7. Cấu trúc của luận án
1.5.1. Thông số dòng điện sét
Các kết quả nghiên cứu sét trên thế giới những năm qua [16] [18] cho thấy: - Phóng điện sét trong tự nhiên chủ yếu là từ đám mây hướng xuống công trình dưới mặt đất (phóng điện sét hướng xuống). Đối với công trình cao trên 100m, đôi khi còn xuất hiện thêm phóng điện sét hướng lên. Tuy nhiên, biên độ dòng điện trong phóng điện sét hướng xuống lớn hơn nhiều so với phóng điện sét hướng lên. Vì vậy, trong các nghiên cứu bảo vệ chống quá điện áp do sét cho các công trình người ta thường quan tâm đến dòng điện sét trong phóng điện hướng xuống.
- Phóng điện hướng xuống chủ yếu thuộc loại cực tính âm (khoảng 90%), trong khi cực tính dương chiếm một tỷ lệ rất nhỏ (khoảng 10%). Tuy nhiên, dòng sét trong phóng điện hướng xuống cực tính dương có biên độ lớn hơn so với phóng điện hướng xuống cực tính âm.
Nhìn chung, các tiêu chuẩn quốc tế (ví dụ, IEC 61400-24 [43], IEC 62305-1 [44], IEEE Std 1243-1997 [50]) đều sử dụng phân bố thống kê biên độ dòng điện sét của các đợt phóng điện sét hướng xuống [70] [91] [92] trên cơ sở số liệu nghiên cứu sét của Berger tại đỉnh núi Mont San Salvatore (Thụy Sỹ) trong hơn 8 năm (1963 - 1971) [18] và sau này dữ liệu tiếp tục được Kroninger, Anderson và Eriksson phân tích đánh giá đề cập trong các tài liệu [16] [54].
29
Hình 1.26. Xác suất tích lũy biên độ dòng điện trong phóng điện sét hướng xuống (1) Phóng điện đợt đầu cực tính âm
(2) Phóng điện đợt đầu cực tính dương
(3) Phóng điện đợt đầu gồm cả cực tính âm và dương (4) Phóng điện kế tục cực tính âm
Phân bố thống kê biên độ dòng điện sét trong các lần phóng điện hướng xuống được tổng hợp trên hình 1.26 [91], trong đó số liệu thống kê xác suất xuất hiện biên độ dòng điện trong các đợt phóng điện sét hướng xuống được tổng hợp trong bảng 1.5 [43].
Bảng .5. Xác suất xuất hiện biên độ dòng điện sét trong phóng điện hướng xuống [43]
TT Phóng điện sét hướng xuống Xác suất xuất hiện (%) biên độ dòng điện sét (kA)
95% 50% 5%
1 Đợt đầu cực tính âm 14kA 30kA 90kA
2 Đợt kế tục cực tính âm 4,6kA 12kA 30kA
3 Cực tính dương 4,6kA 35kA 250kA
Xác suất tích lũy thời gian đầu sóng của phóng điện sét hướng xuống đợt đầu cực tính âm trình bày trên hình 1.27 [16].
30
Hình 1.27. Xác suất tích lũy thời gian đầu sóng của dòng sét phóng điện hướng xuống đợt đầu cực tính âm [16]
Bằng việc lắp đặt các bộ cảm biến trên các WT tại một số WF ngoài khơi ở Châu Âu (chủ yếu ở Đan Mạch) [78] [83] [86] [88] [89] và WF dọc bờ biển Nhật Bản [81] [98] để theo dõi biên độ dòng điện sét. Kết quả theo dõi ở Châu Âu cho thấy, biên độ dòng điện sét trung bình khoảng 10kA [86] [88] [89], nhỏ hơn nhiều so với trị số biên độ dòng điện sét ghi được từ dữ liệu của Berger, trung bình 31kA. Sự sai khác này được nhận định rằng, các WT là công trình cao trên 100m nên xuất hiện nhiều phóng điện sét hướng lên với trị số dòng điện sét nhỏ.
Biên độ dòng điện sét ghi lại được tại các WT dọc bờ biển Nhật Bản [81] [98] cho kết quả trung bình vào mùa đông khoảng 51kA, còn mùa hè khoảng 30kA lớn hơn ở ngoài khơi Châu Âu. Trước đó, một nghiên cứu sét trên đường dây tải điện trên không ở Nhật Bản có chiều cao 40 ÷ 100m (tương đương với chiều cao của WT công suất khoảng 0,2 ÷ 1,5 MW) cho kết quả biên độ dòng điện sét trung bình là 39kA [84]. Cho đến nay các bộ dữ liệu quan sát sét liên quan đến hệ thống điện gió chưa thực sự đầy đủ và thống nhất, cần có những nghiên cứu kiểm chứng tiếp theo. Phóng điện sét mang tính ngẫu nhiên, phụ thuộc vào điều kiện địa lý nơi lắp đặt công trình và đặc điểm của công trình đó. Trong khi chưa có bộ dữ liệu phù hợp, việc lựa chọn các thông số của dòng điện sét trong nghiên cứu bảo vệ chống sét cho hệ thống điện gió vẫn nên lựa chọn theo các dữ liệu quan sát, đo lường và thống kê truyền thống đã được quốc tế và quốc gia chuẩn hóa.
31