CHƯƠNG 8: THIẾT KẾ AN TOÀN ĐIỆN
8.2. TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT
8.2.1. Khái niệm.
Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất. Sự hình thành và phát triển của phóng điện sét là kết quả của quá trình tích tụ điện trong các đám mây dông và số lần phóng điện sét từ các đám mây dông phụ thuộc vào tốc độ phát sinh điện tích, độ lớn và sự phân bố của chúng trong lòng các đám mây.
8.2.2. Các phương pháp chống sét hiện đại.
Trên thị trường Việt Nam hiện nay đang dùng các loại đầu thu phát xa sớm (ESE), gồm có Prevectron của hãng Indelec (Pháp), EF của hãng EF Carrich System ( Thụy Sĩ ), Dynasphere, Interceptor của hãng Global ( Úc ) …
Kim thu sét phát xạ sớm:
Về cơ bản thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo bao gồm:
- Kim thu sét trung tâm bằng đồng điện phân hoặc thép, hợp kim không rỉ. Kim này có tác dụng tạo một đường dẫn dòng sét liên tục từ tia tiên đạo và dẫn xuống đất theo dây dẫn sét.
- Thiết bị tạo ion, giải phóng ion và tạo tia tiên đạo. Đây là tính năng đặc biệt của đầu thu sét phát xạ sớm. Nhờ thiết bị này mà đầu thu sét có thể tạo ra vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ an toàn cao.
- Về nguyên tắc hoạt động trong trường hợp dông bão xảy ra điện trường khí quyển gia tăng khoảng vài ngàn volt/mét, đầu thu sét sẽ thu năng lượng điện trường khí quyển, năng lượng này được tích trữ trong thiết bị ion hóa. Trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện sét sẽ có một sự gia tăng nhanh chóng và đột ngột của điện trường khí quyển, ảnh hưởng này tác động làm thiết bị ion hóa giải phóng năng lượng đã tích luỹ dưới dạng ion tạo ra một đường dẫn tiên đạo về phía trên, chủ động dẫn sét.
Quá trình ion hóa được đặt trưng bởi :
- 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 giây trước khi có phóng điện sét, do đó đảm bảo dẫn sét kịp thời chính xác.
- Sự xuất hiện một số lượng lớn các electron tiên đạo cùng với sự gia tăng của điện trường có tác dụng rút ngắn thời gian tạo hiệu ứng Corona.
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD: Th.S Phan Thị Thu Vân
- Đầu thu sét phát xạ sớm ( ESE ) phát ra một đường dẫn sét chủ động về phía trên nhanh hơn bất cứ điểm nhọn nào gần đó .
8.2.3. Hình thức chọn hệ thống chống sét.
- Phạm vi bảo vệ: bảo vệ chống sét cho toàn bộ nhà máy.
- Bảo vệ bằng cột thu sét sử dụng đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm ESE.
- Chiều cao nóc 7m.
8.2.4. Tính toán chọn kim thu sét.
- Độ cao: xét độ cao nhất cần bảo vệ của nhà máy là 7 m.
+ Chiều dài: a = 192 m + Chiều rộng: b = 118 m
- Vì nhà xưởng rất rộng và dài nên ta chia nhà xưởng làm 2 phần có chiều dài và rộng mỗi phần như sau:
+ Chiều dài: a =118 m + Chiều rộng : b = 96 m
- Chọn vị trí đặt cột thu sét tại đỉnh ở giữa mỗi phần mái nhà của nhà xưởng,vì ta chia làm 2 phần nên ta chọn 2 kim để bảo vệ toàn bộ nhà xưởng, ta có thông số cần tính toán bảo vệ là:
+ a = 118 m.
+ b = 96 m.
- Bán kính cần bảo vệ:
𝑅𝑝 = √h(2D − h) + ΔL(2D + ΔL)
Ta chọn đầu thu sét hiệu Saint – Elmo ( Trang 226 , bảng 7.1 sách an toàn điện của cô Phan Thị Thu Vân) có các thông số sau:
Kim thu : SE15
Cấp bảo vệ : cấp III
h : 4 (m), chiều cao của kim thu sét tính từ đỉnh kim đến bề mặt cần bảo vệ.
D : 60 (m) ,phụ thuộc cấp bảo vệ I, II , III.
ΔL : 45 (m), độ lợi về khoảng cách phóng tia tiên đạo.
𝑅𝑝 = √h(2D − h) + ΔL(2D + ΔL)
= √4(2x60 − 4) + 45(2x60 + 45) = 88.82 m.
Ta có:
Kim được đặt giữa mỗi phần của nhà xưởng nên khoảng cách xa nhất mà kim cần bảo vệ là :
R= √118
2+962
2 = 76.06 (m).
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD: Th.S Phan Thị Thu Vân
Ta thấy : 𝑅𝑝> R=76.06 (m) vậy kim đã chọn bảo vệ được hết nhà xưởng.
8.2.5. Tính toán nối đất
- Loại đất pha sét: đất khô, hình thức thanh thép tròn dài 20 m chôn sâu dưới mặt đất 0.8 m,có đường kính là 40 mm.
- Điện trở suất của đất: ρđ = 100 (Ωm)
- Hệ số hiệu chỉnh điện trở suất nằm ngang : Kng= 1.25 - Dòng sét chạy qua hệ thống là 40 kA
Điện trở suất tính toán:
ρttng = Kng x ρđ = 1.25 x 100 = 125 Ωm - Điện trở tản xoay chiều của thanh :
𝑅𝑡 = 𝜌𝑡𝑡−𝑡
2𝜋𝑙 ln ( 𝑙2
𝑑×𝑡)= 125
2𝜋20ln ( 202
0.04×0.8)= 9.4Ω . Với l = 20 m ,ρ = 125, I = 40 kA :
Tra bảng PL 15 ( sách kỹ thuật cao áp của th.s Lê Kim Huy) cho αxk = 0.9,tính được điện trở xung kích của một thanh:
Rxk=αxk . R = 0.9 x 9.4 = 8.46 Ω .
Ta tra bảng PL11 ( sách kỹ thuật cao áp của th.s Lê Kim Huy) cho xk=1 Điện trở xung kích của hệ thống :
Rxk∑ =𝑅𝑥𝑘
n.𝐱𝐤= 8.46
1.1 = 8.46 Ω .
Vậy thỏa điều kiện Rxk< 10 Ω.
Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD: Th.S Phan Thị Thu Vân