Bài 4 BẢO VỆ CHỐNG SÉT

Chia sẻ: Tran Tan Cong | Ngày: | Loại File: PPT | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

208
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sét cũng được tạo ra bởi những cột tro trong những vụ phun trào núi lửa hoặc trong những trận cháy rừng dữ dội tạo ra một làn khói đặc đủ để dẫn điện. Lý do sét hình thành và nguồn gốc của nó vẫn là một vần đề còn đang tranh luận: Các nhà khoa học đã nghiên cứu các nguồn gốc khác nhau như gió, độ ẩm, ma sát và áp thấp khí quyển cho đến ảnh hưởng của gió mặt trời và các hạt tích điện trong năng lượng mặt trời. Các tinh thể băng trong các đám...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài 4 BẢO VỆ CHỐNG SÉT

I. Hiện tượng sét (Lightning) Sét hay tia sét là hiện tượng phóng điện trong khí quy ển giữa các đám mây và đất hay giữa các đám mây mang các điện tích khác dấu đôi khi còn xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hay bão bụi (cát). Khi phóng điện trong khí quyển tia sét có thể di chuyển với tốc độ 36.000 km/h (22.000 mph) vì sét là sự di chuyển của các ion nhưng hình ảnh của sét là do dòng plasma phát sáng tạo ra nên có thể thấy nó trước khi nghe tiếng động vì tiếng động chỉ di chuyển với tốc độ 1.230 km/h trong điều kiện bình thường của không khí còn ánh sáng đi được 299.792.458 m/s. Sét đạt tới nhiệt độ 30.000 °C (54.000 °F) gấp 20 lần nhiệt độ cần thiết để biến cát silica thành thủy tinh (chỉ cần 1330 °C để làm nóng chảy SiO 2), những viên đá được tạo ra bởi sét đánh vào cát gọi là fulgurite (thường nó có dạng hình ống do sét di chuyển vào lòng đất). Có khoảng 16 triệu cơn dông mỗi năm.
Sét cũng được tạo ra bởi những cột tro trong những vụ phun trào núi lửa hoặc trong những trận cháy rừng dữ dội tạo ra một làn khói đặc đủ để dẫn điện. Lý do sét hình thành và nguồn gốc của nó vẫn là một vần đề còn đang tranh luận: Các nhà khoa học đã nghiên cứu các nguồn gốc khác nhau như gió, độ ẩm, ma sát và áp thấp khí quyển cho đến ảnh hưởng của gió mặt trời và các hạt tích điện trong năng lượng mặt trời. Các tinh thể băng trong các đám mây có thể là yếu tố quan trọng trong việc hình thành tia sét do nó có thể tạo ra một môi trường tích điện cực trái dấu nhau trong các đám mây dẫn đến việc hình thành sét. Khi hai đám mây tích điện trái dấu lại gần nhau, hiệu điện thế giữa chúng có thể lên tới hàng triệu von. Giữa hai đám mây có hiện t ượng phóng tia lửa điện và ta trông thấy một tia chớp. Vài giây sau ta m ới nghe thấy tiếng nổ, đó là “sấm” (vận tốc ánh sáng nhanh hơn vận tốc của tiếng động nên ta trông thấy tia chớp trước). Nếu có đám mây dông tích điện đi gần mặt đất tới những khu vực trống trải, gặp một vật có độ cao như cây cối, người cầm cuốc xẻng... thì sẽ có hiện tượng phóng tia lửa điện giữa đám mây và mặt đất. Đó là hiện tượng sét đánh.
Có nhiều loại sét: Sét từ mây và mây,mây xuống đất,sét khô, sét tên lửa,… Sét từ mây và mây và Sét đánh khi núi lửa Một tia sét nối vùng xuống đất. Galunggung phun trào. đỉnh của tầng đối lưu với mặt đất.
II.Các tác hại của phóng điện sét Đối với người và gia súc, sét nguy hiểm trước hết như một nguồn điện áp cao có dòng lớn. Như chúng ta đã biết, chỉ cần một dòng điện rất nhỏ khoảng vài chục Miliampere đi qua cũng có thể gây nên chết người. Vì thế, rất dễ hiểu tại sao khi bị Sét đánh trực tiếp người thường bị chết ngay. Nhiều khi sét không phóng điện trực tiếp cũng gây nguy hiểm.Lý do là khi dòng điện sét đi qua một vật nối đất, nó gây nên một sự chênh lệch thế khá lớn tại những vùng đất gần nhau,hay nói một cách khác là có một Gradient điện thế lớn.Nếu người hoặc gia súc đứng trú mưa khi có dông dưới cây cao ngoài cánh đồng,nếu cây bị sét đánh, có thể điện áp bước sẽ nguy hiểm. Trong thực tế đã có những trường hợp hàng trăm con bò bị chết vì sét đánh. Dòng sét gây nhiệt độ rất lớn, khi phóng vào các vật cháy được như nhà tranh, gỗ khô, nó có thể gây nên đám cháy lớn. Điểm này cần đặc biệt chú ý đối với việc bảo vệ các kho nhiên liệu và các vật liệu dễ nổ.
Khi sét đánh vào nhà, công trình hay cây cối do tác động của dòng điện sét đi qua làm hư hỏng về độ bền cơ học. Cây cối bị nổ tung vì khi dông sét đi qua nung nóng phần lõi, hơi nước bốc ra quá nhanh và phá vỡ thân cây.Các công trình làm bằng gỗ hư hỏng hoàn toàn;các công trình làm bằng gạch đá sẽ bị thiệt hại đáng kể; còn đối với các công trình làm bằng bê tông cốt thép khi bị sét đánh sự hư hỏng về mặt cơ học có bị giới hạn hơn so với các loại công trình trên. Những đường dây tải điện trên không khi bị sét đánh sóng quá điện áp truyền vào trạm có thể phá hủy các thiết bị trong trạm nếu không có biện pháp bảo vệ an toàn. Cần chú ý là điên áp sét có thể là cảm ứng trên các vật dẫn (cảm ứng tĩnh điện, cảm ứng điện từ) khi có phóng điện sét ở gần. Điện áp này có thể lên tới hàng chục kilovolt do đó rất nguy hiểm… Như vậy sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp hoặc gián tiếp, chúng ta cần phải nghiên cứu cách bảo vệ trực tiếp và gián tiếp đối với sét.
III. Bảo vệ sét đánh trực tiếp: 1. Các nguyên tắc thực hiện: a.Bảo vệ chống sét theo nguyên tắc trọng điểm:  Theo nguyên tắc trọng điểm , chỉ một bộ phận thường hay bị sét đánh mới phải bảo vệ. Đối với công trình mái bằng , trọng điểm bảo vệ là 4 gốc, xung quanh tường chắn mái và các kết cấu nhô cao lên khỏi mặt mái. đối với công trình mái dốc, trọng điểm là đỉnh hồi, bờ nóc bờ chảy, các góc diềm mái và các kết cấu nhô cao lên khỏi mặt mái- nếu công trình lớn thì thêm cả xung quanh diềm mái. bảo vệ cho những trọng điểm trên đây có thể đặt các kim thu sét cho riêng mình (200 đến 300 mm) cách nhau khoảng 5 đến 6 m tại những trọng điểm bảo vệ hoặc đặt những đai thu sét diềm lên những trọng điểm bảo vệ đó.
Hình 6.2 : (TMSD) phương thức bảo vệ chống sét Nhà mái bằng : 1-góc nhà; 2- tường chắn mái nhà mái dốc : 1-góc nhà (gốc hồi); 2-góc diềm (góc chân mái) 3- bờ nóc : 4-bờ chảy; 5-diềm mái (chân mái) b. Bảo vệ chống sét theo nguyên tắc toàn bộ: Phương thức bảo vệ toàn bộ -toàn bộ công trình phải nằm trong phạm vi bảo vệ của bộ phận thu sét.
2. Cột chống sét và phạm vi bảo vệ của nó Cột chống sét sử dụng kim thu sét:  Để đảm bảo chống sét đánh trực tiếp vào các công trình, th ường dùng cột chống sét hay còn gọi là cột thu sét. Đây là m ột cột hoặc một tháp có độ cao lớn hơn độ cao của công trình cần được bảo vệ. Trên đỉnh có gắn mũi nhọn kim loại-kim thu sét. Kim này đ ược nối với dây dẫn sét xuống đất để đi vào vật nối đất (Rnối đất).  Phát hiện khả năng bảo vệ của cột thu sét xuất phát từ đặc điểm sét thường dễ phóng điện vào những vật cao hơn và có dạng mũi nhọn vì trong quá trình tiên đạo các vị này có cường độ điện trường lớn nhất.  Không gian xung quanh cột thu sét được bảo vệ gọi là phạm vi bảo vệ. Cách duy nhất để xác định phạm vi bảo vệ đó là bằng thực nghiệm trên mô hình.Tuy còn nhiều nhược điểm nhưng có thể chấp nhận được với độ tin cậy lớn.
Hình 6.3 vẽ phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập, đó là hình nón xoay với đường sinh xác định theo công thức: h− x h r x = ,6h 1 h+ x h Hình 6.3 Trong đó: h –độ cao của cột thu sét. hx –độ cao công trình cần bảo vệ. rx- bán kính được bảo vệ ở độ cao hx.
Để thuận tiện trong tính toán thiết kế thường dùng phạm vi bảo vệ dạng đơn giản hóa (hình 6.4). Đường sinh của hình chóp có dạng đường gãy khúc với các phương trình đơn giản sau: 2  h  − Khi hx ≤ h thì : r =1,5h1 − x  3  0,8h  2  h  − Khi hx > h thì : rx = 0,75h1 − x  3  h  Các công thức trên chỉ dùng trong trường hợp cột thu sét cao tới 30m.Hiệu quả của cột thu sét cao hơn 30m sẽ bị giảm do độ cao định hướng của sét giữ hằng số.Có thể dùng các công thức trên để tính toán phạm vi bảo vệ nhưng phải nhân thêm với hệ =số5hiệu chỉnh p 5, h
Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét(hình 6.5) có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng số phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét đơn. Các phần bên ngoài giống như trường hợp một cột, còn phần bên trong được giới hạn bởi đường vòng cung đi qua 3 điểm: 2 đỉnh cột và điểm ở giữa có độ cao h0=h-a/7;a là khoảng cách giữa hai cột Mọi công trình cần bảo vệ an toàn bằng hai cột thu sét phải được nằm gọn trong phạm vi bảo vệ này, nghĩa là có độ cao h x
Khi công trình cần được bảo vệ chiếm khu vực rộng lớn, nếu chỉ dùng vài cột thì cột phải rất cao gây nhiều khó khăn khi thi công lắp ráp. Trong các trường hợp này sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ (hình 6.6).Phần ngoài của phạm vi bảo vệ được xác định như của từng đôi cột(yêu cầu a
Hình 6.6: Phạm vi bảo vệ ở độ cao hx của ba cột thu sét bằng nhau
Hình 6.7 vẽ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau. Khi đó bán kính bảo vệ rx của cột thấp được xác định theo khoảng cách a’ bằng khoảng cách giữa cột thấp h1 và cột tưởng tượng h1’ có độ cao bằng nó. Hình 6.7: Phạm vi bảo vệ ở độ cao hx của ba cột thu sét có độ cao không bằng nhau
Bảo vệ bằng cột thu sét sử dụng đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE:Early Streamer Emission)  Cách lắp đặt: Đầu ESE có thể lắp đặt trên cột độc lập hoặc trên kết cấu công trình cần được bảo vệ, sao cho đỉnh kim cao hơn các độ cao cần bảo vệ. Hình 6.8: Cách lắp đặt đầu ESE bảo vệ chống sét trực tiếp cho công trình Nguyên lý hoạt động: ESE hoạt động dựa trên nguyên lý làm thay đổi trường điện từ chung quanh cấu trúc cần được bảo vệ thông qua việc sử dụng vật kiệu áp điện. Cấu trúc đặc biệt của ESE tạo sự gia tăng cường độ điện trường tại chỗ, tạo thời điểm kích hoạt sớm, tăng khả năng phát xạ ion, nhờ đó tạo được những điều kiện lí tưởng cho việc phát triển phóng sét điện.
 Cấu tạo ESE: • Đầu thu: có hệ thống thông gió nhằm tạo dòng lưu thông chuyển không khí giữa đỉnh và thân ESE. Đầu thu còn làm nhiệm vụ bảo vệ thân kim. • Thân kim: được làm bằng đồng xử lí hoặc inox, phía trên có một hoặc nhiều đầu nhọn làm nhiệm vụ phát xạ ion.Các đầu này được làm bằng thép không rỉ và được luồn trong ống cách điện nối tới các điện cực của bộ kích thích. Thân kim luôn được nối với điện cực nối đất chống sét. • Bộ phận kích áp điện: được làm bằng ceramic áp điện đặt phía dưới thân kim, trong một ngăn cách điện, nối với các đinh nhọn phát xạ ion đã nêu trên bằng cách cáp cách điện cao áp.
 Vật liệu pieloelectric: dây là những cấu trúc tinh thể, trong đó, các lưỡng cực điện đã được làm tăng áp lực theo một hướng định trước bằng cách tạo cho chúng một trường phân cực ban đầu có mật độ cao. Vật liệu được sử dụng là zircotitante chì, rất cứng, dầu kim được phủ một lớp mỏng điện cực nickel. Các vật liệu này được chế tạo thàh nhiều đoạn nối tiếp, với dặc tính áp điện của chúng, các ceramic này tạo ra điện áp rất cao, lên đến 20 kv tới 25kv trên nhiều đoạn nối tiếp nhau. Mức điện áp cao này đảm bảo đủ điểu kiện để tạo ra các ion như mong muốn
 Sự kích thích áp điện: khi xuất hiện đám mây dông mang điện tích, điên trường khí quyển ở trạng thái tĩnh, kết hợp với hiện tượng cộng hường xảy ra trong bản thân kim ESE, do áp lực được tạo trước, trong bộ kích thích sẽ sinh ra những áp lực biến đổi ngược nhau. Kết quả là tại các đầu nhọn, phát xạ ion sẽ tạo ra điện áp cao, do dó tại đây sinh ra một lượng lớn ion (7,65.10^10 ở mức điện áp 2,5 đến 6,5 kv). Những ion này ion hóa dòng khí quyển xung quanh và phía trên đầu thu nhờ hệ tin họcống lưu chuyển không khí gắn trong dầu thu. điều này giúp làm giảm điện áp ngưỡng phóng điện. đồng thời làm gia tăng vận tốc phóng điện corona.
 Điểm thu sớm nhất: Khả năng tăng sự kích thích ở trường tỉnh điện thấp khả năng phát xạ sớm tăng cường khả năng thu của kim thu sét. Nhờ đóa nó trở thnh2 diểm thu sớm nhất so với các diểm khác của tòa nhà cần bảo vệ. Các kim thu sét này hoạt động thu sét ngay cả với dòng sét có cường độ thấp (2kA đến 5kA ứng với các khoảng cách kích hoạt D nhỏ ,I: là cường độ dòng sét tính bằng kA