NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHỐNG SÉT, LIÊN KẾT VÀ TIẾP ĐẤT HIỆU QUẢ BẢO VỆ CÁC CÔNG TRÌNH VIỄN THÔNG CỦA VNPT

Đề tài : NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHỐNG SÉT, LIÊN KẾT VÀ TIẾP ĐẤT HIỆU QUẢ BẢO VỆ CÁC CÔNG TRÌNH VIỄN THÔNG CỦA VNPT.Đề tài nghiên cứu vấn đề như xây dựng mô hình, tiếp đất, chống sét, cho các thiết bị viễn thông.

LỜI CẢM ƠN!

Sau quá trình học tập, nghiên cứu trong suốt khoá đào tạo Thạc sỹ chuyên ngành kỹ thuật Điện tử tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông tôi đã hoàn thành luận văn “Nghiên cứu xây dựng mô hình chống sét, liên kết và tiếp đất hiệu quả bảo vệ các công trình Viễn thông của VNPT” Cảm nghĩ đầu tiên của tôi là sự vui mừng vì đã hoàn thành quyển luận văn này mà ngay từ ngày bắt tay vào làm tôi đã xác định đây là công việc khó khăn Tôi cũng hiểu rằng kết quả này không chỉ là sự nỗ lực của riêng bản thân tôi mà còn nhờ sự giúp đỡ của rất nhiều người

Trước hết tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Văn Dũng, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn này.

Xin trân trọng cám ơn Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, khoa Quốc tế

và đào tạo sau Đại học đã tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi trong ba năm học cao học tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.

Xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô ở Học viện công nghệ Bưu chính Viễn thông và những thầy cô đã tham gia giảng dạy lớp cao học Kỹ thuật Điện tử khoá 7 đã truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong những ngày học tại trường Tôi cũng xin cảm ơn lãnh đạo Viện KHKT Bưu điện, các đồng nghiệp của tôi ở Phòng NCKT Tương thích Môi trường - Viện khoa học kỹ thuật Bưu điện đã giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt thời gian học tập và làm luận văn này.

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và những người thân đã luôn giành sự ủng hộ nhiệt tình và động viên tôi trong suốt thời gian qua.

Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2008

VŨ HỒNG SƠN

Mục lục

Chơng I Nguyên lý hình thành sét và tác động của sét

đến công trình viễn thông 10

1.1 Sét và nguyên lý hình thành 10

1.2 Các dạng tác động của sét đến công trình và thiết bị viễn thông 15

1.2.1 Các dạng tác động của sét 15

1.2.1.1 Tác động tĩnh điện 15

1.2.1.2 Tác động điện từ 15

1.2.1.3 Tác động của dòng sét 15

1.2.1.4 Tác động galvanic 15

1.2.1.5 Tác động thứ cấp (Tạp âm thứ cấp) 15

1.2.2 Các con đờng chính sét xâm nhập có thể gây ảnh hởng đến công trình viễn thông 16

1.3 Phân vùng sét nguy hiểm 18

1.4 Phân vùng chống sét bảo vệ 18

1.4.1 Vùng LPZO (Lightning protection zone O) 19

1.4.1.1 Vùng LPZOA (Lightning protection zone OA) 19

1.4.1.2 Vùng LPZOB (Lightning protection zone OB) 19

1.4.2 Vùng LPZ1 (Lightning protection zone 1) 19

1.4.3 Các vùng chống sét LPZ2 (Lightning protection zone 2 ) 19

Chơng II chống sét đánh trực tiếp cho các công trình Viễn thông 21

2.1 Hệ thống chống sét Franklin 21

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin 21

2.1.1.1 Nguyên lý phóng điện điểm 21

2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin 22

2.1.2 Cấu trúc của hệ thống Franklin 22

2.1.3 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin 24

2.1.3.1 Phơng pháp hình nón 24

2.1.3.2 Phơng pháp quả cầu lăn 25

2.1.4 Mô hình sử dụng điện cực Franklin bảo vệ cho các công trình Viễn thông.

26

2.1.4.1 Đối với các cột anten 27

2.1.4.2 Đối với nhà trạm 28

2.1.4.3 Đối với các công trình dạng tuyến 30

2.2 Hệ thống chống sét phát tiên đạo sớm 30

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phát tiên đạo sớm 30

2.2.2 Cấu trúc của hệ thống phát tiên đạo sớm 30

2.2.3 Vùng bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm 32

2.2.4 Mô hình sử dụng điện cực phát tiên đạo sớm bảo vệ cho các công trình Viễn thông 33

2.3 Hệ thống phân tán năng lợng sét 34

2.3.1 Đặc điểm, chức năng, thành phần của hệ thống phân tán năng lợng sét 34 2.2.1.1 Bộ tập trung điện tích trong đất (ground charge collector (GCC)) 34

2.3.1.2 Dây dẫn điện tích 35

2.3.1.3 Bộ tạo ion (Ionizer) 35

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân tán năng lợng sét 37

2.3.3 Vùng bảo vệ của hệ thống phân tán năng lợng sét 38

2.3.4 Mô hình sử dụng hệ thống phân tán năng lợng sét bảo vệ cho các công trình Viễn thông 38

2.4 Khuyến nghị áp dụng 39

Chơng III chống sét lan truyền cho các công trình Viễn thông 42

3.1 Chống sét lan truyền trên đờng điện lới 42

3.1.1 Thiết bị cắt sét 42

3.1.2 Thiết bị cắt lọc sét 44

3.1.3 Mô hình lắp đặt thiết bị chống sét trên đờng điện lới 45

3.1.3.1 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét nhiều cấp 45

3.1.3.2 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt lọc sét 47

3.1.4 Khuyến nghị 49

3.2 Chống sét lan truyền trên đờng cáp viễn thông 49

3.2.1 Chống sét lan truyền trên đờng cáp anten feeder 49

3.2.1.1 Nối đất vỏ che chắn cáp feeder 49

3.2.1.2 Lắp đặt bị chống sét trên cáp feeder 51

3.2.2 Chống sét lan truyền trên đờng cáp thuê 52

Chơng IV cấu hình đấu nối và tiếp đất cho trạm viễn thông 54

4.1 Tiếp đất cho trạm viễn thông 54

4.1.1 Phân loại tiếp đất trong viễn thông 54

4.1.2 Bố trí tổ tiếp đất 55

4.1.3 Lựa chọn loại hệ thống tiếp đất 57

4.2 Cấu hình đấu nối 59

4.2.1 Mạng liên kết chung CBN 59

4.2.1.1 Xây dựng mạng liên kết chung đối với trạm xây dựng mới 59

4.2.1.2 Xây dựng mạng liên kết chung đối với trạm có sẵn 60

4.2.1.3 Đấu nối mạng liên kết chung với mạng tiếp đất của nhà trạm 60

4.2.2 Liên kết cho các khối thiết bị bên trong nhà trạm Viễn thông 61

4.2.2.1 Mạng M-BN 61

4.2.2.2 Mạng liên kết cách ly mắt lới (M-IBN) 62

4.2.2.3 Mạng liên kết cách ly mắt lới (M-IBN) 63

4.2.2.4 Đấu nối cầu cáp 63

Chơng V Kết luận và khuyến nghị 65

Phụ lục A Vùng bảo vệ của điện cực franklin theo phơng pháp hình nón 67

phụ lục B Phơng pháp tính toán rủi ro do sét gây ra đối với các công trình Viễn thông 69

B.1 Các diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào công trình viễn thông 69

B.1.1 Diện tích rủi ro tơng đơng do sét đánh trực tiếp vào nhà ( A d ) 70

B.1.2 Diện tích rủi ro do sét đánh xuống đất gần trạm (nhà) viễn thông A n 70

B.1.3 Diện tích rủi ro do sét đánh xuống các đờng dây dẫn vào trạm viễn thông A S 71

B.1.4 Diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào Anten A a 72

B.2 Tính rủi ro thiệt hại do sét gây ra tại một trạm viễn thông có cột anten kề bên 73 B.2.1 Tần suất thiệt hại, N 73 B.2.2 Các hệ số xác suất h hỏng p 76

phụ lục C Số liệu về mật độ sét đánh tại các địa danh của Việt Nam 80

Tài liệu tham khảo 88

Danh mục bảng biểu Bảng 1.1 Các dạng tác động của dông sét đến độ ổn định của công trình viễn thông

17

Bảng 2.1 Thông số mức bảo vệ của hệ thống chống sét đánh trực tiếp 26

Bảng 2.2 Đặc điểm của hệ thống Franklin 27

Bảng 2.3 Đặc điểm của hệ thống phát tiên đạo sớm 34

Bảng 2.4 Đặc điểm của hệ thống phân tán năng lợng sét 39

Bảng 4.1 Các dạng mạch tiếp đất cơ bản cho các thiết bị viễn thông 55

Bảng A.1 Các vùng bảo vệ của thu lôi khi hT(M)  150 m và hx  h0 67

Bảng A.2 Các vùng bảo vệ của thu lôi khi hT(M)  150 m và hx  h0 (tiếp theo) 68

Bảng B.1 Các trị số p đối với các vật liệu khác nhau 77

Bảng B.2.a Các trị số p đối với các biện pháp bảo vệ riêng ở bên ngoài nhà 77

Bảng B.2.b Các trị số p đối với các biện pháp bảo vệ riêng bên trong nhà 77

Bảng B.3 Các trị số p cho các biện pháp bảo vệ trên cáp dẫn vào trạm 78

Bảng B.4 Các trị số p cho các lớp phủ bề mặt khác nhau để giảm điện áp bớc và điện áp chạm 79

Danh mục hình vẽ

Hình 1.1 Sự phân bố điện tích trong đám mây dông 11

Hình 1.2 Quá trình phóng điện của đám mây dông 13

Hình 1.3 Cơ cấu sét đợc ghi lại nhờ Camera tự xoay (a) và sự biến đổi của dòng điện đối với sét lặp (b) 14

Hình 1.4 Các con đờng chính sét xâm nhập gây ảnh hởng đến thiết bị viễn thông 17

Hình 1.5 Phân vùng sét theo mức độ nguy hiểm 18

Hình 1.6 Các vùng chống sét khác nhau tại một trung tâm viễn thông 20

Hình 2.1 Các loại thu lôi cơ bản và các phần tử của thu lôi Franklin 24

Hình 2.2 Vùng bảo vệ của một thanh thu lôi (theo phơng pháp quả cầu lăn) 25

Hình 2.3 Mô hình chống sét đánh trực tiếp cho cột anten sử dụng điện cực Franklin với chiều cao cột lớn hơn khoảng cách phóng điện Ds > 45 m 28

Hình 2.4 Bố trí điện cực Franklin trên mái nhà 29

Hình 2.5 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin đối với nhà trạm 29

Hình 2.6 Một số loại điện cực phát tiên đạo sớm: 31

Hình 2.7 Bán kính bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm 32

Hình 2.8 Chống sét đánh trực tiếp theo nguyên lý phân tán năng lợng 35

Hình 2.9 Một số bộ tạo Ion đang đợc sử dụng 36

Hình 2.10 Lắp đặt thiết bị phân tán năng lợng sét trên cột anten 41

Hình 3.1 Đặc tuyến của MOV 42

Hình 3.2 Cấu tạo cơ bản của thiết bị cắt sét 3 pha 43

Hình 3.3 Cấu tạo cơ bản của thiết bị cắt lọc sét 3 pha với mắt lọc LC nối tiếp 44

Hình 3.4 Các loại bộ lọc và tác dụng hạn chế xung sét 45

Hình 3.5 Vùng chống sét và các loại thiết bị cắt sét lắp đặt 46

Hình 3.6 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét nhiều cấp bảo vệ đờng điện nguồn cung cấp cho thiết bị Viễn thông tại các trung tâm Viễn thông của VNPT 47

Hình 3.7 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt lọc sét trong trờng hợp cáp từ phòng máy nổ đến nhà trạm không đi nổi bên ngoài 48

Hình 3.8 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt lọc sét trong trờng hợp cáp từ phòng máy nổ đến nhà trạm đi nổi bên ngoài 48

Hình 3.9 Mô hình nối đất vỏ che chắn cáp feeder và lắp đặt thiết bị chống sét 50

Hình 3.10 Nối đất vỏ che chắn cáp feeder trớc khi đi vào nhà trạm qua tấm tiếp đất

51

Hình 3.11Cấu tạo của thiết bị chống sét trên cáp anten feeder 51

Hình 3.12 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi đồng loại chỉ chống quá áp 52

Hình 3.13 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi đồng loại chỉ chống quá dòng 53

Hình 3.14 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi đồng loại chống cả quá áp và quá dòng 53

Hình 4.1 Bố trí điện cực tiếp đất thành vòng rinh bao quanh nhà trạm 56

Hình 4.2 Mô hình cân bằng thế các tổ tiếp đất trong khu vực trạm Viễn thông 57

Hình 4.3 Mạng liên kết chung 61

Hình 4.4 Mạng liên kết chung cho nhà trạm Viễn thông Long Thành - Đồng Nai 62

Hình 4.5 Nối liên tục các đoạn cầu cáp 64

Hình B.1 Diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào nhà 71

Hình B.2 Các diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào một trạm viễn thông 74

Mở đầu

Sét là một hiện phóng điện tự nhiên xảy ra trong các cơn ma, dông Năng lợngchứa trong một lần sét đánh rất lớn và nó gây nhiều tác hại và phá huỷ các côngtrình trên mặt đất trong đó có các công trình và thiết bị Viễn thông Các thiết bịViễn thông là các thiết bị điện tử rất nhạy cảm với dòng điện và điện áp nhiễu từ bênngoài Bộ thông tin và truyền thông, tập đoàn Bu chính Viễn thông Việt Nam(VNPT) đã nghiên cứu và xây dựng nhiều tiêu chuẩn, quy phạm có liên quan đếncông tác tiếp đất, chống sét Hàng năm các đơn vị của VNPT phải đầu t nhiều tỷ

đồng cho công tác xây dựng tiếp đất và chống sét cho các trạm Viễn thông Tuynhiên, nhiều công trình thiết kế không hiệu quả và hậu quả là vẫn có nhiều côngtrình bị sét đánh thờng xuyên và h hỏng nhiều thiết bị làm mất liên lạc, tổn thất dịch

vụ và thiết bị

Các nghiên cứu về dông sét cũng nh các giải pháp về chống sét, tiếp đất và xâydựng cầu hình đấu nối để hạn chế rủi ro do sét gây ra cha đợc đầy đủ và cha hiệuquả Vì những lý do trên tôi quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hìnhchống sét, liên kết và tiếp đất hiệu quả bảo vệ các công trình Viễn thông của VNPT”làm luận văn tốt nghiệp của mình nhằm đa ra giải pháp, mô hình chống sét, tiếp đấthiệu quả để áp dụng cho các đơn vị của VNPT

Về bố cục, luận văn đợc cấu trúc thành 4 chơng nh sau:

Chơng I có tiêu đề Nguyên lý hình thành sét và tác động của sét đến công trình“

viễn thông”: Chơng này trình bày tóm tắt nguyên lý hình thành sét, các dạng tác

động của sét đến công trình Viễn thông, các con đờng sét xâm nhập vào thiết bị viễnthông và phân vùng chống sét

Chơng II có tiêu đề Chống sét đánh trực tiếp cho các công trình Viễn thông“ ”:Chơng này trình bày các giải pháp chống sét đánh trực tiếp bao gồm hệ thốngFraklin, hệ thống phát tiên đạo sớm và hệ thống phân tán năng lợng sét Đa ra môhình áp dụng từng giải pháp vào công trình Viễn thông

Chơng III có tiêu đề Chống sét lan truyền cho các công trình Viễn thông“ ”:

Ch-ơng này trình bày các giải pháp chống sét lan truyền trên đờng điện lới, cáp feeder,cáp thuê bao Đa ra mô hình chống sét trên đờng điện lới, trên cáp feeder, trên cápthuê bao

Chơng IV có tiêu đề Cấu hình đấu nối và tiếp đất cho trạm viễn thông“ ”: Chơngnày trình bày mô hình xây dựng các tổ tiếp đất, mạng liên kết chung và đấu nối tiếp

đất cho công trình và thiết bị Viễn thông

Cuối luận văn là phần Kết luận và khuyến nghị“ ”: tóm tắt những phần việcnghiên cứu đã trình bày trong luận văn và những đề xuất hớng nghiên cứu tiếptheo của đề tài

Luận văn này đợc nghiên cứu và hoàn thành dới sự hớng dẫn của TS Nguyễn VănDũng, Viện khoa học kỹ thuật Bu điện Do thời gian và khả năng có hạn nên khôngtránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầycô giáo và các bạn đồng nghiệp

ở các phần trên và dới của đám mây, chúng tạo ra xung quanh đám mây này một

điện trờng có cờng độ lớn

Sự hình thành các điện tích khối với các cực tính khác nhau trong đám mây (haycòn gọi là sự phân cực của đám mây) có liên quan đến sự ngng tụ do làm lạnh hơi n-

ớc của luồng không khí nóng đi lên, tạo ra các ion dơng và âm (các trung tâm ngngtụ) và liên quan đến cả sự phân chia các giọt nớc mang điện trong đám mây dới tácdụng mạnh của luồng không khí nóng đi lên

Trong quá trình tích luỹ các điện tích có phân cực khác nhau, một điện trờng có ờng độ luôn đợc gia tăng hình thành xung quanh đám mây Khi Gradient điện thế ởmột điểm bất kỳ của đám mây đạt giá trị tới hạn về tính chất cách điện của khôngkhí (với áp lực khí quyển bình thờng, khoảng 3.106 V/m) ở đó xảy ra sự đánh xuyênhay sét tiên đạo

Theo ớc tính trong mỗi giây đồng hồ có khoảng một trăm sét đánh xuống mặt đất.Sét gây ra các tác hại tĩnh điện, điện từ, nhiệt, động lực đến các đối tợng xung quanh

nh thiết bị kỹ thuật điện, đờng dây thông tin, tín hiệu, truyền số liệu, đờng dây điệnlực, các phơng tiện thông tin, Vô tuyến điện tử và thờng gây ra các thiệt hại lớn Theo dấu hiệu phía ngoài sét đợc phân ra thành một số loại Loại phổ biến nhất làsét vạch với các dạng khác nhau nh: sét dải, sét dạng tên lửa, sét dạng chữ chi vàdạng nhánh, loại hiếm thấy nhất là sét cầu

Sét vạch thờng gặp nhất trong thiên nhiên và cũng chính là nguồn điện từ mạnhphổ biến nhất

Sét vạch gồm có các loại nh sau:

- Sét vạch “Đám mây - Đất”;

- Sét vạch “Đám mây - Lớp khí quyển phía trên”;

- Sét vạch bên trong đám mây (Đám mây);

- Sét vạch “Đám mây - Đám mây”

Trong các dạng sét vạch thì sét vạch “Đám mây - Đất” thờng hay gặp nhất.

Trên hình 1.1 trình bày sự phân bố các điện tích trong đám mây dông

Hình 1.1 Sự phân bố điện tích trong đám mây dông

Hầu hết các đám mây dông điện tích dơng P = + (24  40) C đa lên phần trên,

điện tích âm N = - (24  40) C đa xuống dới ở phần thấp nhất của đám mây có thể

đợc phân bố một vùng thứ 3 không lớn lắm là các điện tích dơng p = + (4  10) C Ngoài sự phân cực âm của đám mây dông nh đã mô tả ở trên, trong những trờnghợp hãn hữu ta gặp cả đám mây phân cực dơng, tức là các điện tích âm đợc đa lênphần trên của đám mây

Chiều cao của đám mây dông điển hình khoảng (8  12) km Với đám mây cóchiều rộng vừa phải, tâm của điện tích khối âm phân bố ở độ cao (2  5) km, còntâm của điện tích khối dơng phân bố ở độ cao (6  10) km

Trong quá trình tích luỹ các điện tích có phân cực khác nhau, một trờng điện có ờng độ gia tăng đợc hình thành xung quanh đám mây

Khi Gradien điện thế ở một điểm bất kỳ của đám mây đạt giá trị tới hạn về tínhchất cách điện của không khí (với áp lực khí quyển bình thờng, khoảng 3.106 V/m) ở

đó xảy ra sự phóng điện hay sét tiên đạo

Sự phóng điện bắt đầu ở gần đám mây sẽ đợc truyền với tốc độ khoảng 5.104 km/stheo hớng mặt đất (xem hình 1.2 - a) Nhng sự phóng điện này không tới đợc mặt

đất mà sẽ tạm dừng chuyển động ở cách đám mây một khoảng cách (50  60) m

Sự phóng điện mới bắt đầu phát triển có cùng tốc độ và cùng con đờng với sựphóng điện thứ nhất sau một khoảng thời gian gần 10 s cũng hớng xuống đất vàdừng lại ở cách đám mây một khoảng cách (100  120) m (xem hình 1.2 - b) Saukhi kết thúc sự phóng điện lần thứ hai bắt đầu sự phóng điện lần thứ ba cũng theocùng đờng và dừng lại ở cách xa đám mây thêm một khoảng cách là (50  60) mv.v (xem hình 1.2 - c)

Các phóng điện mới (xem hình 1.2 - d,e ) lại xuất hiện cho đến khi cách mặt đất 1bớc phóng điện cuối cùng tới mặt đất (xem hình 1.2 - g) Tại các vật thể trên mặt đất

sẽ xuất hiện sự Ion hoá không khí tại các điểm nhọn và khi tiên đạo đi xuống từ đámmây cách các vật thể trên mặt đất một khoảng cách phòng điện thì tại các điểm nhọn

sẽ tạo ra dòng ion (dòng tiên đạo) đi lên và gặp dòng tiên đạo đi xuống tạo thànhtiên đạo hoàn chỉnh

Quá trình hình thành kênh sét từ đám mây tới mặt đất xảy ra kiểu từng cấp và đểkết thúc đòi hỏi một khoảng thời gian chừng một nghìn microgiây Số lợng các xungphụ thuộc vào khoảng cách giữa đám mây tích điện và mặt đất Sự phóng điện ban

đầu này gọi là sự phóng điện dẫn đờng hay còn gọi là tiên đạo sét và có hiệu ứngphát sáng không đáng kể Sau khi tiên đạo tới mặt đất, bắt đầu sự phóng điện phátsáng từ mặt đất tới đám mây với tốc độ trung bình là 3,5 km/s và đ ợc gọi là sựphóng điện chính (xem hình 1.2 - h)

Hình 1.2 Quá trình phóng điện của đám mây dông

Cơ cấu sét ghi lại nhờ máy Camera tự xoay đợc trình bày trên hình 1.3 - a và sự biến đổi của dòng điện đối với sét lặp đợc trình bày trên hình 1.3 - b

Từ hình 1.3 ta thấy rằng sét thứ hai cũng nh sét thứ nhất, gồm có tiên đạo hớng từ

đám mây tới mặt đất và sét chính (sét ngợc) hớng ngợc lại sau khi tiên đạo đến mặt

đất, nhng khác với sét thứ nhất là ở chỗ tiên đạo không phân cấp và có tốc độ đều, lớn hơn hoặc nhỏ hơn một ít, khoảng 2.103 km/s Tiên đạo lặp này gọi là tiên đạo dạng mũi tên Số lợng sét lặp trên cùng một kênh từ 2 đến 10 hoặc có thể lớn hơn Nếu khoảng thời gian giữa 2 sét chính liên tiếp tơng đối lớn và sự ion hoá trong kênh sét giảm nhỏ hơn trị số tới hạn thì tiên đạo lặp mất khả năng chuyển động dạng mũi tên và bắt đầu truyền lan kiểu phân cấp

a)

b)

Đám mây

Tiên đạo

phân cấp

Tiên đạo dạng mũi tên Tiên đạo dạng mũi tên

Mặt đất

is

Hình 1.3 Cơ cấu sét đợc ghi lại nhờ Camera tự xoay (a)

và sự biến đổi của dòng điện đối với sét lặp (b)

1.2 Các dạng tác động của sét đến công trình và thiết bịviễn thông

1.2.2 Các con đờng chính sét xâm nhập có thể gây ảnh hởng đến công trình viễn thông

Các công trình thông tin bị h hỏng do sét gây ra chủ yếu vào các thời gian dôngsét trong năm, từ tháng ba đến tháng chín đôi khi kéo dài sang cả tháng mời

Các con đờng chính (xem hình 1.4) sét xâm nhập có thể gây ảnh hởng đến côngtrình viễn thông bao gồm :

 Sét xâm nhập qua thiết bị anten - phi đơ;

 Sét xâm nhập qua các đờng dây thông tin treo nổi ( dây trần và cáp treo );

 Sét xâm nhập qua cáp thông tin ngầm;

 Sét xâm nhập qua cáp, dây nối giữa các thiết bị viễn thông;

 Sét xâm nhập qua các mạch cung cấp điện cho thiết bị viễn thông;

 Sét xâm nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung ;

 Sét xâm nhập qua các vỏ che chắn của các thiết bị viễn thông

Tác động của dông sét đến công trình viễn thông là do các ảnh hởng tĩnh điện,

ảnh hởng điện từ, ảnh hởng của dòng sét, ảnh hởng galvanic và ảnh hởng thứ cấp Các dạng tác động của dông sét đến độ ổn định của công trình viễn thông qua cáccon đờng sét xâm nhập khác nhau đợc trình bày trong bảng 1.1

Hình 1.4 Các con đờng chính sét xâm nhập gây ảnh hởng đến thiết bị viễn

điện Điện từ Dòng sét Galvanic Thứ cấp

 Vùng sét nguy hiểm ít (1);

 Vùng sét nguy hiểm cao (2)

Cách phân vùng nh vậy đợc minh hoạ trên hình 1.5 Trong đó các vùng có mứcKeraunic (số ngày dông) cao và có điện trở suất của đất lớn là các vùng sét nguyhiểm cao và ngợc lại là các vùng sét nguy hiểm ít

Nh vậy, vùng sét nguy hiểm là vùng có mức Keraunic D  100 ngày dông và điệntrở suất của đất đ  100 m

Hình 1.5 Phân vùng sét theo mức độ nguy hiểm

1.4 Phân vùng chống sét bảo vệ

Phụ thuộc vào đặc tính bảo vệ tự nhiên, mức độ khắt nghiệt của xung điện từ dosét gây ra và xuất phát từ nhu cầu bảo vệ, ngời ta có thể thiết lập ra các vùng chốngsét bảo vệ nhằm hạn chế đến mức thấp nhất trờng điện và trờng từ do điện tích đámmây dông (trớc khi xuất hiện sét) hay dòng điện trong kênh sét gây ra

Theo cách phân vùng chống sét bảo vệ của tổ chức liên minh viễn thông quốc

tế (ITU), có thể phân ra thành các vùng chống sét nh sau :

1.4.1 Vùng LPZO (Lightning protection zone O)

Vùng LPZO là vùng hoàn toàn trống trãi, không có khả năng làm yếu đi cáctrạng thái điện từ dông sét Để thuận tiện trong phân tích nguy cơ sét đánh trực tiếp

ta có thể tiếp tục chia vùng LPZO ra thêm các vùng khác là LPZOA và LPZOB

1.4.1.1 Vùng LPZOA (Lightning protection zone OA)

2

120

Các công trình viễn thông đợc xây dựng trong vùng này phải chịu sét đánh trựctiếp, có nghĩa là phải hứng chịu toàn bộ dòng sét đánh xuống đất Tr ờng điện từdông sét xảy ra trong vùng này không hề bị yếu đi.

1.4.1.2 Vùng LPZOB (Lightning protection zone OB)

Các công trình viễn thông đợc xây dựng trong vùng này không bị sét đánh trựctiếp, nhng trờng điện từ dông sét xảy ra trong vùng này cũng không hề bị yếu đi

1.4.2 Vùng LPZ1 (Lightning protection zone 1)

Các công trình viễn thông đợc xây dựng trong vùng này không bị sét đánh trực tiếp.Trờng điện từ dông sét trong vùng này có thể bị yếu đi phụ thuộc vào các biện phápche chắn khi lắp đặt các nhà trạm viễn thông Dòng sét trên các bộ phận dẫn điện ởtrong vùng này sẽ bị giảm đi so với khi ở trong vùng LPZO

1.4.3 Các vùng chống sét LPZ2 (Lightning protection zone 2 )

Trong điều kiện cần tăng cờng bảo vệ cho các hệ thống viễn thông, cần thiết giảmcác dòng dẫn cũng nh giảm nhỏ trờng điện từ dông sét ta có thể tiếp tục tạo ra thêmcác vùng chống sét LPZ2

Trên đờng ranh giới của các vùng chống sét khác nhau (LPZO, LPZ1, LPZ2 )phải thực hiện liên kết toàn bộ các vật dẫn vào bằng kim loại với nhau (các đ ờngống nớc, vỏ kim loại bảo vệ cáp viễn thông cũng nh cáp điện lực v.v) Việc liên kếttại các đờng ranh giới phải là liên kết cân bằng thế

Trên hình 1.6 trình bày một ví dụ về các vùng chống sét khác nhau tại một trungtâm viễn thông có cột anten kề bên và có các đờng dây điện lực cũng nh đờng dâyviễn thông vào trạm tại cùng một điểm

Thanh liên kết 1 tại đờng ranh giới LPZO và LPZ1 để liên kết vỏ kim loại cáp

Lới chắn 1 đối với

L ới chắn 1 đối với

Thang liên kết 1 tại ờng ranh giới LPZ0 và

đ-LPZ1

Phòng máyLPZ2

LPZ0A

LPZ0B

Cáp điện lực, viễnthông

Liên kết các lới chắn 1 với

lới chắn 2

Hệ thống tiếp

đất

H×nh 1.6 C¸c vïng chèng sÐt kh¸c nhau t¹i mét trung t©m viÔn th«ng

Chơng II chống sét đánh trực tiếp cho các công trình

Viễn thông

Hiện nay đang tồn tại 3 loại công nghệ chống sét đánh trực tiếp bao gồm:

- Hệ thống chống sét thụ động cổ điển Franklin;

- Hệ thống phát tiên đạo sớm;

- Hệ thống phân tán năng lợng sét

Chơng này sẽ trình bày nguyên lý hoạt động của các hệ thống chống sét đánh trựctiếp và khuyến nghị mô hình hệ thống chống sét đánh trực tiếp cho các công trình Viễn thông

2.1 Hệ thống chống sét Franklin

Năm 1752 B Franklin đã tiến hành thí nghiệm dẫn thoát điện tích của đám mâydông bằng cách thả 1 chiếc diều có dây bằng kim loại trong lúc ma dông để thudòng sét theo dây diều xuống đất

Dần dần lý thuyết dẫn thoát dòng sét từ đám mây đi xuống đất dùng điện cực thu sét

là thanh kim loại đợc hoàn thiện và đợc đặt tên là hệ thống Franklin

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin.

2.1.1.1 Nguyên lý phóng điện điểm

Nếu có 1 vật dẫn có đầu nhọn ngoặc hơi tù đợc đặt trong môi trờng điện từ có cờng

độ mạnh và vật dẫn đợc nối với một cực của trờng điện đó thì tại đầu nhọn (hoặc hơitù) sẽ xuất hiện các điện tử (hoặc lỗ trống) ion hoá không khí và bứt phá ra ngoàikhông gian điện từ và đợc di chuyển theo hớng trái dấu trong trờng điện từ

Lợng điện tử (hoặc lỗ trống) bứt phá ra ngoài qua điểm nhọn (hoặc hơi tù) tỷ lệthuận với cờng độ điện trờng

2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin.

Hệ thống Franklin hoạt động theo nguyên lý phóng điện điểm nh trình bày ở trên.Mỗi điện cực Franklin là một thanh kim loại có đầu nhọn (hoặc hơi tù) đợc gắn ởcác điểm cao nhất của công trình, thanh kim loại đợc nối xuống đất bằng dây théphoặc đồng và nối vào tổ tiếp đất Khi cờng độ điện trờng của đám mây dông và mặt

đất hình thành tại các điểm nhọn của thanh Franklin ion hoá không khí và bứt pháIon dơng (hoặc Ion âm) ra ngoài không gian Khi cờng độ điện trờng của đám mâydông đạt đến ngỡng phóng điện, quá trình tiên đạo bắt đầu từ đám mây hớng xuống

mặt đất nh trình bày ở chơng I Cùng với quá trình tiên đạo đi xuống là cờng độ điệntrờng của đám mây dông và mặt đất tăng lên đột biến và quá trình ion hoá không khí

và bứt phá Ion dơng (hoặc âm) ra ngoài không gian tại các điểm nhọn (hoặc hơi tù)của điện cực Franklin cũng tăng theo tơng tự Khi tiên đạo gần chạm đến mặt đất(cách mặt đất khoảng 100  300 m) thì dòng Ion từ điện cực Franklin hớng lên trêntạo ra tia tiên đạo ngợc Nếu tia tiên đạo ngợc của điện cực Franklin tạo ra gặp tiên

đạo từ đám mây đi xuống sẽ khép kín quá trình tiên đạo từ đám mây xuống mặt đất(tạo thành đờng dẫn có điện trở thấp) và quá trình phóng điện từ mặt đất (hoặc đámmây) đến đám mây (hoặc mặt đất) xảy ra và dòng sét đi qua hệ thống Franklinxuống đất

2.1.2 Cấu trúc của hệ thống Franklin

Dây dẫn sét là một phần tử của thu lôi, dùng để dẫn dòng sét xuống đất

Dây dẫn sét thờng dùng bằng đồng hoặc thép cán có các dạng khác nhau và cảdây thép bện Tiết diện của dây dẫn sét đợc xác định bởi độ bền nhiệt, nghĩa là dâydẫn sét không bị hỏng (chảy) khi dòng sét chảy qua nó Cũng có thể sử dụng cốtthép dọc các kết cấu đỡ bằng bê tông cốt thép và cột kim loại dùng làm dây dẫn sét

3) Kết cấu đỡ (cột)

Kết cấu đỡ là một phần tử của thu lôi dùng để đặt cái thu sét Có thể dùng gỗ, bêtông cốt thép và kim loại làm kết cấu đỡ

4) Tiếp đất của thu lôi

Tiếp đất là một bộ phận của thu lôi, dùng để tản dòng sét vào trong đất và đảmbảo tiếp xúc trực tiếp cái thu sét và dây dẫn sét với đất

Để thực hiện tiếp đất thu lôi, ngời ta dùng các tiếp đất có dạng thẳng đứng, nằmngang và hỗn hợp

Tiếp đất thu lôi dạng thẳng đứng có cấu hình là ống, thanh bằng đồng hoặc thép(thanh dẹt hoặc thép góc) chôn thẳng đứng trong đất;

Tiếp đất nằm ngang có cấu hình là thép (đồng) dẹt hay tròn chôn ở một độ sâunào đó dọc theo bề mặt đất;

Tiếp đất hỗn hợp là một kết cấu phức tạp gồm các tiếp đất đứng và nằm ngang Tiếp đất thu lôi có thể cho phép dùng cả móng cột bê tông cốt thép

(1 - cái thu sét; 2 - dây dẫn sét; 3 - kết cấu đỡ; 4 - tiếp đất; 5 - đối tợng bảo vệ)

Hình 2.1 Các loại thu lôi cơ bản và các phần tử của thu lôi Franklin

12

4

1

5

c) Thu lôi dạng l ới d) Thu lôi dạng hỗn hợp (dây và thanh)

2.1.3 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin

2.1.3.2 Phơng pháp quả cầu lăn

Nếu coi mũi tiên đạo sét ở điểm giữa (tâm) một quả cầu có bán kính bằng độ dàicủa khoảng cách phóng điện (DS), khi lăn quả cầu sẽ có những điểm bề mặt quả cầuchạm với mặt đất hoặc các bộ phận trên bề mặt đất, những điểm chạm đó có thể lànhững điểm sét đánh Vùng bề mặt cầu không chạm tới đợc, có thể ngăn cản sét gọi

là vùng bảo vệ của thu lôi

Khoảng cách phóng điện DS phụ thuộc vào biên độ dòng sét (xem hình 2.2) đợcxác định bằng công thức:

DS = 6,7.I 2/3, (m);

Trong đó :

I - biên độ dòng sét, kA

Chú thích:

D S- Khoảng cách phóng điện, phụ thuộc vào biên độ dòng sét, m;

Hình 2.2 Vùng bảo vệ của một thanh thu lôi (theo phơng pháp quả cầu lăn)

Nh vậy vùng bảo vệ của điện cực Franklin phụ thuộc chủ yếu vào biên độ của dòngsét, với biên độ dòng sét càng lớn thì vùng bảo vệ càng rộng và ngợc lại, biên độdòng sét càng nhỏ thì vùng bảo vệ càng hẹp

H

Vùng bảo vệ

Với các công trình cao hơn Ds thì vùng bảo vệ của điện cực Franklin không còn phụthuộc vào độ cao lắp đặt điện cực nữa Đối với các cột cao hơn Ds nếu chỉ lắp đặt

điện cực Franklin trên đỉnh thì sẽ không bảo vệ đợc các thiết bị lắp trên cột từ độ cao

2.1.4 Mô hình sử dụng điện cực Franklin bảo vệ cho các công trình Viễn thông.

- Hệ thống chống sét sử dụng điện cực Franklin làm chống sét đánh trực tiếp cóvùng bảo vệ hạn chế và vẫn có xác suất sét đánh vào vùng đợc bảo vệ

- Chi phí xây dựng hệ thống Franklin rẻ và dễ thực hiện

- Điện cực Franklin đợc khuyến nghị sử dụng để bảo vệ cho nhà trạm Viễn thông,các công trình dạng tuyến nh tuyến cáp thông tin, tuyến cáp điện lực, các cột anten

có chiều cao không quá 45 m

Bảng 2.2 Đặc điểm của hệ thống Franklin

- Yêu cầu hệ thống tiếp đất chống sét Cân bằng điện thế tốt, trị số khônglớn hơn 10 .

2.1.4.1 Đối với các cột anten

- Hệ thống chống sét Franklin có thể đợc sử dụng để bảo vệ cho các cột cao antencủa các trạm viễn thông để chống sét đánh trực tiếp vào cột và các thiết bị Viễnthông lắp đặt trên cột và khu vực xung quanh cột anten Tuỳ theo mức bảo vệ vàchiều cao cột sẽ xác định đợc số lợng tầng điện cực Franklin cần lắp đặt và vị trí lắp

45 m

H >54 m

Hình 2.3 Mô hình chống sét đánh trực tiếp cho cột anten sử dụng điện cực Franklin với chiều cao cột lớn hơn khoảng cách phóng điện D s > 45 m.

Hình 2.5 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin đối với nhà trạm

2.1.4.3 Đối với các công trình dạng tuyến

Các công trình Viễn thông dạng tuyến nh tuyến cáp, đờng dây điện lực cấp nguồncho trạm Viễn thông v.v đợc bảo vệ bằn cách sử dụng điện cực dạng dây rải phíabên trên đờng cáp

2.2 Hệ thống chống sét phát tiên đạo sớm

2.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phát tiên đạo sớm

- Hệ thống phát tiên đạo sớm sử dụng kỹ thuật kích hoạt dòng tiên đạo ngớc sớmhơn so với hệ thống Fraklin Cấu trúc của hệ thống gồm các bộ phối hợp trở khánghoặc các phần tử phóng xạ đã bị làm yếu

- Khi cờng độ điện trờng của đám mây dông xuất hiện, thiết bị phát tiên đạo sớmnạp năng lợng nhờ điện trờng giữa đám mây và mặt đất Cờng độ điện trờng giữa

đám mây dông và mặt đất đạt đến ngỡng phóng điện và quá trình tiên đạo bắt đầu từ

đám mây Đầu kim phát tiên đạo sớm nhận biết đợc quá trình này và chủ động phátdòng tiên đạo ngợc từ đầu kim hớng lên đám mây Khi tiên đạo đi xuống và tiên đạongợc gặp nhau khép kín đờng tiên đạo và quá trình phóng điện diễn ra

Vùng bảo vệ

R = 45 m

2.2.2 Cấu trúc của hệ thống phát tiên đạo sớm

1) Điện cực phát tiên đạo sớm

Điện cực phát tiên đạo sớm là phần chính của hệ thống phát tiên đạo sớm, toàn bộcơ chế phát tiên đạo sớm nằm trong điện cực

3) Kết cấu đỡ (cột)

Kết cấu đỡ là một phần tử của thu lôi dùng để đặt cái thu sét Có thể dùng ốngthuỷ tinh, gỗ, bê tông cốt thép và kim loại làm kết cấu đỡ

4) Tiếp đất của thu lôi

Tiếp đất là một bộ phận của thu lôi, dùng để tản dòng sét vào trong đất và đảmbảo tiếp xúc trực tiếp cái thu sét và dây dẫn sét với đất

2.2.3 Vùng bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm

Vùng bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm đợc xác định bằng công thức:

 D h L D L

h

Trong đó:

D l khoảng cách phóng điện, m Với D = 6,7 Ià khoảng cách phóng điện, m Với D = 6,7 I 2/3

I l biên độ dòng sét, kA.à khoảng cách phóng điện, m Với D = 6,7 I

h l độ cao của điện cực phát tiên đạo sớm, m.à khoảng cách phóng điện, m Với D = 6,7 I

L = kD = 106T l độ lợi về quãng đà khoảng cách phóng điện, m Với D = 6,7 I ờng phát tiên đạo sớm, m

Hình 2.7 Bán kính bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm

2.2.4 Mô hình sử dụng điện cực phát tiên đạo sớm bảo vệ cho các công trình Viễn thông

- Hệ thống chống sét đánh trực tiếp phát tiên đạo sớm có thể sử dụng để bảo vệ chocác trung tâm Viễn thông Trong một trung tâm Viễn thông bao gồm có nhà trạm,cột anten, khuôn viên nhà trạm

- Hệ thống phát tiên đạo sớm có bán kính bảo vệ lớn (từ vài chục đến khoảng 100m) do vậy rất thích hợp để bảo vệ cho các công trình và khu vực có diện tích lớn

- Khi sử dụng hệ thống phát tiên đạo sớm thì số lần sét đánh vào hệ thống chống sét

đánh trực tiếp sẽ nhiều hơn, trong khi đó các công trình Viễn thông có nhiều thiết bị

điện, điện tử nhạy cảm nên cần thực hiện các biện pháp che chắn và cân bằng điệnthế cho khu vực trạm Viễn thông thật tốt

- Nếu thực hiện che chắn và cân bằng thế tốt, hệ thống phát tiên đạo sớm có thể sửdụng làm chống sét đánh trực tiếp cho các công trình Viễn thông và chỉ cần sử dụng

1 điện cực phát tiên đạo sớm là có thể bảo vệ cho toàn bộ trạm Viễn thông

- Vị trí lắp đặt điện cực phát tiên đạo sớm đợc lựa chọn là điểm có độ cao lớn nhấttrong các công trình trong khu vực nhà trạm

- Các trạm có cột anten thì lắp đặt điện cực phát tiên đạo sớm trên đỉnh cột anten,các trạm không có cột anten có thể lắp đặt trên mái nhà hoặc trên cột đỡ dựng dớimặt đất

- Khi lắp đặt điện cực phát tiên đạo sớm trên cột anten thì cần phải sử dụng cáp thoátsét chống nhiễu nhiều lớp

- Đối với các điện cực phát tiên đạo sớm sử dụng cáp thoát sét nhiều lớp cần phải sửdụng 1 đoạn ống đỡ bằng vật liệu cách điện (nh sợi thuỷ tinh) tại đầu trên cùng đểtránh hiện tợng phóng điện từ cáp thoát sét vào cột đỡ

- Tiếp đất của hệ thống phát tiên đạo sớm có trị số điện trở tiếp đất không lớn hơn

ngăn chặn không cho tiên đạo sét kết thúc vào khu vực bảo vệ, do đó ngăn chặnkhông cho sét hình thành.

Hình 2.8 mô tả lắp đặt thiết bị phân tán năng lợng sét và hiệu ứng hoạt động của

nó khi có đám mây dông tích điện bên trên Theo sơ đồ này hệ thống có 3 thànhphần cơ bản bao gồm:

2.2.1.1 Bộ tập trung điện tích trong đất (ground charge collector (GCC))

Bộ tập trung điện tích trong đất đợc dùng để tập hợp điện tích cảm ứng ở trongkhu vực hay công trình đợc bảo vệ Bộ tập trung điện tích này tơng tự nh hệ thốngtiếp đất chống sét đánh trực tiếp Nhng xét về bản chất thì mục đích của 2 hệ thốngtiếp đất này khác nhau hoàn toàn Hệ thống tiếp đất chống sét đánh trực tiếp thựchiện chức năng tản dòng sét vào trong đất khi có sét đánh vào thiết bị chống sét

đánh trực tiếp Bộ tập trung điện tích có chức năng tập hợp các điện tích cảm ứngtrên bề mặt đất do tác động của điện tích bên dới đám mây dông gây ra để dẫn lêncác thiết bị phân tán năng lợng sét Nh vậy khi thiết kế bộ tập trung điện tích, ngờithiết kế phải bố trí các điện cực và dây dải xung quanh và bên trong khu vực cần bảo

vệ Chẳng hạn thiết kế chống sét cho 1 toà nhà thì khung cốt thép của toà nhà sẽ làmchức năng bộ tập trung điện tích tốt nhất cho toà nhà đó

Hình 2.8 Chống sét đánh trực tiếp theo nguyên lý phân tán năng lợng

Dây công tác Bộ tập trung điện tích trong đất (GCC)

+ + + + + + + + + + + + + + + +

Đám mây tích điện

+ + + + + + + + + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

+ + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + + + + + + + + + + +

Ef max < 30 kV/m

Eftb =1,5 kV/m

2.3.1.2 Dây dẫn điện tích

Dây dẫn điện tích tơng tự nh dây thoát sét trong hệ thống chống sét đánh trực tiếpkiểu Franklin hay phát tiên đạo sớm, nhng phải nghĩ đến đó là dây dẫn lên bởi vìchức năng của nó là dẫn các điện tích đợc tập trung từ bộ tập trung diện tích (tổ tiếp

đất) lên bộ tạo Ion, cung cấp 1 đờng dẫn có trở kháng thấp trong quá trình phân tán.Thép của cột anten và nhà có thể làm dây dẫn điện tích

2.3.1.3 Bộ tạo ion (Ionizer)

Bộ tạo ion là một thành phần của hệ thống phân tán năng lợng sét Cấu tạo của bộtạo Ion có khoảng vài đầu kim loại nhọn Chức năng của chúng là để dịch chuyển

điện tích đợc tập trung vào phần tử không khí ở gần qua nguyên lý phóng điện điểm.Kết quả là các ion tạo ra từ các điểm nhọn bứt phá vào không gian bên trên và tạo ramột khu vực hỗn hợp của các phần tử tích điện và không tích điện đợc gọi là khônggian tích điện hay là khoảng không tích điện Không gian tích điện này tạo thànhtấm chắn giữa khu vực đợc bảo vệ và đám mây dông Kết quả của hiệu quả che chắn

là làm giảm trờng điện từ bên dới không gian tích điện đó Bộ tạo Ion có thể đợcthiết kế để tạo ra mật độ không gian tích điện theo yêu cầu phụ thuộc vào vật thể màchúng bảo vệ

đạo ngợc đi lên và triệt tiêu tiên đạo đi xuống.

Nguyên lý phóng điện điểm nh ta đã biết khi 1 đầu kim loại đợc đặt trong trờng

điện từ mạnh sẽ làm ion hoá không khí và các ion sẽ đợc chuyển dịch về phía tích

điện trái dấu Trong trờng điện từ của dông sét tăng lên đủ mạnh sẽ gây ra hiện tợngIon hoá phần không khí tại đầu nhọn của bộ tạo ion và bứt phá các Ion vào khônggian Bộ tạo ion đợc tạo thành từ hàng nghìn các điểm nhọn khi đặt trong trờng điện

từ của đám mây dông sẽ tạo ra các điện tích vào không gian và hình thành khônggian tích điện bên trên điện cực Khi đó cờng độ điện trờng bên dới không gian tích

điện sẽ giảm nhỏ xuống và không còn xảy ra hiện tợng phát tiên đạo từ các đối tợngbên dới

Theo nghiên cứu của Tiễn sỹ Bazelyan, một nhà khoa học hàng đầu thế giớichuyên nghiên cứu về sét tại Viện năng lợng Nga và các cộng sự đã chứng minhhiệu quả bảo vệ của DAS, một loại điện cực phân tán năng lợng sét, đã cho thấychúng có thể tạo ra và duy trì không gian tích điện trong khu vực có điện thế cao vàngăn chặn phóng điện qua không gian tích điện đó

Việc ngăn chặn tiên đạo kết thúc vào khu vực cần bảo vệ là yếu tố chính để ngănchặn sét đánh vào khu vực cần bảo vệ Khi tiên đạo đến gần điểm kết thúc tốc độtrung bình là 0,4 m/s trong khoảng 100 m cuối cùng

Để ngăn ngừa tốc độ kết thúc đó, một lợng đủ lớn không gian tích điện đã phảihình thành đã ở khu vực mà sau đó tiên đạo truyền qua và duy trì trong khoảng thờigian 50 đến 100 s, bằng với thời gian đến gần của tiên đạo

- Các bộ tạo Ion đợc nghiên cứu và chế tạo một cách thích hợp để ngăn chặn sét

đánh vào khu vực bảo vệ bằng cách phát ra tổ hợp không gian tích điện trớc khiphòng điện phản ứng mật độ cao bị kích hoạt bởi tiên đạo sét đến gần Tích điệnkhông gian tiền tiên đạo đợc cố định bởi kích thớc bộ tạo Ion, trờng điện từ và thờigian giữa các phóng điện và tốc độ di chuyển tích điện không gian Tích điện khônggian này sẽ ngăn chặn sự hình thành tiên đạo ngợc, nếu mật độ tích điện cao

- Tiên đạo từ đám mây đi xuống sẽ có nhiều nhánh khác nhau, và một trong số cácnhánh đó phải kết thúc

- Hệ thống phân tán năng lợng sét ngăn chặn tiên đạo kết thúc vào công trình (khuvực) cần bảo vệ nh sau:

+ Ngăn chặn tiên đạo ngợc từ công trình đi lên nhờ không gian tích điện do bộ tạoion sinh ra bên trên công trình khi tiên đạo từ đám mây đi xuống gần đến công trình.+ Nếu một nhánh nào đó của tiên đạo từ đám mây đi xuống hớng đến công trình mà

hệ thống phân tán năng lợng sét bảo vệ sẽ phải đi vào không gian tích điện do hệthống phân tán năng lợng sét tạo ra và bị triệt tiêu

- Các nhánh tiên đạo khác tiếp tục phát triển và một nhánh nào đó gặp tiên đạo ngợc

từ các công trình bên ngoài vùng bảo vệ của hệ thống phân tán năng lợng sét vàkhép kín quá trình tiên đạo, dòng điện tích sẽ đánh vào công trình đó

2.3.3 Vùng bảo vệ của hệ thống phân tán năng lợng sét

- Vùng bảo vệ của hệ thống phân tán năng lợng sét là một vùng bên dới vị trí lắp đặt

bộ tạo ion và có hệ thống tập trung điện tích trong đất

- Khi thiết kế hệ thống tập trung điện tích trong đất phải thiết kế trên toàn bộ khuvực cần bảo vệ

2.3.4 Mô hình sử dụng hệ thống phân tán năng lợng sét bảo vệ cho các công trình Viễn thông

- Hệ thống phân tán năng lợng sét ngăn chặn sét đánh vào vùng bảo vệ nên rất phùhợp để sử dụng làm chống sét đánh trực tiếp cho các trung tâm Viễn thông, đặc biệt

là các trung tâm Viễn thông lớn, quan trọng có cột anten cao và nằm trong khu vực

có mật độ sét lớn

- Các bộ tạo ion cần lắp đặt trên các cột anten và bố trí ở các độ cao khác nhau Vịtrí lắp đặt bộ tạo ion bao gồm đỉnh cột, dọc theo các vị trí khác nhau trên thân cột

đối với các cột cao trên 45 m

- Đối với các cột anten sử dụng bộ tạo ion DAS thì lắp đặt DAS trên đỉnh cột và sửdụng các bộ tạo Ion nhỏ nh SBI (LEC), ALS (LPS), TS (Alltec) lắp đặt dọc trên thâncột

- Đối với các cột anten sử dụng các bộ tạo ion nhỏ nh ALS, SBI, SBT thì bố trí 1tầng bộ tạo ion trên đỉnh và bố trí một số bộ tạo ion dọc theo thân cột

- Hệ thống tập trung điện tích trong đất (gồn các dây dải và các điện cực tiếp đất)cần bố trí xung quanh cột anten, xung quanh nhà trạm và xung quanh khu vựckhuôn viên trung tâm viễn thông

- Điện trở của hệ thống tập trung điện tích trong đất không lớn hơn 10 

Bảng 2.4 Đặc điểm của hệ thống phân tán năng lợng sét

- Hệ thống Franklin có thể dụng làm chống sét đánh trực tiếp bảo vệ tất cả các loạicông trình khác nhau Nên sử dụng cho các công trình có chiều cao không lớn hơn

45 m, ít quan trọng và nằm trong khu vực có mật độ sét thấp, chi phí đầu t nhỏ

- Hệ thống phát tiên đạo sớm có thể sử dụng làm chống sét đánh trực tiếp bảo vệ cáccông trình dạng điểm (các trung tâm Viễn thông) Nên sử dụng cho các công trình

có diện tích lớn, có nhiều công trình khác nhau nằm trong một khu vực, có chi phí

đầu t trung bình

- Hệ thống phân tán năng lợng sét có thể sử dụng làm chống sét đánh trực tiếp bảo

vệ tất cả các dạng công trình khác nhau Nên sử dụng cho các công trình quan trọng

nh các trung tâm Viễn thông lớn của VTI, VTN, trung tâm Viễn thông tỉnh, cáctrạm Viễn thông có tổng đài HOST, MSC và có chi phí xây dựng lớn

Bộ tạo ion

Dây dẫn điện tích

Hình 2.10 Lắp đặt thiết bị phân tán năng lợng sét trên cột anten

Chơng III chống sét lan truyền cho các công trình Viễn

thông

3.1 Chống sét lan truyền trên đờng điện lới

Chống sét lan truyền trên đờng điện lới để bảo vệ các công trình và thiết bị Viễn thông ngời ta sử dụng 1 loại thiết bị chống sét nh sau:

Hình 3.1 Đặc tuyến của MOV

Bình thờng MOV cách điện 2 cực, khi điện áp đặt vào 2 cực của MOV vợt quá ỡng cắt của MOV thì nó sẽ thông 2 cực và cho dòng rất lớn chảy qua nó

ng Cấu tạo của thiết bị cắt sét bao gồm các MOV nối giữa dây pha với dây trung tính,dây pha với đất và dây trung tính với đất Thiết bị cắt sét đợc chế tạo theo một trongcác dạng sau:

+ “Dây pha- Dây trung tính” và “Dây trung tính- Đất”

+ “Dây pha- Dây trung tính”; “Dây pha- Đất”và “Dây trung tính- Đất”

+ “Dây pha- Đất”và “Dây trung tính- Đất”

b) Dây pha – Pháp) ĐấtDây trung tính - Đất

Hình 3.2 Cấu tạo cơ bản của thiết bị cắt sét 3 pha

Mỗi một MOV có thể là tập hợp có nhiều MOV giống nhau và đợc sắp xếp songsong và nối tiếp Nếu các MOV đợc sắp xếp song song với nhau thì dòng cho phép

đi qua sẽ bằng tổng dòng đi qua các MOV riêng lẻ, còn điện áp ngỡng bằng điện ápngỡi của một MOV Nếu các MOV sắp xếp nối tiếp với nhau thì dòng cho phépchạy qua bằng dòng chạy qua một MOV, điện áp ngỡng bằng tổng điện áp ngỡngcủa các MOV

Thiết bị cắt sét đơc sử dụng tại đầu vào của đờng điện lới để triệt các xung sét xuấthiện trên đờng điện lới

3.1.2 Thiết bị cắt lọc sét

- Cấu tạo của thiết bị cắt lọc sét bao gồm các MOV nối giữa dây pha với dây trungtính, dây pha với đất, dây trung tính với đất nh thiết bị cắt sét và bộ lọc thông thấp

LC nối tiếp

a) Dây pha – Pháp) Dây trung tính

Dây trung tính - ĐấtL1

L3

N

PE

L1L2

L3

C1C2