STT Tên ICB Icp Loại dây
1 Trạm đến tủ thực hành 150 168 3 x 35mm2 + 35mm2N +16 mm2 E 2 Trạm đến tủ bơm xử lý nƣớc cấp 16 30 3 x 1.5mm2 + 1.5mm2N + 1.5 mm2E 3 Trạm đến tủ bơm xử lý nƣớc thải 16 30 3 x 1.5mm2 + 1.5mm2N + 1.5 mm2E
47 4 Trạm đến tủ bảo vệ 1 16 30 2 x 1.5mm2 + 1.5mm2N + 1.5 mm2E 5 Trạm đến tủ bảo vệ 2 16 30 2 x 1.5mm2 + 1.5 mm2N + 1.5 mm2E 6 Trạm đến tủ sân thi đấu đa
năng 50 69 3 x 6mm2 + 6 mm2N + 1.5 mm2E 7 Tủ thực hành đến tầng 1 150 207 2 x 50mm2 + 50 mm2N + 25 mm2E 8 Tủ thực hành đến tầng 2 100 160 5 x 25mm2 + 25 mm2N + 16 mm2E
Dây dẫn từ tủ tầng đến tủ (bảng điện) phân phối đƣợc tính và kí hiệu trực tiếp trên hồ sơ thiết kế đƣợc kèm theo.
4.7 Chọn thanh cái theo tiêu chuẩn IEC 60439.
+ Chọn thanh cái tổng:
Xét thanh cái tổng: I= 400A, sử dụng bảng tra ta chọn thanh cái 240 . + Chọn thanh cái tủ lý thuyết:
Theo nhƣ tính toán ta có I=225A, sử dụng bảng tra ta chọn thanh cái 95 . + Chọn thanh cái tủ thực hành:
48 Bảng 4.8 Bảng tra thanh cái. Range of rated current
(dòng định mức làm việc) A
Conductor cross-sectional area (tiết diện dây dẫn)
0 8 1,0 8 12 1,5 12 15 2,5 15 20 2,5 20 25 4,0 25 32 6,0 32 50 10 50 65 16 65 85 25 85 100 35 100 115 35 115 130 50 130 150 50 150 175 70 175 200 95 200 225 95 225 250 120 250 275 150 275 300 185 300 350 185 350 400 240
49
CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO TRƢỜNG
5.1 Tổng quan về sét.
5.2 Sét và quá trình phóng điện của sét.
-Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất hay giữa các đám mây tích điện với nhau.
-Sự phóng điện của sét chia làm 3 giai đoạn:
+Sự phóng điện giữa đám mây và mặt đất bắt đầu bằng sự xuất hiện một dòng sáng phát triển xuống mặt đất theo từng đợt với tốc độ 100 – 1000 km/gây. Dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây, tạo trên đầu cực của nó điện thế hàng triệu vôn. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng tia tiên đạo.
+Khi dòng tiên đạo vừa phát triển xuống mặt đất thì gia đoạn thứ hai bắt đầu, đó là giai đoạn phóng điện chủ đạo của sét. Trong giai đoạn này các điện tích dƣơng phía dƣới mặt đất di chuyển từ hƣớng mặt đất theo tia tiên đạo với tốc độ lớn (6.104 – 105 km/gy) chạy lên trung hòa các điện tích âm của dòng tiên đạo. Sự phóng điện chủ yếu đƣợc đặc trƣng bởi dòng điện lớn gọi là dòng điện sét và sự lóe sáng (chớp) mãnh liệt của dòng phóng điện. Không khí trong vùng đƣợc đốt nóng đến hàng vạn độ và giãn nở rất nhanh tạo thành dòng âm thanh (sấm).
+Ở giai đoạn phóng điện thứ ba sẽ kết thúc sự di chuyển điện tích của các đám mây, quá trình phóng điện và lóe sáng dần dần biến mất.
5.1.2 Tác hại của sét.
Sét là hiện tƣợng tự nhiên có thể gây ra thiệt hại lớn cho ngƣời về kinh tế. Việc nghiên cứu tác hại và làm giảm thiểu tác hại do sét gây ra đƣợc sự quan tâm của rất nhiều nhà khoa học, đặc biệt ở lĩnh vực điện.
Với đặc thù riêng, hầu hết các công trình gồm đƣờng dây và trạm biến áp đều đƣợc xây dựng ngoài trời, kết cấu bằng kim loại và có chiều cao lớn, là một trong những nguy hiểm tăng nguy cơ tiềm tàng gây ra sự cố bất khả kháng do sét. Sét đánh vào đƣờng dây gây vỡ sứ và đứt dây, đồng thời lan truyền vào trạm biến áp gây hỏng hóc các thiết bị chủ
50
yếu là máy biến áp, làm giám đoạn cung cấp điện và thiệt hại về kinh tế do sửa chữa, ngừng trệ trong sản xuất và ảnh hƣởng tới sinh hoạt của con ngƣời.
Các thiết bị điện, đƣờng dây tải điện, … sẽ bị hƣ hỏng do bị quá điện áp thiên nhiên (sát đánh trực tiếp hay gián tiếp). Trong đó tác hại của sét đánh trực tiếp là nguy hiểm nhất. Do đó phải có thiết bị bảo vệ tránh bị sét đánh trực tiếp và gián tiếp.
5.1.3 Giải phép phòng chống sét.
Vì vậy việc nghiên cứu để lựa chọn và áp dụng những biện pháp hạn chế tác hại của sét đối với từng khu vực, từng đối tƣợng cụ thề sao cho đảm bảo về kinh tế và kỹ thuật là rất cần thiết không chỉ riêng ngành điện mà còn với các ngành khác.
Hiện nay chúng ta sử dụng phổ biến các kiểu chống sét là:
+ Đối với các công trình kiến trúc kiến trúc lắp đặt các kim thu sét (cột thu lôi).
+ Đối với các công trình điện (đƣờng dây và trạm biến áp) thì sử dụng đƣờng dây chống sét và các chống sét van.
5.1.4Thuật ngữ và định nghĩa.
- Hệ thống chống sét: toàn bộ hệ thống dây dẫn đƣợc sử dụng để bảo vệ các công
trình khỏi sự tác động của sét.
- Bộ phận thu sét: một bộ phận của hệ thống chống sét nhằm mục đích thu hút sét
đánh vào.
- Mạng nối đất: một bộ phận của hệ thống chống sét nhằm tiêu tán dòng điện
xuống đất.
- Dây dẫn: bộ phận hoặc nhóm các bộ phận dẫn điện có tiếp xúc với đất và có thể
truyền dòng điện xuống đất.
- Cực nối đất mạch vòng: cực nối đất tạo ra vòng khép kín xung quanh công trình
ở trên hoặc dƣới bề mặt đất, hoặc ở phía dƣới ngay trong móng của công trình.
- Vùng bảo vệ: thể tích mà trong đó một dây dẫn sét tạo ra khả năng chống sét đánh
51
5.2 Chọn hệ thống chống sét bằng đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm ESE.
5.2.1Nguyên tắc bảo vệ.
ESE hoạt động dựa trên nguyên lý tƣơng tự các kim thu sét cổ điển. Cấu trúc đặt biệt của ESE tạo sự gia tăng cƣờng độ điện trƣờng tại chỗ, tạo thời điểm kích hoạt sớm, tăng khả năng phát xạ ion, nhờ đó tạo đƣợc những điều kiện lý tƣởng cho việc phát triển phóng điện sét.
5.2.2Phạm vi bảo vệ.
-Điểm thu sớm nhất: Khả năng gia tăng sự kích thích ở trƣờng tĩnh điện thấp (khả năng phát xạ sớm) tăng cƣờng khả năng thu của đầu thu sét. Nhờ đó, nó trở thành điểm thu sớm nhất so với các điểm khác của tòa nhà cần bảo vệ. Các đầu thu sét này hoạt động ngay cả với dòng sét có cƣờng độ thấp (2 kA đến 5 kA ứng với các khoảng cách kích hoạt D nhỏ D = 10I2/3 ; I: trị đỉnh dòng sét tính bằng kA).
-Vùng bảo vệ: Vùng bảo vệ của ESE là một hình nón có đỉnh là đầu kim thu sét, bán kính bảo vệ Rp(m) = f (khoảng cách kích hoạt sớm trung bình (m) của kim thu sét, khoảng cách kích hoạt D(m) tùy theo mức độ bảo vệ).
-Công thức tính bán kính bảo vệ Rp của đầu thu sét ESE theo tiêu chuẩn NFC-17- 102 của Pháp:
Rp = √
+ D(m): Phụ thuộc vào cấp bảo vệ I, II, III.
+ h (m): Chiều cao đầu thu sét tính từ đỉnh kim đến bề mặt đƣợc bảo vệ.
+ (m): Độ lợi về khoảng cách phóng tia tiên đạo; = v. ; (ms) độ lợi về thời gian.
5.3 Áp dụng hệ thống chống sét tiên đạo công nghệ phát xạ sớm NLP 2200.
5.3.1Cơ sở để lập thiết kế.
- Căn cứ vào số liệu thiết kế sơ bộ công trình. - Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất công trình.
- Căn cứ vào các tiêu chuẩn chống sét hiện hành nhƣ sau:
+ TCXDVN 46 : 2007 Tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng Việt Nam. + TCVN 9385-2012 Chống sét cho công trình xây dựng.
52
+ TCVN 4756 – 86 Tiêu chuẩn nối đất an toàn điện hiện hành của Việt Nam. + Tiêu chuẩn chống sét Australia và Newzeland AS 1768 -1991 và NZS/AS
1768-1991.
+ Các tiêu chuẩn chung về chống sét lan truyền và chống sét cảm ứng của Đức.
5.3.2Thiết bị thu sét phát xạ sớm tia tiên đạo NLP 2200.
Sản phẩm NLP 2200 đƣợc thiết kế và chế tạo bởi hãng CIRPROTEC – Tây Ban Nha. Đây là thiết bị chống sét tia tiên đạo phát xạ sớm. Giải pháp thiếp kế và kỹ thuật của hãng CIRPROTEC đƣợc tính toán sử dụng công thức theo Tiêu chuẩn an toàn Quốc gia Pháp NFC 17-102/1995 và đƣợc chế tạo theo tiêu chuẩn UNE 21186 – 96, phiếu kiểm nghiệm số: 200307350357– A do Trung tâm thí nghiệm kỹ thuật điện tử (L.C.O.E) Tây Ba Nha cấp. Hệ thống chống sét NLP 2200 gồm 4 bộ phận chính:
Thiết bị thu sét chủ động phát xạ sớm (ESE) có phạm vi bảo vệ rộng.
Cáp thoát sét là cáp đồng bện nhiều sợi có khả năng cao để dẫn và thoát năng lƣợng xung sét xuống hệ thống tiếp đất.
Hệ thống tiếp đất với trở kháng thấp có khả năng đạt tiêu chuẩn điện trở tiếp đất thích hợp với hầu hết các loại đất ở nƣớc ta. Đó là biện pháp áp dụng loại cọc thép bọc đồng tiếp đất kết hợp với hỗn hợp hóa chất giảm điện trở suất GEM. Chất keo hỗn hợp hóa chất dẫn điện này tồn tại bền vững lâu dài không bị nƣớc ngầm trôi rửa nên khiên điện trở tiếp đất ổn định trong hàng chục năm.
Bộ đếm sét dùng để kiểm tra tác dụng và đánh giá hiệu quả hoạt động của kim thu sét. Bộ đếm sét đƣợc lắp dƣới chân cột đèn chiếu sáng để theo dõi sự hoạt động của hệ thống chống sét mà không cần pin hoặc nguồn điện nào cung cấp. Thiết bị này sẽ đƣợc kích hoạt khi có dòng xung sét từ 250A đến 100kA. Thiết bị đếm sét này sẽ tự động thống kê số lần sét đánh có ảnh hƣởng tại khu vực lắp thiết bị chống sét tia tiên đạo đồng thời giúp ngƣời quản lí chủ động đánh giá mức độ và tầng suất hoạt động của dòng sét để đƣa ra các giải pháp bảo vệ thích hợp.
5.3.3 Nguyên tắc hoạt động.
Đầu thu sét NLP 2200 nhận năng lƣợng cần thiết trong khí quyển để tích trữ các điện tích trong bầu hình trụ. NLP 2200 sẽ thu năng lƣợng từ vùng điện trƣờng xung quanh trong thời gian giông bão khoảng từ 10 – 10000 v/m. Đƣờng dẫn chủ động bắt đầu ngay
53
khi điện trƣờng xung quanh vƣợt quá giá trị cực đại để đảm bảo nguy cơ sét đánh là nhỏ nhất.
Phát ra tín hiệu điện cao thế với một biên độ, tần số nhất định tạo ra đƣờng dẫn sét chủ động về phía trên liên tục.
Điều khiển sự giải phóng ion đúng thời điểm, thiết bị ion hóa cho phép ion phát ra trong khoảng thời gian rất ngắn và tại thời điểm thích hợp đặc biệt, chỉ vài phần của dây trƣớc khi có phóng điện sét, do đó đảm bảo dẫn sét kịp thời, chính xác và an toàn.
NLP 2200 là thiết bị chủ động không sử dụng nguồn điện nào, không gây ra bất kì tiếng động, chỉ tác đồng trong vòng vài trƣớc khi dòng sét thực đánh xuống và có hiệu quả trong thời gian lâu dài.
5.3.4So sánh với hệ thống chống sét cổ điển.
Stt Đặc tính Hệ thống đầu thu sét công nghệ tiên tiến CPT series 1 Thiết kế CPT series đƣợc thiết kế đặc biệt để giảm thiểu thời gian
thực phát tia tiên đạo khi có sét. 2 Công nghệ
chế tạo
Sử dụng công nghệ hiện đại thiết bị điện tử có bên trong kim thu sét thu hút và bắt giữ từ xa tia sét phóng xuống từ đám mây giông.
3 Cấu tạo và lắp đặt
-Thƣờng chỉ cần một thiết bị thu sét CPT cho mỗi công trình. Thích hợp với mọi công trình đặc biệt là các Trụ sở, Văn phòng làm việc – giao dịch, khách sạn, trung tâm thƣơng mại, kho bạc, chung cƣ cao tầng, cột thu phát Viễn thông – Truyền hình…
-Tạo cho kiến trúc công trình có thẩm mỹ.
-Dễ dàng lắp đặt trong thời gian ngắn, không gây thấm dột mái sau này khi đƣa công trình vào sử dụng.
54
4 Độ an toàn Độ an toàn rất cao do vùng bảo vệ rộng lớn (có bán kính bảo vệ thấp nhất là 42m và cao nhất là 107m). Bảo vệ cho các vùng lân cận. Chống sét đánh tạt, đánh xuyên.
5 Đối tƣợng bảo vệ
-Chống đƣợc sét đánh trực tiếp có hiệu quả tốt cho các tòa nhà cao ốc, kho bạc, ngân hàng, trạm viễn thông, khách sạn, đài phát sóng, kho xăng dầu, khí đốt, khu công nghiệp, khu chế xuất…
- Những nơi đƣợc trang bị các thiết bị điện, điện tử máy móc hiện đại có gái trị lớn, trung tâm công nghệ thông tin, các kho chứa tiền…
5.3.5 Vùng bảo vệ.
Bán kính bảo vệ Rp của đầu thu sét đƣợc tính theo tiêu chuẩn an toàn quốc gia Pháp NFC17 – 102 năm 1995 và tiêu chuẩn chống sét Tây Ba Nha UNE 21186 – 96.
5.3.6 Kết cấu thu sét NLP 2200.
Bảng 5.1 Bảng tra bán kính chống sét của kim NLP 2200.
NLP 2200
H(m) Level 1 Level 2 Level 3
2 32 40 44 3 48 59 65 4 64 78 87 5 79 97 120 6 79 97 120 8 79 98 121 10 79 98 122 15 79 101 124 20 80 102 126 45 80 105 121 60 80 105 132
-Thiết bị thu sét NLP 2200 là một khối bằng thép không gỉ siêu bền. Kết cấu NLP 2200 này đƣợc liên kết với bộ ghép nối bằng Inox và chân trụ đỡ trên cột tiếp sóng do vậy chịu mọi hoàn cảnh thời thiết khắc nghiệp công trình. Thiết bị thu sét đƣợc đặt tại vị trí cao nhất của công trình và bán kính bảo vệ đƣợc tính theo công thức sau đây:
55
Rp = √
Trong đó:
+ Rp :Bán kính bảo vệ mặt phẳng ngang tính từ chân đặt NLP 2200. + H :Chiều cao đầu thu sét NLP 2200 ở trên bề mặt đƣợc bảo vệ.
+ D :Chiều cao ảo tăng thêm khi chủ động phát xung theo tiêu chuẩn cấp bảo vệ dựa vào tiêu chuẩn NFC 17 – 102/1995.
Thay vào công thức trên: + h = 4m. + D = 15m. + 106 x (Đƣờng dẫn sét chủ động). + của NLP 2200 = 72 s = 72 x 10-6 s . Rp = √ = 86.3 m. 5.4 Cáp dẫn sét.
Hai đƣờng cáp đồng bện dẫn sét đảm bảo khả năng dẫn sét nhanh chống an toàn cho công trình, cáp thoát sét với diện tích ngang 70 mm2. Cách 1.5m có một bộ kẹp định vị thoát sét.
5.5 Hệ thống nối đất chống sét và nối đất an toàn điện.
5.5.1Hệ thống nối đất chống sét.
- Cọc thép bọc đồng tiếp đất, băng đồng liên kết và phụ kiện đầu nối đƣợc bố trí theo hệ thống nối đất gồm nhiều điện cực đặt trong nhà có tác dụng tản năng lƣợng sét xuống đất an toàn và nhanh chống. Cọc nối đất bằng thép bọc đồng dài 2.4m chôn cách nhau 3m và liên kết với nhau bằng cáp đồng trần 70 . Đầu trên của cọc đƣợc đóng sâu dƣới mặt đất 0.8m và cáp đồng trần đƣợc đặt trong các rãnh sâu 0.5m và sâu 1.1m. Việc liên kết giữa cọc đồng, cáp đồng tản sét và cáp đồng thoát sét bằng bộ kẹp đặc chủng nối đất tuân theo tiêu chuẩn chống sét TCXDVN 46 : 2007 hiện hành của Bộ Xây Dựng có tác dụng tải dòng điện hiệu quả do khả năng tiếp xúc giữa cọc, băng đồng và cáp thoát sét rất cao vì vậy đạt độ bền và tuổi thọ không cần phải bảo dƣỡng định kỳ hệ thống
56
nối đất nhƣ trong các hệ thống cũ trƣớc đây. Điện trở nối đất chống sét 10 tuân theo tiêu chuẩn TCXDVN 46 : 2007 của Bộ Xây Dựng.
-Hóa chất GEM có tác dụng làm giảm điện trở suất đất, tăng liên kết phần kim loại với đất và ổn định đất theo mùa, hóa chất này đƣợc sử dụng tại các điện cực tiếp đất và dọc theo băng đồng tiếp đất.
-Hộp kiểm tra tiếp địa chỗ nối đất dùng để theo dõi và kiểm tra định kì giá trị điện trở nối đất hàng tháng, hàng quý và hàng năm.