Bài giảng Chương 5: Bảo vệ chống sét

Welcome!TRƯỜNG ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINHKhoa Điện – Điện tử viễn thôngNHÓM 8LÊ VĂN HẬUTRƯƠNG LÂM HÀO NGUYÊNSA HUỲNH LỘCNGUYỄN BÁ CƯỜNGNGUYỄN HƯNGTRƯƠNG QUỐC THIỆNNGUYỄN VĂN CACHƯƠNG 5BẢO VỆ CHỐNG SÉT12345Chương 5Bảo vệ chống sétA. Quá trình hình thành và phát triển của sét Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây mang điện tích khác dấu. Trước khi có hiện tượng sét thì đã có sự phân chia và tích lũy số lượng điện tích rất lớn trong các đám mây giông của các luồng không khí nóng bốc lên và hơi nước ngưng tụ trong các đám mây. Các đám mây mang điện là do kết quả của sự phân tích các điện tích trái dấu (ion hóa tự nhiên) và tập trung chúng trong các đám mây.Hình 1: Sự phân bố điện tích giữa các đám mây và mặt đấtChương 5Bảo vệ chống sét Khi các đám mây được tích điện (khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét xuống đất của mây có cực tính âm) tới mức độ có thể tạo ra cường độ trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất. Gia đoạn này được gọi là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo.Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện dẫn lớn. Đầu tia có nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào tia tiên đạo và phân bố đều dọc theo chiều dài tia.Chương 5Bảo vệ chống sét - Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay phía dưới đầu tia tiên đạo. -Khi các tia tiên đạo phát triển tới gần mặt đất thì trường trong khoảng không gian giữa các điện cực sẽ có trị số rất lớn và tăng cao và gây ion hóa mãnh liệt...dòng plasma được kéo dài và di chuyển ngược lên phía trên. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn phóng điện ngược. -Trong giai đoạn này điện tích lớp mây điện sẽ theo dòng plasma về phía mặt đất tạo nên dòng điện ở nơi sét đánh.Chương 5Bảo vệ chống sétHình:Sự phát triển của dòng dẫn đầu a) và dòng sét chính b) khi đánh vào cột thép.Chương 5Bảo vệ chống sétTham số của phóng điện sét.*Hình: 1-Dòng điện sét ghi trên máy hiện sóng. 2-Dòng điện sét tính toán.Chương 5Bảo vệ chống sétDòng điện sét được đặc trưng bởi hai tham số quan trọng là biên độ dòng sét Is ( Imax ) và tốc độ đầu sóng a: Chương 5Bảo vệ chống sétCác hậu quả của phóng điện sét:Gây cháy, nổ, hư hại công trình.Phá hủy thiết bị, các phương tiện thông tin liên lạc.Gây nhiễu loạn hay ngưng vận hành hệ thống.Mất dữ liệu hay hư dữ liệu.Ngừng các vụ gây tổn thất kinh tế và các tổn thất khác.Gây chết người.Chương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétMột số kỹ thuật chống sét đánh trực tiếp:Dùng cột chống sét (kim Franklin):- Franklin lợi dụng hiệu ứng mũi nhọn để chống sét đánh trực tiếp. Vùng bảo vệ của kim có thể xác định theo phương pháp hình nón. Theo phương pháp này có thể xác định như sau:B. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếpChương 5Bảo vệ chống séta. Trường hợp một kim: Hình: Phạm vi bảo vệ cột thu sétChương 5Bảo vệ chống sétBán kính bảo vệ rx của kim Franklin được xác định theo công thức: Với:Ở đây:h: là chiều cao kim thu sét(m).hx : là chiều cao công trình.p: hệ số hiệu chỉnh theo chiều cao kim thu sét(thường bằng 1).Chương 5Bảo vệ chống sétb. Trường hợp hai kim hay nhiều kim:Đối với hai kim: Khi hai cột thu sét đặt cách nhau khoảng cách a = 7h thì bất cứ điểm nào trên mặt đất trong khoảng giữa hai cột sẽ không bị sét đánh. Từ đó suy ra nếu hai cột đặt cách nhau một khoảng a < 7h thì sẽ bảo vệ được độ cao h0 xác định bởi:h0 = h – a/7Chương 5Bảo vệ chống sétHình a: Hai cột có độ cao bằng nhauChương 5Bảo vệ chống sétHình b: Hai cột khác độ caoChương 5Bảo vệ chống sétĐối với nhiều kim:Vật có độ cao hx nằm trong đa giác sẽ được bảo vệ nếu thỏa mãn điều kiện: Trong đó: D: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác hình thành bởi cột thu sét ha : Độ cao hiệu dụng của cột thu sét Chương 5Bảo vệ chống sétHình: Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sétChương 5Bảo vệ chống sétII. Dùng dây thu sét:Chiều rộng của phạm vi bảo vệ ở mức cao hx cũng được tính theo công thức tương tự:Khi dùng hai dây đặt cách nhau s = 4h thì mọi điểm nằm trên mặt đất nằm giữa hai dây này thì sẽ được bảo vệ an toàn và nếu khoảng cách s<4h thì có thể bảo vệ cho các điểm có mức cao tới ho = h – s/4 Chương 5Bảo vệ chống sétaChương 5Bảo vệ chống sétbHình a,b: Góc bảo vệ và phạm vi bảo vệ của dây chống sétChương 5Bảo vệ chống sétIII. Kim phóng điện sớm ESE:- Kim phóng điện sớm có chức năng phóng điện sớm hơn bất kì điểm nào trong khu vực được bảo vệ từ đó tạo nên điểm chuẩn vào chính nó như vậy kiểm soát được đường dẫn sét và bảo vệ công trìnhMột số loại kim phóng điện sớm ESE:Kim DynasphereKim PrevectronChương 5Bảo vệ chống sétKim InterceptorKim EC - SATKim EFChương 5Bảo vệ chống sétNguyên lý hoạt động của Dynashere:Chương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sét* Bán kính vùng bảo vệ của kim thu sét ESE. Theo NFPA 781-F93-TCD Theo NFC 17-102:Chương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétIV. Lồng Faraday:Chương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétC. Bảo vệ chống sét đánh gián tiếp (lan truyền hoặc cảm ứng) trên đường nguồn và đường tín hiệuI. Kỹ thuật chống sét lan truyền trên đường nguồn Phân vùng bảo vệ:Khi thiết kế và lựa chọn thiết bị chống sét trên đường nguồn và đường tín hiệu thì một trong các thông số quan trọng cần quan tâm là dạng sóng và biên độ xung sét lan truyền.Chương 5Bảo vệ chống sétKhe phóng điện (Spark Gap): Công nghệ Cấu tạo: Gồm 2 bản kim loại cứng ở một khoảng cách định trước; một điện cực được nối với mạng điện và điện cực kia được nối với đất. Chức năng: Khi có xung sét chạy trên đường dây gây nên sự chênh lệch điện áp giữa hai điện cực đủ lớn làm cho khe hở phóng điện hoạt động và truyền dẫn năng lượng xuống đất.Chương 5Bảo vệ chống sétNguyên lý làm việc:- Sừng phóng điện đảm bảo khả năng tản dòng sét cường độ cao.- Bộ phận dòng có cấu tạo gồm các phiến sắp theo lớp tạo thành các khe, hồ quang bị phân nhỏ và dễ dàng bị dập tắt.- Hệ thống kích gồm các mạch kích và cực kích có chức năng kích hoạt phóng điện chính bằng cách tạo ra phóng điện mỗi khi cảm nhận xung quá áp ngang qua mạch kích vượt quá 500V.- Phóng điện mồi sẽ phát triển thành phóng điện chính giữa 2 sừng phóng.Chương 5Bảo vệ chống sét2. MOV (Metal Oxyde Varistor)Cấu tạo: Gồm các phiến oxyde kim loại (MOV).Chức năng: Làm phần tử tản sét để bảo vệ chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn ở các mạng điện có chất lượng điều áp cao.Chương 5Bảo vệ chống sét3. SAD (Silicon Avalanche Diode):Cấu tạo: Sử dụng các Avalanche Diode làm phần tử tản sét, tổ hợp nhiều Diode song song và nối tiếp.Chức năng: Bảo vệ các thiết bị đặt sâu trong nhà, công suất nhỏ và không thể dùng để bảo vệ chính.Chương 5Bảo vệ chống sét4. TDS ( Transient Discriminating Suppressor) Là thiết bị hoạt động theo nguyên tắc tần số thực hiện đúng chức năng chống sét được giao phó tức là chỉ phản ứng khi xuất hiện xung sét cảm ứng trên cơ sở phân biệt tần số xung quá áp do sét lan truyền và xung quá áp do các nguyên nhân khác.Chương 5Bảo vệ chống sétBảng so sánh ưu và nhược điểm của các thiết bị chống sét trên đường nguồn:Tên thiết bịƯu điểmNhược điểmKhe phóng điện (Spark Gap)Có ưu điểm vượt trội về khả năng tản sét và giá thành rẻ.Điện áp ngưỡng, điện áp dư cao và thời gian tác động chậm.MOV (Metal Oxyde Varistor)Hệ số phi tuyến cao, dòng rò nhỏ, khả năng tản sét tốt, thời gian đáp ứng nhanh, giá trị dung nội tại nhỏ.Chế độ lắp đặt và vận hành nghiêm ngặt.SAD (Silicon Avalanche Diode)Thời gian tác động nhanh, tuổi thọ cao.Khả năng tản dòng sét nhỏ, công suất nhỏ, không dùng để bảo vệ các tải quan trọng.TDS ( Transient Discriminating Suppressor)Thông minh phân biệt sét và các quá áp và các phân biệt khác, chịu áp tạm thời cao, tuổi thọ cao, thời gian đáp ứng nhanh, bảo vệ hiệu quả, ngay trong mạng có chất lượng điều áp thấpChương 5Bảo vệ chống sétCấu tạo:+ Vỏ thủy tinh hoặc phần sứ+ Bên trong chứa đầy khí trơ áp suất thấp với hai điện cực ở hai bên Các thông số kỹ thuật gồm:+ điện áp phóng điện(một chiều và xung)+ điện áp dư cực đại+ điện áp hồ quang và dòng xung cực đại 1,2 điện cực3 chất cách điện 4 chất kích hoạtII. Kỹ thuật chống sét lan truyền trên đường tín hiệuỐng phóng khí (GDT):Chương 5Bảo vệ chống sét Ống phóng khí là một cải tiến rất tinh vi của khe hở phóng điện thích hợp bảo vệ mạng viễn thông. Hầu hết ống phóng khí đều chứa chất phát xạ để ổn định điện áp phóng điện. Chương 5Bảo vệ chống sétb. MOV (Metal Oxyde Varistor) MOV cấu tạo từ các vật liệu giống như gốm, thường được chế tạo như đĩa, bề mặt của đĩa được phủ một lớp kim loại dẫn điện cao như bạc để tạo ra chất dẫn điện đồng nhất. MOV được tổng hợp bởi các hạt oxyde kẽm nằm trong các ma trận bismuth và các oxyde kim loại khác.Chương 5Bảo vệ chống sétc. Diode Zener (Zener TVS – Transient Voltage Suppression) Diode Zener có cấu tạo từ tiếp giáp silicon p-n, được thiết kế có diện tích lớn để vận hành ở điện áp ngược và xử lý một dòng điện cao hơn họ với nó. TVS diode (Transient Voltage Suppressor Diode): là các diode được chế tạo đặc biệt dùng cho bảo vệ quá áp. Chúng có đặc tính là điện áp hoạt động và điện áp kẹp thấp, thời gian đáp ứng khá nhanh khi tác động.Chương 5Bảo vệ chống sétTên thiết bịƯu điểmNhược điểmỐng phóng khí (GDT)Khả năng chịu dòng cao, điện dung thấp, trạng thái tổng trở ngắt cao.Thời gian đáp ứng thấp, tuổi thọ có giớ hạn, điện áp thông qua cao, hư hỏng ở trạng thái hở mạch.MOV (Metal Oxyde Varistor)Khả năng chịu dòng cao, dãy điện áp và dòng điện hoạt động rộng, thời gian đáp ứng nhanh,hư hỏng ở trạng thái ngắn mạch.Điện áp đánh thủng giảm từ từ,dung kháng cao.Diode Zener Khả năng chịu xung lặp lại cao,hệ số kẹp thấp,thời gian tác động hàng ns, không già hóa,dãy điện áp rộng,hư hỏng ở trạng thái ngắn mạch.Dòng xung không lặp lại thấp,dung kháng cao với điện áp thấp.Bảng so sánh ưu và nhược điểm của các thiết bị chống sét trên đường tín hiệuChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétD. Giải pháp chống sét toàn diện 6 điểm của Erico + Hệ thống System 3000* Bảo vệ chống sét toàn diện 6 điểm:Thu bắt sét tại điểm định trướcDẫn sét xuống đất an toànTản nhanh năng lượng sét vào đấtĐẳng thế các hệ thống đấtChống sét lan truyền trên đường cấp nguồnChống sét lan truyền trên đường tín hiệuChương 5Bảo vệ chống sét* Hệ thống system 3000- Dựa trên lý thuyết của Benjamin Franklin, ERICO đã sản xuất hệ thống chống sét chủ động ERITECH® SYSTEM3000 phù hợp hoàn toàn với hơn 12 tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như Mỹ, ÚcChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sét* ERITECH SYSTEM3000 bao gồm các thành phần:• Phần mềm trợ giúp thiết kế BENJI• Kim thu sét ERITECH® DYNASPHERE • Cáp truyền dẫn ERITECH® ERICORE.• Máy đếm sét LEC.• Hệ thống đất trở kháng thấp.• Hóa chất cải thiện điện trở đất GEM.Các thành phần này tạo nên giải pháp chống sét 6 điểm ERICO®.Chương 5Bảo vệ chống sétPhần mềm thiết kế BENJIChương 5Bảo vệ chống sétKim thu sét ERITECH® DYNASPHEREChương 5Bảo vệ chống sétCáp truyền dẫn- Chức năng của cáp truyền dẫn xuống đất là cung cấp đường dẫn trở kháng thấp từ kim thu sét xuống hệ thống đất để dẫn dòng điện do sét tạo ra xuống đất an toàn mà không phát sinh điện thế quá lớn.Chương 5Bảo vệ chống sét Máy đếm sét LEC- Máy đếm sét được sử dụng để theo dõi, ghi nhận lại số lần sét đánh trong thời gian hoạt động của hệ thống chống sét.Chương 5Bảo vệ chống sétHệ thống đất- Hệ thống đất có trở kháng thấp để phân tán năng lượng sét. Hệ thống đất rất khác nhau giữa các công trình tùy theo điều kiện địa chất. Hệ thống đất bao gồm các cọc thép bọc đồng, bảng đồng nối đất và lưới cáp đồng trần. Hệ thống lưới cọc tiếp đất tốt giúp giảm tối thiểu nguy cơ gia tăng điện áp đất và gây chấn thương cho người hoặc phá hủy thiết bị. Chương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétHóa chất cải thiện điện trở đất GEM- Tại một số khu vực có điện trở đất cao hoặc không ổn định, Erico sử dụng hóa chất cải thiện điện trở đất GEM.Chương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétE. Nghiên cứu và sử dụng phần mềm thiết kế chống sét Benji Procalc.Chương 5Bảo vệ chống sétNhập tên công ty hoặc tiêu đề bản vẽ.Chong setChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétChương 5Bảo vệ chống sétTHE END