Chương 10 CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT Sự hình thành sét tác hại sét Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Bảo vệ chống sét đường dây tải điện Bảo vệ chống sét từ đường dây truyền vào trạm Một số ví dụ bảo vệ chống sét cho cơng trình Nối đất Tính tốn trang bị nối đất Một số đầu thu sét hệ SỰ HÌNH THÀNH SÉT VÀ TÁC HẠI CỦA SÉT - Sự hình thành sét 1 1 2 3 is is is t a is t b t c Quá trỡnh hỡnh thành sét a) Hỡnh thành mây giông với nhng vùng mang điện tích trái dấu b) Dòng tiên đạo phát triển (0,005ữ0,01)s c) Phóng điện chủ yếu (50ữ100)às d) Loé sáng cuối sét (0,03ữ0,05)s t d - Tác hại sét * HiƯu øng nhiƯt vµ Sét có hiệu ứng nhiệt cơ, dòng sét có nhiệt độ lớn khoảng 10000 C, thiêu cháy tất vật thể mà dòng sét qua Khi sét đánh vào vật liệu không cháy làm chúng bốc mãnh liệt gây phá vỡ vật thể * Hiệu ứng điện từ Quá điện áp cảm ứng sinh dây dẫn đờng dây tải điện không sét đánh trực tiếp vào đờng dây nh đánh gần đờng dây Do biến thiên nhanh trờng điện từ dòng điện sét giai đoạn phóng điện chủ yếu gây điện áp cảm ứng Quá điện áp cảm ứng gồm có hai thành phần: - Quá áp cảm ứng điện hay tĩnh điện, sinh biến thiên nhanh điện trờng - Quá áp cảm ứng từ, sinh sù biÕn thiªn nhanh chãng cđa tõ trêng 2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP a) Phạm vi bảo vệ cột thu sét đứng riêng rẽ Phạm vi bảo vệ cột thu sét đứng riêng rẽ hình nón cong tròn xoay đỉnh trùng với đỉnh kim, đáy hình tròn có bán kính 1,50 lần chiều cao cột ( r0=1,50h) Mặt cắt phạm vi bảo vệ qua cột thu sét tam giác đỉnh chùng với đỉnh kim, đáy nằm mặt đất, hai cạnh bên đường cong lõm tuyến hóa thành đường gãy khúc tạo hai đọan thẳng vẽ qua điểm đặc biệt có tọa độ sau: (0,75h; h) (1,5h; 0,8h) Phạm vi bảo vệ cột thu sét 2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp dùng cột thu sét (cột thu lôi) cho cơng trình dây chống sét 0,2 h h 2/3 h hx 0,75 h 0,75 h 0,75 h Rx Phạm vi bảo vệ cột thu sét 0,75 h 2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP b) Phạm vi bảo vệ cột thu sét kép, tạo hai cột thu sét cao Phạm vi bảo vệ hai bên xác định trường hợp cột thu sét đứng riêng rẽ; Phạm vi hai cột có giới hạn cung tròn qua hai đỉnh kim tâm cung nằm đường trung trực đoạn thẳng nối liền hai đỉnh kim có độ cao H lần chiều cao cột thu sét (H = 4h) Bán kính cung tròn xác định cơng thức: R = H - h0 = 4h - h0 h0 chiều cao điểm thấp cung xác định công thức: h = h − h + 0,25 a Khi biết a h0 chiều cao cột thu sét xác định công thức: h = 0,571h + 0,183h + 0,0357a Ph¹m vi b¶o vƯ cđa hai cét chèng sÐt cao b»ng ∆h R 0,2 h h0 h 2/3 h hx 0,75 h 0,75 h 0,75 h a Rx 2bx Rx 0,75 h Phạm vi bảo vệ hai cột chống sét có độ cao khác 0,2 h1 h23 R23 0,2 h2 h1 h0 23 h2 hx 0,75 h1 0,75 0,75 h1 h1 0,75 h1 0,75 h2 a23 a12 Rx 2bx23 Rx1 0,75 h2 2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP c) Phạm vi bảo vệ nhiều cột thu sét kết hợp: Hình bên rõ phạm vi bảo vệ ba bốn cột thu sét kết hợp Phạm vi bảo vệ phía ngồi tam giác đa giác (do vị trí cột tạo thành) xác định trường hợp hai cột thu sét phối hợp đôi Phạm vi phía tam giác đa giác hồn tồn bảo vệ với điều kiện: D ≤ (h - hx )P với h > 30m D đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác đường chéo dài đa giác h độ cao cột thu sét hx độ cao cần bảo vệ P hệ số kể Chèng sÐt èng (CSO hay PT) ’’ S2 2 ’ S1 Cấu tạo chống sét ống cách mắc chèng sÐt èng 1- èng sinh khÝ; - điÖn cùc 3- điƯn cùc hình xun; 4- D©y tiÕp ®Þa Chèng sÐt van a) b) Cấu tạo chống sét van c) Sơ đồ bảo vệ điện áp thiên nhiên cho trạm máy biến áp (35ữ110) kV TBA l = (1ữ2) km MC PT (CSO 1) PB (CSV) PT (CSO 2) Sơ đồ bảo vệ quỏ điện thiên nhiên cho trạm máy biến áp công suất nhỏ, điện áp (6ữ10)kV U(t) 200 m MBA PT (CSO) PB (CSV) a) Tr¹m tng áp b) Trạm giảm áp c) MT S VÍ DỤ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC CƠNG TRÌNH NỐI ĐẤT Tác dụng nối đất để tản vào đất dòng điện cố (rò cách điện, ngắn mạch, chạm đất dòng điện sét) giữ cho điện phần từ nối đất thấp Theo chức nó, nối đất hệ thống điện chia làm ba loại Nối đất làm việc có nhiệm vụ bảo đảm làm việc trang thiết bị điện điều kiện bình thường cố theo chế độ qui định Đó nối đất trung tính cuộn dây máy phát, máy biến áp công suất máy bù, nối đất máy biến áp đo lường, nối đất hệ thống pha đất (đất dùng dây dẫn) Nối đất an tồn hay nối đất bảo vệ có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho người phục vụ cách điện trang thiết bị điện bị hư hỏng gây rò điện Đó nối đất vỏ máy phát, máy biến áp, vỏ thiết bị điện, vỏ cáp, nối đất kết cấu phận kim loại, bình thường có điện không, cách điện bị hư hỏng phóng điện xuyên thủng hay phóng điện mặt có điện khác khơng Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét vào đất, giữ cho điện phần tử nối đất không cao để hạn chế phóng điện ngược từ phần tử đến phận mang điện trang thiết bị điện khác Đó nối đất cột thu sét, dây chống sét, thiết bị chống sét, nối đất kết cấu kim loại bị sét đánh NỐI ĐẤT Trong nhiều trường hợp, hệ thống nối đất đồng thời thực hai ba nhiệm vụ nói Các loại nối đất thông thường thực hệ thống cọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất ngang loại vật liệu chôn đất, cọc nối liền nối liền với vật cần nối đất Cọc thường làm thép ống thanh tròn khơng rỉ (hoặc mạ kẽm), đường kính từ đến cm, dài từ đến 3m thép góc 40*40mm.mm, 50*50mm.mm đóng thẳng đứng vào đất, ngang thép dẹt tiết diện (3÷5)*(20÷40)mm2 thép tròn đường kính 10 đến 20mm Cọc gọi chung cực nói đất, thường chôn sâu cách mặt đất 50 đến 80 cm để giảm bớt ảnh hưởng thời tiết không thuận lợi (quá khô mùa nắng, bị băng giá mùa đông) tránh khả bị hư hỏng giới (do đào cày cuốc) TÍNH TỐN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT Xác định điện trở nối đất cho phép theo tiêu chuẩn Xác đinh điện trở nối đất tự nhiên Nếu điện trở nối đất tự nhiên lớn giá trị cho phép phải thực nối đất nhân tạo R R Rnt = Rtn − Rmax axthanh ngang tn nối với xác định theo BT: Điện trở nối đất nhân tạo gồm hệ thống cọc thẳng đứngm Rnt = Rđng× R Rđng+ R MỘT SỐ ĐẦU THU SÉT THẾ HỆ MỚI Hiện nay, người ta cải tiến kim thu sét nhọn kiểu Franklin thành loại sau: Đầu thu phóng điện sớm Đầu thu Laser Đầu thu dùng chất phóng xạ (bị cấm sử dụng năm 95) Đầu thu phóng điện sớm Xuất vào khoảng năm 60-70 kỷ 20 Nguyên lý chung loại sau: Khi tia tiên đạo đám mây giông xuất phát hướng phía mặt đất đầu thu phóng điện sớm có điện tích cảm ứng có điện trường tích luỹ lượng phận ion hố 27 Đầu thu phóng điện sớm Khi tia tiên đạo xuống gần, lượng phận ion hoá tăng nhanh đột ngột Bộ phận ion hoá giải phóng lượng tạo nhiều ion phát triển thành tia mở đường lên chủ động đón tia tiên đạo đám mây giơng Nhờ PVBV mở rộng PVBV đầu phóng điện sớm Cột TS PVBV cột TS 28 Đầu thu phóng điện sớm Thuộc loại có đầu thu: Prevercton-2 Hệ thống thu sét trung tâm Hệ thống điện cực phía Hộp bảo vệ đồng thiết bị tạo ion Hệ thống điện cực phía Và số loại đầu thu khác giới thiệu sau đây: 29 CÁC LOẠI ĐẦU THU SÉT DO INDELEC CHẾ TẠO prevec1 Prevec2 Prevec3.40 30 CÁC LOẠI ĐẦU THU SÉT DO INDELEC CHẾ TẠO prevects3.40 prevects2.25 prevec4.50 31 Đầu thu phóng điện sớm rx = (2 D − ) + ∆L(2 D + ∆L) - chiều cao hiệu dụng đầu thu sét D = 20, 45, 60m tuỳ theo cấp cấp BV (I, II hay III) ∆L = V (m/s).∆T (s) = 10 ∆T Với ∆T độ lợi thời gian loại đầu TS Ví dụ: Loại S4.50 có ∆T = 50; Loại TS2.25 có ∆T = 25,… 32 Đầu thu Laser Loại đầu thu kỹ sư Leonard Ball thiết kế, thử nghiệm vào năm 70 kỷ 20 Khi có giơng sét, đầu thu Laser có khả tạo dòng ion để hướng tia tiên đạo từ đám may giông từ độ cao hàng nghìn mét xuống Loại đầu có hiệu thu sét cao, giá thành cao phận laser dẽ bị hỏng sét đánh vào Ngoài cải tiến đầu thu để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp nêu, người ta sử dụng biện pháp khác dùng dàn tiêu huỷ sét (dùng thiết bị chống sét cách trung hoà ion): Khi xuất mây giơng đến gần, mũi nhọn thiết bị trung hồ ion phóng lên đám mây để trung hồ điện tích đám mây này, làm giảm cường độ điện trường đám mây ngăn khơng cho đám mây giơng hình thành tia tiên đạo phóng xuống cơng trình Giá thành: Truyền thống X; Thu sét cải tiến 2X; Dàn tiêu huỷ 3X 33 ... VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC CƠNG TRÌNH NỐI ĐẤT Tác dụng nối đất để tản vào đất dòng điện cố (rò cách điện, ngắn mạch, chạm đất dòng điện sét) giữ cho điện phần từ nối đất thấp Theo chức nó, nối đất. .. tử nối đất không cao để hạn chế phóng điện ngược từ phần tử đến phận mang điện trang thiết bị điện khác Đó nối đất cột thu sét, dây chống sét, thiết bị chống sét, nối đất kết cấu kim loại bị sét. .. lường, nối đất hệ thống pha đất (đất dùng dây dẫn) Nối đất an tồn hay nối đất bảo vệ có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho người phục vụ cách điện trang thiết bị điện bị hư hỏng gây rò điện Đó nối đất