ĐỀ TÀI
Thiết kế hệ thống chống sét trực
tiếp cho trường ĐH Sư Phạm Kỹ
Thuật TP. HCM Giáo viên hướng dẫn :
Họ tên sinh viên :
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
1
T
LỜI MỞ ĐẦU Trong công cuộc đổi mới, xây dựng và phát triển của đất nước ta, ngày càng có nhiều công
trình xây dựng, nhà máy mọc lên nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho nhân dân. Bên cạnh sự
ưu đãi của thiên nhiên cho con người cũng kèm theo sự khắc nghiệt của nó. Trong đó sét là một hiện
tượng tự nhiên có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người và tài sản. Vì vậy, ngoài việc xây dựng
các công trình chúng ta cần phải có biện pháp bảo vệ tránh được thiệt hại do sét gây ra.
Năm 1752 nhà bác học người Mỹ là Benjamin Franklin đã khám phá ra nguyên tắc cơ bản trong
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
2 CHƯƠNG I
: TỔNG QUAN VỀ SÉT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
PHÒNG CHỐNG SÉT . A.
TỔNG QUAN:
Nước Việt Nam ta thuộc vùng khí hậu nhiệt đới, nóng và ẩm thuận lợi cho việc hình thành mây dông
và sét. Ngày nay, khi nền kinh tế đất nước phát triển tình hình xây dựng cũng phát triển rầm rộ, nhiều
toà cao ốc, khu công nghiệp ra đời, do đó việc phòng chống sét là một vấn đề cần được quan tâm.
Để thiết kế được hệ thống chống sét cho một công trình cần phải có sự hiểu biết cơ bản về điện khí
quyển, các hiện tượng phóng điện trong khí quyển (cũng như các hiện tượng phóng điện giữa đám mây
với mặt đất).
1/
Quá trình phóng điện của sét:
1.1/ Sự hình thành mây dông và sét:
Dông là hiện tượng xãy ra chủ yếu vào mùa hạ liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu
nhiệt và các nhiễu động khí quyển. Dông được đặt trưng bởi sự xuất hiện những đám mây dông hay
mây tích vũ (Cumulonimbus) có độ dầy từ 10 ÷ 16 Km, tích tụ một lượng nước và tạo ra những điện
thế cực mạnh.
nào trên mặt đất càng cao thì khoảng cách giữa vật và đám mây càng nhỏ và lớp không khí ngăn cách
giữa vật và mây càng nhỏ cũng như lớp ngăn cách các điện tích trái dấu càng mỏng. những nơi này
sét dễ đánh xuống mặt đất. Khi đến gần nhà cao, cây cao thì mây dông mang điện tích âmhút các điện
tích dương làm cho chúng tập trung lại ở một điểm cao nhất: trên mái nhà, ngọn cây,…(còn gọi là hiệu
ứng mũi nhọn). Nếu điện tích mây lớn thì trên mái nhà, ngọn cây,… cũng tập trung một điện tích lớn.
Đến một mức độ nào đó độ lớn của các điện tích trái dấu nói trên sẽ tạo nên một sự chênh lệch điện
thế để đánh thủng lớp không khí ngăn cách nó với mặt đất (cường độ điện trường ở mặt đất lúc này
khoảng 25 ÷ 30kV/cm), lúc này xãy ra hiện tượng phóng điện giữa đám mây dông và mặt đất.
Hình 2.1 : Sự phát sinh của sét trong đám mây dông.
Sét thực chất là một dạng phóng tia lửa điện trong không khí với khoảng phóng đện rất lớn. Chiều
dài trung bình của kênh sét khoảng từ 3 ÷ 5 Km. Phần lớn chiều dài đó phát triển trong đám mây
dông. Quá trình phóng điện của sét tương tự quá trình phóng điện tia lửa trong điện trường rất không
đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn.
1.2/ Các giai đoạn phóng điện của sét:
Hình 3.1: Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét theo thời gian.
a. Giai đoạn phóng điện tiên đạo.
b. Tiên đạo đến gần mặt đất hình thành khu vực ion hoá mãnh liệt.
c. Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu.
d. Phóng điện chủ yếu kết thúc.
Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng: Q = σ.L
Với: σ là mật độ điện tích.
L là chiều dài kênh.
Điện tích này thường chiếm khoảng 10% lượng điện tích chạy vào đất trong một lần phóng điện
sét. Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây dông và điện tích trong kênh tiên đạo,
sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu (thường là điện tích dương) trên vùng mặt đất phía dưới đám mây
dông. Nếu vùng đât phía dưới bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích cảm ứng tập trung
sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo. Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khác nhau thì điện tích sẽ tập
trung chủ yếu ở vùng kế cận, nơi có điện dẫn cao như vùng quặng kim loại, vùng đất ẩm, ao hồ, sông
ngòi, vùng nước ngầm, kết cấu kim loại các nhà cao tầng, cột điện, cây cao bò ướt,… những nơi đó sẽ là
nơi đổ bộ của sét.
Cường độ điện trường ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát triển của nó (trong mây
dông) được xác đònh bởi điện tích bản thân của kênh và của điện tích tích tụ ở đám mây. Đường đi của
8
m/s (bằng 0,05 ÷ 0,5 lần vận tốc ánh sáng) tức là nhanh gấp trên
trăm lần tốc độ phát triển của kênh tiên đạo hướng xuống. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt
nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói còn gọi là chớp. Đặt điểm quan trọng nhất của phóng điện chủ
yếu là cường độ dòng điện lớn.
Gọi V là tốc độ của phóng điện , σ là mật độ điện tích thì dòng điện sét sẽ đạt giá trò cao nhất
(Hình 1.3c):
i
s
= σV.
Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mây thì số điện tích còn lại của mây sẽ theo kênh phóng
điện chạy xuống đất và cũng tạo nên ở chỗ sét đánh một dòng điện có trò số nhất đònh giảm nhanh
tương ứng với phần đuôi sóng (Hình 1.3d).
Kết quả quan trắc sét cho thấy phóng điện sét thường xãy ra nhiều lần kế tục nhau (trung bình là
3 lần, nhiều nhất có thể đến vài chục lần). Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển liên tục
(không theo từng đợt như lân đầu), không phân nhánh và theo đúng q đạo của lần đầu nhưng với tốc
độ cao hơn (2.10
6
m/s).
Qua nghiên cứu về sét, người ta lý giải được sự phóng điện nhiều lần của sét như sau: trong đám
mây dông có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau được hình thành do những luồng không khí
xoáy. Lần phóng điện đầu đưọc xãy ra giữa đất và trung tâm điện tích có cường độ điện trường cao
nhất. Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu điện thế giữa các trung tâm điện tích này với trung
tâm điện tích đầu tiên thực tế không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại với nhau. Nhưng khi kênh
phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điện
thế của đất làm cho hiệu điện thế giữa trung tâm đã phóng với trung tâm điện tích lân cận tăng lên và
có thể dẫn đến phóng điện với nhau. Khi đó thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện thế dẫn nhất đònh
do sự khử ion chưa hoàn toàn nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với
tốc độ cao hơn lần đầu.
[email protected] Do An Chong Set
+ Độ dốc dòng điện sét: a = di
s
/dt.
+ Độ dài dòng sét (τ
s
): là thời gian từ đầu dòng sét đến khi dòng sét giảm ½ biên độ. Hình 5.1: Dạng sóng dòng điện sét.
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
7
2.1/ Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện:
Dòng điện sét có trò số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu đến trung tâm điện tích của đám
mây dông.
Xác suất xuất hiện dòng điện sét có thể tính gần đúng theo công thức:
≥ 60KA :
lgV
I
= -60/60 = -1 ⇒ V
I
= 0,1 = 10%.
Có nghóa là trong tổng số lần sét đánh chỉ có 10% số lần sét có biên độ dòng điện sét từ 60KA trở
lên.
2.2/ Độ d ác đầu sóng d øng điện sét và xác suất xuất hiệno o :
Để đo độ dốc dòng điện sét người ta dùng một khung bằng dây dẫn nối vào một hoa điện kế. Khi sét
đánh vào cột thu sét với độ dốc a thì trong khung sẽ cảm ứng lên một sức điện động bằng Mdi
s
/dt (M
là hệ số hổ cảm giữa dây dẫn dòng điện sét của cột thu sét với khung).
Điện áp đầu ra của khung: U = M(di
s
/dt)
max
.
Độ dốc lớn nhất của dòng điện sét chạy qua cột: a = (di
s
/dt)
max
, (KA/µs).
* Xác suất xuất hiện độ dốc có thể tính theo:
+ Cho vùng đồng bằng: V
a
= e
-a/15,7
= 10
n – số lần sét đánh trung bình trên 1Km
2
trong một năm xãy ra ở đòa phương xây dựng
nhà(công trình).
* Số lần sét đánh trung bình trên 1Km
2
trong một năm:
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
8
Bảng 1.1:
Số giờ dông
trong năm.
Số lần sét đánh
Trung bình.
20 – 40
40 – 60
60 – 80
80 – 100
> - 100
2,5
3,8
5
6,3
7,5
* Số ngày dông trung bình trong năm ở một số đòa phương của Việt Nam (theo số liệu của tổng cục khí
18
19
20
21
22
23
24
25
ròa - Vũng tàu
c
thái - Thái nguyên
h
đònh - Qui nhơn
h
thuận - Phan thiết
bằng
c
lắc
n
g tháp - Cao lãnh
lai - Pleiku
bắc - Bắc giang
giang
nội - Láng
tây (Sơn tây)
tónh
hưng - Hải dương
n
g yên
Hồ Chí Minh
78,6
45,0
110,4
99,4
97,0
89,5
77,6
89,8
118,9
72,2
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
4
0
41
42
43
44
a thiên - Huế
n
giang - Mỹ tho
vinh - Càng long
e
â
n quang
n
bái
n
đảo
ờ
ng sa
ú
liễn
n
g cái
m
đảo
ú
thọ
n
biên
a
88,4
37,6
71,7
76,0
75,2
87,1
khi chúng bò sét đánh, gây nguy hiểm cho người và các thiết bò nối với nó.
- Cần chú ý là điện áp có thể cảm ứng trên các vật dẫn (cảm ứng tónh điện, hoặc các dây dẫn
điện tạo thành những mạch vòng cảm ứng điện từ). Khi có phóng điện sét ở gần điện áp này có thể lên
đến hàng chục kV và do đó rất nguy hiểm.
Như vậy, sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp và gián tiếp cần phải có các phương pháp
phòng chống sét trực tiếp và gián tiếp hữu hiệu, giảm thiểu các rủi ro do sét gây ra.
B. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP :
1/ Khái niệm chung:
Để chống sét đánh trực tiếp cho đến nay thường dùng hệ thống thu sét bằng cột thu lôi, đối
với các tòa nhà công nghiệp, trạm, kiến trúc cao tầng, bộ phận thu sét có thể dùng kim, dây, đai hoặc
lưới thu sét. Yêu cầu của việc chống sét là toàn bộ công trình được bảo vệ cần phải nằm trong vùng
bảo vệ của hệ thống thu sét, hệ thống này có thể nằm ngay trên kết cấu công trình hay đặt cách ly tùy
thuộc vào hoàn cảnh và điều kiện cụ thể. Song song với việc chọn lựa hệ thống thu sét còn lưu ý đến
vấn đề nối đất chống sét, nối đất bảo vệ và nối đất chống sét cảm ứng. Phương án chống sét được chọn
phải có hiệu qủa chống sét cao, chi phí đầu tư xây dựng ít nhất và yếu tố mỹ quan cũng cần được xem
xét.
Hệ thống chống sét cơ bản gồm có các điện cực (kim thu sét) được nối với dây dẫn xuống,
dây dẫn xuống lại được nối với lưới tiếp đất. Vai trò của các điện cực trở thành điểm mục tiêu sét chọn
đánh. Mạng dây dẫn xuống sẽ truyền năng lượng sét xuống đất, còn lưới tiếp đất có nhiệm vụ tản năng
lượng sét vào trong đất.
2/
Chống sét theo phương pháp cổ điển:
2.1. Kim thu sét Franklin:
- Vào năm 1752 nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin đã phát hiện ra các nguyên tắc chống
sét cơ bản này. Các điện cực Franklin có độ cao thay đổi từ 2m đến 3m hoặc cao hơn. Các thanh
Franklin này được đặt ở nhiều điểm trên nóc nhà hoặc đỉnh cột cao. Cột thu sét có nhiều kiểu khác
nhau, về cấu tạo bao gồm các bộ phận sau:
+ Kim thu sét (1)
thép có thể dùng thép trong cột làm dây dẫn sét, và đối với những nhà, công trình có những cấu kiện
bằng thép hoặc bê tông cốt thép thì có thể dùng các phần kim loại của cấu kiện để làm dây dẫn
sét.Trong các trường hợp trên, phần kim loại dùng vào việc truyền dẫn dòng điện sét phải có tiết diện từ
100mm trở lên (với thép) và phải bảo đảm liên tục về mặt dẫn điện.
2.2. Đai và lưới thu sét:
Đai và lưới thu sét dùng để chống sét đánh thẳng có thể làm bằng thép dẹp hay tròn với
tiết diện không được nhỏ hơn 35mm
2
. Đai hoặc lưới cho phép đặt bên dưới lớp chống thấm hay lớp
cách nhiệt của nó.
Cũng có thể đặt kết hợp kim ngắn lên lưới thu sét, khoảng cách trung bình giữa các kim trên
lưới từ 6 ÷ 12m (viền theo chu vi mái), kim dùng thép tròn 12 ÷16mm có chiều cao khoảng 0,5m.
Hình 7.1: Lưới thu sét.
2.3. Dây thu sét:
Dây thu sét được dùng để bảo vệ cho những công trình có dạng hẹp và kéo dài cụ thể như
các đường dây dẫn điện trên không, có chiều dài đáng kể.
Dây thu sét cũng có thể kết hợp với cột thu sét để bảo vệ cho các trạm phân phối điện.
độ dòng sét có một mối quan hệ. Từ mối quan hệ này một phương pháp được đưa ra vào cuối thập niên
70 nhằm xác đònh điểm sét đánh dựa trên cơ sở của độ dài khoảng cách phóng điện, gọi là phương
pháp “Quả cầu lăn” và phương pháp này đã được đưa vào tiêu chuẩn của c AS 1768 - 1991.
Người ta giả thiết mũi tiên đạo sét ở điểm giữa (tâm) một quả cầu có bán kính bằng độ dài
của khoảng cách phóng điện, như vậy sẽ có những điểm bề mặt quả cầu chạm với mặt đất hoặc các bộ
phận trên bề mặt đất, những điểm chạm đó có thể là những điểm sét đánh, cũng có các vùng bề mặt
quả cầu không thể chạm đến, điều này được minh họa trên hình 9.1
Quả cầu này có bán kính khoảng 45m đối với mức bảo vệ tiêu chuẩn (dòng điện sét đánh
10KA và hơn nữa). Đối với các công trình quan trọng (dễ cháy, nổ), người ta thiết kế quả cầu có bán
kính 20m.
Vùng bề mặt cầu không chạm tới được có thể ngăn cản sét gọi là vùng bảo vệ.
Khoảng cách phóng điện Ds (độ dài cản sét) phụ thuộc vào biên đô dòng sét có thể xác đònh
bằng công thức : Ds = 6,7.I
0,8
,m
Với I : là biên độ dòng sét (KA) phụ thuộc vào mức bảo vệ.
Với p = 1 khi h ≤ 30m
30 1
p = = 5,5
h h
Khi 30m < h < 100m
Hình 10.1 : Phạm vi bảo vệ của cột thu sét
Để đơn giản trong thiết kế người ta thường thay thế đường cong bậc hai (đường sinh) của hình nón tròn
xoay này bằng một đoạn đường gãy khúc vơí các phương trình đơn giản sau:
2
- Ở độ cao hx ≤ h thì :
3
phạm vi bảo vệ được xác đònh:
h
x
r
x
= 1,5h (1 - ) p
0,8h
[email protected] Do An Chong Set
Hình 12.1: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau.
- Khi 2 cột thu sét đặt cách nhau một khoảng a = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất
trong khoảng giữa 2 cột sẽ không bò sét đánh, từ đó suy ra nếu 2 cột thu sét đặt cách nhau một
khoảng a < 7h thì sẽ bảo vệ được độ cao ho xác đònh bởi:
a a
h - h
o
= ⇒ h
o
= - h
o
7 7
8
Các phần bên ngoài giống như trường hợp 1 cột, còn phần bên trong được giới hạn bởi vòng cung
đi qua 3 điểm : 2 đỉnh cột và một điểm ở giữa có độ cao h
o
, (h
o
được xem như độ cao của cột thu sét
giả tưởng nằm giữa 2 cột).
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
1
’ = h
2
và khu vực bảo vệ giữa 2 cột h
2
và h
1
’ cách nhau a’ đã được trình bày như 2 cột thu có độ
cao bằng nhau.
Hình13.1: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao không bằng nhau
Khi công trình cần được bảo vệ có phạm vi rộng lớn sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ. Phần
ngoài của phạm vi bảo vệ được xác đònh như của từng đôi cột. Cần phải kiểm tra điều kiện bảo vệ an
toàn cho toàn diện tích cần được bảo vệ. Vật có độ cao h
Hình 15.1: Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét. b. Ph ïm vi bảo vệ của dây chống sét (DCS) :
Dây chống sét thường dùng để bảo vệ cho đường dây tải điện trên không. Để bảo vệ người
ta treo dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây. Tùy theo cách bố trí dây dài trên cột, có thể treo 1
hay 2 dây chống sét sao cho dây dẫn điện của 3 pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của DCS.
- Dải bảo vệ b
x
của cột treo 1 DCS được tính theo công thức:
+ Ở độ cao h
x
> 2/3 h thì:
b
x
= 0,6h (1-h
x
/h) p
+ Ở độ cao h
x
Hình 17.1: Phạm vi bảo vệ của 2 dây chống sét
Khi dây dẫn bố trí ngang thì điều kiện để dây nằm giữa với độ cao h
DD
được bảo vệ là khoảng
cách S giữa 2 DCS phải thỏa điều kiện :
S < 4p (h
DCS
- h
DD
)
Giới hạn phạm vi bảo vệ ở phía ngoài ở 2 DCS cũng giống như từng DCS riêng lẻ, còn khu vực bảo
vệ giữa 2 DCS được giới hạn bởi cung tròn vẽ qua 2 điểm, ở giữa có độ cao h
o
.
-
Phạm vi bảo vệ của DCS trong thực tế:
nơi trên thế giới như ở c, Pháp, Mỹ nhằm tạo ra một đầu thu đặc biệt có đặc tính tốt hơn đầu thu
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
17
sét thông thường và có phạm vi bảo vệ rộng hơn. Vào năm 1914 nhà vật lý người Hungari là Sziza đặt
ra câu hỏi nếu cột Franklin có được cải tiến hay không khi thêm vật liệu phóng xạ tạo ra các ion tăng
sự thu hút của sét ? Vài vật liệu phóng xạ đã được dùng là Uranium và Thyradium, cường độ của vật
liệu phóng xạ được giới hạn là 1mili Curie là mức an toàn đối với con người. Ngoài ra, năm 1964 Ball
đề xuất việc dùng tia Laze để phóng điện vào các đám mây dông, nó có thể chặn một tiên đạo khi tia
tiên đạo phát triển hướng xuống đất. Tia Laze có tác dụng như một dây dẫn từ đám mây đến đất và kết
thúc bằng một dây dẫn xuống và nối với một hệ thống nối đất. Và một số phương pháp nữa Tuy
nhiên nhiều cuộc tranh luận và thử nghiệm xoay quanh các đề tài đó đi tới một kết cục là nhiều ý
tưởng khó mà thực hiện được và khó mà chứng minh được tính hiệu quả của nó.
Qua quan sát 30 năm trở lại đây, có các loại điện cực thu sét được cải tiến như:loại điện cực
phóng xạ, loại điện cực phát xạ sớm đã được ứng dụng vào thực tiễn.
Trên thò trường Việt Nam hiện nay đang dùng các loại đầu thu phát xạ sớm (ESE), gồm có
Prevectron của hãng Indelec (Pháp), EF của hãng EF Carrich System (Thụy Sỉ), Dynasphere, Interceptor
của hãng Global (c)
3.1. Kim thu sét phát xạ sớm:
Về cơ bản thiết bò chống sét tạo tia tiên đạo bao gồm:
- Kim thu sét trung tâm bằng đồng điện phân hoặc thép, hợp kim không rỉ. Kim này có tác
dụng tạo một đường dẫn dòng sét liên tục từ tia tiên đạo và dẫn xuống đất theo dây dẫn sét.
- Thiết bò tạo ion, giải phóng ion và tạo tia tiên đạo. Đây là tính năng đặc biệt của đầu thu
sét phát xạ sớm. Nhờ thiết bò này mà đầu thu sét có thể tạo ra vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ an
toàn cao.
Về nguyên tắc hoạt động trong trường hợp dông bão xảy ra điện trường khí quyển gia tăng
khoảng vài ngàn Vôn/mét, đầu thu sét sẽ thu năng lượng điện trường khí quyển, năng lượng này được
tích trữ trong thiết bò ion hóa. Trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện sét có một sự gia tăng nhanh
chóng và đột ngột của điện trường khí quyển, ảnh hưởng này tác động làm thiết bò ion hóa giải phóng
: với h ≤ 5m tra theo bảng của nhà sản xuất. Hình 19.1 : Vùng bảo vệ của đầu thu Prevectron
+ Phạm vi bảo vệ của đầu thu Dynasphere được xây dựng trên phương pháp Collection
Volume của tiến só A.J.Eriksow.Phương pháp này được mô tả như sau:
Điện tích Q phân bổ dọc theo luồng điện phóng xuống gây sự tăng nhanh điện trường giữa
nó và điểm tiếp đất. Khi đạt đến giá trò điện trường tớái hạn, điểm tiếp đất phóng một luồng tiếp nhận
lên trên. Khoảng cách ở nơi xảy ra sự kiện này gọi là “khoảng cách sét đánh”. Điện trường tớái hạn tùy
thuộc vào cả điện tích phóng xuống và cả khoảng cách đến điểm tiếp đất. Hình 20.1, cho thấy sự hình
thành bán cầu khoảng cách sét xung quanh một điểm tiếp đất đơn độc , điện tích phóng càng lớn
khoảng cách này càng lớn. Nếu luồng phóng xuống gần đến chu vi của hình cầu, vận tốc của nó có thể
mang nó tiến đến trước để tiếp nhận một luồng điện phóng lên khác. Như vậy, có thể có trường hợp
luồng điện phóng xuống đi vào trong bán cầu phóng sét mà không có sự tiếp nhận (vì khoảng cách từ
tia tiên đạo đến điểm phóng lên khác, nhỏ hơn từ tia tiên đạo đến điễm đang xét ) . Trong hình 20.1
hướng lên đầu tiên gặp tiên đạo hướng xuống. Sự phóng điện chính phóng trở lại theo đường tiên đạo
phóng lên / phóng xuống. Có thể tính toán bán kính thu cho mỗi điểm thích ứng.
Các đầu thu của hãng Global đã chứng minh khả năng tạo ra nhiều
thể tích thu lớn hơn cột
Franklin.
Hình 21.1
Một hay nhiều đầu thu như vậy được đặt trên cấu trúc cần bảo vệ để các thể tích thu của
chúng phủ lắp trên các thể tích thu nhỏ tự nhiên ở các điểm nhô ra của cấu trúc.
Phương pháp này tỏ ra thuận tiện và hấp dẫn cho các chuyên viên áp dụng vào thiết kế
chống sét.
4.
Dây thoát sét:
Có nhiệm vụ dẫn dòng sét từ đầu thu sét đến hệ thống nối đất. Dây dẫn sét có 3 dạng
chính là dẹp, tròn hay bện nhiều sợi. Tiết diện thực của chúng phải lớn hơn hoặc bằng 50mm. Tùy
theo điều kiện môi trường và công trình mà các loại dây dẫn được chọn :
- Dây đồng trần điện phân mạ thiếc có tính dẫn tốt.
- Dây thép không rỉ dùng trong môi trường ăn mòn cao.
- Dây nhôm gắn trên bề mặt công trình bằng nhôm.
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
20
Có thể dùng cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép của công trình ,các vỏ bọc bằng kim loại
bên ngoài công trình , các ống kim loại, làm dây dẫn sét ( đối với công trình có bảo vệ chống sét cấp
2, 3 )
những bộ phận kim loại này.
Tùy thuộc vào khoảng cách giữa dây dẫn sét với những bộ phận kim loại nối đất khác mà việc
nối đẳng thế cần hay không cần thiết. Khoảng cách tối thiểu không xảy ra sự phóng điện nguy hiểm gọi
là khoảng cách an toàn. Khoảng cách này phụ thuộc vào cấp bảo vệ, số dây dẫn sét, khoảng cách từ
điểm nối đất đến các bộ phận kim loại đó
Sự phóng điện nguy hiểm sẽ không xảy ra khi khoảng cách d giữa các bộ phận kim loại của hệ
thống chống sét với các cấu trúc kim loại nối đất khác lớn hơn giá trò S. Với S là khoảng cách an toàn
và được tính :
S = n. (K
I
/K
m
). l
Trong đó:
+ n : là hệ số phụ thuộc vào số dây dẫn sét của kim thu sét.
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
21
n = 1 : khi có 1 dây dẫn sét.
n = 0,6 : khi có 2 dây dẫn sét.
n = 0,4 : khi có 3 hay nhiều hơn dây dẫn sét.
+ K
I
: là hệ số phụ thuộc vào vùng bảo vệ.
K
I
= 0,1 đối với công trình có cấp an toàn cao nhất.
K
Việc nối đẳng thế không được thực hiện với loại ống dẫn các chất gây cháy nổ, 6.
So sánh các loại đầu thu sét:
Bảng 3.1:
Loại điện cực
S3000 ESE Phóng xạ Thông thường
c
ần một điện cực cần một điện cực nhưng l
o
vệ này hiện nay cấm dùn
g
u nước
nhiều điện cực trên nóc
t
c
ần một điện cực bảo ve
ä
c
n
bộ gồm nhà và các v
u
ø
cận
n
g S3000. Tuy nhiên
g
m
hiệu quả do áp dụng c
ô
ệ
có từ trước năm 1763
p
hí thấp so với các hệ th
ố
vệ khác
p
hí vừa phải đắt
n
g có các phần động, t
u
không giới hạn
c
ác phần động, có nguồn c
u
bên trong, có nguồn ph
ó
có các tụ điện cần thay t
h
không bảo quản điện cực
không có hiệu quả
i
thọ giới hạn do các th
a
ø
n
xuống không gây trở n
g
h
ể đặt bên trong
n
g S3000 khó lắp đặt, đắt tiền, dây
đ
ngoài không có mỹ quan,
hóa
cầu bảo dưỡng ít
i
kiểm tra hàng năm để
b
m
nguồn phóng xạ không n
g
m
. Một vài điện cực có ng
u
g
cấp riêng đòi hỏi bảo dư
ỡ
hay thế thường xuyên
như không thể bảo dư
ỡ
m
như hệ thống trong điều
k
việc
t
h
để xác đònh sự bố trí
c
n
cực và các dây dẫn xuo
á
á
t kế bằng tay, mất thời g
đ
ắt tiền
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
23
Ι Ι
Tiếp đất: Hệ thống tiếp đất phải có trở kháng thấp đểï phân tán dòng sét được an toàn. Mạng
lưới tiếp đất thay đổi từ công trình này đến công trình khác tùy theo đòa hình của công trình.Trong
nhiều vùng có thể dùng cột đóng sâu cho một tiếp đất hiệu quả. Ở vùng đất đá, ưu tiên dùng tiếp đất
rẽ quạt.
2.
Hệ thống chống sét 3000:
2.1. Giới thiệu hệ thống chống sét 3000:
Hệ thống chống sét S3000 là một tiến bộ trong việc phòng chống sét. Hệ thống được thiết
kế để thu sét từ một thể tích vùng thu được quyết đònh trước và dẫn dòng sét xuống đất một cách an
toàn.
Hệ thống chống sét gồm các bộ phận sau:
-
Đầu thu sét Dynasphere
: là điểm đầu tiên để bắt sét đánh vào cấu trúc mà nó bảo vệ.
[email protected] Do An Chong Set
______________________________________________________________________________________________________________________
24
Dynasphere hoàn toàn cách điện khỏi cấu trúc và được nối với dây thu lôi Ericore, để cung
cấp một hệ thống cách điện toàn diện.
-
Thanh chống (kết cấu đỡ):
dùng để gắn đầu Dynasphere và làm Dynasphere cách điện khỏi
cấu trúc.
-
Dây dẫn xuống (ERICORE):
tải điện xuống đất không làm điện hóa cấu trúc cần bảo vệ.
Việc này đảm bảo an toàn cho người và cho thiết bò. Dây dẫn loại bỏ rủi ro phóng điện biên vì bộ phận
truyền điện ở trung tâm được che chắn khỏi các vật khác.
trúc bên dưới
Các thí nghiệm mô hình ( standler R “ Response of elevated conductors to lightning “ ms
thesis New Mexico Institute of technology april 1975 ) đưa ra nhận xét khoảng điện tích trên cột nhọn
làm cho sự phóng điện xuyên qua có thời gian trì hoãn lên đến 500µs. Điều này đưa đến sự đề xuất
dạng hình học của các đầu tiếp điện trên không có một hiệu quả quan trọng khi các điểm cạnh tranh
trên cấu trúc cũng cố gắng cho ra đồng thời một tia phóng lên. Các nghiên cứu từ phòng thí nghiệm và
hiện trường cho thấy điện trường trung gian giữa tia phóng xuống và mặt đất khoảõng 500KV/m cần
thiết cho tiến trình đi lên của tia phóng lên. Dòng đi lên mà cuối cùng sẽ mở rộng đến tia tiên đạo
hướng xuống đòi hỏi sự phát sinh điện trường gần bằng 3MV/m ở một điểm trên mặt đất.
Copyright: Tài liệu đại học ©