3.2. Phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại do sét
3.2.1. Đặt vấn đề cải tiến
Trong các tiêu chuẩn đánh giá rủi ro như đã đề cập ở mục 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, thì mỗi tiêu chuẩn về đánh giá rủi ro lại có những ưu điểm, cách tiếp cận đánh giá rủi ro theo những hướng khác nhau.
IEC 62305-2 là tiêu chuẩn quốc tế có mức độ tính tốn đánh giá rủi ro tổng quát hơn, có thể áp dụng cho nhiều đối tượng cơng trình khác nhau tại các vùng miền khác nhau. Tuy nhiên, trong q trình tính tốn đánh giá rủi ro tiêu chuẩn IEC 62305- 2 [1] có một số hệ số trong tiêu chuẩn được truy xuất từ các bảng tra, chưa xem xét chi tiết các thông số đầu vào ở một số hệ số mà các tiêu chuẩn khác có xem xét, cụ thể như: Xác suất gây phóng điện phụ thuộc dạng vật liệu xây dựng [3]; số lượng đường dây dịch vụ kết nối cơng trình [3] và hệ số liên quan đặc tính của đường dây (chiều cao cột điện lắp đặt đường dây, khoảng cách giữa 2 dây pha ngồi cùng) có xét đến đối tượng che chắn xung quanh đường dây [6].
Tiêu chuẩn AS/NZS 1768 [3] được xây dựng dựa trên các nguyên tắc về quản lý rủi ro do sét gây ra theo tiêu chuẩn IEC 61662 nhưng đã được đơn giản hóa, giảm số lượng các thông số đầu vào nên phương pháp tính tốn đơn giản, vì đây là tiêu chuẩn áp dụng cho quốc gia. Tuy nhiên, trong tính tốn rủi ro của tiêu chuẩn có một số thành phần tính tốn được tính tốn chi tiết đối với các loại cơng trình xây dựng có xem xét đến các loại vật liệu xây dựng khác nhau và số lượng đường dây dịch vụ kết nối cơng trình.
Tiêu chuẩn IEEE 1410 [6] là tiêu chuẩn của hiệp hội các kỹ sư điện điện tử Hoa Kỳ, khi tính tốn đến số lần sét đánh vào đường dây nguồn thì có xét đến đặc điểm của đường dây (chiều cao cột điện lắp đặt đường dây, khoảng cách giữa 2 dây pha ngoài cùng), đối tượng che chắn xung quanh đường dây.
Với các phân tích nêu trên, nhận thấy phương pháp tính tốn rủi ro thiệt do sét theo tiêu chuẩn IEC 62305-2 [1] có tính phổ biến hơn, mang tầm quốc tế so với hai tiêu chuẩn cịn lại. Chính vì vậy, tiêu chuẩn IEC62305-2 được chọn là cơ sở để nghiên cứu đề xuất phương pháp cải tiến tính tốn đánh giá rủi ro thiệt hại do sét.
NCS: Lê Quang Trung 59 3.2.2 Xác định giá trị các hệ số có mức độ tính tốn chi tiết được tham chiếu và đề xuất từ tiêu chuẩn AS/NZS 1768 và IEEE 1410.
3.2.2.1. Hệ số xác suất gây phóng điện nguy hiểm phụ thuộc dạng vật liệu xây dựng khi tính xác suất PA cho thành phần rủi ro RA khi tính xác suất PA cho thành phần rủi ro RA
Trong tiêu chuẩn [1], khi tính tốn thành phần rủi ro liên quan đến tổn thương
sinh vật hoặc sự sống của con người bởi điện giật do sét đánh vào cơng trình RA. Giá
trị xác suất nguy hiểm đến sự sống bởi điện áp bước và điện áp tiếp xúc do sét đánh
tới cơng trình PA chỉ xét đến hai thành phần:
- PTA là xác suất phụ thuộc biện pháp bảo vệ bổ sung chống điện áp tiếp xúc và
điện áp bước, truy xuất ở Bảng 2 - Phụ lục 1.
- Pb là xác suất khi sét đánh vào cơng trình gây thiệt hại về vật chất phụ thuộc
cấp độ bảo vệ chống sét, truy xuất ở Bảng 3 - Phụ lục 1. Giá trị xác suất PA được tính
theo biểu thức (3.9).
Trong tiêu chuẩn [3], khi tính tốn thành phần rủi ro nguy hiểm bởi điện áp bước và điện áp tiếp xúc đến sinh vật hoặc sự sống của con người bên ngồi cơng
trình do sét đánh trực tiếp vào cơng trình Rh (Rh tương đương với thành phần rủi ro
RA trong tiêu chuẩn [1]). Giá trị xác suất nguy hiểm bởi điện áp bước và điện áp tiếp
xúc do sét đánh trực tiếp tới cơng trình *Ph (*Ph tương đương với xác suất PA trong
tiêu chuẩn [1]) nhưng xét đến ba thành phần (ngồi 2 thành phần tương đương tính
tốn PA [1] thì có xét đến thành phần Ps, cụ thể:
- Ph là hệ số xác suất phụ thuộc biện pháp bảo vệ bổ sung chống điện áp tiếp
xúc và điện áp bước (Ph = PTA trong tiêu chuẩn [1]);
- k1 là hệ số phụ thuộc cấp độ bảo vệ hệ thống chống sét khi sét đánh vào cơng
trình gây thiệt hại về vật chất (hệ số k1 = PB trong tiêu chuẩn [1]) với k1=1- E và E là hệ số về hiệu quả của hệ thống bảo vệ chống sét trong cơng trình, giá trị E Bảng 1-
Phụ lục 2;
- Ps là hệ số xác suất gây phóng điện nguy hiểm phụ thuộc dạng vật liệu xây
dựng cơng trình (giá trị Ps, Bảng 2 - Phụ lục 2. Giá trị xác suất Ph được xác định như
NCS: Lê Quang Trung 60 Qua nội dung phân tích cụ thể của tiêu chuẩn [1] và [3], khi sét đánh trực tiếp vào cơng trình thì vật liệu xây dựng của cơng trình cũng là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ rủi ro gây ra tổn thương ảnh hưởng đến
sự sống của con người bên trong cơng trình, việc tính tốn giá trị xác suất PAcho rủi
ro thành phần RA trong tiêu chuẩn [1] thì được chi tiết hóa thêm hệ số thành phần xác suất gây phóng điện nguy hiểm phụ thuộc dạng vật liệu xây dựng cơng trình Ps được
tham chiếu từ tiêu chuẩn [3]. Giá trị xác suất PA được xác định theo biểu thức sau:
PA = PTA x PB x Ps (3.92)
Trong biểu thức (3.92) giá trị PTA được xác định theo Bảng 2, Phụ lục 1, giá trị PB được xác định, Bảng 3 - Phụ lục 1, giá trị Ps được xác định, Bảng 2 - Phụ lục
2.
3.2.2.2. Hệ số che chắn khi tính số lần sét đánh trực tiếp và gián tiếp vào đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình dây dịch vụ kết nối đến cơng trình
Trong tiêu chuẩn [1], khi tính số lần sét đánh trực tiếp NL như biểu thức (3.19) và số lần sét đánh gián tiếp Nl như biểu thức (3.27) cho những đường dây dịch vụ trên không đã đề cập đến hệ số lắp đặt đường dây Cl, hệ số dạng đường dây CT và hệ số môi trường xung quanh đường dây CE được truy xuất từ bảng tra (Bảng 8 - Phụ lục
1) phụ thuộc vào đường dây được lắp đặt ở nông thôn hay ngoại ô, đô thị hay đơ thị có cơng trình xung quanh cao hơn 20m.
Trong tiêu chuẩn IEEE 1410 [6] khi tính số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây dịch vụ được xác định theo biểu thức (3.90) có xét đến mật độ sét, cách lắp đặt đường dây nguồn và các thành phần đối tượng che chắn gần đường dây nguồn. Trong
đó, Cf là hệ số cách lắp đặt đường dây nguồn và các thành phần đối tượng che chắn gần đường dây nguồn được xác định theo biểu thức (3.91).
Dựa trên nội dung phân tích giá trị hệ số CE của tiêu chuẩn [1] và giá trị hệ số
Cf của tiêu chuẩn [6], về ý nghĩa tính tốn của 2 hệ số này là tương đương nhau nhưng
giá trị Cf trong tiêu chuẩn [6] tính tốn chi tiết và phù hợp với điều kiện thực tế của đường dây nguồn so với giá trị CE được truy xuất từ bảng tra. Chính vì vậy, để tính
tốn số lần sét đánh trực tiếp và gián tiếp vào đường dây nguồn phù hợp với điều kiện
NCS: Lê Quang Trung 61
tính tốn chi tiết ở biểu thức (3.91) được tham chiếu từ tiêu chuẩn [6] để thay vào
biểu thức (3.19) và (3.27) để tính:
Số lần sét đánh trực tiếp vào đường dây dịch vụ trên không được xác định bằng biểu thức (3.93):
NL = NG x AL x Cl x Cf x CT x 10-6 (lần/km2/năm) (3.93)
Số lần sét đánh gián tiếp vào đường dây dịch vụ trên không được xác định bằng biểu thức (3.94):
Nl = NG x Al x Cl x Cf x CT x 10-6 (lần/km2/năm) (3.94)
3.2.2.3. Số lượng đường dây dịch vụ khi tính những hệ số xác suất liên quan đến sét đánh trực tiếp và gián tiếp vào đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình đánh trực tiếp và gián tiếp vào đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình
Trong tiêu chuẩn [1], khi tính tốn rủi ro liên quan đến tổn thương sinh vật do điện giật khi sét đánh trực tiếp vào những đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình
cho thành phần rủi ro RU. Giá trị xác suất sét đánh trực tiếp vào những đường dây
dịch vụ gây ra quá áp lan truyền đi vào cơng trình gây ra tổn thương đến sự sống con
người PU chỉ xét đến 4 hệ số bao gồm: Hệ số liên quan đến biện pháp che chắn, nối đất, cách ly CLD (giá trị CLD được trình bày ở Bảng 5, Phụ lục 1); điện trở vỏ cáp và điện áp chịu xung của thiết bị PLD (giá trị PLD được trình bày ở Bảng 11, Phụ lục 1);
xác suất sét đánh trực tiếp vào đường dây dịch vụ gây ra nguy hiểm do điện áp tiếp
xúc PTU (giá trị PTU được trình bày ở Bảng 9, Phụ lục 1); cấp độ bảo vệ SPD được thiết kế lắp đặt trên đường dây dịch vụ PEB, giá trị PEB Bảng 10 - Phụ lục 1. Giá trị xác suất PU được tính theo biểu thức (3.21).
Khi tính tốn rủi ro liên quan đến thiệt hại về vật chất khi sét đánh trực tiếp
vào những đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình thành phần rủi ro RV. Trong tiêu
chuẩn [1], giá trị xác suất sét đánh trực tiếp vào những đường dây dịch vụ gây ra thiệt
hại về vật chất PV chỉ xét đến 3 hệ số bao gồm: Hệ số liên quan đến biện pháp che chắn, nối đất, cách ly CLD, giá trị CLD Bảng 5 - Phụ lục 1; điện trở vỏ cáp và điện áp chịu xung của thiết bị PLD, giá trị PLD được trình bày, Bảng 11 - Phụ lục 1; cấp độ SPD được thiết kế lắp đặt trên đường dây dịch vụ PEB, giá trị PEB được trình bày, Bảng 10 - Phụ lục 1. Giá trị xác suất PV được tính theo biểu thức (3.23).
NCS: Lê Quang Trung 62 Tương tự khi tính rủi ro liên quan đến hư hỏng các hệ thống bên trong khi sét đánh trực tiếp vào những đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình thành phần rủi ro
RW. Trong tiêu chuẩn [1], giá trị xác suất sét đánh trực tiếp vào những đường dây dịch
vụ gây ra hư hỏng các hệ thống bên trong PW chỉ xét đến 3 hệ số bao gồm: Hệ số cho sự phối hợp các SPD được thiết kế PSPD, giá trị PSPD được trình bày, Bảng 4 - Phụ lục 1; điện trở vỏ cáp và điện áp chịu xung của thiết bị PLD, giá trị PLD được trình bày, Bảng 11 - Phụ lục 1; hệ số liên quan đến biện pháp che chắn, nối đất, cách ly CLD, giá trị CLD được trình bày, Bảng 5 - Phụ lục 1. Giá trị xác suất PW được tính theo biểu
thức (3.25).
Và khi tính rủi ro liên quan đến hư hỏng các hệ thống bên trong khi sét đánh
gần những đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình thành phần rủi ro RZ. Trong tiêu
chuẩn [1], giá trị xác suất sét đánh gần những đường dây dịch vụ gây ra hư hỏng các
hệ thống bên trong PZ chỉ xét đến 3 hệ số bao gồm: Hệ số cho sự phối hợp các SPD được thiết kế PSPD, giá trị PSPD được trình bày, Bảng 4 - Phụ lục 1; hệ số liên quan đến loại đường dây và điện áp chịu xung của thiết bị PLI, giá trị PLI được trình bày, Bảng 12 - Phụ lục 1; hệ số liên quan đến biện pháp che chắn, nối đất, cách ly CLI, giá trị
CLI được trình bày, Bảng 5 - Phụ lục 1. Giá trị xác suất PZ được tính theo biểu thức
(3.29).
Trong khi đó, trong tiêu chuẩn [3], khi tính những thành phần rủi ro gây ra do sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào những đường dây dịch vụ gây ra quá áp lan
truyền trên những đường dây dịch vụ đi vào cơng trình: Rủi ro thành phần Rg liên quan đến tổn thương đến sự sống (Rg tương đương thành phần rủi ro RU trong tiêu chuẩn [1]); rủi ro thành phần Rc liên quan đến thiệt hại về vật chất (Rc tương đương thành phần rủi ro PV trong tiêu chuẩn [1]); rủi ro thành phần Re liên quan đến sự cố những hệ thống bên trong do sét đánh trực tiếp vào những đường dây dịch vụ (Re tương đương thành phần rủi ro RW trong tiêu chuẩn [1]); rủi ro thành phần Rl liên quan
đến sự cố những hệ thống bên trong do sét đánh gián tiếp vào những đường dây dịch
vụ (Rl tương đương thành phần rủi ro RZ trong tiêu chuẩn [1]). Những xác suất sét
đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào những đường dây dịch vụ gây ra quá áp lan truyền trên những đường dây dịch vụ đi vào cơng trình có xét đến số lượng đường dây dịch
NCS: Lê Quang Trung 63
vụ trên không noh hay số lượng đường dây dịch vụ đi ngầm nug kết nối đến cơng trình
như biểu thức (3.70), (3.71), (3.72), (3.73).
Nếu có nhiều đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình theo những tuyến riêng biệt thì xác suất sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào những đường dây dịch vụ sẽ gây ra quá áp sét lan truyền trên những đường dây dịch vụ đi vào cơng trình và những rủi ro thiệt hại do sét sẽ khác nhau. Để tính tốn có độ chi tiết phù hợp với điều kiện thực
tế, các giá trị tính tốn PU, PV, PW và PZ cho các rủi ro thành phần trong tiêu chuẩn
[1] cần phải xem xét đến số lượng đường dây dịch vụ kết nối vào cơng trình [3] và phương pháp tính tốn được đề xuất như sau:
PU/oh = PTU x PEB x PLD x CLD x noh (3.95)
PV/oh = PEB x PLD x CLD x noh (3.96)
PW/oh = PSPD x PLD x CLD x noh (3.97)
Pz/oh = PSPD x PLI x CLI x noh (3.98)
Biểu thức tính các xác suất PU, PV, PW và PZ cho đường dây ngầm như sau:
PU/ug = PTU x PEB x PLD x CLD x nug (3.99)
PV/ug = PEB x PLD x CLD x nug (3.100)
PW/ug = PSPD x PLD x CLD x nug (3.111)
Pz/ug= PSPD x PLI x CLI x nug (3.102)
Các hệ số PTU, PEB, PLD và CLD được xác định như trong tiêu chuẩn [1]; noh là số lượng đường dây dịch vụ trên không và nug là số lượng đường dây dịch vụ đi ngầm
64 3.2.2.4. Bảng liệt kê các hệ số cải tiến
Bảng 3.1: Liệt kê các hệ số cải tiến.
STT Yếu tố xem xét bổ sung/thay đổi Tiêu chuẩn [1] Tiêu chuẩn tham khảo Đề xuất cải tiến (*)
1
Hệ số xác suất gây phóng điện nguy hiểm phụ thuộc dạng vật liệu xây dựng khi tính xác suất PA cho thành phần rủi ro RA
PA = PTA . PB Tiêu chuẩn [3]: *
Ph= k1 x Ph x Ps PA = PTA x PB x Ps
2 Hệ số che chắn khi tính số lần sét đánh trực tiếp và gián tiếp vào đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình. NL = NG x AL x Cl x CE x CT x 10-6 Tiêu chuẩn [6]: NL = NG x Cf x 10-6 Với: Cf = (b + 28 x h0,6) x 10-1(1 - Sf) NL = NG .AL .Cl. Cf .CT .10-6 Với: Cf = (b + 28.h0,6) x10-1(1 - Sf) Nl = NG x Al x Cl x CE x CT x 10-6 Nl = NG x Al x Cl x Cf x CT x 10-6 Với: Cf = (b + 28 x h0,6) x 10-1(1 - Sf) 3
Số lượng đường dây dịch vụ khi tính những hệ số xác suất liên quan đến sét đánh trực tiếp và gián tiếp vào đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình. PU = PTU x PEB x PLD x CLD PV = PEB x PLD x CLD (3.96) PW = PSPD x PLD x CLD Pz = PSPD x PLI x CLI Tiêu chuẩn [3]: Pc1p = nohp x k5 x Peo Pc1 = noh x k5 x Pe1
PU/oh = PTU x PEB x PLD x CLD x noh PV/oh = PEB x PLD x CLD x noh PW/oh = PSPD x PLD x CLD x noh Pz/oh = PSPD x PLI x CLI x noh
Tiêu chuẩn [3]:
Pc2p = nugp x k5 x Peo Pc2 = nug x k5 x Pe2
PU/ug = PTU x PEB x PLD x CLD xnug PV/ug = PEB x PLD x CLD x nug PW/ug = PSPD x PLD x CLD x nug Pz/ug= PSPD x PLI x CLI x nug
(*) k1 Hệ số phụ thuộc cấp độ bảo vệ hệ thống chống sét khi sét đánh vào cơng trình; Ph là xác suất sét gây ra điện áp tiếp xúc hay điện áp bước nguy hiểm bên ngồi cơng trình;