Nghiên cứu ảnh hưởng của đường dây điện lực sang đường dây thông tin

NGUYỄN THANH HẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THANH HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TIN HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TIN HỌC KHOÁ 2009 Hà Nội – Năm 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THANH HẢI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TIN HỌC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TIN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG Hà Nội – Năm 2011 MỞ ĐẦU Ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin vấn đề quan trọng việc bảo vệ an toàn cho người, cơng trình thơng tin, chất lượng dịch vụ thông tin cần cung cấp Đây vấn đề mà Liên minh viễn thông quốc tế ( International Telecommunication Union – ITU ) quan tâm nghiên cứu, nhiều khuyết nghị lĩnh vực xây dựng ban hành Tại Việt Nam, có số nghiên cứu ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin thu hút quan tâm nhiều ngành liên quan điện lực, bưu điện, quân đội, đường sắt…và có số quy định, quy phạm, tiêu chuẩn ban hành Các kết nghiên cứu cho thấy, điều kiện hoạt động bình thường, tượng cảm ứng đường dây điện lực gây nhiễu tín hiệu hệ thống thơng tin Đặc biệt, có cố ngắn mạch dây pha với đất đường dây điện lực đường dây thơng tin song song với đường dây điện lực có nguy phải chịu điện áp cảm ứng có trị số lớn gây nguy hiểm cho người làm hỏng thiết bị thơng tin Ngồi ra, trường hợp đường dây điện lực đường dây thông tin sử dụng chung đường cột vị trí giao chéo đường dây điện lực đường dây thơng tin, có nhiều nguy xảy tiếp xúc trực tiếp hai đường dây Mặc dù thực tế cơng trình cố gắng thiết kế để giảm thiểu tình này, tiếp xúc trực tiếp coi yếu tố nguy hiểm chúng tạo dịng điện điện áp cao cơng trình thơng tin Như trình bày trên, việc nghiên cứu ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin việc làm cần thiết việc bảo vệ cơng trình thơng tin nói chung đường dây thơng tin nói riêng Với mục tiêu nhằm đưa nhìn tổng thể vấn đề ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin, đặc biệt đưa phương pháp tính tốn dịng điện, điện áp cảm ứng đường dây thông tin, áp dụng tính tốn ảnh hưởng đường dây điện lực cụ thể, đề xuất giải pháp phòng chống ảnh hưởng trường hợp ảnh hưởng vượt giới hạn cho phép, định lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin ” Luận văn nghiên cứu hoàn thành hướng dẫn Thầy giáo PGS.TS Nguyễn Quốc Trung, Khoa Điện tử Viễn thông – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tuy nhiên, thời gian có hạn nên khó tránh khỏi khiểm khuyết, em mong nhận ý kiến đóng góp Thầy giáo, Cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đạt kết tốt CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN Ảnh hưởng đường dây điện lực đường dây thông tin thường biết đến trường hợp sau: - Các đường dây điện lực vận hành bình thường xảy cố ( ví dụ, ngắn mạch pha ) tạo trường tĩnh điện trường điện từ Các trường tạo sức điện động dịng điện cảm ứng đường dây thơng tin gần, gây ảnh hưởng nguy hiểm đến người làm việc với cáp thông tin ( lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa…), đồng thời làm ảnh hưởng đến hoạt động bình thường mạng thơng tin - Tại khu vực trạm biến áp cột điện đường dây cao áp thường xảy tượng tăng đất Khi hệ thống điện lực có cố, xuất dịng điện chảy vào đất thông qua hệ thống tiếp đất điện lực ( ví dụ, hệ thống tiếp đất trạm biến áp cột điện cao áp ) Dòng điện làm tăng điện hệ thống tiếp đất so với đất xa thời gian xảy cố đường dây điện lực - Các ảnh hưởng nói sinh thông qua chế ghép điện, ghép từ ghép dẫn Chương để trình bày tổng quan ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường thông tin phương pháp chung để hạn chế ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin 1.1 CÁC CƠ CHẾ GHÉP ĐIỆN Hiện tượng ghép điện hệ thống điện lực hệ thống thông tin xuất dạng ghép Thông thường kết hợp loại ghép: ghép điện dẫn, ghép điện dung, ghép điện cảm Nhưng ln có dạng ghép chiểm ưu thế, dễ dàng phân tích ảnh hưởng sở kết hợp dạng ghép điện khác 1.1.1 Ghép điện dung Hiện tượng ghép điện dung xảy đường dây điện lực đường dây thơng tin song song có chiều dài tương đối lớn so với khoảng cách hai đường dây, đường kính dây Do tượng ghép điện dung, điện trường sinh điện áp đường dây điện lực tạo điện áp đường dây thông tin Hiện tượng ghép điện dung biểu diễn cách đơn giản hình vẽ 1.1 Mạch Đường dây điện lực ∼ CPT Ztải ZPT Mạch Nguồn tín CTG Z0 Hình 1.1 Ghép điện dung đường dây điện lực đường dây thông tin Theo chế ghép này, điện dung C PT xuất hai đường dây có trị số R R thay đổi theo khoảng cách hai mạch ( điện lực – mạch thông tin – mạch ) – giá trị lớn khoảng cách ngắn ngược lại Mức điện áp xuất đường dây thông tin phụ thuộc vào độ lớn trị số điện dung phụ thuộc vào trở kháng đường dây thông tin đường dây điện lực ( Z PT ), trở kháng R R đường dây thông tin đất ( Z ) Để hạn chế điện áp nhiễu ghép điện dung, phải R R giảm nhỏ giá trị điện dung C PT tăng giá trị trở kháng Z PT , Z Để giảm giá trị R R R R R R điện dung C PT , áp dụng biện pháp che chắn cho cáp R R Ngoài ra, yếu tố điện dung đường dây điện lực đất ( C PT ), điện R RP P dung đường dây thông tin đất ( C TG ) trở kháng đường dây điện lực R R đường dây thơng tin ( Z PT ) ( xem hình 1.1 ) góp phần làm tăng điện áp cảm ứng R R ghép điện dung hai đường dây 1.1.2 Ghép điện dẫn ( ghép Galvanic ) Hiện tượng ghép điện dẫn xảy hai mạch có nhánh chung biểu diễn cách đơn giản hình 1.2 Nhánh chung Z1 Z2 V1 Z12 Mạch V2 Mạch Hình 1.2 Ghép điện dẫn đường dây điện lực đường dây thông tin Ghép điện dẫn chia làm loại: - Tiếp xúc điện Đây trường hợp trang thiết bị thông tin tiếp xúc với dây dẫn điện lực Hiện tượng thường xảy cáp, đường dây thông tin treo chung cột điện lực vị trí hai đường dây giao chéo - Tăng đất Đối với hệ thống điện có cố ngắn mạch xuống đất dịng chạy đất làm tăng đất, so với đất xa ( đất chuẩn ), vị trí dịng điện vào khỏi đất ví dụ, mạch có trung tính nối đất trực tiếp xuất dịng ngắn mạch hàng ngàn ampe, dịng tạo chênh lệch điện hàng ngàn vôn so với đất xa Trong trường hợp này, phận hệ thống thông tin nằm gần hệ thống đất có điện cao Do vậy, điện trở thành phần thông tin nhỏ xuất chênh lệch điện gây nguy hiểm Giá trị điện phụ thuộc vào phương pháp vận hành mạng, loại cố, giá trị dòng điện ngắn mạch, vị trí hệ thống thơng tin cơng trình điện trị số điện trở suất đất Để xác định phạm vi vùng nguy hiểm xảy ra, cần xen xét xác suất xảy cố khoảng thời gian cố 1.1.3 Ghép điện cảm Hiện tượng ghép điện cảm xảy hỗ cảm hai mạch biểu diễn cách đơn giản hình 1.3 Khi dịng điện chạy mạch có tải kết cuối, tạo từ trường xung quanh dây dẫn Độ lớn từ trường thay đổi tỉ lệ thuận với dòng điện tỉ lệ nghịch với khoảng cách hai mạch Từ trường làm xuất điện áp nhiễu cảm ứng mạch lân cận, điện áp tạo dòng điện mạch bị ảnh hưởng Giá trị hỗ cảm phụ thuộc vào cấu hình dây dẫn, vị trí tương đối đường dây Ngồi ra, tượng ghép điện cảm cịn phu thuộc vào yếu tố quan trọng khác, môi trường xung quanh hai đường dây Khi cáp thông tin đặt ống kim loại giá cáp, tác dụng che chắn ống giá cáp làm suy giảm phân tám nguồn nhiễu Đường dây điện lực Mạch Nguồn tín hiệu Lhỗ cảm Mạch M ∼ Ztải Lhỗ cảm VM Z0 Hình 1.3 Ghép điện cảm đường dây điện lực đường dây thông tin Trong loại ghép nêu trên, ghép điện cảm có xác suất xảy nhiều gây nhiễu điều kiện hoạt động bình thường điều kiện cố hệ thống điện lực Nhiễu liên tục thường xuất cân điện cân cấu hình hệ thống điện lực, cịn nhiễu đột biến sinh có cố xung đột biến đóng ngắt hệ thống điện lực - Ghép điện cảm cân hệ thống điện lực Ngay đường dây điện lực đạt cân điện cấu hình, khác khoảng cách dây pha đường dây điện lực với đường dây thông tin gây tượng ghép mức độ khác Nếu dây điện lực đường dây thông tin đặt cách khoảng cách đủ lớn so với khoảng cách dây pha, bỏ qua ảnh hưởng ghép điện cảm cân cấu hình Sự cân tải yếu tố quan trọng hoạt động hệ thống điện lực Trong mạch truyền tải, cân tải đạt tương đối dễ dàng, lại khó đạt cân cấu hình, thực đảo vị trí dây pha Trong mạch phân phối ngược lại Mặc dù tất thiết bị phụ, đường dây nhánh bố trí cho tải cân nguồn ( ví dụ máy biến áp phân phối ), có rẽ nhánh nên tải điểm xa so với nguồn thường cân mức độ cao - Ghép điện cảm cố hệ thống điện lực Sự cố nghiêm trọng thường xuyên xảy nhất, gây điện áp cảm ứng cố ngắn mạch pha – đất Đối với mạng điện có điểm trung tính cách ly với đất khơng có điểm trung tính ( mạch tam giác ), cố ngắn mạch pha – đất tạo dòng rò nhỏ ( dịng qua đất ), đường trở nguồn qua điện dung phân phối so với đất pha khơng bị rị Do trị số dịng rị nhỏ nên khơng gây nguy hiểm tác động đáng kể đến thành phần cách điện pha không bị cố thực tế khó phát khắc phục cố Trường hợp cố ngắn mạch hai pha vị trí riêng biệt với đất ( rị đất kép ), dịng rị đáng kể có khả gây ghép điện cảm đủ để ảnh hưởng đến đường dây thông tin Các mạng điện lực trung tính nối đất có điểm nối đất nhiều điểm nối đất Dòng rò pha – đất mạng có trung tính nối đất điểm nhỏ so với dòng rị mạng trung tính nối đất nhiều điểm Do vậy, đường dây điện lực trung tính nối đất điểm bị rò ngắt chậm mạng dây trung tính nối đất nhiều điểm Các mạng điện nhiều điểm nối đất có dịng rị pha – đất lớn có trở kháng tiếp đất nhỏ Nếu cơng trình thơng tin tiếp đất tốt cách nối với trung tính điện lực, làm giảm ảnh hưởng nguy hiểm 1.2 VÙNG GIỚI HẠN XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC Trong thực tế, ảnh hưởng ghép điện từ đường dây điện lực sang đường dây thông tin gần đáng kể phạm vi định Phạm vi quy ước xác định tuỳ theo chế ghép phụ thuộc vào độ lớn điện áp mang đường dây điện lực, chiều dài đường dây bị ảnh hưởng điện trở suất đất 1.2.1 Vùng giới hạn ảnh hưởng ghép điện cảm Trong hầu hết trường hợp ghép điện cảm, vùng ảnh hưởng giới hạn dải có độ rộng a i = km phía đường dây điện lực ( xem hình 1.4 ) R R Trong số trường hợp đặc biệt, ví dụ điện trở suất đất lớn và/ chiều dài bị ảnh hưởng lớn, vùng ảnh hưởng xác định cho trường hợp cụ thể Với trường hợp này, vùng ảnh hưởng xác định theo hướng dẫn hình 1.5 Hình 1.4 Vùng giới hạn ảnh hưởng ghép điện cảm 2) Tần suất thiệt hai sét gây tuyến cáp quang có thành phần kim loại Tần suất thiệt hại sét gây tuyến cáp quang có thành phần kim loại phải thỏa mãn biểu thức sau: Fpa + Fpb + Fps ≤ 0,1 (5.8) Trong đó: F pa : Tần suất thiệt hại sét gây đoạn cáp treo; R R F pb : Tần suất thiệt hại sét gây đoạn cáp chôn; R R F ps : Tần suất thiệt hại sét đánh vào cấu trúc mà tuyến cáp vào R R 3) Các biện pháp chống sét bảo vệ cáp thông tin Để đảm bảo tần suất thiệt hại sét gây tuyến cáp kim loại cáp quang có thành phần kim loại khơng vượt quy định, phải áp dụng biện pháp bảo vệ sau: - Lựa chọn môi trường lắp đặt hợp lý; - Lựa chọn loại cáp có giá trị dòng gây hư hỏng lớn; - Thực tiếp đất cho cáp treo; - Sử dụng thiết bị bảo vệ xung; - Dùng dây che chắn cho cáp chôn ngầm a) Lựa chọn môi trường lắp đặt Khi thiết kế tuyến cáp, phải ý xem xét, lựa chọn mơi trường lắp đặt cho lợi dụng u tố che chắn sẵn có mơi trường xung quanh Hiệu che chắn môi trường thể hệ số môi trường (K e ) sau: R R - Vùng thị có tòa nhà cao tầng ( tầng trở lên): K e = 0,01; - Vùng thi có tồn nhà cao trung bình ( ÷ tầng ): K e = 0,1; - Vùng ven có nhà cửa ( tầng): K e = 0,5; - Vùng nơng thơn khơng có nhà cửa ( đất ): K e = 1; - Vùng nông thơn khơng có nhà cửa ( đất đỉnh đồi ): K e = 2; 88 R R R R R R R R R R b) Lựa chọn cáp có giá trị dịng gây hư hỏng lớn Đối với cáp nằm vùng nguy hiểm hay bị sét đánh, phải lựa chọn cáp có giá trị dịng gây hư hỏng lớn để giảm tần suất gây thiệt hại c) Thực tiếp đất cho tuyến cáp Thực tiếp đất cho cáp treo xẽ làm tăng giá trị dòng đánh thủng vỏ cáp, tăng giá trị dòng sét gây hư hỏng cáp dòng xác định dòng đánh thủng vỏ Phải thực tiếp đất chắn kim loại cáp treo hai đầu tuyến cáp dọc theo tuyến cáp theo quy định TCN 68 – 141: 1999 “ Tiếp đất cho cơng trình viễn thơng” Có thể tăng số lần tiếp đất dây treo cáp ( giảm nhỏ khoảng cách điểm tiếp đất) vùng hay bị sét đánh d) Trang bị dây chống sét ngầm cho cáp chơn Để giảm nhỏ dịng sét đánh vào cáp chôn, dùng dây chống sét ngầm kim loại chơn phía dọc theo tuyến cáp để thu hút một phần dòng sét Như vậy, dây chống sét ngầm có tác dụng làm tăng dịng gây hư hỏng ( I a ) làm giảm tần suất thiệt R R hại Dây chống sét ngầm phải bố trí dọc theo tồn chiều dài đoạn cáp cần bảo vệ kéo dài thêm đoạn Y với Y tính cơng thức: Y ≥ 5.(ρ)1/2, (m) P P (5.9) Trong đó: p: Là điện trở suất đất, Ω.m Giá trị dịng gây hư hỏng (I’ a ) tính công thức: P R P R I’ a =I a /η,(kA) P R P R R (5.10) R Trong đó, η hệ số che chắn e) Lắp đặt thiết bị bảo vệ xung Lắp đặt thiết bị bảo vệ xung điểm cáp nhận trạm để làm giảm tần suất thiệt hại F ps Thiết bị bảo vệ xung phải lựa chọn tuân theo quy định TCN 68 R R 89 – 174: 1998 68 – 167: 1997 Thiết bị bảo vệ xung phải nối dây dẫn kim loại cáp với liên kết đẳng (EBB) nhà trạm Tại độ dài cáp chôn L p = 5ρ1/2 ( với ρ điện trở suất đất, Ω.m) tính từ nhà trạm, phải lắp thêm thiết R R P P bị bảo vệ xung dây dẫn kim loại cáp vỏ cáp ( ống kim loại ) Việc lắp đặt thiệt bị bảo vệ xung làm tăng giá trị dòng đánh thủng vỏ cáp sau: I s = 8.S c (m + R c /R),kA; R R R R R (5.11) R Trong đó: m : Số sợi kim loại lõi cáp; S c : Tiết diện ngang dây dẫn, mm2; R R P P R c : Điện trở đơn vị độ dài sợi kim loại, Ω/km; R R R : Điện trở đơn vị độ dài vỏ cáp ( ống kim loại ), Ω/km; Giá trị đánh thủng vỏ I s tăng dần đến dòng gây hư hỏng I a tăng R R R R 5.3.4 Phân loại biện pháp chống sét Để trì khả làm việc bình thường thiết bị viễn thơng điều kiện hoạt động mạnh dông sét ta cần phải áp dụng cách toàn diện giải pháp bảo vệ nhằm giảm ảnh hưởng bất lợi dông sét đến phần tử mạch mạch Để hạn chế thiệt hại sét gây cơng trình viễn thơng cần phải thực bao gồm: - Giải pháp kỹ thuật khai thác; - Giải pháp kết cấu; - Giải pháp kỹ thuật mạch 1) Giải pháp kỹ thuật khai thác 90 Các giải pháp biện pháp áp dụng khai thác nhằm loại trừ giảm nhỏ tác dụng trực tiếp gián tiếp dông sét, bảo đảm chức tối ưu điều kiện khai thác bình thường cơng trình viễn thơng Các giải pháp bao gồm: - Sắp đặt, bố trí cơng trình viễn thông vùng bảo vệ thu lơi tự nhiên nhân tạo có sẵn ( đặc điểm dùng cho nhà trạm, đường dây trần cáp thông tin dài kể đường dây cung cấp điện cho thiết bị viễn thông ); - Dẫn dịng sét từ phận cơng trình viễn thơng nhanh chóng xuống đất ( chọn cỡ dây thích hợp, điện trở mối nối nhỏ, điện trở tiếp đất bảo đảm yêu cầu); - Sử dụng nguồn điện chỗ cung cấp cho cơng trình viễn thơng, ví dụ; sử dụng acquy, máy nổ, lượng tự nhiên lượng mặt trời, lượng gió,… 2) Giải pháp kết cấu Các giải pháp dựa sở sử dụng kết cấu tối ưu, làm giảm nhỏ ảnh hưởng bất lợi dơng sét đến cơng trình viễn thơng Các giải pháp kết cấu không làm thay đổi mạch khơng có liên quan đến phần tử nút bảo vệ bổ sung Các giải pháp kết cấu bao gồm: - Bảo đảm chế độ cách điện; - Thực cấu hình đấu nối che chắn cho cơng trình viễn thơng khỏi bị ảnh hưởng điện từ bất lợi dông sét; - Thực tiếp đất nút khối cơng trình viễ thơng cách hợp lý; 91 - Sắp đặt phần tử công trình viễn thơng dẽ nhạy cảm bền vững tác động điện từ dơng sét thành nhóm bố trí nơi có che chắn nhằm giảm nhỏ mức tạp âm trường điện từ 3) Giải pháp kỹ thuật mạch Các giải pháp dựa sở thay đổi kết cấu mạch bổ sung phần tử nút bảo vệ điểm cần thiết nhằm làm yếu ảnh hưởng bất lợi sét đến phương tiện vô tuyến điện tử Các giải pháp bao gồm: - Dùng phần tử hạn chế hấp thu lượng sét ( sử dụng thiết bị chống sét); - Dùng mạch khử ghép điện cho dây thông tin bên bên cho phần tử có độ nhạy cảm cao cơng trình viễn thông; - Dùng hệ thống quang điện tử; - Dùng mạch bù tạp âm ( cân ) 5.3.5 Chống sét đánh trực tiếp bảo vệ công trình viễn thơng 5.3.5.1 Hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực Franklin Việc bảo vệ trạm, cột cao viễn thông chống sét đánh trực tiếp thực cách đặt hệ thống chống sét ( thu lôi ), gồm nhiều điện cực Franklin, nhờ xác lập vùng bảo vệ bao quanh tồn cơng trình xây dựng Hệ thống chống sét gồm điện cực thu sét có dạng khác nối với dây dẫn sét, dây dẫn sét lại nối với lưới tiếp đất Các điện cực thu sét đóng vai trị trở thành điểm mục tiêu sét chọn đánh ( vai trò thay cho cơng trình cần bảo vệ ) Mạng dây dẫn sét truyền phóng điện xuống đất, lưới tiếp đất làm tản lượng sét vào đất Hệ thống chống sét phải đặt vị trí thích hợp vùng xác định bảo vệ số phần nhà cơng trình xây dựng ngồi vùng bảo vệ có khả bị sét 92 đánh trực tiếp, có phận nhà nằm vùng bảo vệ hệ thống chống sét lại nằn vùng bảo vệ tự nhiên nhờ cơng trình xây dựng cao khác Trong thực tế thường dùng loại điện cực thu sét có dạng thanh, dạng dây, dạng lưới dạng hỗn hợp Mỗi thu lôi tao xung quanh khoảng khơng gian xác định, xác suất sét đánh vào khoảng không thực tế gần không, tính tốn thường lấy xác suất sét đánh ( 0,5 ÷ )% Khoảng khơng gian gọi vùng bảo vệ thu lôi Phụ thuộc vào loại, số lượng bố trí thu lơi, vùng bảo vệ thu lơi có dạng hình học khác Hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực Franklin phải bao gồm thành phần sau: - Điện cực thu sét; - Dây thoát sét ( dây dẫn sét ); - Hệ thống điện cực tiếp đất; 1) Điện cực thu sét a Điện cực thu sét phải có dạng thích hợp ( dạng thanh, dạng dây, dạng lưới ) bố trí cho tạo vùng bảo vệ che phủ hồn tồn cơng trình cần bảo vệ b Vật liệu kích thước vật liệu lựa chọn làm điện cực thu sét phải đảm bảo không bị hư hỏng ảnh hưởng điên, điện từ dòng sét, ảnh hưởng tượng ăn mòn lực học khác Điện cực thu sét vật liệu: đồng, nhơm, thép phải có tiết diện tối thiểu tùy theo vật liệu quy định bảng Bảng 5.6 Tiết diện tối thiểu điện cực thu sét Vật liêu làm điện cực Tiết diện nhỏ (mm2) Đồng 35 P 93 P Nhôm 70 Thép 50 Chú ý: dùng vật liệu khác chúng đảm bảo điều kiện tương đương c Có thể dùng phận kim loại cơng trình ( ống máng, rào chắn, thành phầm cấu trúc mái, đường ống…) làm điện cực thu sét tự nhiên chúng không bị che phủ vật liệu cách điện thỏa mãn điều kiện tiết diện tối thiểu điện cực thu sét d Điện cực thu sét phải nối với dây thoát sét theo đường thẳng nhất, cách hàn bắt vít, đảm bảo điện trở mối nối không lớn 0,05 Ω e Các điện cực thu sét có kết cấu đỡ thân đối tượng cần bảo vệ Nếu dùng kết cấu đỡ băng cột, phải làm vật liệu đảm bảo độ bền học, phù hợp với điều kiện khí hậu f Dạng điện cực thu sét lựa chọn tùy theo cấu trúc nhà trạm Điện cự thu sét dạng thích hợp với cấu trúc nhỏ nên hạn chế độ cao từ 0,2m đếm 3m Điện cực thu sét dạng dây thích hợp với cấu trúc, đặc biệt với cấu trúc thấp dài Điện cực thu sét dạng lưới thích hợp với cấu trúc Chú ý; Điện cực dạng không phù hợp với cấu trúc có độ cao lớn bán kính cầu lăn với mức bảo vệ tương ứng 2) Dây thoát sét a Dây thoát sét phải bố trí theo đường thẳng ngắn từ điện cực thu sét đảm bảo tính dẫn điện liện tục Bán kính cong dây sét không nhỏ 20 cm b Vật liệu kích thước vật liệu lực chọn làm dây sét phải đảm bảo không bị hư hỏng ảnh hưởng điện, điện từ dòng sét, ảnh hưởng tượng ăn mòn lực học khác Dây sét vật liệu: đồng, nhơm, thép phải có tiết diện tối thiểu tùy theo vật liệu quy định bảng sau: 94 Bảng 5.7 Tiết diện tối thiểu dây thoát sét Vật liêu làm dây thoát sét Tiết diện nhỏ (mm2) Đồng 16 Nhôm 25 Thép 50 P P Chú ý: Có thể dùng vật liệu khác chúng đảm bảo điều kiện tương đương c Các dây sét phải bố trí xung quanh chu vi cơng trình cần bảo vệ cho khoảng cách trung bình chúng khơng vượt q giá trị quy định bảng sau Cần dây sét trường hợp Bảng 5.8 Khoảng cách trung bình dây sét Mức bảo vệ Khoảng cách trung bình, (m) I 10 II 15 III 20 IV 25 d Các dây thoát sét phải liên kết với vòng dây dẫn nằm ngang cách 20 m, có vịng dây nằm gần mặt đất e Có thể sử dụng phận sau cơng trình làm dây sét tự nhiên chúng đảm bảo tính dẫn điện liện tục kích thước quy định - Khung kim loại cơng trình; - Cốt thép liên kết cơng trình; - Các bề mặt kim loại có độ dày 0,5 mm; Chú ý: Không cần trang bị vòng dây dẫn nằm ngang dùng khung kim loại cốt thép liên kết cơng trình làm dây sét g Tại vị trí nối với điện cực tiếp đất dây thoát sét, phải lắp khớp nối phục vụ đo thử ( trừ trường hợp dây thoát sét tự nhiên ) Khớp nối phải 95 đóng kín điều kiện bình thường mở dụng cụ trường hợp cần đo thử điện trở tiếp đất h Số lượng dây thoát sét phụ thuộc vào điện cực thu sét; - Nếu hệ thống điện cực thu sét gồm thu sét, cần dây thoát sét cho thu sét; - Nếu hệ thống điện cực thu sét gồm dây thu sét, cần dây sét cho đầu dây thu sét; - Nếu hệ thống điện cực thu sét có dạng lưới, cần dây sét phân bố xung quanh chu vi cấu trúc cần bảo vệ 3) Hệ thống điện cực tiếp đất a Hệ thống điện cực tiếp đất phải nối với dây thoát sét để đảm bảo tản nhanh lượng sét xuống đất làm cân điện dây thoát sét b Điện cực tiếp đất phải làm vật liệu khơng bị ăn mịn điện hóa c Trị số điện trở tiếp đất hệ thống điện cực tiếp đất phải đảm bảo không lớn 10 Ω d Hệ thống điện cực tiếp đất dạng vịng ring thích hợp với hệ thống chống sét dùng điện cực thu sét dạng lưới với nhiều dây thoát sét trường hợp vùng đất đá rắn, đồi trọc Với điện cực tiếp đất dạng vòng, phải đảm bảo 80% chiều dài vịng ring chôn đất f Các điện cực tiếp đất chơn sâu có hiệu trường hợp điện trở suất đất giảm theo độ sâu điện trở suất tầng đất phía nhỏ so với tầng đất độ sâu cọc tiếp đất thông thường 4) Vùng bảo vệ hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực Franklin Vùng bảo vệ điện cực thu sét hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực Franklin xác định phương pháp sau: - Phương pháp góc bảo vệ; - Phương pháp cầu lăn 96 Có thể dùng phương pháp kết hợp hai phương pháp để xác định vị trí điện cực thu sét cho công trinh, cho vùng bảo vệ điện cực giao dhe phủ hồn tồn cơng trình cần bảo vệ a) Phương pháp góc bảo vệ Phương pháp góc bảo vệ thích hợp với cơng trình có cấu trúc đơn giản với phần nhỏ cơng trình lớn Theo phương pháp này, vùng bảo vệ tạo điện cực thu sét xác định hình nón có đỉnh điện cực thu sét ( có độ cao h ) góc sinh α Góc α xác định phụ thuộc vào mức bảo vệ độ cao điện cực thu sét so với bề mặt bảo vệ Bảng 5.9 Xác định vùng bảo vệ điện cực thu sét h (m) 20 30 45 60 R (m) α α α α I 20 25 * * * II 30 35 25 * * III 45 45 35 25 * IV 60 60 45 35 25 Mức bảo vệ Chú ý: khơng áp dụng phương pháp góc bảo vệ cho trường hợp ( áp dụng phương pháp cầu lăn ) h α Vùng bảo vệ Hình 5.3 Xác định vùng bảo vệ điện cực thu sét 97 Không áp dụng phương pháp góc bảo vệ trường hợp độ cao h lớn bán kính cầu lăn R xác định bảng 4.8 A A đỉnh điện cực B mặt phẳng chuẩn OC bán kính vùng bảo vệ ht độ cao điện cực so với măt phẳng chuẩn R α R α ht góc bảo vệ B C O Hình 5.4 Vùng bảo vệ điện cực thu sét thẳng đứng A α ht A O C α h t O C Hình 5.5 Vùng bảo vệ điện cực thu sét dạng dây dẫn nằm ngang b) Phương pháp cầu lăn 98 P Trong trường họp không sử dụng phương pháp góc bảo vệ, dùng P phương pháp cầu lăn để xác định vị trí điện cưc thu sét Phương pháp thích hợp với cơng trình có cấu trúc phức tạp Theo phương pháp này, điện cực thu sét lắp đặt vị trí cho khơng có điểm cơng trình cần bảo vệ chạm vào cầu tưởng tưởng bán kính R lăn đất, xung quanh tồn bề mặt cơng trình lên đỉnh cơng trình theo tất hướng Như vậy, cầu lăn chạm mặt đất và/hoặc điện cực thu sét Bán kính cầu lăn xác định theo mức bảo vệ hệ thống chống sét Điện cực thu R R R Hình 5.6 Xác định điện cực thu sét theo phương pháp cầu lăn 5.3.5.2 Hệ thống chống sét đánh trực tiếp phát tiên đạo sớm Điện cực thu sét kiểu pháp tiên đạo sơm dựa theo nguyên tắc hoàn toàn Do điện cực thiết bị thụ động, kích hoạt vài ms trước tiên đạo sét đánh xuống đất đến gần Điện cực hoạt động sinh ion nhờ lượng động lực sét lúc đến gần Vùng bảo vệ thực tế điện cực thu sét kiểu phát tiên đạo sớm dạng bán cầu, biểu diễn qua bán kính bảo vệ ( bán kính thu hút sét ) Hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực phát tiên đạo sớm phải bao gồm thành phần sau: - Điện cực thu sét phát tiên đạo sớm; - Dây thoát sét ( dây dẫn sét ); 99 - Hệ thống điện cực tiếp đất 1) Điện cực thu sét phát tiền đạo sớm - Điện cực thu sét phát tiền đạo sớm phải bao gồm kim thu sét có đầu nhọn, phận khởi tạo tia tiên đạo cột đỡ để nối với hệ thống dây sét Hệ thống điện cực thu sét phát tiền đạo sớm phải có vùng bảo vệ che phủ tồn cấu trúc cần bảo vệ - Kim thu sét phát tiền đạo sớm phải làm đồng, hợp kim đồng thép khơng gỉ phải có tiết diện ngang lớn 120 mm2 P P - Kim thu sét phát tiên đạo sớm phải cao cấu trúc cần bảo vệ m - Điện cực thu sét nối với dây thoát sét hệ thống liên kết cột đỡ Hệ thống liên kết phải bảo đảm độ bền khí tiếp xúc điện 2) Dây thoát sét Dây thoát sét hệ thống sét phát tiên đạo sớm tuân theo quy định dây thoát sét hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực Franklin Số lượng dây thoát sét phụ thuộc vào điện cực thu sét: - Cần dây sét cho điện cực thu sét phát tiên đạo sớm - Cần hai dây thoát sét trở lên cấu trúc cần bảo vệ cao 28 m và/ phần nằm ngang dây thoát sét lớn phần thẳng đứng Các dây thoát sét phải phân bố xung quanh chu vi cấu trúc cần bảo vệ 3) Hệ thống điện cực tiếp đất Hệ thống điện cực tiếp đất hệ thống chống sét phát tiên đạo sớm tuân theo quy định hệ thống điện cực tiếp hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực Franklin 5.3.6 Thiết bị chống sét ( SPD ) 5.3.6.1 Nguyên tắc lựa chọn 100 Để chống sét lan truyền đường dây điện lực hạ áp đường dây tín hiệu, phải lựa chọn thiết bị chống sét tùy theo điện áp yêu cầu bảo vệ đối tượng cần bảo vệ dòng xung sét yêu cầu bảo vệ - Điện áp yêu cầu bảo vệ lựa chọn phù thuộc vào loại đường dây thiết bị viễn thông, theo TCN 68 – 140: 1995 “ Chống áp, dòng bảo vệ đường dây thiết bị viễn thơng” - Dịng xung sét yêu cầu bảo vệ phụ vào mức độ khắc nghiệt trường điện từ sét vùng chống sét ( LPZ ) vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ 5.3.6.2 Yêu cầu kỹ thuật - Thiết bị chống sét đường dây điện lực hạ áp đường dây tín hiệu phải hợp chẩn theo yêu cầu kỹ thuật quy định TCN 68 – 167: 1997 “ Thiết bị chống áp, dòng ảnh hưởng sét đường dây tải điện – Yêu cầu kỹ thuật” - Thiết bị chống sét phải trạng bị phận hiển thị cảnh báo trạng thái làm việc 101 Kết luận Để bảo vệ đường dây thông tin khỏi ảnh hưởng từ đường dây điện lực gần, hai phía thông tin Điện lực cần phải cân nhắc áp dụng biện pháp bảo vệ hợp lý, từ giai đoạn thiết kế Về phía thơng tin, áp dụng biện pháp sau: - Tăng khoảng cách hai đường dây; - Tăng khả phòng chống ảnh hưởng điện lực đường dây thông tin: sử dụng cáp có hiệu che chắn tốt, sử dụng cáp quang, sử dụng dây che chắn cho đường dây thông tin; - Sử dụng thiết bị bảo vệ; - Hạn chế ảnh hưởng tăng đất… Về phía điện lực, áp dụng biện pháp sau: - Tăng khả che chắn cáp điện lực cách sử dụng dây đất dùng cáp có hệ số che chắn tốt; - Dùng dây bù gần đường dây điện lực; - Hạn chế dịng ngắn mạch có cố; - Hạn chế hài phát sinh; - Đảo dây pha đường dây điện lực không,… Chống sét bảo vệ cơng trình viễn thơng nhà trạm viễn thơng, cột viễn thông - Chống sét đánh trực tiếp bảo vệ cơng trình viễn thơng - Thiết bị chống sét 102 ... 1: TỔNG QUAN VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC SANG ĐƯỜNG DÂY THÔNG TIN Ảnh hưởng đường dây điện lực đường dây thông tin thường biết đến trường hợp sau: - Các đường dây điện lực vận hành bình... TÍNH TỐN ẢNH HƯỞNG 3.2.1 Các số liệu đường dây điện lực đường dây thông tin 3.2.1.1 Các số liệu đường dây điện lực Các số liệu đường dây điện lực gồm có: - Điện áp dây đường dây điện lực - Dòng... vấn đề ảnh hưởng đường dây điện lực sang đường dây thông tin, đặc biệt đưa phương pháp tính tốn dịng điện, điện áp cảm ứng đường dây thông tin, áp dụng tính tốn ảnh hưởng đường dây điện lực cụ