II. Kim thu sét phát xạ sớm
5.Chống sét bằng điệncực Interceptor
Sự phát triển của điện cực thu sét interceptor gần đây nhất theo một nguyên tắc hồn tồn mới. Điện cực thu sét này cĩ các đặc tính sau:
Hình 2.11: Interceptor
a. Các ưu điểåm . *Vùng thu sét tăng lên:
Vùng thu sét đạt được bằng cách làm giảm hiệu quả tiếp đất khi khơng cĩ mặt của điện tích khơng gian tĩnh. Sự kích hoạt các ion dẫn điện xảy ra chỉ khi kinh sét đến gần. Các ion tại điểm đất phía trên giúp cho việc kích hoạt tia cản đi ngược lên.
*Các nguyên tắc thiết kế đơn giản:
Interceptor được thiết kế riêng cho các nhà cĩ độ cao thấp hoặc trung bình, nên cực tùy thuộc vào kích thước của cơng trình. Bán kính bảo vệ của điện cực Interceptor phụ thuộc vào mức bảo vệ ( Trình bày ở bảng 2.8 )
Mức bảo vệ Chiều cao đặt kim
(m) Bảo vệ cấp 3 Bảo vệ cấp 2 Bảo vệ cấp 1
10 70 58 45 15 76 63 48 20 84 70 56 25 87 72 63 30 94 78 67 35 100 83 70 40 100 92 73 45 - 92 73 55 - - - 65 - - - 75 - - - 85 - - - 95 - - -
Bảng 2.8: Bán kính bảo vệ của một điện cực Interceptor.
Khơng gây nhiễu vơ tuyến .
Do thiết bị là thụ động, chỉ được kích hoạt trong vài ms trước khi sét đánh xuống đất đến gần. Interceptor khơng làm tăng bất kỳ nhiễu vơ tuyến nào trên mức của bản thân kênh sét gây ra.
Khơng cần Acquy , Pin mặt trời hoặc các thiết bị điện áp khác.
Interceptor là thiết bị thụ động, thậm chí khi cĩ một cơn dơng trên đầu. Nĩ sẽ kích hoạt và sinh ra các ion từ năng lượng lớn chứa trong kênh sét đến gần trong khoảng vài ms trước lúc sét đánh xuống đất.
Hồn tồn độc lập .
Interceptor khơng yêu cầu dây riêng, dùng các dây dẫn xuống thơng thường theo các tiêu chuẩn và quy tắc khác nhau được khuyến nghị.
Khơng phải bảo quản .
Interceptor cĩ kết cấu thụ động và chắc chắn về cơ học nên cĩ tuổi thọ phục vụ bằng hoặc tốt hơn các thanh Franklin.
Việc lắp đặt đơn giản .
Interceptor cĩ thể lắp đặt khơng cần lao động lành nghề, khơng cần các dụng cụ hoặc dây riêng, khơng cần thêm các đồ nghề hoặc các vật liệu cách điện. Interceptor nối một cách dễ dàng với một ống kim loại và với hệ thống tiếp đất cĩ điện trở lớn nhất là 10 theo các tiêu chuẩn và qui tắc thích hợp.
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Quyền Huy Aùnh
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 60
Chi phí thấp .
Do thiết kế cực kỳ đơn giản nên chi phí sản xuất thấp khơng cần các vật liệu hoặc dụng cụ điện trở ở ngồi đưa vào ta. Interceptor là một trong các hệ thống chống sét cĩ hiệu quả kinh tế nhất trên thị trường, nĩ cĩ nhiều ưu việt hơn so với các thanh Franklin thơng thường hoặc các loại dây dẫn sét cổ điển khác.
Vùng bảo vệ .
Vùng bảo vệ thực tế được biểu diễn bằng bán kính thu sét như trong bảng 2.9.Đối với các cơng trình xây dựng cĩ kích thước vượt quá vùng bảo vệ của một điện cực Inteceptor, một cách đơn giản ta cộng thêm số các điện cực yêu cầu cho đến khi tồn bộ cơng trình xây dựng hoặc vùng được bảo bệ đạt mức đề ra.
b) Lắp đặt .
Việc lắp đặt chống sét sử dụng điện cực Interceptor cần một hoặc nhiều dây dẫn xuống và một số dây nối đất tương đương theo các qui tắc áp dụng thực tế. Việc kiểm tra hệ thống chống sét cần được tiến hành hàng năm.
Các kích thước điện cực : Dài x rộng = 460mm x100mm Trọng lượng: khoảng 2,5kg.
Các thuận lợi của Interceptor . - Rất hiệu quả. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Dễ lắp đặt.
- Kín đáo và cĩ diện mạo vừa ý. - Địi hỏi bảo dưỡng ít.
- Thiết bị thụ động, khơng cần thay thế. - Được thiết kế theo cơng nghệ gần đây nhất. - Kinh tế nhất.
CHƯƠNG III
PHƯƠNG PHÁP PHỊNG CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN I.KHÁI NIỆM CHUNG .
Khi sét đánh thẳng vào thiết bị thu sét bố trí bên ngồi hoặc gần phạm vi bảo vệ của một cơng trình, cĩ thể phát sinh hiện tượng sét đánh lặp lại lần thứ hai do cảm ứng điện từ và cả ứng tĩnh điện.
Sự cảm ứng quá điện áp, quá trình quá độ do bởi sét đánh, dẫn đến hậu quả đĩng ngắt mạch điện, sự cố lưới điện,nhiễu loạn -gián đoạn đường truyền trong nghành viễn thơng, v.v…và nhiều hiện tượng khác .Và cĩ thể đây là một trong nhiều nguyên nhân làm hư hỏng các trang thiết bị động lực, các máy vi tính, các thiết bị trong mạng lưới thơng tin viễn thơng v.v… mà trong quá trình vận hành rất khĩ phát hiện. Sơ bộ, qua thống kê cho thấy rằng 70% các sự cố về thơng tin liên lạc, về máy vi tính v.v… là do bởi quá điện áp và bởi các quá trình quá độ từ các đường dây điện lực và các đường dây dữ liệu đi vào các thiết bị động lực và các thiết bị thơng tin viễn thơng v.v…
Nhiều vấn đề đã được đề cập đến một cách cấp bách trong những năm gần đây vì các trang thiết bị điện tử ngày càng được sử dụng phổ biến, mạng lưới máy vi tính đã phát triển rộng khắp và nhiều ngành cơng nghiệp đã được đặt hệ thống điều khiển và thơng tin liên lạc sử dụng những linh kiện điện tử.
Hậu quả khơng mong muốn do sét đánh hoặc do quá điện áp thường gây thiêt hại nặng cho các cơng ty, xí nghiệp. Điều này khơng chỉ dẫn đến kết quả là các trang thiết bị cĩ giá trị buộc phải thay thế mà cịn gây tổn thất kinh tế do phải ngưng vận hành trong thời gian phát hiện và khắc phục sửa chữa, mất nhiều cơ hội cho doanh nghiệp.
Sĩng quá điện áp cĩ dạng sĩng xung gia tăng đột ngột (do quá điện áp khí quyển hay quá điện áp nội bộ) cĩ thể lan truyền theo các đường dây điện, điện thoại, tín hiệu... và gây hư hỏng các thiết bị được nối với chúng.
Năng lượng của một sĩng xung như vậy cĩ thể được giảm xuống nhờ thiết bị cắt và lọc sét. Thiết bị cắt sét để thốt dịng sét cĩ biên độ cao vào đất trước khi nĩ truyền vào các thiết bị dễ hư hỏng. Các thiết bị cắt sét này cĩ thể là các khe hở phĩng điện, chống sét van, MOV... Chúng được mắc song song với thiết bị cần bảo vệ.
Kết hợp với các thiết bị cắt sét này cịn cĩ thiết bị lọc sét được đặt phía sau thiết bị cắt sét và trước thiết bị được bảo vệ. Mục đích là làm giảm độ tăng nhanh điện áp (
dt dV ) và độ tăng cao dịng điện( dt dI ) đến mức chấp nhận được.
II. BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY VÀO TRẠM VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN . ĐIỆN .
Các đường dây trên khơng dù cĩ được bảo vệ chống sét hay khơng thì các thiết bị điện nối với chúng đều phải chịu của sĩng sét truyền từ đường dây đến. Biên độ của quá điện áp cĩ thể lớn hơn điện áp thí nghiệm xung kích của cách điện thiết bị, do vậy dẫn đến phĩng điện chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị và mạch điện bị cắt ra. Để bảo vệ thiết bị trong trạm biến áp, nhà máy điện tránh sĩng quá điện áp truyền từ đường dây vào phải dùng các thiết bị chống sét
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Quyền Huy Aùnh
SVTH : Đạo Thiên vũ Trang 25
đặt ở những vị trí thích hợp để hạ thấp biên độ sĩng quá điện áp đến trị số an tồn cho cách điện của thiết bị cần được bảo vệ.
Thiết bị chống sét chủ yếu cho trạm biến áp là khe hở phĩng điện và chống sét van ( CSV ) 1. Khe hở phĩng điện .
Là loại thiết bị chống sét đơn giản nhất, nĩ gồm 2 điện cực đặc cách nhau một khoảng trong khơng khí, trong đĩ: một điện cực nối với mạch điện, cịn điện cực kia nối với đất ( hình 3.1 ).
Khi làm việc bình thường thì khe hở cách ly với phần tử mang điện (dây dẫn) với đất. Khi cĩ xung sét chạy trên đường dây gây nên sự chênh lệch điện áp giữa hai điện cực đủ lớn làm cho khe hở phĩng điện hoạt động và truyền dẫn năng lượng xuống đất.
* Ưu điểm của thiết bị loại này là đơn giản, rẻtiền.
* Nhược điểm khơng đáp ứng được phần lớn các yêu cầu kỹ thuật do : Đặc tính V - S (hình 3.2) rất dốc trong phạm vi thời gian rất bé cho nên biên độ và độ dốc của sĩng quá điện áp khí quyển lớn cĩ khả năng gây phĩng điện xuyên thủng trong giai đoạn đầu sĩng.
Khơng cĩ khả năng tự dập tắt hồ quang nên sẽ dẫn đến cắt điện đường dây.
Aûnh hưởng của điều kiện khí tượng đến trị số điện áp phĩng điện. Do vậy khe hở phĩng điện thường chỉ được dùng làm bảo vệ pha cũng như làm một bộ phận trong các loại chống sét khác.
2. Chống sét van (CSV) .
Gồm cĩ 2 phần tử chính là khe hở phĩng điện và điện trở làm việc. Khe hở phĩng điện của CSV là một chuỗi các khe hở nhỏ cĩ nhiệm vụ như đã nêu. Điện trở làm việc là điện trở phi tuyến cĩ tác dụng hạn chế trị số dịng điện ngắn mạch chạm đất qua chống sét van khi sĩng quá điện áp chọc thủng các khe hở phĩng điện. Điện trở cĩ đặc tính V-A khơng đường thẳng được biểu thị:
u = c.I hay lgu = lgc + lgI. Trong đĩ:
u : điện áp tác dụng trên chống sét van. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
: hệ số phi tuyến của điện trở làm việc ( < 1).
dây dẫn khe hở S Hình 3.1 Khe hở phĩng điện dây dẫn 1 2 Hình 3.2: Đặc tính V-S của cách điện cần bảo vệ (1) và của thiết bị chống sét (2).
V
c : hệ số tỷ lệ, cĩ trị số bằng tỉ số điện áp trên điện trở làm việc khi dịng qua nĩ bằng 1(A) phụ thuộc vào kích thước hình học của đĩa điện trở.
Trong đĩ:
c : Khe hở phĩng điện. r : Điện trở ghép song song. R : Điện trở phi tuyến.
Trị số điện trở làm việc phụ thuộc vào trị số điện áp tác dụng, điện áp cao thì điện trở giảm. Khi quá điện áp chấm dứt thì chống sét van chỉ chịu tác dụng của điện áp làm việc và điện trở lại tăng cao.
Dịng điện xung kích sẽ tạo nên trên điện trở làm việc một điện áp xung kích gọi là điện áp dư của chống sét. Trị số điện áp này phụ thuộc vào trị số điện trở làm việc. Để giảm điện áp dư cần phải giảm điện trở làm việc. Ở loại chống sét van thơng thường điện trở làm việc ( điện trở phi tuyến ) được chế tạo bằng chất Vilit, chất này được tạo thành từ các hạt SiC ( cacbit silicium ) mặt ngồi các hạt này cĩ màng mỏng SiO2. Chúng thoả mãn 2 yêu cầu trái ngược nhau là cần cĩ điện trở lớn để hạn chế dịng ngắn mạch và lại cần cĩ điện trở nhỏ để hạn chế điện áp dư, vì điện áp dư lớn khĩ bảo vệ được cách điện.
Nối song song với từng nhĩm khe hở một điện trở lớn r để cho điện áp khơi phục đều trên các khe hở trong chuỗi, loại trừ khả năng hồ quang cháy lại và phá hủy CSV.
Gần đây với cơng nghệ tiên tiến người ta đã đưa ra các chống sét van cĩ điện trở phi tuyến được tạo bởi các hạt ZnO và các hạt này được bao bọc một màng mỏng Bi2O3, loại chống sét van này cĩ nhiều ưu điểm hơn chống sét van trước đây.
r
r c
R Udư = Is.R
Hình: 3.3: Nguyên lý cấu tạo CSV.
Hình 3.4: Đặc tính V–A của CSV. 3,8 3,6 3,4 3,2 1 = 0,28 0,32 2 = 0,11 0,2 lgI lgU 0 1 2 3 4
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Quyền Huy Aùnh
SVTH : Đạo Thiên vũ Trang 27
III. BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRÊN CÁC ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN LỰC HẠ ÁP (TREO VÀ CHƠN NGẦM) .
Các thiết bị cắt sét hiện nay thường dùng trên các đường dây điện hạ thế là các Varistor ZnO ( điện trở phi tuyến kim loại – MOV ). Varistor ZnO được nghiên cứu từ những năm 70 đến nay. So với các phần tử bảo vệ khác, nhận thấy rằng Varistor ZnO cĩ đặc tính ưu việt trội hơn hẳn. Nĩ cĩ khả năng hấp thụ năng lượng cao, thời gian đáp ứng nhanh, cĩ hệ số phi tuyến(độ biến đổi) cao,dịng rị ở điện áp làm việc cực nhỏ cỡ vài A.
Các bộ rẽ hướng xung (MOV) được lắp đặt ở tủ điện chính cĩ thể khơng cung cấp đầy đủ sự bảo vệ. Các thiết bị này kẹp quá độ ( transient clamp ) ở một mức điện áp đặt trước nhưng vẫn cho phép truyền qua dạng sĩng tăng nhanh trước khi thiết lập việc kẹp áp ( voltage clamp ).
Hình 3-5:Bảo vệ kết hợp
Một bộ lọc thơng thấp L-C được thiết kế thích hợp sau bộ chuyển hướng song song sẽ làm giảm độ tăng điện áp đĩ đến các mức mà thiết bị nối vào cĩ thể chấp nhận.
Hoạt động của bộ lọc để hiệu chỉnh sĩng tàn dư, giới hạn độ lớn của quá độ ở dưới mức dung sai cho phép. Các bộ lọc giảm xung SRF hay bộ lọc tuyến động lực PLF ( của Critec ) cung cấp một sự kết hợp trong việc kẹp áp và lọc các quá độ .Các thiết bị hiện cĩ này ở phạm vi từ bộ lọc 1 pha 1A đến bộ lọc 3 pha 1630A. Các thiết bị nhỏ thích hợp cho bảo vệ thứ cấp đối với PABX / Máy Fax / Modem / Máy tính cá nhân... Các thiết bị lớn hơn làm bảo vệ sơ cấp đặt tại điểm vào của đường dây cung cấp điện cho tịa nhà.
IV. BẢO VỆ CHỐNG CÁC QUÁ ĐỘ TRÊN CÁC ĐƯỜNG DÂY VIỄN THƠNG, TÍN HIỆU, DỮ LIỆU .
Thiết bị bảo vệ sơ cấp đường dây điện thoại vẫn là những bộ hấp thu khí (Gas arresters). Các thiết bị này thường tác động quá chậm đối với việc bảo vệ các mạch nhạy cảm hiện đại như PABX, ISDN số và các mạng dữ liệu. Vấn đề này đang được giải quyết bởi các thiết bị bảo vệ lai ( hybrid protection ).
Các bộ bảo vệ đường dây viễn thơng hiện đại dùng các bộ hấp thu khí làm bộ chuyển hướng xung sơ cấp nhưng đã thêm vào một trở kháng nối tiếp và diode kẹp cao tốc để giới hạn độ tăng điện áp trong giai đoạn ion hĩa khí. Các thiết bị bảo vệ đường dây viễn thơng đưa ra một phạm vi tính năng quá độ và hoạt động để bảo vệ các thiết bị giao tiếp và đầu cuối viễn thơng hoạt động ở mức lên tới 8Mbit/s (12MHz) Chúng sẽ giữ một quá độ sét xâm nhập ở 6KV 1,2/50s với 3KA 8/20s ở mức thấp hơn 100V đối với một số kiểu.
Các thiết bị bảo vệ tuyến dữ liệu chặn quá độ (Barrier Transient) đặc trưng 1, 2 hay 3 đoạn kẹp với bộ lọc trở kháng thơng thấp nối tiếp giữa các đoạn. Bộ kẹp sơ cấp xử lý phần lớn năng lượng xung nhưng cĩ đáp ứng tương đối chậm và điện áp kẹp cao. Các đoạn kẹp thứ cấp cĩ thời gian đáp ứng picơ giây, biên độ quá độ được giảm đến một giá trị xác định. Các mạng điều khiển xử lý cơng nghiệp, thu, phát bằng cáp đồng trục, máy tính (LAN và WAN) và các mạch RS232 cũng cĩ thể bị xung quá độ thâm nhập (dịng xung cĩ thể lên tới 20KA). Các thiết bị bảo vệ đặc biệt của GLT được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm này tránh các quá độ, xung sét lan truyền.
Ngõ ra Ngõ vào
Z1 Z2
Z4 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Z3
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: Quyền Huy Aùnh
61SVTH:ĐạoThiênVũ Trang 61
CHƯƠNG III
TRÌNH BÀY CÁC PHẦN MỀM TÍNH TỐN CHỐNG SÉT I.PHẦN MỀM THIẾT KẾ CHỐNG SÉT BENJI .
1. Giới thiệu chương trình thiết kế BENJI .
BENJI là chương trình trợ giúp thiết kế trên máy tính, phát triển bởi cơng ty Global Technologies ước lượng cường độ điện trường ở kim thu sét Dynasphere so với cường độ điện trường ở các điểm cạnh ( gĩc tịa nhà, bờ rìa, ăngten, các thiết bị khác ,…). Bán kính bảo vệ của kim thu Dynasphere được tính tốn và so sánh với bán kính cạnh tranh cung cấp bởi các cao điểm cạnh tranh trong khu vực cần bảo vệ.
* Chương trình này quan tâm đến các yếu tố sau:
- Cấu trúc hình học và mức bền vững của cơng trình.