Chuong 7 2014

Thu bắt sét tại điểm định trước 2.. Dẫn sét xuống đất an toàn 3.. Tản nhanh năng lượng sét vào đất 4.. Đẳng thế các hệ thống đất 5.. Chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn 6.

Trang 1

BÀ BÀI I GI GI NG AN NG AN TOÀ TOÀN I N I N N

UNIVERSITY OF TECHNICAL EDUCATION HOCHIMINH CITY (UTE)

PGS.TS.Quy n Huy Ánh

feee.hcmute.edu.vn/feee/

FEEE

Ensuring Enhanced Education

B O V CH NG SÉT

PGS PGS TSTS QuyQuy nn Huy Ánhnh PGS

PGS TSTS QuyQuy nn Huy Ánhnh

FEEE

M C TIÊU

Nêu đ c nguyên nhân x y ra sét,

các thông s và tác h i c a sét

Phân tích đ c k thu t và thi t b

hi n đ i ch ng sét đánh tr c ti p,

sét lan truy n trên đ ng ngu n và

đ ng tín hi u

Có th thi t k h th ng ch ng sét

FEEE

N I DUNG

 t v n đ

 T ng quan v sét

 Phân lo i công trình c n b o v

 Gi i pháp ch ng sét toàn di n 6 đi m

 K thu t thu sét t iđi m đ nh tr c

 K thu t thu sét t i đi m đ nh tr c

 D n sét xu ng đ t an toàn

 T n nhanh n ng l ng sét vào đ t

 ng th các h th ng n i đ t

 K thu t ch ng sét lan truy n trên đ ng ngu n

 K thu t ch ng sét lan truy n trên đ ng tín hi u

 Ví d áp d ng

FEEE

T V N

m, thu n l i cho vi c phát sinh và

phát tri n dông sét.

 Thi t h i do sét gây ra r t l n, nh

phòng ch ng sét và l a ch n các

thi t b ch ng sét phù h p mang

tính c p thi t.

FEEE

T NG QUAN V SÉT

S HÌNH THÀNH DÔNG VÀ SÉT

đ c tr ng là nh ng đám mây dông

t o chênh l ch đi n áp c c m nh

đi n gi a các đám mây và m t đ t (sét) kèm theo m a l n và gió

m nh

Trang 2

FEEE

S HÌNH THÀNH DƠNG VÀ SÉT

hay s g p nhau gi a khơng

khí nĩng m v i khơng khí

l nh, nh ng lu ng khơng khí

kh ng l b c lên

km

12 + + -30 0 C ++

10 -20 0 C +

8 -10 0 C

6 0 0 C

4 +10 0 C

(vùng toâm) lu ng khơng khí

ng ng t thành nh ng gi t li

ti hay tinh th b ng tuy t và

t o thành các đám mây dơng

2 +25 0 C

Sự phân bố điện tích trong một đám mây dông

FEEE

b các lu ng khơng khí mãnh li t làm tách r i

đi n tích d ng trên m t

đ t, t o nên 1 t đi n khơng khí kh ng l

càng cao (mái nhà, ng n cây…) s t p trung nhi u

đi n tích d ng

S phân b đi n tích gi a đám mây dơng và m t đ t

FEEE

đ l n s đánh th ng l p

cách đi n khơng khí, t o nên

đám mây dơng và đ t

khơng khí v i kho ng cách

đĩ ph n l n phát tri n trong

đám mây dơng S phát tri n c a phĩng trong đám mây đi n sét

FEEE

CÁC GIAI O N PHÁT TRI N C A PHĨNG I N SÉT

 Giai đo n phĩng tia tiên đ o

 Là dịng plasma v i m t đ đi n tích

= 1013÷ 1014ion/m3phĩng theo t ng

đ t v i v n t c trung bình 105÷106m/s

 M i đ t phĩng kéo dài 1µs và ng ng t

30 ÷ 90µs

µ

 ng đi c a tia tiên đ o trong giai

đo n này :

• Khơng ph thu c vào tình tr ng m t

đ t và các v t trên m t đ t,

• G n nh h ng th ng v phía m t

đ t

Giai đo n phĩng tia tiên đ o

FEEE

 D i tác d ng c a đi n tr ng c a mây

dơng và kênh tiên đ o s cĩ s t p trung

đi n tích trái d u trên vùng m t đ t d i

đám mây dơng

 Ch khi cách đ t m t đ cao nh t đ nh,

kê h tiê đ hát t i th h

kênh tiên đ o s phát tri n theo h ng

đi n tr ng l n nh t

 nh ng n i cao (đi n tích trái d u t p

trung nhi u) s xu t hi n dịng tiên đ o

phát tri n h ng lên đám mây giơng

 C ng đ đi n tr ng gi a kênh tiên

đ o và m t đ t hay gi a hai kênh tiên

đ o ng c chi u t ng cao, gây nên s

ion hĩa mãnh li t

t Giai đo n ion hĩa mãnh li t

FEEE

 S ion hĩa mãnh li t d n đ n s hình thành m t dịng plasma cĩ m t đ đi n tích = 1016÷ 1019ion/m3và đi n d n

t ng cao

 T c đ phát tri n c a kênh phĩng

t 0 5 107 1 5 108

ng c r t cao 0,5.107÷ 1,5.108

 M t đ đi n tích cao đ t nĩng mãnh li t nên tia phĩng đi n ch y u, sáng chĩi (ch p)

 S dãn n đ t ng t c a khơng khí bao quanh phĩng đi n ch y u t o nên

nh ng đ t sĩng âm mãnh li t gây nên

nh ng ti ng n chát chúa (s m) Giai đo n phĩng đi n

ch y u

Trang 3

FEEE

thúc

 Giá tr l n nh t khi kênh phĩng đi n ch

y u lên đ n đám mây dơng :

is= V

V t hĩ đi

• V : v n t c c a phĩng đi n

• : m t đ đi n tích

 Khi kênh phĩng đi n lên đ n đám mây

dơng, s đi n tích cịn l i s theo kênh

phĩng đi n ch y xu ng đ t t o nên dịng

đi n cĩ tr s n đ nh

Phĩng đi n ch y u

k t thúc

FEEE

bình là 3 l n

 Các l n phĩng đi n sau tia tiên đ o :

 Phát tri n liên t c

 Khơng phân nhánh

 Theo qu đ o lúc đ u v i t c đ cao h n

 Trong đám mây dơng cĩ nhi u trung tâm đi n tích khác nhau Hi u

đi n th gi a trung tâm đi n tích đã phĩng v i các trung tâm đi n tích lân c n và s kh ion ch a hịn tồn là nguyên nhân gây ra s phĩng đi n liên t c theo qu đ o c v i t c đ cao h n

FEEE

CÁC THƠNG S CH Y U C A SÉT

 Biên đ sét (≤ 200 ÷ 300kA )

 Th i gian đ u sĩng :

• 1 ÷ 100µs Tia tiên đ o đ u tiên

5 ÷ 50µs Tia sét l p l i

• 5 ÷ 50µs Tia sét l p l i

 Th i gianđuơi sĩng:

• 20 ÷ 350µs Tia tiên đ o đ u tiên

• 5 ÷ 50µs Tia sét l p l i

 T c đ t ng áp dV/dt đ t t i 12kV/µs

 C c tính dịng đi n sét

 T c đ t ng dịng di/dt cĩ th đ t t i 70kA/µs đ i v i tia tiên đ o đ u

tiên và v t quá 200kA/µs v i các tia ti p theo

D ng sĩng dịng đi n sét

FEEE

BIÊN DỊNG SÉT VÀ XÁC SU T XU T HI N

cĩ th cĩ nh ng ít

hi m cĩ

V I (%) 80 60 40 1 Vùng đồng bằng Vùng núi cao

b ghi t

 Xác su t xu t hi n sét (VI) cĩ biên đ ≥ Is :

 Vùng đ ng b ng VI= 10-Is/60

 Vùng núi cao VI= 10-Is/30

Đường cong xác suất biên độ dòng điện

sét

40 20 0

0 20 40 60 80 90 100

I s (kA ) 2

FEEE

C NG HO T NG C A SÉT

dơng trong m t n m và m t đ

sét t i khu v c

 M t đ sét là s l n sét đánh

trên m t km2/n m

 M t đ sét :

Nd= (0,1 ÷ 0,15)Td

 Td : s ngày dơng trong n m

FEEE

C C TÍNH VÀ TÁC H I C A SÉT

nhi u h n và chi m kho ng

đi n sét

 Gây cháy n h h i cơng trình

 Gây cháy, n h h i cơng trình

 Phá h y thi t b , các ph ng ti n thơng tin liên l c

 Gây nhi u lo n ng ng v n hành h

th ng

 M t d li u hay h d li u

 Ng ng các d ch v , gây t n th t kinh t và các t n th t khác

 Gây ch t ng i

Trang 4

FEEE

PHÂN LO I CƠNG TRÌNH C N B O V

THEO TIÊU CHU N 20TCN46-84

 Cơng trình b o v chia làm 3 c p :

 C p I : cơng trinh trong đi u ki n làm

vi c bình th ng d x y ra cháy, n gây

phá ho i l n, làm ch t ng i

 C p II : cơng trình d x y ra cháy, n

n u làm sai qui t c, khi n ch gây ra các

h h h khơ là h t i

h h ng nh khơng làm ch t ng i

 C p III : các cơng trình cịn l i

FEEE

THEO TIÊU CHU N CH NG SÉT NFPA 780

 Cơng trình b o v chia làm 2 c p :

 C p I : cơng trình cĩ chi u cao khơng v t quá 23m

 C p II : cơng trình cĩ chi u cao

v t quá 23m

FEEE

THEO TIÊU CHU N CH NG SÉT NZS/AS 1786-1991

R = A+B+C+D+E

 A : tính ch t cơng trình (d cháy n ,nhà …)

 B : v t li u kích th c cơng trình

 C : chi u cao cơng trình

 D :đ cao cơng trình so v i m t n c bi n

D : đ cao cơng trình so v i m t n c bi n

 E : s ngày dơng trong m t n m

 Theo R cơng trình chia làm 5 c p :

 Khơng c n b o v

 C n b o v

 B o v m c trung bình

 B o v m c cao

 B o v m c r t cao

FEEE

THEO TIÊU CHU N CH NG SÉT NZS/AS 1786-1991

trình, m t đ sét, s ng i làm vi c trong cơng trình

 C p 1+ : Bi n pháp b sung

 C p 1 : t ng ng v i dịng xung đ nh 2,8kA

 C p 2 : t ng ng v i dịng xungđ nh 9 5kA

C p 2 : t ng ng v i dịng xung đ nh 9,5kA

 C p 3 : t ng ng v i dịng xung đ nh 14,7kA

FEEE

GI I PHÁP CH NG SÉT TỒN DI N 6 I M





1 Thu bắt sét tại điểm định trước

2 Dẫn sét xuống đất an toàn

3 Tản nhanh năng lượng sét vào đất

4 Đẳng thế các hệ thống đất

5 Chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn

6 Chống sét lan truyền trên đường tín hiệu









TEC

FEEE

THU B T SÉT T I I M NH TR C

xu ng nh m ki m sốt

đ ng d n sét đánh

xu ng

GI I PHÁP CH NG SÉT TỒN DI N 6 I M

1

đi m cao nh t trong khu

v c

hay ESE

1

Trang 5

FEEE

D N SÉT AN TOÀN XU NG T

cho các thi t b trong vùng b o v

 Cáp đ ng tr n ≥ 50 mm2

 Cáp thoát sét nhi u l p

GI I PHÁP CH NG SÉT TOÀN DI N 6 I M

2

FEEE

T N NHANH N NG L NG SÉT VÀO T

t t

 T ng tr n i đ t c a h

th ng < 10

3

3 3

FEEE

NG TH CÁC H TH NG N I T

FEEE

CH NG SÉT LAN TRUY N TRÊN NG NGU N

l c dòng sét trên

đ ng c p ngu n

b ng cách l p đ t các thi t b c t và l c sét

đi m d n vào tòa

đi m d n vào tòa nhà

FEEE

CH NG SÉT LAN TRUY N TRÊN NG TÍN HI U

đi n t nh y c m khi

sét lan truy n trên dây

d n tín hi u c a các

h th ng thông tin liên

xa…)

FEEE

KIM FRANKLIN

 Ph ng pháp hình nón

 Ph ng pháp qu c u l n

 Ph ng pháp l i b o v

Trang 6

FEEE

KIM FRANKLIN

 Bán kính b o v rx c a kim Franklin :

x

2

x

h

0,8h

2

x

h

r 0,75h 1- p

h x

r x h

 h : chi u cao kim (m)

 hx: chi u cao công trình (m)

 P : h s hi u ch nh theo h

• p = 1 khi h≤ 30m

• p = 5,5/ khi 30m<h<100m

x

h  h r x 0,75h 1 p

h

Ph m vi b o v c a c t thu sét

r x

1,5h 0,75h

FEEE

KIM FRANKLIN

 Hai kim có đ cao nh nhau :

•Ph m vi b o v :

a

7h -a 2b 4r 14h -a



0,8h 0,2h

a 0,75h

h x

h a h

•a : kho ng cách gi a 2

c t thu sét (m)

•ha: chi u cao hi u d ng

c a c t thu sét (m)

•bx : b ngang h p nh t

c a ph m vi b o v (m)

a

Ph m vi b o v hai c t thu sét

1,5h

2b x

FEEE

KIM FRANKLIN

 Hai kim có đ cao khác nhau :

• V c t th nh t

• D ng c t gi t ng

• Xác đ nh ph m vi b o v gi a c t th hai và c t gi t ng

r 1x

r 2x

Ph m vi b o v c a hai c t thu sét có đ cao khác nhau

FEEE

KIM FRANKLIN

 Ph m vi b o v xác đ nh gi a t ng đôi c t

 D : đ ng kính vòng tròn ngo i ti p

 T t c các thi t b n m trong di n tích hình tam giác hay ch nh t đ u đ c

b o v n u D≤ 8p(h h )

D

r o x

r x

D

r ox

r x

3 c t

b o v n u D≤ 8p(h - hx)

 p : h s hi u ch nh theo h

•p = 1 khi h≤ 30m

•p = 30 khi 30m < h < 60m

h

r ox

r x

D

3 c t

4 c t Vùng b o v c a nhi u c t

có cùng đ cao

FEEE

DÂY CH NG SÉT

trên không

ch ng sét :

 h : chi u cao c a dây (m)

hx

 h : chi u cao c a dây (m)

 hx : chi u cao dây t i đi n (m)

x

2

x

h

b 0,6h 1- p

h

x

2

x

h

0,8h

2b x

Ph m vi b o v c a m t dây ch ng sét

FEEE

DÂY CH NG SÉT

 M i đi m n m gi a hai dây ch ng sét đ u đ c b o v

 N u s < 4h thì có th b o v nh ng đi m cao t i : h0= h - s/4

Ph m vi b o v c a hai dây ch ng sét

Trang 7

FEEE

DÂY CH NG SÉT

ch ng sét th c t :

 treo trung bình > 2/3h

nên ch c n xác đ nh đúng

góc b o v

 : góc t o b i đ ng th ng

n i dây ch ng sét v i dây

d n và đ ng th ng góc v i

m t đ t qua đi m treo dây

ch ng sét

 20o≤ ≤ 25o

Ph m vi b o v c a dây ch ng sét

FEEE

L NG FARADAY

đ t bao quanh công trình

t o thành màng che ch n

t nh đi n cho công trình

có dây d n xu ng

b o v hi u qu h n

cú sét nh và xung đi n t phát sinh sau đó

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

ra các tia phóng đi n đi lên s m h n

b t kì đi m nào trong khu v c b o v

Lightning Technologies (Dynasphere,

Franklin Fance (Saint-Elmo), Duval

Messien (Satelit)…

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

Kim Saint-Elmo

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

 Rp : bán kính b o v (m)

 h : chi u cao đ t kim ESE so v i m t ph ng b o v

 D = 10.I2/3 kho ng cách phóng đi n (m)

p

g p g ( )

 I : biên đ dòng sét c c đ i

 L = V T : đ l i kho ng cách (m)

 V: t cđ phát tri n tia tiên đ o đi lên (1,1m/us)

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

 D = 10.I2/3 : kho ng cách phóng đi n (m)

p

g p g ( )

 L = V T : đ l i kho ng cách (m)

 I : biên đ dòng sét c c đ i t ng ng v i m c b o v yêu c u

M c b o v I (kA) Xác su t xu t hi n dòng sét có biên đ

v t quá giá tr I (%)

Trang 8

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

p

p g

 L : đ l i kho ng cách (m), tùy thu c lo i đ u kim

 D : kho ng cách phóng đi n (m), tùy thu c m c b o v

•D = 60m đ i v i m c 1 (I = 15kA)

•D = 45m đ i v i m c 2 (I = 10kA)

•D = 20m đ i v i m c 3 (I = 6kA)

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

 Tra b ng d a vào các thông s : lo i đ u kim ESE, chi u cao công trình, chi u cao c t đ , m c b o v yêu c u…

 D a vào các ph n m m tính toán ch ng sét

• Ph n m m BENJI PROCALC c a hãng ERICO Inc :

–Là ph n m m s d ng ph bi n trong th c t

–H tr vi c tính toán thi t k b o v ch ng sét nhanh chóng

và d dàng

–Xácđ nh bán kính h p thu c a kim thu sét Dynasphere

–Các thông s và các hình chi u c a toàn c u trúc

–Ch tính toán b o v ch ng sét m t cách g nđúng

–Áp d ng cho các c u trúc có hình d ng ch nh t hay hình vuông

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

 DYNASPHERE là m t kim Franklin c i ti n v i v kim hình bán c u

 V kim bán c u này s ghépđi n dung v i tr ng đi n c a tia tiên

đ o sét đi xu ng

 Giai đo n dông t nh :

• Tr ngđi n t thay đ i ch m,

biên đ kho ng 5 ÷ 15kV/m

• Do qu c u n i đ t qua ph n t

có t ng tr cao và d ng hình

h c c a b m t qu c u nên

hi n t ng v ng quang đ c

c c ti u hóa ng n ch n s phát sinh các đi n tích trong không gian

Giai đo n đi n tr ng t nh

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

 Giai đo n đi n tr ng đ ng :

• i n th qu c u t ng và khi

đi n th đ l n s xu t hi n h

quang m i trong khe h gi a

qu c u và c c n i đ t

Ti h ó h i tá d

• Tia h quang có hai tác d ng :

electron c n thi tđ kh i

t o tia tiênđ o đi lên

– m b o tia tiên đ o đi lên

n đ nh

Giai đo n đi n tr ng t nh

FEEE

KIM PHÓNG I N S M

 Giai đo n phóng tia tiên đ o :

• C n đi n tr ng 300÷500kV/m

đ i v i tia tiên đ o d ng và 1MV/m đ i v i tia tiên đ o âm

đi lên đ kh i đ u và phát tri n tia tiênđ o n đ nh

tia tiênđ o n đ nh

• Th i đi m phóng tia tiên đ o

ng c là s m nh t so v i các

đi m khác trong vùng b o v

Giai đo n phóng tia tiên đ o

Trang 9

FEEE

KIM PHÓNG X

n ng l ng phóng x nh m t o ra tia tiên đ o sét đi lên

 Lightning Prevertor of America v i kim Prevertor

 Helita SA v i kim Pulsar



 …

Các lo i kim phóng x

FEEE

K THU T GI I TR SÉT DAS

 B t p trung đi n tích trong đ t s t p trung các đi n tích c m ng sinh ra trên m t khi mây dông xu t hi n trên công trình

 Dây d n đi n tích đ a các đi n tích lên b t o ion đ t trên đ i t ng

b o v

 B t o ion t o ra các ion và b c x ra xung quanh đ i t ng t o m t kho ng không đi n tích t nhiên đ trung hòa đi n tích đám mây dông

 i n tích có th b gió th i bay khi ra kh i ngu n

 Hi u qu c a thi t b phát tán đi n tích th p

FEEE

SO SÁNH CÁC TÍNH N NG K THU T C A CÁC

K THU T CH NG SÉT

TT DAS Kim Franklin Kim ESE Kim phóng x

Thu sét th

cho vùng lân c n

Ch b o v công trình

Có th b o v vùng lân c n

trình

Làm x u công trình

m b o th m

m công trình

m b o th m

m công trình

nghi m th c t

FEEE

SO SÁNH CÁC TÍNH N NG K THU T C A CÁC

K THU T CH NG SÉT

TT DAS Kim Franklin Kim ESE Kim phóng x

th ng khác

t khi b o v nhi u tòa nhà

Không yêu c u

Không an toàn,

thoát sét

s d ng nhi u cáp đ ng tr n s d ng nhi u cáp đ ng tr n s d ng nhi u cáp đ ng tr n

8

Hi u qu cao cho công trình cao 300m so v i m c

đ cao so v i

Trang 10

FEEE

CÁP NG TR N

 t ngoài công trình

 Ti t di n≥ 50mm2

 Dùng hai dây d n sét n u công

trình cao≥ 28m

 Không đi chung dây đi n l c

Không đi chung dây đi n l c

 Bán kính đo n u n cong > 20 cm

 C đ nh ch c ch n (3 k p m i m)

 B c v v t li u ch u nhi t khi dây

cách đ t 2m

FEEE

CÁP THOÁT SÉT CH NG NHI U ERICORE

các tháp anten vi n thông, phát

 Hi n t ng sét đánh t t ngang

 Hi n t ng c m ngđi n t tr ng gây r i lo n ho t đ ng hay h h ng các thi t b nh y c m

D n sét b ng cáp đ ng tr n

FEEE

L p lõi plastic t ng đ b n c

L p lõi đ ng S =55 mm2 d n đi n t t

do lo i b đ c hi u ng m t ngoài

L p bán d n gi m c ng đ đi n

Cáp thoát sét Ericore

L p bán d n gi m c ng đ đi n

tr ng trên b m t

L p cách đi n, cách đi n l p v b o

v và lõi đ ng

L p v đông (ti p đ t) tránh hi n

t ng c m ng đi n t

FEEE

 T n dòng sét hi u qu , an toàn

 Không gây hi n t ng sétđánh

t t ngang khi t i sét

 Có th đi g n thi t b đi n t nh y

c m dâyđi n l c

c m, dâyđi n l c…

 Th ng dùng 1 cáp thoát sét cho

1 công trình

 D l pđ t, ít b o trì

FEEE

T

truy n

YÊU C U CHUNG C A H TH NG N I T

và thi t b

c a h th ng

ch b o trì

Định dạng
Số trang	17
Dung lượng	1,75 MB