kỹ thuật chống sét phần 10

Phương án 1: Dùng 3 hệ thống chống Sét trực tiếp bằng thiết bị PREVECTRON của hãng INDELEC Pháp để bảo vệ cho từng cấu trúc riêng lẻ của nhà máy: khu vực bồn chứa, phân xưởng vô lon,

Chương 1 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC NHÀ MÁY DẦU NHỚT CÁT LÁI CASTROL VIỆT

NAM

Nhà máy dầu nhớt Cát Lái - Castrol Việt Nam với tổng diện tích 11160

m2 Nằm trên địa bàn Quận hai - Thành phố Hồ Chí Minh, cách ngã ba Cát Lái về hướng Nam 7,5 km

Đối diện với nhà máy gồm có nhà máy lọc xăng dầu Sài Gòn - Petrol và

“Morning Start Cement” là công ty liên doanh giữa công ty xi măng Hà Tiên 1 và “Holderband” Thụy Sĩ

Mặt phía sau nhà máy giáp với sông Đồng Nai

Nhà máy được chia làm hai khu vực chính yếu :

• Khu vực đặt các bồn chứa nằm độc lập trên diện tích 1100m2 ; Ngoài ra còn có bãi chứa hàng, nhà kho tương lai và bãi bốc dỡ hàng năm kế cận

• Khu vực xưởng vô lon và toà nhà văn phòng chiếm diện tích 2720m2

• Khu vực còn lại của nhà máy xem sơ đồ tổng thể mặt bằng

Nhà máy nằm ở khu vực địa hình khá bằng phẳng với đặc điểm địa chất là loại đất Sét kết nên điện trở suất của đất có giá trị ρ = 100 ÷ 200 Ω m Hiện nay nhà máy được cung cấp điện từ nguồn lưới điện quốc gia Các dụng cụ thiết bị điện - điện tử phục vụ cho dây chuyền sản xuất của nhà máy cơ bản gồm có :

• 5 bàn cân, lò gia nhiệt P 105, 1 pha, 10 A

• Hệ thống dây truyền vô lon mới 3 pha, 32A

• Hệ thống máy tính 1 pha

Chương 2 PHƯƠNG ÁN CHỐNG SÉT CHO NHÀ MÁY CÁT LÁI CASTROL VIỆT NAM

Sau khi tìm hiểu nghiên cứu chi tiết về đặc điểm địa hình, địa chất, sơ đồ mặt bằng tổng thể và tầm quan trọng của nhà máy Castrol Cát Lái Phần sau sẽ đưa ra phương án chống Sét tổng thể cho nhà máy như sau :

I CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP :

Để bảo vệ cho toàn bộ nhà máy, 2 phương án sau đây được đưa ra sau đó tiến hành so sánh kinh tế kỹ thuật để quyết định lựa chọn một trong hai phương án

1 Phương án 1: Dùng 3 hệ thống chống Sét trực tiếp bằng thiết bị

PREVECTRON của hãng INDELEC ( Pháp ) để bảo vệ cho từng cấu trúc riêng lẻ của nhà máy: khu vực bồn chứa, phân xưởng vô lon, tòa nhà văn phòng

2 Phương án 2 : Dùng 2 hệ thống chống Sét trực tiếp bằng thiết bị

PREVECTRON của hãng INDELEC ( pháp ) gồm:

♦ Một hệ thống chống Sét để bảo vệ cho khu vực bồn chứa

♦ Một hệ thống Sét để bảo vệ cho phân xưởng vô lon và bảo vệ cho cả tòa nhà văn phòng làm việc

3 So sánh kinh tế kỹ thuật :

Phương án 2 có nhiều ưu điểm hơn so với phương án 1

• Xét về kinh tế: chỉ dùng 2 hệ thống chống Sét bảo vệ cho toàn nhà máy; nên giá thành thấp hơn về vấn đề mua sắm thiết bị, thi công lắp đặt

• Xét về kỹ thuật: chỉ dùng một hệ thống chống Sét bảo vệ cho phân xưởng vô lon mà vẫn bảo vệ được tòa nhà văn phòng, đảm bảo tính tin cậy an toàn cho công trình Vì khi tính toán bán kính bảo vệ Rp cho phân xưởng vô lon thì phần diện tích của tòa nhà văn phòng cũng nằm hoàn toàn trong vùng bảo vệ hệ thống chống Sét của phân xưởng vô lon Sơ đồ mặt bằng vùng bảo vệ trình bày ở hình vẽ 2

* Tóm lại : Phương 2 - Chống Sét trực tiếp cho tòan nhà máy Castrol Cát

Lái được quyết định lựa chọn án

II CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN :

Khi xảy ra hiện tượng phóng điện Sét sẽ gây nên một sóng điện từ tỏa ra xung quanh với tốc độ rất lớn trong không khí, tốc độ của nó tương đương với tốc độ ánh sáng Sóng điện từ truyền vào công trình theo các đường dây điện lực, thông tin gây ra hiện tượng quá điện áp tác dụng lên cách điện của các thiết bị trong công trình, gây hư hỏng, đặc biệt với các thiết bị nhạy cảm: thiết

bị điện tử, máy tính cũng như mạng máy tính gây ra những thiệt hại rất lớn Như vậy, cần phải tiến hành chống Sét lan truyền bằng các thiết bị cắt Sét và lọc Sét; các thiết bị này lắp đặt ở vị trí phù hợp nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ của nó

Đối với nhà máy Castrol Cát Lái, hiện nay nhà máy được cung cấp điện từ nguồn lưới điện quốc gia thông qua các thiết bị điện được lắp đặt như :

♦ Cầu dao tổng của nhà máy

♦ Các tủ phân phối DB1, , DB2 , DB3

♦ Và các dụng cụ thiết bị điện - điện tử phục vụ cho dây truyền sản xuất của nhà máy, cơ bản gồm có :

• 5 bàn cân, lò gia nhiệt P105, 1 pha, 10A

• Hệ thống dây truyền vô lon mới, 3 pha, 32A

• Máy tính 1 pha 10A

Để chống Sét lan truyền ở đây cũng được đưa ra 2 phương án như sau :

1 Phương án 1 :

a Lắp thiết bị cắt Sét tại vị trí cầu dao tổng của nhà máy

b Lắp 3 thiết bị lọc Sét tại các tủ phân phối DB1 , DB2 , DB3

Ưu điểm :

• Bảo vệ toàn bộ lưới điện nhà máy

• Thuận tiện cho việc mở rộng mạng lưới điện sau này

Nhược điểm :

• Mỗi thiết bị cần bảo vệ không được lắp đặt thiết bị lọc Sét riêng lẻ nên hiệu quả bảo vệ an toàn cho mỗi thiết bị không cao

2 Phương án 2 :

a Lắp thiết bị cắt Sét tại vị trí cầu dao tổng như phương án 1

b Lọc Sét riêng lẻ cho từng thiết bị điện tử, máy tính

♦ Nếu nhà máy phát triển thêm thiết bị, lại phải gắn thêm thiết bị lọc Sét.

♦ Đắt hơn phương án 1

Tóm lại : Từ ưu điểm và nhược điểm của 2 phương án trên Chúng tôi quyết

định lựa chọn phương án 1 để thực hiện nhiệm vụ tính toán cho đề tài này

Chương 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤP BẢO VỆ

CHỐNG SÉT CHO NHÀ MÁY

CÁT LÁI - CASTROL VIỆT NAM

Việc lựa chọn cấp bảo vệ thích hợp trong thiết kế chống Sét tùy thuộc vào tầm quan trọng của mỗi công trình xây dựng ; và các yếu tố sau:

• Môi trường xung quanh công trình (dễ cháy, dễ nổ, nóng )

• Loại công trình (dân dụng, công nghiệp )

• Loại vật liệu chứa trong công trình

• Có hay không có người làm việc thường xuyên

• Mật độ Sét của vùng xây dựng công trình

Việc lựa chọn cấp bảo vệ phù hợp cho công trình phụ thuộc vào tần số Sét có thể chấp nhận được Nc và tần số Sét tính toán Nd

I TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤP BẢO VỆ CHO KHU VỰC BỒN CHỨA CỦA NHÀ MÁY :

Các thông số cần thiết cho tính toán :

• H1 = 11m : Chiều cao của các bồn chứa

• L1 = 44 m : Chiều dài của khu vực đặt các bồn chứa

• W1 = 25 m :Chiều rộng của khu vực đặt các bồn chứa

• C1 , hệ số phụ thuộc vào vị trí công trình

Ở đây công trình (khu vực bồn chứa) nằm độc lập, không có các công trình khác trong phạm vi 3H; nên chọn C1 = 1

• C2 , hệ số cấu trúc công trình

Ở đây công trình là các bồn chứa bằng kim loại dễ cháy, chọn C2 = 2

• C3 , hệ số phụ thuộc vào vật liệu chứa trong công trình

Ở đây khu vực bồn chứa, chứa vật liệu có giá trị rất cao, bắt lửa cao, dễ gây nổ, chọn C3 = 3

• C4 , hệ số phụ thuộc vào tính năng của công trình.

Ở đây khu vực bồn chứa tập trung đông người, khó sơ tán, chọn C4 = 3

• C5 , hệ số phụ thuộc vào tác hại của Sét

Ở đây khu vực bồn chứa có tác hại đối với môi trường như dễ cháy, dễ nổ, nóng ; nên chọn C5 = 10

1 Tính tần số Sét chấp nhận N c theo công thức :

2 Tính vùng tập trung tương đương A c :

Vùng tập trung tương đương của bồn chứa được xem như có cấu trúc hình hộp chữ nhật với chiều rộng W1 = 25 m ; chiều dài L1 = 44 m và chiều cao H1

= 11 m

Ac = L1 W1 + 6H1 (L1 + W1 ) + 9π H12

Thay số vào :

Ac = 44 25 + 6 11 (44 + 25) + 9 π 112 = 9075 m2

3 Tính tần số Sét đánh trực tiếp N d vào khu vực bồn chứa :

Trong một năm, tần số này được tính như sau :

Nd = Ngmax Ac C1 10-6 ( 1 /năm )Trong đó :

Ngmax = 0,04 N K1 25 N K

10

, = ; được gọi là hệ số phóng điện Sét lớn nhất trong một năm trên 1 km2 và NK là số ngày dông trung bình trong năm ở một số địa phương của Việt Nam

Đối với nhà máy Cát Lái thuộc khu vực Thành phố Hồ Chí Minh có số ngày dông trung bình trong năm NK = 78,6 do tổng cục khí tượng thuỷ văn thống kê

Do đó : Ngmax = N K

10

78 610

= , = 7,86

Khi Nd > Nc thì hệ thống chống Sét có hệ số E được tính.

E = 1 - NN 1 00,,0703

d

c=− = 1 - 0,43 = 0,57Với E = 0,57 có giá trị gần đúng với giá trị của cấp bảo vệ cấp 3

Do đó cấp bảo vệ lựa chọn cho khu vực bồn chứa theo tính toán là cấp 3 ;

D = 60 m ; dòng xung đỉnh 14,7 KA

* Nhưng vì cấu trúc cần bảo vệ là bồn chứa, chứa vật liệu dễ cháy, dễ nổ Nếu xảy ra hỏa hoạn gây ô nhiễm môi trường gây thiệt hại về kinh tế lớn Nên để đảm bảo an toàn hơn cho khu vực bồn chứa Trong thực tế chọn cấp bảo vệ là cấp 2 với khoảng cách phóng điện Sét là D = 45 m và dòng xung đỉnh là ISmax = 9,5 KA

II TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤP BẢO VỆ CHO XƯỞNG VÔ LON VÀ TÒA NHÀ VĂN PHÒNG :

Vì xưởng vô lon và toà nhà văn phòng đặt gần nhau, song song vơí nhau nên tính toán lưạ chọn cấp bảo vệ cho xưởng vô lon và toà nhà văn phòng được xem như một công trình

Các thông số cần thiết cho việc tính toán:

♦ H2 = 11m : chiều cao của xưởng vô lon và toà nhà văn phòng

♦ L2 = 68 m : chiều dài của xưởng vô lon và toà nhà văn phòng

♦ W2 = 40 m : chiều rộng của xưởng vô lon và toà nhà văn phòng

• C1 , hệ số phụ thuộc vào vị trí công trình

Ở đây công trình là khu vực xưởng vô lon và tòa nhà văn phòng nằm độc lập, không có các công trình khác trong phạm vi 3H2 : nên chọn C1 = 1

• C2 , hệ số cấu trúc công trình

Ở đây đối với xưởng vô lon và toà nhà văn phòng có kết cấu mái bằng kim loại dễ cháy; nên chọn C2 =2

• C3 , hệ số phụ thuộc vào vật liệu chứa trong công trình

Ở đây khu vực xưởng vô lon và tòa nhà văn phòng đều chứa những vật liệu có giá trị cao, bắt lửa cao, dễ gây nổ; nên cho C3 = 3

• C4 , hệ số phụ thuộc vào tính năng của công trình

Ở đây khu vực xưởng vô lon và tòa nhà văn phòng đều có nhiều người làm việc, khó sơ tán; nên chọn C4 =3

• C5, hệ số phụ thuộc vào tác hại của Sét:

Đối với xưởng vô lon và toà nhà văn phòng, khi bị Sét đánh trực tiếp sẽ gây ra hỏa hoạn, dễ nổ, nóng có tác hại đối với môi trường; nên chọn

3 Tính tần số Sét tính toán N d :

Trong một năm, tần số này được tính như sau :

Nd = Ngmax.Ac.C1 10-6 (/năm)Trong đó :

Ngmax = 0,04 N K1 25 N K

10

, =

được gọi là mật độ phóng điện Sét lớn nhất trong một năm trên một km2

NK là số ngày dông trung bình trong năm ở một số địa phương của Việt Nam.Đối với nhà máy Cát Lái thuộc khu vực Thành phố Hồ Chí Minh có số ngày dông trung bình trong năm NK = 78,6 do tổng cục khí tượng thủy văn thống kê

Do đó : Ngmax = N K

10

78 610

= , = 7,86Suy ra :

Nd = 7,86 13269 1 10-6 = 0,1

* Để chọn cấp bảo vệ phù hợp với xưởng vô lon và tòa nhà văn phòng phụ thuộc vào tần số Sét có thể chấp nhận Nc và tần số Sét tính toán Nd:

- Nếu Nd ≤ Nc : Công trình có thể không cần hệ thống chống Sét

- Nếu Nd > Nc : Công trình cần thiết phải có hệ thống chống Sét.Theo tính toán ở trên, nhận thấy :

+ Đối với xưởng vô lon :

Nd = 0,1 > Nc = 0,03Khi đó, xưởng vô lon cần phải lắp đặt hệ thống chống Sét có hệ số E được tính:

60 m với dòng điện xung đỉnh Sét I Smax = 14,7 KA

Chương 4 TÍNH BÁN KÍNH BẢO VỆ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHỐNG SÉT

CHO NHÀ MÁY

I TÍNH BÁN KÍNH BẢO VỆ CHO NHÀ MÁY:

1 Bán kính bảo vệ cho khu vực bồn chứa:

Sau khi đã xác định được cấp bảo vệ cho khu vực bồn chứa D = 45m: cấp bảo vệ trung bình, dòng xung đỉnh 9,5 KA Bán kính bảo vệ của đầu thu Sét đặt tại khu vực bồn chứa được tính theo công thức:

Rp = h D h(2 − +) ∆L D(2 +∆L) khi h ≥ 5m

Hoặc tra bảng khi h<5m ( xem chương 3- Thiết bị chống Sét INDELEC )Ứng với kích thước của khu vực bồn chứa L1 = 44m, W1 = 25m, H1 = 11m, D = 45m, chiều cao của đầu thu Sét so với mặt bằng của các bồn chứa được chọn h = 4m

Chọn đầu thu Sét loại TS2.25 đường kính 100 mm ,chiều cao 330 mm, loại bằng đồng có các số liệu sau :

♦ Bán kính bảo vệ Rp = 46 m

♦ Độ lợi về thời gian phóng tia tiên đạo ∆T = 25(s)

♦ Mã số loại đồng 1201

♦ Trọng lượng đầu thu Sét P =2,3kg

2 Bán kính bảo vệ cho xưởng vô lon và tòa nhà văn phòng:

Cấp bảo vệ của phân xưởng vô lon và toà nhà văn phòng đã được xác định D = 60 m: cấp bảo vệ tiêu chuẩn, với dòng xung đỉnh là 14,7 KA Bán kính bảo vệ RP cũng được tính theo công thức như trên:

RP = h d h(2 − +) ∆L D(2 +∆L) khi h ≥ 5 m

Hoặc tra bảng khi h < 5m (xem chương 3 - Thiết bị chống sét INDELEC).

Ứng với kích thước của xưởng vô lon và toà nhà văn phòng, L2 = 68m,

W2 = 40m, H2 = 11m; cấp bảo vệ D = 60 m, chiều cao của đầu thu Sét so với mặt bằng cần bảo vệ là h = 5m

Loại đầu thu Sét tạo tia tiên đạo được chọn là TS 2 25 đường kính 100

mm, chiều cao 330 mm, loại bằng đồng có các thông số sau:

• Bán kính bảo vệ RP = 65m

• Độ lợi về thời gian phóng tiatiên đạo ∆T = 25 (s)

• Mã số loại đồng 1201

• Trọng lượng đầu thu Sét P = 2,3 (Kg)

II CHỌN THIẾT BỊ CHỐNG SÉT CHO NHÀ MÁY :

Hệ thống bảo vệ chống Sét dùng thiết bị tạo tia tiên đạo được chọn theo tiêu chuẩn Pháp NFC 17 - 102 7 /1995

1 Chọn thiết bị chống Sét cho khu vực bồn chứa :

* Kim thu Sét tạo tia tiên đạo PREVECTRON được chọn sau khi đã tính được vùng bảo vệ của khu vực bồn chứa Các thông số của kim thu Sét như sau:Loại Mã ∆T (s) RP (m) h (m)

TS 2.25 1201 25 46 4 m

* Cột nâng :

Đối với khu vực bồn chứa, kim thu Sét không thể gắn trực tiếp lên bồn chứa mà phải gắn trên cột nâng độc lập nhẹ; được chế tạo bằng ống nhẹ, mạ nóng, mỗi phần tử từ 3 - 6m, nối nhau bằng bù lon

Cột nâng độc lập nhẹ có thể đặt trên một đế bê tông hay trên móng.Các thông số của cột được chọn:

Kiểu Mã L(m) P(kg)

Ba đế liền móng 2054 16 18

* Thiết bị nối kết giữa kim thu Sét với cột nâng, các thông số chọn

Loại Mã Kích thước P(kg)

* Dây dẫn Sét:

Đầu kim thu Sét của khu vực bồn chứa chỉ nối với một dây dẫn xuống, loại và tiết diện được chọn

Loại Mã Đường kính Φ (mm) P(kg)Dây tròn bằng đồng mạ

thiếc

5011 8 0,448

* Thiết bị gắn dây dẫn Sét :

Dây dẫn Sét phải được cố định chắc chắn bằng 3 kẹp giữ cho mỗi mét, tránh việc khoan vào dây dẫn

Dâydẫn Sét của hệ thống này được gắn trên cột nâng kim loại Do đó phải dùng thiết bị đai mỏng bằng thép không rỉ được chọn

Loại Mã Cỡ (mm) P(kg)

Đai mỏng cuộn 50m 6055 10 2

* Nối kiểm tra :

Mỗi dây dẫn Sét phải có một nối kiểm tra ở độ cao 2m so với mặt đất để cách ly các cấu trúc khác của công trình khi kiểm tra điện trở tiếp đất Chọn nối kiểm tra có các thông số sau

Loại Mã L(m) P(kg)

Nối kiểm tra 7001 0,1 0,5

* Vỏ bảo vệ :

Dây dẫn Sét trước khi tiếp xúc với hệ thống nối đất phải được bọc bằng vỏ kim loại hay vật liệu chịu nhiệt cao trong khoảng 2m kể từ mặt đất, ở đây chọn :

Loại Mã L(m) P(kg)

Vỏ bảo vệ dây tròn thép

mạ

2 Chọn thiết bị chống Sét cho phân xưởng vô lon và toà nhà văn phòng:

* Kim thu Sét PREVECTRON có các thông số sau:

Loại Mã ∆T(s) h(m) RP(m) P(kg)

TS 2.25 1201 25 5 57 2,3

* Cột nâng:

Đối với phân xưởng vô lon Cột nâng là những ống thép cứng đặc biệt, được mạ cả bên trong và bên ngoài Mỗi thành phần được gắn vào bởi 2 vít xiết bằng thép không rỉ với đai không cho nước thấm qua.

Các thông số của cột nâng được chọn

Loại Mã L(m) P(kg)Kết hợp với ba cột A + B +

C

2023 5,5 8,6

* Dây dẫn Sét :

Với cấu trúc của xưởng vô lon có chiều ngang lớn hơn chiều đứng Do đó kim thu Sét ở đây phải được liên kết với 2 dây dẫn Sét Loại và tiết diện được chọn

Loại Mã Đường kính Φ

(mm)

P(kg)

Dây tròn đồng mạ

thiếc xung quanh 5011 8 0,448

* Thiết bị gắn dây dẫn Sét :

Với dây tròn đường kính 8 mm, dùng kẹp inox tròn 3 cái cho mỗi mét

Móc inox 6143 0,02

* Nối kiểm tra :

Được đúc bằng đồng thau, nối kiểm tra cho phép tách dây dẫn Sét và hệ thống nối đất, áp dụng đo điện trở

• Tiện lợi cho dây dẹp hay tròn

• Gắn bởi vít

Loại Mã L(m) P(kg)

Nối kiểm tra 7001 0,1 0,5

* Vỏ bảo vệ :

Bảo vệ dây dẫn xuống khỏi va chạm cơ khí vùng đất

Thường ở phía dưới nối kiểm tra

Làm bằng thép mạ nóng hay thép không rỉ