Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com Bài : Chống sét nối đất 7.1 Sự hình thành sét tác hại sét Sét phóng điện khí đám mây đất mà tập trung quầng điện tích trái dấu với đám mây hay đám mây mang điện tích trái dấu khoảng cách gần Các đám mây mang điện kết phân tích điện tích trái dấu tập trung chúng phần khác đám mây Đối với khơng khí cường độ điện trường đạt ( 25 30 ) kV/cm2 khơng khí bị ion hố mạnh khơng khí bắt đầu trở thành dẫn điện Ta nghiên cứu phóng điện từ đám may vào đất sau 1 is is is t a) is t b) t c) t d) Hình7 - Quá trình hình thành sét a) Hình thành mây giơng với vùng mang điện tích trái dấu b) Dòng tiên đạo phát triển (0,0050,01)s c) Phóng điện chủ yếu (50100)s d) Loé sáng cuối sét (0,030,05)s Q trình phóng điện sét chia thành ba giai đoạn: - Giai đoạn thứ nhất: Sự phóng điện đám mây đất bắt đầu xuất dòng sáng phát triển xuống đất chuyển động đợt với tốc độ (100 1000) km/s gọi tia tiên đạo tạo điện áp lớn đầu cực ( khoảng triệu vôn ), tia tiên đạo dạng plasma Giai đoạn gọi giai đoạn tiên đạo bậc Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh ====================================================== ========= Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com - Giai đoạn thứ hai: Khi dòng tiên đạo phát triển gần đến đất hay vật dẫn điện nối với đất tạo điện trường cực lớn với đất làm ion hố mãnh liệt khơng khí tia tiên đạo mặt đất giai đoạn thứ hai bắt đầu, giai đoạn phóng điện chủ yếu sét Trong giai đoạn điện tích dương đất ( sóng điện tích ) di chuyển hướng từ đất theo dòng tiên đạo với tốc độ lớn ( 6.104 5.106 ) km/s chạy lên trung hoà điện tích âm dòng tiên đạo Khơng khí dòng phóng điện nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10.0000 C giãn nở nhanh tạo thành sóng âm Sự phóng điện sét mơ tả (hình 7-2) Xung thứ hai Xung thứ a) Tiên đạo bậc Xung thứ ba Tiên đạo mũi tên Dòng phóng điện chủ yếu 50 100 s b) Dòng tiên đạo 0,005 0,01s Loé sáng cuối sét 0,03 0,05 s Hình 7- Sự phóng điện sét a) Hình ảnh loé sáng phóng điện sét nhận buồng ảnh b) Sự biến thiên theo thời gian dòng điện sét - Giai đoạn thứ ba phóng điện sét: giai đoạn kết thúc di chuyển điện tích mây mà từ bắt đầu có phóng điện loé sáng biến Thường phóng điện sét gồm loạt phóng điện dịch chuyển điện tích từ phần khác đám mây Tiên đạo lần phóng điện sau theo dòng ion hố ban đầu Vì chúng phát triển liên tục gọi tiên đạo dạng mũi tên (hình 7-2 ) 7.2 Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Cột thu sét (cột thu lôi) Để bảo vệ sét đánh trực tiếp cho thiết bị điện cơng trình khác đặt trạm biến áp người ta dùng cột thu sét (còn gọi cột thu lơi ) Cột thu sét có tác dụng hướng phóng điện sét vào dẫn xuống đất để bảo vệ cơng trình xung quanh khỏi bị sét đánh trực tiếp Ban đầu tia tiên đạo phát triển theo hướng điện trường, Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh ====================================================== ========= Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com tia tiên đạo phóng điện đến độ cao H so với mặt đất Vì đầu kim thu sét có hiệu ứng mũi nhọn, điện trường lớn so với xung quanh điều kiện phóng điện thuận lợi Vì tia tiên đạo phát triển phía kim thu sét phóng điện vào H gọi độ cao định vị, h độ cao cột thu sét H = ( 10 20 ) h Như cột thu sét cao ( h lớn ) việc thu sét tốt, song cao được, phải đảm bảo điều kiện kinh tế, an tồn thi cơng Cột thu sét gồm có kim thu sét, dây dẫn sét xuống đất với trang bị nối đất, thực tế gọi phận thu sét, phận dẫn sét phận nối đất Bộ phận thu sét thép tròn có 12mm đầu nhọn có tráng kẽm Bộ phận dẫn sét dây thép có 8mm nối từ phận thu sét tới phận nối đất Bộ phận nối đất cọc thép thép hàn với chơn đất để phân tán dòng điện sét vào đất Kích thước, số liệu kĩ thuật phận tra cứu phần phụ lục Phạm vi bảo vệ cột thu sét Không gian xung quanh gần cột thu sét mà vật bảo vệ đặt khả bị sét đánh gọi phạm vi bảo vệ cột thu sét Cho đến có cách xác định phạm vi bảo vệ thực nghiệm mơ hình Tuy nhiều nhược điểm qua thời gian dài kiểm nghiệm thực tế, kết mơ hình chấp nhận với độ tin cậy lớn Theo quy phạm thiết kế chống sét cho cơng trình kiến trúc, phạm vi bảo vệ cột thu sét xác định sau: Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh ====================================================== ========= Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com 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 = 1,50 h Để đơn giản, tính tốn thực tế, cách gần người ta coi hình nón cong tròn xoay hình nón gẫy tròn xoay (hình 7-3) 0,2 h h 2/3 h hx 0,75 h 0,75 h 0,75 h 0,75 h Rx Hình 7-3 Phạm vi bảo vệ cột thu sét Mặt cắt đứng phạm vi bảo vệ, giới hạn đường sinh gãy khúc, hai đoạn thẳng tạo thành Một đoạn nối từ đỉnh kim đến điểm mặt đất cách chân cột thu sét 0,75h, đoạn nối từ điểm cột thu sét độ cao 0,8h tới điểm mặt đất cách chân cột thu sét 1,5h Ở độ cao hx bất kì, bán kính bảo vệ cột thu sét Rx xác định công thức sau đây: hx h h - Nếu x h - Nếu Rx = 1,5(h - 1,25hx).P Rx = 0,75( h - hx ).P Với: - h 30m P = - h > 30m P = 30 h Trường hợp biết Rx hx chiều cao cột thu sét xác định công thức sau: Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh ====================================================== ========= Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com hx R 1,9h x 2,67 h x 1,5 Rx hx R 0,75h x 2,67 h x - Nếu 0,75 Rx - Nếu b) Phạm vi bảo vệ cột thu sét kép, tạo hai cột thu sét cao (hình 7-5 ) 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 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 Trong đó: - h0 chiều cao điểm thấp cung xác định công thức: h0 = 4h - 9h 0,25a Khi biết a h0 chiều cao cột thu sét xác định công thức: h 0,571h 0,183h 0,0357a Mặt cắt ngang phạm vi bảo vệ điểm thấp hai cột thu sét hoàn toàn giống phạm vi bảo vệ cột thu sét đứng riêng rẽ có chiều cao h0 Mặt cắt cho phép xác định bề rộng phạm vi bảo vệ mặt điểm hai cột thu sét theo công thức sau đây: hx bx = 1,5(h - 1,25hx) h0 h - Nếu x bx = 0,75(h - hx) h0 - Nếu R h 0,2 h h0 h 2/3 h hx 0,75 h 0,75 h a 0,75 h 0,75 h Tuyên bố quyền: Rx Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất 2bxcả hình thức kinh doanh ====================================================== Rx ========= Hình 7- Phạm vi bảo vệ hai cột chống sét cao Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com Khi biết bx hx, chiều cao thấp vùng bảo vệ hai cột thu sét xác định theo công thức: hx b 1,875h x 2,67 h x bx 1,5 hx b 0,75h x - Nếu 2,67 h x 0,75 bx - Nếu Chú ý: Để hình thành vùng bảo vệ hai cột thu sét chiều cao cột khoảng cách hai cột phải thoả mãn điều kiện: a 28 bx > h c) Phạm vi bảo vệ hai cột thu sét có độ cao khác Phạm vi bảo vệ hai bên xác định trường hợp hai cột đứng riêng rẽ Phạm vi bảo vệ hai cột xác định sau: Từ đỉnh cột thu sét thấp vạch đường thẳng ngang cắt đường sinh giới hạn phạm vi bảo vệ cột thu sét cao Tại giao điểm coi có cột thu sét giả định cao cột thu sét thấp Phạm vi bảo vệ cột thu sét thấp cột thu sét giả định giống trường hợp hai cột thu sét cao mục b Muốn hình thành vùng bảo vệ thu lôi kép trường hợp phải thoả mãn a 23 28 h2 điều kiện: Trong đó: - a23 khoảng cách cột thu sét thấp cột thu sét giả định - h2 chiều cao cột thu sét thấp Thí nghiệm cho thấy khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột thu sét có bán kính R = 3,5h Như hai cột đặt cách khoảng: a = 2R = 7h điểm nằm mặt đất khoảng hai cột khơng bị sét đánh Từ suy với hai cột thu sét cách a < 7h bảo vệ độ cao hx, xác định biểu thức: a Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh h - hx = a Hay: hx = h - ====================================================== ========= Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com Nếu cột thu sét có chiều cao h > 30m hx xác định theo biểu thức: hx h a 5,5 30 với P 7P h h 0,2 h1 h23 R23 0,2 h2 h1 h0 23 h2 hx 0,75 h1 0,75 h1 0,75 h1 0,75 h1 0,75 h2 0,75 h2 a23 a12 Rx 2bx23 Rx1 d)Phạm vi bảo vệ nhiều cột thu sét kết hợp Hình 8-11 8-12 rõ phạm vi bảo vệ ba bốn cột thu sét kết hợp Hình 7- Phạm vi bảo vệ hai cột chống sét có độ cao khác rx2 bx12 a12 bx23 rx1 a23 D bx41 a41 rx3 a34 bx34 Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh rx4 ====================================================== ========= Hình 8- 12 Phạm vi bảo vệ cột chống sét Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com Phạm vi bảo vệ phía ngồi tam giác đa giác (do đỉnh cột tạo thành) xác định trường hợp hai cột thu sét phối hợp đơi Phạm vi phía tam giác đa giác hoàn toàn bảo vệ với điều kiện: D (h - hx ) với h 30m D (h - hx )P với h > 30m Trong đó: - 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 Một số điểm cần ý bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Kĩ thuật bảo vệ chống sét cho loại thiết bị khác có nêu tỉ mỉ quy trình quy phạm Nhà nước nhắc tới điểm Cột thu sét đặt độc lập đặt thiết bị cần bảo vệ Những cột độc lập làm thép ống, độ cao lớn 20 mét làm cột hàn khung mắt cáo Nếu dùng cột bê tơng cốt thép rẻ hơn, chí dùng cột tre gỗ Nếu cột thép dùng làm đường dẫn dòng điện sét xuống đất; Nếu dùng cột tre, gỗ phải dùng dây dẫn dòng điện sét xuống đất Để bảo đảm dây không bị phá huỷ có dòng điện sét qua tiết diện dây không nhỏ 50 mm2 Để tránh tượng mang áp cao vùng nối đất xấu, không dùng dây néo để giữ cột thu lơi Để bảo đảm tiếp xúc tốt, nói chung điểm tiếp xúc phải hàn, dùng bulông để giữ chỗ nối phải có tiết diện gấp đôi tiết diện dây Các dây dẫn sơn tráng kẽm để tránh han gỉ Phải định kì kiểm tra mạng lưới chống sét vào kì trước mùa mưa Ngồi cần ý khoảng cách cần thiết cột thu sét vật bảo vệ Nói chung tất vật bảo vệ phải nằm trọn vẹn phạm vi bảo vệ cột thu sét, đồng thời chúng phải cách cột thu sét khoảng định (hình 2-13) Cột thu sét h Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh ====================================================== Vật lkk ========= hx bảo vệ lđ Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com Điều kiện cần thiết để chọn khoảng cách khơng khí đất cột thu sét vật bảo vệ: lkk 0,3.Rxk + 0,1hx lđ 0,5.Rxk Trong đó: - lkk khoảng cách tối thiểu khơng khí - Rxk điện trở nối đất xung kích thu sét - hx độ cao vật bảo vệ - lđ khoảng cách tối thiểu đất (giữa cực nối đất cột sét vật bảo vệ) 7.3 Bảo vệ chống sét cho đường dây tải địên Trong vận hành, cố cắt điện sét đánh vào đường dây tải điện khơng chiếm tỉ lệ lớn tồn cố hệ thống điện Bởi vậy, bảo vệ chống sét cho đường dây có tầm quan trọng lớn việc đảm bảo vận hành an toàn cung cấp điện Để bảo vệ chóng sét cho đường dây, tốt treo dây chống sét toàn tuyến đường dây Song biện pháp tốn kém, dùng cho tuyến đường dây (110220)kV cột sắt cột bê tông cốt sắt Đường dây tải điện không điện áp từ 35kV trở xuống cột sắt hay cột bê tông cốt sắt bảo vệ dây chống sét toàn tuyến Để tăng cường khả chống sét cho đường dây đặt chống sét ống tăng thêm bát sứ nơi cách điện yếu, cột vượt cao, chỗ giao chéo với đường dây khác, đoạn tới trạm Những đường dây yêu cầu mức an tồn liên tục cung cấp điện cao tốt dùng đường dây cáp Dây chống sét: Tuỳ theo cách bố trí dây dẫn cột, treo hai dây chống sét Các dây chống sét treo đường dây tải điện cho dây dẫn ba pha nằm phạm vi bảo vệ dây chống sét Biểu diễn phạm vi bảo vệ hai dây chống sét (hình 8-7a,b) Phạm vi bảo vệ dây chống sét (tương đương với cột thu sét) Dải bảo vệ bx xác định theo công thức: Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh ====================================================== ========= Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com h - Nếu hx - Nếu hx h h b x 0,6h 1 x P h h b x 1,2h 1 x P 0,8h Trong đó: - h chiều cao cột - hx chiều cao đối tượng bảo vệ - P hệ số Nếu h 30m P = 30 Nếu h > 30m P 2/3 h h 0,6 h 0,2 h h hx 0,6 h 0,6 h 0,6 h 2bx Hình 7- Góc bảo vệ phạm vi bảo vệ dây chống sét Phạm vi bảo vệ hai dây chống sét song song xác định trường hợp dây chống sét Riêng phạm vi bảo vệ phía hai dây giới hạn cung tròn qua dây chống sét điểm có độ cao h a Đối với cột điện thông thường, dây dẫn bảo vệ chắn góc bảo vệ khơng q 300 Giảm góc bảo vệ làm giảm xác suất sét đánh vào dây dẫn lại làm tăng giá thành phải tăng chiều cao cột Đối với đường dây thường lấy tỉ số a với điều kiện 200 300 h Điện trở nối đất dây chống sét xác định theo cơng thức: Rxk = xk.Rd Trong đó: - Rxk điện trở nối đất xung kích nối đất (khi có dòng điện xung kích chạy qua) - Rd điện trở nối đất có dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp 50Hz chạy qua - xk hệ số xung kích nối đất phụ thuộc hình dáng kích thước điện cực, điện trở suất đất, biên độ độ dốc đầu sóng dòng điện sét Nó dao động phạm vi rộng ( 0,251,2 ), tính tốn tra sổ tay phần phụ lục 10 Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh ====================================================== ========= Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com - Chống sét ống có lắp 4, nắp gắn với thiết bị nối đất, nắp có đục lỗ để khí ngồi (khi phát sinh hồ quang) - Khe hở S1, tạo nên nắp điện cực có nhiệm vụ dập hồ quang, khe hở S2 tạo nên nắp (2’) điện cực 2’’ có nhiệm vụ cách ly thân chống sét ống khỏi điện áp cao, không vật liệu làm ống bị điện áp làm già hố gây nên dòng điện rò b) Ngun lí làm việc Khi có sóng điện áp tác dụng, khe hở ngồi bị chọc thủng, dòng điện sét tháo xuống đất Nhưng hết sóng điện áp, tác dụng điện áp làm việc có hồ quang khe hở Dưới tác dụng hồ quang điện, vật liệu sinh khí ống bị đốt cháy sinh khí mạnh, áp suất ống tăng lên đến hàng chục át mốt phe, thổi mạnh hồ quang miệng ống dập tắt hồ quang c) Đặc điểm chống sét Ống Khả dập hồ quang chống sét ống phụ thuộc vào khe hở kích thước ống Ứng với khoảng cách định, đường kính ống định, dập hồ quang dòng điện định Nếu dòng điện q nhỏ khơng đủ khí để dập hồ quang Nếu dòng điện q lớn sinh lượng hồ quang lớn pha huỷ chống sét ống Vì số liệu kĩ thuật chống sét ống có cho giới hạn dòng điện Ví dụ: Chống sét ống Liên Xơ chế tạo có kí hiệu: PT 35 0,5 Kí hiệu có nghĩa chống sét ống có điện áp định mức 35kV, dòng điện dập nhỏ Imin = 0,5 kA, dòng điện dập lớn Imax = kA Ưu điểm chống sét ống đơn giản, tương đối rẻ tiền Nhược điểm chống sét ống sau làm việc vật bảo vệ chịu sóng cắt với độ dốc lớn tác dụng, sóng nguy hiểm máy biến áp Vì để bảo vệ máy biến áp người ta dùng chống sét van: chống sét van khắc phục nhược điểm chống sét ống Khi chọn sử dụng chống sét ống cần ý: +) Chọn chống sét ống theo điện áp định mức mạng Uđm csô = Uđm mạng +) Tính tốn tìm hai trị số dòng điện ngắn mạch lớn IN max IN nơi đặt chống sét ống +) Đặc tính Vơn - giây chống sét ống phải thấp đặc tính Vơn - giây thiết bị bảo vệ +) Phải theo dõi số lần tác động chống sét ống +) Khi lắp đặt chống sét ống phải ý tới khu vực khí, khơng có chướng ngại vật đường khí +) Phải coi trọng cơng tác bảo quản thường xun có tượng phóng điện bề mặt Những nơi hay mưa gió chống sét ống nên đặt nghiêng 600 so với phương nằm ngang, nơi khác bình thường đặt nghiêng 450 Chống sét van (CSV hay PB) 13 Tuyên bố quyền: Là tài liệu hỗ trợ học tập nghiêm cấm tất hình thức kinh doanh ====================================================== ========= Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only thien731987@gmail.com Chống sét van thiết bị chống sét tốt, có độ tin cậy cao dùng phổ biến để bảo vệ cho trạm biến áp, trạm phân phối máy phát điện a) Cấu tạo Cấu tạo chống sét van gồm: - Bên ngồi ống sứ cách điện ( hình – a ) - Khe hở phóng điện (chứa bên chống sét van, hình (7- 9b), khe hở phóng điện phân nhiều khe hở nhỏ để tăng khả dập hồ quang chế tạo bở cặp đồng dập định hình, địa Mêca chế tạo thành khe hở phóng điện hình vành khăn Một chống sét van có nhiều cặp khe hở phóng điện tổ hợp thành Môdul a) c) b) Hình - Cấu tạo chống sét van - Điện trở làm việc điện trở phi tuyến (hình - 9c), gồm điện trở vilit chế tạo hạt Cácborun (SiC) kỹ thuật điện gắn sứ Bản thân hạt Cácborun có điện trở suất nhỏ khoảng /cm, bề mặt hạt có lớp màng mỏng khoảng 10-6cm phần tử ôxit Silic Khi điện áp nhỏ, điện trở suất lớp màng mỏng lớn (106108).cm Khi điện áp đặt lên lớn điện trở lớp giảm xuống chuyển động số lượng điện tử tự tăng lên Tính chất điện trở vilit thể đặc tuyến V-A, quan hệ dòng điện xung kích i điện áp điện trở U, ( hình – 10 ) U = C.i Trong đó: - hệ số van vilit (0,20,22) - C số Sự phụ thuộc điện trở Vilit vào điện áp đặt lên thể (hình - 11) U =1 R =0 0