2.8 .Các sơ đồ nối dây điển hình của nguồn điện cơng trình
3.10. Tự động hố mạng điện trong nhà
3.10.1. Mạch điện chiếu sáng cầu thang (đĩng cắt từ 2 vị trắ):
- Hình bên là trạng thái đèn tắt cĩ bật đèn ở 2 vị trắ:
* Nếu đứng ở S1 chuyển cơng tắc: điện đi từ L S1 đèn S2 N làm đèn sáng.
* Nếu đứng ở S2 chuyển cơng tắc: điện đi từ L dây màu vàng S2 đèn S1
dây màu xanh N làm đèn sáng.
- Phân tắch tương tự ta thấy nếu đèn đang sáng cĩ thể tắt đèn ở 2 vị trắ
- Trong mạch đèn cầu thang, S1 bố trắ dưới chân cầu thang, S2 bố trắ ở cuối cầu thang
(trên tầng)
- Hình bên là trạng thái đèn tắt cĩ thể bật đèn ở 2 vị trắ:
* Nếu đứng ở S1 chuyển cơng tắc: điện đi từ LS2 S1 đènN làm đèn sáng.
* Nếu đứng ở S2 chuyển cơng tắc: điện đi từ L S1 S2 đèn N làm đèn sáng.
- Phân tắch tương tự ta thấy nếu đèn đang sáng cĩ thể tắt đèn ở 2 vị trắ
- Trong mạch đèn cầu thang, S1 bố trắ dưới chân cầu thang, S2 bố trắ ở cuối cầu thang
(trên tầng) S1 S2 Cầu chì Cơng tắc 2 vị trắ L N đèn Cơng tắc 2 vị trắ D H K T D N
3.10.2. Mạch điện chiếu sáng hành lang (đĩng cắt từ nhiều vị trắ):
- Hình trên là trạng thái đèn tắt cĩ thể bật đèn ở 3 vị trắ:
* Nếu đứng ở S1 chuyển cơng tắc: điện đi từ L S1 (tiếp điểm trên)S2 (tiếp điểm
bên trong) S3đènN làm đèn sáng.
* Nếu đứng ở S2 chuyển cơng tắc: điện đi từ L S1(tiếp điểm dưới) S2(tiếp điểm bên trong) S3đèn N làm đèn sáng.
* Nếu đứng ở S3 chuyển cơng tắc: điện đi từ LS1 (tiếp điểm trên)S2 (tiếp điểm
bên ngồi) S3(tiếp điểm trên)đènN làm đèn sáng.
S1 Cầu chì L đèn S2 S3 N Cơng tắc 2 vị trắ Cơng tắc 2 vị trắ Cơng tắc đơi 2 vị trắ S1 Cầu chì Cơng tắc 2 vị trắ L N S2 đèn Cơng tắc 2 vị trắ D H K T D N
- Phân tắch tương tự ta thấy nếu đèn đang sáng cĩ thể tắt đèn ở 3 vị trắ
- Sơ đồ này thường dùng cho chiếu sáng chung hành lang nhà cơng cộng (trường học,
bệnh viện, chung cư,Ầ). Khi đĩ S1, S2, S3 bố trắ rải dọc hành lang, người dân cĩ thể đứng ở nhiều vị trắ bật/tắt đèn mà khơng cần đi xa (cĩ khi hành lang dài tới vài trăm mét).
- Cĩ thể mở rộng thêm nhiều vị trắ đĩng cắt bằng cách ghép nối tiếp thêm nhiều cơng tắc S2
3.10.3. điều khiển mạch điện bằng rơle thời gian
- Sơ đồ này khơng dùng cơng tắc mà dùng các nút ấn tự nhả.
Khi ấn bất kỳ nút S nào thì cuộn dây Kt cĩ điện, nĩ hút tiếp điểm Kt để cấp điện các đèn E1, E2 sáng.
Kt bắt đầu đếm thời gian, khi hết thời gian đặt trước thì rơ le tự cắt và các đèn mất điện
(thời gian cĩ thể đặt từ vài giây đến 10 giờ). - Số lượng nút ấn khơng bị giới hạn
- Sơ đồ này thắch hợp cho các phịng làm việc đã định thời gian (vắ dụ phịng học, phịng họp, phịng hội thảo,Ầ) ta chỉ bật đèn 1 lần, hết thời gian là điện ngắt.
- Ngồi sử dụng cho chiếu sáng nĩ cịn dùng cho mạch điện khác bằng cách thay các đèn bằng các phụ tải khác.
3.10.4. điều khiển mạch điện bằng thiết bị khơng dây
- điều khiển bằng tia hồng ngoại: + Dùng đèn LED để phát hồng ngoại
Aptomat Rơle thời gian
Các nút ấn Các đèn Aptomat Aptomat Sơ đồ lắp ráp Các đèn hoặc phụ tải
Rơle thời gian
Sơ đồ nguyên lý
Cuộn dây của Rơle thời gian
Tiếp điểm của Rơle thời gian Các nút ấn
+ Khoảng cách điều khiển đến 15m tia chiếu phải thẳng + Thiết bị điều khiển cĩ thể thay thế lẫn nhau.
+ Dùng phổ biến do giá rẻ: Tivi, quạt, tủ lạnh, máy điều hồ,Ầ - điều khiển bằng sĩng Radio:
+ Khoảng cách điều khiển đến 150m, khơng cần thẳng hàng giữa thiết bị điều khiển
với thiết bị điện.
+ Thiết bị điều khiển khơng thể thay thế lẫn nhau.
+ Chưa dùng nhiều nhưng đang xâm nhập mạnh vào đời sống (thiết bị gắn bluetooth).
3.10.5. Ý tưởng ngơi nhà thơng minh
- Internet và thiết bị điều khiển bằng sĩng radio ngày càng phổ biến ý tưởng ngơi nhà
thơng minh.
- Con người cĩ thể kiểm sốt, điều khiển, nhìn thấy mọi thiết bị trong nhà ở bất kỳ nơi
đâu trên thế giới. Con người cĩ thể thanh tốn các dịch vụ (tiền điện, tiền nước,Ầ) thơng qua
tài khoản ngân hàng trực tuyến mà khơng phải đến cư aun cung cấp dịch vụ nộp như trước
đây.
- Hiện nay đã cĩ rất nhiều mơ hình ngơi nhà thơng minh được xây dựng, nổi tiếng nhất là mơ hình LonWorks và Axiophone.
CHƯƠNG 4
CHỐNG SÉT CHO CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 4.1 Hiện tượng sét và hậu quả của nĩ đối với cơng trình xây dựng
4.1.1. Hiện tượng sét:
Sét là hiện tượng bắ ẩn, phức tạp đến nay con người vẫn chưa hiểu hết.
Nghiên cứu thực nghiệm đầu tiên về sét là một nhà kho học Mỹ tên là Franklin (1706-
1790). Franklin nêu lên giả thuyết về bản chất điện của các tia chớp. để chứng tỏ các đám
mây cĩ tắch điện, ơng đề nghị làm một cái chịi trên đỉnh một chiếc tháp cao, từ cái chịi đĩ dựng lên một cây sào nhọn bằng sắt cao khoảng 10m gắn trên đế cách điện để quan sát những tia điện phĩng từ những đám mây dơng xuống chiếc sào. Năm 1752, ơng thực hiện ở Mỹ một thắ nghiệm nổi tiếng bằng cách dùng một chiếc diều thả lên trời khi cĩ những đám mây dơng
đang bay tới. Ơng gắn trên diều một thanh sắt nhọn đầu và ở phắa cuối dây diều ơng buộc
một chiếc chìa khĩa và một dải lụa để làm chỗ tay cầm để chứng minh cọc sắt nhọn Ộrút lửa
điệnỢ từ đám mây.
Năm 1752, tại Petecbua (Nga) nhà khoa học Richman đã làm lại thắ nghiệm nguy hiểm này và trong cơn giơng, Richman đã bị sét đánh thiệt mạng,Ầ
Cơ chế hình thành một cơn sét nĩi chung khá phức tạp, cĩ nhiều cơng trình nghiên cứu về quá trình nhiễm điện của một đám mây dơng cũng như cơ chế phát triển của tia sét hướng xuống đất, rong đĩ giả thuyết của Simson được nhiều người biết đến do giải thắch cơ chế
hình thành sét một cách đơn giản, dễ hiểu:
Dơng là hiện tượng khắ quyển liên quan với sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu nhiệt và
các nhiễu động khắ quyển, nĩ thường xảy ra vào mùa hè là thời điểm mà sự trao đổi nhiệt
giữa mặt đất và khơng khắ rất lớn. Những luồng khơng khắ nĩng mang theo hơi nước bay lên
đến một độ cao nào đấy và nguội dần, lúc đĩ hơi nước tạo thành những giọt nước nhỏ hay
gọi là tinh thể băng chúng tắch tụ trong khơng gian dưới dạng những đám mây. Trái đất càng bị nĩng thì khơng khắ nĩng càng bay lên cao hơn, mây càng dày hơn đến một lúc nào đĩ thì
Tranh vẽ minh hoạ Franklin cùng con trai làm thắ nghiệm về sét năm 1752 bằng cách thả diều cĩ gắn thanh sắt nhọn
Sét dây Sét đánh thẳng Giả thiết Simson về cơ chế hình thành sét
các tinh thể băng trong mây sẽ lớn dần và rơi xuống thành mưa. Mây càng dày thì màu của
nĩ càng đen hơn. Sự va chạm của các luồng khắ nĩng đi lên và các tinh thể băng đi xuống
trong đám mây sẽ làm xuất hiện các điện tắch mà ta gọi là mây tắch. Các phần tử điện tắch âm cĩ khối lượng lớn nên nằm dưới đáy đám mây cịn các phần tử điện tắch dương nhẹ hơn nên bị đẩy lên phần trên của đám mây. Cụ thể là:
+ H2O H+ + OH-.
+ H+ sẽ ở phần trên cịn OH- nặng hơn ở dưới dễ bị tách ra mây tắch
+ Các mây tắch trái dấu gặp nhau trên trời sét dây
+ Các mây tắch gần mặt đất (OH-) làm mặt đất cảm ứng điện tắch +, khi cường độ điện
trường lớn thì xảy ra phĩng điện sét đánh thẳng
+ Sét lan truyền: sét đánh vào đường dây điện, điện thoại ở xa nhưng truyền vào nhà gây hỏng thiết bị sét lan truyền
+ Sét cảm ứng: Sét đánh bên ngồi nhà nhưng vật dụng bằng kim loại trong nhà bị nhiễm
điện.
+ Sét hịn: xuất hiện đột ngột dạng quả cầu lửa di chuyển, sau đĩ biến mất cùng với tiếng nổ lớn hiện tượng bắ ẩn chưa giải thắch được (Nhà bác học Nga là Kapitsa xây dựng lý
thuyết sét hịn được giải Nobel 1978 nhưng vẫn chưa giải thắch được hết các hiện tượng).
Tịa nhà cao nhất thế giới Burj Khalifa ở Dubai cao 818m - 160 tầng sau khi khai trương ắt ngày (04/01/2010) thì bị sét đánh Nhiếp ảnh gia Alisdair Miller ghi lại.
Tia sét ngược do đại học Duke (Mỹ) chụp ngày 21/7/2008 Tranh minh hoạ sét hịn xuất hiện
Sét đánh thẳng vào tượng nữ
thần tự do tối 22/9/2010 Sét đánh vào máy bay
- đặc điểm tia sét:
+ Cường độ dịng điện cực lớn 50kA Ờ 200kA
+ Nhiệt độ: 10.0000C
+ Gây ra tiếng nổ lớn gọi là sấm.
4.1.2. Hậu quả của sét:
- Nguy hiểm cho người
- Hư hỏng cơng trình, thiết bị.
- Việt Nam là nước cĩ cường độ hoạt động của sét lớn (>100 ngày sét). Viện vật lý địa
cầu đã xây dựng bản đồ sét làm cơ sở tắnh tốn chống sét cho từng vùng trên cả nước. Vắ dụ
đà Nẵng= 7,3 ; Ninh Thuận =1;Long An =16,2 (lần/km2/năm)
4.2 Yêu cầu chống sét cho cơng trình
Các tiêu chuẩn chống sét hiện nay bao gồm:
- TCXDVN 46:2007 chống sét cho cơng trình xây dựng - Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống.
- QCVN 02: 2008/BCT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an tồn trong bảo quản, vận chuyển, sử dụng và tiêu hủy vật liệu nổ cơng nghiệp - Phần chống sét cho kho chứa vật liệu nổ.
- TCN 68 - 135 2001 Tiêu chuẩn chống sét và bảo vệ các cơng trình viễn thơng.
Thơng thường chỉ thiết kế chống sét đánh thẳng, khơng thiết kế chống sét lan truyền và cảm ứng (chỉ cho ngành điện, thơng tin).
- Các cơng trình chắc chắn phải cĩ chống sét: + Nơi tụ họp đơng người;
+ Nơi cần phải bảo vệ các dịch vụ cơng cộng thiết yếu; + Nơi mà quanh khu vực đĩ thường xuyên xảy ra sét đánh; + Nơi cĩ các kết cấu rất cao hoặc đứng đơn độc một mình; + Nơi cĩ các cơng trình cĩ giá trị văn hố hoặc lịch sử; + Nơi cĩ chứa các loại vật liệu dễ cháy hoặc nổ.
- Các cơng trình khác việc đặt hệ thống chống sét dựa trên các yếu tố: + Cơng năng của tồ nhà.
+ Tắnh chất của việc xây dựng tồ nhà đĩ.
+ Giá trị vật thể trong nhà hoặc những hậu quả do sét đánh gây ra. + Vị trắ tồ nhà.
+ Chiều cao cơng trình.
4.3 Chống sét đánh thẳng
Chống sét đánh thẳng cĩ nhiệm vụ thu năng lượng của dịng điện sét và chuyển nĩ tàn
vào trong đất, do đĩ các bộ phận cấu thành phải bao gồm hệ thống thu (kim) và hệ thống tản (tiếp đất). Nếu thiếu 1 trong 2 hệ thống này đều khơng thể gọi là hệ thống chống sét, đặc biệt
nếu chỉ cĩ kim mà khơng cĩ hệ thống nối đât thì cực kỳ nguy hiểm vì trường hợp này giống như gọi sét về đánh vào cơng trình.
Kim thu sét xuất hiện đầu tiên trên thế giới vào năm 1760 do phát minh của Franklin và ngày nay người ta gọi là hệ thống chống sét thụ động Franklin. Hệ thống này cĩ thể là kim hoặc là dây thu sét. Khi sét đánh nĩ thu lấy dịng điện sét đưa xuống đất. Hệ thống này đã tồn tại hàng trăm năm nay và phát huy hiệu quả, ngày nay nĩ vẫn được sử dụng phổ biến do rkết cấu đơn giản, tắnh tốn dễ dàng, giá thành rẻ nhưng lắp đặt khơng được mỹ quan.
Khoảng vài chục năm trở lại đây xuất hiện hệ thống chống sét chủ động: Nĩ chủ động
tạo phĩng điện sớm để thu hút dịng điện sét dẫn xuống đất. Hệ thống này đang xuất hiện
ngày một nhiều (nhất là ở thành phố) và cĩ vài chục hãng trên thế giới cung cấp. Về nguyên
lý thì các hãng sản xuất hệ thống này đều cùng nguyên lý nhưng về cơng nghệ thì cĩ khác
nhau. Nhược điểm là ắt tiền, dùng ở nơi cần mỹ quan, hiệu quả chống sét cao.
4.3.1 Hệ thống chống sét Franklin
a) Cấu tạo:
a.1) Bộ phận thu sét: đặt cao hơn cơng trình, kim đặt tại nơi đỉnh nhọn
Bao gồm các loại:
+ Kim thu sét: thép mạ kẽm, mạ đồng, dài 200-400mm, đầu nhọn.
+ đai thu sét: để liên kết các kim thu sét đồng thời làm nhiệm vụ thu sét với phạm vi hẹp hơn kim thu sét.
+ Lưới thu sét: đối với nhà mái bằng rất rộng khơng dùng kim mà dùng lưới thu sét
khẩu độ 10mx20m.
+ Dây thu sét: đối với cơng trình dạng tuyến như đường dây tải điện trên khơng người ta
treo dây chống sét để thu sét.
a.2) Bộ phận dẫn sét
- Dẫn dịng sét xuống đất
- Ở độ cao < 3m cĩ người qua lại phải chơn ngầm hoặc bọc trong ống. - Mỗi cơng trình cĩ ắt nhất 2 dây dẫn sét.
- Cách mặt đất 1m bố trắ điểm nối dây cĩ thể tháo ra để đo điện trở đất. - Làm bằng dây thép hoặc dây đồng.
Cột bêtơng Cọc nối đất Kim thu sét Cơng trình Dây dẫn sét 2m Kim thu sét đai thu sét Cọc nối đất Cơng trình D H K T D N
a.3) Bộ phận nối đất
- Làm nhiệm vụ tản dịng điện sét vào các lớp đất xung quanh - Thường đặt ở vị trắ khuất, ắt người qua lại (tránh điện áp bước)
- Gồm các cọc và dây thép mạ kẽm liên kết nhau bằng hàn điện (dây và cọc bằng thép)
hoặc hàn hố nhiệt (dây và cọc bằng đồng), chơn ở độ sâu 0,8-1m. Khoảng cách cọc-cọc tối thiểu gấp đơi chiều dài cọc.
Cọc nối đất Cơng trình Kim thu sét Dây dẫn sét Cột 2m Cột 2m 2m Cơng trình Dây thu sét Cọc nối đất Lưới 10x20m2 140m 70m Khuơn hàn hố nhiệt
Mối hàn hố nhiệt 2 dây đồng
- được kiểm tra trị số điện trở hằng năm Rnđ càng nhỏ càng tốt
- Hệ thống nối đất cĩ kết cấu rất phong phú, cĩ thể kết cấu hình tia (khơng cĩ cọc) hoặc cọc-tia kết hợp mạch hở hoặc cọc-tia kết hợp mạch kắn
b) Tắnh tốn bộ phận thu sét b.1) Một kim thu sét:
Hiện nay cĩ nhiều mơ hình tắnh tốn phạm vi bảo vệ của 1 kim thu sét, trong đĩ mơ hình càng chắnh xác thì càng phức tạp (vắ dụ: mơ hình điện hình học). Trong thực tế thường dùng mơ hình tắnh tốn do Franklin đề xuất:
Phạm vi bảo vệ là một mặt nĩn cong trịn xoay xác định từ thực nghiệm.
Việc tắnh tốn theo đường cong này khá phức tạp nên người ta đơn giản hố bằng các
mặt nĩn gãy khúc.
*) Cho trước hệ thống chống sét cĩ độ cao h thì vùng bảo vệ được xác định như sau: Rx=1,5(h-1,25hx).Ph Khi hx<2/3h
Rx=0,75(h-hx).Ph Khi hx≥2/3h
Trong đĩ:
Rx gọi là bán kắnh bảo vệ
hx gọi là chiều cao được bảo vệ
Kiểu nối đất hình tia
Kiểu cọc - tia Mặt đất D ây l ên k im t h u s ét D ây l ên k im t h u s ét Mặt đất Rx 1,5h Vật được bảo vệ h x D H K T D N
Ph là xác suất sét đánh vịng ở độ cao h
Ph=1 khi h ≤ 30m
Ph=5, 5
h khi h > 30m
*) Nếu cho biết kắch thước cần bảo vệ của cơng trình (hx và bx ) ta tắnh được chiều cao
yêu cầu của kim thu sét như sau:
2, 67. 1, 25 1, 5 2, 67. 0, 75 x x x x h x x x x h R R h h Khi h P R R h h Khi h P = + ≤ = + >
b.2) Hai kim thu sét cao bằng nhau:
Phạm vi bảo vệ ở đoạn giữa 2 kim cĩ tắnh đến sự hỗ trợ lẫn nhau của 2 kim. độ cao bảo vệ ở khoảng giữa 2 kim giới hạn bởi đường trịn đi qua đỉnh 2 kim, tâm đường trịn nằm trên
đường thẳng vuơng gĩc với đường thẳng nối 2 đầu kim và bán kắnh cĩ độ dài là: