Chương 10 CHỐNG sét và nối đất

Mặt cắt của phạm vi bảo vệ qua cột thu sét là một tam giác đỉnh chùng với đỉnh kim, đáy nằm trên mặt đất, hai cạnh bên là đường cong lõm nhưng được tuyến hóa thành đường gãy khúc tạo

1 Sự hình thành sét và tác hại của sét

2 Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

3 Bảo vệ chống sét đường dây tải điện

4 Bảo vệ chống sét từ đường dây truyền vào trạm

5 Một số ví dụ bảo vệ chống sét cho các công trình

6 Nối đất

7 Tính toán trang bị nối đất

8 Một số đầu thu sét thế hệ mới

Chương 10 CHỐNG SÉT VÀ NỐI ĐẤT

1 SỰ HèNH THÀNH SẫT VÀ TÁC HẠI CỦA SẫT

- Sự hỡnh thành sột

Quá trỡnh hỡnh thành của sét a) Hỡnh thành mây giông với những vùng mang điện tích trái dấu

b) Dòng tiên đạo phát triển (0,005 ữ 0,01)s

c) Phóng điện chủ yếu (50 ữ 100) à s

d) Loé sáng cuối sét (0,03 ữ 0,05)s

1 2

1 2 3

1 3

is

t c

is

t d

- Qu¸ ¸p c¶m øng ®iÖn hay tÜnh ®iÖn, sinh ra do sù biÕn thiªn rÊt nhanh cña ®iÖn tr êng.

- Qu¸ ¸p c¶m øng tõ, sinh ra do sù biÕn thiªn nhanh chãng cña tõ tr êng.

a) Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét đứng riêng rẽ

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét đứng riêng rẽ là một hình

nón cong tròn xoay đỉnh trùng với đỉnh kim, đáy là một hình tròn

có bán kính bằng 1,50 lần chiều cao của cột (r0=1,50h )

Mặt cắt của phạm vi bảo vệ qua cột thu sét là một tam

giác đỉnh chùng với đỉnh kim, đáy nằm trên mặt đất, hai

cạnh bên là đường cong lõm nhưng được tuyến hóa thành

đường gãy khúc tạo bởi hai đọan thẳng vẽ qua các điểm

đặc biệt có tọa độ như sau: (0,75h; h) và (1,5h; 0,8h) như Phạm vi bảo vệ của một cột thu

sét2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

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 các công trình hoặc dây chống sét

0,75 h 0,75 h 0,75 h 0,75 h

0,2 h

h hx

Rx 2/3 h

Ph¹m vi b¶o vÖ cña mét cét thu sÐt.

b) Phạm vi bảo vệ của cột thu sét kép, tạo bởi hai cột thu sét cao bằng nhau

Phạm vi bảo vệ ở hai bên xác định như trường hợp 2 cột thu sét đứng riêng rẽ; Phạm vi ở giữa hai cột có giới hạn trên là một cung tròn đi qua hai đỉnh kim và tâm cung nằm trên đường trung trực của đoạn thẳng nối liền giữa hai đỉnh kim và có độ cao H bằng 4 lần chiều cao của cột thu sét (H = 4h)

Bán kính của cung tròn xác định bằng công thức:

R = H - h0 = 4h - h0

h0 là chiều cao tại điểm thấp nhất của cung và được xác định bằng công thức:

2 2

0 4 h 9 h 0,25 a

Khi đã biết a và h0 thì chiều cao của cột thu sét được xác định bằng công thức:

2 0

2

0 0 , 183 h 0 , 0357 a h

571 , 0

2.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP

0,75 h 0,75 h

Rx

hx 2/3 h

0,2 h

h

0,75 h 0,75 h

Rx a

Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét có độ cao khác nhau

∆ h23

hx

0,75 h1

0,75 h1

0,75 h1

0,75 h1

1

c) Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét kết hợp:

Hình bên chỉ rõ phạm vi bảo vệ của ba và bốn cột thu sét kết hợp

Phạm vi bảo vệ ở phía ngoài tam giác hoặc đa giác (do vị trí các cột tạo thành) xác định như trường hợp hai cột thu sét phối hợp từng đôi một

Phạm vi ở phía trong tam giác hoặc đa giác hoàn toàn được bảo vệ với điều kiện:

Ph¹m vi b¶o vÖ cña 3 cét chèng sÐt

1

3 bx31

a23 a31

rx 1

rx 3

D

2

rx 2

a12

bx23 bx12

Ph¹m vi b¶o vÖ cña 4 cét chèng sÐt

2

r x2 1

r x1

4 rx

3 rx3 D

a1 2

a2 3

a3 4

a4 1 bx 41

bx 34

bx 23 bx

12

3.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

0,6 h 0,6 h0,6 h 0,6 h

0,2 h

h hx

2/3 h

2bx

Gãc b¶o vÖ vµ ph¹m vi b¶o vÖ cña mét d©y chèng sÐt.

Để bảo vệ chống sét cho đường dây trên không tốt nhất là treo dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây Song biện pháp này rất tốn kém, vì vậy nó chỉ được dùng cho các tuyến đường dây (110÷220) kV Đường dây tải điện trên không điện áp từ 35kV trở xuống cột sắt hay cột bê tông cốt sắt ít được bảo vệ bằng dây chống sét toàn tuyến

Để tăng cường khả năng chống sét cho những đường dây này có thể đặt chống sét ống hoặc tăng thêm bát sứ ở những nơi cách điện yếu, những cột vượt cao, chỗ giao chéo với đường dây khác, những đoạn tới trạm

Những mạng điện đòi hỏi tính liên tục cung cấp điện rất cao thì tốt nhất là dùng đường dây cáp

Dây chống sét: Tuỳ theo cách bố trí dây dẫn trên cột, có thể treo một hoặc hai dây chống sét Các dây chống sét được treo trên đường dây tải điện sao cho dây dẫn của cả ba pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các dây chống sét Biểu diễn phạm vi bảo vệ của một và hai dây chống sét

3.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét là một không gian hình mái nhà che kín toàn bộ các kết cấu của đường dây trên không ở bên trong Mặt cắt ngang của nó có dạng hình tam giác nhưng hai cạnh bên là đường cong lõm, trong tính toán cho phép tuyến tính hóa thành đường gãy khúc tạo bởi 2 đọan thẳng vẽ qua các điểm đặc biệt có tọa độ như sau: (0,6h-h) và (1,2h-0,8h) như hình vẽ.

Phạm vi bảo vệ của một dây chống sét được tính toán qua hai thông số là hx và bx

Ở độ cao:

Ở độ cao:

P h

h 1 h 6 , 0 b

h 3

2

h 1 h 2 , 1 b

h 3

- h là chiều cao của dây chống sét.

- hx là chiều cao của đối tượng được bảo vệ.

- P là hệ số.

3.BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

Đối với đường dây thường lấy tỉ số với điều kiện 200 ≤ α≤ 300.

h

5 ,

5 h

Gãc b¶o vÖ vµ ph¹m vi b¶o vÖ cña hai d©y chèng sÐt.

0,6 h 0,6 h

hx 2/3 h

0,2 h

h

0,6 h 0,6 h a

4.BẢO VỆ CHỐNG SẫT TỪ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN VÀO TRẠM

a Khe hở phóng điện.

Sơ đồ mắc khe hở hỡnh sừng 1- Dây pha; 2 - Khe hở bảo vệ; 3- Khe hở phụ; 4- Dây tiếp địa

1

2

3

4

2 Chống sét ống (CSO hay PT).

Cấu tạo của chống sét ống và cách mắc chống sét ống

1- ống sinh khí; 2 - điện cực thanh.

3- điện cực hỡnh xuyến; 4- Dây tiếp địa.

S2

S1 4

1 2

3 2’’

2’

2 Chèng sÐt van

CÊu t¹o cña chèng sÐt van.

1 2

• Sơ đồ bảo vệ quá điện áp thiên nhiên cho

Sơ đồ bảo vệ quỏ điện thế thiên nhiên cho

trạm máy biến áp công suất nhỏ, điện áp (6 ữ 10)kV

5 MỘT SỐ VÍ DỤ BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CÁC CÔNG TRÌNH

Tác dụng nối đất là để tản vào đất dòng điện sự cố (rò cách điện, ngắn mạch, chạm đất hoặc dòng điện sét) và giữ cho điện thế trên các phần từ được nối đất thấp Theo chức năng của nó, nối đất trong hệ thống điện chia làm ba loại.

Nối đất làm việc có nhiệm vụ bảo đảm sự làm việc của trang thiết bị điện trong các điều kiện bình thường và sự cố theo các chế độ qui định Đó là nối đất trung tính các cuộn dây máy phát, máy biến áp công suất và máy bù, nối đất máy biến áp đo lường, nối đất trong hệ thống pha đất (đất được dùng như một dây dẫn)

Nối đất an toàn hay nối đất bảo vệ có nhiệm vụ bảo đảm an toàn cho người phục vụ khi cách điện của trang thiết bị điện bị hư hỏng gây rò điện Đó là nối đất vỏ máy phát, máy biến áp, vỏ thiết bị điện, vỏ cáp, nối đất các kết cấu các bộ phận kim loại, bình thường có điện thế bằng không, nhưng khi cách điện bị hư hỏng do phóng điện xuyên thủng hay phóng điện mặt có điện thế khác không

Nối đất chống sét nhằm tản dòng điện sét vào đất, giữ cho điện thế của các phần tử được nối đất không quá cao để hạn chế phóng điện ngược từ các phần tử đó đến các bộ phận mang điện và trang thiết bị điện khác Đó là nối đất cột thu sét, dây chống sét, các thiết bị chống sét, nối đất các kết cấu kim loại có thể bị sét đánh

6 NỐI ĐẤT

Trong rất nhiều trường hợp, cùng một hệ thống nối đất đồng thời thực hiện hai hoặc ba nhiệm vụ nói trên.

Các loại nối đất thông thường được thực hiện bằng một hệ thống những cọc thép (hoặc đồng) đóng vào đất hoặc những thanh ngang bằng cùng loại vật liệu chôn trong đất, hoặc cọc và thanh nối liền nhau và nối liền với vật cần nối đất Cọc thường làm bằng thép ống hoặc thanh thanh tròn không rỉ (hoặc mạ kẽm), đường kính từ 3 đến 6 cm, dài từ 2 đến 3m hoặc bằng thép góc 40*40mm.mm,

50*50mm.mm đóng thẳng đứng vào đất, còn thanh ngang bằng thép thanh dẹt tiết diện (3÷5)*(20÷40)mm2 hoặc thép thanh tròn đường kính 10 đến 20mm Cọc và thanh được gọi chung là cực nói đất, thường được chôn sâu cách mặt đất 50 đến 80 cm để giảm bớt ảnh hưởng thời tiết không thuận lợi (quá khô về mùa nắng, bị băng giá về mùa đông) và tránh khả năng bị hư hỏng về cơ giới (do đào hơi cày cuốc)

6 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 hơn giá trị cho phép thì phải thực hiện nối đất nhân tạo

Điện trở nối đất nhân tạo gồm hệ thống cọc thẳng đứng và thanh ngang nối với nhau và được xác định theo BT:

7 TÍNH TOÁN ĐIỆN TRỞ NỐI ĐẤT

đng

R R R

R R

×

=

+

8 MỘT SỐ ĐẦU THU SÉT THẾ HỆ MỚI

Hiện nay, người ta cải tiến kim thu sét nhọn kiểu Franklin thành các loại chính sau:

 Đầu thu phóng điện sớm

 Đầu thu Laser

 Đầu thu dùng chất phóng xạ (bị cấm sử dụng năm 95)

1 Đầu thu phóng điện sớm

Xuất hiện vào khoảng những năm 60-70 của thế kỷ 20 Nguyên lý chung của loại này như sau:

 Khi tia tiên đạo của đám mây giông xuất phát hướng về phía mặt đất thì đầu thu phóng điện sớm có điện tích cảm ứng và có một điện trường tích luỹ một năng lượng trong bộ phận ion hoá.

Khi tia tiên đạo xuống gần, năng lượng trong bộ phận ion hoá tăng nhanh và đột ngột Bộ phận ion hoá giải phóng năng lượng tạo ra nhiều ion và phát triển thành tia mở đường đi lên chủ động đón tia tiên đạo của đám mây giông Nhờ đó PVBV được mở rộng.

1 Đầu thu phóng điện sớm

Thuộc loại này có các đầu thu:

Prevercton-2

1 Hệ thống thu sét trung 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:

CÁC LOẠI ĐẦU THU SÉT DO INDELEC CHẾ TẠO

prevec1 Prevec2 Prevec3.40

CÁC LOẠI ĐẦU THU SÉT DO INDELEC CHẾ TẠO

prevects3.40 prevects2.25 prevec4.50

1 Đầu thu phóng điện sớm

) 2

( )

2

h

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,…

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 Laser có khả năng tạo ra một dòng ion để hướng tia tiên đạo từ đám may giông từ độ cao hàng nghìn mét đi xuống.

Loại đầu này tuy có hiệu quả thu sét cao, nhưng giá thành cao và bộ phận laser dẽ bị hỏng khi sét đánh vào.

Ngoài các cải tiến đầu thu để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp như đã nêu, hiện nay người ta còn sử dụng biện pháp khác là dùng dàn tiêu huỷ sét (dùng thiết bị chống sét bằng cách trung hoà ion): Khi xuất hiện mây giông đến gần, mũi nhọn của thiết bị trung hoà ion phóng lên đám mây để trung hoà điện tích của đám mây này, làm giảm cường độ điện trường của đám mây ngăn không cho đám mây giông hình thành tia tiên đạo phóng xuống công trình.

Giá thành: Truyền thống X; Thu sét cải tiến 2X; Dàn tiêu huỷ 3X.