Thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp cho trường đh sư phạm kỹ thuật tp. hcm
- 74 trang
- file: .doc
đang tải dữ liệu....
Tài liệu bị giới hạn, để xem hết nội dung vui lòng tải về máy tính.
Tải xuống - 74 trangNội dung text: Thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp cho trường đh sư phạm kỹ thuật tp. hcm
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
LÔØI MÔÛ ÑAÀU
Trong coâng cuoäc ñoåi môùi, xaây döïng vaø phaùt trieån cuûa ñaát
nöôùc ta, ngaøy caøng coù nhieàu coâng trình xaây döïng, nhaø maùy moïc
leân naâng cao ñôøi soáng vaät chaát vaø tinh thaàn cho nhaân daân. Beân
caïnh söï öu ñaõi cuûa thieân nhieân cho con ngöôøi cuõng keøm theo söï khaéc
nghieät cuûa noù. Trong ñoù seùt laø moät hieän töôïng töï nhieân coù theå
gaây nguy hieåm ñeán tính maïng con ngöôøi vaø taøi saûn. Vì vaäy, ngoaøi
vieäc xaây döïng caùc coâng trình chuùng ta caàn phaûi coù bieän phaùp baûo
veä traùnh ñöôïc thieät haïi do seùt gaây ra.
Naêm 1752 nhaø baùc hoïc ngöôøi Myõ laø Benjamin Franklin ñaõ khaùm
phaù ra nguyeân taéc cô baûn trong vieäc phoøng choáng seùt tröïc tieáp laø
duøng coät nhoïn (kim Franklin) ñeå thu seùt vaø daãn seùt xuoáng ñaát, baûo
veä caùc coâng trình xaây döïng.
Tuy nhieân, kim Franklin cuõng coù nhöôït ñieåm laø phaïm vi baûo veä
heïp , laøm vieäc khoâng tin caäy vaø khoâng hieäu quaû. Ngaøy nay, vôùi söï
phaùt trieån cuûa KHKT, caùc nhaø khoa hoïc ñaõ nghieân cöùu vaø cheá taïo
ñöôïc caùc thieát bò thu seùt hieäu quaû hôn. Trong taäp kuaän aùn naøy xin
trình baøy caùc lyù luaän cô baûn veà seùt vaø caùc phöông phaùp phoøng
choáng seùt tröïc tieáp söû duïng coâng ngheä môùi bao goàm noäi dung laø:
- Toång quan veà seùt vaø caùc phöông phaùp phoøng choáng seùt tröïc
tieáp.
- Giôùi thieäu heä thoáng choáng seùt System 3000 (cuûa haõng GLT –
Uùc) vaø caùc phaàn meàm lieân quan.
- Thieát keá heä thoáng choáng seùt tröïc tieáp cho tröôøng ÑH Sö Phaïm
Kyõ Thuaät TP. HCM.
CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN VEÀ SEÙT VAØ CAÙC PHÖÔNG
PHAÙP
PHOØNG CHOÁNG SEÙT .
A. TOÅNG QUAN:
Nöôùc Vieät Nam ta thuoäc vuøng khí haäu nhieät ñôùi, noùng vaø aåm
thuaän lôïi cho vieäc hình thaønh maây doâng vaø seùt. Ngaøy nay, khi neàn
kinh teá ñaát nöôùc phaùt trieån tình hình xaây döïng cuõng phaùt trieån
raàm roä, nhieàu toaø cao oác, khu coâng nghieäp ra ñôøi, do ñoù vieäc
phoøng choáng seùt laø moät vaán ñeà caàn ñöôïc quan taâm.
1
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Ñeå thieát keá ñöôïc heä thoáng choáng seùt cho moät coâng trình caàn
phaûi coù söï hieåu bieát cô baûn veà ñieän khí quyeån, caùc hieän töôïng
phoùng ñieän trong khí quyeån (cuõng nhö caùc hieän töôïng phoùng ñieän
giöõa ñaùm maây vôùi maët ñaát).
1/ Quaù trình phoùng ñieän cuûa seùt:
1.1/ Söï hình thaønh maây doâng vaø seùt:
Doâng laø hieän töôïng xaõy ra chuû yeáu vaøo muøa haï lieân quan
ñeán söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa ñoái löu nhieät vaø caùc nhieãu
ñoäng khí quyeån. Doâng ñöôïc ñaët tröng bôûi söï xuaát hieän nhöõng
ñaùm maây doâng hay maây tích vuõ (Cumulonimbus) coù ñoä daày töø 10
16 Km, tích tuï moät löôïng nöôùc vaø taïo ra nhöõng ñieän theá cöïc
maïnh.
Trong thöïc teá söï hình thaønh caùc côn doâng gaén lieàn vôùi söï xuaát
hieän cuûa nhöõng luoàng khoâng khí khoång loà töø maât ñaát boác leân.
Caùc luoàng khoâng khí naøy ñöôïc hình thaønh do söï ñoát noùng bôûi aùnh
saùng maët trôøi, ñaëc bieät ôû caùc vuøng cao (doâng nhieät) hoaëc do söï
gaëp nhau cuûa nhöõng luoàng khoâng khí noùng aåm vôùi khoâng khí laïnh
(doâng Front). Sau khi ñaõ ñaït ñöôïc ñoä cao nhaát ñònh (khoaûng vaøi ki-
loâ- met trôû leân – vuøng nhieät ñoä aâm), luoàng khoâng khí aåm naøy bò
laïnh ñi – hôi nöôùc ngöng tuï thaønh nhöõng gioït nhoû li ti hay caùc tinh
theå baêng vaø taïo thaønh nhöõng ñaùm maây doâng.
Ñaõ töø laâu ngöôøi ta khaúng ñònh veà nguoàn taïo ra ñieän tröôøng
giöõa caùc ñaùm maây doâng vaø maët ñaát chính laø nhöõng ñieän tích
tích tuï treân caùc haït nöôùc li ti vaø caùc tinh theå baêng cuûa caùc daùm
maây doâng ñoù. Qua nhieàu laàn ño ñaït thöïc nghieäm, ngöôøi ta thaáy
raèng khoaûng 80 90% phaàn döôùi caùc ñaùm maây doâng chuû yeáu
chöùa ñieän tích aâm, töø ñoù caûm öùng treân maët ñaát nhöõng ñieän tích
döông töông öùng vaø taïo neân moät tuï ñieän khoâng khí khoång loà.
Hình 1.1: Söï phaân boá ñieän tích giöõa caùc ñaùm maây
vaø maët ñaát.
Hình treân (hình 1.1) cho ta thaáy söï phaân boá ñieän tích trong moät
ñaùm maây vaø treân maët ñaát. Khi phaàn döôùi cuûa ñaùm maây mang
ñieän tích aâm bò huùt veà phía maây mang ñieän tích döông treân maët ñaát,
vaät naøo treân maët ñaát caøng cao thì khoaûng caùch giöõa vaät vaø ñaùm
maây caøng nhoû vaø lôùp khoâng khí ngaên caùch giöõa vaät vaø maây caøng
nhoû cuõng nhö lôùp ngaên caùch caùc ñieän tích traùi daáu caøng moûng. Ôû
2
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
nhöõng nôi naøy seùt deã ñaùnh xuoáng maët ñaát. Khi ñeán gaàn nhaø cao,
caây cao thì maây doâng mang ñieän tích aâmhuùt caùc ñieän tích döông laøm
cho chuùng taäp trung laïi ôû moät ñieåm cao nhaát: treân maùi nhaø, ngoïn
caây,…(coøn goïi laø hieäu öùng muõi nhoïn). Neáu ñieän tích maây lôùn thì
treân maùi nhaø, ngoïn caây,… cuõng taäp trung moät ñieän tích lôùn. Ñeán
moät möùc ñoä naøo ñoù ñoä lôùn cuûa caùc ñieän tích traùi daáu noùi treân
seõ taïo neân moät söï cheânh leäch ñieän theá ñeå ñaùnh thuûng lôùp khoâng
khí ngaên caùch noù vôùi maët ñaát (cöôøng ñoä ñieän tröôøng ôû maët ñaát
luùc naøy khoaûng 25 30kV/cm), luùc naøy xaõy ra hieän töôïng phoùng
ñieän giöõa ñaùm maây doâng vaø maët ñaát.
Hình 2.1 : Söï phaùt sinh cuûa seùt trong ñaùm maây doâng.
Seùt thöïc chaát laø moät daïng phoùng tia löûa ñieän trong khoâng khí
vôùi khoaûng phoùng ñeän raát lôùn. Chieàu daøi trung bình cuûa keânh seùt
khoaûng töø 3 5 Km. Phaàn lôùn chieàu daøi ñoù phaùt trieån trong ñaùm
maây doâng. Quaù trình phoùng ñieän cuûa seùt töông töï quaù trình phoùng
ñieän tia löûa trong ñieän tröôøng raát khoâng ñoàng nhaát vôùi khoaûng
caùch phoùng ñieän lôùn.
1.2/ Caùc giai ñoaïn phoùng ñieän cuûa seùt:
Ban ñaàu xuaát phaùt töø maây doâng moät daõi saùng môø keùo daøi
töøng ñôït giaùn ñoaïn veà phía maët ñaát vôùi toác ñoä trung bình khoaûng
105 106 m/s , ñoù laø giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo theo töøng ñôït.
Keânh tieân ñaïo laø moät doøng Plasma maät ñoä ñieän tích khoâng cao laém,
khoaûng 10131014 ion/m3. Moät phaàn ñieän tích aâm cuûa maây doâng traøn
vaøo keânh vaøphaân boá töông ñoái ñeàu doïc theo chieàu daøi cuûa noù
(Hình 1.3a).
Thôøi gian phaùt trieån cuûa keânh tieân ñaïo moãi ñôït keùo daøi
khoaûng 1s (moãi ñôït keânh tieân ñaïo keùo daøi theâm trung bình vaøi chuïc
meùt). Thôøi gian taïm ngöng phaùt trieån giöõa hai ñôït lieân tieáp khoaûng
töø 30 90 m.
3
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 3.1: Caùc giai ñoaïn phoùng ñieän seùt vaø bieán thieân cuûa
doøng ñieän seùt theo thôøi gian.
a. Giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo.
b. Tieân ñaïo ñeán gaàn maët ñaát hình thaønh khu vöïc ion hoaù maõnh
lieät.
c. Giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc hay phoùng ñieän chuû yeáu.
d. Phoùng ñieän chuû yeáu keát thuùc.
Ñieän tích aâm toång töø maây traøn vaøo keânh tieân ñaïo baèng: Q =
.L
Vôùi: laø maät ñoä ñieän tích.
L laø chieàu daøi keânh.
Ñieän tích naøy thöôøng chieám khoaûng 10% löôïng ñieän tích chaïy vaøo
ñaát trong moät laàn phoùng ñieän seùt. Döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng
taïo neân bôûi ñieän tích cuûa maây doâng vaø ñieän tích trong keânh tieân
ñaïo, seõ coù söï taäp trung ñieän tích traùi daáu (thöôøng laø ñieän tích
döông) treân vuøng maët ñaát phía döôùi ñaùm maây doâng. Neáu vuøng ñaât
phía döôùi baèng phaúng vaø coù ñieän daãn ñoàng nhaát thì nôi ñieän tích
caûm öùng taäp trung seõ naèm tröïc tieáp döôùi keânh tieân ñaïo. Neáu vuøng
ñaát phía döôùi coù ñieän daãn khaùc nhau thì ñieän tích seõ taäp trung chuû
yeáu ôû vuøng keá caän, nôi coù ñieän daãn cao nhö vuøng quaëng kim loaïi,
vuøng ñaát aåm, ao hoà, soâng ngoøi, vuøng nöôùc ngaàm, keát caáu kim loaïi
caùc nhaø cao taàng, coät ñieän, caây cao bò öôùt,… nhöõng nôi ñoù seõ laø
nôi ñoå boä cuûa seùt.
Cöôøng ñoä ñieän tröôøng ôû ñaàu keânh tieân ñaïo trong phaàn lôùn giai
ñoaïn phaùt trieån cuûa noù (trong maây doâng) ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñieän
tích baûn thaân cuûa keânh vaø cuûa ñieän tích tích tuï ôû ñaùm maây. Ñöôøng
ñi cuûa keânh tieân ñaïo naøy khoâng phuï thuoäc vaøo tình traïng cuûa maët
ñaát. Chæ khi keânh tieân ñaïo coøn caùch maët ñaát moät ñoä cao ñònh
höôùng naøo ñoù thì môùi thaáy roõ daàn aûnh höôûng söï taäp trung ñieän
tích ôû maët ñaát vaø ôû caùc vaät theå daãn ñieän nhoâ khoûi maët ñaát vôùi
höôùng phaùt trieån tieáp tuïc cuûa keânh theo höôùng coù cöôøng ñoä ñieän
tröôøng lôùn nhaát.
Ôû nhöõng nôi vaät daãn coù ñoä cao (nhaø cao taàng, coät aêng ten,
ñaøi phaùt thanh,…) töø ñænh cuûa noù nôi ñieän tích traùi daáu taäp trung
nhieàu seõ ñoàng thôøi xuaát hieän ion hoùa taïo neân doøng tieân ñaïo phaùt
trieån höôùng leân ñaùm maây doâng. Chieàu daøi cuûa keânh tieân ñaïo töø
döôùi leân treân taêng theo ñoä cao cuûa vaät daãn vaø taïo ñieàu kieän deã
daøng cho söï ñònh höôùng cuûa seùt vaøo vaät daãn ñoù.
Khi keânh tieân ñaïo xuaát phaùt töø maây doâng tieáp caän maët ñaát hay
tieáp caän keânh tieân ñaïo ngöôïc chieàu thì baét ñaàu giai ñoaïn phoùng ñieän
ngöôïc laïi hay phoùng ñieän chuû yeáu (töông töï nhö caùc quaù trình phoùng
ñieän ngöôïc trong chaát khí ôû ñieän tröôøng khoâng ñoàng nhaát (Hình
1.3b) . Trong khoaûng caùch khí coøn laïi giöõa ñaàu keânh tieân ñaïo vaø
maët ñaát, cöôøng ñoä ñieän tröôøng taêng cao gaây neân ion hoùa maõnh
4
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
lieät daãn ñeán hình thaønh moät doøng Plasma coù maät ñoä ñieän tích töø
1016 1019 ion/m3 cao hôn nhieàu so vôùi maät ñoä ñieän tích cuûa tia tieân
ñaïo, ñieän daãn cuûa noù taêng leân haøng traêm laàn ñieän tích caûm öùng
töø maët ñaát traøn vaøo doøng ngöôïc vaø thöïc teá ñaàu doøng mang ñieän
theá cuûa ñaát laøm cho cöôøng ñoä tröôøng ñaàu doøng taêng leân gaây ion
hoùa maõnh lieät vaø cöù nhö vaäy doøng Plasma ñieän daãn cao tieáp tuïc
phaùt trieån ngöôïc leân treân theo ñöôøng choïn saün cuûa keânh tieân ñaïo.
Toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh tieân ñaïo phoùng ngöôïc raát cao vaøo
khoaûng 0,5.107 1,5.108m/s (baèng 0,05 0,5 laàn vaän toác aùnh saùng)
töùc laø nhanh gaáp treân traêm laàn toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh tieân
ñaïo höôùng xuoáng. Vì maät ñoä ñieän tích cao ñoát noùng maõnh lieät neân
tia phoùng ñieän chuû yeáu saùng choùi coøn goïi laø chôùp. Ñaët ñieåm quan
troïng nhaát cuûa phoùng ñieän chuû yeáu laø cöôøng ñoä doøng ñieän lôùn.
Goïi V laø toác ñoä cuûa phoùng ñieän , laø maät ñoä ñieän tích thì
doøng ñieän seùt seõ ñaït giaù trò cao nhaát (Hình 1.3c):
is = V.
Khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu leân tôùi ñaùm maây thì soá ñieän tích
coøn laïi cuûa maây seõ theo keânh phoùng ñieän chaïy xuoáng ñaát vaø cuõng
taïo neân ôû choã seùt ñaùnh moät doøng ñieän coù trò soá nhaát ñònh giaûm
nhanh töông öùng vôùi phaàn ñuoâi soùng (Hình 1.3d).
Keát quaû quan traéc seùt cho thaáy phoùng ñieän seùt thöôøng xaõy ra
nhieàu laàn keá tuïc nhau (trung bình laø 3 laàn, nhieàu nhaát coù theå ñeán
vaøi chuïc laàn). Caùc laàn phoùng ñieän sau coù doøng tieân ñaïo phaùt trieån
lieân tuïc (khoâng theo töøng ñôït nhö laân ñaàu), khoâng phaân nhaùnh vaø
theo ñuùng quó ñaïo cuûa laàn ñaàu nhöng vôùi toác ñoä cao hôn (2.10 6m/s).
Qua nghieân cöùu veà seùt, ngöôøi ta lyù giaûi ñöôïc söï phoùng ñieän
nhieàu laàn cuûa seùt nhö sau: trong ñaùm maây doâng coù theå coù nhieàu
trung taâm ñieän tích khaùc nhau ñöôïc hình thaønh do nhöõng luoàng khoâng
khí xoaùy. Laàn phoùng ñieän ñaàu ñöoïc xaõy ra giöõa ñaát vaø trung taâm
ñieän tích coù cöôøng ñoä ñieän tröôøng cao nhaát. Trong giai ñoaïn phoùng
ñieän tieân ñaïo thì hieäu ñieän theá giöõa caùc trung taâm ñieän tích naøy
vôùi trung taâm ñieän tích ñaàu tieân thöïc teá khoâng thay ñoåi vaø ít coù
aûnh höôûng qua laïi vôùi nhau. Nhöng khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu ñaõ
leân ñeán maây thì trung taâm ñieän tích ñaàu tieân cuûa ñaùm maây thöïc teá
mang ñieän theá cuûa ñaát laøm cho hieäu ñieän theá giöõa trung taâm ñaõ
phoùng vôùi trung taâm ñieän tích laân caän taêng leân vaø coù theå daãn
ñeán phoùng ñieän vôùi nhau. Khi ñoù thì keânh phoùng ñieän cuõ vaãn coøn
moät ñieän theá daãn nhaát ñònh do söï khöû ion chöa hoaøn toaøn neân
phoùng ñieän tieân ñaïo laàn sau theo ñuùng quyõ ñaïo ñoù, lieân tuïc vaø vôùi
toác ñoä cao hôn laàn ñaàu.
5
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 4.1: Quaù trình phaùt trieån cuûa phoùng ñieän seùt.
a. Hình daùng quang hoïc ; b. Ñoà thò doøng ñieän.
2/ Caùc thoâng soá cuûa seùt:
Doøng ñieän seùt ñöôïc xem nhö moät soùng xung coù daïng ñöôøng cong
(Hình 5.1). Thöôøng trong khoaûng vaøi ba s doøng ñieän taêng nhanh ñeán
trò soá cöïc ñaïi taïo thaønh phaàn ñaàu soùng, sau ñoù giaûm chaäm töø 20
100 s taïo neân phaàn ñuoâi soùng.
- Caùc tham soá chuû yeáu:
+ Bieân ñoä doøng seùt: laø giaù trò lôùn nhaát cuûa doøng ñieän seùt.
+ Thôøi gian ñaàu soùng (ñs ): laø thôøi gian maø doøng seùt taêng töø 0
ñeán giaù trò cöïc ñaïi.
+ Ñoä doác doøng ñieän seùt: a = dis/dt.
+ Ñoä daøi doøng seùt (s): laø thôøi gian töø ñaàu doøng seùt ñeán khi
doøng seùt giaûm ½ bieân ñoä.
Hình 5.1: Daïng soùng doøng ñieän seùt.
2.1/ Bieân ñoä doøng seùt vaø xaùc suaát xuaát hieän:
Doøng ñieän seùt coù trò soá lôùn nhaát vaøo luùc keânh phoùng ñieän
chuû yeáu ñeán trung taâm ñieän tích cuûa ñaùm maây doâng.
Xaùc suaát xuaát hieän doøng ñieän seùt coù theå tính gaàn ñuùng theo
coâng thöùc:
+ Cho vuøng ñoàng baèng:
VI = e-is/60 = 10-is/60, hay lgVI = -is/60 (ñöôøng cong1).
+ Cho vuøng nuùi cao:
VI = 10-is/30 , hay lgVI = -is/30 (ñöôøng cong 2)
(VI laø xaùc suaát xuaát hieän doøng ñieän seùt, coù bieân ñoä lôùn hôn
hoaëc baèng is).
Chaúng haïn, xaùc suaát phoùng ñieän seùt coù bieân ñoä doøng seùt i s
60KA :
lgVI = -60/60 = -1 VI = 0,1 = 10%.
6
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Coù nghóa laø trong toång soá laàn seùt ñaùnh chæ coù 10% soá laàn seùt
coù bieân ñoä doøng ñieän seùt töø 60KA trôû leân.
2.2/ Ñoä doác ñaàu soùng doøng ñieän seùt vaø xaùc suaát xuaát
hieän:
Ñeå ño ñoä doác doøng ñieän seùt ngöôøi ta duøng moät khung baèng daây
daãn noái vaøo moät hoa ñieän keá. Khi seùt ñaùnh vaøo coät thu seùt vôùi
ñoä doác a thì trong khung seõ caûm öùng leân moät söùc ñieän ñoäng baèng
Mdis/dt (M laø heä soá hoå caûm giöõa daây daãn doøng ñieän seùt cuûa coät
thu seùt vôùi khung).
Ñieän aùp ñaàu ra cuûa khung: U = M(dis/dt)max.
Ñoä doác lôùn nhaát cuûa doøng ñieän seùt chaïy qua coät: a = (di s/dt)max,
(KA/s).
* Xaùc suaát xuaát hieän ñoä doác coù theå tính theo:
+ Cho vuøng ñoàng baèng: Va = e-a/15,7 = 10-a/36
+ Cho vuøng nuùi cao: Va = 10-a/18
2.3/ Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa seùt:
Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa doâng seùt ñöôïc xaùc ñònh baèng soá ngaøy
doâng trong moät naêm vaø xem nhö trò soá trung bình qua nhieàu naêm quan
saùt vaø ño ñaït ôû nhöõng ñòa phöông khaùc nhau. Soá laàn seùt ñaùnh luoân
thay ñoåi trong moät ngaøy.
Theo taøi lieäu “Höôùng daãn thieát keá baûo veä choáng seùt cho nhaø ôû
vaø coâng trình – CH 305 – 69” cuûa Lieân Xoâ cuû ,soá laàn seùt ñaùnh trong
moät naêm vaøo coâng trình (khi chöa coù heä thoáng baûo veä choáng seùt)
ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau:
(S + 3hx)(L + 3hx)n
N=
106
trong ñoù: S – chieàu roäng cuûa nhaø(coâng trình) , m.
L – chieàu daøi cuûa nhaø(coâng trình), m.
hx – chieàu cao tính toaùn cuûa nhaø(coâng trình), m.
n – soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân 1Km 2 trong moät naêm
xaõy ra ôû ñòa phöông xaây döïng nhaø(coâng trình).
* Soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân 1Km2 trong moät naêm:
Baûng 1.1:
Soá giôø doâng Soá laàn seùt
trong naêm. ñaùnh
Trung bình.
20 – 40 2,5
40 – 60 3,8
60 – 80 5
80 – 100 6,3
- 100 7,5
7
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
* Soá ngaøy doâng trung bình trong naêm ôû moät soá ñòa phöông cuûa Vieät
Nam (theo soá lieäu cuûa toång cuïc khí töôïng thuûy vaên thoáng keâ):
Baûng 2.1 :
TT Ñòa phöông Ngaøy T Ñòa phöông Ngaøy
doâng/na T doâng/n
êm aêm
1 Baø ròa - Vuõng 77,8 2 Ngheä an - Vinh 88,4
2 taøu 96,9 6 Phuù yeân - Tuy 37,6
3 Baéc thaùi - Thaùi 52,1 2 hoøa 71,7
4 nguyeân 80,7 7 Quaûng bình - 76,0
5 Bình ñònh - Qui 93,7 2 Ñoàng hôùi 75,2
6 nhôn 112,2 8 Quaûng nam - Ñaø 87,1
7 Bình thuaän - Phan 129,9 2 naüng 72,4
8 thieát 96,8 9 Quaûng ngaõi 104,1
9 Cao baèng 101,3 3 Quaûng ninh - Hoøn 105,5
1 Ñaéc laéc 103,1 0 gai 126,3
0 Ñoàng thaùp - Cao 93,6 3 Quaûng trò - Ñoâng 53,8
1 laõnh 87,2 1 haø 99,0
1 Gia lai - Pleiku 92,8 3 Soâng beù - Phöôùc 93,9
1 Haø baéc - Baéc 72,3 2 long 123,8
2 giang 78,6 3 Sôn la 118,1
1 Haø giang 78,6 3 Taây ninh 88,2
3 Haø noäi - Laùng 45,0 3 Thaùi bình 83,6
1 Haø taây (Sôn 110,4 4 Thanh hoùa 57,3
4 taây) 99,4 3 Thöøa thieân - Hueá 52,3
1 Haø tónh 97,0 5 Tieàn giang - Myõ 104,1
5 Haûi höng - Haûi 89,5 3 tho 111,9
1 döông 77,6 6 Traø vinh - Caøng 95,8
6 Höng yeân 89,8 3 long 111,3
1 T.P Hoà Chí Minh 118,9 7 Tuyeân quang 110,3
7 Khaùnh hoøa - Nha 72,2 3 Yeân baùi 90,8
1 trang 8 Coân ñaûo
8 Kieân giang - Raïch 3 Tröôøng sa
1 giaù 9 Phuù lieãn
9 Phuù quoác 4 Moáng caùi
2 Lai chaâu 0 Tam ñaûo
0 Laïng sôn 4 Phuù thoï
2 Laøo cai 1 Ñieän bieân
1 Laâm ñoàng - Ñaø 4 Sapa
2 laït 2
2 Minh haûi - Caø 4
2 mau 3
3 Nam haø - Nam 4
2 ñònh 4
4 4
2 5
5 4
6
4
7
4
8
4
9
5
0
8
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
3/ Taùc haïi cuûa doøng ñieän seùt:
- Khi moät coâng trình bò seùt ñaùnh tröïc tieáp doøng seùt seõ gaây
taùc haïi veà cô , nhieät vaø ñieän töø.
- Neáu caùc coâng trình noái lieàn vôùi caùc vaät daãn ñieän keùo daøi nhö
: ñöôøng daây ñieän, daây ñieän thoaïi, ñöôøng raây, oáng nöôùc gas baèng
kim loaïi,... nhöõng vaät daãn aáy coù theå mang ñieän theá cao töø xa ñeán
khi chuùng bò seùt ñaùnh, gaây nguy hieåm cho ngöôøi vaø caùc thieát bò noái
vôùi noù.
- Caàn chuù yù laø ñieän aùp coù theå caûm öùng treân caùc vaät daãn
(caûm öùng tónh ñieän, hoaëc caùc daây daãn ñieän taïo thaønh nhöõng maïch
voøng caûm öùng ñieän töø). Khi coù phoùng ñieän seùt ôû gaàn ñieän aùp
naøy coù theå leân ñeán haøng chuïc kV vaø do ñoù raát nguy hieåm.
Nhö vaäy, seùt coù theå gaây nguy hieåm tröïc tieáp vaø giaùn tieáp caàn
phaûi coù caùc phöông phaùp phoøng choáng seùt tröïc tieáp vaø giaùn tieáp
höõu hieäu, giaûm thieåu caùc ruûi ro do seùt gaây ra.
B. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP PHOØNG CHOÁNG SEÙT TRÖÏC TIEÁP :
1/ Khaùi nieäm chung:
Ñeå choáng seùt ñaùnh tröïc tieáp cho ñeán nay thöôøng duøng heä
thoáng thu seùt baèng coät thu loâi, ñoái vôùi caùc toøa nhaø coâng nghieäp,
traïm, kieán truùc cao taàng,... boä phaän thu seùt coù theå duøng kim, daây,
ñai hoaëc löôùi thu seùt. Yeâu caàu cuûa vieäc choáng seùt laø toaøn boä
coâng trình ñöôïc baûo veä caàn phaûi naèm trong vuøng baûo veä cuûa heä
thoáng thu seùt, heä thoáng naøy coù theå naèm ngay treân keát caáu coâng
trình hay ñaët caùch ly tuøy thuoäc vaøo hoaøn caûnh vaø ñieàu kieän cuï theå.
Song song vôùi vieäc choïn löïa heä thoáng thu seùt coøn löu yù ñeán vaán ñeà
noái ñaát choáng seùt, noái ñaát baûo veä vaø noái ñaát choáng seùt caûm
öùng. Phöông aùn choáng seùt ñöôïc choïn phaûi coù hieäu quûa choáng seùt
cao, chi phí ñaàu tö xaây döïng ít nhaát vaø yeáu toá myõ quan cuõng caàn
ñöôïc xem xeùt.
Heä thoáng choáng seùt cô baûn goàm coù caùc ñieän cöïc (kim thu seùt)
ñöôïc noái vôùi daây daãn xuoáng, daây daãn xuoáng laïi ñöôïc noái vôùi löôùi
tieáp ñaát. Vai troø cuûa caùc ñieän cöïc trôû thaønh ñieåm muïc tieâu seùt
choïn ñaùnh. Maïng daây daãn xuoáng seõ truyeàn naêng löôïng seùt xuoáng
ñaát, coøn löôùi tieáp ñaát coù nhieäm vuï taûn naêng löôïng seùt vaøo trong
ñaát.
2/ Choáng seùt theo phöông phaùp coå ñieån:
2.1. Kim thu seùt Franklin:
- Vaøo naêm 1752 nhaø khoa hoïc ngöôøi Myõ Benjamin Franklin ñaõ
phaùt hieän ra caùc nguyeân taéc choáng seùt cô baûn naøy. Caùc ñieän cöïc
Franklin coù ñoä cao thay ñoåi töø 2m ñeán 3m hoaëc cao hôn. Caùc thanh
Franklin naøy ñöôïc ñaët ôû nhieàu ñieåm treân noùc nhaø hoaëc ñænh coät
cao. Coät thu seùt coù nhieàu kieåu khaùc nhau, veà caáu taïo bao goàm caùc
boä phaän sau:
+ Kim thu seùt (1)
+ Coät gaén kim thu seùt (2)
+ Daây daãn truyeàn naêng löôïng seùt xuoáng ñaát (3)
+ Boä phaän noái ñaát (4).
9
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 6.1: Coät thu seùt.
Kim thu ñöôïc laøm baèng theùp caùn vôùi nhieàu loaïi tieát dieän khaùc
nhau, ñænh kim khoâng nhoû hôn 100mm 2. Neáu theùp deïp beà daøy khoâng
ñöôïc nhoû hôn 3,5mm. Neáu theùp oáng beà daøy thaønh oáng khoâng nhoû
hôn 3mm. Chieàu daøi hieäu duïng cuûa kim khoâng ñöôïc nhoû hôn 200mm.
Kim thu coù theå maï keõm, thieác, sôn daãn ñieän.
Neáu coät laøm baèng kim loaïi coù theå duøng thaân coät ñeå laøm daây
daãn seùt, coät laøm beâ toâng loõi theùp coù theå duøng theùp trong coät
laøm daây daãn seùt, vaø ñoái vôùi nhöõng nhaø, coâng trình coù nhöõng caáu
kieän baèng theùp hoaëc beâ toâng coát theùp thì coù theå duøng caùc phaàn
kim loaïi cuûa caáu kieän ñeå laøm daây daãn seùt.Trong caùc tröôøng hôïp
treân, phaàn kim loaïi duøng vaøo vieäc truyeàn daãn doøng ñieän seùt phaûi
coù tieát dieän töø 100mm trôû leân (vôùi theùp) vaø phaûi baûo ñaûm lieân
tuïc veà maët daãn ñieän.
2.2. Ñai vaø löôùi thu seùt:
Ñai vaø löôùi thu seùt duøng ñeå choáng seùt ñaùnh thaúng coù theå
laøm baèng theùp deïp hay troøn vôùi tieát dieän khoâng ñöôïc nhoû hôn
35mm2. Ñai hoaëc löôùi cho pheùp ñaët beân döôùi lôùp choáng thaám hay
lôùp caùch nhieät cuûa noù.
Cuõng coù theå ñaët keát hôïp kim ngaén leân löôùi thu seùt, khoaûng
caùch trung bình giöõa caùc kim treân löôùi töø 6 ÷ 12m (vieàn theo chu vi
maùi), kim duøng theùp troøn 12 ÷16mm coù chieàu cao khoaûng 0,5m.
Hình 7.1: Löôùi thu seùt.
2.3. Daây thu seùt:
Daây thu seùt ñöôïc duøng ñeå baûo veä cho nhöõng coâng trình coù
daïng heïp vaø keùo daøi cuï theå nhö caùc ñöôøng daây daãn ñieän treân
khoâng, coù chieàu daøi ñaùng keå.
Daây thu seùt cuõng coù theå keát hôïp vôùi coät thu seùt ñeå baûo veä
cho caùc traïm phaân phoái ñieän. Daây thu seùt phaûi laøm baèng theùp, tieát
10
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
dieän daây khoâng ñöôïc nhoû hôn 50mm 2 vaø khoâng ñöôïc lôùn hôn 75mm 2
(theo TCN - 46 - 71).
Hình 8.1: Daây thu seùt.
2.4. Caùch xaùc ñònh vuøng baûo veä:
+ Phöông phaùp quaû caàu laên:
Giöõa ñieän tích vaø cöôøng ñoä ñieän tröôøng taïi muõi tieân ñaïo seùt
cuõng nhö giöõa ñieän tích vaø bieân ñoä doøng seùt coù moät moái quan heä.
Töø moái quan heä naøy moät phöông phaùp ñöôïc ñöa ra vaøo cuoái thaäp
nieân 70 nhaèm xaùc ñònh ñieåm seùt ñaùnh döïa treân cô sôû cuûa ñoä daøi
khoaûng caùch phoùng ñieän, goïi laø phöông phaùp “Quaû caàu laên” vaø
phöông phaùp naøy ñaõ ñöôïc ñöa vaøo tieâu chuaån cuûa Uùc AS 1768 - 1991.
Ngöôøi ta giaû thieát muõi tieân ñaïo seùt ôû ñieåm giöõa (taâm) moät
quaû caàu coù baùn kính baèng ñoä daøi cuûa khoaûng caùch phoùng ñieän,
nhö vaäy seõ coù nhöõng ñieåm beà maët quaû caàu chaïm vôùi maët ñaát
hoaëc caùc boä phaän treân beà maët ñaát, nhöõng ñieåm chaïm ñoù coù theå
laø nhöõng ñieåm seùt ñaùnh, cuõng coù caùc vuøng beà maët quaû caàu
khoâng theå chaïm ñeán, ñieàu naøy ñöôïc minh hoïa treân hình 9.1
Quaû caàu naøy coù baùn kính khoaûng 45m ñoái vôùi möùc baûo veä
tieâu chuaån (doøng ñieän seùt ñaùnh 10KA vaø hôn nöõa). Ñoái vôùi caùc
coâng trình quan troïng (deã chaùy, noå), ngöôøi ta thieát keá quaû caàu coù
baùn kính 20m.
Vuøng beà maët caàu khoâng chaïm tôùi ñöôïc coù theå ngaên caûn seùt
goïi laø vuøng baûo veä.
Khoaûng caùch phoùng ñieän Ds (ñoä daøi caûn seùt) phuï thuoäc vaøo
bieân ñoâ doøng seùt coù theå xaùc ñònh baèng coâng thöùc : Ds = 6,7.I 0,8 ,m
Vôùi I : laø bieân ñoä doøng seùt (KA) phuï thuoäc vaøo möùc baûo veä.
11
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 9.1 : Moâ taû vuøng baûo veä theo phöông phaùp quaû caàu laên.
+ Phöông phaùp hình noùn:
a. Phaïm vi baûo veä cuûa coät thu seùt
Phaïm vi baûo veä cuûa moät coät thu seùt laø moät hình noùn troøn xoay
coù ñöôøng sinh daïng hyperbol, coù tieát dieän ngang laø nhöõng hình troøn
vôùi baùn kính rx ñöôïc xaùc ñònh:
h - hx
rx = 1,6h p.
h + hx
Vôùi p = 1 khi h ≤ 30m
30 1
p= = 5,5
h h
Khi 30m < h < 100m
Hình 10.1 : Phaïm vi baûo veä cuûa coät thu
seùt
Ñeå ñôn giaûn trong thieát keá ngöôøi ta thöôøng thay theá ñöôøng cong baäc
hai (ñöôøng sinh) cuûa hình noùn troøn xoay naøy baèng moät ñoaïn ñöôøng
gaõy khuùc vôí caùc phöông trình ñôn giaûn sau:
2
- ÔÛ ñoä cao hx ≤ h thì :
3
phaïm vi baûo veä ñöôïc xaùc ñònh:
hx
rx = 1,5h (1 - )p
0,8h
12
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
2
- ÔÛ ñoä cao hx > h thì:
3
hx
rx = 0,75h(1 - )p
h
Hình 11.1 : Phaïm vi baûo veä cuûa coät thu seùt vôùi caùch veõ ñôn giaûn
hoùa
Thöïc nghieäm cho thaáy laø neân duøng nhieàu coät vôùi ñoä cao
khoâng lôùn ñeå baûo veä thay cho moät coät coù ñoä cao lôùn ; phaïm vi baûo
veä cuûa 2 coät thu seùt coù kích thöôùc lôùn hôn nhieàu so vôùi toång soá
phaïm vi baûo veä cuûa 2 coät ñôn.
Hình 12.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 2 coät thu seùt coù ñoä cao baèng nhau.
- Khi 2 coät thu seùt ñaët caùch nhau moät khoaûng a = 7h thì baát kyø
ñieåm naøo treân maët ñaát trong khoaûng giöõa 2 coät seõ khoâng
bò seùt ñaùnh, töø ñoù suy ra neáu 2 coät thu seùt ñaët caùch nhau
moät khoaûng a < 7h thì seõ baûo veä ñöôïc ñoä cao ho xaùc ñònh
bôûi:
a a
h - ho = ho = - ho
7 7
8
Caùc phaàn beân ngoaøi gioáng nhö tröôøng hôïp 1 coät, coøn phaàn
beân trong ñöôïc giôùi haïn bôûi voøng cung ñi qua 3 ñieåm : 2 ñænh coät vaø
moät ñieåm ôû giöõa coù ñoä cao h o, (ho ñöôïc xem nhö ñoä cao cuûa coät thu
seùt giaû töôûng naèm giöõa 2 coät).
ho - h x
13
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
rox = 1,6ho p
ho+ hx
- Neáu 2 coät thu seùt coù ñoä cao khaùc nhau, ví duï: h 1< h2 phaïm vi
baûo veä giöõa 2 coät coù ñöôïc baèng caùch noái hình coät h 2 ngang caét
ñöôøng sinh cuûa coät h1 taïi moät ñieåm, ñieåm naøy xem nhö laø ñænh cuûa
coät thu seùt giaû töôûng .
h1’ = h2 vaø khu vöïc baûo veä giöõa 2 coät h 2 vaø h1’ caùch nhau a’ ñaõ ñöôïc
trình baøy nhö 2 coät thu coù ñoä cao baèng nhau.
Hình13.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 2 coät thu seùt coù ñoä cao khoâng baèng
nhau
Khi coâng trình caàn ñöôïc baûo veä coù phaïm vi roäng lôùn seõ duøng
nhieàu coät phoái hôïp baûo veä. Phaàn ngoaøi cuûa phaïm vi baûo veä ñöôïc
xaùc ñònh nhö cuûa töøng ñoâi coät. Caàn phaûi kieåm tra ñieàu kieän baûo
veä an toaøn cho toaøn dieän tích caàn ñöôïc baûo veä. Vaät coù ñoä cao h x seõ
naèm trong vuøng ñöôïc baûo veä neáu thoûa maõn ñieàu kieän :
D ≤ 8(h - hx) vôùi h ≤ 30m
D ≤ 8(h - hx)p vôùi h > 30m
Hình 14.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 3 coät thu seùt .
14
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 15.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 4 coät thu seùt.
b. Phaïm vi baûo veä cuûa daây choáng seùt (DCS) :
Daây choáng seùt thöôøng duøng ñeå baûo veä cho ñöôøng daây
taûi ñieän treân khoâng. Ñeå baûo veä ngöôøi ta treo daây choáng seùt treân
toaøn boä tuyeán ñöôøng daây. Tuøy theo caùch boá trí daây daøi treân coät,
coù theå treo 1 hay 2 daây choáng seùt sao cho daây daãn ñieän cuûa 3 pha
ñeàu naèm trong phaïm vi baûo veä cuûa DCS.
- Daûi baûo veä bx cuûa coät treo 1 DCS ñöôïc tính theo coâng thöùc:
+ ÔÛ ñoä cao hx > 2/3 h thì:
bx = 0,6h (1-hx/h) p
+ ÔÛ ñoä cao hx < 2/3 h thì:
bx = 1,2h (1-hx/0,8h) p
Hình 16.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 1 daây choáng seùt.
- Phaïm vi baûo veä cuûa 2 DCS :
Khi 2 DCS ñaët caùch nhau moät khoaûng S = 2B = 4h thì moïi ñieåm
treân maët ñaát naèm giöõa 2 daây naøy seõ ñöôïc baûo veä an toaøn vaø
neáu S < 4h thì coù theå baûo veä cho caùc ñieåm (giöõa 2 daây) coù möùc
cao tôùi :
ho = h - S/4p.
15
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 17.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 2 daây choáng seùt
Khi daây daãn boá trí ngang thì ñieàu kieän ñeå daây naèm giöõa vôùi
ñoä cao hDD ñöôïc baûo veä laø khoaûng caùch S giöõa 2 DCS phaûi thoûa ñieàu
kieän :
S < 4p (hDCS - hDD)
Giôùi haïn phaïm vi baûo veä ôû phía ngoaøi ôû 2 DCS cuõng gioáng nhö
töøng DCS rieâng leû, coøn khu vöïc baûo veä giöõa 2 DCS ñöôïc giôùi haïn bôûi
cung troøn veõ qua 2 ñieåm, ôû giöõa coù ñoä cao h o.
- Phaïm vi baûo veä cuûa DCS trong thöïc teá:
Ñoä treo trung bình cuûa daây
daãn thöôøng hôn 2h/3, do ñoù trong tröôøng
hôïp naøy chæ caàn xaùc ñònh ñuùng goùc
baûo veä laø ñuû ( : goùc taïo bôûi ñöôøng
thaúng noái lieàn ñieåm treo daây CS vôùi
daây daãn vaø ñöôøng thaúng goùc vôùi maët
ñaát qua ñieåm treo DCS (hình 18.1), caøng
beù thì xaùc suaát seùt ñaùnh vaøo DD caøng
beù.
Tröôøng hôïp giôùi haïn h DD =
2hDCS/3 thì gh = 31o (tggh = 0,6)
Ñeå taêng möùc an toaøn (giaûm xaùc suaát
seùt ñaùnh voøng qua DCS vaøo
DD) .Thöôøng choïn = 20o ÷ 25o cho caùc
ñöôøng daây taûi ñieän quan troïng .
Hì
nh:18.1
3. Choáng seùt theo phöông phaùp hieän ñaïi:
Trong nhöõng thaäp nieân vöøa qua nhieàu cuoäc nghieân cöùu vaøthöû
nghieäm ñöôïc tieán haønh nhieàu nôi treân theá giôùi nhö ôû Uùc, Phaùp,
Myõ ... nhaèm taïo ra moät ñaàu thu ñaëc bieät coù ñaëc tính toát hôn ñaàu
thu seùt thoâng thöôøng vaø coù phaïm vi baûo veä roäng hôn. Vaøo naêm
1914 nhaø vaät lyù ngöôøi Hungari laø Sziza ñaët ra caâu hoûi neáu coät
Franklin coù ñöôïc caûi tieán hay khoâng khi theâm vaät lieäu phoùng xaï taïo
ra caùc ion taêng söï thu huùt cuûa seùt ? Vaøi vaät lieäu phoùng xaï ñaõ ñöôïc
16
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
duøng laø Uranium vaø Thyradium, cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu phoùng xaï
ñöôïc giôùi haïn laø 1mili Curie laø möùc an toaøn ñoái vôùi con ngöôøi. Ngoaøi
ra, naêm 1964 Ball ñeà xuaát vieäc duøng tia Laze ñeå phoùng ñieän vaøo caùc
ñaùm maây doâng, noù coù theå chaën moät tieân ñaïo khi tia tieân ñaïo phaùt
trieån höôùng xuoáng ñaát. Tia Laze coù taùc duïng nhö moät daây daãn töø
ñaùm maây ñeán ñaát vaø keát thuùc baèng moät daây daãn xuoáng vaø noái
vôùi moät heä thoáng noái ñaát. Vaø moät soá phöông phaùp nöõa ... Tuy
nhieân nhieàu cuoäc tranh luaän vaø thöû nghieäm xoay quanh caùc ñeà taøi
ñoù ñi tôùi moät keát cuïc laø nhieàu yù töôûng khoù maø thöïc hieän ñöôïc vaø
khoù maø chöùng minh ñöôïc tính hieäu quaû cuûa noù.
Qua quan saùt 30 naêm trôû laïi ñaây, coù caùc loaïi ñieän cöïc thu seùt
ñöôïc caûi tieán nhö:loaïi ñieän cöïc phoùng xaï, loaïi ñieän cöïc phaùt xaï sôùm
ñaõ ñöôïc öùng duïng vaøo thöïc tieãn.
Treân thò tröôøng Vieät Nam hieän nay ñang duøng caùc loaïi ñaàu thu
phaùt xaï sôùm (ESE), goàm coù Prevectron cuûa haõng Indelec (Phaùp), EF
cuûa haõng EF Carrich System (Thuïy Sæ), Dynasphere, Interceptor cuûa
haõng Global (Uùc) ...
3.1. Kim thu seùt phaùt xaï sôùm:
Veà cô baûn thieát bò choáng seùt taïo tia tieân ñaïo bao goàm:
- Kim thu seùt trung taâm baèng ñoàng ñieän phaân hoaëc theùp, hôïp
kim khoâng ræ. Kim naøy coù taùc duïng taïo moät ñöôøng daãn doøng seùt
lieân tuïc töø tia tieân ñaïo vaø daãn xuoáng ñaát theo daây daãn seùt.
- Thieát bò taïo ion, giaûi phoùng ion vaø taïo tia tieân ñaïo. Ñaây laø tính
naêng ñaëc bieät cuûa ñaàu thu seùt phaùt xaï sôùm. Nhôø thieát bò naøy maø
ñaàu thu seùt coù theå taïo ra vuøng baûo veä roäng lôùn vôùi möùc ñoä an
toaøn cao.
Veà nguyeân taéc hoaït ñoäng trong tröôøng hôïp doâng baõo xaûy ra
ñieän tröôøng khí quyeån gia taêng khoaûng vaøi ngaøn Voân/meùt, ñaàu thu
seùt seõ thu naêng löôïng ñieän tröôøng khí quyeån, naêng löôïng naøy ñöôïc
tích tröõ trong thieát bò ion hoùa. Tröôùc khi xaûy ra hieän töôïng phoùng
ñieän seùt coù moät söï gia taêng nhanh choùng vaø ñoät ngoät cuûa ñieän
tröôøng khí quyeån, aûnh höôûng naøy taùc ñoäng laøm thieát bò ion hoùa
giaûi phoùng naêng löôïng ñaõ tích luõy döôùi daïng ion taïo ra moät ñöôøng
daãn tieân ñaïo veà phía treân, chuû ñoäng daãn seùt.
- Quaù trình ion hoùa ñöôïc ñaëc tröng bôûi:
+ Thieát bò ion hoùa cho pheùp ion phaùt ra trong khoaûng thôøi gian raát
ngaén vaø taïi thôøi ñieåm thích hôïp ñaëc bieät, chæ vaøi phaàn cuûa giaây
tröôùc khi coù phoùng ñieän seùt, do ñoù ñaûm baûo daãn seùt kòp thôøi chính
xaùc.
+ Söï xuaát hieän moät soá löôïng lôùn caùc electron tieân ñaïo cuøng vôùi söï
gia taêng cuûa ñieän tröôøng coù taùc duïng ruùt ngaén thôøi gian taïo hieäu
öùng Corona.
+ Ñaàu thu ESE phaùt ra moät ñöôøng daãn seùt chuû ñoäng veà phía treân
nhanh hôn baát cöù ñieåm nhoïn naøo gaàn ñoù.
3.2 . Caùch xaùc ñònh vuøng baûo veä :
Tuøy theo coâng ngheä cheá taïo cuûa töøng loaïi ñaàu thu maø caùc
nhaø saûn xuaát ñöa ra coâng thöùc tính toaùn phaïm vi baûo veä.
17
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
+ Phaïm vi baûo veä cuûa kim thu Prevectron ñöôïc tính theo coâng
thöùc:
Rp = h(2D - h) + [L(2D + L)] (vôùi h>5m )
Trong ñoù : L = 106.T ,
(m)
vôùi T : ñoä lôïi veà thôøi gian cuûa töøng ñaàu kim.
h : chieàu cao thöïc kim thu tính töø maët baèng baûo veä .
D = 20m vôiù caáp baûo veä cao nhaát.
D = 45m vôùi caáp baûo veä trung bình.
D = 60m vôùi caáp baûo veä tieâu chuaån.
chuù thích: vôùi h 5m tra theo baûng cuûa nhaø saûn xuaát.
Hình 19.1 : Vuøng baûo veä cuûa ñaàu thu Prevectron
+ Phaïm vi baûo veä cuûa ñaàu thu Dynasphere ñöôïc xaây döïng treân
phöông phaùp Collection Volume cuûa tieán só A.J.Eriksow.Phöông phaùp naøy
ñöôïc moâ taû nhö sau:
Ñieän tích Q phaân boå doïc theo luoàng ñieän phoùng xuoáng gaây söï
taêng nhanh ñieän tröôøng giöõa noù vaø ñieåm tieáp ñaát. Khi ñaït ñeán giaù
trò ñieän tröôøng tôùái haïn, ñieåm tieáp ñaát phoùng moät luoàng tieáp nhaän
leân treân. Khoaûng caùch ôû nôi xaûy ra söï kieän naøy goïi laø “khoaûng
caùch seùt ñaùnh”. Ñieän tröôøng tôùái haïn tuøy thuoäc vaøo caû ñieän tích
phoùng xuoáng vaø caû khoaûng caùch ñeán ñieåm tieáp ñaát. Hình 20.1, cho
thaáy söï hình thaønh baùn caàu khoaûng caùch seùt xung quanh moät ñieåm
tieáp ñaát ñôn ñoäc , ñieän tích phoùng caøng lôùn khoaûng caùch naøy caøng
lôùn. Neáu luoàng phoùng xuoáng gaàn ñeán chu vi cuûa hình caàu, vaän toác
cuûa noù coù theå mang noù tieán ñeán tröôùc ñeå tieáp nhaän moät luoàng
ñieän phoùng leân khaùc. Nhö vaäy, coù theå coù tröôøng hôïp luoàng ñieän
phoùng xuoáng ñi vaøo trong baùn caàu phoùng seùt maø khoâng coù söï tieáp
nhaän (vì khoaûng caùch töø tia tieân ñaïo ñeán ñieåm phoùng leân khaùc,
nhoû hôn töø tia tieân ñaïo ñeán ñieãm ñang xeùt ) . Trong hình 20.1 moät
18
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
hình Parabol giôùi haïn ñöôïc ñaët treân baùn caàu. Ñöôøng Parabol naøy ñöôïc
hình thaønh treân caùc yeáu toá vaän toác vaø hoaøn chænh theå tích thu
(Collection Volume). Vaäy chaén coù söï tieáp nhaän bôûi moät ñieåm lieân heä
treân maët ñaát. Hình 20.1 cuõng cho thaáy theå tích thu trôû neân roäng hôn
vôùi söï taêng ñieän tích luoàng coù theå noùi raèng luoàng phoùng xuoáng ñi
vaøo moät theå tích nhö theá thì veà lyù thuyeát chaéc phoùng xuoáng. Coù
nghóa laø doøng ñieän seùt caøng lôùn theå tích thu caøng lôùn.
Hình 20.1: Vuøng thu seùt,baùn caàu ñöôïc bao bôûi moät parabola giôùi haïn
Moät chöông trình maùy tính BENJI do Lightning
Protection International Ply Ltd xaây döïng. Noù tính
toaùn maät ñoä ñieän tröôøng töông öùng ôû moãi
giai ñoaïn vaø so saùnh söï gia taêng ñieän tröôøng
cuûa caùc ñieåm ñoái dieän (caùc goùc vaø caïnh
toøa nhaø, aêng ten, thieát bò ...). Sau ñoù chöông
trình tính ra ñieåm naøo taïo ra tieân ñaïo höôùng
leân ñaàu tieân gaëp tieân ñaïo höôùng xuoáng. Söï
phoùng ñieän chính phoùng trôû laïi theo ñöôøng
tieân ñaïo phoùng leân / phoùng xuoáng. Coù theå
tính toaùn baùn kính thu cho moãi ñieåm thích
öùng.
Caùc ñaàu thu cuûa haõng Global ñaõ chöùng
minh khaû naêng taïo ra nhieàu theå tích thu lôùn
hôn coät Franklin.
Hình 21.1
Moät hay nhieàu ñaàu thu nhö vaäy ñöôïc ñaët treân caáu truùc caàn
baûo veä ñeå caùc theå tích thu cuûa chuùng phuû laép treân caùc theå tích thu
nhoû töï nhieân ôû caùc ñieåm nhoâ ra cuûa caáu truùc.
Phöông phaùp naøy toû ra thuaän tieän vaø haáp daãn cho caùc chuyeân
vieân aùp duïng vaøo thieát keá choáng seùt.
4. Daây thoaùt seùt:
Coù nhieäm vuï daãn doøng seùt töø ñaàu thu seùt ñeán heä thoáng noái
ñaát. Daây daãn seùt coù 3 daïng chính laø deïp, troøn hay beän nhieàu sôïi.
Tieát dieän thöïc cuûa chuùng phaûi lôùn hôn hoaëc baèng 50mm. Tuøy theo
19
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
ñieàu kieän moâi tröôøng vaø coâng trình maø caùc loaïi daây daãn ñöôïc
choïn :
- Daây ñoàng traàn ñieän phaân maï thieác coù tính daãn toát.
- Daây theùp khoâng ræ duøng trong moâi tröôøng aên moøn cao.
- Daây nhoâm gaén treân beà maët coâng trình baèng nhoâm.
Coù theå duøng coát theùp trong caáu kieän beâ toâng coát theùp cuûa
coâng trình ,caùc voû boïc baèng kim loaïi beân ngoaøi coâng trình , caùc oáng
kim loaïi, ...laøm daây daãn seùt ( ñoái vôùi coâng trình coù baûo veä choáng
seùt caáp 2, 3 )
Gaàn ñaây, coøn duøng moät daây xuoáng coù boïc caùch ñieän (daây
Ericore). Thuaän lôïi chính cuûa loaïi vaät daãn naøy cho pheùp ngöôøi thieát
keá höôùng doøng seùt ñi voøng qua caùc vuøng nhaïy caûm, caùp naøy coù
theå ñi ngaàm beân trong cuûa keát caáu coâng trình. Trong haàu heát tröôøng
hôïp chæ caàn moät daây daãn xuoáng coù boïc.
5 . Heä thoáng noái ñaát:
5.1 .Noái ñaát choáng seùt
Thieát bò noái ñaát thöôøng laø caùc coïc, thanh baèng kim loïai hay
baêng ñoàng phaúng coù hình daïng vaø kích thöôùc khaùc nhau choân trong
ñaát. Coïc thöôøng ñöôïc cheá taïo baèng caùc loaïi theùp oáng, theùp troøn
theùp goùc.Thanh ñöôïc cheá taïo baèng caùc baêng theùp deït, theùp troøn .
Heä thoáng noâí ñaát phaûi ñaõm baûo yeâu caàu chi phí kim loaïi nhoû
nhaát, baûo ñaûm ñoä beàn cô, baûo ñaûm veà choáng aên moøn khi ñaët
trong ñaát.
Coù theå xöû duïng caùc keát caáu kim loaïi cuûa coâng trình ñeå laøm
noái ñaát töï nhieân nhö moùng , oáng daãn nöôùc baèng kim loaïi choân trong
ñaát, voû caùp ngaàm,...nhaèm muïc ñích giaûm gía thaønh xaây döïng heä
thoáng noái ñaát cho coâng trình.
Trò soá ñieän trôû noái ñaát caøng beù taùc duïng taûn doøng ñieän seùt
caøng cao. Ñoái vôùi vuøng ñaát coù ñoä daãn ñieän xaáu coù theå duøng
muoái, than ñeå caûi thieän ñoä daån ñieän cuûa ñaát. Hieän nay ngöôøi ta
coøn duøng hoùa chaát caûi taïo ñaát ñeå laøm giaûm ñieän trôû suaát cuûa
ñaát.
Trong heä thoáng noái ñaát coøn coù caùc boä phaän khaùc vôùi muïc
ñích kieåm tra vaø an toaøn :
+ Noái kieåm tra : duøng ñeå taùch rieâng daây daãn xuoáng vaø heä
thoáng noái ñaát, nhôø ñoù coù theå ño chính xaùc ñieän trôû heä thoáng noái
ñaát.
+ Hoäp quan saùt : duøng ñeå kieåm tra söï keát noái giöõa daây daãn
xuoáng vaø heä thoáng noái ñaát.
+ OÁng baûo veä: baûo veä khoaûng daây daãn xuoáng noái kieåm tra
vaø maët ñaát traùnh khoûi caùc va chaïm coù theå gaây hö hoûng cho daây
daãn xuoáng.
+ Maùy ñeám seùt: ñeå ñeám nhöõng cuù seùt thöïc söï xaûy ra cho
moät kieán truùc hay cho moät heä thoáng daây daãn xuoáng.
5.2. Noái ñaát ñaúng theá:
Khi doøng ñieän seùt ñi qua daây daãn seùt, coù moät söï cheânh leäch
ñieän theá giöõa daây daãn naøy vaø caùc caáu truùc kim loaïi ñaët noái ñaát
20
______________________________________________________________________________________________________________
________
LÔØI MÔÛ ÑAÀU
Trong coâng cuoäc ñoåi môùi, xaây döïng vaø phaùt trieån cuûa ñaát
nöôùc ta, ngaøy caøng coù nhieàu coâng trình xaây döïng, nhaø maùy moïc
leân naâng cao ñôøi soáng vaät chaát vaø tinh thaàn cho nhaân daân. Beân
caïnh söï öu ñaõi cuûa thieân nhieân cho con ngöôøi cuõng keøm theo söï khaéc
nghieät cuûa noù. Trong ñoù seùt laø moät hieän töôïng töï nhieân coù theå
gaây nguy hieåm ñeán tính maïng con ngöôøi vaø taøi saûn. Vì vaäy, ngoaøi
vieäc xaây döïng caùc coâng trình chuùng ta caàn phaûi coù bieän phaùp baûo
veä traùnh ñöôïc thieät haïi do seùt gaây ra.
Naêm 1752 nhaø baùc hoïc ngöôøi Myõ laø Benjamin Franklin ñaõ khaùm
phaù ra nguyeân taéc cô baûn trong vieäc phoøng choáng seùt tröïc tieáp laø
duøng coät nhoïn (kim Franklin) ñeå thu seùt vaø daãn seùt xuoáng ñaát, baûo
veä caùc coâng trình xaây döïng.
Tuy nhieân, kim Franklin cuõng coù nhöôït ñieåm laø phaïm vi baûo veä
heïp , laøm vieäc khoâng tin caäy vaø khoâng hieäu quaû. Ngaøy nay, vôùi söï
phaùt trieån cuûa KHKT, caùc nhaø khoa hoïc ñaõ nghieân cöùu vaø cheá taïo
ñöôïc caùc thieát bò thu seùt hieäu quaû hôn. Trong taäp kuaän aùn naøy xin
trình baøy caùc lyù luaän cô baûn veà seùt vaø caùc phöông phaùp phoøng
choáng seùt tröïc tieáp söû duïng coâng ngheä môùi bao goàm noäi dung laø:
- Toång quan veà seùt vaø caùc phöông phaùp phoøng choáng seùt tröïc
tieáp.
- Giôùi thieäu heä thoáng choáng seùt System 3000 (cuûa haõng GLT –
Uùc) vaø caùc phaàn meàm lieân quan.
- Thieát keá heä thoáng choáng seùt tröïc tieáp cho tröôøng ÑH Sö Phaïm
Kyõ Thuaät TP. HCM.
CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN VEÀ SEÙT VAØ CAÙC PHÖÔNG
PHAÙP
PHOØNG CHOÁNG SEÙT .
A. TOÅNG QUAN:
Nöôùc Vieät Nam ta thuoäc vuøng khí haäu nhieät ñôùi, noùng vaø aåm
thuaän lôïi cho vieäc hình thaønh maây doâng vaø seùt. Ngaøy nay, khi neàn
kinh teá ñaát nöôùc phaùt trieån tình hình xaây döïng cuõng phaùt trieån
raàm roä, nhieàu toaø cao oác, khu coâng nghieäp ra ñôøi, do ñoù vieäc
phoøng choáng seùt laø moät vaán ñeà caàn ñöôïc quan taâm.
1
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Ñeå thieát keá ñöôïc heä thoáng choáng seùt cho moät coâng trình caàn
phaûi coù söï hieåu bieát cô baûn veà ñieän khí quyeån, caùc hieän töôïng
phoùng ñieän trong khí quyeån (cuõng nhö caùc hieän töôïng phoùng ñieän
giöõa ñaùm maây vôùi maët ñaát).
1/ Quaù trình phoùng ñieän cuûa seùt:
1.1/ Söï hình thaønh maây doâng vaø seùt:
Doâng laø hieän töôïng xaõy ra chuû yeáu vaøo muøa haï lieân quan
ñeán söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa ñoái löu nhieät vaø caùc nhieãu
ñoäng khí quyeån. Doâng ñöôïc ñaët tröng bôûi söï xuaát hieän nhöõng
ñaùm maây doâng hay maây tích vuõ (Cumulonimbus) coù ñoä daày töø 10
16 Km, tích tuï moät löôïng nöôùc vaø taïo ra nhöõng ñieän theá cöïc
maïnh.
Trong thöïc teá söï hình thaønh caùc côn doâng gaén lieàn vôùi söï xuaát
hieän cuûa nhöõng luoàng khoâng khí khoång loà töø maât ñaát boác leân.
Caùc luoàng khoâng khí naøy ñöôïc hình thaønh do söï ñoát noùng bôûi aùnh
saùng maët trôøi, ñaëc bieät ôû caùc vuøng cao (doâng nhieät) hoaëc do söï
gaëp nhau cuûa nhöõng luoàng khoâng khí noùng aåm vôùi khoâng khí laïnh
(doâng Front). Sau khi ñaõ ñaït ñöôïc ñoä cao nhaát ñònh (khoaûng vaøi ki-
loâ- met trôû leân – vuøng nhieät ñoä aâm), luoàng khoâng khí aåm naøy bò
laïnh ñi – hôi nöôùc ngöng tuï thaønh nhöõng gioït nhoû li ti hay caùc tinh
theå baêng vaø taïo thaønh nhöõng ñaùm maây doâng.
Ñaõ töø laâu ngöôøi ta khaúng ñònh veà nguoàn taïo ra ñieän tröôøng
giöõa caùc ñaùm maây doâng vaø maët ñaát chính laø nhöõng ñieän tích
tích tuï treân caùc haït nöôùc li ti vaø caùc tinh theå baêng cuûa caùc daùm
maây doâng ñoù. Qua nhieàu laàn ño ñaït thöïc nghieäm, ngöôøi ta thaáy
raèng khoaûng 80 90% phaàn döôùi caùc ñaùm maây doâng chuû yeáu
chöùa ñieän tích aâm, töø ñoù caûm öùng treân maët ñaát nhöõng ñieän tích
döông töông öùng vaø taïo neân moät tuï ñieän khoâng khí khoång loà.
Hình 1.1: Söï phaân boá ñieän tích giöõa caùc ñaùm maây
vaø maët ñaát.
Hình treân (hình 1.1) cho ta thaáy söï phaân boá ñieän tích trong moät
ñaùm maây vaø treân maët ñaát. Khi phaàn döôùi cuûa ñaùm maây mang
ñieän tích aâm bò huùt veà phía maây mang ñieän tích döông treân maët ñaát,
vaät naøo treân maët ñaát caøng cao thì khoaûng caùch giöõa vaät vaø ñaùm
maây caøng nhoû vaø lôùp khoâng khí ngaên caùch giöõa vaät vaø maây caøng
nhoû cuõng nhö lôùp ngaên caùch caùc ñieän tích traùi daáu caøng moûng. Ôû
2
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
nhöõng nôi naøy seùt deã ñaùnh xuoáng maët ñaát. Khi ñeán gaàn nhaø cao,
caây cao thì maây doâng mang ñieän tích aâmhuùt caùc ñieän tích döông laøm
cho chuùng taäp trung laïi ôû moät ñieåm cao nhaát: treân maùi nhaø, ngoïn
caây,…(coøn goïi laø hieäu öùng muõi nhoïn). Neáu ñieän tích maây lôùn thì
treân maùi nhaø, ngoïn caây,… cuõng taäp trung moät ñieän tích lôùn. Ñeán
moät möùc ñoä naøo ñoù ñoä lôùn cuûa caùc ñieän tích traùi daáu noùi treân
seõ taïo neân moät söï cheânh leäch ñieän theá ñeå ñaùnh thuûng lôùp khoâng
khí ngaên caùch noù vôùi maët ñaát (cöôøng ñoä ñieän tröôøng ôû maët ñaát
luùc naøy khoaûng 25 30kV/cm), luùc naøy xaõy ra hieän töôïng phoùng
ñieän giöõa ñaùm maây doâng vaø maët ñaát.
Hình 2.1 : Söï phaùt sinh cuûa seùt trong ñaùm maây doâng.
Seùt thöïc chaát laø moät daïng phoùng tia löûa ñieän trong khoâng khí
vôùi khoaûng phoùng ñeän raát lôùn. Chieàu daøi trung bình cuûa keânh seùt
khoaûng töø 3 5 Km. Phaàn lôùn chieàu daøi ñoù phaùt trieån trong ñaùm
maây doâng. Quaù trình phoùng ñieän cuûa seùt töông töï quaù trình phoùng
ñieän tia löûa trong ñieän tröôøng raát khoâng ñoàng nhaát vôùi khoaûng
caùch phoùng ñieän lôùn.
1.2/ Caùc giai ñoaïn phoùng ñieän cuûa seùt:
Ban ñaàu xuaát phaùt töø maây doâng moät daõi saùng môø keùo daøi
töøng ñôït giaùn ñoaïn veà phía maët ñaát vôùi toác ñoä trung bình khoaûng
105 106 m/s , ñoù laø giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo theo töøng ñôït.
Keânh tieân ñaïo laø moät doøng Plasma maät ñoä ñieän tích khoâng cao laém,
khoaûng 10131014 ion/m3. Moät phaàn ñieän tích aâm cuûa maây doâng traøn
vaøo keânh vaøphaân boá töông ñoái ñeàu doïc theo chieàu daøi cuûa noù
(Hình 1.3a).
Thôøi gian phaùt trieån cuûa keânh tieân ñaïo moãi ñôït keùo daøi
khoaûng 1s (moãi ñôït keânh tieân ñaïo keùo daøi theâm trung bình vaøi chuïc
meùt). Thôøi gian taïm ngöng phaùt trieån giöõa hai ñôït lieân tieáp khoaûng
töø 30 90 m.
3
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 3.1: Caùc giai ñoaïn phoùng ñieän seùt vaø bieán thieân cuûa
doøng ñieän seùt theo thôøi gian.
a. Giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo.
b. Tieân ñaïo ñeán gaàn maët ñaát hình thaønh khu vöïc ion hoaù maõnh
lieät.
c. Giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc hay phoùng ñieän chuû yeáu.
d. Phoùng ñieän chuû yeáu keát thuùc.
Ñieän tích aâm toång töø maây traøn vaøo keânh tieân ñaïo baèng: Q =
.L
Vôùi: laø maät ñoä ñieän tích.
L laø chieàu daøi keânh.
Ñieän tích naøy thöôøng chieám khoaûng 10% löôïng ñieän tích chaïy vaøo
ñaát trong moät laàn phoùng ñieän seùt. Döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng
taïo neân bôûi ñieän tích cuûa maây doâng vaø ñieän tích trong keânh tieân
ñaïo, seõ coù söï taäp trung ñieän tích traùi daáu (thöôøng laø ñieän tích
döông) treân vuøng maët ñaát phía döôùi ñaùm maây doâng. Neáu vuøng ñaât
phía döôùi baèng phaúng vaø coù ñieän daãn ñoàng nhaát thì nôi ñieän tích
caûm öùng taäp trung seõ naèm tröïc tieáp döôùi keânh tieân ñaïo. Neáu vuøng
ñaát phía döôùi coù ñieän daãn khaùc nhau thì ñieän tích seõ taäp trung chuû
yeáu ôû vuøng keá caän, nôi coù ñieän daãn cao nhö vuøng quaëng kim loaïi,
vuøng ñaát aåm, ao hoà, soâng ngoøi, vuøng nöôùc ngaàm, keát caáu kim loaïi
caùc nhaø cao taàng, coät ñieän, caây cao bò öôùt,… nhöõng nôi ñoù seõ laø
nôi ñoå boä cuûa seùt.
Cöôøng ñoä ñieän tröôøng ôû ñaàu keânh tieân ñaïo trong phaàn lôùn giai
ñoaïn phaùt trieån cuûa noù (trong maây doâng) ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñieän
tích baûn thaân cuûa keânh vaø cuûa ñieän tích tích tuï ôû ñaùm maây. Ñöôøng
ñi cuûa keânh tieân ñaïo naøy khoâng phuï thuoäc vaøo tình traïng cuûa maët
ñaát. Chæ khi keânh tieân ñaïo coøn caùch maët ñaát moät ñoä cao ñònh
höôùng naøo ñoù thì môùi thaáy roõ daàn aûnh höôûng söï taäp trung ñieän
tích ôû maët ñaát vaø ôû caùc vaät theå daãn ñieän nhoâ khoûi maët ñaát vôùi
höôùng phaùt trieån tieáp tuïc cuûa keânh theo höôùng coù cöôøng ñoä ñieän
tröôøng lôùn nhaát.
Ôû nhöõng nôi vaät daãn coù ñoä cao (nhaø cao taàng, coät aêng ten,
ñaøi phaùt thanh,…) töø ñænh cuûa noù nôi ñieän tích traùi daáu taäp trung
nhieàu seõ ñoàng thôøi xuaát hieän ion hoùa taïo neân doøng tieân ñaïo phaùt
trieån höôùng leân ñaùm maây doâng. Chieàu daøi cuûa keânh tieân ñaïo töø
döôùi leân treân taêng theo ñoä cao cuûa vaät daãn vaø taïo ñieàu kieän deã
daøng cho söï ñònh höôùng cuûa seùt vaøo vaät daãn ñoù.
Khi keânh tieân ñaïo xuaát phaùt töø maây doâng tieáp caän maët ñaát hay
tieáp caän keânh tieân ñaïo ngöôïc chieàu thì baét ñaàu giai ñoaïn phoùng ñieän
ngöôïc laïi hay phoùng ñieän chuû yeáu (töông töï nhö caùc quaù trình phoùng
ñieän ngöôïc trong chaát khí ôû ñieän tröôøng khoâng ñoàng nhaát (Hình
1.3b) . Trong khoaûng caùch khí coøn laïi giöõa ñaàu keânh tieân ñaïo vaø
maët ñaát, cöôøng ñoä ñieän tröôøng taêng cao gaây neân ion hoùa maõnh
4
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
lieät daãn ñeán hình thaønh moät doøng Plasma coù maät ñoä ñieän tích töø
1016 1019 ion/m3 cao hôn nhieàu so vôùi maät ñoä ñieän tích cuûa tia tieân
ñaïo, ñieän daãn cuûa noù taêng leân haøng traêm laàn ñieän tích caûm öùng
töø maët ñaát traøn vaøo doøng ngöôïc vaø thöïc teá ñaàu doøng mang ñieän
theá cuûa ñaát laøm cho cöôøng ñoä tröôøng ñaàu doøng taêng leân gaây ion
hoùa maõnh lieät vaø cöù nhö vaäy doøng Plasma ñieän daãn cao tieáp tuïc
phaùt trieån ngöôïc leân treân theo ñöôøng choïn saün cuûa keânh tieân ñaïo.
Toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh tieân ñaïo phoùng ngöôïc raát cao vaøo
khoaûng 0,5.107 1,5.108m/s (baèng 0,05 0,5 laàn vaän toác aùnh saùng)
töùc laø nhanh gaáp treân traêm laàn toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh tieân
ñaïo höôùng xuoáng. Vì maät ñoä ñieän tích cao ñoát noùng maõnh lieät neân
tia phoùng ñieän chuû yeáu saùng choùi coøn goïi laø chôùp. Ñaët ñieåm quan
troïng nhaát cuûa phoùng ñieän chuû yeáu laø cöôøng ñoä doøng ñieän lôùn.
Goïi V laø toác ñoä cuûa phoùng ñieän , laø maät ñoä ñieän tích thì
doøng ñieän seùt seõ ñaït giaù trò cao nhaát (Hình 1.3c):
is = V.
Khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu leân tôùi ñaùm maây thì soá ñieän tích
coøn laïi cuûa maây seõ theo keânh phoùng ñieän chaïy xuoáng ñaát vaø cuõng
taïo neân ôû choã seùt ñaùnh moät doøng ñieän coù trò soá nhaát ñònh giaûm
nhanh töông öùng vôùi phaàn ñuoâi soùng (Hình 1.3d).
Keát quaû quan traéc seùt cho thaáy phoùng ñieän seùt thöôøng xaõy ra
nhieàu laàn keá tuïc nhau (trung bình laø 3 laàn, nhieàu nhaát coù theå ñeán
vaøi chuïc laàn). Caùc laàn phoùng ñieän sau coù doøng tieân ñaïo phaùt trieån
lieân tuïc (khoâng theo töøng ñôït nhö laân ñaàu), khoâng phaân nhaùnh vaø
theo ñuùng quó ñaïo cuûa laàn ñaàu nhöng vôùi toác ñoä cao hôn (2.10 6m/s).
Qua nghieân cöùu veà seùt, ngöôøi ta lyù giaûi ñöôïc söï phoùng ñieän
nhieàu laàn cuûa seùt nhö sau: trong ñaùm maây doâng coù theå coù nhieàu
trung taâm ñieän tích khaùc nhau ñöôïc hình thaønh do nhöõng luoàng khoâng
khí xoaùy. Laàn phoùng ñieän ñaàu ñöoïc xaõy ra giöõa ñaát vaø trung taâm
ñieän tích coù cöôøng ñoä ñieän tröôøng cao nhaát. Trong giai ñoaïn phoùng
ñieän tieân ñaïo thì hieäu ñieän theá giöõa caùc trung taâm ñieän tích naøy
vôùi trung taâm ñieän tích ñaàu tieân thöïc teá khoâng thay ñoåi vaø ít coù
aûnh höôûng qua laïi vôùi nhau. Nhöng khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu ñaõ
leân ñeán maây thì trung taâm ñieän tích ñaàu tieân cuûa ñaùm maây thöïc teá
mang ñieän theá cuûa ñaát laøm cho hieäu ñieän theá giöõa trung taâm ñaõ
phoùng vôùi trung taâm ñieän tích laân caän taêng leân vaø coù theå daãn
ñeán phoùng ñieän vôùi nhau. Khi ñoù thì keânh phoùng ñieän cuõ vaãn coøn
moät ñieän theá daãn nhaát ñònh do söï khöû ion chöa hoaøn toaøn neân
phoùng ñieän tieân ñaïo laàn sau theo ñuùng quyõ ñaïo ñoù, lieân tuïc vaø vôùi
toác ñoä cao hôn laàn ñaàu.
5
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 4.1: Quaù trình phaùt trieån cuûa phoùng ñieän seùt.
a. Hình daùng quang hoïc ; b. Ñoà thò doøng ñieän.
2/ Caùc thoâng soá cuûa seùt:
Doøng ñieän seùt ñöôïc xem nhö moät soùng xung coù daïng ñöôøng cong
(Hình 5.1). Thöôøng trong khoaûng vaøi ba s doøng ñieän taêng nhanh ñeán
trò soá cöïc ñaïi taïo thaønh phaàn ñaàu soùng, sau ñoù giaûm chaäm töø 20
100 s taïo neân phaàn ñuoâi soùng.
- Caùc tham soá chuû yeáu:
+ Bieân ñoä doøng seùt: laø giaù trò lôùn nhaát cuûa doøng ñieän seùt.
+ Thôøi gian ñaàu soùng (ñs ): laø thôøi gian maø doøng seùt taêng töø 0
ñeán giaù trò cöïc ñaïi.
+ Ñoä doác doøng ñieän seùt: a = dis/dt.
+ Ñoä daøi doøng seùt (s): laø thôøi gian töø ñaàu doøng seùt ñeán khi
doøng seùt giaûm ½ bieân ñoä.
Hình 5.1: Daïng soùng doøng ñieän seùt.
2.1/ Bieân ñoä doøng seùt vaø xaùc suaát xuaát hieän:
Doøng ñieän seùt coù trò soá lôùn nhaát vaøo luùc keânh phoùng ñieän
chuû yeáu ñeán trung taâm ñieän tích cuûa ñaùm maây doâng.
Xaùc suaát xuaát hieän doøng ñieän seùt coù theå tính gaàn ñuùng theo
coâng thöùc:
+ Cho vuøng ñoàng baèng:
VI = e-is/60 = 10-is/60, hay lgVI = -is/60 (ñöôøng cong1).
+ Cho vuøng nuùi cao:
VI = 10-is/30 , hay lgVI = -is/30 (ñöôøng cong 2)
(VI laø xaùc suaát xuaát hieän doøng ñieän seùt, coù bieân ñoä lôùn hôn
hoaëc baèng is).
Chaúng haïn, xaùc suaát phoùng ñieän seùt coù bieân ñoä doøng seùt i s
60KA :
lgVI = -60/60 = -1 VI = 0,1 = 10%.
6
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Coù nghóa laø trong toång soá laàn seùt ñaùnh chæ coù 10% soá laàn seùt
coù bieân ñoä doøng ñieän seùt töø 60KA trôû leân.
2.2/ Ñoä doác ñaàu soùng doøng ñieän seùt vaø xaùc suaát xuaát
hieän:
Ñeå ño ñoä doác doøng ñieän seùt ngöôøi ta duøng moät khung baèng daây
daãn noái vaøo moät hoa ñieän keá. Khi seùt ñaùnh vaøo coät thu seùt vôùi
ñoä doác a thì trong khung seõ caûm öùng leân moät söùc ñieän ñoäng baèng
Mdis/dt (M laø heä soá hoå caûm giöõa daây daãn doøng ñieän seùt cuûa coät
thu seùt vôùi khung).
Ñieän aùp ñaàu ra cuûa khung: U = M(dis/dt)max.
Ñoä doác lôùn nhaát cuûa doøng ñieän seùt chaïy qua coät: a = (di s/dt)max,
(KA/s).
* Xaùc suaát xuaát hieän ñoä doác coù theå tính theo:
+ Cho vuøng ñoàng baèng: Va = e-a/15,7 = 10-a/36
+ Cho vuøng nuùi cao: Va = 10-a/18
2.3/ Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa seùt:
Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa doâng seùt ñöôïc xaùc ñònh baèng soá ngaøy
doâng trong moät naêm vaø xem nhö trò soá trung bình qua nhieàu naêm quan
saùt vaø ño ñaït ôû nhöõng ñòa phöông khaùc nhau. Soá laàn seùt ñaùnh luoân
thay ñoåi trong moät ngaøy.
Theo taøi lieäu “Höôùng daãn thieát keá baûo veä choáng seùt cho nhaø ôû
vaø coâng trình – CH 305 – 69” cuûa Lieân Xoâ cuû ,soá laàn seùt ñaùnh trong
moät naêm vaøo coâng trình (khi chöa coù heä thoáng baûo veä choáng seùt)
ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau:
(S + 3hx)(L + 3hx)n
N=
106
trong ñoù: S – chieàu roäng cuûa nhaø(coâng trình) , m.
L – chieàu daøi cuûa nhaø(coâng trình), m.
hx – chieàu cao tính toaùn cuûa nhaø(coâng trình), m.
n – soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân 1Km 2 trong moät naêm
xaõy ra ôû ñòa phöông xaây döïng nhaø(coâng trình).
* Soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân 1Km2 trong moät naêm:
Baûng 1.1:
Soá giôø doâng Soá laàn seùt
trong naêm. ñaùnh
Trung bình.
20 – 40 2,5
40 – 60 3,8
60 – 80 5
80 – 100 6,3
- 100 7,5
7
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
* Soá ngaøy doâng trung bình trong naêm ôû moät soá ñòa phöông cuûa Vieät
Nam (theo soá lieäu cuûa toång cuïc khí töôïng thuûy vaên thoáng keâ):
Baûng 2.1 :
TT Ñòa phöông Ngaøy T Ñòa phöông Ngaøy
doâng/na T doâng/n
êm aêm
1 Baø ròa - Vuõng 77,8 2 Ngheä an - Vinh 88,4
2 taøu 96,9 6 Phuù yeân - Tuy 37,6
3 Baéc thaùi - Thaùi 52,1 2 hoøa 71,7
4 nguyeân 80,7 7 Quaûng bình - 76,0
5 Bình ñònh - Qui 93,7 2 Ñoàng hôùi 75,2
6 nhôn 112,2 8 Quaûng nam - Ñaø 87,1
7 Bình thuaän - Phan 129,9 2 naüng 72,4
8 thieát 96,8 9 Quaûng ngaõi 104,1
9 Cao baèng 101,3 3 Quaûng ninh - Hoøn 105,5
1 Ñaéc laéc 103,1 0 gai 126,3
0 Ñoàng thaùp - Cao 93,6 3 Quaûng trò - Ñoâng 53,8
1 laõnh 87,2 1 haø 99,0
1 Gia lai - Pleiku 92,8 3 Soâng beù - Phöôùc 93,9
1 Haø baéc - Baéc 72,3 2 long 123,8
2 giang 78,6 3 Sôn la 118,1
1 Haø giang 78,6 3 Taây ninh 88,2
3 Haø noäi - Laùng 45,0 3 Thaùi bình 83,6
1 Haø taây (Sôn 110,4 4 Thanh hoùa 57,3
4 taây) 99,4 3 Thöøa thieân - Hueá 52,3
1 Haø tónh 97,0 5 Tieàn giang - Myõ 104,1
5 Haûi höng - Haûi 89,5 3 tho 111,9
1 döông 77,6 6 Traø vinh - Caøng 95,8
6 Höng yeân 89,8 3 long 111,3
1 T.P Hoà Chí Minh 118,9 7 Tuyeân quang 110,3
7 Khaùnh hoøa - Nha 72,2 3 Yeân baùi 90,8
1 trang 8 Coân ñaûo
8 Kieân giang - Raïch 3 Tröôøng sa
1 giaù 9 Phuù lieãn
9 Phuù quoác 4 Moáng caùi
2 Lai chaâu 0 Tam ñaûo
0 Laïng sôn 4 Phuù thoï
2 Laøo cai 1 Ñieän bieân
1 Laâm ñoàng - Ñaø 4 Sapa
2 laït 2
2 Minh haûi - Caø 4
2 mau 3
3 Nam haø - Nam 4
2 ñònh 4
4 4
2 5
5 4
6
4
7
4
8
4
9
5
0
8
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
3/ Taùc haïi cuûa doøng ñieän seùt:
- Khi moät coâng trình bò seùt ñaùnh tröïc tieáp doøng seùt seõ gaây
taùc haïi veà cô , nhieät vaø ñieän töø.
- Neáu caùc coâng trình noái lieàn vôùi caùc vaät daãn ñieän keùo daøi nhö
: ñöôøng daây ñieän, daây ñieän thoaïi, ñöôøng raây, oáng nöôùc gas baèng
kim loaïi,... nhöõng vaät daãn aáy coù theå mang ñieän theá cao töø xa ñeán
khi chuùng bò seùt ñaùnh, gaây nguy hieåm cho ngöôøi vaø caùc thieát bò noái
vôùi noù.
- Caàn chuù yù laø ñieän aùp coù theå caûm öùng treân caùc vaät daãn
(caûm öùng tónh ñieän, hoaëc caùc daây daãn ñieän taïo thaønh nhöõng maïch
voøng caûm öùng ñieän töø). Khi coù phoùng ñieän seùt ôû gaàn ñieän aùp
naøy coù theå leân ñeán haøng chuïc kV vaø do ñoù raát nguy hieåm.
Nhö vaäy, seùt coù theå gaây nguy hieåm tröïc tieáp vaø giaùn tieáp caàn
phaûi coù caùc phöông phaùp phoøng choáng seùt tröïc tieáp vaø giaùn tieáp
höõu hieäu, giaûm thieåu caùc ruûi ro do seùt gaây ra.
B. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP PHOØNG CHOÁNG SEÙT TRÖÏC TIEÁP :
1/ Khaùi nieäm chung:
Ñeå choáng seùt ñaùnh tröïc tieáp cho ñeán nay thöôøng duøng heä
thoáng thu seùt baèng coät thu loâi, ñoái vôùi caùc toøa nhaø coâng nghieäp,
traïm, kieán truùc cao taàng,... boä phaän thu seùt coù theå duøng kim, daây,
ñai hoaëc löôùi thu seùt. Yeâu caàu cuûa vieäc choáng seùt laø toaøn boä
coâng trình ñöôïc baûo veä caàn phaûi naèm trong vuøng baûo veä cuûa heä
thoáng thu seùt, heä thoáng naøy coù theå naèm ngay treân keát caáu coâng
trình hay ñaët caùch ly tuøy thuoäc vaøo hoaøn caûnh vaø ñieàu kieän cuï theå.
Song song vôùi vieäc choïn löïa heä thoáng thu seùt coøn löu yù ñeán vaán ñeà
noái ñaát choáng seùt, noái ñaát baûo veä vaø noái ñaát choáng seùt caûm
öùng. Phöông aùn choáng seùt ñöôïc choïn phaûi coù hieäu quûa choáng seùt
cao, chi phí ñaàu tö xaây döïng ít nhaát vaø yeáu toá myõ quan cuõng caàn
ñöôïc xem xeùt.
Heä thoáng choáng seùt cô baûn goàm coù caùc ñieän cöïc (kim thu seùt)
ñöôïc noái vôùi daây daãn xuoáng, daây daãn xuoáng laïi ñöôïc noái vôùi löôùi
tieáp ñaát. Vai troø cuûa caùc ñieän cöïc trôû thaønh ñieåm muïc tieâu seùt
choïn ñaùnh. Maïng daây daãn xuoáng seõ truyeàn naêng löôïng seùt xuoáng
ñaát, coøn löôùi tieáp ñaát coù nhieäm vuï taûn naêng löôïng seùt vaøo trong
ñaát.
2/ Choáng seùt theo phöông phaùp coå ñieån:
2.1. Kim thu seùt Franklin:
- Vaøo naêm 1752 nhaø khoa hoïc ngöôøi Myõ Benjamin Franklin ñaõ
phaùt hieän ra caùc nguyeân taéc choáng seùt cô baûn naøy. Caùc ñieän cöïc
Franklin coù ñoä cao thay ñoåi töø 2m ñeán 3m hoaëc cao hôn. Caùc thanh
Franklin naøy ñöôïc ñaët ôû nhieàu ñieåm treân noùc nhaø hoaëc ñænh coät
cao. Coät thu seùt coù nhieàu kieåu khaùc nhau, veà caáu taïo bao goàm caùc
boä phaän sau:
+ Kim thu seùt (1)
+ Coät gaén kim thu seùt (2)
+ Daây daãn truyeàn naêng löôïng seùt xuoáng ñaát (3)
+ Boä phaän noái ñaát (4).
9
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 6.1: Coät thu seùt.
Kim thu ñöôïc laøm baèng theùp caùn vôùi nhieàu loaïi tieát dieän khaùc
nhau, ñænh kim khoâng nhoû hôn 100mm 2. Neáu theùp deïp beà daøy khoâng
ñöôïc nhoû hôn 3,5mm. Neáu theùp oáng beà daøy thaønh oáng khoâng nhoû
hôn 3mm. Chieàu daøi hieäu duïng cuûa kim khoâng ñöôïc nhoû hôn 200mm.
Kim thu coù theå maï keõm, thieác, sôn daãn ñieän.
Neáu coät laøm baèng kim loaïi coù theå duøng thaân coät ñeå laøm daây
daãn seùt, coät laøm beâ toâng loõi theùp coù theå duøng theùp trong coät
laøm daây daãn seùt, vaø ñoái vôùi nhöõng nhaø, coâng trình coù nhöõng caáu
kieän baèng theùp hoaëc beâ toâng coát theùp thì coù theå duøng caùc phaàn
kim loaïi cuûa caáu kieän ñeå laøm daây daãn seùt.Trong caùc tröôøng hôïp
treân, phaàn kim loaïi duøng vaøo vieäc truyeàn daãn doøng ñieän seùt phaûi
coù tieát dieän töø 100mm trôû leân (vôùi theùp) vaø phaûi baûo ñaûm lieân
tuïc veà maët daãn ñieän.
2.2. Ñai vaø löôùi thu seùt:
Ñai vaø löôùi thu seùt duøng ñeå choáng seùt ñaùnh thaúng coù theå
laøm baèng theùp deïp hay troøn vôùi tieát dieän khoâng ñöôïc nhoû hôn
35mm2. Ñai hoaëc löôùi cho pheùp ñaët beân döôùi lôùp choáng thaám hay
lôùp caùch nhieät cuûa noù.
Cuõng coù theå ñaët keát hôïp kim ngaén leân löôùi thu seùt, khoaûng
caùch trung bình giöõa caùc kim treân löôùi töø 6 ÷ 12m (vieàn theo chu vi
maùi), kim duøng theùp troøn 12 ÷16mm coù chieàu cao khoaûng 0,5m.
Hình 7.1: Löôùi thu seùt.
2.3. Daây thu seùt:
Daây thu seùt ñöôïc duøng ñeå baûo veä cho nhöõng coâng trình coù
daïng heïp vaø keùo daøi cuï theå nhö caùc ñöôøng daây daãn ñieän treân
khoâng, coù chieàu daøi ñaùng keå.
Daây thu seùt cuõng coù theå keát hôïp vôùi coät thu seùt ñeå baûo veä
cho caùc traïm phaân phoái ñieän. Daây thu seùt phaûi laøm baèng theùp, tieát
10
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
dieän daây khoâng ñöôïc nhoû hôn 50mm 2 vaø khoâng ñöôïc lôùn hôn 75mm 2
(theo TCN - 46 - 71).
Hình 8.1: Daây thu seùt.
2.4. Caùch xaùc ñònh vuøng baûo veä:
+ Phöông phaùp quaû caàu laên:
Giöõa ñieän tích vaø cöôøng ñoä ñieän tröôøng taïi muõi tieân ñaïo seùt
cuõng nhö giöõa ñieän tích vaø bieân ñoä doøng seùt coù moät moái quan heä.
Töø moái quan heä naøy moät phöông phaùp ñöôïc ñöa ra vaøo cuoái thaäp
nieân 70 nhaèm xaùc ñònh ñieåm seùt ñaùnh döïa treân cô sôû cuûa ñoä daøi
khoaûng caùch phoùng ñieän, goïi laø phöông phaùp “Quaû caàu laên” vaø
phöông phaùp naøy ñaõ ñöôïc ñöa vaøo tieâu chuaån cuûa Uùc AS 1768 - 1991.
Ngöôøi ta giaû thieát muõi tieân ñaïo seùt ôû ñieåm giöõa (taâm) moät
quaû caàu coù baùn kính baèng ñoä daøi cuûa khoaûng caùch phoùng ñieän,
nhö vaäy seõ coù nhöõng ñieåm beà maët quaû caàu chaïm vôùi maët ñaát
hoaëc caùc boä phaän treân beà maët ñaát, nhöõng ñieåm chaïm ñoù coù theå
laø nhöõng ñieåm seùt ñaùnh, cuõng coù caùc vuøng beà maët quaû caàu
khoâng theå chaïm ñeán, ñieàu naøy ñöôïc minh hoïa treân hình 9.1
Quaû caàu naøy coù baùn kính khoaûng 45m ñoái vôùi möùc baûo veä
tieâu chuaån (doøng ñieän seùt ñaùnh 10KA vaø hôn nöõa). Ñoái vôùi caùc
coâng trình quan troïng (deã chaùy, noå), ngöôøi ta thieát keá quaû caàu coù
baùn kính 20m.
Vuøng beà maët caàu khoâng chaïm tôùi ñöôïc coù theå ngaên caûn seùt
goïi laø vuøng baûo veä.
Khoaûng caùch phoùng ñieän Ds (ñoä daøi caûn seùt) phuï thuoäc vaøo
bieân ñoâ doøng seùt coù theå xaùc ñònh baèng coâng thöùc : Ds = 6,7.I 0,8 ,m
Vôùi I : laø bieân ñoä doøng seùt (KA) phuï thuoäc vaøo möùc baûo veä.
11
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 9.1 : Moâ taû vuøng baûo veä theo phöông phaùp quaû caàu laên.
+ Phöông phaùp hình noùn:
a. Phaïm vi baûo veä cuûa coät thu seùt
Phaïm vi baûo veä cuûa moät coät thu seùt laø moät hình noùn troøn xoay
coù ñöôøng sinh daïng hyperbol, coù tieát dieän ngang laø nhöõng hình troøn
vôùi baùn kính rx ñöôïc xaùc ñònh:
h - hx
rx = 1,6h p.
h + hx
Vôùi p = 1 khi h ≤ 30m
30 1
p= = 5,5
h h
Khi 30m < h < 100m
Hình 10.1 : Phaïm vi baûo veä cuûa coät thu
seùt
Ñeå ñôn giaûn trong thieát keá ngöôøi ta thöôøng thay theá ñöôøng cong baäc
hai (ñöôøng sinh) cuûa hình noùn troøn xoay naøy baèng moät ñoaïn ñöôøng
gaõy khuùc vôí caùc phöông trình ñôn giaûn sau:
2
- ÔÛ ñoä cao hx ≤ h thì :
3
phaïm vi baûo veä ñöôïc xaùc ñònh:
hx
rx = 1,5h (1 - )p
0,8h
12
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
2
- ÔÛ ñoä cao hx > h thì:
3
hx
rx = 0,75h(1 - )p
h
Hình 11.1 : Phaïm vi baûo veä cuûa coät thu seùt vôùi caùch veõ ñôn giaûn
hoùa
Thöïc nghieäm cho thaáy laø neân duøng nhieàu coät vôùi ñoä cao
khoâng lôùn ñeå baûo veä thay cho moät coät coù ñoä cao lôùn ; phaïm vi baûo
veä cuûa 2 coät thu seùt coù kích thöôùc lôùn hôn nhieàu so vôùi toång soá
phaïm vi baûo veä cuûa 2 coät ñôn.
Hình 12.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 2 coät thu seùt coù ñoä cao baèng nhau.
- Khi 2 coät thu seùt ñaët caùch nhau moät khoaûng a = 7h thì baát kyø
ñieåm naøo treân maët ñaát trong khoaûng giöõa 2 coät seõ khoâng
bò seùt ñaùnh, töø ñoù suy ra neáu 2 coät thu seùt ñaët caùch nhau
moät khoaûng a < 7h thì seõ baûo veä ñöôïc ñoä cao ho xaùc ñònh
bôûi:
a a
h - ho = ho = - ho
7 7
8
Caùc phaàn beân ngoaøi gioáng nhö tröôøng hôïp 1 coät, coøn phaàn
beân trong ñöôïc giôùi haïn bôûi voøng cung ñi qua 3 ñieåm : 2 ñænh coät vaø
moät ñieåm ôû giöõa coù ñoä cao h o, (ho ñöôïc xem nhö ñoä cao cuûa coät thu
seùt giaû töôûng naèm giöõa 2 coät).
ho - h x
13
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
rox = 1,6ho p
ho+ hx
- Neáu 2 coät thu seùt coù ñoä cao khaùc nhau, ví duï: h 1< h2 phaïm vi
baûo veä giöõa 2 coät coù ñöôïc baèng caùch noái hình coät h 2 ngang caét
ñöôøng sinh cuûa coät h1 taïi moät ñieåm, ñieåm naøy xem nhö laø ñænh cuûa
coät thu seùt giaû töôûng .
h1’ = h2 vaø khu vöïc baûo veä giöõa 2 coät h 2 vaø h1’ caùch nhau a’ ñaõ ñöôïc
trình baøy nhö 2 coät thu coù ñoä cao baèng nhau.
Hình13.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 2 coät thu seùt coù ñoä cao khoâng baèng
nhau
Khi coâng trình caàn ñöôïc baûo veä coù phaïm vi roäng lôùn seõ duøng
nhieàu coät phoái hôïp baûo veä. Phaàn ngoaøi cuûa phaïm vi baûo veä ñöôïc
xaùc ñònh nhö cuûa töøng ñoâi coät. Caàn phaûi kieåm tra ñieàu kieän baûo
veä an toaøn cho toaøn dieän tích caàn ñöôïc baûo veä. Vaät coù ñoä cao h x seõ
naèm trong vuøng ñöôïc baûo veä neáu thoûa maõn ñieàu kieän :
D ≤ 8(h - hx) vôùi h ≤ 30m
D ≤ 8(h - hx)p vôùi h > 30m
Hình 14.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 3 coät thu seùt .
14
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 15.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 4 coät thu seùt.
b. Phaïm vi baûo veä cuûa daây choáng seùt (DCS) :
Daây choáng seùt thöôøng duøng ñeå baûo veä cho ñöôøng daây
taûi ñieän treân khoâng. Ñeå baûo veä ngöôøi ta treo daây choáng seùt treân
toaøn boä tuyeán ñöôøng daây. Tuøy theo caùch boá trí daây daøi treân coät,
coù theå treo 1 hay 2 daây choáng seùt sao cho daây daãn ñieän cuûa 3 pha
ñeàu naèm trong phaïm vi baûo veä cuûa DCS.
- Daûi baûo veä bx cuûa coät treo 1 DCS ñöôïc tính theo coâng thöùc:
+ ÔÛ ñoä cao hx > 2/3 h thì:
bx = 0,6h (1-hx/h) p
+ ÔÛ ñoä cao hx < 2/3 h thì:
bx = 1,2h (1-hx/0,8h) p
Hình 16.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 1 daây choáng seùt.
- Phaïm vi baûo veä cuûa 2 DCS :
Khi 2 DCS ñaët caùch nhau moät khoaûng S = 2B = 4h thì moïi ñieåm
treân maët ñaát naèm giöõa 2 daây naøy seõ ñöôïc baûo veä an toaøn vaø
neáu S < 4h thì coù theå baûo veä cho caùc ñieåm (giöõa 2 daây) coù möùc
cao tôùi :
ho = h - S/4p.
15
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
Hình 17.1: Phaïm vi baûo veä cuûa 2 daây choáng seùt
Khi daây daãn boá trí ngang thì ñieàu kieän ñeå daây naèm giöõa vôùi
ñoä cao hDD ñöôïc baûo veä laø khoaûng caùch S giöõa 2 DCS phaûi thoûa ñieàu
kieän :
S < 4p (hDCS - hDD)
Giôùi haïn phaïm vi baûo veä ôû phía ngoaøi ôû 2 DCS cuõng gioáng nhö
töøng DCS rieâng leû, coøn khu vöïc baûo veä giöõa 2 DCS ñöôïc giôùi haïn bôûi
cung troøn veõ qua 2 ñieåm, ôû giöõa coù ñoä cao h o.
- Phaïm vi baûo veä cuûa DCS trong thöïc teá:
Ñoä treo trung bình cuûa daây
daãn thöôøng hôn 2h/3, do ñoù trong tröôøng
hôïp naøy chæ caàn xaùc ñònh ñuùng goùc
baûo veä laø ñuû ( : goùc taïo bôûi ñöôøng
thaúng noái lieàn ñieåm treo daây CS vôùi
daây daãn vaø ñöôøng thaúng goùc vôùi maët
ñaát qua ñieåm treo DCS (hình 18.1), caøng
beù thì xaùc suaát seùt ñaùnh vaøo DD caøng
beù.
Tröôøng hôïp giôùi haïn h DD =
2hDCS/3 thì gh = 31o (tggh = 0,6)
Ñeå taêng möùc an toaøn (giaûm xaùc suaát
seùt ñaùnh voøng qua DCS vaøo
DD) .Thöôøng choïn = 20o ÷ 25o cho caùc
ñöôøng daây taûi ñieän quan troïng .
Hì
nh:18.1
3. Choáng seùt theo phöông phaùp hieän ñaïi:
Trong nhöõng thaäp nieân vöøa qua nhieàu cuoäc nghieân cöùu vaøthöû
nghieäm ñöôïc tieán haønh nhieàu nôi treân theá giôùi nhö ôû Uùc, Phaùp,
Myõ ... nhaèm taïo ra moät ñaàu thu ñaëc bieät coù ñaëc tính toát hôn ñaàu
thu seùt thoâng thöôøng vaø coù phaïm vi baûo veä roäng hôn. Vaøo naêm
1914 nhaø vaät lyù ngöôøi Hungari laø Sziza ñaët ra caâu hoûi neáu coät
Franklin coù ñöôïc caûi tieán hay khoâng khi theâm vaät lieäu phoùng xaï taïo
ra caùc ion taêng söï thu huùt cuûa seùt ? Vaøi vaät lieäu phoùng xaï ñaõ ñöôïc
16
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
duøng laø Uranium vaø Thyradium, cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu phoùng xaï
ñöôïc giôùi haïn laø 1mili Curie laø möùc an toaøn ñoái vôùi con ngöôøi. Ngoaøi
ra, naêm 1964 Ball ñeà xuaát vieäc duøng tia Laze ñeå phoùng ñieän vaøo caùc
ñaùm maây doâng, noù coù theå chaën moät tieân ñaïo khi tia tieân ñaïo phaùt
trieån höôùng xuoáng ñaát. Tia Laze coù taùc duïng nhö moät daây daãn töø
ñaùm maây ñeán ñaát vaø keát thuùc baèng moät daây daãn xuoáng vaø noái
vôùi moät heä thoáng noái ñaát. Vaø moät soá phöông phaùp nöõa ... Tuy
nhieân nhieàu cuoäc tranh luaän vaø thöû nghieäm xoay quanh caùc ñeà taøi
ñoù ñi tôùi moät keát cuïc laø nhieàu yù töôûng khoù maø thöïc hieän ñöôïc vaø
khoù maø chöùng minh ñöôïc tính hieäu quaû cuûa noù.
Qua quan saùt 30 naêm trôû laïi ñaây, coù caùc loaïi ñieän cöïc thu seùt
ñöôïc caûi tieán nhö:loaïi ñieän cöïc phoùng xaï, loaïi ñieän cöïc phaùt xaï sôùm
ñaõ ñöôïc öùng duïng vaøo thöïc tieãn.
Treân thò tröôøng Vieät Nam hieän nay ñang duøng caùc loaïi ñaàu thu
phaùt xaï sôùm (ESE), goàm coù Prevectron cuûa haõng Indelec (Phaùp), EF
cuûa haõng EF Carrich System (Thuïy Sæ), Dynasphere, Interceptor cuûa
haõng Global (Uùc) ...
3.1. Kim thu seùt phaùt xaï sôùm:
Veà cô baûn thieát bò choáng seùt taïo tia tieân ñaïo bao goàm:
- Kim thu seùt trung taâm baèng ñoàng ñieän phaân hoaëc theùp, hôïp
kim khoâng ræ. Kim naøy coù taùc duïng taïo moät ñöôøng daãn doøng seùt
lieân tuïc töø tia tieân ñaïo vaø daãn xuoáng ñaát theo daây daãn seùt.
- Thieát bò taïo ion, giaûi phoùng ion vaø taïo tia tieân ñaïo. Ñaây laø tính
naêng ñaëc bieät cuûa ñaàu thu seùt phaùt xaï sôùm. Nhôø thieát bò naøy maø
ñaàu thu seùt coù theå taïo ra vuøng baûo veä roäng lôùn vôùi möùc ñoä an
toaøn cao.
Veà nguyeân taéc hoaït ñoäng trong tröôøng hôïp doâng baõo xaûy ra
ñieän tröôøng khí quyeån gia taêng khoaûng vaøi ngaøn Voân/meùt, ñaàu thu
seùt seõ thu naêng löôïng ñieän tröôøng khí quyeån, naêng löôïng naøy ñöôïc
tích tröõ trong thieát bò ion hoùa. Tröôùc khi xaûy ra hieän töôïng phoùng
ñieän seùt coù moät söï gia taêng nhanh choùng vaø ñoät ngoät cuûa ñieän
tröôøng khí quyeån, aûnh höôûng naøy taùc ñoäng laøm thieát bò ion hoùa
giaûi phoùng naêng löôïng ñaõ tích luõy döôùi daïng ion taïo ra moät ñöôøng
daãn tieân ñaïo veà phía treân, chuû ñoäng daãn seùt.
- Quaù trình ion hoùa ñöôïc ñaëc tröng bôûi:
+ Thieát bò ion hoùa cho pheùp ion phaùt ra trong khoaûng thôøi gian raát
ngaén vaø taïi thôøi ñieåm thích hôïp ñaëc bieät, chæ vaøi phaàn cuûa giaây
tröôùc khi coù phoùng ñieän seùt, do ñoù ñaûm baûo daãn seùt kòp thôøi chính
xaùc.
+ Söï xuaát hieän moät soá löôïng lôùn caùc electron tieân ñaïo cuøng vôùi söï
gia taêng cuûa ñieän tröôøng coù taùc duïng ruùt ngaén thôøi gian taïo hieäu
öùng Corona.
+ Ñaàu thu ESE phaùt ra moät ñöôøng daãn seùt chuû ñoäng veà phía treân
nhanh hôn baát cöù ñieåm nhoïn naøo gaàn ñoù.
3.2 . Caùch xaùc ñònh vuøng baûo veä :
Tuøy theo coâng ngheä cheá taïo cuûa töøng loaïi ñaàu thu maø caùc
nhaø saûn xuaát ñöa ra coâng thöùc tính toaùn phaïm vi baûo veä.
17
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
+ Phaïm vi baûo veä cuûa kim thu Prevectron ñöôïc tính theo coâng
thöùc:
Rp = h(2D - h) + [L(2D + L)] (vôùi h>5m )
Trong ñoù : L = 106.T ,
(m)
vôùi T : ñoä lôïi veà thôøi gian cuûa töøng ñaàu kim.
h : chieàu cao thöïc kim thu tính töø maët baèng baûo veä .
D = 20m vôiù caáp baûo veä cao nhaát.
D = 45m vôùi caáp baûo veä trung bình.
D = 60m vôùi caáp baûo veä tieâu chuaån.
chuù thích: vôùi h 5m tra theo baûng cuûa nhaø saûn xuaát.
Hình 19.1 : Vuøng baûo veä cuûa ñaàu thu Prevectron
+ Phaïm vi baûo veä cuûa ñaàu thu Dynasphere ñöôïc xaây döïng treân
phöông phaùp Collection Volume cuûa tieán só A.J.Eriksow.Phöông phaùp naøy
ñöôïc moâ taû nhö sau:
Ñieän tích Q phaân boå doïc theo luoàng ñieän phoùng xuoáng gaây söï
taêng nhanh ñieän tröôøng giöõa noù vaø ñieåm tieáp ñaát. Khi ñaït ñeán giaù
trò ñieän tröôøng tôùái haïn, ñieåm tieáp ñaát phoùng moät luoàng tieáp nhaän
leân treân. Khoaûng caùch ôû nôi xaûy ra söï kieän naøy goïi laø “khoaûng
caùch seùt ñaùnh”. Ñieän tröôøng tôùái haïn tuøy thuoäc vaøo caû ñieän tích
phoùng xuoáng vaø caû khoaûng caùch ñeán ñieåm tieáp ñaát. Hình 20.1, cho
thaáy söï hình thaønh baùn caàu khoaûng caùch seùt xung quanh moät ñieåm
tieáp ñaát ñôn ñoäc , ñieän tích phoùng caøng lôùn khoaûng caùch naøy caøng
lôùn. Neáu luoàng phoùng xuoáng gaàn ñeán chu vi cuûa hình caàu, vaän toác
cuûa noù coù theå mang noù tieán ñeán tröôùc ñeå tieáp nhaän moät luoàng
ñieän phoùng leân khaùc. Nhö vaäy, coù theå coù tröôøng hôïp luoàng ñieän
phoùng xuoáng ñi vaøo trong baùn caàu phoùng seùt maø khoâng coù söï tieáp
nhaän (vì khoaûng caùch töø tia tieân ñaïo ñeán ñieåm phoùng leân khaùc,
nhoû hôn töø tia tieân ñaïo ñeán ñieãm ñang xeùt ) . Trong hình 20.1 moät
18
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
hình Parabol giôùi haïn ñöôïc ñaët treân baùn caàu. Ñöôøng Parabol naøy ñöôïc
hình thaønh treân caùc yeáu toá vaän toác vaø hoaøn chænh theå tích thu
(Collection Volume). Vaäy chaén coù söï tieáp nhaän bôûi moät ñieåm lieân heä
treân maët ñaát. Hình 20.1 cuõng cho thaáy theå tích thu trôû neân roäng hôn
vôùi söï taêng ñieän tích luoàng coù theå noùi raèng luoàng phoùng xuoáng ñi
vaøo moät theå tích nhö theá thì veà lyù thuyeát chaéc phoùng xuoáng. Coù
nghóa laø doøng ñieän seùt caøng lôùn theå tích thu caøng lôùn.
Hình 20.1: Vuøng thu seùt,baùn caàu ñöôïc bao bôûi moät parabola giôùi haïn
Moät chöông trình maùy tính BENJI do Lightning
Protection International Ply Ltd xaây döïng. Noù tính
toaùn maät ñoä ñieän tröôøng töông öùng ôû moãi
giai ñoaïn vaø so saùnh söï gia taêng ñieän tröôøng
cuûa caùc ñieåm ñoái dieän (caùc goùc vaø caïnh
toøa nhaø, aêng ten, thieát bò ...). Sau ñoù chöông
trình tính ra ñieåm naøo taïo ra tieân ñaïo höôùng
leân ñaàu tieân gaëp tieân ñaïo höôùng xuoáng. Söï
phoùng ñieän chính phoùng trôû laïi theo ñöôøng
tieân ñaïo phoùng leân / phoùng xuoáng. Coù theå
tính toaùn baùn kính thu cho moãi ñieåm thích
öùng.
Caùc ñaàu thu cuûa haõng Global ñaõ chöùng
minh khaû naêng taïo ra nhieàu theå tích thu lôùn
hôn coät Franklin.
Hình 21.1
Moät hay nhieàu ñaàu thu nhö vaäy ñöôïc ñaët treân caáu truùc caàn
baûo veä ñeå caùc theå tích thu cuûa chuùng phuû laép treân caùc theå tích thu
nhoû töï nhieân ôû caùc ñieåm nhoâ ra cuûa caáu truùc.
Phöông phaùp naøy toû ra thuaän tieän vaø haáp daãn cho caùc chuyeân
vieân aùp duïng vaøo thieát keá choáng seùt.
4. Daây thoaùt seùt:
Coù nhieäm vuï daãn doøng seùt töø ñaàu thu seùt ñeán heä thoáng noái
ñaát. Daây daãn seùt coù 3 daïng chính laø deïp, troøn hay beän nhieàu sôïi.
Tieát dieän thöïc cuûa chuùng phaûi lôùn hôn hoaëc baèng 50mm. Tuøy theo
19
Ñoà Aùn Toát Nghieäp
______________________________________________________________________________________________________________
________
ñieàu kieän moâi tröôøng vaø coâng trình maø caùc loaïi daây daãn ñöôïc
choïn :
- Daây ñoàng traàn ñieän phaân maï thieác coù tính daãn toát.
- Daây theùp khoâng ræ duøng trong moâi tröôøng aên moøn cao.
- Daây nhoâm gaén treân beà maët coâng trình baèng nhoâm.
Coù theå duøng coát theùp trong caáu kieän beâ toâng coát theùp cuûa
coâng trình ,caùc voû boïc baèng kim loaïi beân ngoaøi coâng trình , caùc oáng
kim loaïi, ...laøm daây daãn seùt ( ñoái vôùi coâng trình coù baûo veä choáng
seùt caáp 2, 3 )
Gaàn ñaây, coøn duøng moät daây xuoáng coù boïc caùch ñieän (daây
Ericore). Thuaän lôïi chính cuûa loaïi vaät daãn naøy cho pheùp ngöôøi thieát
keá höôùng doøng seùt ñi voøng qua caùc vuøng nhaïy caûm, caùp naøy coù
theå ñi ngaàm beân trong cuûa keát caáu coâng trình. Trong haàu heát tröôøng
hôïp chæ caàn moät daây daãn xuoáng coù boïc.
5 . Heä thoáng noái ñaát:
5.1 .Noái ñaát choáng seùt
Thieát bò noái ñaát thöôøng laø caùc coïc, thanh baèng kim loïai hay
baêng ñoàng phaúng coù hình daïng vaø kích thöôùc khaùc nhau choân trong
ñaát. Coïc thöôøng ñöôïc cheá taïo baèng caùc loaïi theùp oáng, theùp troøn
theùp goùc.Thanh ñöôïc cheá taïo baèng caùc baêng theùp deït, theùp troøn .
Heä thoáng noâí ñaát phaûi ñaõm baûo yeâu caàu chi phí kim loaïi nhoû
nhaát, baûo ñaûm ñoä beàn cô, baûo ñaûm veà choáng aên moøn khi ñaët
trong ñaát.
Coù theå xöû duïng caùc keát caáu kim loaïi cuûa coâng trình ñeå laøm
noái ñaát töï nhieân nhö moùng , oáng daãn nöôùc baèng kim loaïi choân trong
ñaát, voû caùp ngaàm,...nhaèm muïc ñích giaûm gía thaønh xaây döïng heä
thoáng noái ñaát cho coâng trình.
Trò soá ñieän trôû noái ñaát caøng beù taùc duïng taûn doøng ñieän seùt
caøng cao. Ñoái vôùi vuøng ñaát coù ñoä daãn ñieän xaáu coù theå duøng
muoái, than ñeå caûi thieän ñoä daån ñieän cuûa ñaát. Hieän nay ngöôøi ta
coøn duøng hoùa chaát caûi taïo ñaát ñeå laøm giaûm ñieän trôû suaát cuûa
ñaát.
Trong heä thoáng noái ñaát coøn coù caùc boä phaän khaùc vôùi muïc
ñích kieåm tra vaø an toaøn :
+ Noái kieåm tra : duøng ñeå taùch rieâng daây daãn xuoáng vaø heä
thoáng noái ñaát, nhôø ñoù coù theå ño chính xaùc ñieän trôû heä thoáng noái
ñaát.
+ Hoäp quan saùt : duøng ñeå kieåm tra söï keát noái giöõa daây daãn
xuoáng vaø heä thoáng noái ñaát.
+ OÁng baûo veä: baûo veä khoaûng daây daãn xuoáng noái kieåm tra
vaø maët ñaát traùnh khoûi caùc va chaïm coù theå gaây hö hoûng cho daây
daãn xuoáng.
+ Maùy ñeám seùt: ñeå ñeám nhöõng cuù seùt thöïc söï xaûy ra cho
moät kieán truùc hay cho moät heä thoáng daây daãn xuoáng.
5.2. Noái ñaát ñaúng theá:
Khi doøng ñieän seùt ñi qua daây daãn seùt, coù moät söï cheânh leäch
ñieän theá giöõa daây daãn naøy vaø caùc caáu truùc kim loaïi ñaët noái ñaát
20