Giáo trình Cung cấp điện 2 (Dùng cho hệ Cao đẳng, Trung cấp) - Phần 1

rình Cung cấp điện phần 2 û 40 Áp dụng khi có đường đôi, ở giữa có giải đất phân cách. Yêu cầu để đảm bảo đồng đều độ chói theo phương ngang là : h l. Trong các công thức trên h – độ cao đèn so với mặt đường l - chiều rộng đường Hình 1.11: Kiểu đối mặt Hình 1.12: Kiểu trục giữa b. Xác định khoảng cách cực đại giữa các đèn Khoảng cách giữa các đèn có ảnh hưởng đến sự đồng đều độ chói theo phương dọc của đường giao thông và nó phụ thuộc vào:  Kiểu đèn : kiểu che hoàn toàn, kiểu nửa che, kiểu không che.  Kiểu bố trí đèn.  Độ cao đặt đèn. Khoảng cách lớn nhất của các đèn có thể xác định theo tỷ số (e/h)max theo bảng sau : Kiểu bố trí đèn (e/h)max theo kiểu đèn Che hoàn toàn Nửa che Đơn phương, đối mặt 3 3.5 Sole 2.7 3.2 l l Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 41 Từ bảng 5.2 trên, nếu biết độ cao treo đèn ta xác định được khoảng cách cực đại giữa các đèn theo công thức sau : )31.1( max max h h e e              c. Xác định quang thông yêu cầu của đèn (Phƣơng pháp tỷ số R) IEC định nghĩa tỷ số R là tỉ số giữa độ rọi trung bình (Etb, lux) và độ chói trung bình (Ltb, cd/m 2) của mặt đường, nghĩa là nó gần như là một giá trị qui đổi giữa độ chói và độ rọi trung bình có xét đến các yếu tố ảnh hưởng như tính chất mặt đường và kiểu đèn. Nhờ vào tỷ số R này mà chúng ta có thể áp dụng các phương pháp tính toán trong thiết kế chiếu sáng nội thất vào chiếu sáng đường phố. Công thức biểu diễn như sau : )32.1( tb tb L E R  Độ rọi trung bình trên mặt đường thực tế được xác định bằng công thức : Etb = R.Ltc (1.33) trong đó : Ltc - độ chói tiêu chuẩn theo bảng 5.1 Các trị số của R phụ thuộc vào loại mặt đường và kiểu đèn, xác định bằng thực nghiệm theo bảng sau : Kiểu đèn R=Etb/Ltb Mặt đường bêtông Mặt đường phủ (áo nhựa) Mặt đường lát Sạch Bẩn Sán g Trung bình Tối Che hoàn toàn 12 14 14 20 25 18 Nửa che 8 10 10 14 18 13 Từ đây lượng quang thông cần thiết của đèn để đảm bảo độ chói yêu cầu xác Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 42 định tương tự như trong thiết kế sơ bộ chiếu sáng nội thất, cụ thể là : )34.1( .. VU RLel F tcd  Trong đó : l, e - các kích thước của đường (xem hình) Ltc - trị số tiêu chuẩn độ chói trung bình mặt đường R - Tỷ số thực nghiệm (cho trên bảng) U - hệ số lợi dụng quang thông V - hệ số suy giảm quang thông Hệ số lợi dụng quang thông Là tỉ số phần trăm của quang thông rơi xuống mặt đường so với quang thông bức xạ của đèn, nghĩa là )35.1(%100 )( x F exlF U d  trong đó : F(exl) - quang thông rơi xuống vùng có diện tích exl. Fd - quang thông do đèn bức xạ. Đối với đèn chiếu sáng đường phố, hệ số này phụ thuộc góc nhị diện từ đèn nhìn xuống mặt đường. Trên hình 5.6 thể hiện hai trường hợp có thể xảy ra đối với góc nhìn này. Trong mỗi trường hợp đều có thể chia góc nhị diện này thành hai phần nhỏ, lấy trục đèn h làm một mặt của các nhị diện nhỏ : phần phía trước [h, l2] và phần phía sau [h,l1]. Tương ứng với chúng, quang thông bức xạ của đèn cũng chia làm hai phần, phần phía trước - bức xạ trong góc nhị diện trước và phần phía sau - bức xạ trong góc nhị diện sau. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 43 Hình 1.13: Trường hợp phân bố quang thông của đèn Hình 1.14: Biểu đồ xác định hệ số lợi dụng quang thông Trường hợp đầu, quang thông sử dụng là tổng của quang thông trong nhị diện trước và nhị diện sau, do đó hệ số lợi dụng quang thông là tổng của chúng : U = Ut + Us (1.36) Trường hợp sau, quang thông sử dụng là hiệu quang thông phần trước và phần sau , tương ứng hệ số lợi dụng quang thông cũng là hiệu của chúng : U = Ut - Us (1.37) Trong cẩm nang về đèn, các nhà sản xuất cho các trị số Ut và Us của chúng dưới dạng biểu đồ phụ thuộc tỷ số l/h . Ft Fs l1 l2 l Ft Fs l1 l2 l 0 1 2 3 4 L/H 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 U Ut Us Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 44 Hệ số suy giảm quang thông : Sự suy giảm quang thông xảy ra do sự già đi của bóng đèn và do bụi bẩn bám vào đèn và bóng đèn. Hệ số suy giảm này thường xem xét sau một năm sử dụng và xác định theo công thức sau : V = V1.V2 (1.38) trong đó: V1 - hệ số suy giảm quang thông do bóng đèn già đi. V2 - hệ số suy giảm quang thông do đèn bị bám bụi. Bảng 1.1 : Hệ số suy giảm V1 . Thời gian sử dụng Bóng natri cao áp Tuýp huỳnh quang Bóng huỳnh quang Bóng natri hạ áp 3000 h 6000 h 9000 h 0,95 0,90 0,85 0,90 0,85 0,80 0,85 0,80 0,75 0,85 0,80 - Bảng 1.2: hệ số suy giảm V2 . Môi trƣờng không khí Đèn không có chụp Đèn có chụp Bẩn Sạch 0,65 0,90 0,70 0,95 d. Xác định khoảng cách giữa các đèn : Kết quả xác định quang thông của đèn theo công thức (4.10) cần phải so sánh với quang thông thực của đèn để điều chỉnh lại khoảng cách giữa các đèn. Khoảng cách giữa các đèn e được xác định theo công thức : )39.1(., m RLl UVF e tc c d  Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 45 Các đại lượng trong công thức này chỉ khác công thức tính quang thông tổng ở Fd c là quang thông thực của đèn đã chọn. Chú ý : khoảng cách giữa các đèn tính toán theo công thức phải không được vượt khoảng cách cực đại đã xác định. Trường hợp ngược lại (e > emax) có nghĩa là công suất đèn đã chọn quá lớn. Khi đó hoặc phải giảm công suất của đèn, hoặc phải thay đổi kiểu đèn. Ví dụ: Thiết kế chiếu sáng cho một con đường trong thành phố có chiều rộng mặt đường là 14 m, lề đường cách nhà 3m. Vì yêu cầu thẩm mỹ, độ cao đèn không được vượt quá 9 m, cột đèn cách lề không quá 1m. Chỉ số hoàn màu yêu cầu ở mức thấp, IRC khoảng 65. Bài giải 1. Chọn độ chói yêu cầu Tra bảng 4.1 ta tìm được độ chói mặt đường Ltb = 2 cd/m 2, và chỉ số chói lóa G  4. 2. Chọn đèn chiếu sáng. - Dùng bóng Natri cao áp có công suất 125W hoặc 250W, Tm = 2150 0 K, IRC = 65. - Đèn loại che hoàn toàn. 3. Bố trí đèn - Chọn độ cao đèn h = 8m với kiểu bố trí đèn là đối mặt (thỏa mãn điều kiện h  0.5 l) cũng được. Chúng ta chọn kiểu bố trí này. l = 14 e l = 14 h = 8 Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 46 - Cột đèn sẽ được bố trí ở vỉa hè sát đường, khi đó l1 = 0 (như hình vẽ). - Xác định khoảng cách cực đại giữa các đèn. Tra bảng 4.3 với kiểu đèn che hoàn toàn ta có (e/h)max = 3. Từ đó tính ra được : emax = 3x8 = 24m 4. Xác định quang thông yêu cầu của đèn. Xác định hệ số lợi dụng quang thông 75.1 8 14  h l Tra đường Ut trên hình 4.14, suy ra U = 0.47 Xác định hệ số suy giảm V = V1xV2 = 0.85 x 0.95 = 0.8075 Xác định hệ số R Từ bảng 4.2 với mặt đường sáng, kiểu đèn che hoàn toàn, R = 14 Tính lượng quang thông cần dùng cho một diện tích mặt đường giữa hai đèn. 47,0.8,0 14.2.24.14 / cyF = 24789 lm. Do chúng ta chọn kiểu đối mặt, có nghĩa mỗi đoạn chúng ta dùng cần 2 bộ đèn nên quang thông của một đèn xác định được là : 2 24789 2 /  cy d F F = 12395 lm Tra bảng đèn Natri cao áp 125 W, sinh ra lượng quang thông là 13000 lm là thích hợp. 5. Xác định lại khoảng cách giữa các đèn 14.2.14 47,0.8,0.13000.2 .. ..  RLl UVF e tc d =24,9m So với emax = 24m, khoảng cách tính toán lớn hơn 0.9m. Kết quả này chấp nhận được. 6. Kiểm tra độ chói lóa 842. 24 1000 P đèn h’ = 8 – 1,5 = 6,5 m Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 47 Chỉ số ISL lấy trung bình là 5. Tính được chỉ số chói lóa : G = ISL + 0,97.lg(Ltb) + 4,41.lg(h’) – 1,46.lgP = 5 + 0,97.lg2 + 4,41lg6,5 – 1,46.lg84 = 6,06 > 4 Mức độ chói lóa chấp nhận được Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 48 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 1- Các đại lượng cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng là gì? 2- Hãy trình bày các phương pháp tính toán chiếu sáng? Ưu nhược điểm của từng phương pháp? Phạm vi ứng dụng của các phương pháp đó? 3- Phạm vi sử dụng của các loại đèn chiếu sáng? Nguyên lý làm việc của đèn huỳnh quang? 4- Cho một nguồn sáng điểm (quang thông phát đều ra theo mọi phương) là một bóng đèn tròn 100W/220V với F = 1500 lm. Đèn treo tại độ cao 1.5m so với mặt bàn. a/ Xác định góc khối  của nguồn sáng ra không gian. b/ Xác định độ rọi tại điểm A trên bàn, thẳng đướng với trục treo đèn, và điểm B cách A một đoạn 0.5m. c/ Tại điểm B đặt một tờ giấy trắng có  = 0.7. Hãy xác định độ chói của tờ giấy. d/ đặt bóng đèn vào một quả cầu thủy tinh mờ có đường kính 0.3m và hệ số xuyên sáng  = 0.8. Hãy xác định độ chói của quả cầu thủy tinh. 5- Tính toán thiết kế chiếu sáng cho một văn phòng có các thông số hình học sau: Kích thước 20x10m2, cao 3 m. Trần bằng tấm xốp trắng: 1.2x0.6. Tường bằng thạch cao, sơn màu sáng . Nền trải thảm. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 49 CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT NỐI ĐẤT Mục tiêu:  Hiểu được sự hình thành dòng điện của sét, tác hại của dòng điện sét, các phương pháp bảo vệ phòng chống sét .  Tính toán, thiết kế hệ thống nối đất bảo vệ cho công trình nhà xưởng. 2.1. Sự hình thành và tác hại của sét Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất. Sự hình thành và phát triển của phóng điện sét là kết quả của quá trình tích tụ điện trong các đám mây dông và số lần phóng điện sét từ các đám mây dông phụ thuộc vào tốc độ tái sinh điện tích, độ lớn và sự phân bố của chúng trong lòng các đám mây. Sự hình thành các điện tích khối với các cực tính khác nhau trong đám mây (hay còn gọi là sự phân cực của đám mây) có liên quan đến sự ngưng tụ do làm lạnh hơi nước của luồng không khí nóng đi lên, tạo ra các ion dương và âm (các trung tâm ngưng tụ) và liên quan đến cả sự phân chia các giọt nước mang điện trong đám mây dưới tác dụng mạnh của luồng không khí nóng đi lên. Trên mặt đất bên dưới đám mây sẽ tập trung các điện tích trái dấu với ion tập trung bên dưới đám mây. Phần dưới của đám mây giông thường tích điện tích âm, nó cùng với mặt đất hình thành một tụ điện “mây-đất”. Ở phía trên của đám mây thường tích luỹ các điện tích dương. Cường độ điện trường của tụ điện mây-đất tăng dần lên và nếu tại chỗ nào đó cường độ đạt đến trị số tới hạn 25  30 kV/cm thì không khí bị ion hoá, tức là bắt đầu trở thành dẫn điện và sự phóng điện bắt đầu phát triển ở dưới đất. 2.2. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 2.2.1. Các bộ phận của một hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp được thực hiện bằng hệ thống thu sét gồm: Cột thu sét có chiều cao h (cao hơn công trình cần bảo vệ) trên đỉnh có gắn kim thu sét (nhọn), kim thu sét được nối vào bộ phận nối đất bằng dây dẫn sét và cuối cùng là bộ Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 50 phận nối đất để tản dòng điện sét (có điện trở nối đất thấp). Một hệ thống bảo vệ chong sét đánh trực tiếp bao gồm các bộ phận: Bộ phận thu sét, dây thu sét và bộ phận nối đất.  Bộ phận thu sét, kim thu sét, kim thu sét có hai loại : Loại kim Franklin (kim đơn giản): Loại này đựợc chế tạo gồm một thanh thép tròn đặc có một đầu được bo nhọn nhằm mục đích thu hút điện tích, đầu còn lại được gắn vào cột thu sét. Loại này có phạm vi bảo vệ nhỏ, hình dáng bên ngoài không hấp dẫn, khó khăn và tốn nhiều thời gian để đặt trang thiết bị, ít tin tưởng trong vận hành, mức độ hiệu quả không rõ rệt Loại kim với thiết bị kích: Loại này cấu tạo giống như kim Franhlin nhưng bên dưới kim là một thiết bị thu sét tạo tia tiên đạo sớm với một thiết bị tự động kích phóng điện tích. Kim thu sét này có nhiều loại của nhiều hãng khác nhau. Loại này được dùng khi đòi hỏi bảo vệ một vùng rộng, rất hiệu quả trong vận hành nhưng khá đắt tiền . Lưu ý : Nối đất chống sét phải dùng trang bị nối đất riêng biệt và phải đặt cách trang bị nối đất an toàn và làm việc ít nhất là 5 mét.  Dây thu sét: Bằng kim loại, đường kính từ 10 – 12mm, đặt theo đường ngắn nhất nối giữa kim thu sét và bộ phận nối đất. Dây dẫn sét phải đặt cách xa cửa ra vào hoặc lối đi ít nhất là 5 mét và cách công trình ít nhất 10 mét.  Bộ phận nối đất: Gồm nhiều cọc nối đất và thanh nối đất ghép lại, đặt cách móng công trình 5 mét. Riêng với khu đông dân cư và khu chăn nuôi gia súc phải đặt cách 10 mét để phòng điện áp bước. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 51 Hình 2.1: Hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp 2.2.2. Tính toán chống sét đánh trực tiếp 2.2.2.1. Phƣơng pháp chống sét trọng điểm a. Ý nghĩa của phƣơng pháp : Phương pháp này chỉ được sử dụng để bảo vệ những bộ phận thường hay bị sét đánh.Do đó Đối với các công trình mái bằng trọng điểm bảo vệ là bốn góc xung quanh tường chắn mái và các kết cấu nhô cao lên khỏi mặt mái. Đối với các công trình mái dốc ,trọng điểm là các đỉnh hồi bờ nóc ,bờ chảy, các góc diềm mái và các kết cấu nhô lên cao khỏi mặt mái. Nếu công trình lớn thì thêm cả xunh quanh diềm mái . Bảo vệ cho những trọng điểm trên đây có thể đặt các kim thu sét ngắn (200 đến 300mm) cách nhau khỏang 5 đến 6m tại những trọng điểm bảo vệ hoặc đặt những đai thu sét diềm lên những trọng điểm bảo vệ b. Cách tính Bước 1: Xác định số cột và khoảng cách các cột thu sét.  Xác định kích thước công trình D xR x C Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 52  Chọn chiều cao kim thu sét: ha  Xác định chiều cao cột thu sét : h = hx +ha  Xác định độ cao thấp nhất của phạm vi bảo vệ công trình a ≤ (h – hx)7.p (2.1)  Xác định số kim thu sét: )2.2(1 a D N  Khoảng cách giữa các kim: )3.2( N D a  Bước 2: Xác định bán kính bảo vệ của các kim thu sét  Bán kính bảo vệ của 1 kim: )( )( *6,1 x x x hh hh hr    (2.4)  Chiều cao cột giả tưởng : 0 7   a h h p >hx : đạt yêu cầu (2.5)  Bán kính bảo vệ của cột giả tưởng: )( )( *6,1 0 0 00 x x x hh hh hr    (2.6) Bước 3: Kiểm tra điều kiện bảo vệ diềm mái  Nếu  > 280 => Không cần bảo vệ diềm mái và bờ chảy  Nếu  ≤ 280 => Cần phải bảo vệ diềm mái và bờ chảy 2.2.2.2. Phƣơng pháp chống sét toàn bộ a. Ý nghĩa của phƣơng pháp Phương pháp này được sử dụng để bảo vệ toàn bộ công trình, tất cả các công trình cũng như thiết bị nằm trong công trình đó đều được bảo vệ, nếu các công trình đó nằm trong phạm vi bảo vệ của cột thu sét. Phương pháp này áp dụng cho các công trình có tầm quan trọng, các công trình dễ cháy, dễ nỗv..vv.. Tuy nhiên việc tính toán của phương pháp này không đơn giản, do các công trình có những hình dạng khác nhau, phần cao thấp khác nhau . Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 53 b. Cách tính  Trƣờng hợp sử dụng một cột thu sét Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là hình nón cong tròn xoay có đường sin dạng Hyperbol. Để đơn giản hơn khi vẽ người ta thay thế đáy Sin dạng Hyperbol giới hạn khu vực bảo vệ bởi một đường gãy khúc với công thức nghiệm sau : )( )( ***6,1 x x x hh hh phr    (2.7) (*) Trong thiết kế, để đơn giản người ta thường thay thế công thức (*) bằng hai công thức sau đây : 2 1,5* 1 ; 0,8 3 2 0,75* 1 ; 0,8 3 x x x x x h h hp h h r h h hp h h                   neáu neáu Với :  rx là bán kính bảo vệ của vật  hx là chiều cao của vật cần bảo vệ(m)  h là chiều cao của cột thu sét (m)  p là hệ số hiệu chỉnh theo độ cao cột thu sét : + Nếu h  30m thì p = 1 + Nếu 60m ≥h  30m thì p = h 5,5 Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 54 Hình 2.2: Hệ thống chống sét một cột thu sét  Trƣờng hợp hai thu sét Hình 2.3: Hệ thống chống sét hai cột thu sét Gọi khoảng cách giữa 2 cột là a, a thỏa mãn điều kiện: ah a  7 thì hai cột thu lôi mới có tác dụng hỗ trợ lẫn nhau, trong đó ha = h - hx là chiều cao tác dụng của cột Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 55 thu sét. Bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx được tính theo công thức: bx = )8.2( 14 7 **2 ah ah R a a   Độ cao thấp nhất của phạm vi bảo vệ được xác định: ho= 7 a h  Tóm lại, để bảo vệ được toàn bộ công trình thì phải tồn tại một độ cao giả tưởng ho giữa hai cột thu sét khi đó khoảng cách a giữa 2 cột thu sét phải thỏa mãn điều kiện: a  7*p*(h-ho) (2.9)  Trƣờng hợp nhiều cột thu sét Trong thực tế để bảo vệ chống sét trực tiếp và tòan bộ cho công trình thường có nhiều hơn 2 cột thu sét trở lên .Vị trí của các cột thu sét này hình thành nên một đa giác .Đa giác này được tổ hợp từ các tam giác .Trong trường hợp đặc biệt có thể là hình vuông hình chử nhật. Trong trường hợp này để đơn giản chỉ xét độ cao các cột thu sét là như nhau . . Phạm vi bảo vệ phía bên trong cột thu sét Ví dụ hình vẽ dưới đây là công trình có dạng hình chử nhật, bốn góc công trình được đặt 4 cột thu sét tại các điểm A ,B ,C có độ cao là h,độ cao công trình là hx. Phần bên trong của 4 cột thu sét sẽ được bảo vệ tòan bộ nếu thỏa mãn điều kiện sau : Hình 2.4: Hệ thống chống sét nhiều cột thu sét Rox1 Rx a2 Rox2 a1D A B C D Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 56 D ≤ 8.p(h – hx) = 8.p.ha (2.10) Trong đó : + h là chiều cao của các cột thu sét (m) + ha là chiều cao hiệu dụng của cột thu sét (m) + p là hệ số hiệu chỉnh + D là đường kính vòng tròn ngọai tiếp hình chữ nhật ABCD và được xác định như sau : 2 2D AB AD  Trường hợp công trình có dạng hình tam giác .Khi đó D được xác định như sau : 12 23 31 12 23 31) * * 2 ( )( )( a a a D P P a P a P a     Với : + a12 ,a23 ,a31 là độ dài các cạnh của tam giác + P là nữa chu vi của tam giác . Phạm vi bảo vệ bên ngòai của công trình Để kiểm tra xem phần bên ngòai của công trình có được bảo vệ hay không ,ta sẽ kiểm tra vùng bảo vệ theo từng cặp cột một ,giống như trường hợp xác định vùng bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao như nhau . 2.3. Bảo vệ chóng sét đƣờng dây tải điện, chống sét lan truyền 2.3.1. Khe hở phóng điện Khe hở phóng điện là thiết bị chống sétđơn giản nhất gồm có hai điện cực: Một điện cực nối với dây dẫn điện, còn điện cực kia nối với hệ thống nối đất chống sét. Khi hệ thống làm việc bình thường, khe hở cách ly phần tử mang điện với đất. Khi có hiện tượng quá điện áp (sét đánh vào đường dây), khe hở sẽ phóng điện truyền dòng điện sét xuống hệ thống nối đất chồng sét  Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 57  Nhược điểm: Do không có bộ phận dập hồ quang nen khi phóng điện sẽ gây nên hiện tượng ngắn mạch tạm thời làm cho các rơle có thể tác động nhầm  Phạm vi áp dụng: Dùng để bảo vệ phụ hay kết hợp với thiết bị chống sét khác. 2.3.2. Chống sét ống Gồm hai khe hở phóng điện S1 và S2. Khe hở S1 đặt trong một ống làm bằng vật liệu sinh khí (fbro bakelit). Khi có hiện tượng quá điện áp, cả hai khe hở S1 và S2 đều phóng điện, đưa dòng điện sét xuống đất. S1 S2  Ưu điểm: Hiệu quả cao hơn khe phóng điện.  Nhược điểm: Khả năng dập hồ quang còn hạn chế.  Phạm vi áp dụng: Dùng để bảo vệ đường dây không có dây chống sét hoặc làm phần tử phụ trong sơ đồ bảo vệ trạm biến áp. 2.3.3. Chống sét van Gồm hai phần tử chính là khe hở phóng điện và điện trở làm việc. Khe hở phóng điện là một chuỗi các khe hở, điện trở phóng điện là điện trở phi tuyến bằng chất Vilit có tính chất đặc biệt. Khi điện áp tăng thì điện trở giảm để tăng khả năng dẫn điện; khi điện áp bình thường thì điện trở tăng để tăng khả năng cách điện.  Ưu điểm: Có khả năng dập hồ quang cao (ở một số van chống sét còn có hệ thống thoát khí đề phòng nổ vỏ sứ).  Nhược điểm: Giá thành cao.  Phạm vi áp dụng: Bảo vệ thiết bị và những trạm biến áp quan trọng. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 58 2.4. Nối đất 2.4.1. Khái niệm về nối đất Dòng điện đi qua cơ thể con người gây nên những tác hại nguy hiểm: gây bỏng; giật; trường hợp nặng có thể gây chết người, Về trị số, dòng điện từ 10 mA trở lên là nguy hiểm và từ 50 mA trở lên thường dẫn đến tai nạn chết người. Điện trở cơ thể con người thay đổi trong giới hạn rất rộng, phụ thuộc vào tình trạng của da, diện tích tiếp xúc với điện cực, vị trí điện cực đặt vào người, thời gian dòng điện chạy qua, điện áp giữa các điện cực và nhiều yếu tố khác. Khi điện trở của người nhỏ (khoảng 800  1000 ) chỉ cần 1 điện áp 40  50 V cũng đủ gây nguy hiểm cho tính mạng con người. Người bị tai nạn về điện trước hết là do chạm phải những phần tử mang điện, bình thường có điện áp. Để ngăn ngừa hiện tượng này, cần đặt những rào đặc biệt ngăn cách con người với các bộ phận mang điện đó. Xong người bị tai nạn về điện cũng có thể là do chạm phải các bộ phận của thiết bị điện bình thường không mang điện nhưng lại có điện áp khi cách điện bị hỏng (như sứ cách điện, vỏ động cơ điện, các giá thép đặt thiết bị điện .). Trong trường hợp này, để đảm bảo an toàn, có thể thực hiện bằng cách nối đất tất cả những bộ phận bình thường không mang điện, nhưng khi cách điện hỏng có thể có điện áp. Khi có nối đất, qua chỗ cách điện chọc thủng và thiết bị nối đất sẽ có dòng điện ngắn mạch một pha với đất và điện áp đối với đất của vỏ thiết bị bằng: Uđ = Iđ . Rđ (2.11) Trong đó: Iđ - dòng điện 1 pha chạm đất. Rđ - điện trở nối đất của trang TB nối đất ĐC U đất R đất Trường hợp người chạm phải có thiết bị có điện áp, dòng điện qua người xác định theo biểu thức: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 59 )12.2( ng d d ng R R I I  Bởi Rđ << Rng nên Ing << Iđ . Tuy nhiên nếu Iđ khá lớn thì dòng qua người vẫn là nguy hiểm: d ng d ng I R R I . ( 2.13 ) Từ (2) nhận thấy rằng nếu thực hiện nối đất để có Rđ đủ nhỏ  có thể đảm bào cho dòng Ing qua người không nguy hiểm nữa. 2.4.2. Khái niệm về điện trở đất Trang bị nối đất bao gồm điện cực nối đất và các dây dẫn nối các điện cực trực tiếp dưới đất. Ngoài ra dây dẫn nối giữa các bộ phần cần nối với hệ thống nối đất (gồm điện cực + thanh dẫn nối đặt trong đất). Hình 2.5: Hệ thống nối đất bảo vệ Khi dòng ngắn mạch xuất hiện do cách điện của thiết bị bị hỏng, dòng ngắn mạch IN sẽ qua vỏ thiết bị theo dây nối đất xuống điện cực và chạy tản vào trong đất. Ta thất đường cong phân bố điện thế trên mặt đất, mặt đất tại chỗ đặt điện cực (điểm 0) có điện thế cao nhất (đ )  càng xa điện cực điện thế càng giảm dần và tại điểm a & a’ cách khoảng 15  20 m thì điện thế nhỏ tới mức không đáng kể và được coi bằng không. 1720 m 2 1720 m 0 a’ a Utx đ 1 Uđ Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 60 Từ đó ta có khái niệm điện trở đất: “ Điện trở nối đất là điện trở của khối đất nằm giữa điện cực và mặt có điện thế bằng không”. Nếu bỏ qua điện trở nhỏ của dây dẫn nối và điện cực thì điện trở đất được xác định theo biểu thức: d d d I U R  (2.14) Trong đó: Ud - điện áp của trang bị nối đất. Id - dòng ngắn mạch (dòng điện trong đất). 2.4.3. Khái niệm về điện áp tiếp xúc Nếu tay người tiếp xúc với vỏ thiết bị (thiết bị bị hỏng cách điện) thì điện áp tiếp xúc nghĩa là điện áp giữa tay và chân người bằng: )15.2(1  dtxU d - Điện thế lớn nhất tại điểm 0. 1 - Điện thế tại chỗ người đứng. 2.4.4. Khái niệm về điện áp bƣớc: Khi người đến gần thiết bị hỏng cách điện thì điện áp giữa 2 chân (giả thiết 2 chân không cùng 1 điểm) sẽ có 2 điện thế khác nhau  tạo thành điện áp gọi là điện áp bước.   1bU (2.16) Để tăng an toàn, tránh Utx và Ub lớn, gây nguy hiểm đến con người, người ta sẽ dùng các hình thức nối đất phức tạp với sự bố trí thích hợp các điện cực trên diện tích đặt thiết bị điện và mạch vòng xung quanh thiết bị. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 61 Hình 2.6: Hệ thống nối đất bảo vệ điện áp bước 2.5. Tính toán trang bị nối đất 2.5.1. Khái niệm chung: Trong thực tế thường tồn tại 2 hình thức nối đất là nối đất nhân tạo và nối đất tự nhiên.  Nối đất tự nhiên: là hình thức nối đất tận dụng các công trình ngầm hiện có, như các ống dẫn bằng kim loại (trừ các ồng dẫn nhiên liệu lỏng và khí dẽ cháy) đặt trong đất. Các kết cấu bằng kim loại của nhà, các công trình xây dựng có nối với đất, các vỏ cáp bọc kim loại của cáp đặt trong đất .v.v Khi xây dựng trang bị nối đất trước hết phải sử dụng các vật nối đất tự nhiên có sẵn, điện trở nối đất của các vật tự nhiên xác định bằng cách đo tại chố hoặc lấy theo tài liệu thực tế.  Nối đất nhân tạo: thường được thực hiện bằng các cọc thép (dạng ống, dạng thanh, hoặc thép góc) dài từ 23 m và được chôn sâu dưới đất. Thông thường các điện cực nối đất được đóng sâu xuống đất sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất khoảng 0,5  0,7 m. Nhờ vậy sẽ giảm được sự thay đổi điện trở nối đất theo thời tiết. Các điện cực nối đất hay các cọc được nối với nhau bằng cách hàn với các thanh thép nối (dạng dẹt hoặc tròn) đặt ở độ sâu 0,5 – 0,7 m. Khi không có điều kiện đóng điện cực xuống sâu (Ví dụ ở các vùng đất đá) người ta dùng các thanh thép dẹt hoặc tròn đặt nằm ngang ở độ sâu 0,7 – 1,5 m. Utx Ub TB. phân phối 23 m Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 62 Để chống ăn mòn các ống thép đặt trong đất phải có bề dầy không nhỏ hơn 3,5mm. Các thanh thép dẹt, thép góc không được nhỏ hơn 4mm. Tiết diện nhỏ nhất cho phép theo ĐK này là 48 mm2 . Dây nối đất cần có tiết diện thoả mãn độ bề cơ khí, ổn định nhiệt và chịu được dòng cho phép lâu dài, nó không được phép bé hơn 1/3 tiết diện của dây dẫn các pha. Thông thường người ta hay dùng thép tiết diện 120 mm2 , dây nhôm 35 mm2 ; dây đồng 25 mm2 . Điện trở của trang bị nối đất không được lớn hơn trị số qui định trong qui phạm. 2.5.2. Tính toán hệ thống nối đất Điện trở nối đất của cọc và thanh nối: Phụ thuộc vào hình dạng, kích thước và độ chôn sâu trong đất và điện trở xuất của đất tại nơi thực hiện nối đất. Các công thức tính toán và cách lắp đặt cho trong bảng dưới đây. Tính toán hệ thống nối đất: Hệ thống nối đất thường bao gồm một số điện cực nối song song với nhau một khoảng tương đối nhỏ (vì lý do không gian và kinh tế). Vì vậy khi có dòng ngắn mạch chạm đất, thể tích đất tản dòng từ mỗi cực giảm đi  do đó làm tăng điện trở nối đất của mỗi cọc. Bảng công thức xác định điện trở tản dòng của các điện cực khác nhau Kiểu nối đất Cách đặt điện cực Công thức Chú thích Chôn thẳng đứng, làm băng thép tròn, đầu trên tiếp xúc với mặt đất. d l4 ln l.2 R ttddc    l > d l d Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 63 Chôn thẳng đứng, làm bằng thép tròn, đầu trên nằm sâu cách mặt đất một khoảng. ) 4 4 ln 2 12 (ln .2 lt lt d l l R ttddc      l > d Chôn nằm ngang, làm bằng thép dẹt, dài, nằm sâu cách mặt đất một khoảng. b – chiều rộng của thanh dẹt, nếu điện cực tròn có đường kính d thì b=2d tb l l R ttng dc . 2 ln .2 2    5,2 t2 l  Tấm thẳng đứng, sâu cách mặt đất một khoảng a, b kích thước của tấm. b.a 25,0R ttddc   Vành xuyến, làm từ thép dẹt, đặt nằm ngang, sâu cách mặt đất một khoảng, b – chiều rộng của cực. Nếu điện cực tròn đường kính d thì b=2d bt D8 ln D2 R 2 2 ttng ng    t<D/2 l d t b l t b a b D t Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 64 .n R R cäcd  (2.17) Trong đó:  - là hệ số sử dụng điện cực nối đất. Hệ số này sẽ giảm đi khi số cọc trong cùng một không gian tăng lên (tức khi khoảng cách giữa các cọc giảm), ngoài ra còn phụ thuộc hình dạng các loại nối đất (kiểu nối mạch vòng, kiểu nối thẳng). Trị số  thường được cho trước, hoặc tra theo đường cong theo số cọc, khoảng cách giữa các cọc, loại mạch nối đất ..v.v Điện trở suất của đất: Phụ thuộc vào thành phần, mật độ, độ ẩm và nhiệt độ của đất. Và chỉ có thể xác định chính xác bằng đo lường. Các trị số gần đúng của điện trở suất của đất (khi độ ẩm bằng 10 – 20 % về khối lượng) tính bằng cm. Ví dụ: Cát 7.104 cm. Cát lẫn đất 3.104 cm. Đất sét 0,6.104 cm. Đất vườn 0,4.104 cm. Đất đen 2.104 cm. Điện trở suất của đất không phải cố định trong cả năm mà thay đổi do ảnh hưởng của sự thay đổi độ ẩm và nhiệt độ của đất, do đó điện trở của trang bị nối đất cũng thay đổi. Vì vậy trong tính toán nối đất phải dùng điện trở suất tính toán là trị số lớn nhất trong năm. tt = Kmax . Trong đó: Kmax – hệ số tăng cao, phụ thuộc điều kiện khí hậu ở nơi xây dựng trang bị nối đất. Đối với các ống và thanh thép góc dài 2 – 3 m khi chôn sâu mà đầu trên cách mặt đất 0,5 – 0,8 m thì hệ số Kmax = 1,2 – 2. Còn khi đặt nằm ngang cách mặt đất 0,8 m thì hệ số Kmax = 1,5 – 7. Tóm lại trình tự tính toán nối đât như sau: Trình tự tính toán: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 65 Bƣớc 1: Xác định điện trở cần thiết của trang bị nối đất (của hệ thống nối đất) theo tiêu chuẩn (cách thông thường hoặc theo INmax). Rd Bƣớc 2: Xác định điện trở nối đất của HT nối đất tự nhiên có sẵn Rtn . Bƣớc 3: - Nếu Rtn < Rd như đã nói ở phần trên, với lưới trung áp có dòng chạm đất nhỏ và ở lưới hạ áp  không cần phải đặt nối đất nhân tạo. Còn ở lưới điện áp cao U  110 kV có dòng chạm đất lớn (hoặc ngay cả ở lưới trung áp khi có dòng chạm đất lớn, tức lưới dài)  lúc đó vẫn nhất thiết phải đặt nối đất nhân tạo với điện trở không lớn hơn 1 . - Nếu Rtn > Rd thì phải xác đình điện trở của nối đất nhân tạo theo công thức sau: Từ (HV.) ta có: tnntd RRR 111   tnnt tnnt d RR R.R R   Rd .Rnt + Rd .Rtn = Rnt.Rtn  Rnt (Rd - Rtn) = Rd.Rnt dtn tnd nt RR RR R   . (2.18) Bƣớc 4: Từ trị số Rnt ta sẽ tính ra số điện cực cần thiết, cần bố trí các điện cực để sao cho giảm Utx và Ub . Để tính được số điện cực cần thiết trước tiên ta chọn một loại điện cực thường dùng (thép góc hoặc thép tròn)  Tra bảng hoặc tính Rcọc theo các công thức cho trong Bảng 12-1. Trong khấu này cần có tt ; kích thước bố trí, độ sâu chôn cọc .v.v Những điều này phụ thuộc cả vảo không gian có thể được phép sử dụng, hoặc có thể cho phép thi công dẽ dàng. Bƣớc 5: Sơ bộ xác định số điện cực cần thiết của HT. Rtn Rnt tương đương Rđ Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 66 sdcnt coc KR R n .  (2.19) Chú ý: số cọc trong hệ thống nối đất không được phép nhỏ hơn 2 (để giảm điện áp bước). Ksdc – Hệ số sử dụng cọc, tham số này phụ thuộc vào số lượng cọc, khoảng cách cọc, loại HT (mạch vòng hay tia)  có thể sơ bộ tra bảng theo các kích thước dự kiến. Ksdc = f ( n, khoảng cách, loại HT).  tạm xác định. Bƣớc 6: Khi cần xét đến điện trở nối đất của các thanh nối nằm ngang. Sơ bộ ước lượng chiều dài (chu vi mạh vòng có thể cho phép lắp đặt HT nối đất). Việc tính Rt (điện trở của thanh nối) theo công thức (tra bảng); Sau đó điện trở của toàn bộ thanh nối sẽ được tính theo công thức sau: )20.2(' t t t R R   Trong đó: Rt – Tính theo công thức tra bảng. t – Hệ số sử dụng thanh nối ngang. Bƣớc 7: Tính chính xác điện trở cần thiết của các cọc (điện cực) thẳng đứng có xét tới điện trở của thanh nối nằm ngang. ' tcäc nt R 1 R 1 R    )21.2( . ' ' ntt tnt coc RR RR R   Bƣớc 8: Tính chính xác số cọc thẳng đứng có xét tới ảnh hưởng của thanh nằm ngang và hệ số sử dụng cọc. )22.2( .   RK R n sdc coc 2.6. Giới thiệu một số nét về kỹ thuật chống sét mới xuất hiện trên thế giới 2.6.1. Những vấn đề thực tế hiện nay Sự cảm ứng quá điện áp, quá trình quá độ đ set đánh, các hậu quả của dòng ngắn mạch, và nhiều hiện tượng khác do người ta tạo nên có thể là một trong nhiều nguyên nhân làm hư hỏng các trang thiết bị động lực, các máy vi tính, các thiết bị trong Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 67 mạng viễn thông, mà trong vận hành rất khó phát hiện. Sơ bộ, qua thống kê cho thấy rằng 70% các sự cố về thông tin liên lạc, về máy tính là do bởi quá điện áp và quá trình quá độ từ các đường dây động lực và từ các dữ liệu từ đường dây đi vào các thiết bị thông tin viễn thông. Hậu quả không mong muốn do sét đánh hoặc do quá điện áp thường gây ra thảm họa cho các công ty và xí nghiệp. Điều này không chỉ dẫn đến kết quả là các trang thiết bị có giá trị buộc phải được thay thế mà còn gây tổn thất kinh tế do ngừng vận hành trong thời gian bị sự cố. Tháng 5 năm 1997, hai doanh nghiệp kỹ thuật lớn là: Doanh nghiệp kỹ thuật chống sét trên toàn thế giới GLT (Global Lightning Technologies) và doanh nghiệp hợp tac quốc tê ERICO (ERICO – Internatinal Corpration) đã tuyên bố liên kết để trở thành liên doanh lớn chuyên sản xuất các bảo vệ ngành điện. Liên doanh kỹ thuật chống sét ERICO đã trở thành “trung tâm chuyên ngành bảo vệ chống sét, bảo vệ quá điện áp quá trình quá độ và kỹ thuật chuyển đổi năng lượng”, liên doanh này có các tiềm năng sau:  Bảo vệ chống sét trên phạm vi toàn thế giói LPI (Lightning Protection Internaltional)  Bảo vệ quá điện áp và trang thiết bị điều phối năng lượng CRITEC.  Sản xuất những sản phẩm thi công trong lĩnh vực nối đất CADWELD.  Sản xuất các chi tiết phục vụ cho lắp đặt hệ thống điện ERIFLEX ERI TECH.  Cung cấp các chuyên viên thực hiện thi công và lắp đặt các sản phẩm trên. Cho đến nay với những kết quả đạt được trong các lĩnh vực trên đã chứng tỏ liên doanh kỹ thuật chống sét ERICO có nhiều thiết bị chất lượng tốt và đáng tin cậy. 2.6.2. Hƣớng dẫn chống sét theo tiêu chuẩn Úc NZS/AS1768/1991 – Thực hiện kế hoạch 6 điểm. Tiêu chuẩn Úc dành cho bảo vệ chống sét luôn được thế giới quan tâm, đó cũng là một tài liệu có uy tín về thiết kế bảo vệ chống sét.. Tiêu chuẩn mới nhất là tiêu chuẩn NZS/ AS 1768 – 1991. Nội dung chính gồm phương pháp thiết kế theo “thể tích tập Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 68 hợp” và những giới thiệu về trang thiết bị lắp đặt phục vụ bảo vệ quá điện áp và quá trình quá độ. Tiêu chuẩn này được thể hiện như là sự nghiên cứu hiện đại và rất tin cậy đối với những người thiết kế chống sét. 2.6.2.1. Các hệ thống bảo vệ sét hiện nay Hệ thống bảo vệ chống sét cơ bản gồm: một bộ phận thu đón sét đặt trong không trung, được nối liền đến một dây dẫn đưa xuống, đấu kia của dây dẫn này được nối với mạng lưới cọc nằm trong đất, còn gọi là hệ thống nối đất. Nhìn chung chúng được xếp vào hai loại chính:  Loại theo tập quán kinh điển, đó là dạng đầu thu lôi thông thường đặt cơ sở trên những phát minh của Franklin.  Loại không theo tập quán hay loại được tăng cường. Loại được tăng cường có phẩm chất tốt hơn, xuất hiện trong những năm sau này; đó là những đầu thu mang tính tích cực hơn, bản thân các đầu thu này phát ra các dải sớm hơn hoặc còn gọi là các ESE (emission streamer early). Trong những năm gần đây, do thực tế xảy ra nên có nhiều người nghĩ rằng đầu thu sét theo tập quán cũ của Franklin đặt trong chân không kém hiệu quả. Thực nghiệm đã chụp được những bức ảnh thể hiện các trường hợp mà ở đấy sét đã đi vòng qua các cột để đánh vào các bờ tường, các mái hoạc các cấu trúc ở phía bên dưới. 2.6.2.2. Các phƣơng pháp thiết kế a. Phương pháp thiết kế theo “quả cầu lăn” Phương pháp này dựa trên tạp quán của Franklin, quả cầu có bán kính khoảng 45m đối với mức bảo vệ tiêu chuẩn, đối với những công trình có cấu trúc dễ cháy nổ người ta thiết kế quả cầu lăn có bán kính khoảng 20m. Giới hạn của phương pháp này là cho rằng khả năng khởi xướng của tia tiên đạo đến tất cả các điểm chạm của cấu trúc công trình là như nhau bất kể sự tăng cường của trường điện phụ thuộc vào dạng hình học. Hệ thống bảo vệ thiết kế dựa trên phương pháp quả cầu lăn khá tốn kém và đắt tiền. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 69 b. Phương pháp thiết kế theo “thể tích tập hợp” Một phương pháp thiết kế khác với phương pháp Franklin theo quả cầu lăn và cũng là phương pháp đạt được các tiêu chuẩn quốc tế hiên nay, đó là phương pháp theo thể tích tập hợp. Phương pháp này đặt trên cơ sở những thành tựu nghiên cứu của A.J Ericksson (trình bày trong phương pháp NZS/AS1768/1991 – Thực hiện kế hoạch 6 điểm). Những thông số thiết kế được sử dụng trong phương pháp thể tích hợp bao gồm: Chiều cao cấu trúc công trình, sự tăng cường trường và hình chiếu của cấu trúc, điện tích dòng tiên đạo, chiều cao địa điểm và vận tốc lan truyền tương đối của dòng sét đánh tiên đạo. So sánh phương pháp tính toán thiết kế theo thể tích tập hợp với tính toán thiết kế theo quả cầu lăn  Phương pháp quả cầu lăn:  Việc lắp đặt tốn kém hơn  Áp dụng khó khăn hơn  Tốn kém nhiều thời gian trong công tác thiết kế  Yêu cầu bảo trì liên tục và thực hiện phạm vi bảo trì rộng hơn  Phương pháp thể tích tập hợp  Tiết kiệm trong lắp đặt  Dễ dàng trong áp dụng  Thiết kế dựa trên kỹ thuật tiên tiến Vì khả năng của đầu thu đón bắt mới đã tạo nên thể tích hợp rộng lớn hơn so với đầu thu thông thường của cột thu lôi kiểu Franklin nên chỉ cần một đầu thu đón bắt là đảm bảo yêu cầu bảo vệ đối với những cấu trúc rộng hơn. 2.6.2.3. Phƣơng pháp NZS/AS1768/1991 – Thực hiện kế hoạch 6 điểm. a. Điểm 1: Đoán bắt sét trên những đầu thu sét đặt trong không trung Vai trò của đầu thu trong không trung là khi có dấu hiệu sét đánh thì nó sẽ phóng một dòng dẫn đưa lên phía trên để đón bắt sét một cách hiệu quả. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 70 Khả năng thu lôi theo kiểu Franklin là tập trung trường điện và tạo thành dạng quầng điện trường, quầng này chỉ quan sát được vùng lân cận đỉnh thu lôi và nó sẽ giảm nhanh chóng theo khoảng cách. Còn đối với đầu thu sét trên không trung điện trường được quan sát ở đầu thu lôi được nối đất trong lúc dòng tiên đạo đến gần, khi đó điện tích cảm ứng được tăng lên, khi đạt đến mức phóng điện, thì đầu thu sẽ phát dòng đón bắt từ phía đầu thu lôi và hướng dóng này lên phía trên. Ưu nhược điểm của các đầu thu đón bắt đặt trong không trung với những đầu thu theo tập quán Franklin  Đầu thu theo tập quán Franklin  Đặt trên cơ sở thiết kế từ năm 1752  Mỗi cột yêu cầu khoảng cách trung bình 5 – 15m.  Hình dáng bên ngoài không hấp dẫn  Khó khăn và cần nhiều thời gian để lắp đặt  Ít tin tưởng trong vận hành  Mức độ hiệu quả không rõ rệt  Khá đắt tiền do trang thiết bị tiêu tốn khá cao.  Đầu thu đón bắt sét theo kỹ thuật mới  Thông thường chỉ cần một đầu thu đón bắt sét  Dễ dáng lắp đặt trên công trường  Dễ dàng trong công tác bảo trì, bảo quản  Hiệu quả hơn và tin tưởng trong vận hành  Rẻ tiền hơn vì thông thường chỉ dùng một đầu thu sét là thỏa mãn. b. Điểm 2: Truyền dẫn dòng thu sét đi xuống đất một cách đảm bảo Kỹ thuật gần nhất của sự truyền dẫn năng lượng sét xuống đất là dùng một dây dẫn để đưa xuống và dây dẫn này được bảo vệ cách ly. Trong trường hợp này, dây dẫn đưa xuống đất phần dẫn chính là hai vành đồng hình vành khăn như hình. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 71 1. Vật liệu chất dẻo để tăng đường kính hiệu quả của dây dẫn chính (cảm ứng, hiệu quả mặt ngoài). 2. Lớp vành dẫn chính (đồng, tiết diện 50mm2) 3. Lớp kiểm tra ứng suất bán dẫn 4. Lớp ngăn cách điện áp cao 5. Lớp kiểm tra ứng suất bán dẫn điện 6. Dãi màn chắn bằng đồng chính. 7. Lớp bọc bằng chất dẻo 8. Kim loại để giữ và định vị dây dẫn đưa dòng điện sét xuống đất. Hình 2.7: Dây dẫn truyền sét bọc ba trục Ưu nhược điểm của dây dẫn đưa dòng điện sét xuống được bảo vệ so với dây dẫn đưa xuống loại thông thường  Dây dẫn đưa xuống thông thường  Mỗi dây dẫn yêu cầu thường quá 30mm2, và thường dùng nhiều dây  Lộ trình dòng sét chạy bên trong dây có thể làm ảnh hưởng hư hỏng cấu trúc  Xác xuất của những sự tăng vọt do cảm ứng của những thiết bị có độ nhạy là cao hơn  Tốn kém vì dùng nhiều dây dẫn đưa xuống  Loại dây dẫn bọc ba trục  Thông thường chỉ cần một dây  Lộ trình sét chạy bên trong không làm ảnh hưởng hư hỏng cầu trúc  Xác xuất của lóe sáng cạnh hầu như được loại trừ  Thông thường rẻ tiền hơn vì chỉ cần một dây dẫn đưa xuống. c. Điểm 3: Hệ thống nối đất có điện trở thấp làm tiêu tán năng lượng sét vào trong đất dễ dàng Những vật liệu dùng cho hệ thống nối đất có điện trở thấp là phần rất quan trọng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 72 làm cho hệ thống bảo vệ chống sét có hiệu quả, nếu hệ thống nối đất càng thấp dễ dàng cho sự tiêu tán năng lượng của sét vào trong đất càng nhanh. Có rất nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện điện trở của hệ thống nối đất chống sét đạt yêu cầu thấp. Hệ thống nối đất tạo thành mạng lưới thông thường bao gồm các điện cực đất, các dải băng và các chi tiết ghép nối với một số xử lý nhân tạo. Yêu cầu đối với điện cực nối đất  Đạt được điện trở thấp  Có sức bền cơ khí và khả năng chống ăn mòn để có tuổi thọ phục vụ cao đối với bất kỳ môi trường loại nào  Có khả năng tải được dòng điện phóng xuống đất của sét và tỏa ra vùng đất xung quanh được dễ dàng d. Điểm 4: Việc loại trừ cac vòng mạch (lưới) nằm trong đất và sự chênh lệch điện thế đất bằng cách tạo nên một tổng trở thấp, hệ thống nối đất đẳng thế Một cấu trúc xây dựng có thể gồm một số các hệ thống dịch vụ được đặt trong đất, việc sử dụng nhiều hệ thống nằm trong đất có thể là nguuye6n nhân duy nhất làm cho trang thiết bị điện ngừng hoạt động. Khi sự chênh lệch điện áp xuất hiện giữa một trong nhiều hệ thống nằm trong đất này thì sự hư hại trang thiết bị s4 xảy ra sớm hơn. Với phương pháp thực hiện qui định “sự liên kết đẳng thế” cho tất cả những hệ thống nối đất làm chức năng bảo vệ và những hệ thống nằm trong đất làm chức năng dịch vụ thì vấn đề chênh lệch điện thế có thể được loại trừ Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 73 Hình 2.8: Sự liên kết đẳng thế trong đất e. Điểm 5: Bảo vệ trang thiết bị được nối đến các đường dây điện lực khỏi ảnh hưởng tăng vọt và quá trình quá độ, đề phòng hư hỏng trang thiết bị và đình trệ sản xuất Nếu sét đánh làm hỏng một số đoạn của đường dây điện lực hoặc đã cảm ứng vào đường dây thì sự tăng áp này sẽ đi theo cả hai hướng và đi vào cả trang thiết bị điện tử nằm ở các đoạn dây đấy. Kinh nghiệm cho thấy những trở kháng mắc rẽ đơn giản được đặt ở tủ cầu dao chính không thể đáp ứng được sự bảo vệ một cách đầy đủ. Chúng có tác dụng kiểm soát tăng cao mức điện áp được định mức, nhưng vẫn kéo theo đầu sóng nâng cao nhanh. Các bộ lọc làm giảm sự tăng cao SRF hay các bộ lọc đường dây điện lực PLF tạo nên một tổ hợp kiểm soát và lọc ở quá trình quá độ. Hình 2.9: Sơ đồ bộ lọc làm giảm sự tăng cao SRF (surge reduction filtert) f. Điểm 6: Bảo vệ các mạch điện thoại, mạch dữ liệu và mạch tín hiệu đưa đến khỏi bị Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 74 ảnh hưởng tăng vọt và quá trình quá độ, đề phòng hư hỏng thiết bị và ngừng phục vụ. Tóm lại, những khái quát về quy hoạch 6 điểm đã được trình bày ở trên chứng tỏ rằng không có một biện pháp đơn điệu duy nhất nào sẽ có thể thỏa mãn và đảm bảo hoàn toàn tất cả những khía cạnh của sự hủy hoại do quá điện áp của sét. Sự bảo vệ một cách đầy đủ chỉ có thể đạt được nếu như biết kết hợp và thực hiện tất cả 6 điểm nêu trên. 2.7. Một số ví dụ Ví dụ 1: Một thiết bị có độ cao 6m (giả sử chiều rộng và chiều dài không đáng kể). Đặt cách cột thu sét có độ cao h(m) một đọan 6m. hãy xác định độ cao h bé nhất để có thể bảo vệ được thiết bị . Bài làm Từ đầu bài ta có : hx = 6m ,rx = 6m Vì độ cao h ta chưa biết nên giả sử hx ≤ 2 3 h và p =1 => 1,5 (1 ) 0,8 x x h r h h   => 6 = 1,5h – 1,875*6 => h = 11,5m Với h = 11,5m ta kiểm tra lại điều kiện giả sử 6 2 2 37,67 3 x x h m h h h m       Vậy chiều cao kim thu sét bé nhất là h = 11,5m Ví dụ 2: Cho một căn nhà có kích thước như hình vẽ. Người ta đặt tại 2 điểm A và B hai kim thu sét như nhau, và bằng h. hãy tìm độ cao h bé nhất để bảo vệ được tòan bộ căn nhà. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 75 Bài làm Để bảo vẽ được tòan bộ căn nhà thì mặt bằng vùng bảo vệ của 2 kim phải như hình vẽ sau : Từ hình vẽ ta nhận thấy rằng r0x = 2m , hx = 6m . Để xác định h0 giả sử rằng : 0 2 3 x h h khi đó áp dụng biểu thức : 0 0 0 0,75 (1 ) 0,75 0,75 x ox x h r h h h h     => 0 0 0,75 2 0,75*6 8,66 0,75 0,75 x x r h h m      Kiểm tra lại điều kiện đã giả sử : 0 0 6 2 2 35,77 3 x x h m h h h m       (thỏa đk đặt ra ) Vậy chiều cao h cần tìm là 10 8,66 10,09 7 7 o a h h m     => cần phải đặt 2 kim thu sét có chiều cao bé nhất là 10,09 – 6 = 4,09 để bảo vệ hết tòan bộ căn nhà A B ro xx Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 76 Ví dụ 3: Cho một câu lạc bộ có cấu trúc khối như hình vẽ .Hãy xác định chiều dài bé nhất của các kim thu sét đặt tại các vị trí a, b, c, để chúng bảo vệ được toàn bộ căn nhà Bài làm Từ hình vẽ ta xác định được ab = bc = cd = da = 12m Chiều cao của cốt thu sét là : H = h + 6 . Xác định h để bảo vệ được vùng trong hình vuông abcd Đường kính vòng tròn ngọai tiếp abcd cạnh ab = 12m là : D = ab 2 12 2 16,96m  Công trình hx = 6m nằm trong hình vuông abcd sẽ được bảo vệ tòan bộ nếu thỏa mãn biểu thức sau : 8( ) 8(6 6) x D H h h     => 8D h h bé nhất  16,96 2,12 8 8 D h m   Vậy h = 2,12m (*) . Xác định h để bảo vệ vùng ngòai hình vuông abcd Do các kim thu sét được bố trí đối xứng và tạo thành hình vuông cho nên trong trường hợp nầy chỉ cần kiểm tra một cặp cọc a và b . Mặt bằng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 77 Để bảo vệ được độ cao hx = 6m thì theo hình vẽ bán kính bảo vệ bé nhất giữa 2 cặp cột a và b là :rab = 2m + Xác định độ cao cột thu sét giả tưởng tương ứng h0 Giả sử hx 0 2 3 h . Do đó ta áp dụng biểu thức sau : rab = 0 0 0 0 0,75 (1 ) 2 0,75 4,5 8,67 x h h h h m h       Kiểm tra lại đk giả sử : hx = 6m > 0 2 5,78 3 h m (thỏa) Vậy H = h0 + 12 8,67 10,38 10,38 6 4,38 7 7 ab m h m       (**) Để kiểm tra độ cao kim thu sét nầy có bảo vệ độ cao hx = 6m ở vị trí góc nhà ta tính như sau : Vì hx < 2 3 H  rx = 1,5*10,38(1 6 ) 4,32 0,8*10,38 m  Vậy rx = 4,32m Bán kính bảo vệ thực tế cần để bảo vệ các góc nhà là ae = 2 22 2 2,83 4,32m m   => Các góc nhà đều được bảo vệ So sánh kết quả (*) và (**) ta chọ h = 4,38m Vậy để bảo vệ tòan bộ căn nhà thì 4 kim thu sét phải có độ dài bé nhất là h = 4,38m Ví dụ 4: Tính toán trang bị nối đất trạm phân phối 10 kV. Dòng điện điện dung chạm đất 1 pha của mạng 10 kV bằng 25 A. Bảo vệ chống chạm đất 1 pha của mạng 10 kV tác động phát tín hiệu. Trong trạm có đặt máy biến áp giảm áp 10/0,38; 0,22 kV phía hạ áp có trung tính trực tiếp nối đất. - Đất thuộc loại đất sét, có  = 0,6 . 104 cm. - Giả thiết xây dựng nối đất hình mạch vòng bằng thanh thép góc, chu vi mạch vòng 80 m. Không có nối đất tự nhiên. Bài giải: Điện trở trang bị nối đất xác định theo công thức: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 78 5 25 125 Rd  Để nối đất điểm trung tính của các máy biến áp ở phía 380/220 V phải có trang bị nối đất với điện trở R = 4   Như vậy điện trở nối đất chung của trạm không được lớn hơn 4 . Nối đất được làm bằng thanh thép góc L50x50x5 dài 2,5 m với độ chôn sâu 0,7 m. Các thanh thép góc được nối với nhau bằng thanh thép dẹt 20x4 mm, Không tính đến điện trở nối đất của các thanh nối. Giả thiết hệ số tăng điện trở suất của đất khi thực hiện nối đất bằng các thanh thép góc lấy Kmax = 2. + Tính điện trở suất tính toán của đất: tt = kmax .  = 2x0,6. 10 4 = 1,2 . 10 4 cm + Điện trở của một thanh thép góc theo công thức (7). Rcọc = 0,00318. tt = 38,16  + Số cọc (thép góc) cần thiết cho TH nối đất. 15 65,0x4 38 .R R n d coc   Hệ số sử dụng  = 0,65 tìm được theo đường cong cho sắn (lấy với tỷ số a/l = 2. Tỷ số giữa khoảng cách giữa các cọc và chiều dài cọc). Tức là ta giả thiết khoảng cách giữa các cọc là a = 5 m. Khoảng cách giữa các cọc là a = 80/15 = 53 m  gần đúng với điều đã giả thiết. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Cung cấp điện phần 2 û 79 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 6- Trình bày sự hình thành và tác hại của sét? 7- Các phương pháp bảo vệ sét đánh? 8- Một công trình cao 15m gắn một kim thu sét 1m ở giữa công trình. Tìm phạm vi bảo vệ của của kim thu sét ? 9- Một công trình cao 8m gắn một kim thu sét 4.5m ở giữa công trình. Tìm phạm vi bảo vệ của của kim thu sét ? 10- Một công trình có hình chữ nhật có đường chéo là 10m, chiều cao công trình 11m hãy tính chiều cao cột thu lôi ? 11- Một công trình có hình chữ nhật có đường chéo là 6m, chiều cao công trình 16m hãy tính chiều cao cột thu lôi ? 12- Một công trình cao 19m gắn một kim thu sét 2m ở giữa công trình. Kiểm tra xem kim thu sét này có bảo vệ được công trình hình chữ nhật có đường chéo là 5m không? Nếu không hãy tính lại kim thu sét. 13- Một công trình cao 6m gắn một kim thu sét 4m ở giữa công trình. Kiểm tra xem kim thu sét này có bảo vệ được công trình hình chữ nhật có đường chéo là 13m không? Nếu không hãy tính lại kim thu sét.