ĐATN_ An toàn điện_chuong 7

1Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM _ Bài giảng môn An toàn điện

Chương 7

BẢO VỆ CHỐNG SÉT


Chương 7: BẢO VỆ CHỐNG SÉT

MỤC TIÊU

Nêu được nguyên nhân xảy ra sét, các thông số và tác hại của sét.

Phân tích được kỹ thuật và thiết bị hiện đại chống sét đánh trực tiếp, sét lan truyền trên đường nguồn và đường tín hiệu.

Sau khi học xong chương 7 sinh viên có khả năng:

Ứng dụng những kiến thức đã học vào thiết kế hệ thống chống sét.


NỘI DUNG7.1 Đặt vấn đề

7.2 Tổng quan về sét

7.3 Phân loại công trình cần bảo vệ

7.4 Giải pháp chống sét toàn diện 6 điểm

7.5 Kỹ thuật thu sét tại điểm định trước

7.6 Dẫn sét xuống đất an toàn



7.7 Tản nhanh năng lượng sét vào đất

7.8 Đẳng thế các hệ thống nối đất

7.9 Kỹ thuật chống sét lan truyền trên đường nguồn

7.10 Kỹ thuật chống sét lan truyền trên đường tín hiệu

7.11 Ví dụ áp dụng


NỘI DUNG


7.1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Việt Nam thuộc khu vực nhiệt đới ẩm thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển dông sét.

Thiệt hại do sét rất lớn, ảnh hưởng đến nhiều hoạt độngkinh tế-xã hội và thậm chí đến tính mạng con người.

Vì vậy đề ra giải pháp chống sét và chọn thiết bị chống sét phù hợp mang tính cấp thiết.


7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT

Dông thường xảy ra mùa hạ, đặc trưng là những đám mây dông có độ dày 10÷16 km, tích nước và tạo chênh lệch điện áp cực mạnh.

Bản chất : sự phóng điện giữa các đám mây (chớp) hay sự phóng điện giữa đám mây và mặt đất (sét) kèm theo gió mạnh và mưa lớn.

1. Sự hình thành dông và sét


Do sự đốt nóng của mặt trời hay sự gặp nhau giữa

không khí nóng ẩm với không khí lạnh → những luồng không khí khổng lồ bốc lên.

Đạt được độ cao nhất định (vùng to âm), luồng không khí ẩm này sẽ lạnh đi , hơi nước ngưng tụ thành những giọt li ti hay tinh thể băng tuyết → các đám mây dông.

Sự phân bố điện tích trong đám mây giông




Sự phân bố điện tích giữa đám mây giông và mặt đất


Hiệu ứng mũi nhọn: nơi càng cao (mái nhà, ngọn cây...) sẽ tập trung nhiều điện tích dương.

Điện tích dương và âm bị các luồng không khí mãnh liệt làm tách rời nhau với 80÷90% phần dưới đám mây giông là điện tíchâm → cảm ứng điện tích dương trên mặt đất → điện trường.



7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT Sự chênh lệch điện thế nếu đủ lớn sẽ đánh thủng lớp cách điện không khí → hiện tượng phóng điện giữa đám mây dông và đất.

Sét thực chất là 1 dạng phóng tia lửa điện trong không khí với khoảng cách rất xa (3÷5km) và chiều dài đó phần lớn phát triển trong đám mây dông.

Sự phát triển của phóng điện sét trong đám mây




Giai đoạn phóng điện tiên đạo

2. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét

Ban đầu là giai đoạn phóng điện tiên đạo (dòng plasma với mật độ điện tích σ = 1013 ÷1014 ion/m3) từng đợt → 1 dải sáng mờ xuất phát từ đám mây dông. Chỉ khi cách đất 1 độ cao nhất định, kênh tiên đạo sẽ phát triển theo hướng có E lớn nhất. Đỉnh nơi có độ cao đồng thời ion hoá → dòng tiên đạo hướng lên.


7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT2. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét

Giai đoạn ion hoá mãnh liệt

Cường độ điện trường tăng cao gây nên ion hóa không khí mãnh liệt khi kênh tiên đạo xuất phát từ mây dông tiếp cận mặt đất hay tiếp cận kênh tiên đạo ngược chiều → một dòng Plasma có mật độ điện tích (1016 1019 ion/m3)

Dòng Plasma điện dẫn cao tiếp tục phát triển ngược lên trên theo đường chọn sẵn của kênh tiên đạo.



Giai đoạn phóng điện chủ yếu

Tốc độ phát triển của kênh phóng ngược rất cao vào khoảng 0,5.107 1,5.108 m/s,

Mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói (chớp) và sự giãn nở đột ngột của không khí bao quanh phóng điện chủ yếu → những đợt sóng âm mãnh liệt → những tiếng nổ chát chúa (tiếng sấm).



Phóng điện chủ yếu kết thúc

Đặc điểm quan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cường độ dòng điện lớn is = V

V : tốc độ của phóng điện :mật độ điện tích

Khi kênh phóng điện ngược lên tới đám mây → số điện tích còn lại của mây sẽ chạy xuống đất. Dòng điện sét giảm nhanh tương ứng với phần đuôi sóng.



Quá trình phát triển của phóng điện sét

2. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét


7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT2. Các giai đoạn phát triển của phóng điện sét Phóng điện sét thường xảy ra nhiều lần kế tiếp nhau trung. Dòng tiên đạo các lần phóng điện sau phát triển liên tục, không phân nhánh và theo đúng quĩ đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn (2.106 m/s).

Trong đám mây dông có nhiều trung tâm điện tích khác nhau. Hiệu điện thế giữa trung tâm điện tích đã phóng với các trung tâm lân cận và sự khử ion chưa hoàn toàn là nguyên nhân gây ra sự phóng điện liên tục giữa các trung tâm điện tích với nhau và giữa đám mây dông với đất.


7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT3. Các thông số chủ yếu của sét

Imax(kA)

µs1ح 2ح

Imax/2

Dạng sóng dòng điện sét

Dòng điện sét có dạng 1 sóng xung.. Biên độ sét (≤ 200 ÷ 300 kA)

Thời gian đầu sóng 1÷100µs: tia tiên đạo dầu tiên 5÷50µs : tia sét lặp lại

Độ dài dòng điện sét 20÷350µs: tia tiên đạo dầu tiên 5÷50µs: tia sét lặp lại


7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT3. Các thông số chủ yếu của sét

Tốc độ tăng dòng di/dt có thể đạt tới 70kA/µs đối với tia sét đầu tiên và > 200kA/µs đối với tia sét tiếp theo.

Tốc độ tăng áp dV/dt đạt tới 12kV/µs.

Cực tính của dòng sét.


7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT4. Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện

0

20

40

60

80

20 40 60 80 100

V1(%)

Is(kA)

Đường cong xác suất biên độ dòng điện sét

Vùng núi cao

Vùng đồng bằng

Dòng điện sét thường có trị số 30kA; 50÷100 kA ít xảy ra và hiếm có dòng >100kA. Để đo biên độ dòng điện sét dùng thiết bị ghi từ. Xác suất xuất hiện dòng điện sét (V1) có biên độ ≥ Is : V1 =10-Is/60 (đồng bằng); V1 = 10–Is/30 (núi cao)


7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT5. Cường độ hoạt động của sét Cường độ hoạt động của dông sét được xác định bằng số ngày dông trong một năm và mật độ sét tại khu vực. Ngày dông là ngày quan trắc viên nghe được tiếng sấm. Số ngày dông trong năm xem như trị số trung bình qua nhiều năm và đo đạc ở nơi quan sát.

Mật độ sét : Nd = (0,1 ÷ 0,15)Td (lần/km2.năm) với Td : số ngày dông trong 1 năm


7.2. TỔNG QUAN VỀ SÉT6. Cực tính của sét Cực âm xuất hiện nhiều hơn và chiếm khoảng 80 – 90 toàn bộ số lần phóng điện sét.7. Tác hại của dòng điện sét Gây chết người; cháy, nổ, hư hại công trình. Phá huỷ thiết bị, các phương tiện thông tin liên lạc ngưng vận hành hệ thống Mất hay hư dữ liệu Ngưng các dịch vụ gây tổn thất kinh tế


7.3. PHÂN LOẠI CÔNG TRÌNH CẦN BẢO VỆ

1. Theo tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng 20TCN46-84

Cấp I : công trình trong điều kiện làm việc bình thường dễ xảy ra nổ, cháy gây phá hoại lớn, làm chết người. Cấp II : công trình dễ xảy ra nổ, cháy nếu làm sai quy tắc, không gây chết người. Cấp III : các công trình còn lại.



2. Theo tiêu chuẩn lắp đặt các hệ thống chống sét NFPA 780

Cấp I : công trình có chiều cao ≤ 23m. Cấp II : công trình có chiều cao > 23m.



3. Theo tiêu chuẩn chống sét NZS/AS 1768-1991 Chỉ số rủi ro: R = A+B+C+D+E

A : Tính chất công trình (dễ cháy nổ, nhà ở...) B : Vật liệu, kích thước công trình C : Chiều cao công trình D : Độ cao cộng trình so với mặt nước biển E : Số ngày dông trong 1 năm

Tuỳ thuộc R mà công trình chia thành 5 cấp:

Không cần bảo vệ; cần bảo vệ; bảo vệ mức trung bình; mức cao và rất cao.



4. Theo tiêu chuẩn chống sét NFC 17-102 1995

Tuỳ thuộc kích thước, loại công trình, môi trường xung quanh, loại vật liệu trong công trình, số người làm việc thường xuyên, mật độ sét:

Cấp 1+ : Biện pháp bổ sung Cấp 1 : Tương ứng với dòng xung đỉnh 2,8kA Cấp 2 : Tương ứng với dòng xung đỉnh 9,5KA Cấp 3 : Tương ứng với dòng xung đỉnh

14,7KA


7.4. GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT TOÀN DIỆN 6 ĐIỂM

Giải pháp chống sét 6 điểm

1. Thu bắt sét tại

điểm định trước

2. Dẫn sét xuống

đất an toàn

3. Tản nhanh năng lượng sét vào đất

4. Đẳng thế các hệ thống nối đất

5. Chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn6. Chống sét lan truyền trên đường tín hiệu



1. Thu bắt sét tại điểm định trước Kiểm soát đường dẫn sét đánh xuống bằng cách xây dựng điểm chuẩn có độ cao lớn nhất trong khu vực cần bảo vệ.2. Dẫn sét xuống đất an toàn Không gây hiệu ứng phóng điện thứ cấp hay nhiễu điện từ cho các thiết bị trong vùng bảo vệ. Dùng cáp đồng trần S ≥ 50mm2 hay cáp thoát sét nhiều lớp 3. Tản nhanh năng lượng sét vào đất Hệ thống nối đất có tổng trở nhỏ < 10Ω



4. Đẳng thế các hệ thống nối đất Tạo mặt đẳng thế cho các hệ thống nối đất khác nhau, tránh hiện tượng phóng điện ngược.

5. Chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn Cắt giảm biên độ và lọc dòng sét trên đường cấp nguồn bằng cách lắp đặt thiết bị cắt và lọc sét ở điểm dẫn vào toà nhà.

Bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khi sét lan truyền trên dây dẫn tín hiệu của các hệ thống liên lạc (điện thoại, Internet, đo lường từ xa…)

6. Chống sét lan truyền trên đường tín hiệu


7.5. KỸ THUẬT THU SÉT TẠI ĐIỂM ĐỊNH TRƯỚC

1. Kim Franklin Lợi dụng hiệu ứng mũi nhọn, 1 kim nhọn dài 2÷3 m đặt trên 1 thanh kim loại để thu hút sét và chuyển năng lượng xuống đất. Vùng bảo vệ xác định theo: Phương pháp hình nón Phương pháp quả cầu lăn Phương pháp lưới bảo vệ Kim Franklin


1. Kim Franklin


Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét

a. Trường hợp có 1 kim

Bán kính bảo vệ rx :

h :chiều cao kim(m) hx:chiều cao công trình (m)

hx ≤ 2/3h

h

h1,75h.p0r x

x

0,8.h

h11,5h.pr x

x

hx > 2/3h

0,2h

hhX

rX

p hệ số hiệu chỉnh theo chiều cao kim thu sét

p = 1 khi h ≤ 30m

h

30p


1. Kim Franklin


b. Trường hợp có 2 kim

Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét

a : khoảng cách 2 cột thu sét (m) ha : chiều cao hiệu dụng của cột thu sét

a < ha

bx : bề ngang hẹp

nhất của phạm vi bảo vệ (m)

xa

ax r

a14h

a7h42b

a

ha

2bx


Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao khác nhau

1. Kim Franklin


b. Trường hợp có 2 kim

Vẽ cột thứ 1 Dựng cột giả tưởng. Xác định phạm vi bảo vệ giữa cột thứ 2 và cột giả tưởng.


1. Kim Franklin


c. Trường hợp có nhiều kim D: đường kính vòng tròn ngoại tiếp. Phạm vi bảo vệ xác định giữa từng đôi cột. Tất cả thiết bị nằm trong diện tích hình tam giác hay chữ nhật đều được bảo vệ nếu D ≤ 8p(h – hx)

p = 1 khi h ≤ 30m h

30p khi 30m < h < 60m

D

D


2. Dây chống sét


Bảo vệ đường dây truyền tải trên không. Treo dây trên toàn bộ tuyến.a. Phạm vi bảo vệ của 1 dây chống sét

Phạm vi bảo vệ của 1 dây chống sét

h :chiều cao dây(m) hx:chiều cao dây tải điện (m)

hx ≤ 2/3h

h

h1h.p6,0b x

x

hx > 2/3h

0,8h

h1h.p2,1r x

x

Độ rộng bảo vệ




b. Phạm vi bảo vệ của 2 dây chống sét

1,2h 0,6h

xr

xrxh ho

Phạm vi bảo vệ của 2 dây chống sét

s

Mọi điểm nằm giữa 2 dây (s) đều được bảo vệ.

Nếu s < 4h, có thể bảo vệ những điểm cao tới :

ho = h – s/4




c. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét thực tế

Phạm vi bảo vệ của dây chống sét

h

α α

Độ treo trung bình > 2/3h → chỉ cần xác định đúng góc bảo vệ α. α: góc tạo bởi đường thẳng nối dây chống sét với dây dẫn và đường thẳng góc với mặt đất qua điểm treo dây chống sét. α = 20 ÷ 25o


3. Lồng Faraday


Giải pháp chống sét bằng lồng Faraday

Lưới kim loại được nối đất bao quanh công trình → màng che tĩnh điện. Khoảng cách lưới trên mái ≤ 6m, cứ mỗi 30m có dây dẫn xuống. Kết hợp kim Franklin để khoảng cách các ô dãn ra và bảo vệ hiệu quả hơn.


4. Kim phóng điện sớm


Kim phóng điện sớm

ESE (Early Streamer Emission) tạo ra tia phóng điện đi lên sớm hơn bất kì điểm nào trong khu vực bảo vệ. Các hãng chế tạo kim ESE: Erico Lightning Technologies (Dynasphere, Interceptor); Indelec (Prevectron); Franklin Fance (Saint-Elmo); Duval Messien (Satelit)…




Kim Dynasphere

Kim Interceptor

Kim Prevectron

Kim Satelit




Vùng bảo vệ kim phóng điện sớm

a. Xác định bán kính bảo vệ theo NFC 17-102 h RP

RP : bán kính bảo vệ (m).

h : chiều cao đặt kim ESE so với mặt phẳng bảo vệ(m).

ΔL)ΔL(2Dh)h(2.DRP

D = 10.I2/3 : khoảng cách phóng điện (m). I : biên độ dòng sét cực đại

L = V. T

ΔT : t phóng điện sớm (10, 25, 40, 50, 60μs). V : tốc độ phát triển của tia tiên đạo đi lên (1,1m/ μs).

ΔL : độ lợi khoảng cách (m).




b. Xác định bán kính bảo vệ theo NFPA 781-F93-TCD

Mức bảo vệ

I

(kA)

Xác suất vượt

quá I(%)

Rất cao 3 99

Cao 6 98

TB 10 93

Tiêu chuẩn

15 85

Quan hệ giữa biên độ dòng sét và mức bảo vệ

)h

L

h

2D(

h

L1)-

h

2D(hRP

D=60m(I=15kA)_mức 1






c. Phương pháp khác Tra bảng, dựa vào loại đầu kim ESE, chiều cao công trình, chiều cao cột đỡ, mức bảo vệ yêu cầu...

Phần mềm(BENJI 2.0 của hãng Erico)




d. Nguyên lý làm việc của kim ESE

Giai đoạn điện trường tĩnh

Giai đoạn dông tĩnh: Trường điện từ thay đổi chậm, biên độ khoảng 5÷15kV/m. Cực tiểu hóa hiện tượng vầng quang do quả cầu được nối đất qua phần tử tổng trở cao và dạng hình học của quả cầu.





Giai đoạn điện trường động

Giai đoạn điện trường động: Điện thế quả cầu tăng và khi điện thế đủ lớn → phóng hồ quang mồi. Có 2 tác dụng:

- Sản sinh lượng lớn ion tự do (108e/s) để khởi động tia ngược.- Đảm bảo tia tiên đạo đi lên ổn định.





Giai đoạn phóng tia tiên đạo

Giai đoạn phóng tia tiên đạo: Cần điện trường 300÷500kV/m đối với tia tiên đạo dương và 1MV/m đối với tia tiên đạo ân đi lên để khởi đầu và phát triển tia tiên đạo ổn định. Thời điểm phóng tia tiên đạo ngược là sớm nhất so với các điểm khác trong vùng bảo vệ.


5. Kim phóng xạ


Kim phóng xạ

Cũng là kim thu sét phóng điện sớm nhưng sử dụng nguồn năng lượng phóng xạ nhằm tạo ra tia tiên đạo sét đi lên.

Các hãng chế tạo: Lightning Preventor of America (Prevantor, Helisa SA (Pulsa)…


6. Laser


Tia Laser

Laser có khả năng sản sinh hiện tượng ion hoá đa proton để trung hòa điện tích đám mây dông.

Dựa vào tốc độ gia tăng của điện trường, động năng nhiệt của đám mây dông, máy tính sẽ xử lý và điều khiển việc bắn tia laser vào tia tiên đạo đúng thời điểm tia này phát triển hướng xuống đất.


7. Kỹ thuật giải trừ sét DAS


Hệ thống DAS

Mây điện tích

Vùng tập trung điện tích không gian

Điện tích không gian

Vùng bảo vệ

Thiết bị thu điện tích

Thiết bị phân tán điện tích

Điện tích cảm ứng

Cọc nối đấtDây nối đất

Bộ tập trung điện tích trong đất. Bộ tạo ion: tạo ra dòng ion. Dây dẫn tích điện.


7. Kỹ thuật giải trừ sét DAS


Bộ tập trung điện tích trong đất sẽ tập trung các điện tích cảm ứng trên mặt đất hình thành khi có đám mây dông. Bộ tạo ion sẽ phát tán những điện tích này tạo ra 1 khoảng không điện tích tự nhiên để trung hoà điện tích đám mây dông. Tuy nhiên hiệu quả của hệ DAS chưa được công nhận do có 2 luận điểm sau: Điện tích có thể bị gió thổi bay khi ra khỏi nguồn Hiệu quả của thiết bị phát tán điện tích thấp.


8. So sánh tính năng kỹ thuật của các kỹ thuật chống sét


`

Kim FranklinDAS Kim ESE Kim phóng xạTT

1Phát tán ion dương

Thu sét thụ động

Phóng sớm tia tiên đạo đi lên

Phóng sớm tia tiên đạo đi lên

2Dùng nhiều kim

Dùng nhiều kim

Dùng 1 kim Dùng 1 kim

3Không an toàn cho vùng lân cận

Chỉ bảo vệ công trình

Có thể bảo vệ vùng lân cận

Có thể bảo vệ vùng lân cận

4 Làm xấu công trình

Làm xấu công trình

Đảm bảo thẩm mỹ

Đảm bảo thẩm mỹ

5 Công nghệ cũChưa kiểm nghiệm thực tế

Công nghệ phóng điện sớm

Sử dụng chất phóng xạ


8. So sánh tính năng kỹ thuật của các kỹ thuật chống sét


Kim FranklinDAS Kim ESE Kim phóng xạTT

6 Đắt hơn các hệ thống khác

Đắt khi bảo vệ nhiều toà nhà

7Không an toàn sử dụng nhiều cáp đồng trần

8

9

Tương đối đắt Tương đối đắt

Không yêu cầu đặc biệt cho cáp thoát sét

Không an toàn sử dụng cáp đồng trần

Không an toàn sử dụng cáp đồng trần

Hiệu quả cho công trình cao 300m so với mực nước biển

Rđ < 10Ω

Không tính đến độ cao so với mặt nước biển



Rđ < 10Ω Rđ < 10Ω Rđ < 10Ω


1. Cáp đồng trần:

7.6. DẪN SÉT XUỐNG ĐẤT AN TOÀN đảm bảo các yêu cầu sau

Cáp đồng trần

Đặt ngoài công trình Tiết diện ≥ 50mm2

Dùng 2 dây nếu công trình cao trên 28m Không đi chung dây điện lực Bán kính đoạn uốn cong > 20cm Cố định chắc chắn( 3 kẹp mỗi m) Bọc vỏ vật liệu chịu nhiệt khi dây cách đất 2m.


2. Cáp thoát sét chống nhiễu Ericore

7.6. DẪN SÉT XUỐNG ĐẤT AN TOÀN

Cáp đồng trần bảo vệ cho các tháp anten viễn thông, phát thanh, truyền hình… có vấn đề sau:

Hiện tượng sét đánh tạt ngang (Side Flashing): dòng sét 100kA tạo chênh lệch 45kV/m trên cáp → phóng điện giữa các cấu kiện. Hiện tượng cảm ứng điện từ trường: rối loạn hoạt động hay hư hỏng các thiết bị nhạy cảm nằm dưới chân tháp do tác dụng điện từ trường của dòng sét gây ra.

Dùng cáp Ericore để loại trừ các hiện tượng trên.




a. Cấu tạo Lớp Plastic

Lõi đồngLớp bán dẫn

Lớp cách điệnLớp bán dẫn

Lớp vỏ đồng

Lớp vỏ bảo vệ

Lỗ kẹp cáp

Tăng độ bền cơ Diện tích 50mm2,

loại bỏ được hiệu ứng mặt ngoài Giảm cường độ điện trường trên bề mặt cáp U cách điện 200kV Được tiếp đất

Cáp thoát sét Ericore




b. Đặc tính

Đặc tính Cáp Ericore Đồng trần

Tổng trở đặc tính(Ω) 4,5 172

Điện kháng(nH/m) 22 0,096

Điện dung(pF/m) 1100 32,4

Tiết diện mặt cắt ngang(mm2) 50 50

Điện trở (mΩ/m) 0,5 0,4

Khả năng chịu quá áp(kV) 200 -

Đường kính(mm) 36 -

Trọng lượng(kg/m) 1,8 -




b. Đặc tính

Ảnh hưởng các thông số trong quá trình tản sét

Điện áp giữa dây dẫn bên trong và lớp vỏ bên ngoài được xác địng bởi 3 thông số riêng biệt.

VD: điện trường đánh thủng không khí 3MV/m, cáp Ericore tải được dòng sét 90kA.

I

t

Giai đoạn 1(Zo) Giai đoạn 2(L)

Giai đoạn 3(R)




b. Đặc tính:

Cáp thoát sét

Ưu điểm của cáp Ericore : Tản dòng sét hiệu quả, an toàn

Không gây hiện tượng sét đánh tạt ngang khi tải sét

Có thể đi gần thiết bị điện tử nhạy cảm, dây điện lực…

Thường dùng 1 cáp thoát sét cho 1 công trình

Dễ lắp đặt, ít bảo trì


1. Yêu cầu chung của hệ thống nối đất (HTNĐ)

7.7. TẢN NHANH NĂNG LƯỢNG SÉT VÀO ĐẤT

Tản nhanh và an toàn Tản an toàn xung quá áp và xung đột biến do sét lan truyền Bảo vệ an toàn cho người và thiết bị Duy trì chức năng vận hành của hệ thống

Tin cậy, tuổi thọ cao, hạn chế bảo trì


2. Tổng trở nối đất và các yêu cầu đối với HTNĐ


HTNĐ phải đảm bảo cực tiểu hoá được U bước và U tiếp xúc khi sét đánh.

Tổng trở nối đất nhỏ ( R nối đất và C các bề mặt tiếp giáp điện cực-đất ).

Các yếu tố ảnh hưởng đến tổng trở nối đất: loại đất, mùa, kết cấu và cấu trúc của HTNĐ…

Để R nối đất nhỏ thì điện trở suất đất ρ (40Ωm (đất sét) ÷ 25000Ωm(đá granite)) phải nhỏ. Chôn HTNĐ sâu 0,5÷0,8m → độ ẩm tăng → ρ giảm.


2. Tổng trở nối đất và các yêu cầu đối với HTNĐ


HTNĐ được thi công sao cho: Có điện trở nối đất đủ nhỏ. Bề mặt tiếp xúc lớn để tăng C của HTNĐ. Mọi kết nối tải được dòng lớn lập lại nhiều lần. Bền vững với thời gian. Không lắp gần đường truyền tải điện.

Rnđ <10Ω

Rnđ = α.R

R: điện trở nối đất thuần (1chiều hay xoay chiều 50Hz)α: Hệ số xung


Hệ số xung α

Điện trở suất của ρ (Ωm)

Cường độ dòng qua cọc nối đất(kA)

5 10 20 40

100500

1000

085÷090060÷070045÷055

075÷086050÷060035÷045

060÷075035÷045025÷030

050÷060025÷030

α của cọc tiếp đất 2 ÷ 3m,với sườn trước xung sét 3÷6µs

α của dây nối đất ngang,với sườn trước xung sét 3÷6µsĐiện trở suất của ρ (Ωm)

Chiều dài dây nối đất(m)

Cường độ dòng qua cọc nối đất(kA)

10 20 40

100 520

075115

065105

04095

500 530

055100

045090

030080

1000 1060

055115

045110

035095


7.8. ĐẲNG THẾ CÁC HỆ THỐNG NỐI ĐẤT

Tình trạng có nhiều hệ thống nối đất → sự chênh lệch áp → nguy hiểm cho thiết bị điện tử và người. Việc nối đất phải theo đường ngắn nhất và đúng tiêu chuẩn. Sử dụng thiết bị cân bằng thế TEC (Transient Earth Clamp) khi các HTNĐ cần cách ly với nhau.

Thiết bị đẳng thế hệ thống đất

Để thực hiện HTNĐ tốt, bền, tổng trở nối đất thấp cần sử dụng: cọc thép bọc đồng, băng đồng, hàn CADWELL, hoá chất giảm điện trở…


7.9. KỸ THUẬT CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN

1. Phân vùng bảo vệ Các thông số cần quan tâm là dạng sóng và biên độ xung sét lan truyền. Dạng xung sét phụ thuộc cách thức sét cảm ứng lên đường dây tải điện.

Xung sét cảm ứng : 8/20µs Xung sét lan truyền : 10/350µs

Biên độ xung sét phụ thuộc vị trí, mức độ lộ thiên của công trình, vị trí tương quan với các công trình lân cận, mật độ sét, cấu trúc đường dây tải điện (trên không hay đi ngầm).



1. Phân vùng bảo vệ

V

T

6kV,200A,100kHz

V

T

6kV,200A,100kHz

V

T6kV; 1,2/50 µs

V

T20kA; 8/20 µs

I

V

T20kA; 10/350 µs

I

V

T70kA; 8/20µs

I

V

T60kA; 10/350 µs

I



Xung sét cực đại theo vùng bảo vệ và mật độ sét

Ng

(lần/km2/năm) Cấp A Cấp B Cấp C Cấp D Cấp E

> 2 10kA 20kA 40kA 70kA 100kA

0,5 ÷ 2 5kA 20kA 20kA 40kA 65kA

< 0,5 3kA 5kA 15kA 40kA 65kA

1. Phân vùng bảo vệ



2. Công nghệa. Khe phóng điện (Spark Gap)

Cấu tạo: 2 cực là 2 bản kim loại cứng cố định ở khoảng cách định trước. Một cực nối đất, 1 cực nối mạng điện. Không khí bị ion hoá giữa 2 bản cực.

Khe phóng điện

Điện áp đánh thủng phụ thuộc độ ẩm. Khe có vỏ bọc là thuỷ tinh hay kim loại. Điện áp phóng điện của khe phụ thuộc sự biến thiên điện áp.




Ưu : Khả năng tản sét hàng trăm kA. Giá thành thấp. Khuyết : Điện áp ngưỡng và điện áp dư cao; t tác động chậm. Khe phóng điện cải tiến gồm khe nối tiếp với điện trở phi tuyến bọc trong vỏ kín.

Ưu : -Tăng khả năng dập hồ quang.

- Tăng khả năng và tốc độ tự phục hồi. Khuyết : Khả năng chịu dòng có hạn.




Ngày nay, các khe phóng điện đạt yêu cầu về năng lượng tản sét, điện áp dư nhưng còn 2 nhược điểm:

Điện áp kích hoạt cao (2,5÷3,5kV) và giảm không đáng kể khi thay đổi khoảng cách 2 điện cực. Dòng tự duy trì cao, tuổi thọ thấp (10÷30 lần/năm).



2. Công nghệb. Khe phóng điện tự kích TGS (Triggered Spark Gap) Cung cấp điện áp dư thấp

Điện áp phóng điện thấp, dòng tự duy trì thấp

Điện áp kích hoạt thấp (500V) → TSG làm việc được với nhiều xung đột biến. Khe phóng điện tự

kích (TSG)



2. Công nghệb. TSG

Đảm bảo khả năng tản dòng sét cường độ cao.

Đèn báo

Sừng phóng điện

Vỏ

Bộ phân dòng

Cực nối

Rãnh gá lắp Buồng hồ quang

Mạch kích

Cực kích

Các phiến sắp lớp tạo thành các khe. Hồ quang vào các khe sẽ bị phân nhỏ và dễ dàng bị dập tắt. Hệ thống kích: kích hoạt phóng điện chính bằng phóng điện mồi khi U ngang qua mạch kích >500V.

Sừng phóng điện

Cấu tạo:



2. Công nghệb. Khe phóng điện tự kích (TSG)

Nguyên lý:1

Xung sét đi vào TSG

2Mạch lệch cảm nhận và cung cấp U mồi

Phóng điện mồi thành phóng điện chính giữa 2 sừng phóng điện

3

Xung quá áp bị kẹp

bởi phóng điện hồ quang

4

Hấp thu năng lượng xung quá áp

5 Dập hồ quang



2. Công nghệb. Khe phóng điện tự kích U dư của TSG (<1,5kV) thấp hơn nhiều U dư của SG (3kV). Tuổi thọ TSG đạt 100000 lần hoạt động. U kích 500V, cắt dòng tản sét 50kA (10/35 µs) và dòng dư < vài A.

TSG SG8/20µs

3,0

1,5

0 10 20 30 40

0

Dạng sóng điện áp dư ứng với xung sét 20kA 8/20 µs

U(kV) I(kA)

µs

10

20

0



2. Công nghệc. MOV (Metal Oxide Varistor)

Dùng các phiến oxi kim loại làm phần tử tản sét. Ưu : hệ số phi tuyến cao, dòng rò nhỏ, khả năng tản sét tốt, t đáp ứng nhanh(<25ns), giá trị điện dung nội tại nhỏ. Khuyết : chế độ lắp đặt và vận hành nghiêm ngặt, U mạng ổn định, hạn chế sử dụng tải là máy hàn…

MOV chỉ bảo vệ mạng có chất lượng điều áp cao.



2. Công nghệd. SAD (Silicon Avalanche Diode)

Dùng các Avalanche Diode làm phần tử tản sét. Ưu: t tác động nhanh(<1ns), tuổi thọ cao. Khuyết: khả năng tản dòng sét nhỏ (<3kA). SAD dùng bảo vệ các thiết bịđặt sâu trong nhà, công suất nhỏ.



2. Công nghệe. TDS (Transient Discriminating Suppressor)

Hoạt động theo nguyên tắc tần số nên chỉ tác động khi có xung sét do phân biệt f sét (1MHz) với các xung quá áp khác (thường 50Hz). Ưu:

Phân biệt sét và các quá áp khác. Chịu quá áp tạm thời cao, tuổi thọ cao. t đáp ứng nhanh, cung cấp bảo vệ hiệu quả. Lắp đặt và vận hành đơn giản hơn MOV.



2. Công nghệe. TDS (Transient Discriminating Suppressor)

Hoạt động theo f. Chỉ tác động khi có xung sét. Tác động 10ns đầu tiên nhằm giảm điện áp sét.

Công tắc tác động nhanh

Đèn báo

Cầu chì

MOV

SAD

Sơ đồ nguyên lý của thiết bị TDS

Tác động 10ns sau nhờ công tắc tác động nhanh.



3. Các loại thiết bị chống sét trên đường cấp nguồn

a. Thiết bị cắt sét Mắc song song với tải. Bình thường có tổng trở lớn, khi có xung sét sẽ hoạt động dẫn sét xuống đất. Nên mắc thêm thiết bị lọc sét vào phía sau thiết bị cắt sét nhằm đưa ra điện áp và tốc độ biến thiên dòng áp thích hợp cho thiết bị.




b. Thiết bị lọc sét

Mắc nối tiếp với tải. Đảm bảo điện áp ra sau khi cắt sét luôn nằm trong giới hạn cho phép (≤ 230V). Hiệu chỉnh tốc độ biến thiên áp và dòng do quá áp ở giới hạn cho phép. Cáp vào và ra nên tách riêng nhau 30cm hoặc đặt thẳng góc.




c. Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị cắt sét Dòng xung sét tản định mức > dòng xung sét max. Khả năng thoát sét 8/20µs 12 xung ≥ 20kA. Có khả năng cắt nhiều xung sét lập lại biên độ nhỏ (<20kA). U định mức thỏa yêu cầu 275-277 Vrms/AC giữa dây L – N và 475-480 Vrms/AC giữa dây L – N. Điện áp thông qua thấp và t đáp ứng nhanh (ns). Khả năng chịu quá áp cao (480 Vrms).




c. Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị cắt sét Bảo vệ đa chế độ, tốt nhất là L-N và N-E. Hoạt động liên tục và tin cậy Có đèn báo phần trăm khả năng cắt sét còn lại. Có khả năng phân biệt quá áp do sét hay các nguyên do khác. Tích hợp công tắc báo động.




d. Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị lọc sét Các yêu cầu giống như yêu cầu đối với thiết bị cắt sét. Ngoài ra còn các yêu cầu sau: Dòng định mức thiết bị > dòng tải max. Cuộn lọc có lõi không khí,tụ điện và điện cảm với tần số cắt từ 300Hz ÷ 3400Hz. Thiết bị lọc sét có dạng tích hợp.




e. Điều kiện lựa chọn thiết bị cắt sét Dòng xung sét cực đại (8/20µs):

Isđmc > Ismax

Điện áp làm việc cực đại :

Uđmc > Ulvmax

Số pha cần bảo vệ : 1 hay 3 pha Cấu hình bảo vệ : L-N, L-E, N-E Khả năng cắt nhiều xung




Khả năng hiển thị tình trạng làm việc

Công tắc báo động Công nghệ chế tạo (MOS hay TDS)

e. Điều kiện lựa chọn thiết bị lọc sét Giống như điều kiện chọn thiết bị cắt sét. Ngoài

ra thêm 1 điều kiện: Dòng điện làm việc cực đại:

lđml > Ilvmax


7.10. KỸ THUẬT CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG TÍN HIỆU

1. Công nghệa. Ống phóng khí

Chất kích hoạt Điện cực

Chất cách điện

Vùng phóng điệnĐiện cực mồi

Ống phóng khí 2 cực

Cải tiến tinh vi của khe phóng điện. Vỏ thuỷ tinh/sứ bên ngoài và khí trơ bên trong. Chứa chất phát xạ để ổn định điện áp phóng điện. Kích thước nhỏ, khe hở lớn nên khi không hoạt hoá có R cách điện lớn.




Ống phóng khí 3 cực

Điện cực “b”Điện cực “a”

Điện cực “e”

Điện cực mồi Cách điện

Thông số kỹ thuật: U phóng điện (1 chiều và xung), U dư max, U hồ quang, I xung max. U 1 chiều (75÷300V) đáp ứng yêu cầu bảo vệ hệ thống viễn thông. Điện áp xung mà thiết bị sẽ đánh lửa có độ biến thiên nhanh(100V/µs).




Thời gian đáp ứng tăng nếu tốc độ biến thiên xung sét chậm. Ưu: Khả năng chịu dòng cao. Điện dung thấp, trạng thái tổng trở ngắt cao.

Khuyết: Thời gian đáp ứng chậm, tuổi thọ có giới hạn. U thông qua cao,hư hỏng ở trạng thái hở mạch.



1. Công nghệb. MOV (Metal Oxyde Varistor)

Điện cực

Hạt ZNO

Mặt cắt ngang của MOV

Cấu tạo từ các hạt oxy kẽm nằm trong ma trận bismuth và các oxy kim loại khác. MOV là 1 nhóm diode mắc song song và trong đó gồm các diode mắc nối tiếp. Bề dày càng lớn → U đánh thủng và U vận hành (8÷1000V) càng lớn. Tiết diện cắt ngang càng lớn → chịu I càng cao.



1. Công nghệb. MOV (Metal Oxyde Varistor)

Thông số kỹ thuật: U vận hành, U đánh thủng, U kẹp với dòng xung đỉnh lớn nhất và dòng rò. U vận hành max < điện áp đánh thủng ở điều kiện bình thường. U đánh thủng là điểm quá độ mà tại đó nếu U tăng lên một lượng nhỏ thì I tăng lên một lượng đáng kể. I xung đỉnh max (vài chục ÷ vài trăm A) phụ thuộc diện tích thiết bị.



1. Công nghệb. MOV

Năng lượng quá độ chuyển hoá từ xung có biên độ đỉnh 90V và giảm theo hàm mũ. Chế độ dòng rò của MOV tương tự tiếp giáp p-n. MOV làm việc với điện áp ngược 2 chiều nên t đáp ứng rất nhanh.

Dạng sóng điện áp kẹp của MOV

MOV (27V)

Vpeak = 62,5V

R nguồn = 0,55 Ω

Hệ số kẹp là 2,3



1. Công nghệb. MOV MOV có thể hư hỏng khi điện áp đánh thủng giảm dưới mức ±10%. MOV đang chịu dòng xung thì giảm đi 1 lượng hạt nơi tiếp giáp làm cho nó nóng quá mức và chuyển sang trạng thái dẫn điện cao. Ưu trong bảo vệ thiết bị vi xử lý: khả năng chịu dòng cao, dãy điện áp và dòng điện hoạt động rộng, t đáp ứng nhanh. Khuyết: U đánh thủng giảm từ từ và XC cao.



1. Công nghệc. Diode Zener (Zener TVS – Trasient Voltage Suppression)

Cấu tạo từ tiếp giáp silicon p-n, có thể vận hành ở U ngược và chịu dòng điện cao hơn.

Các thông số kỹ thuật: U vận hành max, U đánh thủng ngược max, I xung đỉnh, U kẹp đỉnh, Năng lượng xung đỉnh và dòng rò.

Vỏ Plastic

Lớp bán dẫn

Mối hàn

Mặt cắt ngang của Diode Zener



1. Công nghệc. Diode Zener (Zener TVS)

U vận hành từ 5÷250V. U dẫn ngược xác định U xung đỉnh xoay chiều hay 1 chiều mà diode có thể chịu được.

U đánh thủng ngược max là mức phân cực mà tại đó thiết bị dẫn ở chế độ hiệu ứng thác. Dòng xung đỉnh là giới hạn trên cao nhất mà ở đó thiết bị hy vọng sẽ có tuổi thọ cao nhất.



1. Công nghệc. Zener TVS

Dạng sóng U kẹp của Zener TVS 27V có khả năng tản năng lượng 1,5J.

Năng lượng xung đỉnh (500W, 6000W, 1500W) là năng lượng tiêu tán tức thời ở điều kiện xung đánh giá. Khi độ rộng xung giảm thì năng lượng đỉnh tăng

Điệ

n áp

kẹp

VC(V

)

T (500µs/div)

Dạng sóng U kẹp của Zener TVS

theo hàm logarit.



1. Công nghệc. Zener TVS

Dòng rò tương đối cao với cấp hạ áp công nghiệp (500µA ÷ 1000µA) và giảm còn ≤ 5µA với cấp U cao hơn 10V.

Ưu: Khả năng chịu xung lặp lại cao; hệ số kẹp thấp; t tác động hàng ns; không già hóa, dãy điện áp rộng.

Khuyết: dòng xung không lặp lại thấp; XC cao với U thấp.



1. Công nghệ

d. Công nghệ hỗn hợp

Sử dụng công nghệ hỗn hợp ống phóng khí, MOV, SAD để tận dụng những ưu điểm và hạn chế của các công nghệ.

GDT

Z Z

ZZ

MOV

MOV

SAD

SAD

Sơ đồ cấu tạo của thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu

20kA 10kA5kA

1ns25ns100ns

Khả năng tản sét

Thời gian đáp ứng



2. Các yêu cầu đối với thiết bị chống sét trên đường tín hiệu

Chịu được dòng xung sét (8/20µs) có biên độ ≥ 5kA. t đáp ứng ≤ 5ns đối với xung có độ dốc 2kV/ns. Tỷ số sóng đứng cho toàn bộ dải f ≤ 1,5:1. Suy hao xen vào của thiết bị bảo vệ <0,5dB. Dải to rộng, thích nghi với điểm lắp đặt. C > 3pF; trở kháng và loại đầu nối thích hợp. Chịu được 400 lần sóng(10/1000µs) biên độ 500A



3. Các loại thiết bị chống sét trên đường tín hiệu Thiết bị chống sét :

Trên đường đồng trục với các dải tần MF,HF,VHF,UHF. Trên đường dây thoại Trên đường truyền dữ liệu tốc độ cao Trên đường truyền E1 Trên đường truyền dữ liệu Cảm biến tải trọng



3. Các loại thiết bị chống sét trên đường tín hiệu Thiết bị chống sét :

Trên đường tín hiệu công nghiệp theo chuẩn RS232, RS422, RS485 Trên đường tín hiệu Video Bảo vệ máy tính, thiết bị ngoại vi Bảo vệ mạng nội bộ LAN Bảo vệ mạng diện rộng WAN



4. Điều kiện chọn thiết bị Dòng xung sét cực đại (8/20µs): Isđmc >

Ismax

Điện áp làm việc cực đại : Uđmc > Ulvmax

Tốc độ truyền tín hiệu: fmax > fđm

U kẹp (LAN: <10V; RS232: <15v; RS422/485: <9V; V.35: <20V; Dial Up: <315V;…

Tốc độ đáp ứng: <5ns

Suy hao xen vào: < 0,5dB

Đầu nối phù hợp: RJ11, DB9, Krone, Twinax, Coax BNC…


7.11. VÍ DỤ ÁP DỤNG Ví dụ 1: Thiết kế chống sét trực tiếp cho công trình dài 60m, rộng 30m, cao 10m cho 2 trường hợp:

a. Sử dụng kim Franklin b. Sử dụng kim ESEGiải

a. TH dùng kim Franklin: Dùng kim cao h=2,4m, S = 50mm2 bố trí như hình. Chỉ cần kiểm tra khoảng cách an toàn giữa các kim:

12m

10m

Sử dụng kim Franklin

Dd=12m<7h=16,8m Dn=10m<7h=16,8m Dc= (122+102)1/2 = 15,6m<16,8m

Đạt yêu cầu


7.11. VÍ DỤ ÁP DỤNG Ví dụ 1:

Hệ thống cọc nối đất (L=3m; d=16mm, chôn sâu h=0,5m) bố trí như hình. ρ = 300Ωm.

a. TH dùng kim Franklin:

32m

62m Điện trở nối đất 1cọc:Áp dụng công thức:rC = 80,4(Ω) Với số cọc n=6, η = 0,8 RC = rC/(n.ηC) = 16,8(Ω) Điện trở hệ thống 6 cọc:Cáp đồng trần S=50mm2,đường kính d=8mm Điện trở nối đất của cáp đồng trần có tổng chiều

dài Lt = 62×2+32×2=188m:

Áp dụng công thức:rt = 4,26(Ω)


7.11. VÍ DỤ ÁP DỤNG Ví dụ 1: a. TH dùng kim Franklin:

Điện trở nối đất toàn hệ thống: RTH =

RC.Rth

RC +Rth

= 4,77(Ω)

Rth = rt / ηth = 4,26/0,64 = 6,66(Ω)

Điện trở nối đất của cáp khi xét đến hệ số sử dụng thanh dây ηth=0,64:

Điện trở xung nối đất: Lt =188m, α = 1Rnđ = α.RHT = 4,77(Ω) < 10Ω

Đạt yêu cầu


7.11. VÍ DỤ ÁP DỤNG

Ví dụ 1: b. TH dùng kim ESE Dùng kim ESE h=4m, t phóng điện sớm ∆T=45µs. Chọn mức bảo vệ trung bình(D=45m, I =10kA).

Sử dụng kim ESE

Độ lợi khoản cách:

∆L = V. ∆T = 1,1.45=49,5(m)

Bán kính bảo vệ:

Đạt

Dây thoát sét là cáp đồng trần S = 50mm2 .

)m(85ΔL)ΔL(2Dh)h(2.DRP


7.11. VÍ DỤ ÁP DỤNG Ví dụ 1: b. TH dùng kim ESE Hệ thống nối đất gồm 5 cọc dài L=3m, đường kính d=16mm, chôn cách nhau 6m. Cáp liên kết các cọc nối đất là cáp đồng trần S = 50mm2. Tính toán điện trở toàn hệ thống tương tự như TH a. Ta được:

6m

Sử dụng kim ESE

RHTX = 7,45 Ω < 10Ω

Đạt yêu cầu



Ví dụ 2: Đề ra giải pháp chống sét lan truyền cho phòng máy tính 30 máy nối mạng, có 1 đường cáp RJ45 từ HUB của phòng máy nối với máy chủ, 1 đường cáp điện thoại có số riêng.

Giải

Dòng tải của 30 máy tính: I=1,2.30=36(A)

Vì máy tính là là thiết bị điện tử nhạy cảm nên thiết bị cắt lọc sét được lắp đặt tại tủ phân phối của phòng và thoả những điều kiện lựa chọn thiết bị cắt sét và lọc sét.



Ví dụ 2:

Chọn thiết bị cắt lọc sét có Isđmc=130kA, Iđml=40A, Uđmc=277V, 1 pha, cấu hình bảo vệ L-N và N-E, đèn báo hiển thị, công tắc báo động, công nghệ TSG + TDS.

Chống sét lan truyền trên đường mạng máy tính sử dụng thiết bị chống sét cho mạng LAN-RJ45. Thiết bị này có Isđmc = 20kA (8/20µs).

Chống sét cho đường điện thoại sử dụng thiết bị chống sét trên 1 đôi dây UTB-SA có Isđmc=20kA (8/20 µs).



Ví dụ 3: Thiết kế chống sét trực tiếp cho công trình trong hai trường hợp:

a. Sử dụng kim Franklin b. Sử dụng kim ESE

15m10m

9m10m

13m7m

30 m



Ví dụ 3: a. Sử dụng kim Franklin

1

23

5

4

6

7

AB

CD

Dùng kim cao h = 2,4m, S = 50mm2 bố trí như hình. Kiểm tra khả năng bảo vệ rìa mái của kim 1 & 2:HA= HB=10m < 30m → p=1h= 10+9+2,4=21,4m→HA<2/3h

10mBCAB13,35m)p0,8h

H1,5h(1r A

A

ha=9+2,4=11,4m; a = 10m, ta có:

10mBCABm46,12a14h

ah7r2b

A

AAA



Ví dụ 3: a. Sử dụng kim Franklin

1

23

5

4

6

7

AB

CD

Kiểm tra khoảng cách giữa các kim

D14=D23=7m<7h=7.2,4=16,8m

D12 =D34=10m<7h

D24=D13=(72+102)1/2 =12,2m<7hD56=D23=13m<7h; D57 =(102+132)1/2 =16,4m <7h

Như vậy hệ thống 6 kim đạt yêu cầu bảo vệ. Tản sét bằng cáp đồng trần S=50mm2 nối vào 2 kim 2 và 6. Cách đất 3m cáp đi trong ống PVC.



Ví dụ 3: a. Sử dụng kim Franklin Hệ thống nối đất có dạng vòng bằng cáp đồng trần S=50mm2, ρ = 200Ωm.

Lt = 34.2+14.2= 96m

2m

3m

2m

1,51]-)h.d

4L[ln(

Lr t

tt

Với a/L =2, tra bảng ηth =0,55 Điện trở nối đất của vòng nối đất khi xét đấn ηth:

Rth = rt / ηth = 5,1/0,55 = 9,3 (Ω)

Điện trở xung nối đất : Rnđ = α.Rth = 1.9,3= 9,3 < 10Ω



Ví dụ 3: b. Sử dụng kim ESE Dùng kim ESE h=3m, t phóng điện sớm ∆T=25µs. Chọn mức bảo vệ rất cao D = 10.I2/3 = 20m, I = 3kA). Độ lợi khoảng cách: ∆L= V.∆T = 1,1.25 = 27,5m Bán kính bảo vệ tính từ đỉnh kim tới mp 1234:

1

23

5

4

6

7

A B

CD

m44ΔL)ΔL(2Dh)h(2.DRp1234 Tương tự ta có: Rp567 = 46m ; RpABC = 47m Bán kính bảo vệ tính từ đỉnh kim tới đất: Rp=47,5m Có thể bảo vệ trong phạm vi 47,5m.



Ví dụ 3: b. Sử dụng kim ESE1

23

5

4

6

7

A B

CD Hệ thống nối đất gồm 3 cọc dài L=3m, đường kính d=16mm, chôn cách nhau 6m. Cáp liên kết các cọc nối đất là cáp đồng trần S = 50mm2. Công trình nhiều thiết bị điện tử → sử dụng cáp chống sét Ericore với LE =3+8,6+9+10+10+3=44m. Điện trở nối đất 1 cọc: rC = 53,6(Ω)

Áp dụng công thức:Với n = 3, a/l = 6/3 = 2, tra bảng ηC=0.86

Điện trở nối đất 3 cọc: RC = rC/(n.ηC) = 20,8(Ω)



Ví dụ 3: b. Sử dụng kim ESE Điện trở của cáp đồng trần d=8mm(S=50mm2) có tổng chiều dài Lt = 6.2= 12m, chôn sâu so với mặt đất h=0,5m:

Áp dụng công thức:

rt = 29,9(Ω)

Với n=3, a/L = 2, tra bảng

=> Rth = rt / ηth = 32,5(Ω)

Điện trở nối đất toàn hệ thống: RTH =

RC.Rth

RC +Rth

= 12,68(Ω)

Điện trở xung nối đất : với α = 0,75

Rnđ = α.Rth = 0,75.12,68 = 9,51 < 10Ω Đạt yêu cầu

→ ηth = 0,92


Hệ số sử dụng ηC, ηth

Số cọc chôn thẳng đứng

Tỷ số a/l a : khoảng cách giữa các cọc

l : chiều dài cọc

1 2 3

ηC ηth ηC ηth ηC ηth

4 6 8 10 20 30 50 70 100

0,690,620,580,550,470,430,400,380,35

0,450,400,360,340,270,240,210,200,19

0,780,730,710,690,640,600,560,540,52

0,550,480,430,400,320,300,280,260,24

0,850,800,780,760,710,680,660,640,62

0,700,640,600,560,470,410,370,350,33

II. Các cọc đặt theo chu vi mạch vòng:


Hệ số sử dụng ηC, ηth

Số cọc chôn thẳng đứng

Tỷ số a/l a: khoảng cách giữa các cọc

l : chiều dài cọc

1 2 3

ηC ηth ηC ηth ηC ηth

3 4 5 6 10 15 20 30

0,780,740,700,630,590,540,490,43

0,800,770,740,720,620,500,420,31

0,860,830,810,770,750,700,680,65

0,920,870,860,830,750,640,560,46

0,910,880,870,830,810,780,770,75

0,950,920,900,880,820,740,680,58

I. Các cọc đặt thành dãy:


Documents

ĐATN_ An toàn điện_chuong 7