Chương 9 Bảo vệ an toàn 9.1/Sự nguy hiểm khi bị điện giật
9.5/ Tính toán bảo vệ chống sét
Sét thực chất là một dạng phóng điện trong không khí với khoảng cách rất lớn,chiều dài trung bình của khe sét khoảng 3-5 Km, phần lớn chiều dài đó phát triển trong đám mây dông. Quá trình phóng điện của sét tương tự như quá trình phóng điện tia kửa trong điện trường không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn. Chính sự tương tự đó cho phép mô phỏng sét trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu những quy luật củ nó và nghiên cứu những biện pháp bảo vệ chống sét . Việc gián đoạn trong cung cấp điện có thể do rất nhiều nguyên nhân nhưng một trong những nguyên nhân gây hiểm hoạ lớn nhất là sét. Khi các toà nhà ,công trình dòng sét sẽ gây ra các tác dụng như nhiệt, cơ, điện từ, làm hư hại các thiết bị cũng như nguy hiểm đến tính mạng con người.
9.5.2./ Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho hệ thống điện 9.5.2.1/ Khái niệm chung
Khi lựa chọn phương pháp bảo vệ cho nhà và công trình cần phải chú ý sao cho phù hợp với đặc tính cấu trúc của công trình, quá trình sử dụng cộng trình theo yêu cầu công nghệ và ý nghĩa của mỗi công trình. Đối với một công trình kiến trúc nói chung, hiện nay thường có các phương pháp bảo ve65 chống sét đánh thẳng và sét cảm ứng.
Sét đánh trực tiếp vào dây dẫn của đường dây tải điện,các thiết bị mang điện sẽ gây nên quá điện áp làm ngắn mạch, chạm đất các pha,hư hỏng cách điện của các thiết bị. Vì vậy hệ thống điện phải được bảo vệ một cách hiệu quả sét đánh trực tiếp.
Việc bảo vệ đó được thực hiện bởi các cột thu sét làm bằng thép ống hoặc thép thanh đặt thẳng đứng gọi là các kim thu sét hoặc bằng dây thép can ngang giữa các cột trong trường hợp chống sét.
Bộ phận dẫn dòng điện sét được tạo thành bởi bản thân kết cấu thép của cột thép hay bằng dây thép có tiết diện không nhỏ hơn 50 mm2 trong trườnghợp kim thu sét đặt trên ống khói, cột gỗ, mái nhà.
SVTH: LÊ THANH TUẤN trang 101 CUNG CẤP ĐIỆN Bộ phận nối đất được tạo thành bởi một hệ thống cọc và thanh bằng đồng hoặc thép nối liền nhau, chôn trong đất, có điện trở tản bé dể dòng điện sét tản một cách dễ dàng trong đất.
Đỉnh bộ phận thu sét vượt cao trên tất cả các bộ phận và thiết bị điện cần được bảo vệ. Tác dụng bảo vệ của cột thu sét hay dây chống sét diễn ra trong giai đoạn phóng điện tiên đạo của sét.
9.5.2.2. /hạm vi bảo vệ của các thiết bị thu sét
Mỗi cột thu sét tạo nên xung quanh nó một phạm vi bảo vệ nhất định trong không gian tuỳ theo chiều cao cột. Trong thực tế xác xuất sét đánh vào vùng được bảo vệ bởi cột hấu như không có.
Pạhm vi bảo ve của cột thu sét trong không gian còn được gọi là vùng bảo vệ.
Theo lý thuyết sét đánh vào vùng bảo vệ bằng khoảng 1% phụ thuộc vào kiểu, số lượng và cách bố trí các cột thu sét mà phạm vi bảo vệ có thể có kiểu hình học khác nhau. Phấn lớn các vùng bảo vệ được xác định bằng tỉ số H/h.
Trong đó:
H:là chiều cao ước lượng từ nơi bắt đầu phát sinh hiện tượng phóng điện sét của đám mây dông đến cột thu sét
h :là chiều cao của cột thu sét.
a./ Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét:
là một hình chóp tròn xoay, có dạng đường sinh là một hypebol.
Cột thu sét có độ cao h, công trình cần bảo vệ có độ cao hx thì bán kính bảo vệ được xác định theo công thức:
( )
( )
1,6. . . x
x
x
r h p h h h h
= −
+ Với p=1 khi h≤30m Và p 30 5.5
h h
= = khi 30m<h≤60m
Trong thiết kế để đơn giản người ta thường thay thế đường sinh dạng hypebol giới hạn khu vực bảo vệ bởi hai đường thẳng. Lúc đó bán kính bảo vệ của cột thu sét có độ cao hx được xác định như sau:
2.
x 3
h 〈 h thì 1.5 1 0,8
x
x x
r h h
h
⎛ ⎞
= ⎜ − ⎟
⎝ ⎠
2.
x 3
h 〉 h thì x 0,75 x 1 hx
r h
h
⎛ ⎞
= ⎜⎝ − ⎟⎠
b./ Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét :
Hai cột thu sét có chiều cao bằng nhau:
Nếu hai cột đặt cách nhau một đoạn a= 7.h thì mọi điểm trên mặt đất giữa hai cột thu sét được bảo vệ
Nếu hai cột đặt cách nhau một đoạn a< 7.h thì hai cột thu sét có thể bảo vệ được công trình có độ cao h0 đặt giữa hai cột thu sét :
0 7.
h h a
− = p
Hai cột thu sét có độ cao khác nhau:
Về nguyên tắc, phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có thể được xây dựng như sau :
SVTH: LÊ THANH TUẤN trang 102 CUNG CẤP ĐIỆN Đầu tiên dựng phạm vi của cột thu sét thứ nhất, có chiều cao cao hơn, sau đó dựng phạm vi bảo vệ của cột thu sét thứ hai.từ đỉnh cột thu sét thứ hai vẽ một đường thẳng nằm ngang cắt phạm vi bảo vệ của cột thu sét thứ nhất ở một điem, điểm này có chiều cao so với mặt đất bằng chiều cao của cột thu sét thứ hai (xem như đây là một cột giả tưởng). Cuối cùng vẽ đường cong phạm vi bảo vệ của cột thứ hai và cột giả thưởng theo phương pháp hai cột có chiều cao giống nhau.
Trong trường hợp này nếu chiều cao của cột thu sét thứ hai là h ≤30m, trị số h0 đưp75c xác định theo công thức :
0 7
h = −h lφ Trong đó :
H :là chiều cao của cột thu sét thứ hai (m).
lφ:khoảng cách giữa cột thứ hai và cột giả tưởng.(m)
9.5.3./một vài trường hợp riêng của phạm vi bảo vệ của thiết bị thu sét.
9.5.3.1/ Phương pháp bảo vệ chống sét trọng điểm:
Đối với các công trình có bảo vệ chống sét cấp III, chiều cao dưới 16m, chiều rộng dưới 20m, không có sự tập trung đông người xuyên có thể áp dụng phương pháp bảo vệ chống sét có trọng điểm như sau:
Đối với các công trình mái bằng, chỉ cần bảo vệ cho các góc nhà và dọc theo chu vi tường chắn mái.
Đối với các công trình mái dốc, mái răng cưa, mái chồng diềm chỉ cần bảo vệ cho các góc nhà, góc diềm, dọc theo bờ nóc và diềm mái.
Trường hợp công trình có chiều dài dưới 330m thì không cần bảo vệ bờ nóc, và nếu độ dốc mái lớn hơn 270 thì cũng không cần bảo vệ diềm mái.
Đối với những bộ phận kết cấu nhô lên cao khỏi mặt đất, phải bố trí các kim và đai thu sét, những kim và đai thu sét này được nối với bộ phận thu sét chung của công trình.
Trong phương pháp bảo vệ chống sét có trọng điểm ,biện pháp là dùng kim tu sét ngắn (30-50cm) đặt cách nhau khoảng 5-6 m, tại những trọng điểm cần bảo vệ,hoặc các đai thu sét viềm lên những trọng điểm cần bảo vệ.
9.5.3.2/Bảo vệ bằng cột thu sét có sử dụng dầu thu sét phát tia tiên đạo sớm:
Cách lắp đặt:dấu ESE có thể lắp đặt trên cột độc lập hoặc trên kết cấu công trình được bảo vệ, sao cho đỉnh kim cao hơn các độ cao cần bảo vệ.
Nguyên lý hoạt động : ESE hoạt động trên nguyên lý làm thay đổi trường điện từ chung quanh cấu trúc cần được bảo vệ thông qua việc sử dụng vật liệu áp điện.
Cấu trúc đặt biệt củ ESE tạo sự gia tăng cường độ điện trường tại chổ, tạo thời điểm kích hoạt sớm, tăng khả năng phát xa ion, nhờ đó tạo được những điều kiện lý tưởng cho việc phát triển phóng điện sét.
Cấu tạo ESE:
• Đầu thu: có hệ thống thông gió nhằm tạo dòng lưu chuyển không khí giữa đầu thu và thân ESE. Đầu thu còn làm nhiệm vụ bảo vệ thân kim.
• Thân kim: được làm đồng xử lý hoặc inox, phía trên có một joặc nhiếu đầu nhọn làm nhiệm vụ phát xạ ion. Các đầu này làm bằng thép không rỉ, luồn trong ống tới các điện cực bộ kích thích. Thân kim luôn được nối với điện cực nối đất.
SVTH: LÊ THANH TUẤN trang 103 CUNG CẤP ĐIỆN
• Bộ kích thích điện áp : được làm bằng creamic, điện áp đặt dưới thân kim, trong ngăn cách điện và nối với đỉnh nhọn.
• Vật liệu piezoelectric: đây là những cấu trúc tinh thể ,trong đó lưỡng cực điện đã được làm tăng áp lực theo một hướng định trước bằng cách tạo cho chúng một trường phân cực ban đầu có mật độ cao.Vật liệu là zicotitanate chì,rất cứng, đầu phủ một lớp mỏng điện cực nickenl. Với đặt tính điện áp của chúng, nó tạo ra điện áp rất cao lên đến 2KV-25KV.
• Vùng bảo vệ :vùng bảo vệ của ESE là một hình nón có đỉnh là đầu kim thu sét, bán kính bảo vệ Rp(m)=f (khoảng cách kích hoạt sớm trung bình ΔL(m) của kim thu sét, khoảng cách kích hoạt D(m) tuỳ theo mức độ bảo vệ)