Bài giảng Kỹ thuật cao áp: Chương 2 Phóng điện sét và bảo vệ chống sét đánh thẳng

được kéo dài và di chuyển ngược lên phía trên với tốc độ khoảng (0,05-0,5) tốc độ ánh sáng. Do điện dẫn của bản thân dòng plasma mới này rất cao nên ở đầu dòng sẽ có thế của mặt đất và[r]

Chương 2: Phóng điện sét và bảo vệ chống sét đánh thẳng

I) Hiện tượng phóng điện sét:

1) Các đặc điểm:

- Phóng điện sét có 2 giai đoạn:

*Giai đoạn tiên đạo phát triển tự nhiên

*Giai đọan tiên đạo phát triển định hướng

- Sét là 1 dạng phóng điện tia lửa ở trong trường không đều giữa các đám mây với nhau hoặc giữa đám mây với đất ở khoảng cách rất lớn, trung bình khoảng 5000m

Theo thống kê, thường chiếm khoảng 80% các đám mây xuất hiện trên bầu trời là tích điện âm.

2) Giải thích:

tia plasma

Khi đám mây tích điện đủ lớn, cường độ điện

trường do nó sinh ra đủ lớn (E ≥ 30KV/cm - là

cường độ điện trường gây ion hóa không khí) thì khi đó sẽ có hiện tượng ion hóa không khí và

hình thành dòng plasma

Dòng plasma này gọi là tia tiên đạo.

2) Giải thích:

tia plasma

Xét một tia tiên đạo đi về phía mặt đất

Ở giai đoạn đầu thì tia tiên đạo phát triển tự nhiên

Vì plasma là một môi trường dẫn điện nên các điện tích

âm của đám mây sẽ theo tia plasma và đi xuống

H0 - độ cao định hướng

Khi tia plasma phát triển đến một độ cao nhất định nào

đó (H0) thì dưới tác dụng của điện trường của các điện tích âm trong tia tiên đạo, phía dưới mặt đất sẽ có sự

hưởng ứng điện tích và sẽ tập trung các điện tích khác dấu ở mặt đất

Quá trình phóng điện tiếp theo nó sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo và nơi tập trung các điện tích khác dấu trên mặt đất

tia plasma

Độ cao H0 được gọi là độ cao định hướng

Nếu đất có điện dẫn đồng nhất (không có nơi khô, ướt khác nhau) thì các điện tích trái dấu tập trung ngay ở

phía dưới đầu tia tiên đạo và sét đánh thẳng xuống dưới

đó

Nếu vùng đất phía dưới tia tiên đạo không đồng nhất thì điện tích trái dấu sẽ tập trung ở nơi có điện dẫn cao như

ao hồ, sông, cây cao, và sét sẽ đánh vào điểm đó

H0

Như vậy có thể kết luận: sét đánh có chọn lọc.

Vận dụng tính chọn lọc của phóng điện sét để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình

Dùng cột thu lôi (cột thu sét) có độ cao nhất định và có điện trở nối đất bé thì cột thu lôi này sẽ thu hút các sét về phía mình và tạo ra một vùng an toàn xung quanh nó.

tia plasma do đất sinh ra

điện ngược lại đi từ phía dưới lên (từ cực dương đến cực âm).

Khi tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất thì điện trường trong khoảng không gian giữa nó với mặt đất sẽ có trị số rất lớn và bắt đầu có quá trình ion hóa mãnh liệt dẫn đến sự hình thành dòng plasma mới với mật độ ion lớn hơn nhiều so với tia tiên đạo.

Vì thế điện trường trong khu vực này sẽ tăng lên rất cao và gây ion hóa mãnh liệt, dòng plasma

được kéo dài và di chuyển ngược lên phía trên với tốc độ khoảng (0,05-0,5) tốc độ ánh sáng

Do điện dẫn của bản thân dòng plasma mới này rất cao nên ở đầu dòng sẽ có thế của mặt đất và như vậy hiệu số điện thế giữa đầu tia tiên đạo

với mặt đất sẽ rất lớn

Quá trình phóng điện này là phóng điện chủ yếu trong phóng điện sét.

Ho - độ cao định hướng

tia plasma tia plasma do

đất sinh ra









Trong giai đoạn đầu, giả thiết mật độ điện tích âm phân bố đều dọc theo tia plasma với mật độ đường đi là thì trong giai đoạn phóng điện ngược, các điện tích dương đi đến đâu

sẽ trung hòa các điện tích âm đến đó, và như vậy bản thân nó cũng có mật độ điện đường là









Nếu gọi mật độ điện tích theo đường đi là:

Thì theo định nghĩa về dòng điện ta có



v

(Tính khi sét đánh vào nơi nối đất tốt (R=0) )

0



R

Khi

R Z

Z R

i R

i

o

o s

s







(

Zo là tổng trở của khe sét ( ) 200 

Sét đánh vào dây dẫn thì dòng điện sét

2 2

).

0

dd o

o s

dd

i Z

Z

Z R

i









 400

dd

Z

Với

Nếu gọi v là tốc độ dịch chuyển của sóng điện tích dương

3) Các tham số của phóng điện sét:

s

i

t

is=at

Is

ds

-Biên độ của dòng điện sét : Is

i

- Độ dốc của dòng điện sét :

a

: Độ đốc của dòng điện sét

dt di

4) Cường độ hoạt động của sét:

Theo từng vùng hay từng địa phương thì người ta biểu thị cường độ hoạt động của sét bằng số ngày hoặc số giờ

có sét hằng năm

Ngày có sét: là ngày có sét xuất hiện ít nhất 1 lần từ 0h đến 24h Do đó, cường độ hoạt động của sét như sau:

Vùng xích đạo: 100-150 ngày/năm

Vùng nhiệt đới: 75-100 ngày/năm

Vùng ôn đới: 30-50 ngày/năm

-Mật độ sét/ngày sét (ms): là số lần sét đánh xuống 1 km2 mặt đất trong 1 ngày sét: ms = (0,1 - 0,15) lần/ km2.ngày

- Mật độ sét/năm (Ms): là số lần sét đánh xuống 1 km2 mặt đất trong 1 năm

II) Bảo vệ chống sét đánh thẳng (trực tiếp):

Dùng hệ thống thu sét:

-Bộ phận thu sét :kim ,dây

-Bộ phận nối đất

-Bộ phận liên lạc (dây nối dất)

1) Xác định phạm vi bảo vệ của 1 cột chống sét:

MFX

h

R =3,5h

Ho =20h :độ cao định hướng

1,6h

Để xác định bán kính bảo vệ ở thì ông ta đưa vào mô hình 1 cây kim có độ cao là hx Cho kim di chuyển thì sẽ xác định dược bán kính bảo vệ tới hạn rx

) 0 ( h x 

h h

h

h r

x

x x







1

6 , 1

rx Phương trình xác định bán kính bảo vệ:

h

h x

3

2



1



p

p h

h h

8 , 0

1 (

5 ,



h

h x

3

2

h

h h

m

h  30

h

p  5 ,5 h  30 m

hx

h

2/3h 0.8h

2) Xác định phạm vi bảo vệ của 2 cột chống sét:

Khu vực có xác suất 100% phóng điện vào cột chống sét

có bán kính R= 3,5h

Như vậy nếu như có 2 cột thu sét đặt cách nhau 1 khoảng

a = 7h thì mọi điểm trên mặt đất nằm giữa 2 cột sẽ không

bị sét đánh

Từ đó suy ra rằng nếu 2

cột TS đặt cách nhau 1

khoảng a< 7h thì nó sẽ

bảo vệ được độ cao ho

nằm giữa 2 cột thoả mãn

điều kiện:

7

a h

h o  

3) Xác định phạm vi bảo vệ của nhiều cột chống sét:

Nếu công trình có độ cao hx nằm bên trong đa giác hình thành bởi các cột sẽ được bảo vệ an toàn nếu thoả mãn điều kiện sau đây:

Trong đó D

là dường

kính ngoại

tiếp đa giác

) (

rx

) )(

)(

(

2

.

c p

b p

a p

p

c b

a D









D

rx2

rx3

rx1 1

2

3

rox1

rox2

rox3

a12

a23

a13

4) Xác định phạm vi bảo vệ của 1dây chống sét:

bx bx

hx



Phương trình xác định bề rộng bảo vệ:

h

h x

3

2

h h

8 , 0

1 (

2 ,



h

h x

3

2

h

h h

b x  0 , 6 ( 1  x )



0 0

25

20 





Thông thường dây chống sét dùng bảo vệ cho dây dẫn mà

do đó người ta không quan tâm đến bề rộng của phạm vi bảo vệ mà

chủ yếu là quan tâm đến góc bảo vệ (α)

cs

h

3

2



Góc bảo vệ (α)là góc giữa đường thẳng thẳng đứngđi qua dây chống

sét và đường thẳng nối liền giữa dây chống sét và dây dẫn

Có thể tính được trị số giới hạn của góc bảo vệ α:

6 , 0 6

, 0





h

h



0 0

25

20 





bx bx

hx



5) Xác định phạm vi bảo vệ của 2dây chống sét:

Nếu 2dây TS đặt cách nhau 1 khoảng s mà s< 4h thì nó sẽ bảo vệ được độ cao ho nằm giữa 2 dây thoả mãn điều kiện:

4

s h

o

s

ho

s

Ho

III) Các yêu cầu kỹ thuật bảo vệ sét đánh thẳng (trực tiếp) bằng hệ thống thu sét:

1) Công trình cần được bảo vệ an toàn phải nằm gọn

trong phạm vi bảo vệ của hệ thống chống sét

- Đối với hệ thống điện và trạm phân phối có U 110

kV do có mức cách điện cao cho nên có thể cho phép

đặt hệ thống thu sét ngay trên bản thân công trình

2) Hệ thống thu sét có thể đặt ngay trên bản thân

công trình hoặc đặt cách ly với công trình tuỳ thuộc

vào điều kiện cụ thể :

