Tổng quan về sét và các phương pháp phòng chống sét trực tiếp

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 . 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. 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 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 1013¸1014 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. Hình 3.1: Caùc giai ñoaïn phoùng ñieän seùt vaø bieán thieân cuûa doøng ñieän seùt theo thôøi gian. Giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo. Tieân ñaïo ñeán gaàn maët ñaát hình thaønh khu vöïc ion hoaù maõnh lieät. Giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc hay phoùng ñieän chuû yeáu. Phoùng ñieän chuû yeáu keát thuùc. Ñieän tích aâm toång töø maây traøn vaøo keânh tieân ñaïo baèng: Q = s.L Vôùi: s 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 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 , s laø maät ñoä ñieän tích thì doøng ñieän seùt seõ ñaït giaù trò cao nhaát (Hình 1.3c): is = sV. 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 (2.106m/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. Hình 4.1: Quaù trình phaùt trieån cuûa phoùng ñieän seùt. 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 ms doøng ñieän taêng nhanh ñeán trò soá cöïc ñaïi taïo thaønh phaàn ñaàu soùng, sau ñoù giaûm chaäm töø 20 ¸ 100 ms 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 (tñs ): 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 (ts): 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 is ³ 60KA : lgVI = -60/60 = -1 Þ VI = 0,1 = 10%. 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 = (dis/dt)max, (KA/ms). * 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 1Km2 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 trong naêm. Soá laàn seùt ñaùnh Trung bình. 20 – 40 40 – 60 60 – 80 80 – 100 > - 100 2,5 3,8 5 6,3 7,5 * 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 doâng/naêm TT Ñòa phöông Ngaøy doâng/naêm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Baø ròa - Vuõng taøu Baéc thaùi - Thaùi nguyeân Bình ñònh - Qui nhôn Bình thuaän - Phan thieát Cao baèng Ñaéc laéc Ñoàng thaùp - Cao laõnh Gia lai - Pleiku Haø baéc - Baéc giang Haø giang Haø noäi - Laùng Haø taây (Sôn taây) Haø tónh Haûi höng - Haûi döông Höng yeân T.P Hoà Chí Minh Khaùnh hoøa - Nha trang Kieân giang - Raïch giaù Phuù quoác Lai chaâu Laïng sôn Laøo cai Laâm ñoàng - Ñaø laït Minh haûi - Caø mau Nam haø - Nam ñònh 77,8 96,9 52,1 80,7 93,7 112,2 129,9 96,8 101,3 103,1 93,6 87,2 92,8 72,3 78,6 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 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Ngheä an - Vinh Phuù yeân - Tuy hoøa Quaûng bình - Ñoàng hôùi Quaûng nam - Ñaø naüng Quaûng ngaõi Quaûng ninh - Hoøn gai Quaûng trò - Ñoâng haø Soâng beù - Phöôùc long Sôn la Taây ninh Thaùi bình Thanh hoùa Thöøa thieân - Hueá Tieàn giang - Myõ tho Traø vinh - Caøng long Tuyeân quang Yeân baùi Coân ñaûo Tröôøng sa Phuù lieãn Moáng caùi Tam ñaûo Phuù thoï Ñieän bieân Sapa 88,4 37,6 71,7 76,0 75,2 87,1 72,4 104,1 105,5 126,3 53,8 99,0 93,9 123,8 118,1 88,2 83,6 57,3 52,3 104,1 111,9 95,8 111,3 110,3 90,8 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). 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 100mm2. 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 dieän daây khoâng ñöôïc nhoû hôn 50mm2 vaø khoâng ñöôïc lôùn hôn 75mm2 (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.I0,8 ,m Vôùi I : laø bieân ñoä doøng seùt (KA) phuï thuoäc vaøo möùc baûo veä. 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 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 = Þ ho = - ho 7 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 ho, (ho ñöôïc xem nhö ñoä cao cuûa coät thu seùt giaû töôûng naèm giöõa 2 coät). ho - hx rox = 1,6ho p ho+ hx - Neáu 2 coät thu seùt coù ñoä cao khaùc nhau, ví duï: h1< h2 phaïm vi baûo veä giöõa 2 coät coù ñöôïc baèng caùch noái hình coät h2 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 h2 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 hx 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 . 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. 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 ho. - 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 a laø ñuû (a : 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), a caøng beù thì xaùc suaát seùt ñaùnh vaøo DD caøng beù. Tröôøng hôïp giôùi haïn hDD = 2hDCS/3 thì agh = 31o (tgagh = 0,6) Ñeå taêng möùc an toaøn (giaûm xaùc suaát seùt ñaùnh voøng qua DCS vaøo DD) .Thöôøng choïn a = 20o ÷ 25o cho caùc ñöôøng daây taûi ñieän quan troïng . Hình: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 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. + Phaïm vi baûo veä cuûa kim thu Prevectron ñöôïc tính theo coâng thöùc: Rp = Ö h(2D - h) + [DL(2D + DL)] (vôùi h>5m ) Trong ñoù : DL = 106.DT , (m) vôùi DT : 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 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 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 beân caïnh. Söï phoùng ñieän nguy hieåm coù theå xaûy ra giöõa daây daãn seùt vaø nhöõng boä phaän kim loaïi naøy. Tuøy thuoäc vaøo khoaûng caùch giöõa daây daãn seùt vôùi nhöõng boä phaän kim loaïi noái ñaát khaùc maø vieäc noái ñaúng theá caàn hay khoâng caàn thieát. Khoaûng caùch toái thieåu khoâng xaûy ra söï phoùng ñieän nguy hieåm goïi laø khoaûng caùch an toaøn. Khoaûng caùch naøy phuï thuoäc vaøo caáp baûo veä, soá daây daãn seùt, khoaûng caùch töø ñieåm noái ñaát ñeán caùc boä phaän kim loaïi ñoù... Söï phoùng ñieän nguy hieåm seõ khoâng xaûy ra khi khoaûng caùch d giöõa caùc boä phaän kim loaïi cuûa heä thoáng choáng seùt vôùi caùc caáu truùc kim loaïi noái ñaát khaùc lôùn hôn giaù trò S. Vôùi S laø khoaûng caùch an toaøn vaø ñöôïc tính : S = n. (KI/Km). l Trong ñoù: + n : laø heä soá phuï thuoäc vaøo soá daây daãn seùt cuûa kim thu seùt. n = 1 : khi coù 1 daây daãn seùt. n = 0,6 : khi coù 2 daây daãn seùt. n = 0,4 : khi coù 3 hay nhieàu hôn daây daãn seùt. + KI : laø heä soá phuï thuoäc vaøo vuøng baûo veä. KI = 0,1 ñoái vôùi coâng trình coù caáp an toaøn cao nhaát. KI = 0,075 ñoái vôùi coâng trình coù caáp an toaøn trung bình. KI = 0,05 ñoái vôùi coâng trình coù caáp an toaøn tieâu chuaån. +Km : laø heä soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu giöõa daây daãn seùt vaø caùc phaàn kim loaïi noái ñaát lieân quan. Km = 1 khi giöõa chuùng laø khoâng khí. Km = 0,5 khi giöõa chuùng laø vaät lieäu cöùng (khoâng phaûi laø kim loaïi). +l : laø chieàu daøi doïc theo daây daãn seùt töø ñieåm tính khoaûng caùch ñeán ñieåm noái ñaúng theá gaàn ñoù nhaát. Chuù yù: - Khi phaàn kim loaïi beân caïnh heä thoáng choáng seùt khoâng noái ñaát thì khoâng nhaát thieát phaûi noái ñaúng theá chuùng vôùi daây daãn seùt. - Trong tröôøng hôïp coâng trình coù caáu truùc theùp taêng cöôøng hoaëc heä thoáng maøn theùp bao che thì yeâu caàu caân baèng theá giöõa heä thoáng choáng seùt vôùi caùc caáu truùc kim loaïi luoân ñaït ñöôïc. Thoâng thöôøng raát khoù khaên trong khi thöïc hieän vieäc ñaûm baûo khoaûng caùch an toaøn caùc boä phaän kim loaïi naøy vôùi daây daãn seùt. Do ñoù löïa choïn phöông aùn noái ñaúng theá chuùng vôùi noái ñaát choáng seùt laø öu vieät hôn. Noái ñaúng theá laø yeâu caàu cöïc kyø quan troïng ñoái vôùi caùc heä thoáng choáng seùt. Hoûng baát kyø boä phaän lieân keát naøo ñeàu coù theå daãn ñeán phaù huûy thieát bò vaø gaây nguy hieåm cho con ngöôøi khi coù hieän töôïng quaù ñoä seùt. Nguy hieåm do cheânh leäch ñieän theá thöôøng xaûy ra do caùc tieáp ñaát choáng seùt, tieáp ñaát ñieän löïc, tieáp ñaát cho caùc maùy tính vaø caùc thieát bò vieãn thoâng ôû trong toøa nhaø vaø coâng trình laép ñaët caùch bieät nhau. Vieäc noái ñaúng theá khoâng ñöôïc thöïc hieän vôùi loaïi oáng daãn caùc chaát gaây chaùy noå,... 6. So saùnh caùc loaïi ñaàu thu seùt: Baûng 3.1: Loaïi ñieän cöïc S3000 ESE Phoùng xaï Thoâng thöôøng Chæ caàn moät ñieän cöïc Chæ caàn moät ñieän cöïc nhöng loaïi baûo veä naøy hieän nay caám duøng ôû nhieàu nöôùc Caàn nhieàu ñieän cöïc treân noùc toøa nhaø Chæ caàn moät ñieän cöïc baûo veä cho toaøn boä goàm nhaø vaø caùc vuøng phuï caän Gioáng S3000. Tuy nhieân baùn kính thu huùt seùt coøn bò nghi ngôø. Chæ cho nhaø ñöôïc baûo veä. Khoâng baûo veä ñöôïc cho caùc vuøng coâng coäng Coù myõ quan Gioáng S3000 Khoâng ñöôïc myõ quan do coù nhieàu thanh treân maùi nhaø Coù nhieàu hieäu quaû vì söû duïng coâng ngheä môùi Coâng ngheä loãi thôøi, bò caám duøng Keùm hieäu quaû do aùp duïng coâng ngheä coù töø tröôùc naêm 1763 Chi phí thaáp so vôùi caùc heä thoáng baûo veä khaùc Chi phí vöøa phaûi Raát ñaét Khoâng coù caùc phaàn ñoäng, tuoåi thoï khoâng giôùi haïn Coù caùc phaàn ñoäng, coù nguoàn cung caáp beân trong, coù nguoàn phoùng xaï, coù caùc tuï ñieän caàn thay theá. Neáu khoâng baûo quaûn ñieän cöïc coù theå khoâng coù hieäu quaû Tuoåi thoï giôùi haïn do caùc thaønh phaàn bò aên moøn hoaëc bò phaù hoaïi Deã laép ñaët, chæ caàn moät daây daãn xuoáng (daây ERICORE) Gioáng S3000 Caàn nhieàu daây daãn xuoáng. Cöù 30m theo chu vi nhaø caàn moät daây daãn xuoáng Daây ERICORE loaïi tröø ñöôïc neït ñieän bieân gaây cheát ngöôøi, hö hoûng thieát bò Daây daãn xuoáng cuõ, kyõ thuaät khoâng tieân tieán baèng ERICORE Daây daãn xuoáng thoâng thöôøng khoâng coù hieäu quaû Deã laép ñaët, khoâng toán keùm, daây daãn xuoáng khoâng gaây trôû ngaïi coù theå ñaët beân trong Gioáng S3000 Raát khoù laép ñaët, ñaét tieàn, daây ñaët beân ngoaøi khoâng coù myõ quan, bò oxy hoùa Yeâu caàu baûo döôõng ít Phaûi kieåm tra haøng naêm ñeå baûo ñaûm nguoàn phoùng xaï khoâng nguy hieåm. Moät vaøi ñieän cöïc coù nguoàn cung caáp rieâng ñoøi hoûi baûo döôõng vaø thay theá thöôøng xuyeân Haàu nhö khoâng theå baûo döôõng xem nhö heä thoáng trong ñieàu kieän laøm vieäc Coù thieát bò ñeám seùt Khoâng coù thieát bò ñeám Khoâng coù thieát bò ñeám Moãi döï aùn S3000 khaùch haøng söû duïng moät CAD chöông trình, nhôø ñoù vieäc tính toaùn baùn kính thu seùt cuûa Dynasphere nhanh choùng, deã daøng, chính xaùc. Khaùch haøng khoâng coù CAD thieát keá. Caùc baùn kính thu seùt hkoâng ñöôïc chöùng minh baèng caùc soá lieäu khoa hoïc hoaëc nghieân cöùu. Khaùch haøng khoâng coù CAD chöông trình ñeå xaùc ñònh söï boá trí caùc ñieän cöïc vaø caùc daây daãn xuoáng. Thieát keá baèng tay, maát thôøi gian vaø ñaét tieàn CHÖÔNG I I : HEÄ THOÁNG CHOÁNG SEÙT SYSTEM 3000 (GTL) VAØ CAÙC PHAÀN MEÀM LIEÂN QUAN. A. HEÄ THOÁNG CHOÁNG SEÙT SYSTEM 3000: GLT(Global Lightning Technologies Pty.Ltd.) laø coâng ty chuyeân cheá taïo caùc thieát bò choáng seùt haøng ñaàu cuûa Uùc . GLT thaønh laäp vaøo naêm 1978 tieàn thaân laø vieän choáng seùt (LPI) thaønh laäp naêm 1955 1. Nhöõng thaønh phaàn cô baûn cuûa laép ñaët choáng seùt: Ñaàu thu seùt: Ñaàu thu seùt treân khoâng coù khaû naêng thu huùt luoàng seùt veà noù hôn laø phaàn deã bò taán coâng khaùc cuûa kieán truùc caàn baûo veä. Vuøng baûo veä roäng thì caàn ñeán nhieàu ñaàu thu hôn. Daây thu loâi: Daây thu loâi daãn doøng seùt xuoáng ñaát maø khoâng coù nguy cô phoùng ñieän bieân hay ñieän hoùa toøa nhaø. Phoùng ñieän bieân laø töø duøng moâ taû doøng seùt rôøi khoûi daây thu loâi vaø phoùng vaøo moät vaät ôû caïnh ñoù. Tieáp ñaát: Heä thoáng tieáp ñaát phaûi coù trôû khaùng thaáp ñeåï phaân taùn doøng seùt ñöôïc an toaøn. Maïng löôùi tieáp ñaát thay ñoåi töø coâng trình naøy ñeán coâng trình khaùc tuøy theo ñòa hình cuûa coâng trình.Trong nhieàu vuøng coù theå duøng coät ñoùng saâu cho moät tieáp ñaát hieäu quaû. ÔÛ vuøng ñaát ñaù, öu tieân duøng tieáp ñaát reõ quaït. 2. Heä thoáng choáng seùt 3000: 2.1. Giôùi thieäu heä thoáng choáng seùt 3000: Heä thoáng choáng seùt S3000 laø moät tieán boä trong vieäc phoøng choáng seùt. Heä thoáng ñöôïc thieát keá ñeå thu seùt töø moät theå tích vuøng thu ñöôïc quyeát ñònh tröôùc vaø daãn doøng seùt xuoáng ñaát moät caùch an toaøn. Heä thoáng choáng seùt goàm caùc boä phaän sau: - Ñaàu thu seùt Dynasphere: laø ñieåm ñaàu tieân ñeå baét seùt ñaùnh vaøo caáu truùc maø noù baûo veä. Dynasphere hoaøn toaøn caùch ñieän khoûi caáu truùc vaø ñöôïc noái vôùi daây thu loâi Ericore, ñeå cung caáp moät heä thoáng caùch ñieän toaøn dieän. - Thanh choáng (keát caáu ñôõ): duøng ñeå gaén ñaàu Dynasphere vaø laøm Dynasphere caùch ñieän khoûi caáu truùc. - Daây daãn xuoáng (ERICORE): taûi ñieän xuoáng ñaát khoâng laøm ñieän hoùa caáu truùc caàn baûo veä. Vieäc naøy ñaûm baûo an toaøn cho ngöôøi vaø cho thieát bò. Daây daãn loaïi boû ruûi ro phoùng ñieän bieân vì boä phaän truyeàn ñieän ôû trung taâm ñöôïc che chaén khoûi caùc vaät khaùc. - Thieát bò ñeám seùt : theo doûi soá laàn ñaàu Dynasphere ñaõ thu seùt - Heä thoáng noái ñaát : goàm caùc coïc ñaát, baêng ñoàng vaø hoùa chaát laøm giaûm ñieän trôû ñaát. Vieäc thieát keá caùc boä phaän ñaõ ñöôïc nghieân cöùu theo doõi trong phoøng thí nghieäm vaø thöïc teá ngoaøi töï nhieân. 2.2. Ñaàu Dynasphere: 2.2.1. Quan ñieåm thieát keá: Töø lyù thuyeát vaø thöïc nghieäm cho bieát khoaûng thôøi gian maø ñieåm nhoïn cuûa coät thu loâi coù theå sinh ra moät khoaûng ñieän tích ngay treân noù. Söï hieän dieän cuûa khoaûng ñieän tích seõ boå sung cho ñieän tröôøng ôû ñænh vaø gaây khoù khaên cho ñieàu kieän phoùng ñieän töï duy trì hay noùi caùch khaùc laøm giaûm cô hoäi sinh ra tia phoùng leân. Moâ hình cuûa cô cheá naøy nhö sau: - Maây doâng tieán ñeán ñieän tröôøng taêng. - Hieän töôïng vaàng quang (vaàng corona) baét ñaàu bao quanh ñænh coät khi ñieän tröôøng ôû ñænh coät vöôït möùc ñaùnh thuûng khoâng khí. - Ñieän tích vaàng quang xen vaøo giöõa coät nhoïn vaø ñieän tích trung taâm ôû maây doâng .Vaàng quang laøm thay ñoåi ñieän tröôøng ôû ñænh coät. - Tia tieân ñaïo phoùng xuoáng, ñieän tröôøng taêng, vaàng quang taêng, ñieän tröôøng ñænh bò che kín. Ñieän tröôøng gaàn ñænh khoâng taêng tuyeán tính vôùi ñieän tröôøng trung gian ôû xa hôn. - Quaù trình tieáp tuïc cho ñeán khi tia phoùng xuoáng trôû neân khaù gaàn ñeán luùc naøo ñoù coät phaùt ra moät tia phoùng leân döông tính (xuaát phaùt töø cöïc thanh döông). - Tia phoùng leân vöôït qua vaàng ñieän quang tìm ñeán tia phoùng xuoáng. Vì ñieän tröôøng ôû gaàn ñænh coät bò hieäu chænh trong tình huoáng treân, moät tia seùt coù theå tieán ñeán khoaûng vaøi möôi meùt tröôùc khi coù söï phaùt ra tia ñi leân töø coät thu loâi. Taùc duïng treân coù theå giaûi thích cho hieän töôïng , seùt ñi voøng qua coät thu loâi ñaùnh vaøo caáu truùc beân döôùi Caùc thí nghieäm moâ hình ( standler R “ Response of elevated conductors to lightning “ ms thesis New Mexico Institute of technology april 1975 ) ñöa ra nhaän xeùt khoaûng ñieän tích treân coät nhoïn laøm cho söï phoùng ñieän xuyeân qua coù thôøi gian trì hoaõn leân ñeán 500ms. Ñieàu naøy ñöa ñeán söï ñeà xuaát daïng hình hoïc cuûa caùc ñaàu tieáp ñieän treân khoâng coù moät hieäu quaû quan troïng khi caùc ñieåm caïnh tranh treân caáu truùc cuõng coá gaéng cho ra ñoàng thôøi moät tia phoùng leân. Caùc nghieân cöùu töø phoøng thí nghieäm vaø hieän tröôøng cho thaáy ñieän tröôøng trung gian giöõa tia phoùng xuoáng vaø maët ñaát khoaûõng 500KV/m caàn thieát cho tieán trình ñi leân cuûa tia phoùng leân. Doøng ñi leân maø cuoái cuøng seõ môû roäng ñeán tia tieân ñaïo höôùng xuoáng ñoøi hoûi söï phaùt sinh ñieän tröôøng gaàn baèng 3MV/m ôû moät ñieåm treân maët ñaát. Thaûo luaän treân daãn ñeán vieäc xem xeùt moät ñaàu thu lyù töôûng seõ cöïc tieåu hoùa corona ôû cheá ñoä tónh (khi chöa coù söï xuaát hieän cuûa tia tieân ñaïo) nhöng laøm taêng söï taäp trung ñieän tröôøng trong ñieàu kieän ñoäng xaûy ra trong khi coù moät tia phoùng xuoáng laøm cho noù coù ñoä lôïi thôøi gian taïo ñöôøng daãn chuû ñoäng veà phía treân cuûa ñaàu thu so vôùi caùc loaïi kim thu seùt thoâng thöôøng trong cuøng ñieàu kieän. Ba ñieàu kieän cô baûn phaûi ñaït ñöôïc vôùi moät ñaàu thu laø: - Cöôøng ñoä ñieän tröôøng cuûa ñaàu thu : 3MV/m ñeå phoùng leân moät doøng. - Caùc ñieän töû töï do vöôït möùc 108electron / sec ôû ñieåm noái ñaát ñeå ñaûm baûo môû ñaàu “thaùc ñieän töû”. Ñieän tröôøng trung gian giöõa ñaàu thu vaø ñieåm phoùng xuoáng vöôït möùc 400KV/m ñeå ñaûm baûo söï töï kích ( Self Propagation) ñieåm phoùng leân sau môû ñaàu thaùc. 2.2.2. Vaät lieäu vaø kích thöôùc: Hình 1.2 Vaät lieäu cuûa ñaàu Dynasphere khoâng bò aên moøn trong khoâng khí bình thöôøng. - Ñaàu tieáp ñaát coù tieát dieän 300mm2 ñöôïc laøm baèng vaät lieäu khoâng chöùa saét. - Quaû caàu boïc beân ngoaøi ñaàu tieáp ñaát ñöôïc laøm baèng nhoâm anod hoùa coù kích thöôùc : Daøi (L) x Roäng(R) = 335mm x 280mm - Troïng löôïng toaøn boä cuûa Dynasphere treân 4kg. 2.2.3. Ñaëc ñieåm kyõ thuaät: - Ñieän cöïc seõ phaûn öùng moät caùch ñoäng hoïc vôùi söï xuaát hieän cuûa luoàng seùt baèng caùch taïo ra caùc ñieän töû töï do vaø hieän töôïng quang ion hoùa giöõa beà maët quaû caàu vaø muõi nhoïn cuûa coïc tieáp ñaát. -Vaàng quang chæ xaûy ra khi coù söï ñeán gaàn cuûa tia chôùp.Vaàng quang khoâng xaûy ra do tröôøng tónh ñieän cuûa côn doâng ôû phía treân tröø khi coù söï hoaït ñoäng cuûa luoàng ñieän phoùng trong vuøng. - Ñaàu thu khoâng gaây ra nhieãu soùng voâ tuyeán taàn soá cao, ngoaïi tröø khoaûng miligiaây söï tieán ñeán cuûa tia tieân ñaïo. - Ñaàu thu khoâng phoùng xaï neân khoâng caàn xin giaáy pheùp söû duïng. - Hìng daïng beân ngoaøi cuûa ñaàu thu nhaèm giaûm nhoû söï hình thaønh vaàng quang döôùi tröôøng tónh ñieän cuûa côn doâng. - Ñaàu thu khoâng caàn pin hay nguoàn caáp naêng löôïng naøo beân ngoaøi cho baát kyø boä phaän naøo cuûa noù hoaït ñoäng. Ñaàu thu khoâng chöùa phaàn ñoäng. - Ñaàu thu ñöôïc laøm baèng vaät lieäu khoâng bò aên moøn trong ñieàu kieän khí quyeån bình thöôøng. - Ñaàu thu ñöôïc caùch ñieän khoûi caáu truùc baûo veä. Theå tích vuøng thu vaø baùn kính haáp daãn cuûa ñaàu thu, ñöôïc ñöa ra töø thoáng keâ vaø nhöõng nghieân cöùu veà seùt ñöôïc chaáp nhaän vaø bieát ñeán. - Ñaàu thu ñöôïc ñaët toái thieåu 10m töø maët ñaát. - Ñaàu thu phaûi ñöôïc laép ñaët nghieâm ngaët theo höôùng daãn cuûa nhaø saûn xuaát. Vuøng baûo veä ñöôïc qui ñònh bôûi ñieän cöïc phaûi thích hôïp vôùi ñieåm seùt ñaùnh cho taát caû caùc seùt vöôït quaù bieân ñoä cuûa doøng ñieän seùt xxKA theo möùc baûo veä yy . Thieát keá phaûi tính toaùn ñeán söï phoùng moät tia ñi leân cuûa caùc ñieåm caïnh tranh (muõi nhoïn, gôõ maùi...) töø coâng trình caàn baûo veä. Baûng 1.2 Doøng seùt ( xx ) Möùc baûo veä (yy ) Khaû naêng xuaát hieän 3KA 6KA 10KA 15KA 20KA Raát cao Cao Trung bìng Chuaån Thaáp 99% 98% 93% 85% 75% 2..2.4. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: ÔÛ daïng ñôn giaûn Dynasphere goàm moät thanh kim loaïi nhoïn ñaàu ñöôïc noái ñaát vaø moät quaû caàu kim loaïi boïc laáy thanh. Moät trôû khaùng cao noái quaû caàu vaø thanh nhoïn. Trong ñieän tröôøng töông ñoái oån ñònh xaûy ra döôùi moät côn doâng. Dynasphere laø moät thieát bò thuï ñoäng. Trong tröôøng tónh ñieän naøy quaû caàu ñöôïc noái ñaát qua trôû khaùng vaø gaây ra corona cöïc tieåu do daïng hình hoïc cuûa noù. Trong tröôøng ñieän ñoäng, khi coù söï gia taêng nhanh choùng vaø ñoät ngoät cuûa ñieän tröôøng khí quyeån, quùa trình quùa ñoä xaøy ra,vieäc tieáp caän moät tia phoùng xuoáng taïo thaønh moät ñieän dung gheùp giöõa tia phoùng xuoáng vaø maët caàu. Maët caàu seõ phaûn öùng laïi söï taêng nhanh ñieän tröôøng baèng caùch taêng theá do haèng soá thôøi gian daøi taïo bôûi keânh tónh trôû khaùng cao. Moät khe phoùng ñieän ñöôïc hình thaønh do söï cheânh leäch theá giöõa quaû caàu vaø thanh. Taùc ñoäng naøy laøm thieát bò giaûi phoùng naêng löôïng ñaõ tích luyõ döôùi daïng ion, taïo ra moäït ñöôøng daãn tieân ñaïo veà phía treân chuû ñoäng daãn seùt. Hình 2.2 2.2.5. Nguyeân lyù xaùc ñònh vuøng baûo veä : Vuøng baûo veä ñöôïc xaây döïng töø moät baùn caàu phoùng ñieän vaø moät parabol giôùi haïn baùn caàu ñoù. Tuøy theo möùc ñoä baûo veä coâng trình, töông öùng vôùi ñieän löôïng hay cöôøng ñoä seùt, maø ta xaùc ñònh ñöôïc vuøng baûo veä khaùc nhau . Kim thu seùt Dynasphere ñöôïc ñaët treân coâng trình sao cho vuøng baûo veä cuûa noù phuû khaép vuøng thu seùt cuûa caùc ñieåm caïnh tranh cuûa caáu truùc ( ñænh nhoïn nhoâ ra, goùc nhoïn, gôø maùi,...) hay noùi caùch khaùc baùn kính vuøng baûo veä Rbv cuûa Dynasphere phaûi bao truøm baùn kính vuøng caïnh tranh Rct cuûa caùc ñieåm caïnh tranh . Baùn kính vuøng baûo veä tuøy thuoäc vaøo ñoä cao coâng trình, ñoä cao thanh ñôõ vaø möùc ñoä baûo veä . Baûng 2.2 : Cöôøng ñoä seùt (kA) Ñieän löôïng (C) Möùc baûo veä Phaàn traêm baûo veä 6 0,5 cao 98 10 1 Trung bình 93 15 1,5 Tieâu chuaån 85 2.2.6. Kieåm tra ñaùnh giaù ñaàu thu: Muïc ñích cuûa cuoäc thöû nghieäm naøy kieåm tra tính hieäu quaû cuûa Dynasphere tích cöïc vôùi thieát bò thuï ñoäng, ñaùnh giaù khaû naêng cuûa noù khi caïnh tranh vôùi coät Franklin vaø so saùnh thôøi gian taïo ra ñöôøng daãn tieân ñaïo so vôùi kim thu seùt thoâng thöôøng. Vôùi muïc ñích ñoù caû hai loaïi daãn seùt (taïo tia tieân ñaïo vaø thoâng thöôøng) ñöôïc ñaùnh giaù vaø kieåm nghieäm trong cuøng moät ñieàu kieän. a. Thí nghieäm trong phoøng: Moâ phoûng quaù trình phoùng ñieän seùt trong töï nhieân ôû phoøng thí nghieäm laø raát khoù. Caùc vaán ñeà cuï theå ñöôïc toùm taét nhö sau: - Ñieän tröôøng coù maët khi coù seùt trong töï nhieân laø 5¸20KV/m trong phoøng thí nghieäm tröôøng 500KV/m laø caàn thieát ñeå môû ñaàu moät söï phoùng ñieän. - Caùc tia phoùng leân daøi 100 ¸ 500m tröôùc khi chaën moät tia phoùng xuoáng. Trong phoøng thí nghieäm khoaûng caùch phoùng chæ coù theå ñaït ñöôïc vaøi meùt. - Tröôùc khi coù söï phoùng ñieän töï nhieân xaûy ra, toàn taïi moät ñieän tröôøng gaây ra corona treân taát caû caùc phaàn hình hoïc vaø goùc nhoïn. Moâ phoûng phoøng thí nghieäm cuûa hieäu öùng naøy laø khoù vì thieát bò taïo ra tröôøng coù theå bò maùy phaùt xung phaù huûy. So saùnh chaát löôïng cuûa moät ñaàu thu thí nghieäm vôùi coät Franklin ñoái chöùng. Maây nhaân taïo laø moät löôùi kim loaïi naèm ngang tieát dieän 5 x 5m. Naèm treân ñaàu thu thöû nghieäm vaø coät Franklin ñoái chöùng ñöôïc noái ñaát vaø coù cuøng ñoä cao. Moät maùy phaùt phaân cöïc DC ñöôïc noái vaøo ñaùm maây nhaân taïo qua ñieän trôû vaø maïng baûo veä. Moät maùy phaùt xung cuõng ñöôïc noái vaøo ñaùm maây nhaân taïo. Daïng soùng xung ñöôïc choïn töông ñoái chaäm, coù thôøi gian taêng 200 microgiaây. Daïng naøy gaàn gioáng vôùi ñoä taêng ñieän tröôøng nhaän ñöôïc khi moät ñieåm phoùng tieáp caän ñaát. Daïng soùng 1,2/50ms thöôøng ñöôïc duøng bieåu dieãn daïng soùng quaù ñieän aùp khí quyeån. Do khoaûng caùch phoùng ñieän raát ngaén trong phoøng thí nghieäm caàn taïo xung gaàn vôùi ngöôõng choïc thuûng ñeå tìm söï khaùc bieät giöõa caùc ñaàu thu thöû nghieäm vaø ñoái chöùng. Thí nghieäm 1: 2 Dynasphere ñöôïc ñaët ôû caùc vò trí thöû nghieäm. Muïc ñích cuûa thöû nghieäm laø xem xeùt moät Dynasphere tích cöïc coù öu ñieåm gì hôn moät thieát bò thuï ñoäng. Ñaûo ngöôïc caùc thieát bò tích cöïc vaø thuï ñoäng maø khoâng phaûi thay ñoåi baát kyø thoâng soá vaät lyù naøo. Keát quaû laáy trung bình theo caùch loaïi boû caùc maâu thuaån trong sô ñoà thöû nghieäm vaät lyù. Tröôùc khi thöû nghieäm moät chuoãi ñieän tích ñöôïc taïo ra ñeå ñaùnh giaù ngöôõng phoùng ñieän. Ñieän aùp naïp 65,7KV xaáp xæ moät xung aùp 1314KV, ñoä aãm 70%, aùp suaát 1012mB, nhieät ñoä 30o C. Keát quaû: Thí nghieäm Ñaàu thu tích cöïc Ñaàu thu thuï ñoäng Khoâng phoùng A B (Ñaûo ngöôïc caùc ñaàu thu) Toång coäng 15 6 21 6 5 11 9 9 18 Quaû caàu tích cöïc chöùng toû hieäu quaû gaàn gaáp ñoâi quaû caàu thuï ñoäng. Thí nghieäm 2: Trong thí nghieäm naøy, Dynasphere ñöôïc so saùnh vôùi chaát löôïng cuûa moät coät Franklin. Caùc coät Franklin ñöôïc duøng laø caùc thanh nhoïn ñaàu loõi cuûa Dynasphere ñeå khoâng coù söï thay ñoåi hình hoïc coät Franklin khi quaû caàu ñöôïc gaén vaøo, chuoåi phoùng ñieän höôùng vaøo 2 coät Franklin ñeå xaùc ñònh caùi naøo hieäu quaû hôn. Sau ñoù quaû caàu ñöôïc gaén vaøo coät Franklin keùm hieäu quaû hôn ,ñeå ñaùnh giaù söï caûi thieän chaát löôïng. Caùc ñieàu kieän khí quyeån: ñoä aåm 67%, aùp suaát 1012mB, nhieät ñoä 30oC Keát quaû: Thöû nghieäm Coät A Coät B Hieäu quaû coät B 2 coät Franklin 8 2 20% Coät Franklin (A) quaû caàu ñöôïc ñaët vaøo coät B 4 6 60% Vieäc theâm quaû caàu vaøo coät Franklin laøm vieäc keùm (B) caûi thieän 40% hieäu quaû cuûa noù. b. Thí nghieäm ngoaøi töï nhieân: Hai daïng thöû nghieäm ñöôïc coi laø phuø hôïp cho ñaùnh giaù chaát löôïng ñaàu thu: - Daïng thöù nhaát bao goàm thöû nghieäm thoáng keâ laâu daøi, baèng caùch xen keõ caùc ñaàu thu thöû nghieäm vaø caùc coät Franklin theo daïng 1 caùnh ñoàng anten.Moãi vaät daãn xuoáng coù thieát bò ghi söï phoùng ñieän vaø bieân ñoä doøng ñænh cuûa chuùng. - Daïng thöù 2: bao goàm thöû nghieäm so saùnh toác ñoä cao. Yeáu toá quan troïng nhaát trong ño löôøng hieäu quaû cuûa moät ñaàu thu laø khaû naêng baét ñaàu vaø lan truyeàn caùc doøng phoùng leân cuûa noù. Baèng chöùng chaát löôïng töông ñoái chæ coù theå ñaït ñöôïc baèng vieäc ño thôøi gian phaùt trieån vaø doøng phoùng leân so vôùi moät tieâu chuaån ñoái chöùng. - Vì seùt xuaát hieän ngaãu nhieân vaø thôøi gian ñeå phoùng leân vaøo côõ microgiaây. Nhieäm vuï ño löôøng thöôøng laø gaëp khoù khaên. Hôn nöõa neáu söï ngaên chaën (Tia phoùng leân ñoùn laáy tia phoùng xuoáng) doøng seùt trôû veà coù theå coù bieân ñoä 100KA seõ phaù huûy thieát bò ño. Tuy nhieân nhôø thieát bò chuïp hình vaø quay video hieän ñaïi maø khoâng nhaát thieát phaûi ghi nhaän moät cuù seùt ñaùnh tröïc tieáp. - Vaät ñoái chöùng laø coät Franklin ñöôïc so saùnh vôùi moät ñaàu thu thöû nghieäm ôû cuøng chieàu cao. Daây thu loâi ñöôïc tieáp ñaát qua moät ñieän trôû, moät doøng ñieän ghi nhaän ñöôïc taïi chaân tieáp ñaát vaø ñöôïc truyeàn tôùi maùy bieán ñoåi ñieän A/D (Analoque / Digital). - Nguoàn ñieän töø xa ñeán maùy A/D ñöôïc cung caáp bôûi pin maët trôøi. Daây caùp baèng sôïi quang hoïc ñöôïc duøng ñeå truyeàn taûi thoâng tin ñeán moät boä soá hoùa cao toác löu tröõ thoâng tin trong boä nhôù 256KB. Sau ñoù thoâng tin bieán ñoåi ñöôïc truyeàn ñeán moät maùy tính IBM coù ñóa cöùng 30MB. Chieàu cao cuûa caùc coät laø 6m vaø ñaët caùch 20m ñeå ñaûm baûo khoâng coù nhieãu ñieän tröôøng do taùc duïng töông hoå. Keát quaû sô boä cho thaáy thôøi gian baét ñaàu tia phoùng leân cuûa moät coät Franklin sau quaû caàu thöû nghieäm laø 50microgiaây vaø doøng phoùng leân cuûa quaû caàu lôùn hôn 2 - 3 laàn taïi moïi thôøi ñieåm keå töø luùc môû ñaàu. 2..2.7. Öu ñieåm cuûa ñaàu thu: - Tính chuû ñoäng taïo ñöôøng daãn seùt: Taát caû caùc caáu truùc treân coâng trình ñeàu coù khaû naêng taïo ra keânh daãn veà phía treân. Tuy nhieân, vaán ñeà thôøi gian taïo ra chuùng môùi laø quan troïng. Moät ñaàu thu seùt taïo tia tieân ñaïo coù theå taïo moät ñöôøng daãn seùt veà phía treân sôùm hôn moät khoaûng thôøi gian DT so vôùi loaïi kim thu seùt thoâng thöôøng. Ñaïi löôïng naøy ñöôïc xaùc ñònh trong phoøng thí nghieäm cao aùp vaø ngoaøi hieän tröôøng giöõa moät ñaàu thu seùt taïo tia tieân ñaïo vaø moät kim thu seùt thoâng thöôøng ôû trong cuøng moät ñieàu kieän. DT = TSR - TD TSR : laø thôøi gian taïo ra ñöôøng daãn seùt veà phía treân cuûa moät kim thu seùt thoâng thöôøng. TD : laø thôøi gian taïo ra ñöôøng daãn seùt veà phía treân cuûa ñaàu thu Dynasphere. - Ñoä daøi cuûa keânh daãn veà phía treân so vôùi kim thu seùt thoâng thöôøng, ñaàu thu Dynasphere coù theå taïo ra ñöôøng daãn tieân ñaïo sôùm hôn moät khoaûng thôøi gian DT vaø do ñoù taïo sôùm moät ñöôøng daãn tieân ñaïo DL(m) = V (m/Ms). DT(Ms) D DL Hình 3.2 D: Khoaûng caùch phoùng ñieän phuï thuoäc vaøo yeâu caàu baûo veä. 2.2.8. Choïn caáp baûo veä: Caùc döõ lieäu ñöôïc thu thaäp töø ._. trình : toøa nhaø coù keát caáu bình thöôøng nhöng deã chaùy neân choïn C2 = 2,5. + C3 laø heä soá phuï thuoäc vaøo vaät lieäu chöùa trong coâng trình : toøa nhaø coù giaù trò cao vaø deã baét löûa neân choïn C3 = 2. + C4 laø heä soá phuï thuoäc vaøo tính naêng cuûa coâng trình : toøa nhaø taäp trung ñoâng ngöôøi, khoù sô taùn neân choïn C4 = 3. + C5 laø heä soá phuï thuoäc vaøo taùc haïi cuûa seùt : toøa nhaø hoaït ñoäng lieân tuïc, coù taùc haïi ñeán moâi tröôøng choïn C5 = 10 Suy ra : Nc = 5,5 1 . 2,5 . 2. 3. 10 = 0,036 2.1.2.2. Tính vuøng taäp trung töông ñoái Ac : Ta coù coâng thöùc : Ac = LW + 6H (L + W) + 9p H2 Theá giaù trò kích thöôùc vaøo coâng thöùc ta ñöôïc : Ac = 75 x 55 + 6 x 8 (75 + 55) + 9 x 3,14 x (8)2 = 12173,64m2 2.1.2.3. Tính taàn soá seùt ñaùnh tröïc tieáp (Nd) : Nd = Ngmax . Ac . C1 . 10-6 Trong ñoù : Ngmax = NK/10. Vôùi NK laø soá ngaøy doâng trung bình trong 1 naêm. Soá ngaøy doâng trung bình trong 1 naêm cuûa TP. Hoà Chí Minh laø 67,5 Suy ra : Ngmax = 67,5 10 = 6,75 Vaäy: Nd = 6,755 x 12173,64 x 1 x 10-6 = 0,082 Ta coù: Nd = 0,082 > Nc = 0,036 caàn thieát keá heä thoáng choáng seùt cho coâng trình. * Xaùc ñònh heä soá E : Ta coù : E = 1 - Nc Nd = 1 - 0,036 0,082 » 0,56 Choïn baûo veä caáp 3 2.2. Heä thoáng choáng seùt tröïc tieáp : 2.2.1. Heä thoáng choáng seùt tröïc tieáp cho Khu A : Goàm coù 2 toøa nhaø laø: toøa nhaø phoøng hoïc hình chöõ H vaø toøa nhaø Chính lieân keát bôûi Thö Vieän, khoa Kyõ Thuaät Nöõ Coâng, phoøng Ñaøo Taïo, phoøng Haønh Chính, Giaûng Ñöôøng, daõy caùc lôùp hoïc lyù thuyeát, xöôûng thöïc taäp Ñieän – Ñieän Töû vaø vaên phoøng khoa Ñieän – Ñieän Töû. 2.2.1.1. Kim thu seùt : Söû duïng baàu thu seùt loaïi INTERCEPTOR Model B cho toøa nhaø Chính : baàu thu ñöôïc gaén treân moät oáng baèng sôïi thuûy tinh caùch ñieän cao 5m, oáng naøy ñöôïc baét chaéc vaøo ñænh toøa nhaø baèng U – Bolt. Baàu thu INTERCEPTOR cung caáp baùn kính baûo veä khoaûng 70m. Vò trí ñaët kim treân ñænh toøa nhaø theo baûn veõ C1. Söû duïng baàu thu seùt loaïi INTERCEPTOR Model B cho toøa nhaø phoøng hoïc hình chöõ H : baàu thu ñöôïc gaén treân moät oáng baèng sôïi thuûy tinh caùch ñieän cao 5m, oáng naøy ñöôïc baét chaéc vaøo ñænh toøa nhaø baèng U – Bolt. Baàu thu INTERCEPTOR cung caáp baùn kính baûo veä khoaûng 84m .Vò trí ñaët kim treân ñænh toøa nhaø (theo baûn veõ phaàn phuï luïc). 2.2.1.2. Daây thoaùt seùt: Daây thoaùt seùt duøng loaïi caùp thoaùt seùt chuyeân duøng ERICORE ñaûm baûo daãn seùt xuoáng ñaát an toaøn, khoâng gaây nhieãu voâ tuyeán, an toaøn cho ngöôøi vaø thieát bò. Daây ERICORE ñöôïc gaén chaët doïc theo oáng nöôùc baèng keïp giöõ daây ñaët doïc theo daây taïi caùc vò trí caùch nhau töø 1 ¸ 2m. Taïi caùc ñoaïn caàn uoán cong baùn kính uoán cong cuûa daây ERICORE khoâng ñöôïc quaù 0,5m. Caàn baûo veä cho daây ERICORE baèng oáng daãn (coù theå duøng oáng nhöïa PVC) taïi nhöõng nôi coù theå deã bò phaù hoûng. ÔÛ 3m daây cuoái cuûa daây phaûi laép ñaët oáng caùch ñieän ñeå baûo veä cho ngöôøi khi ñeán gaàn vaø phaûi ñaët caùch ñöôøng daây thoâng tin töø 2m trôû leân. Cuoái daây ERICORE caàn phaûi ñaët hoäp kieåm tra noái ñaát. 2.2.1.3. Heä thoáng noái ñaát : Heä thoáng noái ñaát goàm 5 coïc theùp boïc ñoàng daøi 3m vaø 40m daây caùp ñoàng traàn tieát dieän 70mm2 , boá trí thaønh 4 tia. Ñeå giaûm ñieän trôû ñaát caàn söû duïng 9 bao hoùa chaát GEM. Caùch laép ñaët nhö hình veõ : 2.2.2. Heä thoáng choáng seùt tröïc tieáp cho khu B : Goàm 2 toøa nhaø caàn ñöôïc baûo veä laø Trung taâm Tin Hoïc vaø toøa nhaø khoa Cô Khí Cheá Taïo Maùy (keå caû xöôûng thöïc taäp). 2.2.2.1. Kim thu seùt : Söû duïng 2 baàu thu seùt loaïi INTERCEPTOR Model B cho 2 toøa nhaø: baàu thu ñöôïc gaén treân moät oáng baèng sôïi thuûy tinh caùch ñieän cao 5m, oáng naøy ñöôïc baét chaët vaøo ñænh toøa nhaø baèng U – Bolt. Baàu thu INTERCEPTOR cung caáp baùn kính baûo veä khoaûng 73m cho toøa nhaø Trung taâm Tin Hoïc vaø 70m cho toøa nhaø khoa Cô Khí Cheá Taïo Maùy. Vò trí laép ñaët kim treân ñænh 2 toøa nhaø (baûn veõ phaàn phuï luïc). 2.2.2.2. Daây thoaùt seùt: Söû duïng loaïi caùp thoaùt chuyeân duøng ERICORE vaø caùch laép ñaët töông töï khu A cho moãi toøa nhaø. 2.2.2.3. Heä thoáng noái ñaát : Heä thoáng noái ñaát ñöôïc tính toaùn vaø laép ñaët töông töï nhö khu A. D. Thieát keá heä thoáng noái ñaát : 1. Noái ñaát heä thoáng choáng seùt : Trong baát kyø moät heä thoáng choáng seùt naøo cuõng ñeàu coù heä soá noái ñaát. Heä soá naøy coù nhieäm vuï taøn doøng seùt vaøo ñaát, do ñoù coù moät vai troø quan troïng trong vieäc ñaùnh giaù hieäu quaû thoaùt seùt cuûa heä thoáng choáng seùt. 1.1 Heä thoáng noái ñaát : Heä thoáng noái ñaát phaûi ñaûm baûo caùc yeâu caàu sau : + Taûn nhanh moät caùch an toaøn naêng löôïng seùt ñaùnh tröïc tieáp vaøo trong ñaát + Taûn nhanh an toaøn xung quaù aùp vaø xung ñoät bieán do seùt lan truyeàn vaøo ñaát. + Baûo veä an toaøn cho ngöôøi vaø thieát bò khoûi nguy hieåm do ñieän aùp böôùc. + Duy trì caùc chöùc naêng hieän haønh cuûa heä thoáng ñieän. 1.2 Ñieän trôû noái ñaát: Thieát keá heä thoáng noái ñaát phaûi ñaûm baûo raèng seùt taûn vaøo ñaát theo con ñöôøng cöïc tieåu hoùa ñieän aùp tieáp xuùc vaø ñieän böôùc. Moät loaït caùc nghieân cöùu veà daïng soùng seùt ñieån hình chæ ra raèng xung seùt mang thaønh phaàn taàn soá cao vaø taàn soá thaáp. Taàn soá lieân quan ñeán ñoä gia taêng raát nhanh cuûa ñoä doác ñaàu soùng (thöôøng nhoû hôn 10mS ñeå ñaït ñeán ñænh doøng) cuûa xung seùt coøn taàn soá thaáp thì lieân quan ñeán phaàn ñöoâi daøi vaø naêng löôïng cao. Nhö vaäy, ñieàu quan troïng laø heä thoáng noái ñaát phaûi coù toång trôû noái ñaát ñuû nhoû vaø khoâng ñöôïc hieåu ñôn giaûn laø ñieän trôû noái ñaát nhoû. Toång trôû noái ñaát cuûa heä thoáng bao goàm ñieän trôû thuaàn vaø dung khaùng cuûa löôõng cöïc tieáp giaùp ñieän cöïc ñaát. Ñieän trôû thuaàn R cuûa heä thoáng noái ñaát bao goàm ñieän trôû cuûa baûn thaân ñieän cöïc noái ñaát, caùc boä phaän keát noái ñieän trôû tieáp xuùc giöõa ñaát vaø ñieän cöïc noái ñaát vaø ñieän trôû cuûa khoái ñaát bao quanh ñieän cöïc. Dung khaùng cuûa heä thoáng noái ñaát tyû leä vôùi dieän tích tieáp xuùc giöõa ñieän cöïc vaø ñaát. Caùc yeáu toá aûnh höôûng tôùi ñieän trôû toång cuûa heä thoáng noái ñaát bao goàm loaïi ñaát, ñoä aåm cuûa ñaát, keát caáu vaø caáu truùc cuûa heä thoáng noái ñaát, ….Thoâng soá ñaëc tröng cho loaïi ñaát laø ñieän trôû suaát cuûa ñaát, ñieän trôû suaát cuûa ñaát thay ñoåi trong moät phaïm vi raát roäng töø 40Wm (ñaát seùt) ñeán 25.000Wm (ñaù Granite). ñieän trôû suaát cuûa ñaát caøng giaûm khi ñoä aåm cuûa ñaát caøng taêng. Do ñoù ñeå ñaït ñöôïc giaù trò ñieän trôû noái ñaát caàn phaûi giöõ ñoä aåm cuûa ñaát taïi nôi ñaët heä thoáng noái ñaát. Ñieàu naøy thöôøng ñöoïc chuù yù baèng caùch choân heä thoáng noái ñaát ôû ñoä saâu khoaûng 0,5 ¸ 0,8m. Ñieän trôû suaát cuûa ñaát thay ñoåi theo muøa, ñoä choân caøng saâu thì ñoä dao ñoäng giaù trò ñieän trôû noái ñaát caøng nhoû. 1.3.Yeâu caàu ñoái vôùi heä thoáng noái ñaát choáng seùt: Moät heä thoáng noái ñaát choáng seùt toát phaûi thoûa maõn caùc yeâu caàu sau : Giaù trò toång trôû noái ñaát duø nhoû (theo caùc TCVN 20 TCN 46-84, TC cuûa Phaùp NFC 17-102/1995, TC cuûa UÙc- Taân Taây Lan NZS/AS 1768-1991 … thì Rnñ < 10W. Giaûm toái thieåu gia taêng ñieän theá trong vaø khoâng gaây nguy hieåm cho ngöôøi vaø thieát bò. Ñaûm baûo keát noái toát caùc thaønh phaàn ñaãn ñieän trong heä thoáng noái ñaát. Beàn vöõng, khoâng bò hö hoûng taùc ñoäng cuûa caùc taùc nhaân hoùa hoïc hay bò aên moøn Khoâng ñöôïc laép ñaët laân caän caùc caùp ngaàm truyeàn taûi ha truyeàn tín hieäu. 1.4- Phaân tích caùc heä thoáng noái ñaát hieän ñaïi : Hieän nay, ngoaøi moät soá heä thoáng noái ñaát ñöôïc thieát keá vaø laép ñaët theo coâng ngheä môùi, ña phaàn söû duïng oáng saét traùng keõm hay saét goùc daøi töø 2 ¸ 6m vaø ñöôïc ñoùng thaúng ñöùng xuoáng ñaát ôû ñoä saâu töø 0,5 ¸ 0,8m. Chuùng ñöôïc noái keát vôùi nhau baèng caùp ñoàng traàn, lieân keát giöõa coïc noái ñaát vaø caùp laø lieân keát cô khí (söû duïng oác xieát) hay haøn gioù ñaù, taïo thaønh löôùi noái ñaát. Trong tröôøng hôïp nöôùc ta, ñeå giaûm ñieän trôû tieáp ñaát thöôøng duøng caùc bieän phaùp ñôn giaûn nhö : taêng soá löôïng coïc, kích thöôùc coïc, caûi taïo ñaát baèng duøng than muoái. Caùc bieän phaùp naøy tuy deã laøm nhöng hieäu quaû kinh teá khoâng cao. Cuï theå gaëp moät soá haïn cheá nhö sau : Ñieän trôû noái ñaát khoâng giaûm tuyeán tính theo soá löôïng coïc, nghóa laø ñeán moät soá löôïng coïc nhaát ñònh vieäc taêng soá löôïng coïc khoâng ñem laïi hieäu quaû cao, ñoàng thôøi cuõng laøm gia taêng chi phí xaây döïng heä thoáng noái ñaát. Döôùi taùc ñoäng cuûa muoái, thanh daãn vaø caùc boä phaän tieáp noái seõ deã daøng bò aên moøn vaø daãn ñeán giaûm tuoåi thoï heä thoáng noái ñaát . Ñoàng thôøi muoái seõ phaân taùn vaø bò röõa troâi. Ñieàu naøy daãn ñeán giaù trò ñieän trôû noái ñaát khoâng oån ñònh vaø ñoøi hoûi phaûi coù cheá ñoä kieåm tra vaø duy tu theo ñònh kyø. Vieäc lieân keát caùc boä phaän noái ñaát baèng oác xieát khoâng ñaûm baûo coù moái lieân keát toát vaø beàn veà maët daãn ñieän. Nhöôïc ñieåm coù theå khaéc phuïc phaàn naøo baèng haøn gioù hoaëc haøn ñieän, tuy nhieân moái haøn cuõng khoâng ñaït chaát löôïng cao vì hieän töôûng taûn nhieät quaù nhanh cuûa heä thoáng noái ñaát. Khoâng giaûm ñöôïc giaù trò toång trôû noái ñaát cuûa heä thoáng noái ñaát do khoâng giaûm ñöôïc thaønh phaàn dung khaùng. Caùc nhöôc ñieåm naøy coù theå khaéc phuïc nhôø öùng duïng caùc thieát bò, vaät lieäu vaø coâng ngheä môùi ñöôïc trình baøy ôû phaàn sau. 1.5- Thieát bò, vaät lieäu vaø coâng ngheä môùi : Hieän nay ôû Vieät Nam ñaõ xuaát hieän nhieàu thieát bò coâng ngheä môùi cho pheùp naâng cao chaát löôïng vaø hieäu quaû cuûa heä thoáng noái ñaát. a) Ñieän cöïc noái ñaát: Hieän nay söû duïng phoå bieán nhaát laø coïc theùp boïc ñoàng ñöôøng kính 13 mm vì noù coù ñoä daãn ñieän toát, ñoä choáng aên moøn cao do taùc ñoäng cuûa khí quyeån hay ñaát bao boïc xung quanh, beàn vöõng cho keát noái vaø laép ñaët. ÔÛ moät soá nôi do vuøng ñaát thuûy trieàu, ñaàm muoái, ñaát phuû tro, vuøng ñaát phuû tham caùm vaø caùc moâi tröôøng aên moøn khaùc coïc theùp khoâng ræ ñöôïc khuyeán caùo söû duïng. Caùc coïc naøy raát beàn vöõng vôùi khí haäu vaø aên moøn. Ñieån hình cho loaïi naøy laø theùp khoâng ræ vôùi haøm löôïng Crom tinh chaát laø 17% vaø phuû moät lôùp austenitic. Ñöôøng kính coïc caøng taêng thì ñieän trôû noái ñaát caøng giaûm, tuy nhieân caùc keát quaû thöïc nghieäm cho thaáy ñöôøng kính coïc taêng gaáp ñoâi thì ñieän trôû noái ñaát chæ giaûm12,5%. Vì vaäy ñöôøng kính coïc ñöôïc choïn chuû yeáu theo ñieàu kieän ñoä beàn veà cô hoïc ñeå coïc ñoùng xuoáng ñaát khoâng bò cong hay gaãy. Quan heä ñieän trôû noái ñaát theo chieàu coïc f13mm, ñoùng ôû ñaát coù ñieän trôû suaát 10Wm. Ta nhaän thaáy raèng vôùi chieàu daøi coïc lôùn hôn 5m ñieän trôû noái ñaát giaûm khoâng ñaùng keå, vì vaäy thöïc teá caùc coïc chuaån thöôøng coù kích thöôùc 1,4m; 2,4m vaø 3m. Trong tröôøng hôïp taàng ñaát treân coù ñieän trôû suaát lôùn thì coù theå söû duïng coïc noái ñaát saâu cho pheùp vöôn tôùi taàng ñaát coù ñieän trôû suaát nhoû vaø khoâng bò khoâng theo muøa. Nhaèm muïc ñích taêng dieän tích tieáp xuùc giöõa ñaát vaø ñieän cöïc söû duïng baêng ñoàng noái ñaát (0,5mm x 5mm) ñeå lieân keát caùc coïc noái ñaát thay cho caùp ñoàng traàn. Töø ghi nhaän trong thöïc teá doøng seùt taûn vaøo ñaát treân saân goân coù daïng chaân chim neân caáu truùc heä thoáng noái ñaát thoâng duïng nhaát thöôøng coù daïng hình tia xuyeân taâm vôùi heä thoáng coïc chính, caùc daûi baêng ñoàng vaø caùc coïc phuï. b) Lieân keát giöõa caùc boä phaän noái ñaát : Gaàn ñaây coâng ngheä haøn hoùa nhieät CADWELD ñöôïc söû duïng ñeå keát noái caùc boä phaän noái ñaát vôùi chaát löôïng cao. CADWELD coù khaû naêng taïo ra moái noái giöõa caùc phaân töû ñoàng/ñoàng, ñoàng/theùp, maø khoâng caàn naêng löôïng ngoaøi hay nguoàn nhieät. Nguyeân lyù laø keát hôïp choän ñaày chaát haøn vaø taùc nhaân phaùt chaùy trong moät khuoân graphite. Hôïp chaát haøn tuøy thuoäc vaøo kim loaïi ñöôïc haøn (oxyt ñoàng vaø nhoâm cho moái haøn ñoàng/ñoàng). Söï phaân huûy cuûa oxyt ñoàng do nhoâm taïo ra ñoàng chaûy vaø xæ oxyt nhoâm taïi nhieät ñoä cao hôn 20000C. Hình daïng, kích thöôùc cuûa khuoân, vaø côõ cuûa kim loaïi ñöôïc haøn ñöôïc cheá taïo cho thích hôïp töø chi tieát ñöôïc haøn vaø kích côõ cuûa noù. Caùc moái noái CADWELD coù caùc ñaëc ñieåm sau : Khoâng hö hoûng hay giaûm chaát löôïng vôùi thôøi gian, taûi doøng ñieän hieäu quaû hôn daây daãn. Moái haøn CADWELD laø moái noái phaân töû neân khoâng bò loûng nay aên moøn. Phaåm chaát coù theå nhaän thaáy deã daøng baèng caùc quan saùt. Thieát bò nheï, khoâng ñoøi hoûi nguoàn ngoaøi vaø khoâng ñaét tieàn. 2. Trình töï thieát keá, tính toaùn heä thoáng noái ñaát: 2.1- Xaùc ñònh ñieän trôû suaát cuûa ñaát : Ñieän trôû suaát cuûa ñaát coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp ñieän cöïc tieáp ñaát maåu hoaëc phöông phaùp boán ñieän cöïc . 2.1.1. Phöông phaùp ñieän cöïc tieáp ñaát maãu : Töø keát quaû ño ñieän trôû tieáp ñaát cuûa moät coïc tieáp ñaát (oáng hoaëc theùp goùc) coù theå xaùc ñònh ñieän trôû suaát cuûa ñaát theo coâng thöùc sau : r (A.1) Trong ñoù : Ro : Ñieän trôû ño ñöôïc cuûa moät coïc tieáp ñaát thaúng ñöùng [W.2] l : Chieàu daøi coïc tieáp ñaát (ñöôïc choân trong ñaát tình töø beà maët ñaát) [m] d : Ñöôøng kính oáng, coïc tieáp ñaát [m] Trong tröôøng hôïp duøng theùp goùc thì coâng thöùc (A.1) thay d= 0,95b. b: Chieàu roäng cuûa theùp goùc [m.2] 2.1.2. Phöông phaùp 4 ñieän cöïc : Ñieän trôû suaát cuûa ñaát ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp 4 ñieän cöïc Wenner vaø Schlumberger. Theo phöông phaùp Wenner (theo sô ñoà hình A.1a), ñieän trôû suaát cuûa ñaát ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc : r = 2.p.R.a [Wm] (A.2). Trong ñoù : a : Khoaûng caùch giöõa caùc ñieän cöïc [m] R : giaù trò ñieän trôû chæ ôû treân ñoàng hoà [W] Theo phöông phaùp Schlumberger (theo hình A.1b), ñieän trôû suaát cuûa ñaát ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc . [Wm] (A.3). Trong ñoù : l = AB/2 d = MN/2 (xem sô ñoà hình A.1.b). 2.2. Heä soá muøa : Ñieän trôû suaát cuûa ñaát phuï thuoäc vaøo loaïi ñaát, ñoä raén, ñoä aåm, nhieät ñoä vaø caùc chaát hoùa hoïc coù trong ñaát. Do ñoù ñieän trôû suaát cuûa ñaát ôû nhöõng vuøng khaùc nhau seõ thay ñoåi trong phaïm vi raát roäng. Ñoä aåm vaø nhieät ñoä cuûa ñaát laø caùc yeáu toá quan troïng nhaát aûnh höôûng ñeán trò soá ñieän trôû suaát cuûa ñaát. Khi thieát keá vaø thi coâng heä thoáng noái ñaát ta caàn bieát giaù trò ñieän trôû suaát cuûa ñaát lôùn nhaát ôû ñoä saâu ñeán 10m, nôi döï kieán trang bò heä thoáng noái ñaát . Nguyeân taéc phoå bieán nhaát ñeå xaùc ñònh ñieän trôû suaát cuûa ñaát laø ño ñaïc tröïc tieáp. Vì ñieän trôû suaát cuûa ñaát thay ñoåi theo thôøi gian neân ñeå coù ñöôïc giaù trò tính toùan phaûi boå sung heä soá muøa vaøo giaù trò ñieän trôû suaát ño ñöôïc. Nhö vaäy ñieän trôû suaát duøng trong tính toaùn ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc : ptt = pño.K Trong ñoù : ptt : Ñieän trôû suaát cuûa ñaát duøng trong tính toaùn pño : Ñieän trôû suaát cuûa ñaát ño ñöôïc. K :Heä soá muøa. Trong tröôøng hôïp khoâng coù caùc soá lieäu ño ñaïc ñieän trôû suaát cuûa ñaát. Khi thieát keá caùc heä thoáng noái ñaát thì coù theå duøng caùc giaù trò ñieän trôû suaát trung bình cuûa ñaát nhö trình baøy trong baûng A.1 BAÛNG A.1: Ñieän trôû suaát trung bình cuûa moät soá loaïi ñaát Loaïi ñaát Ñieän trôû suaát trung bình cuûa ñaát [Wm]. ÔÛ ñoä aåm (15¸20)% Loaïi ñaát Ñieän trôû suaát trung bình cuûa ñaát [Wm]. ÔÛ ñoä aåm (15¸20)% Than buøn Ñaát ñen, ñaát maøu Ñaát seùt Ñaát seùt pha 25 50 60 80 caùt pha ((3¸10)% seùt) caùt aåm Ñaát ñaù 300 400 500 1000 Ñieän trôû suaát cuûa ñaát trong tính toaùn seõ laø : ptt = Ktb .ptb Trong ñoù : ptt : ñieän trôû suaát trung bình cuûa ñaát (laáy theo baûng A.1) Ktb : heä soá muøa trung bình = 1,6. Caùc soá lieäu veà heä soá muøa (theo giaùo trình ñieän cao aùp - Voõ Tieán Ñaït) BAÛNG A.2 Loaïi ñaát Hình thöùc noái ñaát Ñoä choân saâu [m] Heä soá muøa K 0,5 4,5¸6,5 Noái ñaát laøm vieäc vaø noái ñaát an toaøn Naèm ngang 0,8 1,6¸3 Thaúng ñöùng 0,8 1,4¸2 0,5 1,4¸1,8 Noái ñaát choáng seùt Naèm ngang 0,8 1,2¸1,45 Thaúng ñöùng 0,8 1,15¸1,3 2.3 . Tính toaùn ñieän trôû tieáp ñaát : 2.3.1. Löïa choïn loaïi ñieän cöïc tieáp ñaát : a) Neáu ñieän trôû tieáp ñaát yeâu caàu lôùn hôn vaø baèng 30W. Choïn loaïi ñieän cöïc tieáp ñaát laø daây (daûi) Kim loaïi naèm ngang trong ñaát (coøn goïi laø daây hoaëc daûi tieáp ñaát naèm ngang). b) Neáu ñieän trôû tieáp ñaát yeâu caàu laø (15¸30)W thì choïn ñieän cöïc tieáp ñaát laø loaïi coïc (oáng) ñoùng thaúng ñöùng xuoáng ñaát (goïi laø ñieän cöïc tieáp ñaát thaúng ñöùng). c) Neáu ñieän trôû tieáp ñaát yeâu caàu nhoû hôn 15W thì choïn ñieän cöïc tieáp ñaát laø loaò cöïc tieáp ñaát thaúng ñöùng choân saâu vaø coù nhieàu cöïc. 2.3.2. Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa moät cöïc tieáp ñaát thaúng ñöùng : Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa moät cöïc tieáp ñaát thaúng ñöùng ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc A.6. [W] (A.6) Trong ñoù : p: ñieän trôû suaát cuûa ñaát [Wm] l : chieàu daøi cuûa coïc tieáp ñaát [m] h : khoaûng caùch töø maët ñaát ñeán ñaàu phía treân cuûa oáng [m] d : ñöôøng kính cuûa oáng [m]. Neàu duøng theùp goùc thì d ñöôïc thay baèng 0,95b [m] b: ñoä roäng theùp goùc [m] Caên cöù vaøo coâng thöùc A.6 ñeå giaûm nhoû ñieän trôû tieáp ñaát coù theå taêng ñöôøng kính cuûa oáng hoaëc laø taêng chieàu daøi cuûa oáng. Nhöng qua tính toaùn vaø thöïc nghieäm ngöôøi ta thaáy raèng d chæ taêng leân ñöôïc ñeán 6 cm, ñöôøng kính oáng lôùn hôn 6cm, ñieän trôû tieáp ñaát giaûm raát ít (haàu nhö khoâng giaûm). Vì vaäy ñöôøng kính cuûa oáng ñöôïc choïn sao cho ñaûm baûo ñuû ñoä beàn cô hoïc vaø thöôøng choïn : d = (2,5¸4) cm cho ñaát coù ñoä raén trung bình d = (4¸6) cm trong ñaát cöùng. Chieàu daøi cuûa oáng cuõng vaäy, khoâng ñöôïc taêng quaù 3m vì luùc ñoù ñieän trôû tieáp ñaát giaûm raát chaäm. BAÛNG A.3 : Giaù trò ñieän trôû cuûa coïc tieáp ñaát theùp goùc 40mm x 40mm x 40mm ñeàu phía treân cuûa noù ñöôïc choân saâu 0,7mm. Chieàu daøi coïc tieáp ñaát Ñieän trôû tieáp ñaát [W] khi ñieän trôû suaát cuûa ñaát [Wm] 10 25 50 80 300 500 1000 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 6,8 4,95 4,00 3,35 2,91 16,5 12,5 10,0 8,39 7,27 34,0 24,5 20,0 16,8 14,54 54,0 39,5 32 26,8 23,26 190 150 120 100,6 87,24 340 249 200 168 145,4 680 490 400 335,4 290,8 2.3.3. Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa moät cöïc tieáp ñaát naèm ngang : Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa moät cöïc tieáp ñaát naèm ngang (baèng daây hoaëc daûi kim loaïi) ñaët ôû ñoä saâu h ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc A.7 : [W] (A.7) Trong ñoù : l : chieàu daøi cuûa daûi kim loaïi tieáp ñaát [m] b: beà roäng cuûa daûi tieáp ñaát [m] h : ñoä saâu cuûa daûi tieáp ñaát [m] p : ñieän trôû suaát cuûa ñaát [Wm]. Neáu daûi kim loaïi laø daây daãn coù ñöôøng kính d thì trong coâng thöùc A.7 thay baèng 2d(b=2d) Daây tieáp ñaát naèm ngang thöôøng ñöôïc duøng laø daây theùp maï keõm ñöôøng kính 4 hoaëc 5 mm, ñaët ôû ñoä saâu . Chieàu daûi cuûa thanh hoaëc daûi tieáp ñaát khoâng ñöôïc lôùn hôn 12m , vì lôùn hôn 12m giaù trò ñieän trôû giaûm raát ít (theo kinh nghieäm). Ñieän trôû cuûa cöïc tieáp ñaát naèm ngang baèng daây theùp 4mm choân saâu 0,7m töông öùng vôùi giaù trò ghi trong baûng A.4. BAÛNG A.4 : Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa daây naèm ngang Chieàu daøi tieáp ñaát [m] ñieän trôû tieáp ñaát [W] khi ñieän trôû suaát cuûa ñaát [Wm] 10 25 50 80 300 500 1000 4 8 12 3,6 2,0 1,4 7,8 5,0 3,0 18 10 7 29 16 11 110 60 45 170 100 70 370 200 130 2.3.4. Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa cöïc tieáp ñaát daïng voøng xuyeán : a) Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa cöïc tieáp ñaát daïng voøng xuyeán baèng daûi saét ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc A.8. Voøng xuyeán ñaát baèng daûi saét coù beà roäng laø b. Ñieän trôû tieáp ñaát xaùc ñònh baèng coâng thöùc A.8. [W] (A.8) Trong ñoù : r : ñieän trôû suaát cuûa ñaát [Wm] D : ñöôøng kính voøng xuyeán [m] b : beà roäng cuûa daûi (vaät lieäu) [m] h : ñoä saâu ñaët tieáp ñaát [m] b) Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa cöïc tieáp ñaát daïng voøng xuyeán baèng daây daãn : Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa cöïc tieáp ñaát daïng voøng xuyeán baèng daây daãn ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc A.9 [W] (A.9) Trong ñoù : p : ñieän trôû suaát cuûa ñaát [Wm] D : ñöôøng kính cuûa daây [m] hoaëc baèng coâng thöùc A.10 b : beà roäng cuûa daûi (vaät lieäu) [m] h : ñoä saâu ñaët tieáp ñaát [m] [W] (A.10) Trong ñoù : l = p .D l : chu vi hình xuyeán [m]. 2.3.5. Cöïc tieáp ñaát daïng taám : a. Neáu cöïc tieáp ñaát daïng taám naèm treân maët ñaát, thì ñieän trôû tieáp ñaát ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc A.11 [W] (A.11) Trong ñoù : D : ñöôøng kính cuûa taám choïn [m]. b. Neáu cöïc tieáp ñaát daïng taám troøn ñaët ôû ñoä saâu h[m] trong ñaát vôùi ñieàu kieän h > 1/2D thì ñieän trôû tieáp ñaát ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc A.12 [W] (A.11) (Tieáp ñaát daïng taám raát ít duøng vì phaûi ñaøo nhieàu ñaát). c. Neáu trang bò heä thoáng tieáp ñaát laø moät cöïc tieáp ñaát maø khoâng nhaän ñöôïc ñieän trôû tieáp ñaát theo yeâu caàu thì phaûi trang bò noái ñaát tieáp ñaát nhieàu cöïc. Tuøy theo ñòa hình, nôi ñaët heä thoáng tieáp ñaát vaø tuøy theo giaù trò tieáp ñaát yeâu caàu maø keát caáu thieát bò tieáp ñaát baèng nhöõng coïc tieáp ñaát ñöôïc ñoùng vaøo ñaát theo voøng troøn kheùp kín hình chöõ nhaät, hình vuoâng hoaëc boá trí thaønh daây. Neáu laø daây (daûi) tieáp ñaát thì boá trí theo hình sao, hoaëc nhieàu tia (töø trung taâm toûa ñi nhieàu tia). Ñeå giaûm söï aûnh höôûng che chaén giöõa caùc ñieän cöïc tieáp ñaát, yeâu caàu khoaûng caùch giöõa chuùng khoâng ñöôïc nhoû hôn 2 laàn chieàu daøi cuûa ñieän cöïc. Khoaûng caùch giöõa caùc daây ñieän cöïc khoâng ñöôïc nhoû hôn moät nöûa chieàu daøi cuûa daây. d. Ñeå nhaän ñöôïc ñieän trôû tieáp ñaát theo yeâu caàu, soá coïc tieáp ñaát nhieàu hôn (8¸10) coïc, phaûi duøng heä thoáng tieáp ñaát choân saâu (5¸30) m. Ñeå coù caùc lôùp ñaát baõo hoøa ñoä aåm vaø ñoä daãn toát. e. Ñieän trôû tieáp ñaát toång cuûa heä thoáng tieáp ñaát goàm nhieàu oáng nhö nhau vaø coù ñieän trôû gioáng nhau ñöôïc noáisong song baèng nhöõng daây (thanh) noái. Ñieän trôû cuûa heä thoáng tieáp ñaát coù nhieàu ñieän cöïc khoâng hoaøn toaøn tuaân theo qui luaät noái song song caùc ñieän trôû. Khi noái song song caùc tieáp ñaát gioáng nhau ta caàn xeùt theâm caùc aûnh höôûng laãn nhau cuûa caùc tieáp ñaát, laøm cho ñieän trôû tieáp ñaát chung giaûm, khoâng tæ leä thuaän vôùi soá coïc tieáp ñaát gioáng nhau noáisong song. Ñieän trôû cuûa heä thoáng tieáp ñaát goàm nhieàu oáng nhö nhau, coù ñieän trôû gioáng nhau ñöôïc noái song song baèng daây (daûi) caùch ly vôùi ñaát. Ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm gaàn ñuùng A.13 [W] (A.13) Trong ñoù : Rñ : ñieän trôû cuûa thieát bò tieáp ñaát [W] R0 : ñieän trôû tieáp ñaát cuûa Icoïc (oáng) n : Soá oáng tieáp ñaát. h1 : heä soá söû duïng cuûa caùc oáng tieáp ñaát. Vieäc söû duïng giaù trò ôû baûng A.5 hoaëc baûng A.6 tuøy theo keát caáu cuûa coïc hoaëc oáng. Ñieän trôû toång cuûa heä thoáng tieáp ñaát goàm nhieàu oáng nhö nhau, coù ñieän trôû gioáng nhau ñöôïc noái song song baèng daây traàn hoaëc daûi khoâng caùch li vôùi ñaát ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc A.14 [W] (A.14) Trong ñoù : R01 : ñieän trôû tieáp ñaát cuûa moät oáng [W] R02 : ñieän trôû tieáp ñaát cuûa moät daây hoaëc moät daûi noái [W] h2 :heä soá söû duïng cuûa daây hoaëc daûi noái n : soá coïc (oáng). Heä soá söû duïng h2 ñöôïc choïn theo caùc giaù trò ghi trong baûng A.7 hoaëc A.8 tuøy theo keát caáu tieáp ñaát. BAÛNG A.5 : Heä soá söû duïng h1 cuûa heä thoáng tieáp ñaát baèng oáng hay theùp goùc ñaët thaønh haøng khoâng xeùt aûnh höôûng cuûa daây (daûi). Tyû soá khoaûng caùch giöõa caùc oáng (theùp goùc) vôùi chieàu daøi cuûa oáng d/l Soá oáng hoaëc theùp goùc (n) Heä soá h 1 2 3 5 10 15 20 0,84¸0,87 0,76¸0,8 0,67¸0,72 0,56¸0,62 0,51¸0,56 0,47¸0,5 2 2 3 5 10 15 20 0,9¸0,92 0,85¸0,88 0,79¸0,83 0,72¸0,77 0,66¸0,72 0,65¸0,70 3 2 3 5 10 15 20 0,93¸0,95 0,90¸0,92 0,85¸0,88 0,79¸0,83 0,76¸0,80 0,74¸0,79 BAÛNG A.6 : Heä soá söû duïng h1 cuûa heä thoáng tieáp ñaát baèng oáng hay theùp goùc ñaët theo khung theùp kín khoâng tính aûnh höôûng cuûa daây (daûi) noái Tyû soá khoaûng caùch giöõa caùc oáng (theùp goùc) vôùi chieàu daøi cuûa oáng d/l Soá oáng hoaëc theùp goùc (n) Heä soá h 2 4 6 10 20 40 60 10 0,76¸0,80 0,71¸0,75 0,66¸0,71 0,61¸0,66 0,55¸0,61 0,52¸0,58 0,49¸0,55 3 4 6 10 20 40 60 100 0,84¸0,86 0,78¸0,82 0,74¸0,78 0,68¸0,73 0,64¸0,69 0,62¸0,67 0,59¸0,65 BAÛNG A.7 : Heä soá söû duïng h2 cuûa daây hoaëc daûi noái caùc oáng hay theùp goùc ñaët thaønh haøng. Tyû soá khoaûng caùch giöõa caùc oáng (theùp goùc) vôùi chieàu daøi cuûa oáng d/l Soá oáng (theùp goùc) trong moät khung kín 4 5 8 10 20 30 50 65 2 0,89 0,86 0,79 0,75 0,56 0,46 0,36 0,34 3 0,92 0,90 0,85 0,82 0,68 0,58 0,49 0,47 BAÛNG A.8 : Heä soá söû duïng h2 cuûa daây hoaëc daûi noái caùc oáng hay theùp goùc ñaët thaønh khung kín. Tyû soá khoaûng caùch giöõa caùc oáng (theùp goùc) vôùi chieàu daøi cuûa oáng d/l Soá oáng (theùp goùc) trong moät khung kín 4 5 8 10 20 30 50 70 90 2 0,55 0,48 0,43 0,40 0,32 0,30 0,28 0,26 0,24 3 0,7 0,64 0,6 0,56 0,45 0,41 0,37 0,35 0,33 ±0,15 ±0,16 ±0,17 ±0,16 ±0,13 ±0,11 ±0,09 ±0,09 ±0.09 BAÛNG A.9 : Heä soá söû duïng h cuûa tieáp ñaát nhieàu tia . Chieàu daøi cuûa tia m Soá tia n 3 4(+) 6 Ñöôøng kính cuûa tia (cm) 1 2 1 2 1 2 2,5 0,65 0,71 0,63 0,61 0,50 0,48 5,0 0,78 0,76 0,67 0,65 0,53 0,51 10,0 0,81 0,79 0,70 0,69 0,57 0,55 15,0 0,82 0,80 0,72 0,70 0,59 0,57 f.Soá ñieän cöïc tieáp ñaát ñöôïc tính toaùn theo coâng thöùc A.15 : (A.15) Trong ñoù: n : soá ñieän cöïc (oáng) tieáp ñaát R0 : Ñieän trôû tieáp ñaát cuûa moät ñieän cöïc. R : Ñieän trôû tieáp ñaát (1 oáng) yeâu caàu. h : Heä soá söû duïng ñöôïc laáy baèng 0,8. g.Ñieän trôû tieáp ñaát ñöôïc tính theo coâng thöùc A.16 : [W] (A.16) Trong ñoù : l : chieàu daøi cuûa tia [m] d: ñöôøng kính daây n : soá tia Haøm soá N(n) ñöôïc xaùc ñònh baèng bieåu thöùc : Vôùi n > 6 thì N(n) » 3,414n.l(n-1) -ln(n). Gía trò N(n) phuï thuoäc soá tia n, ñöôïc xaùc ñònh trong baûng A.9 Baûng A.10 : Söï phuï thuoäc tia N(n) vaøo n N 2 3 4 6 8 12 100 N(n) 0,7 1,53 2,45 4,42 6,5 11,0 11,6 3.Tính toaùn heä thoáng tieáp ñaát cho tröôøng ñaïi hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät TP. HCM : 3.1. Caùc phöông aùn tính ñieän trôû noái ñaát: Phöông aùn 1: duøng nhieàu coïc vaø caùp ñoàng thôøi vôùi nhau theo daïng hình tia hay voøng kheùp kín. Phöông aùn 2 : duøng than muoái hay ñaát möôïn ñeå caûi taïo ñaát vaø duøng sô ñoà coïc nhö phöông aùn 1. Phöông aùn 3 : duøng hoùa chaát GEMdo coâng ty choáng seùt Toaøn Caøu cung caáp vaø duøng sô ñoà coïc nhö phöông aùn 1(duøng GEM ñöôïc ñoå caùc coïc vaøo caùc ñoàng ). *. Tính öu - khuyeát ñieåm cuûa töøng phöông aùn . Phöông aùn 1 : toán raát nhieàu coïc vaø caùp ñoàng do ñieän trôû suaát cuûa ñaát raát lôùn neân soá löôïng va caùp ñoàng taêng, chi phí vaän haønh cao, toán nhieàu nhaân coâng, khoù kieåm tra khi coù söï coá neân khoâng choïn phöông aùn 1 ñeå thieát keá cho traïm. Phöông aùn 2 : giaûm toái thieåu veà soá löôïng coïc vaø caùp ñoàng nhöng chi phí vaän haønh caû khoái löôïng ñaát möôïn cao cuõng nhö chi phí cho vieäc ñaøo hoá ñeå ñaët koái ñaát möôïn raát toán keùm. Do ñòa hình traïm laø ñaát nuùi neân phöông aùn 2 ta khoâng theå choïn ñöôïc. Maëc duø coù giaûm ñaùng keå veà soá löôïng coïc vaø caùp ñoàng buø laïi chi phí khaùc laïi taêng cao. Phöông aùn 3 : giaûm toái thieåu soá löôïng coïc vaø caùp ñoàng, ñieän trôû noái ñaát giaûm theo yeâu caàu, deã kieåm tra, chi phí vaän haønh ít, deã laép ñaët vaø tính toaùn. Vaäy ñeå an toaøn cho ngöôøi laøm vieäc cuõng nhö baûo veä heä thoáng an toaøn neân choïn phöông aùn 3 ñeå thieát keá cho heä thoáng noái ñaát. 3.2. Heä thoáng noái ñaát cho taát caû caùc vò trí: + 5 coïc ñoàng loûi theùp, ñöôøng kính 16mm, daøi 3m. Caùc coïc ñöôïc boá trí taïi taâm heä thoáng noái ñaát vaø ñaàu caùc tia phuï. + 40m caùp ñoàng traàn coù tieát dieän 70mm2 ñöôïc boá trí theo daïng chaân chim, hình tia vaø choân saâu ôû 0,5m.(baûn veõ phaàn phuï luïc). 3.3.Ñieän trôû cuûa heä thoáng coïc vaø thanh: (ñöôïc tính baèng phaàn meàm tính toaùn GEM). Ñieän trôû cuûa 5 coïc laø : Rcoïc = Rc = 14 W Soá bao hoùa chaát GEM laø 4 bao Ñieän trôû cuûa caùp ñoàng traàn laø : Rthanh = Rth = 9,2W Soá bao Gem laø 5 bao. Ñieän trôû cuûa heä thoáng laø : Rht = Rc . Rth Rc . hc . Rth .hth Trong ñoù : + hc laø heä soá söû duïng coïc. Tra baûng A.5. TCN68-141 : 1995 vaø noäi suy tìm ñöôïc hc = 0,86 + hth laø heä soá söû duïng thanh. Tra baûng A.7.TCN68 – 141 : 1995 vaø noäi suy tìm ñöôïc hth = 0,9 Thay vaøo coâng thöùc treân : Rth = 6,33W. Suy ra Rth = 6,33W < 10 W : ñaït yeâu caàu thieát keá. 4.Noäi dung coâng taùc : 4.1.Heä thoáng môùi : - Laép raùp 4 baàu thu seùt INTERCEPTOR Model B. - Laép ñaët heä thoáng choáng seùt goàm baàu thu Interceptor, coät ñôõ, daây thoaùt seùt leân ñænh caùc toøa nhaø. - Ño ñieän trôû ñaát taïi vò trí laép ñaët. - Xöû lyù vaø caûi taïo ñaát - Laép ñaët heä thoáng noái ñaát noái ñaát taïi caùc vò trí ñaõ ñònh saün.(baûn veõ phaàn phuï luïc). 4.2.Heä thoáng cuû : - Kieåm tra lieàn maïch heä thoáng duøng loàng Faraday hoaëc kim Franklin. - Ño laïi ñieän trôû ñaát. - Xöû lyù vaø caûi taïo ñaát (neáu caàn). - Kieåm tra laïi heä thoáng noái ñaát. ._.