Đồ án Thiét kế chống sét công trinh sử dụng công nghệ mới

MỤC LỤC Trang

 

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ DÔNG SÉT - CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG 1

CHỒNG SÉT TRONG THIÊN NHIÊN

Chương I : QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH DÔNG SÉT – NHỮNG TÁC HẠI CỦA DÔNG SÉT ĐỐI VỚI ĐỜI SỐNG CON NGƯỜI.

I. Khái niệm

II. Phân bố sét ở Việt Nam . .1

III. Những tác hại của sét .5

1. Tác dụng nhiệt của dòng điện sét 5

2. Tác dụng cơ của dòng điện sét 5

3. Hiện tượng đánh lặp lại của sét đáng thẳng . 5

IV. Quá trình hìng thành và đặc tính của dòng sét .6

1. Sự hình thành mây dông và sét . .6

2. Các giai đoạn phóng điện của sét 8

3. Các thông số chủ yếu của sét. . . 10

4. Biên độ dòng sét và xác xuất xuất hiện. . 11

5. Độ dốc đầg dòng điện sét và xác xuất xuất hiện. .11

6. Cường độ hoạt động của sét. .12

7. Cực tính của sét. . . 12

 

Chương II : Phương Pháp Phòng Chống Sét đánh Trực Tiếp 13

I. Khái niệm chung . 13

II. Cách xác định phạm vi bảo vệ của một cột thu sét . .14

III. Chống sét theo phương pháp cổ điển .16

1. Kim thu sét Franklin 16

2. Đai và lưới thu sét .17

3. Dây thu sét .17

IV. Cách xác định vùng bảo vệ 18

1. Phương pháp hình nón .18

2. Phương pháp quả cầu lăn .21

3. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét 21

4. Cách xác định phạm vi bảo vệ của dây chống sét trong thực tế .23

 

Chương III : PHƯƠNG PHÁP Phòng Chống Sét Lan Truyền 24

I. Khái niệm chung . .24

II. Bảo vệ chống sét lan truyền từ đường dây vào trạm và nhà máy điện .24

1. Khe hở phóng điện 25

2. Chống sét van . .25

III. Bảo vệ chống sét trên các đường dây điện lực hạ áp (treo & chôn ngầm) .27

IV. Bảo vệ chống quá độ trên đường dây viễn thông, tín hiệu, dữ liệu . 28

 

Chương IV : HỆ THỐNG NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT 29

I. Khái niệm . 29

II. Hệ thống nối đất và những thông số cần quan tâm . .29

1. Điện trở nối đất .29

2. Những yêu cầu đối với hệ thống nối đất . .29

III. Trình tự thiết kế tính toán hệ thống nối đất 30

1. Xác định điện trở suất của đất . .30

2. Hệ số mùa . 31

3. Tính toán điện trở tiếp đất . .32

4. Các bảng số liệu liệu liên quan. . .36

 

PHẦN II: CHỐNG SÉT THEO PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI – GIỚI THIỆU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT MỚI

 

Chương I: Chống sét Theo Phương Pháp Hiện Đại

I. Quan điểm hình thành . .38

II. Kim thu sét phát xạ sớm . .39

1. Cấu tạo thiet bi chống sét tạo tia tiên đạo . .39

2. Nguyên tắc hoạt động 39

3. Xác định vùng bảo vệ. .40

III. Dây thoát sét . .42

IV. Hệ thống nối đất . 43

1. Nối đất chống sét . 43

2. Nối đất đẳng thế . .43

Chương II: Hệ thống Chống Sét trực Tiếp SYSTEM – 3000 45

I. Giới thiệu .46

1. Kim thu sét phóng điện sớm Dynasphere . .46

2. Dây Ericcore . .52

3. Thiết bị đếm sét . .53

4. Hệ thống đất . 54

5. Chống sét bằng điện cực Interceptor . .58

 

Chương III: Trình Bày Các Phần Mềm Tính Toán Chống Sét 61

I. Phần mềm thiết kế chống sét Benji 61

1. Giói thiệu chương trình thiết kế Benji . 61

2. Những đăc điểm của phần mềm thiết kế Benji . .65

II. Thông tin phần mềm GEM .65

1. Mô tả phần mềm GEM . 65

2. Phương pháp tính . .65

3. Tính khối lượng sự dụng . .67

 

Chương IV: Thiết Bị Chống Sét Lan Truyền hiện đại của GLT 68

 

I. Tổng quan về sét lan truyền . 68

1. Thông số sét lan truyền .68

2. Thiệt hại do sét lan truyền .68

II. Bảo vệ chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn 69

1. Thiết bị chống sét lan truyền theo công nghệ MOV . .69

2. Các sơ đồ lắp đặt .75

III. Thiết bị chống sét theo công nghệ TDS . 77

1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động . .78

2. Các thông số chính của TDS . 78

 

 

IV. Bảo vệ chống sét lan truyền trên đường tín hiệu .79

1. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động các thiết bị chống sét trên đường tín hiệu . .79

2. Các thông số chính của thiết bị . .80

3. Bảo vệ chống lại sự chênh lệch điện thế đất 84

 

PHẦN III: CHUYÊN ĐỀ

Thiết kế chống sét cho NH ĐT & PT KonTum

I. Mục đích yêu cầu 85

II. Hiện trạng .85

1) Cơ sở vật chất và những vấn đề có liên quan 86

2) Đặc điểm địa hình tỉnh KonTum 86

III. Tiêu chuẩn thiết kế .86

IV. Giải pháp chống sét và lựa chọn thiết bị .87

V. Tính toán chọn cấp bảo vệ cho công trình 87

1. Các thông số cần thiết tính toán .87

2. Tính toán .90

VI. Thiết kế hệ thống chống sét .91

1. Hệ thống chống sét trực tiếp .91

2. Hệ thống chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn .97

3. Hệ thống chống sét lan truyền trên đường tín hiệu .101

VII.Hệ thống Nối đất chống sét và nối mass .104

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

doc12 trang | Chia sẻ: maiphuongdc | Ngày: 02/12/2013 | Lượt xem: 2871 | Lượt tải: 56download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Thiét kế chống sét công trinh sử dụng công nghệ mới, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ừa là một nhu cầu, vừa lại là một yêu cầu cấp thiết. TT Tên Đài Trạm Tỉnh Giờ Dông Tb Năm Ngày Dông TB K (1) (2) (3) (4) (5) (6) 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 26 Bảo Lộc Bến Tre Biên Hòa Buôn Mê Thuộc Cà Mau Cam Ranh Càng Long Đồng Tháp Cần Thơ Côn Đảo Đà Lạt Kom Tum Mơ Đắc Miền Tây Mỹ Tho Nha Trang Phan Thiết Phú Quốc Phước Long PlâyCu Rạch Giá Sóc Trăng Tân Sơn Nhất Tây Ninh Tuy Hòa Vũng Tàu Lâm Đồng Bến Tre Đồng Nai Đắc Lắc Cà Mau Khánh Hòa Trà Vinh Đồng Tháp Cần Thơ Bà Rịa –Vũng Tàu Lâm Đồng Kom Tum Đắc Lắc Phú Yên Tiền Giang Khánh Hòa Bình Thuận Kiên Giang Bình Phước Gia Lai Kiên Giang Sóc Trăng TP.HCM Tây Ninh Phú Yên Bà Rịa –Vũng Tàu - - - 260 256 55 289 397 207 231 - 163 214 191 309 86,75 154,75 234,50 261,5 206 212,5 196,5 192,5 263,25 77,75 312 95 - 44 116 123 40 135 111 90 78 90 70 94 91 118 55 71 107 116 94 119 98 122 105 57 93 - - - 2,24 2,08 1,38 2,14 3,58 2,3 2,96 - 2,32 2,27 2,1 2,62 1,57 2,17 2,19 2,25 2,19 1,78 2,0 1,57 2,5 1,36 2,27 Bảng 1-1:Số ngày dông và giờ dông trung bình trong năm tại một số tỉnh và khu vực phía nam nước ta theo thống kê của tổng cục khí tượng thủy văn. Do ảnh hưởng gió mùa nên sự phát triển của dông hằng năm cũng hình thành theo mùa. Mùa dông trùng với thời kì phát triển của gió mùa mùa hè, còn mùa đông thì số ngày dông rất ít thậm chí có những nơi hầu như không có. Phân bố của dông trên lãnh thổ Việt Nam là không đều. Các vùng biển và ven biển ít dông đặc biệt là ven biển Nam Trung Bộ. Các vùng sâu trong đất liền dông phát triển mạnh hơn. Một số khu vực hình thành “Trung tâm dông”, đặc biệt ở phần tây bắc Nam Bộ. Dựa vào bản đồ phân bố sét ở nước Việt Nam rút ra những nhận sét sau: Trên phạm vi cả nước hình thành nhiều khu vực dông phát triển khá mạnh như: Tây Ninh – Mộc Hóa, bắc Tây Nguyên, nam Tây Nguyên, Hồi Xuân–Sông Mã, Bắc Quang. Tây Ninh – Mộc Hóa có ngày dông cao nhất nước, đạt 100 ÷ 110 ngày dông/năm, các khu vực còn lại đạt khoảng 70 ÷ 90 ngày dông/năm. Hình thành xu thế tăng số ngày dông hằng năm từ biển vào đất liền. Ven biển Trung Bộ là khu vực có ngày dông ít, đặc biệt nam trung bộ khoảng 10 ÷ 20 ngày dông/năm, vào các tháng mùa đông không có dông, tháng nhiều nhất cũng chỉ 3 ÷ 5 ngày dông. - Các khu vực nhiều dông không trùng với trung tâm mưa thậm chí còn ngược lại. Khu vực Sông Mã – Cò Nồi nhiều dông nhưng ít mưa thuộc Tây Bắc. Khu vực Tây Ninh – Mộc Hóa nhiều dông nhất nhưng lượng mưa ở mức trung bình. Ơû một số nơi như bắc Tây Nguyên, Bắc Quang có sự trùng hợp giữa hai yếu tố mưa và dông. Tháng Địa Điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả năm (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Cao Bằng Bắc Cạn Lạng Sơn Móng Cái Hồng Gai Hà Giang Sa Pa Lào Cai Yên Bái Tuyên Quang Phú Thọ Thái nguyên Hà Nội Hải Phòng Ninh Bình Lai Châu 0,2 0,1 0,2 0,0 0,1 0,1 0,6 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4 0,6 0,2 0,4 0,4 0,0 0,6 2,6 1,8 0,6 0,0 0,6 0,3 0,3 0,1 0,4 1,8 4,2 3,0 2,6 3,9 1,7 5,1 6,6 7,0 4,1 4,0 4,2 3,0 2,9 3,4 3,6 6,8 5,9 7,0 6,9 6,6 1,3 8,4 12,1 10,0 9,1 9,2 9,4 7,7 7,9 7,0 8,4 12,9 12,5 12,5 12,0 14,4 10,7 15,0 13,4 12,2 15,5 15,9 16,1 13,3 16,2 13,6 16,3 15,5 17,5 18,4 14,6 19,4 15,2 17,2 15,6 13,4 17,0 17,5 17,7 17,0 16,2 19,1 21,3 16,4 20,9 20,9 18,4 24,4 16,7 21,9 16,4 17,1 21,7 22,4 22,6 17,7 19,8 21,1 20,0 13,8 19,6 21,0 21,1 24,6 20,3 20,8 18,6 19,7 20,2 20,9 21,0 22,3 20,2 23,6 21,4 14,4 10,1 10,5 10,7 13,8 15,3 9,2 7,3 8,1 10,9 11,0 11,4 12,5 11,7 17,6 14,7 5,8 11,8 2,8 2,8 4,2 2,2 2,8 3,0 2,5 4,2 4,2 4,3 3,3 3.1 4,4 5,0 3,4 0,5 0,2 0,1 0,2 0,2 0,9 0,9 0,7 0,2 0,5 0,5 0,1 0,6 1,0 0,7 1,9 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,9 0,0 0,0 0,3 94 97 90 112 87 102 97 93 104 106 107 97 99 111 112 93 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Điện Biên Sơn La Nghĩa Lộ Thanh Hóa Vinh Con Cuông Đồng Hới Cửa Tùng Huế Đà Nẵng Quảng Ngãi Quy Nhơn Nha Trang Phan Thiết Kon Tum Plây Cu Đà Lạt Blao Sài Gòn Sóc Trăng Hà Tiên 0,2 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,2 0,3 0,6 1,4 1,8 0,2 2,7 2,7 1,0 0,5 0,2 0,5 0,2 0,3 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,1 0,0 1,2 1,7 1,6 3,4 1,0 0,0 1,3 8,0 6,2 5,1 2,6 3,4 3,4 3,2 3,8 1,9 2,5 1,2 0,6 0,6 0,2 6,8 5,7 3,2 11,0 2,5 0,7 10,9 12,8 14,2 9,2 7,3 6,9 13,5 6,3 7,8 4,9 6,5 5,7 3,6 3,2 4,0 10,8 12,0 6,8 13,8 10,3 7,0 20,0 16,8 16,8 14,4 16,9 17,4 17,5 15,7 18,0 10,8 14,4 10,7 8,6 8,2 13,4 14,4 16,7 10,0 10,6 22,2 19,8 23,1 21,0 18,2 15,7 16,7 13,1 14,9 7,7 10,3 6,2 11,4 13,0 5,3 5,2 7,2 8,0 9,7 8,0 5,2 19,4 16,4 9,7 17,0 15,5 19,5 18,8 13,8 13,5 9,6 12,2 5,3 9,3 9,7 5,1 4,6 8,8 3,4 7,7 6,3 3,4 17,2 14,5 7,4 18,3 16,5 18,3 20,2 19,2 20,6 10,2 12,5 5,1 12,0 1,0 7,3 5,8 7,4 0,2 8,7 4,2 2,8 16,0 15,0 9,0 8,3 6,3 10,6 13,6 15,3 14,0 11,7 15,0 4,8 8,9 7,8 9,6 8,5 9,0 8,0 17,1 6,7 7,2 19,2 13,7 9,7 8,3 5,3 3,5 5,2 3,3 5,6 5,2 5,3 5,3 2,3 3,7 0,7 3,3 2,3 6,8 4,0 9,0 3,8 7,0 15,4 11,5 15,0 1,1 1,0 0,0 0,7 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,5 0,0 0,6 0,6 1,8 1,2 2,0 0,8 4,0 11,0 4,7 15,6 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,0 0,1 0,1 0,0 2,4 0,7 4,3 112 99 99 100 95 103 70 85 41,8 69,5 59,1 44,3 39,2 59,0 58,2 90,7 52,1 70,2 138,0 104,1 128,7 Bảng 1-2:Số ngày dông vào các tháng trong năm ở các địa phương trên toàn quốc. Từ các số liệu về ngày dông, giờ dông, số lần sét đánh trong khu vực, toàn lãnh thổ Việt Nam chia là năm khu vực chính: Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc. Khu vực miền núi trung du miền Bắc. Khu vực miền núi trung du miền Trung. Khu vực ven biển miền Trung. Khu vực đồng bằng miền Nam. III. NHỮNG TÁC HẠI CỦA SÉT . Khi sét đánh vào nhà ở, công trình dòng điện sét sẽ gây tác dụng về cơ, nhiệt và điện từ ,nên gây ra những tác hại không nhỏ đối với đời sống và sản xuất. 1.Tác dụng nhiệt của dòng điện sét . Khi sét đánh, do tác dụng của dòng điện sét sẽ có một lượng nhiệt lớn sinh ra…Các bộ phận dẫn dòng sét của hệ thống chống sét sẽ bị đốt nóng đỏ, nóng chảy và có thể bị bốc hơi. 2.Tác dụng cơ của dòng điện sét . Khi sét đánh vào nhà ở, công trình, do tác dụng của dòng điện sét đi qua, nhà ở và công trình sẽ bị hư hỏng về độ bền cơ học. 3. Hiện tượng đánh lặp lại của sét đánh thẳng (tác dụng điện từ của dòng điện sét) . Hiện tượng đánh lặp lại của sét đánh thẳng được chia làm 2 loại : cảm ứng điện từ và cảm ứng tĩnh điện. a) Cảm ứng điện từ . Khi phóng điện sét, thường kéo theo trong không gian sự thay đổi từ trường theo thời gian.Từ trường cảm ừng trong mạch vòng tạo bởi các bộ phận kim loại kéo dài (hệ thống các đường ống, các đường dây điện,…) sẽ sinh ra một sức điện động cảm ứng. Trong trường hợp mạch vòng khép kín, dòng điện cảm ứng sinh ra bởi sức điện động sẽ đốt nóng cục bộ từng đoạn riêng biệt của mạch vòng, gây nên sự biến dạng mạch vòng. Trong trường hợp mạch vòng hở, tại chỗ hở khi có sét đánh sẽ có hiện tương phát sinh tia lửa điện, gây ra nguy cơ cháy nổ lớn cho nhà ở và công trình. b) Cảm ứng tĩnh điện . Khi có sét xảy ra, cảm ứng tĩnh điện sẽ làm phát sinh sự chênh lệch thế giữa các bộ phận kim loại và đất hoặc với các bộ phận khác có nối đất. Sự chênh lệch thế này rất lớn, có thể lên đến hàng chục kV và rất dễ tạo nên tia lửa điện vì thực tế khoảng cách giữa các vật có thể rất nhỏ. Do đó, nguy cơ cháy nổ rất dễ xảy. 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 một cách hữu hiệu nhằm giảm thiểu những tác hại mà sét gây ra. Trong giai đoạn hiện nay, Việt Nam đang trên đường công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, sự mở rộng quan hệ hợp tác quốc tế kéo theo tình hình xây dựng các cao ốc, các khu công nghiệp,... phát triển rầm rộ. Những yêu cầu của các công trình này thường rất cao vì có liên quan đến tất cả các mặt kinh tế, chính trị, xã hội,... Bên cạnh đó là sự phát triển vượt bậc của nghành viễn thông và việc ứng dụng ngày càng nhiều công nghệ thông tin vào trong sản xuất và đời sống - Đây là những nghành quan trọng và nhạy cảm nhất với “hiện tượngsét”, chỉ tính riêng không thôi về mặt kinh tế thì đã hoàn toàn không cho phép. Do đo,ù việc phòng chống sét là một vấn đề cần được quan tâm đúng mức. Để thiết kế hệ thống chống sét cho các công trình một cách hiệu quả, cần phải có những hiểu biết cơ bản về điện khí quyển. Phải nghiên cứu kĩ về sự hình thành, hoạt động của dông sét và các thông số phóng điện của sét từ đó đưa ra các biện pháp phòng chống thích hợp, có hiệu quả. IV. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA DÔNG SÉT . 1.Sự hình thành mây dông và sét . Như đã trình bày ở trên, dông là hiện tượng xảy ra chủ yếu trong mùa hạ liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển. Dông đặc trưng bởi sự xuất hiện những đám mây khổng lồ – gọi là mây dông hay mây tích vũ có độ dày từ 10 ¸16 Km, tích trữ một số lượng nước và tạo ra những chênh lệch điện thế cực mạnh (khoảng 20 ¸ 30kV/cm) . Về bản chất, dông là một hiện tượng khí quyển phức hợp bao gồm sự phóng điện giữa các đám mây (thường gọi là chớp) hay sự phóng điện giữa đám mây và mặt đất (thường gọi là sét) kèm theo gió mạnh và mưa lớn. Thực tế sự hình thành các cơn dông luôn gắn liền với sự xuất hiện của những luồng không khí nóng ẩm khổng lồ từ mặt đất bốc lên . Các luồng không khí này được tạo thành do sự đốt nóng mặt đất bởi ánh sáng mặt trời, đặc biệt ở các vùng núi cao (dông nhiệt).Hoặc do sự gặp nhau của những luồng không khí nóng ẩm với không khí lạnh nặng-dông Front,luồng không khí nóng ẩm này bị đẩy lên trên. Ơû những vùng núi cao chắn gió,cũng thường có xảy ra trường hợp dông địa hình.Do luồng không khí nóng ẩm khi được thổi tới dãy núi và bị chắn nên buộc phải lên cao theo sườn dốc,... Sau khi đã đạt được một độ cao nhất định (khoảng vài Km trở lên - vùng nhiệt độ âm hình 1.1) luồng không khí nóng ẩm này bị lạnh đi, hơi ẩm ngưng tụ thành những giọt nước nhỏ li ti hoặc thành các tinh thể băng. Chúng tạo thành các đám mây dông. Từ lâu người ta khẳng định về nguồn tạo ra điện trường giữa các đám mây dông và mặt đất chính là điện tích tích tụ trên các hạt nước li ti và các tinh thể băng của các đám mây dông đó. Nhưng do đâu có sự nhiễm điện này của hạt nước và các tinh thể băng thì có nhiều giả thuyết khác nhau. Km 12 + + -300 C ++ 10 -200 C + 8 -100 C 6 00C 4 +100C 2 +250C Hình 1.1: Sự phân bố điện tích trong một đám mây dông Tuy nhiên các giả thuyết này cho đến nay đều chưa giải thích được một cách triệt để về nguồn điện tích của các đám mây dông và có sự phân li chúng, khiến người ta nghĩ rằng trong thực tế có thể có nhiều nguyên nhân đồng thời tác động và rất phức tạp. Nhưng có một điều chắc chắn là trong suốt cơn dông các điện tích dương và điện tích âm bị các luồng không khí mãnh liệt làm tách rời nhau gắn liền với sự phân bố các tinh thể băng tuyết trên tầng đỉnh và các giọt nước ở tầng đáy của các đám mây dông. sự tách rời điện tích này tùy thuộc vào độ cao của các đám mây. Qua nhiều lần đo đạt thực nghiệm, người ta thấy rằng khoảng 80 ¸ 90% phần dưới các đám mây dông chủ yếu chứa điện tích âm, do đó cảm ứng trên mặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ. Hình 1.2: Sự phân bố điện tích giữa đám mây dông và mặt đất. Trên hình 1.2 chỉ rõ sự phân bố điện tích trong một đám mây và trên mặt đất. Khi phần dưới của mây mang điện tích âm bị hút về phía mây mang điện dương trên mặt đất sẽ phân bố trên mọi vật có thể dẫn điện. Vật nào trên mặt đất càng cao thì khoảng cách giữa vật và mây càng nhỏ và lớp không khí ngăn cách các điện tích trái dấu càng mỏng, ở những nơi này sét dễ đánh xuống đất. Khi đến gần nhà cao, cây cao thì mây dông mang điện tích âm hút các điện tích dương, làm cho chúng tập trung lại ở điểm cao nhất: trên mái nhà, ngọn cây ... hay còn gọi là hiệu ứng mũi nhọn. Hình 1.3: Sự phát triển của sóng điện sét. 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 ( ở mặt đất trị số này là 25¸30 kV/cm ), lúc này xảy ra hiện tượng phóng điện giữa đám mây dông và mặt đất tạo nên tia lửa lóe sáng kèm theo tiếng nổ dữ dội do sự giãn nỡ đột ngột của không khí. Sét thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách phóng điện rất lớn. Chiều dài trung bình của khe sét khoảng 3 ¸ 5 Km. Phần lớn chiều dài đó phát triển trong các đám mây dông. Quá trình phóng điện của sét tương tự quá trình phóng điện tia lửa trong một điện trường không đồng nhất với khoảng cách phóng điện khá lớn. 2 . Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét . Dòng sét phần lớn phát triển từ những đám mây mưa tích điện âm, dòng điện tử xuất phát từ mây di chuyển có hướng về phía mặt đất dưới tác dụng của điện áp sinh ra do sự chênh lệch điện thế giữa mây và đất. Ban đầu xuất phát từ mây dông một dải sáng mờ kéo dài từng đợt gián đoạn về phía mặt đất với tốc độ trung bình khoảng 105 ¸ 106 m/s, đó là giai đoạn phóng điện tiên đạo từng đợt. Kênh tiên đạo là một dòng plasma chứa mật độ điện tích không cao lắm, khoảng 1013 ¸1014 ion/m3. Một phần điện tích âm của mây dông tràn vào kênh và phân bố tương đối đều dọc theo chiều dài của nó (hình 1.4a). Hình 1.4: 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 hóa mãnh liệt. c – Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu. d – Phóng điện chủ yếu kết thúc. Thời gian phát triển của kênh tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1ms.(như vậy mỗi đợt kênh tiên đạo kéo dài thêm trung bình khoảng vài chục mét) . Thời gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt liên tiếp khoảng từ 30 ¸90 ms. Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng Q = sL (s 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 âm 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 đất phía dưới bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích cảm ứng tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới đầu 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 bị ướt trong mưa... và nơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét. Cường độ trường ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát triển của nó ( trong mây dông ) được xác định bởi điện tích bản thân của kênh và của điện tích tích tụ ở đám mây. Đường đi của kênh trong giai đoạn này không phụ thuộc vào tình trạng của mặt đất và các vật thể ở mặt đất. Chỉ khi kênh tiên đạo còn cách mặt đất một độ cao nào đó ( độ cao định hướng ) thì mới thấy rõ dần ảnh hưởng của tập trung điện tích ở mặt đất và ở các vật thể dẫn điện nhô khỏi mặt đất đối với hướng phát triển tiếp tục của kênh. Kênh sẽ phát triển theo hướng có cường độ điện trường lớn nhất. Ở những nơi vật dẫn có độ cao (nhà chọc trời, cột ăng ten,...) thì từ đỉnh của nó nơi điện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện ion hóa không khí tạo nên dòng tiên đạo phát triển hướng lên đám mây dông. Chiều dài của kênh tiên đạo từ dưới lên mây tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hướng của sét vào vật dẫn đó. Khi kênh tiên đạo xuất phát từ mây dông tiếp cận mặt đất hay tiếp cận kênh tiên đạo ngược chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngược lại hay phóng điện chủ yếu, tương tự như các quá trình phóng điện ngược trong chất khí ở điện trường không đồng nhất ( hình 1.4b ). Trong khoảng cách khí còn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất ( hoặc giữa hai kênh tiên đạo ngược chiều ) cường độ điện trường tăng cao gây nên ion hóa không khí mãnh liệt dẫn đến sự hình thành một dòng Plasma có mật độ điện tích (1016 ¸ 1019 ion/m3) cao hơn nhiều so với mật độ điện tích của tia tiên đạo ban đầu, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm đến hàng ngàn lần, điện tích cảm ứng từ mặt đất tràn vào dòng ngược này và thực tế đầu dòng mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu dòng tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng Plasma điện dẫn cao tiếp tục phát triển ngược lên trên theo đường chọn sẵn của kênh tiên đạo. Tốc độ phát triển của kênh phóng ngược rất cao vào khoảng 0,5.107 ¸ 1,5.108 m/s (bằng 0,05 ¸ 0,5 vận tốc ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của tiên đạo hướng xuống. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói (gọi là chớp) và sự giãn nở đột ngột của không khí bao quanh phóng điện chủ yếu tạo nên những đợt sóng âm mãnh liệt gây nên những tiếng nổ dữ dội . Đặc điểm quan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cường độ dòng điện lớn. Nếu V là tốc độ của phóng điện, s mật độ điện tích thì dòng điện sét sẽ đạt giá trị cao nhất khi kênh phóng điện chủ yếu lên đến đám mây dông và bằng : is = sV (hình 1.4c). 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 trị số nhất định giảm nhanh tương ứng với phần đuôi sóng (hình 1.4d). Kết quả quan trắc sét cho thấy rằng phóng điện sét thường xảy 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 phải từng đợt như lần đầu), không phân nhánh và theo đúng quĩ đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn (2.106 m/s). Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu thế giữa các trung tâm điện tích này với trung tâm điện tích khác thực tế không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại giữa chúng 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 thế giữa trung tâm điện tích đã phóng với trung tâm điện tích lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa chúng với nhau. Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quĩ đạo đó, liên tục và với tốc độ cao hơn lần đầu. 3 . Các thông số chủ yếu của sét . Dòng điện sét như hình 1.6 có dạng một sóng xung. Trung bình khoảng vài ba ms, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sóng và sau đó giảm xuống chậm dần trong khoảng 20 - 100 ms tạo nên phần đuôi sóng. Sự lan truyền sóng điện từ tạo nên bởi dòng điện sét gây nên quá điện áp trong hệ thống điện, do đó cần phải biết những tham số chủ yếu của nó: Biên độ dòng sét với xác suất xuất hiện của nó . Độ dốc đầu sóng của dòng điện sét với xác suất xuất hiện của nó. - Độ dài sóng dòng điện sét (tức là thời gian cho đến khi dòng điện sét giảm bằng 1/2 biên độ của nó). - Cực tính của dòng điện sét. Hình 1-5: Cực tính dòng điện sét Ngoài ra phải biết cường độ hoạt động trung bình của sét tức số ngày có dông sét trung bình hoăïc tổng số giờ có dông sét trung bình trong một năm ở mỗi khu vực lãnh thổ và mật độ trung bình của sét trong khu vực đó, tức là số lần sét đánh vào trong một đơn vị diện tích mặt đất (1Km2) trong một ngày sét. Ở nhiều nước phát triển đã xây dựng được bảng đồ phân vùng hoạt động của sét. Trong đó : : Thời gian đầu sóng, là thời gian mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại trong khoảng ( 1 ÷ 100) ms với tiên đạo đầu tiên và với ( 5 ÷ 50 ) ms với tia sét lặp lại. : Độ dài sóng dòng điện sét là thời gian từ đầu dòng điện sét đến khi dòng sét giảm bằng ½ biên độ trong khoảng từ (20÷350) ms với các tia sét đầu tiên và với ( 5 ÷ 50 ) ms với tia sét lặp lại. Dòng điện sét có trị số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu đến trung tâm điện tích của đám mây dông. Trị số dòng điện sét thay đổi trong phạm vi rất rộng, từ vài kA đến vài trăm kA nhưng thường là dưới 50 kA và rất hiếm khi vượt quá 100 kA. Dòng điện sét có trị số từ 50 kA đến 100 kA có xảy ra nhưng ít, còn sét có dòng điện từ 100 kA trở lên rất hiếm khi xảy ra, trị số này chỉ dùng để tính toán khi thiết kế bảo vệ chống sét cho các công trình rất đặc biệt có nguy cơ xảy ra cháy hoặc nổ cho các trạm phân phối điện quan trọng. 4 . Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện . Để đo biên độ dòng điện sét người ta dùng rộng rãi trong hệ thống thiết bị ghi từø. Xác suất xuất hiện dòng điện sét có thể tính gần đúng theo công thức: Cho vùng đồng bằng: di = e-is /26 = 10-is /60 hay lgdi = - is/60 [1] Cho vùng núi cao: di = 10-is /30 hay lgdi = -is/30 [2] -di là xác suất xuất hiện dòng điện sét có biên độ bằng hoặc lớn hơn is. kA 80 60 40 20 Hình1.6: Đường cong xác suất biên độ dòng điện sét. 20 40 60 80 di % 1 - di cho vùng đồng bằng 2 - di cho vùng cao is 1 2 Ví dụ: Xác suất phóng điện sét có biên độ dòng điện sét is ≥ 60 KA bằng: lgdI = - 60/60 = -1 Þ dI = 0,1 = 10% Có nghĩa là, trong tổng số lần sét đánh chỉ có 10% số lần sét có biên độ dòng điện sét từ 60 kA trở lên. 5. Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện . Để đo độ dốc dòng điện sét a = dis / dt, người ta thường dùng mo

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docCHUONG_I.DOC
  • vsd4__28_09_04_HT_CS_TT___LT__.VSD
  • docCHUONG_I_2.DOC
  • docCHUONG_II.DOC
  • docCHUONG_II_2.DOC
  • docCHUONG_III.DOC
  • docCHUONG_III_2.DOC
  • docCHUONG_IV.DOC
  • docCHUONG_IV_2.DOC
  • docCHUYENDE.DOC
  • docHINH_VE_2.DOC
  • docHINH_VE1.DOC
  • docPHAN_TRINH_BAY.DOC