ……… ………31

3 Tính toán điện trở tiếp đất ……… ……… 32

4 Các bảng số liệu liệu liên quan ……… ……… 36

PHẦN II: CHỐNG SÉT THEO PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI – GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT MỚI Chương I: CHỐNG SÉT THEO PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI I Quan điểm hình thành ……… ……… 38

II Kim thu sét phát xạ sớm……….……… 39

1 Cấu tạo thiet bi chống sét tạo tia tiên đạo ……….……….39

2 Nguyên tắc hoạt động ………39

3 Xác định vùng bảo vệ ……….40

III Dây thoát sét ……….……….42

IV Hệ thống nối đất ……….………43

1 Nối đất chống sét ……… ………43

2 Nối đất đẳng thế……….……… 43

Chương II: HỆ THỐNG CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP SYSTEM – 3000 45 I Giới thiệu ……… 46

1 Kim thu sét phóng điện sớm Dynasphere …… ……….46

2 Dây Ericcore ……… ……….52

3 Thiết bị đếm sét……… ……… 53

4 Hệï thống đất ……….………54

5 Chống sét bằng điện cực Interceptor ……….……….58

Chương III: TRÌNH BÀY CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT 61 I Phần mềm thiết kế chống sét Benji ………61

1 Giói thiệu chương trình thiết kế Benji ……….………61

2 Những đăïc điểm của phần mềm thiết kế Benji ……… ……….65

II Thông tin phần mềm GEM……….65

1 Mô tả phần mềm GEM ……… ………65

2 Phương pháp tính ……… ……….65

3 Tính khối lượng sự dụng ……….……… 67

Chương IV: THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN HIỆN ĐẠI CỦA GLT 68 I Tổng quan về sét lan truyền……… ………68

1 Thông số sét lan truyền ……… 68

2 Thiệt hại do sét lan truyền ……….68

II Bảo vệ chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn ………69

1 Thiết bị chống sét lan truyền theo công nghệ MOV……… ……… 69

2 Các sơ đồ lắp đặt……….75

III Thiết bị chống sét theo công nghệ TDS ……… ………77

1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động ……… ……… 78

2 Các thông số chính của TDS ……… ………78

IV Bảo vệ chống sét lan truyền trên đường tín hiệu ……….79

1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động các thiết bị chống sét trên đường tín hiệu……….………….79

2 Các thông số chính của thiết bị……….……….80

3 Bảo vệ chống lại sự chênh lệch điện thế đất……… 84

PHẦN III: CHUYÊN ĐỀ Thiết kế chống sét cho NH ĐT & PT KonTum I Mục đích yêu cầu ………85

II Hiện trạng ……….85

1) Cơ sở vật chất và những vấn đề có liên quan ………86

2) Đặc điểm địa hình tỉnh KonTum ………86

III Tiêu chuẩn thiết kế ……….86

IV Giải pháp chống sét và lựa chọn thiết bị ……… 87

V Tính toán chọn cấp bảo vệ cho công trình ………87

1 Các thông số cần thiết tính toán ……… 87

2 Tính toán ……….90

VI Thiết kế hệ thống chống sét ……….91

1 Hệ thống chống sét trực tiếp ……….91

2 Hệ thống chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn ……… 97

3 Hệ thống chống sét lan truyền trên đường tín hiệu ……….101

VII.Hệ thống Nối đất chống sét và nối mass ……… 104

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Chống sét cho nhà và công trình – Tác giả: Viễn Sum Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật

1996

2 Cung cấp điện – Các tác giả: Nguyễnû Xuân Phú – Nguyễn Công Hiền – Trần Bội Khuê Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật 1998

3 Phòng và chống sét – Tác giả: Nguyễn Mạnh Đức Nhà xuất bản Tp Hồ Chí Minh

4 Thiết kế hệ thống điện công trình – Trường Đại Học Kiến Trúc

5 Chống sét cho các công trình xây dựng ,tiêu chuẩn thiết kế thi công – TCXD 46:1984.Nhà xuất bản xây dựng 2003

6 Tiêu chuẩn chống sét công trình viễn thông.TCN 68 – 141 :1995 – Tổng cục bưu điện

7 Tài liệu chống sét SYSTEM 3000,tài liệu chống sét công ty kỹ thuật điện toàn cầu GLT

8 Tạp chí bưu chính viễn thông – Tác giả: Ts Quyền Huy Aùnh

9 Đồ án tốt nghiệp của những khóa trước

Với sự cố gắng và nỗ lực, sau một thờùi gian thực hiện nhiệm vụ đồ án được giao, em đã hoàn thành công việc đúng thờiùi hạn Vì trình độ có hạn, thời gian-tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế và kinh nghiệm thực tế chưa nhiều nên quá trình thực hiện đố án có nhiều khó khăn và

do đó nội dung đồ án chắc chắn còn nhiều thiếu sót

Tuy vậy, với đề tài được giao, phạm vi đồ án trình bày về nội dung thiết kế chống sét toàn diện từ cổ điển đến hiện đại Nội dung vấn đề này mang tính thiết thực cao rất dễ ứng dung trong thực tế Và hơn nữa, nó còn thật sự là điều cần thiết nhất là trong giai đoạn công nghiệp hóa và phát triển của đất nước hiện nay, khi mà các tòa cao ốc mọc lên ngày càng nhiều, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào đới sống sản xuất cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành bưu chính viễn thông,…

Qua quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp,, em cảm thấy bản thân có một cái nhìn cụ thể và rõ ràng hơn về những kiến thức tiếp thu tại trường, sự liên hệ rất cần thiết cho bộ môn cung cấp điện và vấn đề này một khi tiếp cận thực tế,…Và quan trọng hơn, em cảm thấy bản thân mình vững vàng hơn và năng động hơn lên , đây là một yếu tố thật sự cần thiết trước khi bước vào một môi trường làm việc thật sự

xin chân thành gửi lới cám ơn đến tất cả quí thầy cô và các bạn !

TP.HCM ngày 06 tháng 01 năm 2004

LỜI CÁM ƠN Tuy quá trình học tập tại trường có nhiều khó khăn nhưng với sự nỗ lực và cố gắng của bản thân cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của tất cả các thầy cô giáo tại trường Cuối cùng,nhiệm vụ cao cả của bản thân sắp được hoàn thành – Em xin ghi nhớ công ơn ấy và xin chân thành gửi lời cám ơn đến tất cả quí thầy cô của trường cùng thầy cô khoa điện – điện tử đã truyền tải cho

em những kiến thức qúy báu, tạo một nền tảng để em thực hiện đồ án cũng như việc tiếp cận thực tế sau này

Trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp , em luôn nhận được sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của cán bộ hướng dẫn,thầyT.S QUYỀN HUY ÁNH Xin gửi đến thầy lời cảm ơn chân thành nhất

Và cuối cùng, xin gửi lời cám ơn đến tất cả các anh chị khóa trước và các bạn cùng lớp đã có những ý kiến đóng góp quí báu để nội dung đồ án được hoàn thiện hơn

T.P Hồ Chí Minh Ngày 06 Tháng 01 Năm 2004

Sinh viên thực hiện Đạo Thiên Vũ

LỜI NÓI ĐẦU Sét là hiện tượng phóng điện khổng lồ trong thiên nhiên, sự phóng điện này đã gây ra những thiệt hại lớn đối với đời sống và sản xuất, đặc biệt là tính mạng con người

Nằm trong khu vực cận xích đạo, đất nước có bờ biển trải dài, nước ta mang một khí hậu đặc trưng nhiệt đới ẩm – gió mùa rõ rệt, đây là yếu tố khí hậu rất thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển của dông sét Trong giai đoạn hiện nay, nước ta đang trong công cuộc xây dựng và phát triển , ngày càng có nhiều các khu công nghiệp, khu chế xuất mọc lên song song với việc phải áp dụng các công nghệ mới cho những thiết bị sản xuất (các thiết bị này đặc biệt nhạy cảm với hiện tượng sét) Chính vì lẽ đó, phòng chống sét là một yêu cầu cấp thiết cần được quan tâm đúng mức để giảm thiểu những tác hại mà nó gây ra Bên cạnh việc đảm bảo an toàn cho con người cũng cần phải quan tâm bảo vệ việc mất điện, gián đoạn thông tin liên lạc gây ảnh hưởng không nhỏ đến kinh tế, lợi ích của từng cơ quan xí nghiệp và toàn xã hội

Phạm vi đồ án này trình bày các giải pháp chống sét trực tiếp và lan truyền từ cổ điển đến hiện đại - rất dễ ứng dụng trong thực tế, tùy vào những trường hợp cụ thể và tính chất yêu cầu của từng công trình cần bảo mà việc ứng dụng các công nghệ chống sét là khác nhau Tuy nhiên, dù

ở trường hợp nào thì hai yếu tố trên hết cần được đảm bảo là tiêu chuẩn kỹ thuật và kinh tế Mặc dù bản thân nỗ lực rất nhiều nhưng do kiến thức và thời gian còn nhiều hạn chế nên những sai sót chắc chắn không thể tránh khỏi – kính mong sự chỉ bảo quí báu của thầy cô và những góp ý chân thành của các bạn để kiến thức người thực hiện và nội dung đồ án được hoàn thiện hơn

Tp.Hồ Chí Minh Ngày 06 Tháng 01 Năm 2004

Sinh viên thực hiện Đạo Thiên Vũ

PHẦN PHỤ LỤC

BẢN VẼ THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CÔNG

TRÌNH

CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN THEO CÔNG NGHỆ MỚI

QUÁ ĐỘ CHUNG VÀ SAI BIỆT

BẢO VỆ ĐƠN CHẾ ĐỘ VÀ ĐA CHẾ ĐỘ

TUỔI THỌ MOVTEC

MOV

1 10 100 1000 10000 số lần xung

100KA 30KA 10KA 3KA

Hình bảo vệ luận văn tốt nghiệp GVHD:QUYỀN HUY ÁNH

Trang 7

TUỔI THỌ BỘ CHUYỂN HƯỚNG SONG SONG

BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG DỮ LIỆU

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG TBCS THEO CÔNG NGHỆ TDS

PHẦN CHUYÊN ĐỀ

* Kết quả chạy phần mềm BENJI:

HÌNH CHIẾU BẰNG VỊ TRÍ ĐẶT KIM VÀ KHU VỰC CẦN BẢO VỆ

Hình bảo vệ luận văn tốt nghiệp GVHD:QUYỀN HUY ÁNH

Trang 9

HÌNH CHIẾU 3D

MẶT CHIẾU CẠNH PHẠM VI BẢO VỆ

Hình bảo vệ luận văn tốt nghiệp GVHD:QUYỀN HUY ÁNH

Trang 11

MẶT CHIẾU ĐỨNG PHẠM VI BẢO VỆ

HÌNH CHIẾU BẰNG PHẠM VI BẢO VỆ

Hình bảo vệ luận văn tốt nghiệp GVHD:QUYỀN HUY ÁNH

Trang 13

* Kết quả chạy phần mềm GEM:

ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA THANH ĐẶT NẰM NGANG VÀ SỐ LƯỢNG GEM CẦN DÙNG

ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT CỦA HỆ THỐNG CỌC THẲNG ĐỨNG VÀ SỐ LƯỢNG GEM CẦN DÙNG

CHUYÊN ĐỀ NỐI ĐẤT

QUAN HỆ ĐIỆN TRỞ SUẤT THEO CHIỀU DÀI CỦA ĐIỆN CỰC

R ) (

20 40 60 80 100 120 140

ĐO ĐIỆN TRỞ SUẤT THEO PHƯƠNG PHÁP WENNER

Hình bảo vệ luận văn tốt nghiệp GVHD:QUYỀN HUY ÁNH

B A I I I R I R I

A R I

I R I

u





vậy

ĐO ĐIỆN TRỞ BẰNG PP 3 ĐIỂM NỐI ( PP TRỰC TIẾP )

Phương pháp này có sai số docọc phụ gây ra

% 100







V B

B R

R R

R

 RB:điện trở đất của cọc phụ điện áp B

IA IB

SỰ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA DÔNG SÉT

CÁCH XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ

PHƯƠNG PHÁP HÌNH NÓN ÁP DỤNG CHO MỘT CỘT THU SÉT

x

x

h0,2h

h

r

Hình bảo vệ luận văn tốt nghiệp GVHD:QUYỀN HUY ÁNH

Trang 2 PHƯƠNG PHÁP HÌNH NÓN ÁP DỤNG CHO 2 CỘT THU SÉT CÓ CÙNG CHIỀU CAO

HỆ THỐNG CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP SYSTEM 3000

MÔ HÌNH CHỐNG SÉT TOÀN DIỆN 6 ĐIỂM

SỰ KHÁC NHAU VỀ ĐỘ THẨM MỸ GIỮA CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT CŨ VÀ MỚI

Hình bảo vệ luận văn tốt nghiệp GVHD:QUYỀN HUY ÁNH

Trang 4

KIM THU DYNASPHERE

HIỆN TƯỢNG CORONA Ở KIM THU DYNASPHERE ĐƯỢC LOẠI BỎ

CÁCH XÁC ĐỊNH VÙNG BẢO V Ệ Ở KIM THU DYNASPHERE

R

RB

NGUY CƠ PHÓNG ĐIỆN BIÊN Ở DÂY DẪN THƯỜNG

DÂY DẪN THẾ HỆ MỚI ERICO

Phóng điện

Phóng

Trước khi phóng điện Sau khi phóng

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh

SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 1

PHẦN I

TỔNG QUAN VỀ DÔNG VÀ SÉT-CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG

DÔNG SÉT TRONG THIÊN NHIÊN

CHƯƠNG I

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH DÔNG SÉT-NHỮNG TÁC HẠI CỦA DÔNG

SÉT ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG CON NGƯỜI

I KHÁI NIỆM

Dông và sét là những hiện tượng tự nhiên, từ rất lâu con người đã được nhìn thấy nhưng do có những hạn chế nhất định về mặt nhận thức và khoa học nên con người không hiểu rõ về mặt bản chất dẫn đến việc thần thánh hóa hiện tượng này

Từ khi có những công trình nghiên cứu cụ thể, đặc biệt là sự phát triển và tham gia của khoa học kỹ thuật đã giúp con người ngày một có cái nhìn trực quan hơn về hiện tượng dông sét trong thiên nhiên.Và cũng từ đó, việc phòng chống sét được thực hiện một cách nghiêm túc nhằm hạn chế tối đa những thiệt hại mà nó gây ra trong sản xuất và đời sống, đặc biệt là tính mạng con người

Bằng những nghiên cứu và thực nghiệm, các nhà khoa học chứng minh được rằng dông sét thực chất là sự phóng điện giữa các đám mây tích điện trái dấu (dông) hay giữa những đám mây và mặt đất (sét) Về bản chất, chúng là những hiện tượng phức hợp thường xảy ra vào mùa hạ, được hình thành và có liên quan trực tiếp từ sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu nhiệt và nhiễu động khí quyển, đặc điểm khí hậu phát sinh hiện tượng này rất giống khí hậu nước ta

II PHÂN BỐ SÉT Ở VIỆT NAM

Nằm trong khu vực cận xích đạo, đất nước có bờ biển trải dài nên Việt nam mang một khí hậu đặc trưng:nhiệt đới - gió mùa rõ rệt, độ ẩm và lượng mưa trung bình hàng năm tương đối lớn, đây là điều kiện thuận lợi cho sự phát sinh, phát triển của dông sét.Theo thống kê của Viện Nghiên Cứu Sét Gia Sàn Thái Nguyên số ngày dông cực đại ở nước ta là 113,7 ngày/năm tại

Đồng Phú, số giờ dông cực đại là 433,18 giờ tại Mộc Hóa – Long An), số ngày dông sét chiếm một tỉ lệ lớn trong năm so với các nơi trên thế giới Chính vì lẽ đó, việc phòng chống sét ở nước

ta vừa là một nhu cầu, vừa lại là một yêu cầu cấp thiết

Kom Tum Đắc Lắc Phú Yên Tiền Giang Khánh Hòa Bình Thuận Kiên Giang Bình Phước Gia Lai Kiên Giang Sóc Trăng TP.HCM Tây Ninh Phú Yên Bà Rịa –Vũng Tàu

206 212,5 196,5 192,5 263,25 77,75

- 2,32 2,27 2,1 2,62 1,57 2,17 2,19 2,25 2,19 1,78 2,0 1,57 2,5 1,36 2,27

Bảng 1-1:Số ngày dông và giờ dông trung bình trong năm tại một số tỉnh và khu vực phía

nam nước ta theo thống kê của tổng cục khí tượng thủy văn

Do ảnh hưởng gió mùa nên sự phát triển của dông hằng năm cũng hình thành theo mùa Mùa dông trùng với thời kì phát triển của gió mùa mùa hè, còn mùa đông thì số ngày dông rất ít thậm chí có những nơi hầu như không có Phân bố của dông trên lãnh thổ Việt Nam là không

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh

SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 3

đều Các vùng biển và ven biển ít dông đặc biệt là ven biển Nam Trung Bộ Các vùng sâu trong đất liền dông phát triển mạnh hơn Một số khu vực hình thành “Trung tâm dông”, đặc biệt ở phần tây bắc Nam Bộ

Dựa vào bản đồ phân bố sét ở nước Việt Nam rút ra những nhận sét sau:

- Trên phạm vi cả nước hình thành nhiều khu vực dông phát triển khá mạnh như: Tây Ninh – Mộc Hóa, bắc Tây Nguyên, nam Tây Nguyên, Hồi Xuân–Sông Mã, Bắc Quang Tây Ninh – Mộc Hóa có ngày dông cao nhất nước, đạt 100 ÷ 110 ngày dông/năm, các khu vực còn lại đạt khoảng 70 ÷ 90 ngày dông/năm

- Hình thành xu thế tăng số ngày dông hằng năm từ biển vào đất liền Ven biển

Trung Bộ là khu vực có ngày dông ít, đặc biệt nam trung bộ khoảng 10 ÷ 20 ngày dông/năm, vào các tháng mùa đông không có dông, tháng nhiều nhất cũng chỉ 3 ÷ 5 ngày dông

- Các khu vực nhiều dông không trùng với trung tâm mưa thậm chí còn ngược lại Khu vực Sông Mã – Cò Nồi nhiều dông nhưng ít mưa thuộc Tây Bắc Khu vực Tây Ninh – Mộc Hóa nhiều dông nhất nhưng lượng mưa ở mức trung bình Ơû một số nơi như bắc Tây Nguyên, Bắc Quang có sự trùng hợp giữa hai yếu tố mưa và dông

0,6 0,2 0,4 0,4 0,0 0,6 2,6 1,8 0,6 0,0 0,6 0,3 0,3 0,1 0,4 1,8

4,2 3,0 2,6 3,9 1,7 5,1 6,6 7,0 4,1 4,0 4,2 3,0 2,9 3,4 3,6 6,8

5,9 7,0 6,9 6,6 1,3 8,4 12,1 10,0 9,1 9,2 9,4 7,7 7,9 7,0 8,4 12,9

12,5 12,5 12,0 14,4 10,7 15,0 13,4 12,2 15,5 15,9 16,1 13,3 16,2 13,6 16,3 15,5

17,5 18,4 14,6 19,4 15,2 17,2 15,6 13,4 17,0 17,5 17,7 17,0 16,2 19,1 21,3 16,4

20,9 20,9 18,4 24,4 16,7 21,9 16,4 17,1 21,7 22,4 22,6 17,7 19,8 21,1 20,0 13,8

19,6 21,0 21,1 24,6 20,3 20,8 18,6 19,7 20,2 20,9 21,0 22,3 20,2 23,6 21,4 14,4

10,1 10,5 10,7 13,8 15,3 9,2 7,3 8,1 10,9 11,0 11,4 12,5 11,7 17,6 14,7 5,8

11,8 2,8 2,8 4,2 2,2 2,8 3,0 2,5 4,2 4,2 4,3 3,3 3.1 4,4 5,0 3,4

0,5 0,2 0,1 0,2 0,2 0,9 0,9 0,7 0,2 0,5 0,5 0,1 0,6 1,0 0,7 1,9

0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,9 0,0 0,0 0,3

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Điện Biên

2,7 1,0 0,5 0,2 0,5 0,2 0,3 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,1 0,0 1,2 1,7 1,6 3,4 1,0 0,0 1,3

8,0 6,2 5,1 2,6 3,4 3,4 3,2 3,8 1,9 2,5 1,2 0,6 0,6 0,2 6,8 5,7 3,2 11,0 2,5 0,7 10,9

12,8 14,2 9,2 7,3 6,9 13,5 6,3 7,8 4,9 6,5 5,7 3,6 3,2 4,0 10,8 12,0 6,8 13,8 10,3 7,0 20,0

16,8 16,8 14,4 16,9 17,4 17,5 15,7 18,0 10,8 14,4 10,7 8,6 8,2 13,4 14,4 16,7 10,0 10,6 22,2 19,8 23,1

21,0 18,2 15,7 16,7 13,1 14,9 7,7 10,3 6,2 11,4 13,0 5,3 5,2 7,2 8,0 9,7 8,0 5,2 19,4 16,4 9,7

17,0 15,5 19,5 18,8 13,8 13,5 9,6 12,2 5,3 9,3 9,7 5,1 4,6 8,8 3,4 7,7 6,3 3,4 17,2 14,5 7,4

18,3 16,5 18,3 20,2 19,2 20,6 10,2 12,5 5,1 12,0 1,0 7,3 5,8 7,4 0,2 8,7 4,2 2,8 16,0 15,0 9,0

8,3 6,3 10,6 13,6 15,3 14,0 11,7 15,0 4,8 8,9 7,8 9,6 8,5 9,0 8,0 17,1 6,7 7,2 19,2 13,7 9,7

5,3 3,5 5,2 3,3 5,6 5,2 5,3 5,3 2,3 3,7 0,7 3,3 2,3 6,8 4,0 9,0 3,8 7,0 15,4 11,5 15,0

1,1 1,0 0,0 0,7 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,5 0,0 0,6 0,6 1,8 1,2 2,0 0,8 4,0 11,0 4,7 15,6

0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,0 0,1 0,1 0,0 2,4 0,7 4,3

Bảng 1-2:Số ngày dông vào các tháng trong năm ở các địa phương trên toàn quốc

Từ các số liệu về ngày dông, giờ dông, số lần sét đánh trong khu vực, toàn lãnh thổ Việt Nam chia là năm khu vực chính:

 Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc

 Khu vực miền núi trung du miền Bắc

 Khu vực miền núi trung du miền Trung

 Khu vực ven biển miền Trung

 Khu vực đồng bằng miền Nam

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh

SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 5

III NHỮNG TÁC HẠI CỦA SÉT

Khi sét đánh vào nhà ở, công trình dòng điện sét sẽ gây tác dụng về cơ, nhiệt và điện từ ,nên gây ra những tác hại không nhỏ đối với đời sống và sản xuất

1.Tác dụng nhiệt của dòng điện sét

Khi sét đánh, do tác dụng của dòng điện sét sẽ có một lượng nhiệt lớn sinh ra…Các bộ phận dẫn dòng sét của hệ thống chống sét sẽ bị đốt nóng đỏ, nóng chảy và có thể bị bốc hơi

2.Tác dụng cơ của dòng điện sét

Khi sét đánh vào nhà ở, công trình, do tác dụng của dòng điện sét đi qua, nhà ở và công trình sẽ bị hư hỏng về độ bền cơ học

3 Hiện tượng đánh lặp lại của sét đánh thẳng (tác dụng điện từ của dòng điện sét)

Hiện tượng đánh lặp lại của sét đánh thẳng được chia làm 2 loại : cảm ứng điện từ và cảm ứng tĩnh điện

a) Cảm ứng điện từ

Khi phóng điện sét, thường kéo theo trong không gian sự thay đổi từ trường theo thời gian.Từ trường cảm ừng trong mạch vòng tạo bởi các bộ phận kim loại kéo dài (hệ thống các đường ống, các đường dây điện,…) sẽ sinh ra một sức điện động cảm ứng

Trong trường hợp mạch vòng khép kín, dòng điện cảm ứng sinh ra bởi sức điện động sẽ đốt nóng cục bộ từng đoạn riêng biệt của mạch vòng, gây nên sự biến dạng mạch vòng

Trong trường hợp mạch vòng hở, tại chỗ hở khi có sét đánh sẽ có hiện tương phát sinh tia lửa điện, gây ra nguy cơ cháy nổ lớn cho nhà ở và công trình

b) Cảm ứng tĩnh điện

Khi có sét xảy ra, cảm ứng tĩnh điện sẽ làm phát sinh sự chênh lệch thế giữa các bộ phận kim loại và đất hoặc với các bộ phận khác có nối đất Sự chênh lệch thế này rất lớn, có thể lên đến hàng chục kV và rất dễ tạo nên tia lửa điện vì thực tế khoảng cách giữa các vật có thể rất nhỏ Do đó, nguy cơ cháy nổ rất dễ xảy

Như vậy, sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp và gián tiếp cần phải có các phương pháp phòng chống sét trực tiếp và gián tiếp một cách hữu hiệu nhằm giảm thiểu những tác hại mà sét gây ra

Trong giai đoạn hiện nay, Việt Nam đang trên đường công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, sự mở rộng quan hệ hợp tác quốc tế kéo theo tình hình xây dựng các cao ốc, các khu công nghiệp, phát triển rầm rộ Những yêu cầu của các công trình này thường rất cao vì có liên quan đến tất cả các mặt kinh tế, chính trị, xã hội, Bên cạnh đó là sự phát triển vượt bậc của nghành viễn thông và việc ứng dụng ngày càng nhiều công nghệ thông tin vào trong sản xuất và đời sống - Đây là những nghành quan trọng và nhạy cảm nhất với “hiện tượngsét”, chỉ tính riêng không thôi về mặt kinh tế thì đã hoàn toàn không cho phép Do đo,ù việc phòng chống sét là một vấn đề cần được quan tâm đúng mức

Để thiết kế hệ thống chống sét cho các công trình một cách hiệu quả, cần phải có những hiểu biết cơ bản về điện khí quyển Phải nghiên cứu kĩ về sự hình thành, hoạt động của dông sét và các thông số phóng điện của sét từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống thích hợp, có hiệu quả

IV QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA DÔNG SÉT

1.Sự hình thành mây dông và sét

Như đã trình bày ở trên, dông là hiện tượng xảy ra chủ yếu trong mùa hạ liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển Dông đặc trưng bởi sự xuất hiện những đám mây khổng lồ – gọi là mây dông hay mây tích vũ có độ dày từ 10 16 Km, tích trữ một số lượng nước và tạo ra những chênh lệch điện thế cực mạnh (khoảng 20  30kV/cm) Về bản chất, dông là một hiện tượng khí quyển phức hợp bao gồm sự phóng điện giữa các đám mây (thường gọi là chớp) hay sự phóng điện giữa đám mây và mặt đất (thường gọi là sét) kèm theo gió mạnh và mưa lớn

Thực tế sự hình thành các cơn dông luôn gắn liền với sự xuất hiện của những luồng không khí nóng ẩm khổng lồ từ mặt đất bốc lên Các luồng không khí này được tạo thành do sự đốt nóng mặt đất bởi ánh sáng mặt trời, đặc biệt ở các vùng núi cao (dông nhiệt).Hoặc do sự gặp nhau của những luồng không khí nóng ẩm với không khí lạnh nặng-dông Front,luồng không khí nóng ẩm này bị đẩy lên trên

Ơû những vùng núi cao chắn gió,cũng thường có xảy ra trường hợp dông địa hình.Do luồng không khí nóng ẩm khi được thổi tới dãy núi và bị chắn nên buộc phải lên cao theo sườn dốc, Sau khi đã đạt được một độ cao nhất định (khoảng vài Km trở lên - vùng nhiệt độ âm hình 1.1) luồng không khí nóng ẩm này bị lạnh đi, hơi ẩm ngưng tụ thành những giọt nước nhỏ li ti hoặc thành các tinh thể băng Chúng tạo thành các đám mây dông

Từ lâu người ta khẳng định về nguồn tạo ra điện trường giữa các đám mây dông và mặt đất chính là điện tích tích tụ trên các hạt nước li ti và các tinh thể băng của các đám mây dông đó Nhưng do đâu có sự nhiễm điện này của hạt nước và các tinh thể băng thì có nhiều giả thuyết khác nhau

Tuy nhiên các giả thuyết này cho đến nay đều chưa giải thích được một cách triệt để về nguồn điện tích của các đám mây dông và có sự phân li chúng, khiến người ta nghĩ rằng trong thực tế có thể có nhiều nguyên nhân đồng thời tác động và rất phức tạp Nhưng có một điều chắc chắn là trong suốt cơn dông các điện tích dương và điện tích âm bị các luồng không khí mãnh liệt làm tách rời nhau gắn liền với sự phân bố các tinh thể băng tuyết trên tầng đỉnh và các giọt nước

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh

SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 7

ở tầng đáy của các đám mây dông sự tách rời điện tích này tùy thuộc vào độ cao của các đám mây

Qua nhiều lần đo đạt thực nghiệm, người ta thấy rằng khoảng 80  90% phần dưới các đám mây dông chủ yếu chứa điện tích âm, do đó cảm ứng trên mặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ

Trên hình 1.2 chỉ rõ sự phân bố điện tích trong một đám mây và trên mặt đất Khi phần dưới của mây mang điện tích âm bị hút về phía mây mang điện dương trên mặt đất sẽ phân bố trên mọi vật có thể dẫn điện Vật nào trên mặt đất càng cao thì khoảng cách giữa vật và mây càng nhỏ và lớp không khí ngăn cách các điện tích trái dấu càng mỏng, ở những nơi này sét dễ đánh xuống đất Khi đến gần nhà cao, cây cao thì mây dông mang điện tích âm hút các điện tích dương, làm cho chúng tập trung lại ở điểm cao nhất: trên mái nhà, ngọn cây hay còn gọi là hiệu ứng mũi nhọn

Nếu điện tích mây lớn thì trên mái nhà, ngọn cây cũng tập trung một điện tích lớn, đến một mức độ nào đó độ lớn của các điện tích trái dấu nói trên sẽ tạo nên một sự chênh lệch điện thế để đánh thủng lớp không khí ngăn cách nó với mặt đất ( ở mặt đất trị số này là 2530 kV/cm ), lúc này xảy ra hiện tượng phóng điện giữa đám mây dông và mặt đất tạo nên tia lửa lóe sáng kèm theo tiếng nổ dữ dội do sự giãn nỡ đột ngột của không khí

Hình 1.3: Sự phát triển của sóng điện sét

Hình 1.2: Sự phân bố điện tích giữa đám mây dông và mặt đất

Sét thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách phóng điện rất lớn Chiều dài trung bình của khe sét khoảng 3  5 Km Phần lớn chiều dài đó phát triển trong các đám mây dông Quá trình phóng điện của sét tương tự quá trình phóng điện tia lửa trong một điện trường không đồng nhất với khoảng cách phóng điện khá lớn

2 Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét

Dòng sét phần lớn phát triển từ những đám mây mưa tích điện âm, dòng điện tử xuất phát từ mây di chuyển có hướng về phía mặt đất dưới tác dụng của điện áp sinh ra do sự chênh lệch điện thế giữa mây và đất

Ban đầu xuất phát từ mây dông một dải sáng mờ kéo dài từng đợt gián đoạn về phía mặt đất với tốc độ trung bình khoảng 105  106 m/s, đó là giai đoạn phóng điện tiên đạo từng đợt Kênh tiên đạo là một dòng plasma chứa mật độ điện tích không cao lắm, khoảng 1013 1014 ion/m3 Một phần điện tích âm của mây dông tràn vào kênh và phân bố tương đối đều dọc theo chiều dài của nó (hình 1.4a)

Hình 1.4: Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét theo thời gian

a – Giai đoạn phóng điện tiên đạo

b – Tiên đạo đến gần mặt đất hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt

c – Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu

d – Phóng điện chủ yếu kết thúc

Thời gian phát triển của kênh tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1s.(như vậy mỗi đợt kênh tiên đạo kéo dài thêm trung bình khoảng vài chục mét) Thời gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt liên tiếp khoảng từ 30 90 s

Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng Q = L ( mật độ điện tích, L là chiều dài kênh) Điện tích này thường chiếm khoảng 10% lượng điện tích chạy vào đất trong một

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh

SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 9

lần phóng điện sét Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây dông và điện tích âm trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu (thường là điện tích dương) trên vùng mặt đất phía dưới đám mây dông Nếu vùng đất phía dưới bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích cảm ứng tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới đầu kênh tiên đạo Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khác nhau thì điện tích sẽ tập trung chủ yếu ở vùng kế cận, nơi có điện dẫn cao như vùng quặng kim loại, vùng đất ẩm, ao hồ, sông ngòi, vùng nước ngầm, kết cấu kim loại các nhà cao tầng, cột điện, cây cao bị ướt trong mưa và nơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét Cường độ trường ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát triển của nó ( trong mây dông ) được xác định bởi điện tích bản thân của kênh và của điện tích tích tụ ở đám mây Đường đi của kênh trong giai đoạn này không phụ thuộc vào tình trạng của mặt đất và các vật thể ở mặt đất Chỉ khi kênh tiên đạo còn cách mặt đất một độ cao nào đó ( độ cao định hướng ) thì mới thấy rõ dần ảnh hưởng của tập trung điện tích ở mặt đất và ở các vật thể dẫn điện nhô khỏi mặt đất đối với hướng phát triển tiếp tục của kênh Kênh sẽ phát triển theo hướng có cường độ điện trường lớn nhất

Ở những nơi vật dẫn có độ cao (nhà chọc trời, cột ăng ten, ) thì từ đỉnh của nó nơi điện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện ion hóa không khí tạo nên dòng tiên đạo phát triển hướng lên đám mây dông Chiều dài của kênh tiên đạo từ dưới lên mây tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hướng của sét vào vật dẫn đó

Khi kênh tiên đạo xuất phát từ mây dông tiếp cận mặt đất hay tiếp cận kênh tiên đạo ngược chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngược lại hay phóng điện chủ yếu, tương tự như các quá trình phóng điện ngược trong chất khí ở điện trường không đồng nhất ( hình 1.4b )

Trong khoảng cách khí còn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất ( hoặc giữa hai kênh tiên đạo ngược chiều ) cường độ điện trường tăng cao gây nên ion hóa không khí mãnh liệt dẫn đến sự hình thành một dòng Plasma có mật độ điện tích (1016  1019 ion/m3) cao hơn nhiều so với mật độ điện tích của tia tiên đạo ban đầu, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm đến hàng ngàn lần, điện tích cảm ứng từ mặt đất tràn vào dòng ngược này và thực tế đầu dòng mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu dòng tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng Plasma điện dẫn cao tiếp tục phát triển ngược lên trên theo đường chọn sẵn của kênh tiên đạo Tốc độ phát triển của kênh phóng ngược rất cao vào khoảng 0,5.107  1,5.108 m/s (bằng 0,05  0,5 vận tốc ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của tiên đạo hướng xuống

Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói (gọi là chớp) và sự giãn nở đột ngột của không khí bao quanh phóng điện chủ yếu tạo nên những đợt sóng âm mãnh liệt gây nên những tiếng nổ dữ dội Đặc điểm quan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cường độ dòng điện lớn Nếu V là tốc độ của phóng điện,  mật độ điện tích thì dòng điện sét sẽ đạt giá trị cao nhất khi kênh phóng điện chủ yếu lên đến đám mây dông và bằng : is = V (hình 1.4c)

Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mây thì số điện tích còn lại của mây sẽ theo kênh phóng điện chạy xuống đất và cũng tạo nên ở chỗ sét đánh một dòng điện có trị số nhất định giảm nhanh tương ứng với phần đuôi sóng (hình 1.4d)

Kết quả quan trắc sét cho thấy rằng phóng điện sét thường xảy ra nhiều lần kế tục nhau trung bình là 3 lần, nhiều nhất có thể đến vài chục lần Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển liên tục (không phải từng đợt như lần đầu), không phân nhánh và theo đúng quĩ đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn (2.106 m/s)

Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu thế giữa các trung tâm điện tích này với trung tâm điện tích khác thực tế không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại giữa chúng nhưng khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điện thế của đất làm cho hiệu thế giữa trung tâm điện tích đã phóng với trung tâm điện tích lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa chúng với nhau Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quĩ đạo đó, liên tục và với tốc độ cao hơn lần đầu

3 Các thông số chủ yếu của sét

Dòng điện sét như hình 1.6 có dạng một sóng xung Trung bình khoảng vài ba s, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sóng và sau đó giảm xuống chậm dần trong khoảng 20 - 100 s tạo nên phần đuôi sóng

Sự lan truyền sóng điện từ tạo nên bởi dòng điện sét gây nên quá điện áp trong hệ thống điện, do đó cần phải biết những tham số chủ yếu của nó:

- Biên độ dòng sét với xác suất xuất hiện của nó

- Độ dốc đầu sóng của dòng điện sét với xác suất xuất hiện của nó

- Độ dài sóng dòng điện sét (tức là thời gian cho đến khi dòng điện sét giảm bằng 1/2 biên độ của nó)

- Cực tính của dòng điện sét

Ngoài ra phải biết cường độ hoạt động trung bình của sét tức số ngày có dông sét trung bình hoăïc tổng số giờ có dông sét trung bình trong một năm ở mỗi khu vực lãnh thổ và mật độ trung bình của sét trong khu vực đó, tức là số lần sét đánh vào trong một đơn vị diện tích mặt đất (1Km2) trong một ngày sét Ở nhiều nước phát triển đã xây dựng được bảng đồ phân vùng hoạt động của sét

Trong đó :

 1 : Thời gian đầu sóng, là thời gian mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại trong khoảng ( 1 ÷ 100) s với tiên đạo đầu tiên và với ( 5 ÷ 50 ) s với tia sét lặp lại

Hình 1-5: Cực tính dòng điện sét

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh

SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 11

 2 : Độ dài sóng dòng điện sét là thời gian từ đầu dòng điện sét đến khi dòng sét giảm bằng ½ biên độ trong khoảng từ (20÷350) ms với các tia sét đầu tiên và với ( 5 ÷ 50 ) s với tia sét lặp lại

Dòng điện sét có trị số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu đến trung tâm điện tích của đám mây dông Trị số dòng điện sét thay đổi trong phạm vi rất rộng, từ vài kA đến vài trăm kA nhưng thường là dưới 50 kA và rất hiếm khi vượt quá 100 kA Dòng điện sét có trị số từ 50 kA đến

100 kA có xảy ra nhưng ít, còn sét có dòng điện từ 100 kA trở lên rất hiếm khi xảy ra, trị số này chỉ dùng để tính toán khi thiết kế bảo vệ chống sét cho các công trình rất đặc biệt có nguy cơ xảy ra cháy hoặc nổ cho các trạm phân phối điện quan trọng

4 Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện

Để đo biên độ dòng điện sét người ta dùng rộng rãi trong hệ thống thiết bị ghi từø

Xác suất xuất hiện dòng điện sét có thể tính gần đúng theo công thức:

Cho vùng đồng bằng: i = e-is /26 = 10-is /60 hay lgi = - is/60 [1]

Cho vùng núi cao: i = 10-is /30 hay lgi = -is/30 [2]

-i là xác suất xuất hiện dòng điện sét có biên độ bằng hoặc lớn hơn is

5 Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện

Để đo độ dốc dòng điện sét a = dis / dt, người ta thường dùng một khung bằng dây dẫn nối vào một hoa điện kế Khi sét đánh vào cột thu sét với độ dốc a thì trong khung sẽ cảm ứng nên một sức điện động bằng Mdis/dt ( M làhệ số hỗ cảm giữa dây dẫn dòng điện sét của cột thu sét với khung ) Điện áp đầu ra của khung:

1 - i cho vùng đồng bằng

2 - i cho vùng cao

U = M(dis / dt)max

Biết được U có thể xác định được độ dốc lớn nhất của sóng dòng điện sét đã chạy qua cột :

amax = (dis / dt)max , kA/s

Xác suất xuất hiện độ dốc có thể tính theo công thức:

Cho vùng đồng bằng: a = e-a/ 15,7 = 10-a/36

hay lga = - a/60

Cho vùng núi cao: a = 10-a/18

hay lga = - a/18

6 Cường độ hoạt động của sét

Cường độ hoạt động của dông sét được xác định bằng số ngày dông trong một năm và xem như trị số trung bình qua nhiều năm quan sát và đo đạc ở những địa phương khác nhau Để xác định đặc tính của chế độ dông sét trên từng vùng, dùng trị số của số lần dông trong một ngày cũng không được chính xác vì số lần sét đánh trong một ngày cũng có sự thay đổi trong phạm vi

24 giờ

Qua công tác thực nghiệm đo đạc ở Liên Xô cũ cũng như một số nước ngoài, người ta đã đưa ra những đại lượng mới chính xác hơn để xác định cường độ hoạt động của dông sét trên những địa phương khác nhau, đó là các trị số của số lần sét đánh trên một Km2 bề mặt

Theo tài liệu “Hướng dẫn thiết kế bảo vệ chống sét cho nhà ở và công trình - CH 305 - 69” của Liên Xô cũ, số lần sét đánh trong một năm vào công trình (khi công trình chưa có hệ thống bảo vệ chống sét) được xác định bằng công thức sau:

6

10

)3)(

3

Trong đó:

S(m) :Chiều rộng của công trình

L( m): Chiều dài của công trình

hx (m): Chiều cao tính toán của công trình n: Số lần sét đánh trung bình trên 1km2 trong một năm xảy ra ở địa phương xây dựng công trình

7 Cực tính của sét

Số liệu quan trắc ở nhiều nơi trong nhiều năm cho thấy, sóng dòng điện sét mang điện cực âm xuất hiện nhiều hơn và chiếm khoảng 80 - 90 toàn bộ số lần phóng điện sét

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh

CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP THEO PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI

I QUAN ĐIỂM HÌNH THÀNH

Một thời gian dài, để chống sét trực tiếp vào công trình, người ta thường dùng các phương pháp như: kim Franklin, lồng Faraday hay kết hợp lồng và kim Tuy nhiên thực tế các thiết bị nêu trên hoạt động kém hiệu quả

Qua quan sát 30 năm trở lại đây, có loại điện cực thu sét được cải tiến như : loại điện cực phóng xạ, loại điện cực phát xạ sớm đã được ứng dụng vào thực tiễn

Trên thị trường Việt Nam hiện nay đang dùng các loại đầu thu phát xạ sớm (ESE), gồm có Prevectron của hãng Indelec (Pháp), EF của hảng EF Carrich System (Thụy Sĩ ), Dynasphere, Inteceptor của hãng Global Lightning Technologies - GLT( Úc )…Trong đó Dynasphere, Inteceptor là được sử dụng nhiều nhất

II KIM THU SÉT PHÁT XẠ SỚM

1.Cấu Tạo thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo bao gồm

- Kim thu sét trung tâm bằng đồng điện phân hoặc thép, hợp kim không rỉ Kim này

có tác dụng tạo một đường dẫn dòng sét liên tục từ tia tiên đạo và dẫn xuống đất thông qua dây thoát sét

- Bọc bên ngoài là thiết bị tạo ion, giải phóng ion và chủ động phát ra tia tiên đạo

sớm lên phía trên, nhanh hơn bất kì đỉnh nhọn nào lân cận Nhờ thiết bị này mà đầu thu sét có thể tạo ra vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ an toàn cao

2 Về nguyên tắc hoạt động

Trong trường hợp dông bão xảy ra điện trường khí quyển gia tăng khoảng vài ngàn V/m, đầu thu sét sẽ thu năng lượng điện trường khí quyển, năng lượng này được tích trữ trong năng lượng ion hóa Trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện sét có một sự gia tăng nhanh chóng và đột ngột của điện trường khí quyển, ảnh hưởng này tác động đến thiết bị ion hóa giải phóng năng lượng đã tích lũy dạng ion tạo ra một đường dẫn tiên đạo về phía trên, chủ động dẫn sét

* Quá trình ion hóa được đặc trưng bởi:

- Thiết bị ion hóa cho 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

- Sự xuất hiện một số lượng lớn các electron tiên đạo cùng với sự gia tăng của điện

trường có tác dụng rút ngắn thời gian tạo hiệu ứng Corona

- Đầu thu ESE phát ra một đường dẫn sét chủ động về phía trên nhanh hơn bất cứ

điểm nhọn nào gần đó có cùng độ cao

3 Cách xác định vùng bảo vệ

Tùy theo công nghệ chế tạo của từng loại đầu thu mà các nhà sản xuất đưa ra công thức tính toán phạm vi bảo vệ khác nhau

Hình 1.1 : Vùng bảo vệ của đầu thu

Với kim thu Dynasphere phạm vi bảo vệ của được tính theo công thức :

Rp= h.(2.Dh)[L.(2DL)]

Trong đó : L =V T

V : Tốc độ phát triển của tia tiên đạo đi lên (V =1,1m/s)

T : Độ lợi về thời gian của từng đầu kim (thời gian phóng điện sớm)

h : Chiều cao thực kim tính từ mặt bảo vệ

D : Bán kính bán cầu phóng điện:

- D = 20 m với cấp bảo vệ cao (quan trọng)

- D = 45 m với cấp bảo vệ trung bình

- D = 60 m với cấp bảo vệ tiêu chuẩn

Phạm vi bảo vệ của đầu thu Dynasphere được xây dựng trên phương pháp Collection Volume của tiến sĩ A-J Eriksow Phương pháp này được mô tả như sau:

Điện tích Q phân bổ dọc theo luồng điện phóng xuống gây sự tăng nhanh điện trường giữa nó và tiếp điểm đất Khi đạt đến giá trị điện trường tới hạn, tiếp điểm phóng một luồng tiếp nhận lên trên Khoảng cách ở nơi xảy ra sự kiện này gọi là “khoảng cách sét đánh” Điện trường tới hạn phụ thuộc vào cả điện tích phóng xuống và cả khoảng cách tiếp điểm đất Hình 1.1 cho thấy sự hình thành bán cầu khoảng cách sét xung quanh một tiếp đất đơn độc, điện tích phóng càng lớn khoảng cách này càng lớn

Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh

SVTH:ĐạoThiênVũ Trang 41

Hình 1.2 : Vùng thu sét, bán cầu được bao bởi một parapol giới hạn

Hình 1.2 cho thấy thể tích thu trở nên rộng lớn hơn với sự tăng điện tích luồng, có thể nói rằng luồng phóng xuống đi vào một thể tích như thế thì về lý thuyết dòng điện chắc chắn phóng xuống đầu thu Có nghĩa dòng điện sét càng lớn thể tích thu càng lớn

Một chương trình máy tính BENJI do Lighting Protection International Ply LTD xây dựng Nó tính toán mật độ điện trường tương ứng ở mỗi giai đoạn và so sánh sự gia tăng điện trường của các điểm đối diện (các góc và các cạnh toà nhà, ănten, thiết bị…) Sau đó chương trình tính ra điểm nào tạo ra tiên đạo hướng lên đầu tiên gặp tiên đạo hướng xuống Sự phóng điện chính phóng trở lại theo đường tiên đạo mở Có thể tính toán bán cầu thu cho mỗi điểm thích ứng Các đầu thu sét hiện đại đã chứng minh khả năng tạo ra nhiều thể tích thu lớn hơn cột Franklin Một hay nhiều đầu thu như vậy được đặt trên cấu trúc cần bảo vệ để các thể tích thu của chúng phủ lắp trên các thể tích nhỏ tự nhiên ở các điểm nhô ra của cấu trúc Phương pháp này tỏ ra thuận tiện và hấp dẫn cho các chuyên viên áp dụng vào việc thiết kế chống sét

* Trên hình 1.3 ta xét nguyên lý hoạt động của kim thu sét Dynasphere

Trong trường hợp tĩnh điện, quả cầu nối đất qua trở kháng và do dạng hình học của nó hiệu ứng Corona được cực tiểu hóa

Trong trường hợp động, tia tiên đạo sét đi xuống ghép điện dung với bề mặt quả cầu Quả cầu phản ứng lại sự gia tăng điện trường bằng cách tăng thế

Khe phóng điện được hình thành do sự chênh lệch thế giữa quả cầu và kim lệch thế ở giữa

Đánh trượt Parabol

Vùng thu sét

1,0C

O,5C