Vùng bảo vệ của các đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm luận văn thạc sĩ ngành kỹ thuật điện

Do đó kết quả nghiên c u có ý nghĩa thực tiễn cao; - ng dụng các phương pháp tiếp cận đư được ch ng minh tính đúng đắn trong thực tiễn đểđưa ra giải pháp mới phục vụ cho vấn đề tính toán

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

Lý lịch cá nhân

Lời cam đoan i

Cảm tạ ii

Tóm tắt iii

Mục lục v

Danh sách các hình ix

Danh sách các bảng xi

Chư ng 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan 1

1.1.1 Mở đầu 1

1.1.2 Tình hình nghiên c u trong và ngoài nước 3

1.2 Tính cấp thiết c a Đề tài 6

1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 6

1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên c u 7

1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên c u 7

1.6 Giải quyết vấn đề 8

1.7 Phương pháp nghiên c u 8

1.8 Bố cục luận văn 9

Chư ng 2 C SỞ LÝ THUYẾT 10

2.1 Tổng quan về sét 10

2.1.1 Sự hình thành mây dông và sét 10

2.1.2 Các giai đoạn phát triển c a sét 11

2.1.2.1Giai đoạn phóng tia tiên đạo 12

2.1.2.2Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa 12

2.1.2.3Giai đoạn phóng điện ngược 13

2.1.3.1Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện 16

2.1.3.2Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện 17

2.1.3.3Cường độ hoạt động c a sét 17

2.1.3.4Cực tính c a sét 18

2.2 Tổng quan về các phương pháp chống sét trực tiếp hiện nay 18

2.2.1Chống sét trực tiếp theo phương pháp cổ điển 18

2.2.1.1Cột thu sét Franklin 18

2.2.1.2Đai và lưới thu sét 19

2.2.1.3Dây thu sét 20

2.2.2Chống sét trực tiếp theo phương pháp phi cổ điển 21

2.2.2.1Hệ thống chống sét trực tiếp sử dụng đầu thu sét ESE 21

2.2.2.2Hệ thống chống sét trực tiếp bằng phương pháp chuyển dịch điện tích

21

2.3 Vùng bảo vệ c a hệ thống chống sét 22

2.4 Tổng quan về đầu thu sét ESE 24

2.4.1 Tổng quan 24

2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động c a đầu thu sét ESE 26

2.4.2.1Điện cực thu 26

2.4.2.2Thân đầu thu 27

2.4.2.3Bộ kích thích phát xạ ion 27

2.5Cơ sở lý thuyết mô hình điện hình học 30

2.6Đa th c nội suy Lagrange 32

Chư ng 3 GI I TÍCH HÓA GIÁ TRỊ TH C NGHI M ĐỘ LỢI KHO NG CÁCH CỦA MỘT SỐ Đ U THU ESE THÔNG DỤNG TẠI VI T NAM 35

3.1 Số liệu thực nghiệm c a các loại đầu thu sét ESE thông dụng tại Việt Nam 35

3.2 ng dụng đa th c nội suy Lagrangre giải tích độ lợi khoảng cách ΔL từ số liệu thực nghiệm 35

3.2.1 Pulsar 60 36

3.2.2 Ellips 1.3 41

3.2.3Pulsar 30 42

3.3Kết quả tính toán 42

C hư ng 4.VÙNG B O V CỦA Đ U THU ESE 46

4.1 Tổng quan về vùng bảo vệ c a đầu thu ESE 46

4.2 Bán kính bảo vệ đáy c a đầu thu ESE 51

4.2.1 Trường hợp D=h 51

4.2.2 Trường hợp D ≠ h 52

4.2.2.1Khi D > h 52

4.2.2.2Khi D < h 52

4.2.3 Kết luận 52

4.3 Bán kính bảo vệ rx ng với độ cao hxc a công trình 53

4.3.1 Trường hợp D = h 53

4.3.2 Trường hợp D > h 55

4.3.3 Trường hợp D < h 57

4.3.3.1Khi h ≤ ΔL 58

4.3.3.2Khi h > ΔL 61

4.4 Tổng quát 64

C hư ng 5.ĐỘ TIN CẬY CỦA VÙNG B O V CỦA Đ U THU SÉT ESE 66

5.1 Các thông số ảnh hưởng đến vùng bảo vệ c a cột thu sét sử dụng đầu thu sét ESE

66 5.1.1 Nhóm các thông số trực tiếp 66

5.1.2 Nhóm các thông số gián tiếp 67

5.1.2.1Cấu trúc công trình bảo vệ 67

5.1.2.2Thông số môi trường nơi công trình định vị 67

5.1.2.3Khả năng hình thành điện tích cảm ng c a cấu trúc công trình và mặt đất xung quanh 68

5.2 Xây dựng mô hình lý thuyết để tính toán độ tin cậy 68

5.2.1 Vùng thể tích hấp thu c a cột thu sét ESE 68

5.2.2 Mô hình hình học c a các phân vùng trong không gian c a cột thu sét ESE

70

5.3Xác suất hình thành vùng nguy hiểm trong vùng bảo vệ c a thiết bị ESE 72

5.4Xác định xác suất sét đánh vào vùng nguy hiểm 72

5.4.1 Khu vực có xác suất 100% sét đánh vào đỉnh kim thu sét 73

5.4.2 Xác định xác suất sét đánh vào một vùng cho trước 73

5.5Công th c xác định độ tin cậy cho vùng bảo vệ c a đầu thu ESE 76

5.5.1 Trường hợp chưa xét đến công trình, chỉ xét ảnh hưởng c a cột thu sét ESE 76

5.5.2 Trường hợp xét đến cả tổng thể công trình lẫn hệ thống bảo vệ chống sét

77

Chư ng 6 PH N MỀM TÍNH TOÁN VÙNG B O V CỦA Đ U THU ESE

78

6.1 Sơ đồ khối tính toán c a phần mềm 78

6.2 Giao diện sử dụng 79

Chư ng 7 KẾT LUẬN 81

7.1 Kết luận 81

7.2 Hạn chế và hướng phát triển 81

TÀI LI U THAM KH O 82

PHỤ LỤC 86

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1:Các dạng phóng điện c a đám mây dông 2

Hình 1.2:Đầu thu ESE 3

Hình 1.3: Phạm vi bảo vệ theo tiêu chuẩn NFC 17 – 102 3

Hình 1.4: Phạm vi bảo vệ theo tiêu chuẩn AS 1768 5

Hình 2.1:Sự phân bố điện tích trong một đám mây dông 11

Hình 2.2:Các giai đoạn phóng điện sét theo thời gian 15

Hình 2.3:Dạng sóng dòng điện sét 16

Hình 2.4:Hệ thống chống sét trực tiếp Franklin 19

Hình 2.5:Hệ thống chống sét trực tiếp sử dụng đai và lưới thu sét 20

Hình 2.6:Hệ thống chống sét trực tiếp sử dụng dây thu sét 20

Hình 2.7:Hệ thống chống sét trực tiếp sử dụng đầu thu ESE đặt trực tiếp trên công trình 21

Hình 2.8:Hệ thống chống sét trực tiếp sử dụng phương pháp chuyển dịch điện tích

22

Hình 2.9:Minh họa các phân vùng chống sét tại trạm viễn thông 24

Hình 2.10:Nguyên lý hoạt động c a đầu thu ESE 25

Hình 2.11:Đầu thu Prevectron 2 28

Hình 2.12:Đầu thu Saint – Elmo 29

Hình 2.13:Bán kính bảo vệ đáy Rp c a kim thu sét cổ điển và đầu thu ESE 29

Hình 2.14:Quá trình phóng điện đón sét 30

Hình 2.15:Minh họa phương pháp quả cầu lăn 32

Hình 4.1: Tập hợp các điểm phóng điện khi tiên đạo sét xuất hiện trên đó 48

Hình 4.2: Vùng bảo vệ c a cột thu sét có trang bị đầu thu ESE 49

Hình 4.3: Vùng bảo vệ trong trường hợp D = h 50

Hình 4.4: Vùng bảo vệ trong trường hợp D > h 50

Hình 4.6: Xác định thông số bảo vệ cho trường hợp D = h 54

Hình 4.7: Xác định thông số bảo vệ cho trường hợp D > h 55

Hình 4.8: Xác định thông số bảo vệ cho trường hợp h ≤ ΔL 59

Hình 4.9: Giá trị tới hạn c a khoảng cách phóng điện D 61

Hình 4.10: Xác định thông số bảo vệ cho trường hợp D ≥ Dmin 62

Hình 4.11: Vùng bảo vệ khi D < Dmin 63

Hình 4.12: Xác định thông số bảo vệ cho 3 trường hợp 64

Hình 5.1: Vùng thể tích hấp thu c a ESE trong trường hợp h < ∆L 69

Hình 5.2: Vùng thể tích hấp thu c a ESE trong trường hợp h = ∆L 70

Hình 5.3: Vùng thể tích hấp thu c a ESE trong trường hợp h > ∆L 70

Hình 5.4: Vùng phóng điện trong trường hợp h < Δ L 71

Hình 5.5: Vùng phóng điện trong trường hợp h = Δ L 71

Hình 5.6: Vùng phóng điện trong trường hợp h >Δ L 72

Hình 5.7: Các khả năng phóng điện tương ng với đầu thu ESE 73

Hình 5.8: Hình ảnh các phân vùng với xác suất phóng điện sét đư tuyến tính hóatương ng 74

Hình 5.9: Minh họa vùng nguy hiểm khi chưa xét đến công trình 75

Hình 5.10: Minh họa phân vùng phóng điện sét khi có xét đến công trình 76

Hình 6.1: Sơ đồ khối tính toán 78

Hình 6.2: Giao diện phần mềm khi chưa nhập các thông số đầu vào 80

Hình 6.3: Giao diện phần mềm khi nhập các thông số đầu vào và tính toán, xuất ra kết quả 80

DANH SÁCH CÁC B NG

Bảng 1.1 M c bảo vệ chống sét và giá trị khoảng cách phóng điện D 4

Bảng 3.1Bảng số liệu h, ΔL khoảng nội suy 1 c a đầu thu Pulsar 60 36

Bảng 3.2Bảng số liệu D, phần tử hệ số c a các hàm ΔL(h) khoảng nội suy 1 c a đầu thu Pulsar 60 38

Bảng 3.3Bảng số liệu h, ΔL khoảng nội suy 2 c a đầu thu Pulsar 60 39

Bảng 3.4Bảng số liệu D, phần tử hệ số c a các hàm ΔL(h) khoảng nội suy 2 c a đầu thu Pulsar 60 40

Bảng 3.5 Bảng số liệu ΔL tính toán c a đầu thu Pulsar 60 43

Bảng 3.6 Bảng số liệu Rp tính toán c a đầu thu Pulsar 60 43

Bảng 3.7 Bảng số liệu ΔL tính toán c a đầu thu Ellips 1.3 44

Bảng 3.8 Bảng số liệu Rp tính toán c a đầu thu Ellips 1.3 44

Bảng 3.9 Bảng số liệu ΔL tính toán c a đầu thu Pulsar 30 44

Bảng 3.10 Bảng số liệu Rp tính toán c a đầu thu Pulsar 30 45

Bảng 1Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuPulsar 60 86

Bảng 2Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuEllips 1.4 86

Bảng 3Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuMax-Ion 60 86

Bảng 4Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuEllips 1.3 87

Bảng 5Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuSatelit 3 87

Bảng 6Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuSchirtec S-DAS 87

Bảng 7Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuPulsar 30 88

Bảng8Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuStormaster 30 88

Bảng 9Bảng số liệu thực nghiệm c a đầu thuSaint Elme 9 88

và giữa các đám mây với mặt Giữa 2.000 đến 5.000 trận bưo thường xuyên hình thành trên trái đất thường đi cùng với hiện tượng sét, chúng tạo nên mối nguy hiểm nghiêm trọng cho cả con người và thiết bị Sét đánh xuống mặt đất với tần suất 30 đến 100 cú mỗi giây Mỗi năm trái đất bị đánh bởi khoảng 3 tỉ cú sét.Trên toàn thế giới mỗi năm sét gây ra nhiều vụ hỏa hoạn, hàng ngàn người bị sét đánh tử vong Sét cũng ảnh hưởng tới hệ thống điện, các trạm biến áp, thiết bị điện, điện tử gia dụng Các tòa cao ốc cũng là một trong những nơi thường bị sét đánh nhiều nhất Chi phí khắc phục hậu quả do sét đánh thường rất cao Mặt khácrất khó đánh giá hậu quả c a sét gây ra đối với các hệ thống máy tính hoặc mạng thông tin liên lạc, các sự cố trong chu trình c a PLC và trong hệ thống điều khiển Hơn thế, những tổn thất gây ra do các dây chuyền sản xuất ngưng hoạt động có thể làm thiệt hại về tài chính tăng cao hơn cả chi phí về thiết bị bị phá hỏng do sét đánh

Ngày nay trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, khoa học

kỹ thuật ngày càng phát triển, đời sống vật chất c a con người ngày càng cao Bên cạnh đó với chính sách mở cửa c a nhà nước đư tạo điều kiện thúc đẩy sự phát triển ngày càng nhanh c a các ngành như: điện lực, công nghệ thông tin, bưu chính viễn thông… đư làm hàng loạt các khu công nghiệp, khu chế xuất, nhà máy ra đời và phát triển Ngoài ra, còn có các công trình có nguy cơ cháy nổ cao như các nhà máy sản xuất thuốc nổ, kho ch a nhiên liệu… tất cả đều cần sự bảo vệ cao nhất khỏi nguy cơ bị sét đánh.Tất cả những điều đó đồng nghĩa với thiệt hại do sét gây ra sẽ ngày càng tăng lên

Do Việt Nam nằm ở tâm dông châu Á - một trong 3 tâm dông c a thế giới có cường độ dông sét hoạt động mạnh, nhất là trong những năm gần đây, trước sự biến đổi c a khí hậu, dông sét ngày càng nhiều hơn

Thiệt hại do sét gây ra rất lớn và hầu như không thể dự báo trước và có thể nói rằng không có một thiết bị nào hoặc một phương pháp nào có khả năng làm biến đổi các hiện tượng thời tiết tự nhiên đến m c có thể tránh được hiện tượng sét đánh Vì thế bảo vệ chống sét là một vấn đề đáng quan tâm và phải được giải quyết một cách thích đáng đối với các công trình cũng như trong cuộc sống hàng ngày

Hình 1.1:Các dạng phóng điện c a đám mây dông

Năm 1752, nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklinđư lợi dụng hiệu ng mũi nhọn để chống sét đánh trực tiếp còn được gọi là kim Franklin Kim Franklin là một thanh kim loại có đầu nhọn dài khoảng từ 2 đến 3m được lắp tại nơi cao nhất trong khu vực cần bảo vệ

Theo đà tiến bộ c a khoa học kỹ thuật, người ta đư nghiên c u chế tạo ra loại đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm (đầu thu ESE: Early Streamer Emission) thay cho loại kim thu sét cổ điển thụ động nêu trên để ch động bắt sét không cho sét đánh vào công trình cần bảo vệ

Hiện nay, tại các nước tiên tiến trên thế giới người ta đã ng dụng chống sét trực tiếp bằng việc sử dụng đầu thu ESEcho các cột thu sét và đư gặt hái được những thành công to lớn trong việc ngăn ngừa sét đánh trực tiếp vào các công trình quan trọng

Hình 1.2:Đầu thu ESE

Với yêu cầu cơ bản nhất c a việc chống sét trực tiếp là toàn bộ công trình được bảo vệ cần phải nằm trong vùng bảo vệ c a hệ thống chống sét trực tiếp Do

đó vấn đề tính toán, xác định vùng bảo vệ c a hệ thống chống sét trực tiếp mà cụ thể ở đây là cột thu sét sử dụngđầu thu ESElà vấn đề có nghĩa quyết định và cần

được quan tâm đúng m c

1.1.2 Tình hình nghiên c u trong vƠ ngoƠi n c

Do tính chất ngày càng phổ biến c a các đầu thu ESE nên đư có nhiều công trình trong và ngoài nước nghiên c u về loại đầu thu này Tuy nhiên hiện nay các phương pháp tính toán, thiết kế các cột thu sét sử dụng đầu thu ESE hầu như tất cả đều tuân theo các giải pháp do các nhà sản xuất thiết bị đưa ra hoặc theo tiêu chuẩn NFC 17 – 102 do Pháp ban hànhhoặc tiêu chuẩn AS 1768 c a Úc

Theo tiêu chuẩn NFC 17 - 102 c a Pháp thì phạm vi bảo vệ c a cột thu sét sử dụng đầu thu ESE được bao trùm bởi một vòng có trục là ESE và bán kính bảo vệ được xác định dựa trên độ cao h đang được xem xét

Hình 1.3:Phạm vi bảo vệ theo tiêu chuẩn NFC 17 - 102

Theo NFC 17 – 102 độ cao h là khoảng cách c a đỉnh ESE so với mặt phẳng ngang đi qua đỉnh phần tử được bảo vệ.Bán kính Rp là bán kính bảo vệ c a cột thu sét ESE ở độ cao đang được xem xét

Bán kính bảo vệ Rp c a cột thu sét ESE được xác định như sau:

Khi h< 5m tra bảng tìm được bán kính bảo vệ

c a khoảng cách phóng điện D có thể được tra theo bảng 1.1

B ng 1.1:M c bảo vệ chống sỨt và giá trị khoảng cách phóng điện D

M c b o v D(m) Giá tr dòng sét th p nh t I (kA) Kh năng b o v

Vùng thể tích hấp thu là vùng không gian trên đầu thu sét mà khi tia tiên đạo

từ mây giông xuất hiện trong vùng đó sẽ được đón bắt bởi đầu thu sét ESE Vùng thu sét được xây dựng từ một bán cầu có bán kính là độ lợi khoảng cách c a đầu thu

độ bảo vệ c a công trình tương ng với cường độ sét mà ta xác định được vùng bảo

vệ khác nhau

Đầu thu sét ESE phải được đặt trên công trình sao cho vùng bảo vệ c a nó ph khắp vùng thu sét c a các điểm cạnh tranh c a cấu trúc như: đỉnh nhọn nhô ra, gờ mái…Hay nói cách khác bán kính bảo vệ c a đầu thu ESE phải bao trùm bán kính cạnh tranh c a các điểm cạnh tranh

Hình 1.4:Phạm vi bảo vệ theo tiêu chuẩn AS 1768

Bên cạnh đó cũng có một số công trình nghiên c u về vùng bảo vệ c a loại đầu thu này Tuy nhiên hầu như chỉ nêu rất sơ lược về vùng bảo vệ, không chỉ ra được các trường hợp nguy hiểm trong vùng bảo vệ như:

- Hồ Văn Nhật Chương, Phạm Đình Anh Khôi, ng dụng mô hình điện hình học khảo sát phạm vi bảo vệ c a các loại đầu thu sỨt phát xạ sớm (ESE), 2002

- M.Mouse, Non Conventional Lightning Protection Systems – An update,

- Hartono Zainal Abidin, Robiah Ibrahim, Close Proximity Bypasses to Collection Volume and Early Streamer Emission Air Terminals, 7th Asia-Paciffic International Conference on Lightning, Chengdu, China, 2011

- Hartono Zainal Abidin, Robiah Ibrahim, Performance of non-standard lightning air terminals:revisited, 29th International Conference on Lightning Protection, Sweden, 2008

- M Mousa: Failure of the collection volume method and attempts of the ESE lightning rod industry to resurrect it, Journal of Lightning Research, Vol 4, 2012

- William Rison, Experimental Validation of Conventional and Conventional Lightning Protection Systems, IEEE, 2003

Non-1.2 Tính c p thi t c a đ tƠi

Hiện nay, tại Việt Nam các đầu thu ESE đư được sử dụng ngày càng nhiều Có thể thấy rằng, so sánh về phạm vi bảo vệ và tính mỹ quan, loại đầu thu mới này có nhiều ưu điểm vuợt trội so với các loại thiết bị thu sét cổ điển Tuy nhiên, một vấn

đề đặt ra là Việt Nam cũng như một số nước trong khu vực Đông Nam Á hiện nay chưa có tiêu chuẩn giành riêng cho việc tính toán, thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp sử dụngđầu thu ESE.Bên cạnh đó chúng ta cũng chưa có một hệ thống lý thuyết hoàn chỉnh về công nghệ này cũng như các phương pháp, công th c đế tính toán, thiết kế hệ thống chống sét này

Từ những phân tích trên cho thấy đề tài “Vùng bảo vệ c a các đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm” không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có tính ng dụng cao trong thực tiễn Giúp việc tính toán, thiết kế hệ thống chống sét sử dụng đầu thu ESE một cách chính xác, tối ưu nhất có thể và xác định độ tin cậy c a vùng bảo vệ nhằm giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra đến m c thấp nhất Và đó cũng chính là các lý do đểbản thân quyết định chọn đề tài nghiên c u này

1.3 ụ nghĩa khoa học vƠ th c ti n

Đề tài có những ý nghĩa khoa học và thực tiễn như sau:

- Tổng hợp một cách hoàn chỉnh lý thuyết về hiện tượng dông sét trong tự nhiên cũng như các kiến th c cơ bản về đầu thu ESE;

- Đề tài nghiên c u xuất phát từ thực tếvề giải pháp chống sét trực tiếp dùng cột thu sét sử dụng đầu thu ESEngày càng phổ biến và tình hình ph c tạp c a dông sét tại Việt Nam Do đó kết quả nghiên c u có ý nghĩa thực tiễn cao;

- ng dụng các phương pháp tiếp cận đư được ch ng minh tính đúng đắn trong thực tiễn đểđưa ra giải pháp mới phục vụ cho vấn đề tính toán, xác định vùng

bảo vệ và độ tin cậy c a vùng bảo vệ c a cột thu sét có trang bị đầu thu ESE cũng như nâng cao khả năng bảo vệ c a công trình trước tác hại c asét;

- Tài liệu, kết quả nghiên c ucó thể được sử dụng để phục vụ các nghiên c u ở

m c độ cao hơn hoặc làm tài liệu tham khảo, tài liệu giảng dạy về phương pháp xác định vùng bảo vệ và độ tin cậy c a các cột thu sét sử dụng đầu thu ESE

1.4 M c tiêu vƠ nhi m v nghiên c u

Đề tài đặt ra các mục tiêu chính như sau:

- Hoàn chỉnh lý thuyết về cấu tạo và nguyên tắc vận hành c a các loại đầu thu ESE

- Đưa ra công th c tổng quát tính độ lợi khoảng cách ∆L cho từng loại đầu thu ESE từ các số liệu thực nghiệm do nhà sản xuất cung cấp

- Đưa ra phương pháp tính toán vùng bảo vệ c a cột thu sét sử dụng đầu thu ESE

- Đưa ra phương pháp xác định độ tin cậy c a vùng bảo vệ c a cột thu sét sử dụng đầu thu ESE

- Xây dựng phần mềm tính toán vùng bảo vệ c a đầu thu ESE và độ tin cậy

c a vùng bảo vệ

1.5 Đ i t ng vƠ ph m vi nghiên c u

- Đối tượng nghiên c u c a đề tài là các cột thu sét có sử dụng đầu thu ESE

- Phạm vi nghiên c u c a đề tài: phân tích giá trị độ lợi khoảng cách ∆Lthực nghiệm c amột số loại đầu thu ESE, khảo sát vùng bảo vệ c a cột thu sét sử dụng đầu thu ESE

- ng dụng đa th c nội suy Lagrange để xây dựng hàm đa th c nội suy từ các

số liệu thực nghiệm c a các loại đầu thu ESE thông dụng có tại Việt Nam;

- ng dụng lý thuyết mô hình điện hình học để xây dựng công th c tính vùng bảo vệ c a cột thu sét sử dụng đầu thu ESE;

- ng dụng lý thuyết mô hình điện hình học và vùng thể tích hấp thu để xây dựng công th cxác định tin cậy c a vùng bảo vệ c a cột thu sét sử dụng đầu thu ESE;

- Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab xây dựng phần mềm tính toán vùng bảo

vệ c a đầu thu ESE và độ tin cậy c a vùng bảo vệ

1.7 Ph ng pháp nghiên c u

- Sưu tầm, tổng hợp và chọn lọc tài liệu liên quan từ các nguồn khác nhau

- Tham khảo các tài liệu về lý thuyết quá trình hình thành sét, các hệ thống chống sét trực tiếp, các phương pháp tính toán vùng bảo vệ c a các hệ thống thu sét phổ biến hiện nay, lý thuyết về cấu tạo và nguyên lý vận hành c a đầu thu ESE, lý thuyết đa th c nội suy Lagrange, lý thuyết mô hình điện hình học và lý thuyết vùng thể tích hấp thu

- Phân tích các các bảng số liệu độ lợi khoảng cách ∆L thực nghiệm c a một

số loại đầu thu ESE thông dụng tại Việt Nam Sử dụng phần mềm Matlab để hỗ trợ trong việc tính toán.Đối chiếu số liệu: đối chiếu kết quả tính toán với số liệu thu thập để từ đó rút ra kết luận

- Tham khảo các tài liệu, các công trình khoa học đư công bố trước đó c a các nhà khoa học trong và ngoài nước.Tham khảo ý kiến c a giảng viên hướng dẫn khoa học

1.8 B c c lu n văn

Ngoài phần mở đầu, phụ lụcnội dung c a luận văn được chia làm 6 chương, như sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Giải tích hóa đường cong độ lợi khoảng cách c a các đầu thu ESE Chương 4: Vùng bảo vệ c a đầu thu ESE

Chương 5: Độ tin cậy c a vùng bảo vệ c a đầu thu ESE

Chương 6: Phần mềm tính toán vùng bảo vệ c a đầu thu ESE

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển c a đề tài

C h ng 2

2.1 T ng quan v sét

2.1.1 S hình thƠnh mây dông và sét

Như chúng ta đư biết dông là hiện tượng xảy ra ch yếu trong mùa hạ là hiện tượng thời tiết kèm theo sấm, chớp xảy ra liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ c a đối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển bao gồm các loại sau: dông nhiệt (hình thành từ các luồng khí nóng ẩm bốc lên do sự đốt nóng c a ánh nắng mặt trời); dông front (hình thành do sự gặp nhau c a những luồng không khí nóng ẩm với luồng không khí lạnh); ngoài ra ở các vùng núi cao các luồng không khí nóng ẩm trườn theo sườn núi lên cao gọi là dông địa hình

Sau khi đạt độ cao nhất định, ở khoảng vài km trở lên, luồng không khí nóng

ẩm này đi vùng nhiệt độ âm, bị lạnh đi, hơi nước ngưng tụ thành những giọt nước li

ti hoặc thành các tinh thể băng và tạo thành các đám mây dông, còn gọi là mây tích

vũ có độ dày từ 10 ÷ 16km, tích trữ một lượng nước và tạo ra những chênh lệch điện thế rất lớn với mặt đất

Từ lâu, người ta đư khẳng định vể nguồn tạo ra điện trường khổng lồ giữa các mây dông và mặt đất chính là những điện tích tích tụ trên các hạt nước li ti và các tinh thể băng c a các đám mây dông đó Nhưng do đâu có sự nhiễm điện c a các hạt nước và tinh thể băng cũng như sự phân ly các điện tích thì có nhiều giả thuyết khác nhau và chưa được hoàn toàn nhất trí Nhưng có điều chắc chắn là trong suốt cơn dông, các điện tích dương và điện tích âm bị các luồng không khí mưnh liệt tách rời nhau, gắn liền với sự phân bố các tinh thể băng trên tầng đỉnh và các giọt nước mưa ở tầng đáy c a đám mây dông Sự tách rời điện tích này tuỳ thuộc vào độ cao c a đám mây, nằm trong khoảng từ 200 ÷ 10.000m, với tâm c a chúng cách nhau ước khoảng từ 300 ÷ 5.000m Lượng điện tích trong các đám mây tham gia

vào cơn sét vào khoảng từ 1 ÷ 100C và có thể cao hơn Điện thế c a các mây dông vào khoảng 107 ÷ 108V Năng lượng tỏa ra bởi một cơn sét khoảng 250kWh Như

vậy, muốn có sét trước hết phải có những đám mây dông mang điện tích và những đám mây dông này hình thành nên một tụ điện khổng lồ với mặt đất

Hình 2.1:Sự phân bố điện tích trong một đám mây dông

Theo kết quả quan trắc từ 80 ÷ 90% các đám mây dông tích điện tích âm bên dưới, do đó cảm ng trên mặt đất những điện tích dương tương ng và tạo nên tụ điện không khí khổng lồ Cường độ điện trường trung bình nơi đồng nhất thường ít khi quá 1kV/cm, nhưng cá biệt nơi mật độ điện tích cao, hoặc nơi có vật dẫn điện tốt nhô lên cao trên mặt đất điện trường cục bộ có thể cao hơn nhiều và có thể đạt đến ngưỡng ion hoá không khí (ở mặt đất trị số này 25 ÷ 30kV/cm và càng lên cao càng giảm, ở độ cao một vài km giảm còn khoảng 10kV/cm) sẽ gây ion hoá không khí tạo thành dòng plasma, mở đầu quá trình phóng điện sét phát triển giữa mây dông và mặt đất

Do đó có thể nói rằng sét xảy ra là do hiện tượng phóng điện tích tụ trong các đám mây dông

2.1.2 Các giai đo n phát triển c a sét

Sét là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách rất lớn kèm theo tiếng nổ Quá trình phóng điện có thể xảy ra trong đám mây dông, giữa các đám mây với nhauvà giữa đám mây dông với đất Điện áp giữa mây dông và đất

có thể đạt tới trị số hàng chục, thậm chí hàng trăm triệu volt Chiều dài trung bình

c a khe sét khoảng 3 ÷ 5km, phần lớn chiều dài đó phát triển trong các đám mây dông đây ta chỉ xem xét sự phóng điện giữa mây và đất

Quá trình phóng điện sét bắt đầu từ một điểm đánh th ng và đám mây bắt đầu gởi các điện tích đi xuống thông qua đường ion hóa khí quyển gọi là tia tiên đạo Nhiều tia tiên đạo bắt đầu truyền xuống đất theo nhiều hướng, tìm kiếm chỗ điện

tích đất tích tụ lớn nhất trong khu vực Các điện tích này dịch chuyển từng bước khoảng 50m, dừng lại, tìm kiếm điện thế tốt nhất, sau đó lại dịch chuyển tiếp Các bước và các hướng dịch chuyến này làm cho sét có dạng hình răng cưa Về cơ bản

có thể chia quá trình phóng điện sét thành ba giai đoạn chính sau:

2.1.2.1 Giai đo n phóng tia tiên đ o

Ban đầu xuất phát từ mây dông một dải sáng mờ phát triển thành từng đợt gián đoạn về phía mặt đất, với tốc độ trung bình khoảng 105÷ 106m/s Đấy là giai đoạn phóng điện tiên đạo từng đợt còn gọi là tiên đạo bậc Kênh tiên đạo là một dòng plasma có điện dẫn rất lớn với mật độ điện khoảng 1013÷ 1014ion/m3 Đầu tia được nối với một trong các trung tâm điện tích c a lớp mây điện nên một phần điện tích

c a trung tâm này đi vào trung tâm tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiều dài tia

Thời gian phát triển c a tia tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1µs Thời gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt khoảng 30 ÷ 90µs Điện tích âm từ mây

tràn vào kênh tiên đạo bằng Q = δl, với l là chiều dài kênh tiên đạo và δlà mật độ

điện tích trong tia tiên đạo Điện tích này chiếm khoảng 10% lượng điện tích chạy vào đất trong một lần phóng điện sét

Đường đi c a tia tiên đạo trong thời gian này không phụ thuộc vào tình trạng mặt đất và các vật trên mặt đất, phương có điện trường cao nhất phụ thuộc vào nhiều nhân tố ngẫu nhiên ph c tạp Cho đến khi tia tiên đạo còn cách mặt đất một

độ cao gọi là độ cao định hướng thì mới bị ảnh hưởng bởi các vùng điện tích tập trung dưới mặt đất

2.1.2.2 Giai đo n hình thƠnh khu v c ion hóa

Dưới tác dụng c a điện trường tạo nên bởi điện tích c a mây dông và điện tích trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu trên vùng mặt đất phía dưới đám mây dông Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo, nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khác nhau thì điện tích ch yếu tập trung ở nơi có điện dẫn cao như vùng quặng kim loại, vùng đất ẩm, ao hồ, sông ngòi, vùng nước ngầm, kết cấu kim loại các tòa nhà cao

tầng, cột điện, cây cao bị ướt trong mưa chính các vùng điện tích tập trung này sẽ định hướng hướng phát triển c a tia tiên đạo hướng xuống khi nó đạt đến độ cao định hướng, tia tiên đạo sẽ phát triển theo hướng có điện trường lớn nhất

Do đó các vùng tập trung điện tích sẽ là nơi sét đánh vào những vật dẫn có

độ cao như các nhà cao tầng, cột ăng-ten các đài phát thì từ đỉnh c a nó nơi các diện tích trái dấu tập trung nhiều làm cho cường độ điện trường cục bộ tăng cao cũng sẽ đồng thời xuất hiện ion hóa không khí, tạo nên dòng tiên đạo phát triển hướng lên đám mây dông Chiều dài c a kênh tiên đạo từ dưới lên này tăng theo độ cao c a vật dẫn có thể đạt đến độ cao một vài trăm mét và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hướng c a sét vào vật dẫn đó Quá trình này thường được gọi là quá trình phóng điện đón sét Những đầu thu sét thế hệ mới chính là sử dụng hiệu ng này để tăng khả năng đón bắt kênh tiên đạo từ mây dông xuống nhằm hạn chế tối đa khả năng sét đánh vào công trình cần bảo vệ

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường s c nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất, vì ở đấy cường độ điện trường có trị số lớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đư định sẵn Tính chất chọn lọc c a phóng điện đư được vận dụng trong việc bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trìnhbằng cách dùng các thanh kim loại hay dây thu sét bằng kim loại được nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần bảo vệ để hướng sét đánh vào đó mà không phóng vào công trình gọi là hệ thống chống sét trực tiếp (còn gọi là cột thu lôi hay cột thu sét) Do hệ thống thu sét có độ cao lớn và trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điện sét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toàn quanh nó Khi tia tiên đạo hướng xuống gần mặt đất hay tia tiên đạo hướng lên, thì trong khoảng cách khí ở giữa do cường độ điện trường tăng cao gây lên ion hóa mưnh liệt, dẫn đến sự hình thành một dòng plasma có mật độ điện tích cao hơn nhiều so với mật độ điện tích c a tia tiên đạo, điện dẫn c a nó tăng lên hàng trăm lần

2.1.2.3 Giai đo n phóng đi n ng c

Do điện dẫn c a nó tăng cao như vậy nên điện tích cảm ng tràn vào dòng ngược mang điện thế c a đất làm cho cường độ trường đầu dòng tăng lên gây ion

hóa mưnh liệt và c như vậy dòng plasma điện dẫn cao 10 ÷ 10 ion/m tiếp tục phát triển ngược lên trên theo đường dọn sẵn bởi kênh tiên đạo Đây là sự phóng điện ngược hay phóng điện ch yếu Vì mật độ điện tích caođốt nóng mưnh liệt cho nên tia phóng điện ch yếu sáng chói (đó chính là chớp)

Tốc độ phát triển c a kênh phóng điện ngược vào khoảng 1,5.107÷ 1,5.108m/s

t c là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển c a kênh tiên đạo(0,05 ÷0,5 tốc độ ánh sáng) Khi kênh phóng điện ch yếu lên tới đám mây thì số điện tích còn lại c a đám mây sẽ theo kênh phóng điện chạy xuống đất và tạo nên dòng điện có trị số nhất định Với tốc độ phát triển c a phóng điện ngược là v vàmật độ c a điện tích trong tia tiên đạo bằng δ, thì trong một đơn vị thời gian điện tích đi vào trong đất sẽ

là δ.v và đó cũng là công th c tính dòng điện sét:

I0 = δ v Công th c trên tính cho trường hợp sét đánh vào nơi nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể, xem như Rđ = 0)

Nếu nơi sét đánh có điện trở Rđ≠ 0 thì:

0 + đVới Z0 tổng trở c a khe sét có trị số trong khoảng 200÷500Ω, trung bình300Ω Theo kết quả quan trắc thực tế cho thấy rằng: phóng điện sét thường xảy ra nhiều lần kế tiếp nhau trung bình là 3 lần Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển liên tục (không phải từng đợt như lần đầu), không phân nhánh và theo đúng quỹ đạo c a lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn (2.106m/s) Điều này có thể được giải thích như sau: đám mây dông có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các dòng không khí xoáy trong mây Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất và trung tâm điện tích có cường độ điện trường cao nhất Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu điện thế giữa các trung tâm này vơí các trung tâm khác không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại Nhưng khi kênh phóng điện ch yếu đư lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên c a đám mây thực tế mang điện thế c a đất, điều này làm cho hiệu thế giữa trung tâm điện tích đư

chúng với nhau Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn, nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ lớn hơn lần đầu

Hình 2.2:Các giai đoạn phóng điện sỨt theo thời gian

Để tính toán thiết kế hệ thống chống sét, người ta sử dụng giá trị dòng điện sét, dòng điện sét có phạm vi giới hạn rất rộng, biên độ dòng sét có thể lên đến 200kA Tuy nhiên phần lớn trường hợp gặp sét đánh ở trị số nhỏ, sét có dòng điện

từ 100kA trở lên rất hiếm xảy ra.Dòng điện sét có dạng một sóng xung Thường trong khoảng vài ba micro giây dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo thành phần đầu sóng, sau đó giảm chậm trong khoảng 20÷100s tạo nên phần đuôi sóng Các thông số ch yếu:

- Biên độ dòng sét: là giá trị lớn nhất c a dòng điện sét Biên độ dòng sét có thể đạt đến 200kA;

- Thời gian đầu sóng (tds): là thời gian dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại Thường thời gian này đối với tia tiên đạo đầu tiên là khoảng từ 1÷100µs, và khoảng từ 5÷50µs đối với tia sét lặp lại;

- Độ dốc dòng điện sét: a = dis/dt hay còn gọi là tốc độ tăng dòng, có thể đạt tới 70kA/µs đối với tia sét đầu tiên và có thể vượt quá 200kA/µs đối với các tia sét tiếp theo;

- Độ dài dòng điện sét (ts): là thời gian từ đầu dòng điện sét đến khi dòng điện giảm bằng 1/2 biên độ trong khoảng từ 20÷350µs với tia sét đầu tiên và khoảng từ 5÷50µs đối với tia sét lặp lại

Xác suất xuất hiện dòng sét có thể tính gần đúng theo công th c :

- Cho vùng đồng bằng : VI = 10-I/60 hay lgVI=-I/60

- Cho vùng núi cao : VI = 10-I/30 hay lgVI=-I/30

Xác suất xuất hiện các cú sét có cường độ mạnh tại Việt Nam là tương đối thấp với giá trị Imax≈ 90,97kA

t2

t1

Để đo độ dốc dòng điện sét người ta thường dùng một khung bằng dây dẫn nối vào một hoa điện kế Khi sét đánh vào cột thu sét với độ dốc a thì trong khung

sẽ cảm ng lên một s c điện động bằng Mdis/dt (M là hệ số hỗ cảm giữa dây dẫn dòng điện sét c a cột thu sét với khung dây)

Độ dốc lớn nhất c a dòng điện sét: a=(dis/dt)max (kA/µs) Tại Việt Nam thì

amax≈ 65,8kA/µs

Xác suất xuất hiện độ dốc có thể tính theo:

-Cho vùng đồng bằng : Va = 10 -a/36 hay lgVa=-a/15,7

-Cho vùng núi cao : Va = 10-a/18 hay lgVa=-a/7,82

2.1.3.3 C ng đ ho t đ ng c a sét

Cường độ hoạt động c a sét được biểu thị bằng số ngày trung bình có dông sét hàng năm hoặc bằng tổng số giờ trung bình có dông sét hàng năm Cường độ hoạt động c a sét rất khác nhau ở các vùng khí hậu khác nhau

Mật độ c a sét là số lần sét đánh trung bình trên một đơn vị diện tích mặt đất (1km2) trong một ngày sét hoặc trong một giờ sét

Cường độ sét cũng như mật độ sét thay đổi theo vùng lưnh thổ

Số liệu mật độ sét đánh trên lưnh thổ Việt Nam được cấp dưới dạng bản đồ

và theo địa danh hành chính Bản đồ mật độ sét đánh trung bình năm trên lưnh thổ Việt Nam do Viện Vật lý địa cầu thiết lập Trên bản đồ, số liệu sét đánh được phân thành các vùng theo mật độ sét đánh (lần/km2/năm) như sau: nhỏ hơn 1,4; từ 1,4 đến 3,4; từ 3,4 đến 5,7; từ 5,7 đến 8,2; từ 8,2 đến 10,9; từ 10,9 đến 13,7 và lớn hơn 13,7 bằng các đường đồng m c về mật độ sét đánh

Số liệu mật độ sét đánh theo địa danh hành chính được thiết lập dựa trên bản

đồ mật độ sét đánh trung bình năm c a Việt Nam theo nguyên tắc sau: đối với các địa danh nằm gọn trong một vùng có cùng mật độ sét đánh trên bản đồ thì lấy theo mật độ sét đánh c a vùng bản đồ đó; đối với địa danh nằm ở hai vùng có mật độ sét đánh khác nhau thì mật độ sét đánh c a địa danh được lấy theo vùng có trị số lớn hơn

2.1.3.4 C c tính c a sét

Theo số liệu quan trắc sét ở nhiều quốc gia trên thế giới trong nhiều năm cho thấy dòng điện sét mang cực tính âm xuất hiện thường xuyên hơn và chiếm khoảng 80÷90% toàn bộ số lần phóng điện sét

2.2 T ng quan v các ph ng pháp ch ng sét tr c ti p hi n nay

Như đư biết hiện tượng phóng điện sét có tính chất chọn lọc,khả năng sét đánh

vào công trình có độ cao và các vật nối đất tốt có xác suất caohơn so với các công trình thấp hơn ở xung quanh

Tính chất này đư được Franklin vận dụng trong việc chống sét đánh thẳng cho các công trình bằng một cột cao có đỉnh nhọn bằng kim loại được nối đến hệ thống nối đất còn gọi làcột thu lôi hay làcột thu sét

Trên thế giới hiện nay, trải qua hơn 260 năm kể từ khi Franklin đề xuất phương pháp chống sét trực tiếp, trong lĩnh vực phòng chống sét đư có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng Nhiều dạng thiết bị phòng chống sét được tung ra trên thị trường.Tuy nhiên những nguyên tắc cơ bản cũng như về mặt cấu tạo như: các điện cực được nối với dây dẫn xuống,dây dẫn xuống lại được nối với lưới tiếp đất, vai trò c a các điện cực trở thành điểm mục tiêu sét chọnđánh trong đó

mạng dây dẫn xuống sẽ truyền năng lượng sét xuống đất, còn lưới tiếp đất có nhiệm

vụ tản nănglượng sét vào trong đất (ngoại trừ hệ thống chống sét trực tiếp bằng phương pháp chuyển dịch điện tích)c a các hệ thống chống sét trực tiếp hầu như không thay đổi

Yêu cầu c a việc chống sét là toàn bộ công trình được bảo vệ cần phải nằm trong vùngbảo vệ c a hệ thống thu sét, hệ thống này có thể nằm ngay trên kết cấu công trình hay đặt cách ly tùythuộc vào hoàn cảnh và điều kiện cụ thể.Sau đây là tóm tắt sơ lược về những hệ thống chống sét trực tiếp thông dụng hiện nay:

2.2.1 Ch ng sét tr c ti p theo ph ng pháp c điển

2.2.1.1 C t thu sét Franklin

Đây là hệ thống chống sét trực tiếp sử dụngcác điện cực Franklin hay còn gọi

là kim Franklin có độ cao thay đổi từ 2m đến 3m hoặc cao hơn Về cơ bản hệ thống

được cấu tạo từ các bộ phận chính sau: kim thu sét Franklin, cột gắn kim thu sét, dây dẫn truyền năng lượng sét xuống đất, hệ thống nối đất

Phạm vi bảo vệ c a cột thu sét dạng này rất hạn chế nên thường được sử dụng

để bảo vệ chống sét trực tiếp cho các cấu trúc nhỏ

Hình 2.4: Hệ thống chống sỨt trực tiếp Franklin

2.2.1.2 Đai vƠ l i thu sét

Là lồng kim loại bao kín khu vực bảo vệcó nguồn gốc từ các lồng Faraday Theo lý thuyết sóng điện từ thì đây là phương pháp lý tưởng để phòng chống sét Phương pháp này được sử dụng bảo vệ một số khu vực đặc biệt như nơi ch a thuốc

nổ, hạt nhân Tuy nhiên phương pháp này tốn kém và không khả thi trên thực tế khi

áp dụng cho tất cả các công trình

Đai và lưới thu sét dùng đế chống sét đánh thẳng có thế làm bằng thép dẹt hay tròn tiết diện không được nhỏ hơn 35mm2, tạo thành một lưới bao các mái nhà và các b c tường c a cấu trúc cần được bảo vệ Các kim thu sét được bố trí xung quanh các cạnh c a mái nhà và trên các điểm cao

Mạng lưới các dây dẫn theo chu vi bên ngoài c a mái nhà,kích thước mắt lưới

là từ 5 ÷ 20m tùy thuộc vào yêu cầu bảo vệ, được nối dây dẫn xuống, và dưới cùng

là các hệ thống nối đất Khoảng cách giữa hai dây dẫn xuống là từ 10 ÷ 25m tùy thuộc vào m c độ bảo vệ cần thiết Đai và lưới cho phép đặt bên dưới lớp chống thấm hay lớp cách nhiệt c a cấu trúc

Hình 2.5: Hệ thống chống sỨt trực tiếp sử dụng đai và lưới thu sỨt

2.2.1.3 Dây thu sét

Dây thu sét được dùng đế bảo vệ những công trình có dạng hẹp và kéo dài, cụ

thể như các đường dây dẫn điện trên không, có chiều dài đáng kể hoặc được sử dụng để bảo vệ các khu vực mở khi không có hỗ trợ kiến trúc

Dây thu sét sử dụng một nguyên tắc tương tự như c a đai và lưới thu sét, bao gồm một mạng lưới các dây dẫn, nhưng được đặt trên cấu trúc cần được bảo vệ một khoảng cách nhất định Mục đích là để tránh hiện sét tiếp xúc với cấu trúc Dây dẫn sét được nối với dây dẫn xuống và hệ thống nối đất chuyên dụng

Kích thước c a lưới và khoảng cách giữa các dây dẫn xuống phải chịu các quy tắc tương tự như đối với các dây dẫn c a đai và lưới thu sét Hệ thống chống sét trực tiếp này đòi hỏi phải nghiên c u cơ khí bổ sung (tính toán độ võng c a dây, khả năng chịu ăn mòn với các điều kiện thời tiết, …)

Hình 2.6: Hệ thống chống sỨt trực tiếp sử dụng dây thu sét

2.2.2 Ch ng sét tr c ti p theo ph ng pháp phi c điển

2.2.2.1 H th ng ch ng sét tr c ti p sử d ng đ u thu sét ESE

Đó là các loại cột thu sét sử dụng đầu thu sét ESE có đặc tính phát ra tia tiên đạo khá sớm khi điện trường khí quyển chưa đạt đến trị số tới hạn nghĩa là nó ch động đón bắt dòng phóng điện sét ở một điểm nào đó trong không gian cách xa công trình mà nó bảo vệ.Chúng ta có thể hình dung là khi hoạt động thì kim thu sét như được kéo dài ra một đoạn gấp hàng chục lần chiều dài thực c a chúng, đoạn này được gọi là độ cao ảo c a kim thu sét và như thế chúng có phạm vi bảo vệ lớn hơn rất nhiều so với kim thu sét cổ điển ở cùng một độ cao

Hình 2.7: Hệ thống chống sỨt trực tiếp sử dụng đầu thu ESE đặt trực tiếp trên công

trình

2.2.2.2 H th ng ch ng sét tr c ti p bằng ph ng pháp chuyển d ch đi n tích

Hệ thống chuyến dịch điện tích (DAS: Dissipation Array System) nhằm ngăn ngừa sự hình thành tia sét Khác với hệ thống chống sét trực tiếp dùng điện cực Franklin hay điện cực phát xạ sớm, hệ thống này chống sét bằng cách liên tục giảm cường độ điện trường giữa mặt đất và đám mây dông xuống dưới khả năng xuất hiện tia tiên đạo do đó không xảy ra sét Hệ thống chuyến dịch điện tích hoạt động theo nguyên lý phóng điện điểm dựa trên hiện tượng corona, với hàng nghìn điểm nhọn bằng kim loại tạo ra ion bên trên hệ thống hìnhthành một lớp điện tích không gian mang điện dương trong vùng khí quyển nằm bên trên đầu kim Trường tĩnh

1.Đầu thu ESE

2 Điểm nối với dây dẫn xuống

3 Giá đỡ đầu thu ESE

4 Kẹp cố định dây dẫn xuống

5 Bộ đếm sét

6 Hộp nối với hệ thống nối đất

7 Hệ thống nối đất

điện mây dông càng mạnh thì dòng phóng điện càng mạnh và lớp điện tích không gian càng nhiều, nó tác dụng như một màn chắn tĩnh điện làm cho điện trường giữa đám mây dông và đất yếu đi nghĩa là loại bỏ nguy cơ phóng điện sét Tuy nhiên hiện nay m c độ phổ biến c a hệ thống chống sét này vẫn còn thấp và độ tin cậy còn đang gây nhiều tranh luận

Hình 2.8: Hệ thống chống sỨt trực tiếp sử dụng phương pháp chuyển dịch điện tích

2.3 Vùng b o v c a h th ng ch ng sét

đây ta cần hiểu rằng hệ thống bảo vệ chống sét (LPS: Lightning Protection System) là một hệ thống hoàn chỉnh được dùng để làm giảm các thiệt hại vật lý do sét đánh vào công trình Khi sét đánh vào, các công trình chịu tác động c a sét như sau:

- Tác động do sét đánh trực tiếp: là tác động c a dòng sét đánh trực tiếp vào công trình

- Tác động do sét lan truyền và cảm ng: là tác động th cấp c a sét do các ảnh hưởng tĩnh điện, điện từ, galvanic

Từ quan điểm trên ta có thể phân chia không gian ch a hệ thống cần bảo vệ phải thành các vùng bảo vệ (LPZ: Lightning Protection Zone) khác nhau Về mặt lý thuyết, các vùng này chỉ định khoảng không gian trong đó m c độ khắc nghiệt c a xung điện từ do sét là tương đương với m c chịu đựng c a các hệ thống bên trong

đó Các vùng nối tiếp nhau được đặc trưng bởi sự thay đổi đáng kể về m c độ khắc nghiệt c a xung điện từ do sét

Các biện pháp bảo vệ như cột thu sét, các dây che chắn, che chắn điện từ và thiết bị bảo vệ xung sẽ quyết định cácvùng bảo vệ chống sét

Tùy theo m c độ ảnh hưởng c a sét, các vùng bảo vệ chống sét được định nghĩa như sau:

- LPZ 0A: Là vùng có nguy cơ chịu sét đánh trực tiếp và toàn bộ trường điện

từ do sét Các hệ thống trong đó có thể chịu toàn bộ hoặc một phần dòng xung sét;

- LPZ 0B: Là vùng đư được bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp nhưng vẫn chịu sự

đe dọa c a toàn bộ trường điện từ do sét Các hệ thống trong đó có thể chịu một phần dòng xung sét; Vùng này được xác định bởi hiệu quả c a hệ thống chống sét trực tiếp;

- LPZ 1: Là vùng trong đó dòng xung được hạn chế do sự chia dòng và các thiết bị bảo vệ xung tại vị trí ranh giới Việc che chắn không gian có thể làm suy giảm trường điện từ do sét;

- LPZ 2,…, n: Là vùng trong đó dòng xung được hạn chế hơn nữa do sự chia dòng và các thiết bị bảo vệ xung bổ sung tại vị trí ranh giới Việc che chắn không gian bổ sung có thể làm suy giảm hơn nữa trường điện từ do sét Nói chung, m c c a một vùng bảo vệ chống sét càng cao thì các tham số môi trường điện từ càng thấp

Nguyên tắc chung c a việc bảo vệ là đối tượng cần bảo vệ phải nằm trong vùng bảo vệ chống sét có cácđặc tính về điện từ tương thích với khả năng c a chịu đựng c a đối tượng với tác động do sétgây ra thiệt hại cần phải giảm bớt (thiệt hại vật lý, hư hỏng các hệ thống điện và điện tử doquá áp) Từ đó có thể phân chia hệ thống chống sét thành:

- Hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài (LPZ 0A, LPZ 0B): nhằm để thu các tia sét đánh trực tiếp vào công trình, bao gồm cả các cú sét đánh vào thân công trình, và dẫn dòng sét từ điểm bị sét đánh xuống đất Hệ thống này cũng có

mục đích tản dòng sét xuống đất mà không gây thiệt hại nhiệt hoặc cơ, hoặc gây đánh lửa nguy hiểm dẫn đến cháy nổ;

- Hệ thống bảo vệ chống sét bên trong (LPZ 1, LPZ 2,…, n): nhằm ngăn chặn hiện tượng gây nguy hiểm bên trong công trình được bảo vệ do dòng sét chạy trong hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài hoặc trong các bộ phận dẫn điện c a công trình

Hình 2.9:Minh họa các phân vùng chống sỨt tại trạm viễn thông

2.4 T ng quan v đ u thu sét ESE

2.4.1 T ng quan

Cột thu sét cơ bản gồm có các điện cực (kim thu sét, đầu thu sét, dây thu sét) được nối với dây dẫn xuống, dây dẫn xuống lại được nối với hệ thống nối đất Vai trò c a các điện cực trở thành điểm mục tiêu sét chọn đánh Mạng dây dẫn xuống sẽ truyền năng lượng sét xuống đất, còn hệ thống nối đất có nhiệm vụ tản năng lượng sét vào trong đất

Do đó ta có thể thấy rằng cột thu sét là thiết bị không phải để tránh sét mà

ngược lại sử dụng các cột thu sét với mục đích là để sét đánh chính xác vào một điểm định sẵn trên mặt đất ch không phải là vào điểm bất kỳ nào trên công trình Tuy nhiên, việc sử dụng các cột thu sét cũng sẽ làm tăng xác suất sét đánh vào diện tích công trình cần bảo vệ

Tác dụng thu hút phóng điện sét về phía các hệ thống thu sét được dựa trên hiệu ng mũi nhọn c a các điện cực, sự tích tụ điện tích ở đỉnh mũi nhọn làm khuyếch đại cường độ điệntrường cục bộ, gây ra hiệu ng vầng quang quanh điện cực thu sét, làm ion hóa chất khí xung quanh nó tạo thành tia tiên đạo phát triển lên

để đón bắt tia tiên đạo từ mây dông xuống

Sau phát minh c a Benjamin Franklin vào năm 1752, nhiều nhà khoa học đư nghiên c u và đề xuất các thiết bị nhằm nâng cao khả năng thu hút sét, tăng khoảng cách bảo vệ so với các cột thu sét đơn giản Vào năm 1914,nhà vật lý học người Hungary, L.Szillard đưa ra một thiết bị chống sét bằng cách đặt nguồn chất phóng

xạ đặt gần mũi nhọn c a kim Franklin Do tính phóng xạ, tạo thành một cột không khí bị ion hoá trên đỉnh cột thu sét, tương đương làm tăng chiều cao c a cột thu sét Tuy nhiên các thí nghiệm đối cột thu sét thông thường vàcột thu sét có sử dụng chất phóng xạ thực hiện tại vùng Alpe c a ThụySĩ không ch ng minh được hiệu quả c a

phương pháp này Mặt khác chất phóng xạ lại là nguồn ô nhiễm môi trường Do đó

loại cột thu sét này hiện nay không được sử dụng nữa

Đầu thu sét ESE được nghiên c u từ thập niên 70 và phát triển từ năm 1985 đến nay Nguyên lý chính c a đầu thu sét ESE là tạo ra tia tiên đạo đi lên sớm hơn bất kỳ điểm nào trong khu vực được bảo vệ, từ đó tạo nên điểm chuẩn để sét đánh vào chính nó và như vậy là kiểm soát được đường dẫn sét và bảo vệ được công trình Thời gian sớm hơn này được gọi là “thời gian phát tia tiên đạo sớm” và nó chính là một trong những thông số trực tiếp quyết định khả năng bảo vệ c a cột thu sét hay nói cách khác chính là quyết định vùng bảo vệ c a cột thu sét

Hình 2.10:Nguyên lý hoạt động c a đầu thu ESE

Rõ ràng rằng trong việc chống sét trực tiếp, tia tiên đạo đi lên từ kim thu sét lên đám mây càng sớm thì càng nhanh gặp tia tiên đạo đi xuống và cơ hội hai tia này tiếp xúc nhau trước các dòng điện khác phóng lên từ các điểm cao gần đó càng lớn Do vậy, có thể thấy rằng chính điểm xuất phát c a tia tiên đạo đi lên đầu tiên quyết định điểm tác động c a sét lên mặt đất Cột thu sét có trang bị đầu thu phát tia tiên đạo sớm được thiết kế nhằm tạo điều kiện tối ưu cho việc hình thành dòng điện phóng lên này

Ngày nay việc sử dụng cột thu sét có trang bị đầu thu ESE ngày càng cho thấy

có nhiều ưu điểm nổi bật như: ch động tạo tia tiên đạo phát tia tiên đạo sớm để nhanh chóng dẫn dòng điện sét xuống đất, tạo điểm chuẩn cho sét đánh vào chính

nó, hoạt động theo nguyên tắc ch động, vùng bảo vệ được mở rộng so với kim Franklin truyền thống, hiệu quả bảo vệ cao, không bị ảnh hưởng do các điều kiện thời tiết, khí hậu, có kích thước và trọng lượng nhỏ nên không ảnh hưởng đến kết cấu c a công trình, thường chỉ sử dụng một kim thu cho công trình nên có tính thẩm

mỹ cao…

Trên thị trường Việt Nam hiện nay đang phổ biến các loại đầu thu ESE như: Pulsar c a hưng Helita (Pháp), Ellips c a hưng LPS (Pháp), Prevectron c a hưng Indelec (Pháp), Satelit c a hưng Duval Messien (Pháp), Max-Ion c a hưng Maxion (Anh), Schirtec c a hưng Schirtec (Áo), Stormaster c a hưng LPI (Úc), Saint Elme

c a hưng Franklin France (Pháp)

2.4 2 C u t o vƠ nguyên lỦ ho t đ ng c a đ u thu sét ESE

Cấu tạo chung c a đầu thu ESE về cơ bản bao gồm các bộ phận chính sau:

- Bộ kích thích phát xạ ion sử dụng mạch điện tử: là một loại thu sét có trang

bị thêm một mạch điện tử cho phép tạo ra sự ion hóa không khí làm phát sinh dòng xung Sự vượt trội c a các đầu thu này là sự ion hóa không khí có thể được phát ra vào một thời điểm xác định Độ chính xác c a hệ thống phụ thuộc phần lớn vào thời điểm bắt đầu ion hóa Nếu được tạo ra sớm quá thì dòng xung sẽ không thể lan truyền đ xa do điện trường được tạo ra từ luồng dẫn đường không đ lớn Còn nếu được tạo ra quá muộn thì đầu thu sét sẽ mất đi lợi thế Để tạo ra các tia lửa điện làm ion hóa không khí thì đầu thu sét phải được trang bị một bộ phận phát điện có điện áp cao Bộ phận phát điện này cần năng lượng để hoạt động Để cung cấp năng lượng cho nó người ta

áp dụng nhiều kỹ thuật khác nhau như: pin mặt trời được sử dụng như là một nguồn dự trữ năng lượng hoặc dùng các bộ phận thu nguồn năng lượng phát

ra từ điện trường tĩnh ở xung quanh Các đầu thu sử dụng mạch điện tử có ưu

điểm là có thể được kiểm tra bằng một thiết bị ngoại vi Tuy nhiên, một thiết

bị điện tử càng ph c tạp thì việc sử dụng và độ tin cậy c a nó rất khó được đám bảo Đặc biệt với các đầu thu sét sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời và pin thì việc thiết kế và lựa chọn các chi tiết c a thiết bị đòi hỏi độ chính xác cao Ví dụ như đầu thuESE kiểu Prevectron 2 c a hưng Indelec: gồm điện cực thu trung tâm (1), hộp (3) bằng đồng nhằm bảo vệ thiết bị taọ ion hoá bên trong, hệ thống các điện cực bên dưới (4) và các điện cực phía trên (2);

Hình 2.11:Đầu thu Prevectron 2

- Bộ kích thích phát xạ ion sử dụng vật liệu ceramic áp điện (ceramic piezoelectric):đầu thu sét áp điện sử dụng năng lượng cần thiết cho sự vận hành c a nó từ một bộ trở áp, bộ phận này hoạt động nhờ vào s c gió, khi gió làm lung lay kim thu sét,một sự dao động nhỏ c a đầu thu sét so với cột

đỡ cùng với áp lực được tạo ra trước trong bộ kích thích sẽ sinh ra những áp lực biến đổi ngược nhau Theo đó, chúng tạo ra điện thế cao tại các đầu nhọn phát xạ ion, sinh ra một lượng lớn ion xung quanh đầu thu sét Những ion này sẽ ion hóa dòng khí quyển xung quanh và phía trên đầu thu nhờ hệ thống lưu chuyển không khí venturi ngay đầu thu Tính lưỡng cực c a vật liệu áp điện tạo cho đầu thu sét dạng này khả năng hoạt động với cả sét dương và âm.Thiết bị này có vẻ ph c tạp về mặt cơ học, và độ tin cậy về thời gian kích hoạt kích hoạt sớm trong điều kiện thực tế sử dụng chưa bao giờ được ch ng minh Các đầu thu sét kiểu này rất phổ biến và số lượng

Franklin France): gồm điện cực thu (1), thân đầu thu (2) được nối với bộ phát xạ ion thông qua dây dẫn luồng bên trong ống cách điện vàbộ kích thích phát xạ ion (3) làm bằng vật liệu ceramic áp điện đặt phía dưới thân đầu thu trong buồng cách điện nối với các đầu phát xạ nhờ dây dẫn chịu được điện thế cao

Hình 2.12:Đầu thu Saint – Elmo

Từ nguyên lý trên ta có thể thấy rằng đầu thu ESE sẽ kích hoạt việc phát tia tiên đạo sớm hơn so với kim Franklin một khoảng thời gian

Và khoảng thời gian này được quy đổi thành độ lợi khoảng cách so với kim Franklin, khoảng thời gian kích hoạt sớm c a đầu thu ESE càng lớn tương ng với

độ lợi khoảng cách càng lớn, điều đó dẫn đến vùng bảo vệ sẽ càng lớn Do đó độ lợi khoảng cách chính là thông số trực tiếp và có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc xác định vùng bảo vệ c a đầu thu ESE

Hình 2.13: Bán kính bảo vệ đáy Rp c a kim thu sét cổ điển và đầu thu ESE

2.5 C s lỦ thuy t mô hình đi n hình học

Như đư biết, lý thuyết mô hình điện hình học ra đời đư giải thích được nhiều hiện tượng xảy ra như với những cú sét có cường độ thấp có thể đánh ngang thân cột chống sét cao hoặc đánh vòng vào các đường dây tải điện mặc dù đư được bảo

vệ bằng dây thu sét

Có thể thấy rằng tác dụng bảo vệ c a cột thu sét diễn ra trong giai đoạn phóng điện tiên đạo c a cú sét đầu tiên Khi kênh tiên đạo tiến càng gần về phía mặt đất thì cường độ điện trường ở phía mặt đất càng tăng, đặc biệt ở đỉnh các vật thể dẫn điện nhô cao lên khỏi mặt đất Và khi đầu kênh tiên đạo (K) cách các đỉnh này (M,

N, O, …) khoảng từ vài ba chục mét đến một vài trăm mét, thì cường độ điện trường ở đỉnh các vật thể này đư đ cao để gây ion hoá không khí và tạo nên những dòng plasma hướng về phía đầu kênh tiên đạo (K), đấy là chính là những tiên đạo ngược và quá trình này gọi là quá trình phóng điện đón sét Kênh phóng điện đón sét nào đấn gần kênh tiên đạo (K) từ mây xuống nhất sẽ được kết nối và như vậy vị trí đổ bộ c a sét đư được xác định

Hình 2.14:Quá trình phóng điện đón sỨt

Khoảng cách từ đầu kênh tiên đạo (K) mà sét bắt đầu định hướng đến đểm khởi đầu c a kênh phóng điện đón sét đượrc kết nối (N) được gọi khoảng cách

phóng điện đón sét hay khoảng cách phóng điện cuối cùng (D) (có tài liệu gọi là bán kính hấp thu) thường được gọi tắt là khoảng cách phóng điện

R.N.Golde (nhà bác học Anh) là người đầu tiên đề xuất lý thuyết này (1963), tiếp theo là nhiều công trình c a các nhà khoa học khác bổ sung, phát triển hoàn thiện và đưa vào ng dụng thực tế

Tất cả các công trình nghiên c u này đều nhận thấy rằng khoảng cách phóng điện D phụ thuộc vào biên độ dòng sét I(kA) và D càng lớn khi I(kA) càng lớn theo dạng:

D = k.In (m) nhưng lại có sự khác biệt đáng kể về hệ số k số mũ n ví dụ: tác giả Golde thì k=6,72, n=0,8; Wagner thì k=6,72, n=2/3; Brown thì k =7,1, n=0,75… Tuy nhiên theo các tài liệu về chống sét hiện nay như tiêu chuẩn BS EN 62305:2006, IEC 62305thì thường sử dụng hệ số k=10 và n=0,65

D = 10.I0.65

Từ đó ta có thể thấy rằng quan hệ D = f(I) thì giá trị khoảng cách phóng điện

D c a dòng sét có biên độ bé nhỏ hơn so với khoảng cách phóng điện D c a dòng sét có biên độ lớn Điều đó có nghĩa là đầu kênh tiên đạo (K) c a dòng sét bé sẽ tiến đến gần đỉnh vật thể hơn là kênh tiên đạo c a dòng sét lớn

Do đó nếu đòi hỏi hệ thống thu sét có hiệu quả bảo vệ càng cao, độ tin cậy càng lớn, thì khi thiết kế cần phải chú ý đến dòng sét có biên độ càng bé M c độ tin cậy đòi hỏi tương ng với tầm quan trọng c a công trình với nền kinh tế, an ninh, quốc phòng và chính trị c a đất nước

Như vậy, khi tiên đạo sét từ trên mây dông tích điện phát triển xuống còn cách

bề mặt mặt đất hoặc các cao trình trên bề mặt mặ đất một khoảng cách đúng bằng khoảng cách phóng điện thì sự phóng điện sét sẽ diễn ra Nếu ta giả thiết đầu tiên đạo sét là tâm c a một hình cầu có bán kính bằng khoảng cách phóng điện thì gần như mọi điểm nằm trên hình cầu đều có khả năng bị sét đánh Tại nơi thực tế diễn

ra sự phóng điện chính là điểm tiếp xúc giữa hình cầu và bộ phận có liên kết điện tích với mặt đất

Cơ sở trên lý thuyết mô hình điện hình học một phương pháp tổng quát đư được xây dựng phương pháp lăn quả cầu sét để kiểm tra xem với hệ thống thu sét

đư thiết kế, công trình cần được bảo vệ có nằm trong phạm vi bảo vệ với m c độ tin cậy đòi hay không

Bán kính c a mô hình quả cầu sét được chọn bằng khoảng cách phóng điện cuối cùng D tương ng với m c độ tin cậy yêu cầu Tâm c a mô hình quả cầu sét

mô phỏng đầu tia tiên đạo sét, khi bắt đầu định hướng về phía hệ thống thu sét bảo

vệ công trình hoặc về phía mặt đất có cùng khoảng cách phóng điện D

Hình 2.15:Minh hoạphương pháp quả cầu lăn

Công trình coi như được bảo vệ chống sét đánh thẳng với m c độ tin cậy yêu cầu nếu khi lăn quả cầu sét xung quanh ngoại vi công trình, quả cầu sét chỉ chạm đất và chạm vào hệ thống thu sét mà không chạm vào công trình được bảo vệ; khi lăn quả cầu sét theo mọi hướng mái, nóc… quả cầu sét chỉ chạm vào hệ thống thu sét mà không chạm vào công trình theo các hướng này Nếu quả cầu sét chạm vào một phần nào đó c a công trình thì sự bảo vệ cho phần này c a trình là không đạt cần phải tính toán, thiết kế lại

2.6 Đa th c n i suy Lagrange

Thông thường trong một số lĩnh vực như kỹ thuật, kinh tế chẳng hạn, các đại lượng khảo sát thường không được cho dưới dạng hàm liên tục, mà là bảng các giá trị rời rạc Các phương pháp giải tích toán học thường tính toán với các hàm cho bởi các công th c, do đó không thể áp dụng trực tiếp để nghiên c u các hàm cho dưới dạng rời rạc như thế này Cũng có khi ta biết rằng đại lượng y là một hàm c a đại

lượng x, t c là y = f(x), nhưng ta không biết biểu th c hàm f(x) mà chỉ biết một số giá trị yi tương ng với các giá trị c a x tại các điểm xinhư trong bảng sau:

x x1 x2 … xn-1 xn

y y1 y2 … yn-1 yn

Thông thường thì x1< x2< < xn và các điểm này có thể phân bố cách đều hoặc không Mặc dầu ta chỉ biết các giá trị c a y tại các điểm mốc xi, nhưng trong nhiều trường hợp ta cần tính toán với các giá trị y tại các vị trí khác c a x

Một câu hỏi đặt ra là: cho một điểm x không thuộc các điểm xicho ở trên, làm thế nào chúng ta có thể tính được giá trị y tương ng với nó, sao cho chúng ta có thể tận dụng tối đa các thông tin đư có

Bài toán nội suy là bài toán tìm giá trị gần đúng c a y tại các điểm nằm giữa các giá trị x không có trong bảng trên Nếu cần tìm các giá trị gần đúng c a y tại các điểm x nằm ngoài khoảng [x1,xn] thì bài toán được gọi là bài toán ngoại suy Một bộ n+1 cặp các giá trị đư biết c a x và y: (x1,y1), ,(xn,yn) được gọi là một mẫu quan sát, còn x1, x2, , xn được gọi là các điểm quan sát và y1, y2, , yn là các kết quả quan sát

Đa th c Lagrange đư được sử dụng phổ biến rộng rưi để tìm mối quan hệ giữa hàm và biến số từ các tài liệu thí nghiệm hoặc quan sát thực tế