Lưu đồ đánh giá rủi ro

3.2. Phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại do sét

3.2.3. Lưu đồ đánh giá rủi ro

Hình 3.3: Lưu đồ đánh giá rủi ro. 3.2.4. Tính tốn rủi ro thiệt hại do sét cho cơng trình minh họa

Để kiểm chứng các bước tính trong giữa phương pháp đánh giá rủi ro thiệt hại do sét theo tiêu chuẩn IEC62305-2 và phương pháp cải tiến đề xuất, áp dụng tính tốn đánh giá rủi ro thiệt hại do sét cho cơng trình là tịa nhà ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh, kích thước 20×15×35m, mật độ sét khu vực là 12(lần/km2/năm), khơng có cơng trình khác lân cận. Đường dây điện cấp nguồn

có chiều dài 200m đi trên khơng, cáp viễn thơng có chiều dài 1000m được đi

ngầm. Cơng trình chỉ xét đến thành phần rủi ro R1 thiệt hại về con người và thành phần rủi ro R4 thiệt hại về kinh tế và không xét đến rủi ro R2 thiệt hại về dịch vụ vì cơng trình có các loại dịch vụ liên quan khác nhau nên khó có thể xác định.

NCS: Lê Quang Trung 66

3.2.4.1. Thơng số, đặc điểm của cơng trình và mơi trường xung quanh

Bảng 3.2: Thơng số, đặc điểm của cơng trình và mơi trường xung quanh.

Thơng số Kí hiệu Giá trị Ghi chú

Mật độ sét khu vực (lần/km2/năm) Ng 12

Kích thước (m) L, W, H 20, 15,

35

Hệ số vị trí CD 1 Bảng 1,

Phụ lục 1 Giá trị xác suất phụ thuộc mức độ bảo vệ

chống sét để làm giảm thiệt hại về vật chất PB 1

Bảng 3, Phụ lục 1 Giá trị xác suất phụ thuộc các SPD được

thiết kế (LPL) PEB 1

Bảng 10, Phụ lục 1

Mức độ che chắn bên ngoài KS1 1

Vật liệu sàn rt 10-3 Bảng 14,

Phụ lục 1

Vật liệu xây dựng cơng trình Ps 0,2 Bảng 2,

Phụ lục 2 Bảo vệ chống điện giật do sét đánh trực tiếp PTA 1 Bảng 2,

Phụ lục 1 Bảo vệ chống điện giật do sét lan truyền

trên những đường dây dịch vụ PTU 1

Bảng 9, Phụ lục 1 Rủi ro cháy rf 10-3 Bảng 16, Phụ lục 1 Bảo vệ phòng cháy rp 1 Bảng 15, Phụ lục 1

Mức độ che chắn bảo vệ bên trong KS2 1

Hệ số nguy hiểm đặc biệt hZ 2 Bảng 17,

Phụ lục 1

Cho thiệt hại L1

Hệ số nguy hiểm do điện áp

tiếp xúc và điện áp bước LT 10

-2

Bảng 13, Phụ lục 1 Hệ số nguy hiểm do thiệt hại

vật chất LF 2.10

-2

Hệ số nguy hiểm do lỗi hệ

thống bên trong LO -

Cho thiệt hại L4

Hệ số nguy hiểm do điện áp

tiếp xúc và điện áp bước LT 10

-2

Bảng 20, Phụ lục 1 Hệ số nguy hiểm do thiệt hại

vật chất LF 0,2

Hệ số nguy hiểm do lỗi hệ

thống bên trong LO 10

NCS: Lê Quang Trung 67

3.2.4.2. Thông số, đặc điểm của đường dây điện cấp nguồn

Bảng 3.3: Thông số, đặc điểm của đường dây điện cấp nguồn.

Thơng số Kí hiệu Giá trị Ghi chú

Chiều dài (m) LP 200

Hệ số lắp đặt Cl/P 1 Bảng 6,

Phụ lục 1

Hệ số phụ thuộc dạng đường dây CT/P 1 Bảng 7,

Phụ lục 1

Hệ số môi trường CE/P 1 Bảng 8,

Phụ lục 1

Hệ số phụ thuộc vào biện pháp bảo vệ, nối đất, cách ly

CLD/P 1 Bảng 5,

Phụ lục 1

CLI/P 1

Điện áp chịu xung của thiết bị UW/P 2,5

PLD/P 1

PLI/P 0,3 Bảng 12,

Phụ lục 1

KS4/P 0,4 Tình trạng lắp đặt thiết bị bảo vệ xung ở

ngõ vào đường dây k5 1

Bảng 7,

Phụ lục 2

Tình trạng lắp đặt thiết bị bảo vệ xung ở

ngõ vào thiết bị k3 1

Bảng 6,

Phụ lục 2

Hệ số phối hợp các SPD PSPD/P 1 Bảng 4,

Phụ lục 1

Hệ số cho dạng bảo vệ đường dây bên

trong KS3/P / pi 1

Bảng 3,

Phụ lục 2

3.2.4.3. Thông số, đặc điểm đường dây viễn thông

Bảng 3.4: Thông số, đặc điểm các đường dây viễn thơng.

Thơng số Kí hiệu Giá trị Ghi chú

Chiều dài (m) LT 1.000

Hệ số lắp đặt Cl/T 0,5 Bảng 6,

Phụ lục 1

Hệ số phụ thuộc dạng đường dây CT/T 1 Bảng 7,

Phụ lục 1

Hệ số môi trường CE/T 1 Bảng 8,

Phụ lục 1

Hệ số phụ thuộc vào biện pháp bảo vệ, nối đất, cách ly

CLD/T 1 Bảng 5,

Phụ lục 1

CLI/T 1

Điện áp chịu xung của thiết bị UW/T 1,5

PLD/T 1

PLI/T 0,5 Bảng 12,

Phụ lục 1

NCS: Lê Quang Trung 68 Tình trạng lắp đặt thiết bị bảo vệ

xung ở ngõ vào đường dây k5 1

Bảng 7,

Phụ lục 2

Tình trạng lắp đặt thiết bị bảo vệ

xung ở ngõ vào thiết bị k3 1

Bảng 6,

Phụ lục 2

Hệ số phối hợp các SPD PSPD/P 1 Bảng 4,

Phụ lục 1

Hệ số cho dạng bảo vệ đường dây

bên trong KS3/P / pi 1

Bảng 3,

Phụ lục 2

3.2.4.4. Kết quả tính tốn đánh giá rủi ro

Các bước tính tốn rủi ro thiệt hai do sét cho cấu trúc theo tiêu chuẩn [1] và theo phương pháp cải tiến được trình bày, Phụ lục 4, kết quả tính tốn trình bày trong Bảng 3.5.

Bảng 3.5: Tổng hợp các kết quả đánh giá rủi ro. Dạng rủi ro Tiêu chuẩn

IEC – 62305 [1] Phương pháp cải

Sai số giữa 2 tiêu chuẩn % Thiệt hại về con

người R1 3,75.10-5 3,256.10

-5 13%

Thiệt hại về giá

trị kinh tế R4 0,255 0,227 11%

Thực tế khi tính tốn rủi ro thiệt hại do sét theo phương pháp đề xuất thì giá trị rủi ro thiệt hại do sét thường thấp hơn so với phương pháp đề xuất bởi tiêu chuẩn IEC 62305-2. Điều này, do R1 có xem xét đến loại vật liệu cơng trình và vật che chắn xung quanh đường nguồn, cách lắp đặt đường nguồn và R4 có xét đến vật che chắn xung quanh đường nguồn và số lượng đường dây kết nối đến cơng trình.

Vì giá trị rủi ro thiệt hại do sét sẽ quyết định biện pháp bảo vệ chống sét. Nếu giá trị này càng chính xác thì phương án đề xuất càng phù hợp về kinh tế và kỹ thuật cho từng trường hợp cụ thể.

3.2.5. Phần mềm đánh giá rủi ro thiệt hại do sét

Chương trình tính tốn đánh giá rủi ro thiệt hại do sét LIRISAS được xây dựng trên cơ sở áp dụng các thông số tối ưu đánh giá rủi ro trên cơ sở tiêu chuẩn [1] với các đề xuất cải tiến như đã được đề cập và phân tích trong mục 3.2.2 và

NCS: Lê Quang Trung 69

được viết trên phần mềm Microsoft Excel 2010. Giao diện của chương trình như Hình 3.5.

Trong chương trình LIRISAS, người sử dụng nhập vào những thơng số kích thước của cơng trình, mật độ sét khu vực, số lượng và chiều dài những đường dây dịch vụ liên kết đến cơng trình; và cho phép người sử dụng lựa chọn dạng cơng trình cần đánh giá rủi ro tương ứng với những dạng thiệt hại, những yếu tố điều kiện môi trường, vật liệu xây dựng cơng trình, biện pháp bảo vệ phòng cháy, các biện pháp bảo vệ chống sét hiện có,… Chương trình sẽ tính tốn kết quả những giá trị rủi ro thiệt hại do sét gây ra cho cơng trình.

Hình 3.5: Giao diện chương trình tính tốn đánh giá rủi ro thiệt hại do sét LIRISAS.

3.3. Kết luận

Trên cơ sở phương pháp tính tốn đánh giá rủi ro thiệt hại do sét theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 62305-2, phương pháp cải tiến có mức độ chi tiết hơn, trong tính tốn có xem xét đến yếu tố: Xác suất gây phóng điện nguy hiểm phụ thuộc vật liệu xây dựng cơng trình, số lượng đường dây dịch vụ kết nối đến cơng

NCS: Lê Quang Trung 70

trình, xét đến cách lắp đặt đường dây và đối tượng che chắn dọc đường dây cấp nguồn kết nối đến cơng trình. Kết quả tính tốn cơng trình minh họa cho thấy

có sự khác biệt về giá trị thiệt hại con người R1 (thấp hơn khoảng 13%), và giá trị thiệt hại kinh tế R4 (thấp hơn khoảng 11%). Từ phương pháp cải tiến đánh

giá rủi ro thiệt hại do sét đề xuất, xác định mức độ rủi ro để đề xuất phương án lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét phù hợp nhằm giảm giá trị rủi ro thiệt hại do sét gây ra đến mức có thể (thấp hơn giá trị rủi ro cho phép theo tiêu chuẩn quy định).

NCS: Lê Quang Trung 71

Chương 4

MƠ HÌNH CẢI TIẾN MÁY PHÁT XUNG SÉT VÀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN

TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP

Sét là hiện tượng tự nhiên và thiệt hại do sét gây ra là rất lớn. Việc đo lường kiểm tra các xung sét thực tế và tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp hiện nay chủ yếu dựa vào tính tốn sơ bộ và tra cứu các thông số kỹ thuật thiết bị từ cataloge của nhà sản xuất.

Trong điều kiện trang thiết bị phục vụ cho việc kiểm tra hiệu quả bảo vệ của thiết bị chống sét ở Việt Nam cịn hạn chế thì việc cứu xây dựng mơ hình máy phát xung sét tạo ra nhiều dạng xung dòng sét, biên độ xung dịng sét khác nhau có độ chính xác cao so với xung sét chuẩn quy định và mơ hình thiết bị chống sét hạ áp có tính tương đồng so với thiết bị chống sét thực tế để kiểm tra khả năng đáp ứng của thiết bị khi được lắp đặt bảo vệ chống sét trên đường nguồn hạ áp là cần thiết.

4.1. Mơ hình máy phát xung sét 4.1.1. Đặt vấn đề cải tiến 4.1.1. Đặt vấn đề cải tiến

Đến thời điểm hiện nay, có rất nhiều cơng trình nghiên cứu trong nước và quốc tế về mơ hình máy phát xung sét nhưng chỉ tập trung cho từng dạng xung sét riêng lẽ và có sai số tương đối lớn so với các xung sét tiêu chuẩn. Trong khi đó, việc kiểm tra các loại thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp cần thực hiện với nhiều dạng xung dòng sét khác nhau. Vì vậy, việc nghiên cứu đề xuất một mơ hình máy phát xung sét cải tiến tạo ra nhiều dạng xung dịng sét khác nhau, có độ chính xác cao so với các xung sét chuẩn nhằm tạo thuận lợi trong việc sử dụng kiểm tra thiết bị là cần thiết.

4.1.2. Mơ hình tốn

4.1.2.1. Mơ hình hàm tốn của Heidler

NCS: Lê Quang Trung 72 i(t) =

η

( / )

( / ) e( / ) (4.1)

Trong đó: I0 là giá trị dịng điện đỉnh (kA); τ1 là hằng số thời gian tăng của dòng điện (μs); τ2là hằng số thời gian suy giảm của dòng điện (μs); η là hệ số hiệu chỉnh giá trị của dịng điện đỉnh.

Các thơng số τ1, τ2 vàη được xác định theo thời gian tăng tds và thời gian suy giảm ts của dạng xung dòng điện sét.

Thời gian tăng và suy giảm của dạng xung dòng điện sét được quy định theo tiêu chuẩn như sau:

tds = 1,25(t2 – t1) (4.2)

ts = t5 – t1+0.1tds (4.3)

Hình 4.1: Dạng sóng dịng điện sét.

4.1.2.2. Xác định thơng số cho phương trình Heidler

Dịng điện được coi là tích số của hai hàm đáp ứng về thời gian (hàm thời gian tăng x(t) và hàm thời gian suy giảm y(t)). Lập hàm của dòng điện như sau [64]:

i(t) = I0.x(t).y(t) (4.4)

trong đó: x(t) = ( / )

NCS: Lê Quang Trung 73

Áp dụng phương pháp xấp xỉ trong thời gian xung dòng điện tăng, giá trị của hàm dòng điện suy giảm y(t) =1. Tương tự, khi dòng điện suy giảm, giá trị của hàm dòng điện tăng x(t) =1 [64].

Trong q trình dịng điện tăng (giai đoạn đầu sóng), phương trình (4.1) có dạng:

i(t)=η ( / )

( / ) e( / ) (4.5)

Tại thời gian t = t1 giá trị dòng điện i(t) = 0,1I0, suy ra:

      10 10 1 1 1 1 10 1 1 t / τ 0,1 0,9 t / τ 0,1 t / τ 1     (4.6) Suy ra: 10 1 1 t  1 / 9.τ (4.7) và tại t = t2 giá trị dòng điện i(t) = 0,9I0, suy ra:

      10 10 2 1 2 1 10 2 1 t / τ 0,9 0,1 t / τ 0,9 t / τ 1     (4.8) Suy ra: 10 2 1 t  9.τ (4.9) Từ đây: 10 10 2 1 ds 1 t t 0,8t ( 9 1 / 9 ).τ (4.10) ds 10 10 0,8.tds τ =1 1,88t ( 9 - 1 / 9)   (4.11)

Tương tự trong q trình dịng điện suy giảm hàm dịng điện được xác định gần đúng theo biểu thức sau:

i(t) = I e( ) (4.12) Khi t = t5 giá trị dòng điện i(t) = 0,5I0

Suy ra:

I e( ) = 0.5I0 (4.13)

= ln2 (4.14)

NCS: Lê Quang Trung 74

Khi t > 0, x(t) < 1 dòng điện cực đại nhỏ hơn I0. Vì vậy, hệ số hiệu chỉnh giá trị dịng điện đỉnh η được xác định bẳng cơng thức tính giá trị η (4.16) [57]:

  10  1 2 2 1 τ / τ . 10τ / τ 1 η e   (4.16) Kết quả tính tốn τ1, τ2, η theo các biểu thức (4.11), (4.15) và (4.16), tương ứng với các dạng xung sét khác nhau được trình bày, Bảng 4.1. Chương trình tính tốn cho các dạng xung dịng trình bày ở phụ lục 5.

Bảng 4.1: Các giá trị thơng số tính tốn với các xung dịng điện sét chuẩn.

tds(µs) ts(µs) (s) (s) η ta(s) tb(s) e1(%) e2(%) 10 350 1.8800e-05 4.9052e-04 9.3533e-01 9.8750e-06 3.6039e-04 1.25 2.97

1 5 1.8800e-06 5.7708e-06 6.3204e-01 8.7500e-07 5.4875e-06 12.5 9.8 4 10 7.5200e-06 8.6562e-06 3.2983e-01 3.1250e-06 1.1013e-05 21.88 10,13 8 20 1.5040e-05 1.7312e-05 3.2983e-01 6.2500e-06 2.1825e-05 21.88 9.0 Trong đó: ta là thời gian đầu sóng tính tốn, tb là thời gian đi sóng tính tốn, η là giá trị hiệu chỉnh biên độ xung dòng đỉnh, e1, e2 tương ứng là sai số đầu sóng và đi sóng.

e1= 100% − ∗ % e2= 100% − ∗ %

Nhận xét, các dạng xung sét, có dạng xung sét 1/5µs, 4/10µs, 8/20µs có sai số vượt giá trị cho phép về sai số đầu song và đuôi song của xung sét chuẩn. Vì vậy, cần phải nghiên cứu phương pháp hiệu chỉnh để tạo ra các dạng xung sét có giá trị sai số nằm trong phạm vị quy định của xung sét chuẩn.

4.1.2.3. Hiệu chỉnh thông số

Với sai số của 3 dạng xung sét ở Bảng 4.1, sử dụng phương pháp bù sai số sinh ra để thực hiện việc hiệu chỉnh và sử dụng giả thiết các hàm

10 (t / τ )1 x(t) = 1 10 (t / τ )1 +1  và (-t / τ2)

y(t) = e 1 khi tính tốn. Vì các hàm x(t) và y(t) đều nhỏ hơn 1 nên việc hiệu chỉnh phải thực hiện sao cho các giá trị τ1, τ2làm cho giá trị hàm x(t) và y(t) giảm.

Đối với hàm (t / τ )110 x(t)

10 (t / τ )1 +1

 giảm khi (t / τ )110giảm, tức làτ1tăng, ngược lại, y(t) = e(-t / τ2)giảm khi τ2 giảm.

NCS: Lê Quang Trung 75

 Bước 1: Tìm giá trị τ1, τ2 theo biểu thức (4.11) và (4.15)  Bước 2: Tính các sai số e1, e2

 Bước 3: Hiệu chỉnh lạiτ1, τ2 theo hướng tăng τ1và giảmτ2

 Bước 4: Tính lại các sai số e1, e2

 Bước 5: So sánh giá trị các sai số e1, e2 mới và giá trị các sai số e1, e2 cũ. Nếu các giá trị e mới nhỏ hơn giá trị e cũ thì dừng lại, nếu các giá trị e mới lớn hơn các giá trị e cũ thì quay lại Bước 3.

Giải thuật hiệu chỉnh được trình bày như trong Hình 4.2 và kết quả tính tốn được trình bày trong Bảng 4.2, chương trình con tính tốn hiệu chỉnh sai số các dạng xung dịng trình bày ở Phụ lục 6.

Tìm τ1, τ2

theo biểu thức(4.11) và (4.15)

Tính sai số e1, e2

Tính lại sai số e1, e2

e1, e2 thỏa điều kiện sai số chuẩn

Đúng Sai

Hiệu chỉnh theo hướng tăng τ1 và giảm τ2

Thoát

NCS: Lê Quang Trung 76

Bảng 4.2: Kết quả sai số sau khi hiệu chỉnh.

tds(µs) ts(µs) ta(s) tb(s) e1 (%) e2 (%) 10 350 1.9740e-05 4.6599e-04 1.0250e-05 3.4402e-04 2.5 1.7

1 5 2.2800e-06 4.6873e-06 1.0000e-06 4.9000e-06 0 2 4 10 1.0032e-05 6.3279e-06 4.0000e-06 1.0500e-05 0 5 8 20 2.0064e-05 1.2656e-05 8.0000e-06 2.0900e-05 0 4.5

Nhận xét: Khi sử dụng giải thuật hiệu chỉnh các thơng số thì các dạng xung sét tính tốn theo hàm toán của Heidler đã thỏa điều kiện về độ chính xác theo xung sét chuẩn quy định. Trên cơ sở đó, bước tiếp theo cần phải xây dựng mơ hình máy phát xung sét cải tiến trong mơi trường Mathlab tích hợp nhiều