Chống sét theo phương pháp hiện đại giới thiệu một số công nghệ chống sét mới

PHAÀN II CHOÁNG SEÙT THEO PHÖÔNG PHAÙP HIEÄN ÑAÏI GIÔÙI THIEÄU MOÄT SOÁ COÂNG NGHEÄ CHOÁNG SEÙT MÔÙI. CHÖÔNG I CHOÁNG SEÙT TRÖÏC TIEÁP THEO PHÖÔNG PHAÙP HIEÄN ÑAÏI I . QUAN ÑIEÅM HÌNH THAØNH . Moät thôøi gian daøi, ñeå choáng seùt tröïc tieáp vaøo coâng trình, ngöôøi ta thöôøng duøng caùc phöông phaùp nhö: kim Franklin, loàng Faraday hay keát hôïp loàng vaø kim. Tuy nhieân thöïc teá caùc thieát bò neâu treân hoaït ñoäng keùm hieäu quaû. Qua quan saùt 30 naêm trôû laïi ñaây, coù loaïi ñieän cöïc thu seùt ñöôïc caûi tieán nhö : loaïi ñieän cöïc phoùng xaï, loaïi ñieän cöïc phaùt xaï sôùm ñaõ ñöôïc öùng duïng vaøo thöïc tieãn. Treân thò tröôøng Vieät Nam hieän nay ñang duøng caùc loaïi ñaàu thu phaùt xaï sôùm (ESE), goàm coù Prevectron cuûa haõng Indelec (Phaùp), EF cuûa haûng EF Carrich System (Thuïy Só ), Dynasphere, Inteceptor cuûa haõng Global Lightning Technologies - GLT( UÙc )…Trong ñoù Dynasphere, Inteceptor laø ñöôïc söû duïng nhieàu nhaát. II. KIM THU SEÙT PHAÙT XAÏ SÔÙM . 1.Caáu Taïo thieát bò choáng seùt taïo tia tieân ñaïo bao goàm . Kim thu seùt trung taâm baèng ñoàng ñieän phaân hoaëc theùp, hôïp kim khoâng ræ. Kim naøy coù taùc duïng taïo moät ñöôøng daãn doøng seùt lieân tuïc töø tia tieân ñaïo vaø daãn xuoáng ñaát thoâng qua daây thoaùt seùt. Boïc beân ngoaøi laø thieát bò taïo ion, giaûi phoùng ion vaø chuû ñoäng phaùt ra tia tieân ñaïo sôùm leân phía treân, nhanh hôn baát kì ñænh nhoïn naøo laân caän. Nhôø thieát bò naøy maø ñaàu thu seùt coù theå taïo ra vuøng baûo veä roäng lôùn vôùi möùc ñoä an toaøn cao. 2. Veà nguyeân taéc hoaït ñoäng . Trong tröôøng hôïp doâng baõo xaûy ra ñieän tröôøng khí quyeån gia taêng khoaûng vaøi ngaøn V/m, ñaàu thu seùt seõ thu naêng löôïng ñieän tröôøng khí quyeån, naêng löôïng naøy ñöôïc tích tröõ trong naêng löôïng ion hoùa. Tröôùc khi xaûy ra hieän töôïng phoùng ñieän seùt coù moät söï gia taêng nhanh choùng vaø ñoät ngoät cuûa ñieän tröôøng khí quyeån, aûnh höôûng naøy taùc ñoäng ñeán thieát bò ion hoùa giaûi phoùng naêng löôïng ñaõ tích luõy daïng ion taïo ra moät ñöôøng daãn tieân ñaïo veà phía treân, chuû ñoäng daãn seùt. * Quaù trình ion hoùa ñöôïc ñaëc tröng bôûi: Thieát bò ion hoùa cho ion phaùt ra trong khoaûng thôøi gian raát ngaén vaø taïi thôøi ñieåm thích hôïp ñaëc bieät, chæ vaøi phaàn cuûa giaây tröôùc khi coù phoùng ñieän seùt, do ñoù ñaûm baûo daãn seùt kòp thôøi chính xaùc. Söï xuaát hieän moät soá löôïng lôùn caùc electron tieân ñaïo cuøng vôùi söï gia taêng cuûa ñieän tröôøng coù taùc duïng ruùt ngaén thôøi gian taïo hieäu öùng Corona. Ñaàu thu ESE phaùt ra moät ñöôøng daãn seùt chuû ñoäng veà phía treân nhanh hôn baát cöù ñieåm nhoïn naøo gaàn ñoù coù cuøng ñoä cao. 3. Caùch xaùc ñònh vuøng baûo veä . Tuøy theo coâng ngheä cheá taïo cuûa töøng loaïi ñaàu thu maø caùc nhaø saûn xuaát ñöa ra coâng thöùc tính toaùn phaïm vi baûo veä khaùc nhau. Hình 1.1 : Vuøng baûo veä cuûa ñaàu thu Vôùi kim thu Dynasphere phaïm vi baûo veä cuûa ñöôïc tính theo coâng thöùc : Rp= Trong ñoù : DL =V. DT V : Toác ñoä phaùt trieån cuûa tia tieân ñaïo ñi leân (V =1,1m/ms) DT : Ñoä lôïi veà thôøi gian cuûa töøng ñaàu kim (thôøi gian phoùng ñieän sôùm). h : Chieàu cao thöïc kim tính töø maët baûo veä. D : Baùn kính baùn caàu phoùng ñieän: - D = 20 m vôùi caáp baûo veä cao (quan troïng) - D = 45 m vôùi caáp baûo veä trung bình. - D = 60 m vôùi caáp baûo veä tieâu chuaån. Phaïm vi baûo veä cuûa ñaàu thu Dynasphere ñöôïc xaây döïng treân phöông phaùp Collection Volume cuûa tieán só A-J Eriksow. Phöông phaùp naøy ñöôïc moâ taû nhö sau: Ñieän tích Q phaân boå doïc theo luoàng ñieän phoùng xuoáng gaây söï taêng nhanh ñieän tröôøng giöõa noù vaø tieáp ñieåm ñaát. Khi ñaït ñeán giaù trò ñieän tröôøng tôùi haïn, tieáp ñieåm phoùng moät luoàng tieáp nhaän leân treân. Khoaûng caùch ôû nôi xaûy ra söï kieän naøy goïi laø “khoaûng caùch seùt ñaùnh”. Ñieän tröôøng tôùi haïn phuï thuoäc vaøo caû ñieän tích phoùng xuoáng vaø caû khoaûng caùch tieáp ñieåm ñaát. Hình 1.1 cho thaáy söï hình thaønh baùn caàu khoaûng caùch seùt xung quanh moät tieáp ñaát ñôn ñoäc, ñieän tích phoùng caøng lôùn khoaûng caùch naøy caøng lôùn. Ñaùnh tröôït Parabol Vuøng thu seùt 1,0C O,5C Hình 1.2 : Vuøng thu seùt, baùn caàu ñöôïc bao bôûi moät parapol giôùi haïn. Hình 1.2 cho thaáy theå tích thu trôû neân roäng lôùn hôn vôùi söï taêng ñieän tích luoàng, coù theå noùi raèng luoàng phoùng xuoáng ñi vaøo moät theå tích nhö theá thì veà lyù thuyeát doøng ñieän chaéc chaén phoùng xuoáng ñaàu thu. Coù nghóa doøng ñieän seùt caøng lôùn theå tích thu caøng lôùn. Moät chöông trình maùy tính BENJI do Lighting Protection International Ply LTD xaây döïng . Noù tính toaùn maät ñoä ñieän tröôøng töông öùng ôû moãi giai ñoaïn vaø so saùnh söï gia taêng ñieän tröôøng cuûa caùc ñieåm ñoái dieän (caùc goùc vaø caùc caïnh toaø nhaø, aênten, thieát bò…). Sau ñoù chöông trình tính ra ñieåm naøo taïo ra tieân ñaïo höôùng leân ñaàu tieân gaëp tieân ñaïo höôùng xuoáng. Söï phoùng ñieän chính phoùng trôû laïi theo ñöôøng tieân ñaïo môû. Coù theå tính toaùn baùn caàu thu cho moãi ñieåm thích öùng. Caùc ñaàu thu seùt hieän ñaïi ñaõ chöùng minh khaû naêng taïo ra nhieàu theå tích thu lôùn hôn coät Franklin. Moät hay nhieàu ñaàu thu nhö vaäy ñöôïc ñaët treân caáu truùc caàn baûo veä ñeå caùc theå tích thu cuûa chuùng phuû laép treân caùc theå tích nhoû töï nhieân ôû caùc ñieåm nhoâ ra cuûa caáu truùc. Phöông phaùp naøy toû ra thuaän tieän vaø haáp daãn cho caùc chuyeân vieân aùp duïng vaøo vieäc thieát keá choáng seùt . * Treân hình 1.3 ta xeùt nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa kim thu seùt Dynasphere Trong tröôøng hôïp tónh ñieän, quaû caàu noái ñaát qua trôû khaùng vaø do daïng hình hoïc cuûa noù hieäu öùng Corona ñöôïc cöïc tieåu hoùa. Trong tröôøng hôïp ñoäng, tia tieân ñaïo seùt ñi xuoáng gheùp ñieän dung vôùi beà maët quaû caàu. Quaû caàu phaûn öùng laïi söï gia taêng ñieän tröôøng baèng caùch taêng theá . Khe phoùng ñieän ñöôïc hình thaønh do söï cheânh leäch theá giöõa quaû caàu vaø kim leäch theá ôû giöõa Theå tích haáp thu Q=1C Q=0,5C Hình 1.3 Phöông phaùp theå tích haáp thu. Naêng löôïng tích luõy ñöôïc giaûi phoùng döôùi daïng ion, taïo ra moät ñöôøng daãn tia tieân ñaïo ñi leân phía treân chuû ñoäng daãn seùt xuoáng. * Treân hình 1.3 ta cuõng xem nguyeân lyù xaùc ñònh vuøng baûo veä. Vuøng baûo veä ñöôïc xaây döïng töø moät baùn caàu phoùng ñieän vaø moät parapol giôùi haïn baùn caàu ñoù. Tuøy theo möùc baûo veä coâng trình, töông öùng vôùi ñieän löôïng hay cöôøng ñoä seùt, maø xaùc ñònh ñöôïc caùc ñöôøng baûo veä khaùc nhau. Kim thu seùt Dynasphere ñöôïc ñaët treân coâng trình sao cho vuøng baûo veä cuûa noù phuû khaép caùc vuøng thu seùt cuûa caùc ñieåm caïnh tranh cuûa caáu truùc coâng trình (ñænh nhoïn nhoâ ra, goùc nhoïn, gôø maùi….) hay noùi caùch khaùc, baùn kính vuøng baûo veä Rbv cuûa Dynasphere phaûi bao truøm caùc baùn kính vuøng caïnh tranh Rct cuûa caùc ñieåm caïnh tranh. Baùn kính vuøng baûo veä tuøy thuoäc vaøo ñoä cao coâng trình, ñoä cao thanh ñôõ vaø möùc baûo veä. III. DAÂY THOAÙT SEÙT . Ngay khi tia tieân ñaïo bò thu baét baèng caùc ñaàu kim thu seùt, thì daây thu seùt coù nhieäm vuï daãn doøng seùt töø ñaàu thu seùt ñeán heä thoáng noái ñaát moät caùch an toaøn. Daây daãn seùt coù 3 daïng chính laø: deïp, troøn hay beän nhieàu sôïi. Tieát dieän thöïc cuûa chuùng phaûi lôùn hôn hoaëc baèng 50mm2. Gaàn ñaây ngöôøi ta coøn duøng daây daãn xuoáng coù boïc caùch ñieän vaø choáng nhieãu (daây Ericore) coù nhöõng tính naêng öu vieät. Thuaän lôïi chính cuûa daây daãn loaïi naøy laø coù theå ñi ngaàm trong beân trong keát caáu coâng trình vaø choáng nhieãu cho caùc thieát bò caàn thieát. Trong haàu heát caùc tröôøng hôïp chæ caàn moät daây daãn xuoáng coù boïc. IV. HEÄ THOÁNG NOÁI ÑAÁT . 1. Noái ñaát choáng seùt . Thieát bò noái ñaát thöôøng laø coïc, thanh baèng kim loaïi hay baèng ñoàng phaúng coù hình daïng vaø kích thöôùc khaùc nhau choân trong ñaát. Coïc thöôøng ñöôïc cheá taïo töø caùc loaïi theùp oáng, theùp troøn, theùp goùc. Thanh ñöôïc cheá taïo baèng caùc baêng theùp deïp, theùp troøn. Hieän nay söû duïng phoå bieán nhaát laø caùc coïc theùp baèng ñoàng coù ñöôøng kính töø 13mm, vì noù coù ñoä daãn ñieän toát, ñoä choáng aên moøn cao ñoái vôùi taùc ñoäng cuûa khí quyeån hay ñaát bao boïc xung quanh, beàn vöõng trong keát noái vaø laép ñaët. Caùc coïc theùp khoâng ræ cuõng ñöôïc khuyeán khích söû duïng ôû nhöõng moâi tröôøng aên moøn cao, ñieån hình cho loaïi naøy laø coïc theùp khoâg ræ coù haøm löôïng crom tinh chaát 17% vaø ñöôïc phuû moät lôùp chaát choáng aên moøn. Ñeå taêng dieän tích tieáp xuùc giöõa ñaát vaø ñieän cöïc, coâng ngheä môùi coøn söû duïng baêng ñoàng ñeå lieân keát caùc coïc noái ñaát thay cho caùp ñoàng traàn. Vieäc lieân keát giöõa caùc boä phaän noái ñaát coøn ñöôïc thöïc hieän baèng coâng ngheä haøn hoùa nhieät, coâng ngheä naøy coù khaû naêng taïo ra moái noái phaân töû beàn vöõng vaø hieäu quaû daãn ñieän cao. Ngoaøi ra coøn moät yeáu toá noåi baäc trong heä thoáng noái ñaát hieän ñaïi laø vieäc söû duïng hoùa chaát laøm giaûm ñieän trôû ñaát, hoùa chaát naøy ñöôïc söû duïng ôû nhöõng vuøng ñaát coù ñieän trôû suaát cao, tính daãn ñieän keùm.vieäc söû duïng hoùa chaát naøy ñeå laøm giaûm ñieän trôû ñaát tieát kieäm hôn nhieàu so vôùi vieäc taêng cöôøng coïc trong heä thoáng noái ñaát. 2. Noái ñaát ñaúng theá . Noái ñaát ñaúng theá laø moät trong nhöõng yeáu toá quan troïng trong heä thoáng noái ñaát choáng seùt . Khi doøng seùt ñi qua daây daãn seùt, coù moät söï cheânh leäch theá giöõa daây daãn naøy vaø caùc caáu truùc kim loaïi ñaët noái ñaát beân caïnh. Söï phoùng ñieän gaây nguy hieåm coù theå xaûy ra giöõa daây daãn seùt vaø nhöõng boä phaän kim loaïi naøy,cho neân phaûi taïo ra moät maët phaúng caân baèng ñieän theá nhaèm baûo veä cho ngöôøi vaø thieát bò. Hình 1.4:Moät heä thoángnoái ñaát ñaúng theá hieän ñaïi Hieän nay treân thò tröôøng ñaõ coù nhöõng thieát bò ñaêûng theá heä thoáng noái ñaát coù nhieàu tính naêng öu vieät (TEC) .Thieát bò naøy chæ lieân keát caùc boä phaän noái ñaát khi coù seùt xaûy ra (khi coù söï cheânh leäch theá hay quaù aùp noäi boä), khi bình thöôøng thì noù caùch ly caùc boä phaän noái ñaát, ñaùp öùng ñöôïc caùc yeâu caàu ñaët ra . Coâng ngheä môùi Coâng ngheä cuõ Hình 1-5: So saùnh thieát bò choáng seùt theo coâng ngheä cuõ vaø môùi