10.2.Một số kỹ thuật chống sét mới hiện nay 10.2.1.Kế hoạch thực hiện 6 điểm
Kinh nghiệm cho thấy khi thiết kế thì phải nghiên cứu nội dung 6 điểm này để hồn tất cơng việc bảo vệ tồn bộ :
- Đĩn bắt sét đánh trên những đầu thu sét đặt trong khơng trung tại những vị trí mong muốn.
- Dẫn dịng điện sét đi xuống đất một cách an tồn nhờ dây dẫn được thiết kế đặc biệt để đưa xuống đất mà khơng nguy hiểm do sự quá đốt nĩng.
- Tiêu tán năng lượng sét vào trong đất với sự tăng lên ít nhất về điện thế trong đất. - Loại trừ các vịng mạch (lưới) nằm trong đất và sự chênh lệch điện thế đất bằng cách tạo nên một tổng trở thấp, hệ thống nối đất đẳng thế.
- Bảo vệ trang thiết bị được nối đến các đường dây điện lực khỏi bị ảnh hưởng tăng vọt và quá trình quá độ, đề phịng hư hỏng thiết bị.
- Bảo vệ các mạch điện thoại, mạch dữ liệu và mạch tín hiệu đưa đến khỏi bị ảnh hưởng tăng vọt và quá trình quá độ.
Cấu tạo của thiết bị chống sét PREVECTRON-2
- Kim thu sét trung tâm bằng đồng điện phân hoặc thép khơng rỉ, kim này cĩ tác dụng tạo một đường dẫn dịng sét liên tục từ tia tiên đạo xuống đất theo dây dẫn sét. Kim thu sét này gắn trên trụ đở cao tối thiểu là 2m.
- Hộp bảo vệ bằng đồng hoặc thép khơng rỉ, cĩ tác dụng bảo vệ tạo thiết bị tạo ion bên trong. Hộp này được gắn vào kim thu sét trung tâm.
- Thiết bị tạo ion, giải phĩng ion và tia tiên đạo : nhờ thiết bị này mà nĩ cĩ thể tạo ra một vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ an tồn cao.
- Hệ thống các điện cực phía trên cĩ tác dụng phát tia tiên đạo.
- Hệ thống các điện cực phía dưới cĩ tác dụng thu năng lượng điện trường khí quyển, giúp cho thiết bị hoạt động.
Thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo PREVECTRON-2
Kim thu sét trung tâm
Hệ thống các điện cực phía trên
Hộp bảo vệ bằng đồng và thiết bị tạo ion
Hệ thống các điện cực phía dưới
Nguyên tắc hoạt động của đầu thu sét PREVECTRON-2
- Trong trường hợp dơng bão xãy ra, điện trường khí quyển gia tăng nhanh chĩng trong khoảng vài ngàn, đầu thu sét này sẽ thu năng lượng điện trường khí quyển bằng hệ thống điện cực phía dưới. Năng lượng này được tích trữ bên trong thiết bị ion hố. - Trước khi xãy ra hiện tượng phĩng dịng điện sét (thường gọi là “sét đánh”), cĩ một sự gia tăng nhanh chĩng và đột ngột của điện trường khí quyển, ảnh hưởng này tác động làm thiết bị ion hố giải phĩng năng lượng được tích luỹ dưới dạng ion, tạo một đường dẫn tiên đạo về phía trên, chủ động dẫn sét.
Các ưu điểm
- Bán kính bảo vệ rộng.
- Khả năng bảo vệ cơng trình ở mức cao nhất.
- Tự động hoạt động hồn tồn, khơng cần nguồn điện cung cấp, khơng cần bảo trì. - Nối đất đơn giản nhưng tin cậy.
- Hoạt động tin cậy, an tồn.
- Vùng bảo vệ : Bánh kính bảo vệ Rp của đầu kim dẫn sét được tính theo cơng thức đã được định bởi tiểu chuẩn quốc gia Pháp NFC 17-102 (7/1995)
( ) ( )
RP = h. 2D h− + ∆L 2D+ ∆L ; ∆L m 10 . T S[ ] = 6∆ [ ] D = 20m, 45m, 60m tuỳ thuộc vào cấp bảo vệ được yêu cầu.
h = khoảng cách từ đầu kim đến vùng được bảo vệ.
10.3.Tính tốn chống sét cho tồ nhà
- Chọn thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo PREVECTRON-2 để bảo vệ chống sét cho tồ nhà.
- Đặt đầu thu sét PREVECTRON-2 loại TS 2.25, cấp bảo vệ trung bình D = 45m, h = 2m, Rp= 23m trên tồ nhà. Chọn sách cung cấp điện, tác giả Nguyễn Xuân Phú (chủ biên) – Nguyễn Cơng Hiên – Nguyễn Bội Khuê, nhà xuất bản Khoa học – Kỹ thuật – trang 417.
- Tồ nhà cĩ : chiều ngang 20,9m ; Chiều dài 28m ; cao 47,5m
=> Bán kính cần bảo vệ là a 20,9 2 28 2 17,5 m[ ] 2 2 = ÷ + ÷ = 28000 20900
Đầu thu sét PREVECTRON-2
Toà nhà được bảo veä
47500
Dây dẫn sét
Chiều cao thực đầu kim h và bánh kính bảo vệ Rp
h=2m
Rp=23m a=17,5m
11.1.Tổng quan về nối đất : Tác dụng nối đất để tản dịng vào đất khi sự cố (rị điện, ngắn mạch chạm đất, dịng sét) và giữ cho điện thế trên các phần tử được nối đất thấp. Chia làm 3 loại
Nối đất làm việc : Đảm bảo sự làm việc của thiết bị điện trong các điều kiện bình thường và sự cố theo các quy định. Đĩ là nối đất trung tính làm việc của các cuộn dây MBA, máy phát, máy bù, BU…
Nối đất an tồn (nối đất bảo vệ ) : Cĩ nhiệm cụ đảm bảo cho người vận hành
khi cách điện thiết bị điện bị hỏng gây ra dịng rị. Đĩ là nối đất vỏ MBA, máy phát, vỏ thiết bị điện…Khi thiết bị làm việc bình thường thì điện thế bằng 0, khi cách điện bị phá hỏng thì bề mặt cĩ điện thế khác khơng.
Nối đất chống sét : Nhằm tản dịng vào đất. Giữ cho điện thế của các phần tử được nối đất khơng quá cao để hạn chế phĩng điện ngược từ phần tử đĩ đến các bộ phận của mạng điện và các thiết bị khác. Đĩ là nối đất cột thu sét, dây chống sét, các thiết bị chống sét, nối đất các kết cấu kim loại cĩ thể bị sét đánh.
Trong nhiều trường hợp, cùng một hệ thống nối đất đồng thời thực hiện hai hoặc ba nhiệm vụ nĩi trên.
Các loại nối đất thơng thường thực hiện bằng một hệ thống những cọc thép (hoặc đồng) đĩng vào đất hoặc những thanh ngang cùng loại vật liệu chơn trong đất. Cọc và thanh nối liền với nhau và nối liền với vật cần nối đất. Cọc thường làm bằng thép ống hoặc thép thanh trịn khơng rỉ (hoặc mạ kẽm), đường kính 2 đến 6cm, dài từ 2 đến 4 mét hoặc làm bằng thép gĩc 40x40mm2, 50x50mm2, 60x60mm2, đĩng thẳng đứng vào đất. Cịn thanh ngang làm bằng thép dẹt tiết diện (3÷5)x(20÷40)mm2 hoặc bằng thép thanh trịn đường kính 10 đến 20mm. Cọc và thanh được gọi chung là cực nối đất, thường chơn sâu cách mặt đất 50 đến 80cm để giảm bớt ảnh hưởng của thời tiết khơng thuận lợi (quá khơ về mùa nắng và bị băng giá về mùa đơng) và tránh khả năng bị hư hỏng về cơ giới (do đào bới, cày cuốc).
11.2.Tính tốn trang bị nối đất. Cách thực hiện nối đất.Cĩ 2 loại.
- Nối đất tự nhiên : là sử dụng các ống dẫn nước hay các ống kim loại khác đặt trong
đất (trừ các ống dẫn nhiên liệu lỏng và khí), các kết cấu kim loại cơng trình nhà cửa cĩ nối đất các vỏ bọc kim loại của cáp đặt trong đất v.v…làm trang bị nối đất. Khi xây dựng trang thiết bị nối đất cần phải tận dụng vật liệu tự nhiên cĩ sẵn. Điện trở nối đất được xác định bằng cách đo thực tế tại chỗ hoặc theo các tài liệu gần đúng.
- Nối đất nhân tạo : thường thực hiện bằng cọc thép, thanh thép dẹt hình chữ nhật
hay hình thép gĩc dài 2 – 3 m đĩng sâu xuống đất. Để chống ăn mọn kim loại các ống thép, thanh thép dẹt, thép gĩc nên cĩ chiều dày > 4mm.
- Dây nối đất cần phải cĩ tiết diện thỗ mãn độ bền cơ khí và ổn định dịng điện cho phép lâu dài. Dây nối đất cĩ tiết diện luơn luơn lớn hơn dây dẫn pha, thường dùng thép cĩ tiết diện 120mm2, nhơm 35mm2, đồng 5mm2.
- Đối với mạng điện < 1000V thì điện trở nối đất tại mọi thời điểm trong năm khơng vượt quá 4Ω.
- Trong nhiều trường hợp dây dẫn rơi xuống đất hay khi cách điện thiết bị chọc thủng sẽ cĩ dịng xuống đất và tạo ra xung quanh điểm cĩ dịng điện đi qua nhiều điện thế
khác nhau. Điện thế cĩ giá trị lớn nhất ở điểm chạm đất và ở xa 20m thì điện thế gần bằng 0.
- Các hệ thống nối đất khác nhau đặc trưng bởi nối đất trung tính máy biến áp phân phối và nối đất vỏ thiết bị. Chọn lựa cách nối đất sẽ kéo theo các biện pháp cần thiết để bảo vệ chống chạm điện.
- Cĩ các dạng sơ đồ : IT, TT, TNC, TNS, TNC-S
+ Do thiết kế mạng điện cơng trình này cĩ tiết diện dây dẫn khơng đồng đều nên vấn đề an tồn điện đặt lên hàng đầu. Vì vậy ta sử dụng sơ đồ TN-S
+ Đặc điểm sơ đồ TNS : là sơ đồ 5 dây, trong đĩ 3 dây pha, 1 dây trung tính và 1 dây PE. Điểm trung tính máy biến áp nối vào điểm đầu của lưới. Các vỏ kim loại và vật dẫn được nối với dây bảo vệ PE, dây PE đi riêng và được định cở theo dịng sự cố lớn nhất. Trong điều kiện bình thường dây PE khơng cĩ sục áp.
- Tính tốn nối đất cho tồ nhà. Ta sử dụng cơng thức Tổng điện trở của hệ thống : R .Rc t Rnđ R R= c t + 0,336 2l 4t l R1c . tt cọc. lg 0,5lg l d 4t l + = ρ − + ÷ − ; 2 0,336 2L Rt . tt thanh.lg .L b.t t = η ρ − Với R1c là điện trở 1 cọc [Ω] l là chiều dài cọc [m]
ρtt-cọc là điện trở suất tính tốn của cọc ρtt-thanh là điện trở suất tính tốn của thanh t là độ sâu chơn cọc.
Rt là điện trở thanh dẹt [Ω]
b là bề rộng thanh dẹt
Hệ số hiệu chỉnh (Kcọc ;Kthanh ) ; ρđất ;hệ số sử dụng (ηc ; ηt) và các cơng thức tra ở bảng 10-1, 10-2, 10-3 sách cung cấp điện, tác giả Nguyễn Xuân Phú (chủ biên) – Nguyễn Cơng Hiên – Nguyễn Bội Khuê, nhà xuất bản Khoa học – Kỹ thuật – trang 385.
11.2.1.Thiết kế nối đất cho trạm biến thế
- Đất ở khu vực tồ nhà là loại đất sét, cĩ ρđất = 104 [Ωcm]
- Đất khơ nên chọn hệ số mùa Kcọc = 1,4 và Kthanh = 1,6
=> ρtt-cọc = Kcọc. ρđất = 1,4.104 = 140 [Ωm] ; ρtt-thanh = Kthanh. ρđất = 1,6.104 = 160 [Ωm]
- Trước tiên ta ước đốn sơ bộ dùng 6 cọc thép gĩc L cĩ kích thước (60x60x6)mm dài l = 3,5m được đĩng thẳng đứng chìm sâu xuống đất cách mặt đất h = 0,8m.
- Đường kính ngồi đẳng trị của cọc thép gĩc : d = 0,95.b = 0,95.0,06 = 0,057m - Độ chơn sâu của cọc, tính từ mặt đất đến điểm giữa của cọc :
=> t = h + l/2 = 0,8 + 3,5/2 = 2,55 [m] =>Điện trở của 1 cọc : R1c 0,336.140. lg 2.3,5 0,5lg 4.2,55 3,5 27,46[ ] 3,5 0,057 4.2,55 3,5 + = + ÷ ≈ Ω − η η
=> Vậy chọn n = 6 cọc, mỗi cọc cách nhau a = 7m
- Điện trở khuếch tán của 6 cọc : Rc n.= Rη1cc =6.0,7827,46 ≈5,89[ ]Ω
=> Dùng thanh thép dẹt cĩ kích thước (40x4)mm chơn sâu 0,8m và nối thành vịng qua 6 cọc.
- Tổng chiều dài của các thanh nằm ngang : L = 7.6 = 42[m]
[ ] 2 2 0,336 2L 0,336 2.42 Rt . tt thanh.lg .160.lg 11,02 .L b.t 0,55.42 0,004.2,55 t = ρ − = = Ω η RnđHT R R 5,89 11,02= R .Rcc t+ t 5,89.11,02+ =3,8305[ ]Ω < 4 [Ω], kết hợp với nối đất tự nhiên thì Rnđ sẽ < 3,8305 [Ω]. Vậy hệ thống nối đất thỗ mãn yêu cầu.
Trạm biến áp Sơ đồ bố trí cọc nối đất trạm Cọc nối đất Thanh nối đất a=7m 11.2.2.Thết kế nối đất chống sét cho tồ nhà
- Dùng cọc thép gĩc (60x60x6)mm, chiều dài l = 2,5m đĩng thẳng xuống và cách mặt đất 0,8m.
- Độ chơn sâu của cọc, tính từ mặt đất đến điểm giữa của cọc : => t = h + l/2 = 0,8 + 2,5/2 = 2,05 [m] =>Điện trở của 1 cọc : R1c 0,336.140. lg 2.2,5 0,5lg 4.2,05 2,5 11,09[ ] 2,5 0,057 4.2,05 2,5 + = + ÷ ≈ Ω −
- Các cọc được chơn thành dãy, tỉ số a/l = 2 => ηc = 0,75 ; ηt = 0,75 - Điện trở khuếch tán 10 cọc :
Rc n.= Rη1cc =10.0,7511,09 ≈4,82[ ]Ω
=> Dùng thanh thép dẹt cĩ kích thước (40x4)mm chơn sâu 0,8m và nối qua 10 cọc. - Tổng chiều dài của các thanh nằm ngang : L = 5.9 = 45 [m]
[ ] 2 2 0,336 2L 0,336 2.45 Rt . tt thanh.lg .160.lg 8,37 .L b.t 0,75.45 0,004.2,05 t = ρ − = = Ω η
- Do mật độ dịng điện chạy qua hệ thống nối đất trong thời gian sét đánh sẽ rất lớn nên ta tính điện trở xung của một điện cực (Rx) thơng qua hệ số xung của hệ thống nối
đất α. Tra bảng 10-4; 10-5 sách cung cấp điện, tác giả Nguyễn Xuân Phú (chủ biên) – Nguyễn Cơng Hiên – Nguyễn Bội Khuê, nhà xuất bản Khoa học – Kỹ thuật – trang 388.
Lấy giá trị dịng sét 20 KA => αcọc = 0,7 ; αthanh = 0,65
=>Rx-cọc = αcọc.Rc = 0,7.4,82 = 3,37 [Ω] ; Rx-thanh = αthanh.Rt = 0,65.8,37 = 5,44 [Ω] [ ] [ ] Rx cọc.Rx thanh 3,37.5,44 RnđCS Rx cọc Rx thanh 3,37 5,44 2,08 4 − − = = = Ω < Ω + + − − , kết hợp với nối đất
tự nhiên thì Rnđ sẽ < 2,08 [Ω]. Vậy hệ thống nối đất chống sét thỗ mãn yêu cầu.
Sơ đồ bố trí cọc nối đất chống sét của toà nhà
a=5m h=0,8m t=2,05m l=2,5m mặt đất Bảng tổng kết nối đất cho trạm và chống sét tồ nhà : Nối đất Lắp đặt cọc thanh Số cọc Kích thước [mm] Số thanh Kích thước [mm] Trạm biến thế Mạch vịng 6 Thép gĩc 60x60x6 6 Thép gĩc 60x60x6 7 3,5 0,8 3,83 Chống sét cho tồ nhà Thành dãy 10 Thanh dẹt 40x4 9 Thanh dẹt 40x4 5 2,5 0,8 2,08 KẾT LUẬN ---*o*---
Trên đây là tất cả phần thiết kế của đề tài được giao. Kết quả thiết kế tính tốn là tổng hợp tồn bộ kiến thức mà em đã tiếp thu được trong thời gian học tập tại trường, quá trình khảo sát thực tế và nhờ sự hướng dẫn tận tình Thầy Nguyễn Xuân Phú trong thời gian thực hiện đề tài, giúp đỡ em hồn thành luận văn này đúng thời gian quy định.
Trong quá trình tính tốn thiết kế em hồn tồn tuân thủ theo các bước quy định của cơng việc thiết kế tính tốn. Kết hợp tham khảo nhiều tài liệu và ý kiến của Thầy
Nguyễn Xuân Phú gĩp phần cho em thiết kế tính tốn thuận lợi hơn, từ đĩ chọn ra
được phương án tối ưu để thiết kế, đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế nhất.
Tuy nhiên trong quá trình làm luận văn. Do kiến thức và kinh nghiệm cịn hạn chế nên luận văn cịn nhiều sai xĩt. Kính mong quý Thầy Cơ thơng cảm và gĩp ý để em cĩ thêm kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho cơng việc của người kỹ sư sau này.
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 01 năm 2008 Sinh viên thực hiện
SV : Nguyễn Cơng Tráng
TÀI LIỆU THAM KHẢO ---///---
1.Sách “sổ tay LỰA CHỌN VÀ TRA CỨU THIẾT BỊ ĐIỆN từ 0,4 đến 500KV”, tác giả Ngơ Hồng Quang.
2.Sách “cung cấp điện”, tác giả Nguyễn Xuân Phú (chủ biên) – Nguyễn Cơng Hiên – Nguyễn Bội Khuê, nhà xuất bản Khoa học – Kỹ thuật.
3.Sách “HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN”, tác giả PHAN THANH BÌNH, DƯƠNG LAN HƯƠNG, PHAN THỊ THU VÂN.
4.Sách “hướng dẫn sử dụng phần mềm THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG”, Cơ Dương Lan Hương – Đại Học Quốc Gia Tp.HCM – Trường Đại Học Bách Khoa.
5.Sách “Giáo trình mạng và cung cấp điện”, Cơ Phan Thị Thanh Vân.
6.Sách “KĨ THUẬT CHIẾU SÁNG”, Cơ Dương Lan Hương - nhà xuất bản Khoa học – Kỹ thuật.
7.Sách “KĨ THUẬT CHIẾU SÁNG CHO NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH” Theo tiêu chuẩn Việt Nam, nhà xuất bản xây dựng.
8.Sách “HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ LẮP ĐẶT ĐIỆN”, Theo tiêu chuẩn quốc tế IEC – Schneider, nhà xuất bản Khoa học – Kỹ thuật.