Bài giảng Kỹ thuật cao áp: Chương 2 Phóng điện sét và bảo vệ chống sét đánh thẳng

được kéo dài và di chuyển ngược lên phía trên với tốc độ khoảng (0,05-0,5) tốc độ ánh sáng. Do điện dẫn của bản thân dòng plasma mới này rất cao nên ở đầu dòng sẽ có thế của mặt đất và[r]

Chương 2: Phóng điện sét bảo vệ chống sét đánh thẳng

I) Hiện tượng phóng điện sét:

1) Các đặc điểm:

- Phóng điện sét có giai đoạn:

*Giai đoạn tiên đạo phát triển tự nhiên

*Giai đọan tiên đạo phát triển định hướng

- Sét dạng phóng điện tia lửa trong

trường khơng đám mây với nhau hoặc đám mây với đất khoảng cách rất lớn, trung bình khoảng 5000m

2) Giải thích:

tia plasma

Khi đám mây tích điện đủ lớn, cường độ điện trường sinh đủ lớn (E ≥ 30KV/cm - cường độ điện trường gây ion hóa khơng khí) thì khi có tượng ion hóa khơng khí

hình thành dịng plasma

2) Giải thích:

tia plasma

Xét tia tiên đạo phía mặt đất

Ở giai đoạn đầu tia tiên đạo phát triển tự nhiên

H0 - độ cao định hướng

Khi tia plasma phát triển đến độ cao định (H0) tác dụng điện trường điện tích âm tia tiên đạo, phía mặt đất có hưởng ứng điện tích tập trung điện tích khác dấu mặt đất

Q trình phóng điện phát triển dọc theo đường sức nối liền đầu tia tiên đạo nơi tập trung điện tích khác dấu mặt đất

tia plasma

Nếu đất có điện dẫn đồng (khơng có nơi khơ, ướt khác nhau) điện tích trái dấu tập trung phía đầu tia tiên đạo sét đánh thẳng xuống

Nếu vùng đất phía tia tiên đạo khơng đồng điện tích trái dấu tập trung nơi có điện dẫn cao ao hồ, sông, cao, sét đánh vào điểm

Như kết luận: sét đánh có chọn lọc.

Vận dụng tính chọn lọc phóng điện sét để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho cơng trình

tia plasma đất sinh

Giai đoạn phóng điện ngược: là q trình phóng điện ngược lại từ phía lên (từ cực dương đến cực âm).

Vì điện trường khu vực tăng lên rất cao gây ion hóa mãnh liệt, dịng plasma

được kéo dài di chuyển ngược lên phía với tốc độ khoảng (0,05-0,5) tốc độ ánh sáng

Do điện dẫn thân dòng plasma rất cao nên đầu dịng mặt đất như hiệu số điện đầu tia tiên đạo với mặt đất lớn

Ho - độ cao định hướng tia plasma

tia plasma đất sinh









Trong giai đoạn đầu, giả thiết mật độ điện tích âm phân bố dọc theo tia plasma với mật độ đường giai đoạn phóng điện ngược, điện tích dương đến đâu trung hịa điện tích âm đến đó, thân có mật độ điện đường







Nếu gọi mật độ điện tích theo đường là: Thì theo định nghĩa dịng điện ta có



v i s   .

(Tính sét đánh vào nơi nối đất tốt (R=0) )

0  R Khi R Z Z R i R i o o s s   

 ) ( )

(

Zo tổng trở khe sét ( ) 200 

Sét đánh vào dây dẫn dịng điện sét

2 ) ( s dd o o s dd i Z Z Z R i i       400 dd Z Với

3) Các tham số phóng điện sét:

s

i

t is=at

Is

ds

 Is : biên độ dòng điện sét

-Biên độ dòng điện sét : Is

P   I i / 26 ,1

i

s I e

I   

- Độ dốc dòng điện sét :

P   a i / 10 ,

i e

a

a   

: Độ đốc dòng điện sét

dt di

4) Cường độ hoạt động sét:

Theo vùng hay địa phương người ta biểu thị cường độ hoạt động sét số ngày số có sét năm

Ngày có sét: ngày có sét xuất lần từ 0h đến 24h Do đó, cường độ hoạt động sét sau: Vùng xích đạo: 100-150 ngày/năm

Vùng nhiệt đới: 75-100 ngày/năm Vùng ôn đới: 30-50 ngày/năm

II) Bảo vệ chống sét đánh thẳng (trực tiếp):

Dùng hệ thống thu sét:

-Bộ phận thu sét :kim ,dây -Bộ phận nối đất

-Bộ phận liên lạc (dây nối dất)

1) Xác định phạm vi bảo vệ cột chống sét:

MFX

h R =3,5h

Ho =20h :độ cao định hướng

Để xác định bán kính bảo vệ ơng ta đưa vào mơ hình kim có độ cao hx Cho kim di chuyển xác định dược bán kính bảo vệ tới hạn rx

)

( h x 

h h h h r x x x    , rx

Phương trình xác định bán kính bảo vệ:

h h x  1  p p h h h

rx x )

8 , ( ,   h h x  p h h h

rx  ,75 (  x )

m h  30

h

p  ,5 h  30 m

hx

1.5h 0.75h 0.75h 1.5h

h

2) Xác định phạm vi bảo vệ cột chống sét:

Khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột chống sét có bán kính R= 3,5h

Như có cột thu sét đặt cách khoảng a = 7h điểm mặt đất nằm cột khơng bị sét đánh

Từ suy cột TS đặt cách khoảng a< 7h bảo vệ độ cao ho

nằm cột thoả mãn điều kiện:

7

a h

3) Xác định phạm vi bảo vệ nhiều cột chống sét:

Nếu cơng trình có độ cao hx nằm bên đa giác hình thành cột bảo vệ an toàn thoả mãn điều kiện sau đây:

Trong D dường kính ngoại tiếp đa giác

) (

8 h h x

D  

4) Xác định phạm vi bảo vệ 1dây chống sét:

bx bx hx



Phương trình xác định bề rộng bảo vệ: h

h x

3

 h p

h h

b x x )

8 , ( ,   h h x  p h h h

b x  ,6 (  x )

 0 25 20   

Thông thường dây chống sét dùng bảo vệ cho dây dẫn mà người ta khơng quan tâm đến bề rộng phạm vi bảo vệ mà

chủ yếu quan tâm đến góc bảo vệ (α)

cs dd h h 

Góc bảo vệ (α)là góc đường thẳng thẳng đứngđi qua dây chống sét đường thẳng nối liền dây chống sét dây dẫn

Có thể tính trị số giới hạn góc bảo vệ α:

6 , ,   h h

tg    31

 0 25 20   

bx bx hx



5) Xác định phạm vi bảo vệ 2dây chống sét:

Nếu 2dây TS đặt cách khoảng s mà s< 4h bảo vệ độ cao ho nằm dây thoả mãn điều kiện:

4

s h

h o  

o

31 31o

s

ho

III) Các yêu cầu kỹ thuật bảo vệ sét đánh thẳng (trực tiếp) hệ thống thu sét:

1) Cơng trình cần bảo vệ an tồn phải nằm gọn phạm vi bảo vệ hệ thống chống sét

- Đối với hệ thống điện trạm phân phối có U 110 kV có mức cách điện cao cho phép đặt hệ thống thu sét thân cơng trình

2) Hệ thống thu sét đặt thân

cơng trình đặt cách ly với cơng trình tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể :