Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CHỐNG SÉT...

Tài liệu ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CHỐNG SÉT

.DOC
29
482
117

Mô tả:

ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CHỐNG SÉT
TIỂU LUẬN MÔN HỌC CÁC LINH KIỆN VÀ SỰ LẮP RÁP ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CHỐNG SÉT GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO MSSV: 21000169 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT TP.HCM, ngày 11 tháng 12 năm 2013 SVTH: HUỲNH THẾ BẢO GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : Tổng quan về sấm sét.................................................. …………………………….……..1 1.1 Nguyên nhân hình thành sấm sét…………………………………………………………………..1 1.2 Một vài thông số của sấm sét……………………………………………………………..………..3 1.3 Phân loai sét………………………………………………………..…………………………….…3 1.3.1 Sét đánh trực tiếp……………………………………………………………………….…….....3 1.3.2 Sét đánh gián tiếp………………………………………………………………………………..3 1.3.3 Sét cảm ứng……………………………………………………………………………………...3 1.4 Tác hại của sét…………………………………………………………………………………….....3 1.4.1 Sét gây thương tích cho con người…………………………………………………………..…..4 1.4.2 Sét gây hại cho công trình, thiết bị………………………………………………………………4 1.4.2.1 Khi sét đánh trực tiếp…………………………………………………………………………4 1.4.2.2 Ảnh hưởng do sự lan truyền sóng điện từ gây bởi dòng điện sét………………………….….4 1.4.2.3 Muốn chống sét có hiệu quả toàn diện thì phải tuân thủ 3 nguyên tắc………………………..5 CHƯƠNG 2: Một số biện pháp phòng tránh sét thông dụng và hiệu quả…………………………...….....6 2.1 Các phương pháp phòng chống sét trên thế giới ……………...………………………….…………6 2.1.1 Chống sét đánh trực tiếp………………………………………………………………………...6 2.1.2 Chống sét đánh lan truyền…………………………………………………………….................7 2.1.3 Phương pháp phòng chống tích cực………………………………………………………….....7 2.2 Dây thoát sét và phương thức hoạt động………………………………………………………….....9 2.3 Hệ thống tiếp đất chống sét……………………………………………………………………….....9 2.3.1 Tiếp đất bảo vệ cho thiết bị, an toàn cho con người………………………………………........10 2.3.2 Các lưu ý khi thiết kế hệ thống tiếp đất………………………………………………………..10 CHƯƠNG 3: Tìm hiểu cụ thể về các thiết bị chống sét………………...…………………………….…..11 3.1 Chống sét đánh thẳng …………………………………………………………………………….….11 3.1.1 Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới (lồng Faraday)………………...11 3.1.2 Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ kim cổ điển (Franklin)………………………………......12 3.1.3. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ tiêu tán đám mây điện tích …………………………....13 3.1.4. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ phát tia tiên đạo sớm (Early Streamer Emission)………13 3.1.4.1 Nguyên tắc hoạt động………………………………………………………………………13 3.1.4.2 So sánh với các hệ thống chống sét cổ điển, phương pháp này có các ưu điểm …………..14 3.1.4.3 Vùng bảo vệ……………………………………………………………………………….14 3.2 Chống sét lan truyền………………………………………………………………………………...15 3.2.1. Dùng chống sét Van La (Lightning Arrester) …………………………………………………15 3.2.1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ……………………………………………………………………...……...15 3.2.1.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG…………………………………………………………….15 3.2.1.3. CẤU TẠO CHỐNG SÉT VAN ĐƯỜNG DÂY………………………………………..18 3.2.1.4. CÁC VỊ TRÍ ĐẶT CHỐNG SÉT VAN…………………..…………………………….19 3.2.1.5. VẤN ĐỀ NỐI ĐẤT…………………………...………………………………………...20 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO 3.2.1.6. KẾT LUẬN…………………………………………………………………………..20 3.2.2. Dùng thiết bị cắt lọc sét………………………………………………………………………21 3.2.2.1 Cấu tạo của thiết bị cắt lọc sét………………………………………………………….21 3.2.2.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị cắt lọc sét………………………………………………21 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO LỜI NÓI ĐẦU Sét là hiện tượng tự nhiên có tính phá hoại rất lớn, năng lượng sét không những có thể gây thương vong cho con người, mà còn làm hư hỏng thiết bị, thậm chí phá hủy các công trình xây dựng… Vì vậy, việc thiết kế, lắp đặt hệ thống chống sét là một khâu quan trọng, không thể bỏ qua để đảm bảo an toàn cho tính mạng công nhân và bảo vệ trang thiết bị, vật dụng công trình của các nhà đầu tư cũng như các chủ thầu.Mặt khác, một hệ thống phân phối hiện đại mà cung cấp cho một hệ thống có môi trường phần lớn là các thiết bị điện tử nhạy cảm, thì cần được bảo vệ đối với quá điện áp cảm ứng do sét. Và khi có một đường dây trên không, bất kể là sở hữu của công ty hay khách hàng, mà cung cấp cho thiết bị này, thì ta phải cần một vài loại bảo vệ quá điện áp cho các dây dẫn (cáp) ở trụ chuyển tiếp được cấp điện từ đường dây trên không và được nối tới đầu vào làm việc của các thiết bị. Ngày nay khi công nghệ ngày càng phát triển thì yêu cầu về chống sét đánh thẳng (chống sét trực tiếp) và chống sét lan truyền là bắt buộc cho tất cả các công trình, nhất là đối với các công trình cao tầng.Trong bài tiểu luận này, em xin trình bày các chương chính: Chương 1: Tổng quan về sấm sét Chương 2: Một số biện pháp phòng tránh sét thông dụng và hiệu quả Chương 3: Tìm hiểu cụ thể về các thiết bị chống sét Tiểu luận chủ yếu để giới thiệu một cách tổng quan về sét và các thiết bị phòng chống sét. Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Việt đã hướng dẫn và đóng góp cho em để hoàn thành tiểu luận này. GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO DANH MỤC HÌNH Hình 1: Điện tích trái dấu hình thành trên công trình dưới dông mưa sấm sét Hình 2: Hệ thống tiếp đất Hình 3.1 Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới Hình 3.2: Hệ thống chống sét dùng kim franklin Hình 3.3: Phạm vi bảo vệ của hệ thống chống sét kim cổ điển Hình 3.4: Kim phân tán điện tích Hình 3.5: Kim thu sét tia tiên đạo sớm Hình 3.6: Phóng điện ngược Hình 3.7: Phóng điện xuôi tần số công nghiệp Hình 3.8: Đường dẫn dòng sét khi có dây chống sét và chống sét van Hình 3.9: Cấu tạo chống sét van đường dây Hình 3.10: Cấu tạo của van cắt sét Hình 3.11: Thiết bị căt lọc sét CHƯƠNG 1: Tổng quan về sấm sét 1.1 Nguyên nhân hình thành sấm sét: Có thể hiểu nôm na rằng sét là sự phóng điện giữa đám mây dông và một điểm nào đó trên mặt đất khi điện trường khí quyển đạt đến một giá trị tới hạn. Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nên dòng điện sét thường rất lớn khoảng 30kA, do đó nếu một công trình nào đó bị sét đánh thì phần kiến trúc của công trình đó có thể bị phá vỡ do ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ phát tán cao, các thiết bị điện trong công trình có thể bị hỏng do trường điện từ của dòng sét cảm ứng và con người có thể bị tổn thương nếu ở gần điểm phóng điện sét. Trong thực tế đã xảy ra nhiều trường hợp một cơn phóng điện sét đã làm cho hàng chục người bị thương và chết (xảy ra ở xã Hiệp Thành - Bạc Liêu) còn những vụ sét làm chết người hàng năm thì xảy ra liên tục khắp nơi nhất là các vùng trọng điểm như Đồi Rìu, Bàu Sầm, Bảo Vinh ....thuộc Huyện Long Khánh - Đồng Nai, các xã vùng sâu thuộc Huyện Đức Linh, Hàm Tân - Bình Thuận, hoặc một số xã thuộc các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, ngay tại TpHCM năm nào cũng xảy ra vài trường hợp tử vong do phóng điện sét. Cơ chế hình thành một cơn sét nói chung khá phức tạp, có nhiều công trình nghiên cứu về quá trình nhiễm điện của một đám mây dông cũng như cơ chế phát triển của tia sét hướng xuống đất, ngoài ra cũng còn nhiều vấn đề khác liên quan đến sét và chúng tôi mong rằng sẽ có dịp được trình bày chi tiết hơn trong các bài báo khác, ở đây chúng tôi chỉ xin đề cập đến một giả thuyết phổ biến nhất để giải thích nguyên nhân tạo dông sét như sau : Dông là hiện tượng khí quyển liên quan với sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển, nó thường xảy ra vào mùa hè là thời điểm mà sự trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí rất lớn. Những luồng không khí nóng mang theo hơi nước bay lên đến một độ cao nào đấy và nguội dần, lúc đó hơi nước tạo thành những giọt nước nhỏ hay gọi là tinh thể băng chúng tích tụ trong không gian dưới dạng những đám mây. Trái đất càng bị nóng thì không khí nóng càng bay lên cao hơn, mây càng dày hơn đến một lúc nào đó thì các tinh thể băng trong mây sẽ lớn dần và rơi xuống thành mưa. Mây càng dày thì màu của nó càng đen hơn. Sự va chạm của các luồng khí nóng đi lên và các tinh thể băng đi xuống trong đám mây sẽ làm xuất hiện các điện tích mà ta gọi là đám mây bị phân cực điện hay đám mây tích điện. Các phần tử điện tích âm có khối lượng lớn nên nằm dưới đáy đám mây còn các phần tử điện tích dương nhẹ hơn nên bị đẩy lên phần trên của đám mây. Như vậy trong bản thân đám mây đã hình thành một điện trường cục bộ của một lưỡng cực điện và dưới tác dụng của điện trường cục bộ này các phần tử sẽ di chuyển nhanh hơn, điện tích được tạo ra nhiều hơn và điện trường càng mạnh hơn. Quá trình này tiếp diễn cho đến lúc điện trường đạt giá trị tới hạn và gây ra phóng điện nội bộ trong đám mây mà ta gọi là chớp. Ngoài ra khoảng không gian bên dưới đám mây thường có một lớp điện tích dương gọi là điện tích không gian vì vậy giữa phần đáy đám mây mang điện âm và lớp điện tích dương này lại hình thành một điện trường riêng và chính điện trường này làm phát sinh một tia sét ban đầu gọi là dòng tiên đạo di chuyển xuống đất với tốc độ khoảng 150km/s. Trong quá trình phát triển xuống đất, dòng tiên đạo mang Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 1 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO theo một điện thế rất lớn sẽ ion hóa lớp không khí trên đường đi của nó, nơi nào có cách điện không khí yếu thì dòng tiên đạo sẽ phát triển về hướng đó vì vậy ta thấy dòng tia sét đi xuống không phải là đường thẳng mà thường có dạng ngoằn ngoèo, phân nhánh. Ngoài ra do hiệu ứng cảm ứng điện nên phần mặt đất nằm bên dưới đám mây dông sẽ mang một lượng điện dương. Lượng điện này sẽ phân bố trên các vật có khả năng dẫn điện như nhà cửa, cây cối, công trình, trụ điện, tháp anten......, vật nào dẫn điện càng tốt thì điện tích phân bố trên vật đó càng lớn và điện trường của nó càng mạnh so với các vật xung quanh. Vì vậy, khi dòng tiên đạo phát triển xuống gần mặt đất thì nó sẽ chọn vật có điện trường mạnh nhất để đánh vào mà ta gọi là phóng điện sét, nơi tiếp xúc của chúng gọi là kênh sét. Đây là thời điểm trao đổi điện tích giữa đám mây và mặt đất được gọi là giai đoạn trung hòa điện tích, dòng điện trong kênh sét lúc này rất lớn có thể đến 200kA nên bị nóng lên rất mạnh khoảng 20.000 oC và do đó ta thấy nó sáng chói lên (cũng được gọi là chớp). Dưới tác dụng của nhiệt độ này, lớp không khí chung quanh kênh sét bị giãn nỡ mạnh gây ra tiếng nổ lớn mà ta gọi là sấm. Do ánh sáng có vận tốc lớn hàng triệu lần so với âm thanh nên ta thấy ánh chớp trước rồi sau đó một lúc mới nghe thấy tiếng sấm. Hình 1: Điện tích trái dấu hình thành trên công trình dưới dông mưa sấm sét Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 2 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO 1.2 Một vài thông số của sấm sét        Điện thế của sự phóng điện: có thể từ vài chục tới vài trăm triệu volt. Cường độ dòng điện: 1 OA – 30kA Chiều dài của sét trung bình là 5km, có khi tới 10km Vận tốc phóng điện: 15.000 – 36.000 km/s Đường kính tia sét: khoảng 40 – 50 cm, phần lõi tia sét khoảng 15cm Nhiệt độ trong tia sét: 18.000 – 28.000 °c Đường di của những tia sét là không thẳng. 1.3 Phân loai sét: Trong việc phòng tránh sét chúng ta cần phân biệt các loại sét khác nhau như sét đánh trực tiếp, sét đánh gián tiếp, sét cảm ứng. 1.3.1 Sét đánh trực tiếp là sét đánh thẳng vào nhà cửa công trình hoặc đánh vào bồn nước kim loại hay trụ anten nằm trên công trình đó, đánh vào cây cối, đánh vào người đang di chuyển khi đang có dông Đây là loại sét nguy hiểm nhất vì nó có thể gây thiệt hại nặng nề cho công trình hoặc gây chết người. 1.3.2 Sét đánh gián tiếp là sét đánh vào đường dây điện thoại, đường dây tải điện cao thế hoặc hạ thế ở một nơi nào đó rồi theo đường dây truyền vào công trình làm hư hỏng thiết bị điện đang sử dụng. Chúng ta thường thấy hiện tượng bóng đèn, điện thoại, TV, tủ lạnh .... bịcháy hoặc người đang gọi điện thoại bị điện giật mạnh sau một cơn dông sét tất cả là do ảnh hưởng của loại sét này. 1.3.3 Sét cảm ứng bao gồm cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ. Sét cảm ứng tĩnh điện thường chỉ nguy hiểm cho các công trình có chứa chất dễ cháy nổ như xăng dầu, khí đốt do tác động của phóng điện thứ cấp còn sét cảm ứng điện từ chỉ nguy hiểm đối với các thiết bị hiện đại dùng các linh kiện điện tử nhạy với xung điện trong các công trình bưu điện, viễn thông, phát thanh truyền hình. Một hệ thống chống sét hoàn chỉnh phải thể hiện đầy đủ các nội dung chống sét nói trên, tuy nhiên đối với đa số các hộ gia đình người ta thường chỉ quan tâm đến việc chống sét đánh trực tiếp. 1.4 Tác hại của sét: Cơn dông có thể ví như một nhà máy phát điện nhỏ công suất vài trăm megavat. Điện thế có thể đạt hàng 1 tỷ vôn và và dòng điện 10- 200kAmper. Một tia sét thông thường có thể thắp sáng bóng đèn 100 w trong ba tháng. Theo thống kê ước tính trên trái đất của chúng ta cứ mỗi giây có chừng 100 cú phóng điện xảy ra giữa các đám mây tích điện và với mặt đất. Công suất của nó có thể đạt tới hàng tỷ kw, làm nóng không khí đến 28000 độ C(hơn ba lần nhiệt độ bề mặt mặt trời). Ngoài tác dụng tạo ra phân nitrogen có lợi cho cây trồng, sét là hiểm hoạ gây thiệt hại về người và tài sản. Hàng năm trên thế giới theo thống kê có khoảng 5000 người bị sét đánh. Vào một thời điểm bất kỳ trên trái đất có khoảng 2000 cơn dông đang hoạt động. Một cơn dông bình thường kéo dài 4 tiếng có thể có 10 000 cú phóng điện trong đó có 1000-2000 phóng xuống đất. Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 3 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO ở Việt nam có thể có tới 2 triệu cú sét đánh xuống đất trong vòng 1 năm. Tại một số khu vực như Cổ dũng (Hải dương), Sơn lộc (Hà tĩnh), Đồng bằng sông Cửu long, sét gây tâm lý hoang mang trong nhân dân. Sét không những có khả năng gây thương vong cho con người, mà còn phá hủy tài sản, các công trình xây dựng, công trình cung cấp năng lượng, hoạt động hàng không, các thiết bị điện - điện tử, các đài truyền thanh truyền hình, các hệ thống thông tin liên lạc… 1.4.1 Sét gây thương tích cho con người: Sét có thể gây thương tích bằng những cách thức sau: 1. Sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống. 2. Khi nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh. Sét có thể phóng qua khoảng cách không khí giữa người và vật. Trong trường hợp này gọi là sét đánh tạt ngang. 3. Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh. 4. Điện thế bước. Khi người tiếp xúc với mặt đất ở một vài điểm. Sét lan truyền trên mặt đất. 5. Sét lan truyền qua đường dây cáp tới các vật như điện thoại, tivi, ổ cắm. Theo thống kê thì sét đánh thẳng là nguy hiểm nhất, cú 10 người bị sét đánh thẳng thì 8 người chết. Sét đánh tiếp xúc hay tạt ngang cũng rất nguy hiểm. Khi sét đánh xuống cây, thì 1 tia sét có thể giết chết ngay vài người xung quanh. Độ nguy hiểm phụ thuộc vào bản chất của vật bị sét đánh và vị trí tương đối với nạn nhân. Thương vong do điện thế bước nhẹ hơn. Trong một số trường hợp năng lượng tia sét không tiêu tán ngay tại chỗ mà truyền theo mặt đất và khi nạn nhân đứng trên đường truyền đó có thể bị liệt. Trong một số trường hợp tồi tệ nạn nhân sẽ bị vấn đề với việc đi lại sau này. Thường thị điện thế bước chỉ gây những hiệu ứng tạm thời và ít khi để lại hậu quả sau này. Trong thực tế sét lan truyền xuất hiện khi nạn nhân nói chuyện điện thoại, cầm vào các dây cáp, dây anten dẫn từ ngoài vào. 1.4.2 Sét gây hại cho công trình, thiết bị: 1.4.2.1 Khi sét đánh trực tiếp :   Do năng lượng của một cú sét lớn nên sức phá hoại của nó rất lớn khi một công trình bị sét đánh trực tiếp có thể bị ảnh hưởng đến độ bền cơ khí, cơ học của các thiết bị trong công trình, nó có thể phá hủy công trình, gây cháy nổ…trong đó : Biên độ dòng sét ảnh hưởng vấn đề quá điện áp xung và ảnh hưởng đến độ bền cơ khí của các  thiết bị trong công trình. Thời gian xung sét ảnh hưởng đến vấn đề quá điện áp xung trên các thiết bị. Thời gian tồn tại của xung sét thì ảnh hưởng đến độ bền cơ học của các thiết bị hay công trình bị  sét đánh. Ngoài ra, khả năng cháy nổ cũng xảy ra rất cao đôi với công trình bị sét đánh trực tiếp.  1.4.2.2 Ảnh hưởng do sự lan truyền sóng điện từ gây bởi dòng điện sét: Khi xảy ra phóng điện sét sẽ gây nên một sóng điện từ tỏa ra xung quanh với tốc độ rất lớn, trong không khí tốc độ của nó tương đương tốc độ ánh sáng. Sóng điện từ truyền vào công trình theo các đường dây điện lực, thông tin… gây quá điện áp tác dụng lên các thiết bị trong công trình, gây hư hỏng đặc biệt đôi Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 4 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO với các thiết bị nhạy cảm: thiết bị điện tử, máy tính cũng như mạng máy tính … gây ra những thiệt hại rất to lớn 1.4.2.3 Muốn chống sét có hiệu quả toàn diện thì phải tuân thủ 3 nguyên tắc: 1. Chống sét đánh trực tiếp vào công trình, 2. Chống sét lan truyền qua đường cáp nguồn và cáp tín hiệu, 3. Hệ thống tiếp đất có tổng trở thấp và độ an toàn cao. Có thể phân biệt 2 loại thiết bị chống sét: thiết bị chống sét trực tiếp và thiết bị chống sét lan truyền . Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 5 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO Chương 2: Một số biện pháp phòng tránh sét thông dụng và hiệu quả 2.1 Các phương pháp phòng chống sét trên thế giới Trên thế giới hiện nay, trải qua 250 năm kể từ khi Franklin đề xuất phương pháp chống sét (PPCS), trong lĩnh vực phòng chống sét đã có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng. Nhiều dạng thiết bị phòng chống sét được tung ra trên thị trường. Hiệu quả của nhiều phương pháp còn chưa rõ ràng, thậm chí nhiều kết quả còn đem lại hiệu quả không mong muốn. 2.1.1 Chống sét đánh trực tiếp: 2.1.1.1 Phương pháp dùng lồng Farađây: Là lồng kim loại bao kín khu vực bảo vệ. Theo lý thuyết sóng điện từ thì đây là phương pháp lý tưởng để phòng chống sét. PPCS này được sử dụng bảo vệ một số khu vực đặc biệt như nơi chứa thuốc nổ, hạt nhân. Tuy nhiên phương pháp này tốn kém và không khả thi trên thực tế áp dụng cho tất cả các công trình. Có một số phương pháp dạng này cần quan tâm khi tạo lồng Faraday không lý tưởng nhưng khá tốt trong phòng chống sét. 2.1.1.2 Phương pháp chống sét truyền thống : Benjamin Franklin (1752) đã đề xuất một phương pháp chống sét (PPCS) bảo vệ nhà cửa thuyền bè. Ông dùng kim thu sét bằng kim loại đặt trên đỉnh nóc nhà, nối với một dây kim loại dẫn xuống đất. Franklin nghĩ rằng PPCS này thực hiện hai nhiệm vụ: làm chệch hướng tia sét vào nhà và dẫn năng lượng xuống đất và phân tán năng lượng điện trên mây và như vậy ngăn chặn tia sét. Qua kiểm chứng trải qua 250 năm qua, thực sự PPCS của Franklin và những hệ tương đương phương pháp này đã thật sự giảm thiệt hại về nhà cửa, thuyền tàu. PPCS Franklin và hệ tương tự không phân tán điện tích và như vậy không ngăn chặn tia sét. Phương pháp chống sét truyền thống có hai dạng là: hệ gắn thẳng với nhà và hệ bao quanh hay nằm trên. Hệ Franklin là thí dụ về hệ gắn thẳng và hiện nay vẫn sử dụng rộng rãi. Quy phạm NFPA 780 đã quy định về chiều cao và cách bố trí kim thu sét, kích cỡ của dây nối đất, cách thực hiện và đặc tính của hệ nối đất. Gần đây một vài kiểm chứng cho thấy kim tù làm việc tốt hơn kim nhọn. Hệ Franklin bao quanh hay nằm trên hay còn gọi là hệ mắt xích hay lưới. Nó thường bao gồm hệ dây dẫn ở trên đỉnh treo trên các cột và nối với hệ thống đất. Các dây này thường đặt cách nhà khoảng 10 - 20 m. Hệ này có ưu việt là một khi nó tiếp nhận tia sét thì tia sét ở cách xa khu vực bảo vệ xa hơn hệ Franklin nối trực tiếp. Dạng bảo vệ này thường đắt hơn dạng gắn trực tiếp. Thực nghiệm cho thấy, hệ Franklin không cho hiệu quả chống sét 100%. Tuy sét đánh vào kim thu sét nhiều hơn và hiệu quả của PPCS là khá tốt, song nhiều kết quả thực nghiệm cho thấy sét có thể bỏ qua kim thu sét mà đánh trực tiếp vào nhà mặc dù có thể làm kim thu sét lên rất cao. Ngay cả khi sét đánh vào kim thu sét thì dây nối đất không hiệu quả cho việc dẫn các thành phần tần số cao của tia sét khi có các Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 6 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO vật kim loại ở gần. Các nhà có chứa các dụng cụ nhạy cảm với sét như các thiết bị điện tử sẽ bị hỏng hóc. Đối với các thiết bị nhạy cảm này cần phải có những thiết bị chống sét chuyên dụng. Như vậy, phương pháp truyền thống trong nhiều năm qua đã chứng tỏ khả năng bảo vệ của nó, tuy nhiên đối với yêu cầu cao như hiện nay (các thiết bị điện tử, nhà máy hạt nhân, đạn dược, ...) thì những nhược điểm nêu trên sẽ có thể gây thiệt hại khôn lường. 2.1.1.3 Phương pháp không truyền thống Một số hệ chống sét khác với dạng Franklin nổi lên trong hàng chục năm gần đây. Đáng chú ý là: a, Hệ phát xạ sớm b, Hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán năng lượng sét) Những người bảo vệ hệ dùng kim thu sét phát xạ sớm cho rằng kim này phóng tia tiên đạo lên sớm hơn so với hệ Franklin. Một vài dụng cụ được sử dụng gây phát xạ sớm như nguồn phóng xạ và kích thích điện của kim. Năm 1999, 17 nhà khoa học của Hội đồng khoa học ICLP (International Conference on Lightning Protection) ra tuyên bố phản đối phương pháp này. Hệ ngăn chặn sét với mục đích là phân tán điện tích của mây dông trước khi nó phóng điện. Hay nói khác đi tạo đám mây điện dương tại khu vực để làm chệch tia sét khỏi khu vực bảo vệ. Nhiều dạng dụng cụ phân tán được sử dụng. Chủ yếu cấu tạo bởi rất nhiều kim mũi nhọn nối đất. Những điểm này có thể như những dạng lưới kim loại, bàn chải... Các dụng cụ này có tác dụng chuyển điện tích dương từ đất vào khí quyển. Nhưng vấn đề ở đây là các đám mây dông tạo điện tích và chuyển động rất nhanh. Liệu các thiết bị này có kịp tạo đám mây điện tích để làm chệch tia sét hay không? Chưa có thông tin khoa học tin cậy nào thông báo về khả năng này của hệ thống có đủ tốc độ để làm lệch hướng tia sét xuống khu vực bảo vệ. C Hút sét bằng tia laser Ngày nay chúng ta cần chống sét cho các công trình hiện đại đòi hỏi PPCS có hiệu quả cao ví dụ như kho chất nổ đạn dược, hạt nhân, các trung tâm máy tính quan trọng (điều khiển bay, trung tâm điều hành mạng, ...) Nhằm tìm kiếm giải pháp chống sét 100%, các công ty hàng năm đầu tư hàng triệu đôla cho công việc nghiên cứu hút sét bằng laser. Các nhóm nghiên cứu mạnh về vấn đề này là giáo sư Bazelyan (Nga), giáo sư Zen Kawazaki (Nhật). Đã có những kết quả bước đầu. Tại Nhật, năm 1997 sau rất nhiều lần thử nghiệm người ta đã 2 lần thu được tia sét bằng cách này. Theo ý kiến các chuyên gia, về kỹ thuật có thể thực hiện được. Khó khăn ở chỗ đồng bộ hoá và chi phí cho một cú chống sét bằng phương pháp này có thể nói đắt hơn vàng. Hướng nghiên cứu này đang được tiếp tục. 2.1.2 Chống sét đánh lan truyền: Để chống ảnh hưởng lan truyền từ dây điện lực hay thông tin, người ta lắp đặt một hệ thống cắt và lọc sét trước khi các đường dây này đi vào công trình. Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 7 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO 2.1.3 Phương pháp phòng chống tích cực: Sử dụng các trang thiết bị hiện dại Một dạng phương pháp được sử dụng có hiệu quả trong những năm gần đây là dự báo dông sét sớm. Nhờ vào các thiết bị hiện đại như ra đa, vệ tinh, các hệ thống định vị phóng điện, … người ta có thể dự báo được khả năng có dông sét xảy ra tại khu vực trong khoảng thời gian từ vài giờ đến 30 phút. Các phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong hàng không, điện lực, an toàn cho con người… Thiết bị EFM và ESID đặt tại trạm Phú thụy (Gia lâm) cũng có khả năng này. Các biện pháp bảo vệ và chống sét được khuyến khích Vì sét là hiện tượng ngẫu nhiên cho nên không cỏ vị trí an toàn tuyệt đối. Tuy nhiên việc chù động đề phòng, tránh sét tìm nơi an toàn hơti cỏ thể làm giảm đáng kể khả năng bị sét đánh, cần phải hướng dẫn giáo dục phòng chống sét an toàn cho con người. Lên kế hoạch trước Nghe dự báo thời tiết. Khi nghe băn tin dự báo thời tiết lên kế hoạch làm việc đê đề phòng. Khi làm ở khu vực nào đó, để ý trước các nơi có thể trú mưa và tránh sét an toàn. Phải tính được thời gian từ chỗ làm việc đến nơi an toàn. Thường thì cơn dông kéo đến rất nhanh trong vòng 15 phút và di chuyến với vận tốc 40km/h. Nói chung khi đang ớ nơi không an toàn thì cần phải đê ý đen các dấu hiệu cùa dông như mây đen, không khí lạnh, gió Thực hiện quy tăc nhìn-nghe  Khi sét xảy ra, thoạt tiên ta thấy tía chớp loé lên và sau đó là có tiếng sấm kèm theo. Nếu ta tính  khoảng thời gian từ lúc tia chớp loé lên và lúc nghe thấy tiếng sấm thì có thể xác định được khoảng cách tới nơi sét xảy ra. Chia số giây cho 3 ta được khoảng cách đến tia sét. Ví dụ đếm được 3 giây thì sét cách vị trí đứng là 3/3= 1 km. Nếu như khoảng thời gian ta đếm được từ khi thấy chớp và nghe tiếng sấm nhó hơn 30 giây, thì ta  đã nằm trong tầm ngắm của tia sét rồi và phải cẩn thận, Nếu thời gian này nhỏ hơn 20 giây thì phải di chuyển đến nơi an toàn hơn. Khi nghe thấy tiếng sấm đầu tiên bất kể là gì cũng cần phải thấy nguy hiểm đã đến. Sét có thể đánh cách xa nơi có mưa tới 1520km. Tránh sét trong nhà  Khi trời sấp xảy ra dông, thì biện pháp tránh sét tốt nhất là nên về nhà. Chỗ an toàn đê tránh sét là  toà nhà, hay công sở có lắp đặt hệ thống chống sét (đơn giản nhất là cột thu lôi Franklin).. Khi ở trong nhà thì nên đứng xa cửa sổ, cửa ra vào, các đồ dùng điện, tránh các chồ ẩm ướt nhu’  buồng tắm, bề nước, vòi nước, không nên dùng điện thoại trừ trường hợp rất cần thiết. Nên rút phích cắp các thiểt bị điện trước lúc có dông gần xảy ra. Với các đường dây điện thoại hay dây điện vì nối với lưới bên ngoài nên rất có thể bị ảnh hường sét đánh lan truyền, Nên tránh xa các dây này và các vật dùng điện với khoảng cách ít nhất là I m. Vô tuyên nối với dây anten để ngoài trời cũng rất cần rút ra khi có dông. Tránh sét đánh ngoài trời  Trong trường hợp không kịp chạy tìm nơi ẩn náu an toàn, tuyệt đối không dùng cây cối làm chồ trú mưa, tránh các khu vực cao hơn xung quanh, tránh xa các vật dụng kim loại như xe đạp, máy, hàng rào sắt. Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 8 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT      SVTH: HUỲNH THẾ BẢO Tìm chỗ khô ráo, nếu xung quanh có cây cao hon thì nên tìm chỗ thấp, tìm vị trí cây thấp. Người ớ vị trí càng thấp càng tốt, tay ôm cồ. Phần tiếp xúc của người với mật đất là ít nhất. Nhón chân, không được nằm xuống đất. Đứng xa các vật cao, ra ngay khỏi những nơi chứa nước như bãi biển, ao, hồ, mương. Các vùng đỉnh núi hay sườn núi nhô cao cũng rất nguy hiểm. Neu ở trong rừng thì tìm những nơi cây thấp hơn và thưa để tránh. Không đứng thành nhóm người gần nhau. Neu như ta cảm thấy tóc bị dựng lèn (như cảm giác điện khi sờ tay trước mặt tivi) thì điều đỏ có nghĩa là có thể bị sét đánh bất cứ lúc nào. Lập tức củi ngồi xuống và lấy tay che tai, không nằm xuống đất hay đặt tay lên đất. Đối với các vật có bề mặt kim loại nhu xe buýt, tàu hoả, ô tô, …nếu không thò người ra ngoài và không chạm đến vỏ bọc thì ở những chỗ này là an toàn. Ngược lại đối vơi các ô tô, tàu thuỷ đế hở hay không có vỏ bọc kim loại thì lại nguy hiếm. Sau khi nghe thấy tiếng sét 30 phút thì có thể trở lại làm việc bỉnh thường Cấp cứu người bị sét đánh.  Ngoài làm cháy, bỏng, sét gây tác hại hệ thần kinh, gãy xương, mất thính giác, thị giác, hay trí  nhớ. Người bị sét đánh cần được cứu trợ ngay tức khắc. Nếu người bị sét đánh bị ngất (tim ngừng đập, tắt thở) phải thực hiện khẩn cấp các động tác hô  hấp, trợ tim nhân tạo. Tìm những nơi bị gãy, đặc biệt cẩn thận không di dời những nạn nhân nếu nghi ngờ bị gãy cột sống. Đê những nơi bị bỏng khô và tìm cách nhanh nhất để nhân viên y tế đến. Trong cơn giông, nếu cảm thấy có điều bất thường như trong người nhưng nhức, tóc giật giật, lông tay lông gáy dựng lên… đó là các ta đang ở trong khu vực sắp bị sét đánh. Phải phản ứng thật nhanh, rời khỏi nơi đang đứng bằng cách nhây cò cò hay nhảy chụm hai chân như chim sẻ (tuyệt đối không nên chạy, vì nếu bước dài hai chân, điện áp sẽ lớn và tạo ra dòng điện đi từ chân này qua người sang chân kia, người sẽ bị điện giật chết. Cũng không nên nằm dài ra đất). Nếu không thể rời xa nơi đó được thì lậy tức ngồi ngay xuống, thu mình nhỏ lại (hoặc đứng chụm hai chân hay co một chân lên). Nêu có vật cách điện như ván, nhựa… thì nên ngồi lên đó, cúi đầu thâp xuống, hai tay che đầu. 2.2 Dây thoát sét và phương thức hoạt động Dây thoát sét là một thiết bị tiêu biểu trong hệ thống chống sét có tác dụng thoát dòng sét, dẫn dòng sét từ kim thu sét đến hệ thống tiếp đất. Dây thoát sét thường được làm bằng đồng lá hoặc dây kẽm đồng, tiết diện của dây dẫn được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế từ 50mm2 đến 70mm2. Dây thoát sét đóng vai trò trung gian, dẫn sét từ thiết bị đầu thu xuống đất. Để tăng cường khả năng thoát sét cho đường dây này, có thể sử dụng dây có thiết diện lớn hơn hay sử dụng các loại dây thoát sét đặc chủng như cáp thoát sét chống nhiễu nhiều lớp của hãng ERICO,LPI... 2.3 Hệ thống tiếp đất chống sét:  Đây là bộ phận quan trọng của hệ thống chống sét , đó là nơi làm tiêu tán dòng điện sét. Mỗi dây dẫn đi xuống đều phải được nối với hệ thống tiếp đất và phải được liên kết tốt về điện. Một hệ thống tiếp Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 9 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO đất chống sét tốt sẽ chịu được dòng sét đánh, làm tiêu tán dòng điện một cách nhanh chóng và an toàn. Một yêu cầu quan trọng hàng đầu là hệ thống tiếp đất chống sét trực tiếp là phải có giá trị điện trở tiếp đất nhỏ hơn 10 Ohm. Hệ thống tiếp đất chống sét phải đảm bảo tiêu tán dòng sét, quá áp và không gây nguy hiểm do điện áp bước gây ra. Việc thiết kế, chọn vật liệu, phương thức tiếp đất cần dựa trên cơ sở tính toán và đặc điểm địa hình cụ thể. 2.3.1 Tiếp đất bảo vệ cho thiết bị, an toàn cho con người   Đảm bảo an toàn cho con người bởi điện áp chạm tối thiểu Đảm bảo an toàn cho việc lắp đặt và thiết bị bởi đường dẫn điện trở thấp  Triệt tiêu nhiễu điện từ nhằm đảm bảo chất lượng đường tín hiệu  Tạo ra mức điện áp tham chiếu chuẩn cho hệ thống các thiết bị điện.  Giá trị điện trở đo được bằng máy đo thấp là yếu tố chính để xác định hiệu quả hệ thống tiếp đất, dây dẫn với tiết diện phải đủ lớn để chuyển tải dòng điện dự phòng và phải bền tốt trước sự ăn mòn kim loại. 2.3.2 Các lưu ý khi thiết kế hệ thống tiếp đất   Đo điện trở suất của đất là công tác đầu tiên phải thực hiện Phải có hộp đo điện trở tiếp đất để thường xuyên kiểm tra  Độ ẩm của đất sẽ làm giảm điện trở tiếp đất.  Hóa chất dẫn suất sẽ làm giảm điện trở đất. Hàn hóa nhiệt giúp liên kết tốt nhất  Các cực điện và ống gas chôn ngầm phải đảm bảo khoảng cách an toàn.  Các đường ống và thùng chứa nước chôn ngầm phải được nối tiếp đất Hóa chất giảm điện trở, điện cực hóa học, điện cực chôn sâu hay các mạch vòng đất đều có thể sử dụng để có số đo điện trở tiếp đất đạt yêu cầu. Hình 2: Hệ thống tiếp đất Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 10 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO Chương 3: TÌM HIỂU CỤ THỂ VỀ CÁC THIẾT BỊ CHỐNG SÉT 3.1 CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG : 3.1.1 Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới (lồng Faraday) Bảo vệ này liên quan đến việc đặt nhiều dây dẫn (băng đồng) đối xứng nhau xung quanh tòa nhà. Đây là loại hệ thống chống sét được sử dụng cho các tòa nhà cao với rất nhiều thiết bị điện tử nhạy cảm như phòng máy tính. Hình 3.1 Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới Hậu quả của hệ thống chống sét trực tiếp (hệ thống bảo vệ bên ngoài tòa nhà) cho các thiết bị điện tử bên trong tòa nhà Như một hệ quả, hệ thống chống sét trực tiếp không bảo vệ các thiết bị điện bên trong tòa nhà: điều đó đòi hỏi phải cung cấp một hệ thống bảo vệ cho các thiết bị điện. Khi có sét đánh trực tiếp vào hệ thống chống sét trực tiếp, 50% năng lượng của dòng sét sẽ đi vào hệ thống tiếp đất của các thiết bị điện và sự gia tăng điện áp này rất thường xuyên vượt quá khả năngchịu nhiệt của các loại dây dẫn trong các mạng khác nhau (LV chính, viễn thông, video cáp , vv). Hơn nữa, dòng chảy của dòng sét qua dây dẫn xuống đất sẽ gây ra hiện tượng quá áp(do hiện tượng cảm ứng điện từ) cho các thiết bị điện. Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 11 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO 3.1.2 Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ kim cổ điển (Franklin): Hình 3.2: Hệ thống chống sét dùng kim franklin Hình 3.3: Phạm vi bảo vệ của hệ thống chống sét kim cổ điển Đây là thiết bị thu sét phổ biến nhất và có lẽ là nổi tiếng nhất trong lịch sử. Kim thu sét được đặt tại một hoặc nhiều điểm nhô cao của một công trình kiến trúc. Phạm vi bảo vệ của nó được tính toán nằm trong vòng tròn bán kính tương đương với chiều cao của vị trí trí đặt kim so với mặt đất. Kim thu sét Franklin dùng lý tưởng để bảo vệ những nơi mà có một phần cấu trúc nhô hẳn lên cao trong phạm vi cần bảo vệ. Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 12 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO 3.1.3. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ tiêu tán đám mây điện tích không cho hình thành tia tiên đạo sét (dissipation array system): Kim phân tán điện tích hoạt động như thế nào ? Lý thuyết phóng điện điểm nói rõ rằng một đầu nhọn dẫn điện sẽ phân tán (ion hóa) điện tích tĩnh, chuyển dịch điện tích vào khí quyển. Kim thu sét có đầu nhọn là một ví dụ của nguyên lý này. Các điện cực phân tán sét với vô số điểm nhọn sẽ phân tán một lượng đáng kể các điện tích cảm ứng trên mặt đất vào khí quyển thông qua quá trình ion hóa. Quá trình này làm giảm một cách toàn diện khả năng tập trung điện tích, triệt tiêu khả năng hình thành các tia tiên đạo ngược. Khả năng sét đánh trực tiếp vào công trình (do tia ngược tạo ra đường dẫn sét) được giảm đi một cách đáng kể. Những đối tượng không được lắp đặt bảo vệ sẽ tiếp nhận vai trò sinh ra tia ngược. Khả năng của chúng bị sét đánh là cao so với nơi được bảo vệ bằng điện cực phân tán sét. Có khi sét vẫn xảy ra mặc dù điện tích đã giảm, điện cực phân tán sét sẽ thực hiện việc thu sét, dẫn năng lượng nguy hiểm xuống hệ thống tiếp đất một cách an toàn. Hình 3.4: Kim phân tán điện tích Các thành phần của đất làm tiêu tán điện tích tự nhiên cảm ứng trên bề mặt. Một hệ thống tán sét được thiết kế đúng sẽ làm tăng hiện tượng tự nhiên này, đủ làm thay đổi điện tích cảm ứng nhằm ngăn chặn mọi bộ phận của công trình được bảo vệ sinh ra các tia ngược có thể thu hút sét đánh. 3.1.4. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ phát tia tiên đạo sớm (Early Streamer Emission) . Hình 3.5: Kim thu sét tia tiên đạo sớm 3.1.4.1 Nguyên tắc hoạt động Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 13 GVHD: PGS-TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT SVTH: HUỲNH THẾ BẢO Đầu kim thu sét nhận năng lượng cần thiết trong khí quyển để tích trữ các điện tích trong bầu hình trụ. Kim sẽ thu năng lượng từ vùng điện trường xung quanh trong thời gian giông bão khoảng từ 10 tới 20.000 v/m. Đường dẫn chủ động bắt đầu ngay khi điện trường xung quanh vượt quá giá trị cực đại để bảo đảm nguy cơ sét đánh là nhỏ nhất. Phát ra tín hiệu điện cao thế với một biên độ, tần số nhất định tạo ra đường dẫn sét chủ động về phía trên đồng thời trong khi đó làm giảm điện tích xung quanh Đầu thu sét tức là cho phép giảm thời gian yêu cầu phát ra đường dẫn sét chủ động về phía trên liên tục. Điều khiển sự giải phóng ion đúng thời điểm: thiết bị ion hoá cho phép ion phát ra trong khoảng thời gian rất ngắn và tại thời điểm thích hợp đặc biệt, chỉ vài phần của giây trước khi có phóng điện sét, do đó đảm bảo dẫn sét kịp thời, chính xác và an toàn. Thiết bị phát xạ sớm tia tiên đạo là những thiết bị chủ động không sử dụng nguồn điện nào, không gây ra bất kỳ tiếng động, chỉ tác động trong vòng vài s trước khi có dòng sét thực sự đánh xuống và có hiệu quả trong thời gian lâu dài. 3.1.4.2 So sánh với các hệ thống chống sét cổ điển, phương pháp này có các ưu điểm sau: Đặc tính Stt 1 Hệ thống Đầu thu sét công nghệ tiên tiến Công nghệ Sử dụng công nghệ hiện đại phát ra xung điện thế cao để thu hút và bắt giữ từ xa tia sét phóng xuống từ đám mây dông (Chủ động dẫn sét). Chế tạo - Thường chỉ cần một kim thu sét cho mỗi công trình. Thích hợp với mọi công trình đặc biệt là các Trụ sở, Văn phòng làm việc - giao dịch, khách sạn, Trung tâm thương mại, Chung cư cao tầng v.v... 2 Cấu tạo và lắp đặt Độ an 3 toàn Đối tượng 4 bảo vệ - Tạo cho kiến trúc công trình có thẩm mỹ. - Dễ dàng lắp đặt trong thời gian ngắn, không gây thấm dột mái sau này khi đưa công trình vào sử dụng. - Rất dễ bảo trì. Độ an toàn rất cao do vùng bảo vệ rộng lớn (có bán kính bảo vệ cao thấp nhất là 55m và lớn nhất là 118m). Bảo vệ cho các vùng lân cận. Chống sét đánh tạt, đánh xuyên. - Chống được sét đánh trực tiếp có hiệu quả tốt cho các toà nhà cao ốc, kho bạc, ngân hàng, trạm viễn thông, khách sạn, đài phát sóng, kho xăng dầu, khí đốt, khu công nghiệp, khu chế xuất .v.v… - Những nơi được trang bị các thiết bị điện, điện tử máy móc hiện đại có giá trị lớn, trung tâm công nghệ thông tin, các kho chứa tiền... 3.1.4.3 Vùng bảo vệ: Tiểu luận môn học : Các linh kiện và sự lắắp ráp Page 14
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan