bảo vệ chống sét sử dụng thiết bị hãng INDELEC, chương 4

Chia sẻ: Tran Van Duong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

118
lượt xem 18
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sét là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách rất lớn. Quá trình phóng điện có thể xảy ra trong đám mây giông, giữa các đám mây với nhau và giữa đám mây với đất. Ở đây ta chỉ xét sự phóng điện giữa mây và đất. Sự hình thành sét Có hai loại mây giông : + Giông nhiệt: Hình thành từ các luồng khí nóng ẩm bốc lên do sự đốt nóng của ánh nắng mặt trời. + Giông front: Hình thành do sự gặp nhau của những luồng không khí nóng ẩm với...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: bảo vệ chống sét sử dụng thiết bị hãng INDELEC, chương 4

Chương 4: SEÙT VAØ CAÙC GIAÛI PHAÙP PHOØNG CHOÁNG SEÙT I. SEÙT : Söï hình thaønh seùt : Seùt laø moät daïng phoùng ñieän tia löûa trong khoâng khí vôùi khoaûng caùch raát lôùn. Quaù trình phoùng ñieän coù theå xaûy ra trong ñaùm maây gioâng, giöõa caùc ñaùm maây vôùi nhau vaø giöõa ñaùm maây vôùi ñaát. ÔÛ ñaây ta chæ xeùt söï phoùng ñieän giöõa maây vaø ñaát. Hình 1 : Söï hình thaønh seùt Coù hai loaïi maây gioâng : + Gioâng nhieät: Hình thaønh töø caùc luoàng khí noùng aåm boác leân do söï ñoát noùng cuûa aùnh naéng maët trôøi. + Gioâng front: Hình thaønh do söï gaëp nhau cuûa nhöõng luoàng khoâng khí noùng aåm vôùi luoàng khoâng khí naêïng. Sau khi ñaït ñoä cao nhaát ñònh (khoaûng vaøi km trôû leân, vuøng nhieät ñoä aâm) luoàng khoâng khí aåm naøy bò laïnh ñi, hôi nöôùc ngöng tuï thaønh nhöõng gioït nöôùc li ti hoaëc thaønh caùc tinh theå baêng vaø taïo thaønh caùc ñaùm maây doâng. Theo keát quaû quan traéc töø 80 - 90% caùc ñaùm maây gioâng tích ñieän tích aâm beân döôùi. 2. Caùc giai ñoaïn phaùt trieån cuûa seùt : a) Giai ñoaïn phoùng tia tieân ñaïo :
Ban ñaàu xuaát phaùt töø maây gioâng moät tia tieân ñaïo saùng môø, phaùt trieån thaønh töøng ñôït giaùn ñoaïn veà phía maët ñaát, vôùi toác ñoä trung bình khoaûng 105 - 106m/s. Keânh tieân ñaïo laø moät doøng plasma maät ñoä ñieän khoaûng 1013  1014 ion/m3, moät phaàn ñieän tích aâm cuûa maây gioâng traøn vaøo keânh vaø phaân boá töông ñoái ñeàu doïc theo chieàu daøi cuûa noù. Thôøi gian phaùt trieån cuûa tia tieân ñaïo moãi ñôït keùo daøi trung bình khoaûng 1s. Thôøi gian taïm ngöng phaùt trieån giöõa 2 ñôït khoaûng 30 - 90s. Ñöôøng ñi cuûa tia tieân ñaïo trong thôøi gian naøy khoâng phuï thuoäc vaøo tình traïng maët ñaát vaø caùc vaät treân maët ñaát, do ñoù noù gaàn nhö höôùng thaúng veà phía maët ñaát. Cho ñeán khi tia tieân ñaïo ñaït ñeán ñoä cao ñònh höôùng thì môùi bò aûnh höôûng bôûi caùc vuøng ñieän tích taäp trung döôùi maët ñaát. b) Giai ñoaïn hình thaønh khu vöïc ion hoùa : Döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng taïo neân bôûi ñieän tích cuûa maây gioâng vaø ñieän tích trong keânh tieân ñaïo, seõ coù söï taäp trung ñieän tích traùi daáu treân vuøng maët ñaát phía döôùi ñaùm maây gioâng. Neáu vuøng ñaát phía döôùi coù ñieän daãn ñoàng nhaát thì nôi ñieän tích taäp trung seõ naèm tröïc tieáp döôùi keânh tieân ñaïo, neáu vuøng ñaát phía döôùi coù ñieän daãn khaùc nhau thì ñieän tích chuû yeáu taäp trung 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 toøa nhaø cao taàng, coät ñieän, caây cao bò öôùt trong möa... chính caùc vuøng ñieän tích taäp trung naøy seõ ñònh höôùng höôùng phaùt trieån cuûa tia tieân ñaïo höôùng xuoáng khi noù ñaït ñeán ñoä cao ñònh höôùng, tia tieân ñaïo seõ phaùt trieån theo höôùng coù ñieän tröôøng lôùn nhaát. Do ñoù caùc vuøng taäp trung ñieän tích seõ laø nôi seùt ñaùnh vaøo.
ÔÛ nhöõng vaät daãn coù ñoä cao nhö caùc nhaø cao taàng, coät angten caùc ñaøi phaùt thì töø ñænh cuûa noù nôi caùc dieän tích traùi daáu taäp trung nhieàu cuõng seõ ñoàng thôøi xuaát hieän doøng tieân ñaïo phaùt trieån höôùng leân ñaùm maây gioâng. Chieàu daøi cuûa keânh tieân ñaïo töø döôùi leân naøy taêng theo ñoä cao cuûa vaät daãn vaø taïo ñieàu kieän deã daøng cho söï ñònh höôùng cuûa seùt vaøo vaät daãn ñoù. Ngöôøi ta lôïi duïng tính chaát choïn cuûa seùt ñeå baûo veä choáng seùt ñaùnh thaúng cho caùc coâng trình baèng caùch duøng caùc thanh kim loaïi hay daây thu seùt baèng kim loaïi ñöôïc noái ñaát toát, ñaët cao hôn coâng trình caàn baûo veä ñeå höôùng seùt ñaùnh vaøo ñoù maø khoâng phoùng vaøo coâng trình. Khi tia tieân ñaïo höôùng xuoáng gaàn maët ñaát hay tia tieân ñaïo höôùng leân, thì trong khoaûng caùch khí ôû giöõa do cöôøng ñoä ñieän tröôøng taêng cao gaây leân ion hoùa maõnh lieät, daãn ñeán söï hình thaønh moät doøng plasma coù maät ñoä ñieän tích cao hôn nhieàu so vôùi maät ñoä ñieän tích cuûa tia tieân ñaïo, ñieän daãn cuûa noù taêng leân haøng traêm laàn. c) Giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc : Do ñieän daãn cuûa noù taêng cao nhö vaäy neân ñieän tích caûm öùng traøn vaøo doøng ngöôïc 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 1016 - 1019 ion/m3 tieáp tuïc phaùt trieån ngöôïc leân treân theo ñöôøng doïn saün bôûi keânh tieân ñaïo. Ñaây laø söï phoùng ñieän ngöôïc hay phoùng ñieän chuû yeáu. Vì maät ñoä ñieän tích caoñoát noùng maõnh lieät cho neân tia phoùng ñieän chuû yeáu saùng choùi ( ñoù chính laø chôùp ). Toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh phoùng ñieän ngöôïc vaøo khoaûng 1,5 . 107  1,5.108 m/s töùc laø nhanh gaáp treân traêm laàn toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh tieân ñaïo. Khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu leân tôùi ñaùm maây thì soá ñieän tích coøn laïi cuûa ñaùm maây seõ theo keânh
phoùng ñieän chaïy xuoáng ñaát vaø taïo neân doøng ñieän coù trò soá nhaát ñònh. Keát quaû quan traéc cho thaáy raèng: phoùng ñieän seùt thöôøng xaûy ra nhieàu laàn keá tieáp nhau trung bình laø 3 laàn. Caùc laàn phoùng ñieän sau coù doøng tieân ñaïo phaùt trieån lieân tuïc ( khoâng phaûi töøng ñôït nhö laàn ñaàu ), khoâng phaân nhaùnh vaø theo ñuùng quõy ñaïo cuûa laàn ñaàu nhöng vôùi toác ñoä cao hôn ( 2. 106m/s). Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích: ñaùm maây gioâng coù theå coù nhieàu trung taâm ñieän tích khaùc nhau hình thaønh do caùc doøng khoâng khí xoaùy trong maây. Laàn phoùng ñieän ñaàu tieân dó nhieân seõ xaûy 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 naøy vôí caùc trung taâm khaùc khoâng thay ñoåi vaø ít coù aûnh höôûng qua laïi. 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, ñieàu naøy laøm cho hieäu theá giöõa trung taâm ñieän tích ñaõ phoùng tôùi trung taâm ñieän theá laân caän taêng leân vaø coù theå daãn ñeán phoùng ñieän giöõa chuùng vôùi nhau. Trong khi ñoù thì keânh phoùng ñieän cuõ vaãn coøn moät ñieän 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 lôùn hôn laàn ñaàu.
Hình 2: Caùc giai ñoaïn phoùng ñieän seùt vaø bieán thieân cuûa doøng ñieän seùt theo thôøi gian. a – Giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo. b – Tieân ñaïo ñeán gaàn maët ñaát hình thaønh khu vöïc ion hoùa maõnh lieät. c – Giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc hay phoùng ñieän chuû yeáu. d – Phoùng ñieän chuû yeáu keát thuùc. 3. Caùc thoâng soá seùt : Khi tính toaùn baûo veä choáng seùt i Is thoâng soá chính caàn chuù yù laø doøng Ismax ñieän seùt coù phaïm vi giôùi haïn raát roäng, bieân ñoä doøng seùt coù theå leân 0.5Ismax ñeán 200-300 KA. Tuy nhieân phaàn lôùn tröôøng hôïp gaëp seùt ñaùnh ôû trò soá tds ts t 50 KA, seùt coù doøng ñieän töø 100 KA trôû leân raát hieám xaûy ra. Do ñoù trong tính toaùn thöôøng laáy doøng ñieän seùt
baèng 50 KA. Doøng ñieän seùt coù daïng moät soùng xung. Thöôøng trong khoaûng vaøi ba micro giaây doøng ñieän taêng nhanh ñeán trò soá cöïc ñaïi taïo thaønh phaàn ñaàu soùng, sau ñoù giaûm chaäm trong khoaûng 20 - 100 s taïo neân phaàn ñuoâi soùng. Caùc thoâng soá chuû yeáu :  Bieân ñoä doøng seùt : laø giaù trò lôùn nhaát cuûa doøng ñieän seùt.  Thôøi gian ñaàu soùng (tds) : laø thôøi gian doøng seùt taêng töø 0 ñeán giaù trò cöïc ñaïi.  Ñoä doác doøng ñieän seùt : a = dis/dt  Ñoä daøi doøng ñieän seùt (ts) : laø thôøi gian töø ñaàu doøng ñieän seùt ñeán khi doøng ñieän giaûm baèng 1/2 bieân ñoä. a) 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 gioâng. Ñeå ño bieân ñoä doøng seùt ngöôøi ta duøng roäng raõi heä thoáng ñieän thieát bò ghi töø. Xaùc suaát xuaát hieän doøng seùt coù theå tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc :  Cho vuøng ñoàng baèng : VI = e-Is/26 = 10-is/60  Cho vuøng nuùi cao : VI = 10-Is/30 b) Ñoä doác ñaàu soùng doøng ñieän seùt (a) vaø xaùc suaát xuaát hieän : Ñeå ño ñoä doác doøng ñieän seùt ngöôøi ta thöôøng duøng moät khung baèng daây daãn noái vaøo moät hoa ñieän keá. 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 c) Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa seùt :
Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa seùt ñöôïc bieåu thò baèng soá ngaøy trung bình coù doâng seùt haøng naêm hoaëc baèng toång soá giôø trung bình coù doâng seùt haøng naêm. Soá laàn seùt ñaùnh trong moät naêm vaøo coâng trình : ( W+3hx)(L+3hx)n N =  106 trong ñoù : W:chieàu roäng cuûa coâng trình L:chieàu daøi cuûa coâng trình hx:chieàu cao tính toaùn cuûa coâng trình n:soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân 1km2 trong naêm xaûy ra ôû ñòa phöông Maät ñoä cuûa seùt laø soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân moät ñôn vò dieän tích maët ñaát (1km2) trong moät ngaøy seùt. Cöôøng ñoä seùt cuõng nhö maät ñoä seùt thay ñoåi theo vuøng laõnh thoå.