Chương 7: Nối đất và chống sét

Chia sẻ: Truong Van Can | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

860
lượt xem 242
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay giữa các đm1 mây mang điện trái dấu, trước khi có sự phóng điện của sét, đã có sự phân chia và tích lũy điện tích rất cao trong các đám mây giông, do tác động của luồng khí nóng bốc hơi nước ngưng tụ trong các đám mây, phần dưới của các đám mây giông thường tích điện âm ( 85 % ) giữa các đám mây và đất hình thành các tụ điện khổng lồ, cường độ điện trường của tụ điện giữa mây và đất không ngưng tăng lên...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Chương 7: Nối đất và chống sét

GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ CHƯƠ NG 7 NỐI ĐẤT VÀ CHỐ NG SÉT A – PHẦ N LÝ THUYẾT: I G ỚI TH ỆU VỀ SÉT VÀ TH ẾT BỊ CHỐ NG SÉT: I I I 1 KHÁI N Ệ M VỀ SÉT : I - Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay giữa các đm1 mây mang điện trái dấu, trước khi có sự phóng điện của sét, đã có sự phân chia và tích lũy điện tích rất cao trong các đám mây giông, do tác động của luồng khí nóng bốc hơi nước ngưng tụ trong các đám mây, phần dưới của các đám mây giông thường tích điện âm ( 85 % ) giữa các đám mây và đất hình thành các tụ điện khổng lồ, cường độ điện trường của tụ điện giữa mây và đất không ngưng tăng lên và nếu cường độ điện trường đạt tới giá trị tới hạn ( 25-30 kv / cm ) thì bắt đầu có sự phóng điện hay gọi là sét. -Sét đánh trực tiếp vào đường dây tải điện gây ra nhiều tác hại nghiêm trọng như: làm gián đoạn việc cung cấp điện của hệ thống, làm ngắn mạch chạm đất các pha ở các thiết bị điện do hiện tượng quá điện áp dẩn đến hư hỏng cách điện của các thiết bị, khi sét đánh vào các công trình điện, tòa nhà cao tầng, dòng điện sét sinh ra sẽ gây tác hại nhiệt cơ, điện từ gây hư hại tài sản, vật dụng, thiết bị và gây nguy hiểm đến Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -1-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ tính mạng con người, do đó bảo vệ chống sét là cần thiết cho các công trình. 2- CẤU TẠO CỦA M T CỘT THU SÉT : Ộ • Bộ phận thu sét ( kim thu sét ) : kim thu sét làm bằng ống thép hoặc thanh ( tiết diện phải lớn hơn 100 mm2 ). • Bộ phận dẫn dòng điện sét : có kết cấu cột thép, bêtông cốt thép hay dây thép ( tiết diện phải lớn hơn 50 mm2 ). • Bộ phận nối đất : được tạo bởi một hệ thống cọc và thanh bằng đồng hoặc bằng thép nối liền nhau, chôn trong đất, có điện trở tản Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -2-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ bé để dòng điện có thể tản một cách dể dàng trong đất. 3- BẢ O VỆ CHỐ NG SÉT TRỰC TI ẾP CHO HỆ THỐ NG ĐI ỆN: Khi lựa chọn phương pháp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các công trình, cần phải lựa chọn phương pháp bảo vệ thích hợp với đặc tính cấu trúc, mục đích sử dụng, yêu cầu công nghệ của công trình đó. Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -3-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ Có các kiểu thu sét như sau: cột thu sét đặt độc lập. Dây thu sét ( dây căng dạng ăng ten ) Lưới thu sét ( còn gọi là dòng thu sét ) Bộ phận thu sét hỗn hợp gồm : cột thu sét và dây thu sét kết hợp với nhau. I I- PHẠ M VI NGUYÊN LÝ LÀM VI ỆC CỦA TH ẾT BỊ CHỐ NG SÉT : I 1 PHẠ M VI BẢO VỆ CỦA CÁC TH ẾT BỊ -: I - Mỗi cột thu stes tạo nên xung quanh nó một phạm vi bảo vệ nhất định trong không gian theo chiều cao cột. - Phạm vi của cột thu sét trong không gian còn gọi là vùng bảo vệ, lý thuyết về xác suất bảo vệ là 1 %. - Phụ thuộc vào kiểu, số lượng và cách bố thítương hổ giữa các cột thu sét, phạm vi bảo vệ có thể có hình dáng hình học khác nhau, phần lớn các vùng bảo vệ được sát định bằng tỉ số H /h. Trong đó: - H : là chiều cao ước lượng từ nơi bắt đầu phát sinh hiện tượng phóng điện của đám mây giông đến cột thu sét. - h: là chiều cao của cột thu sét. Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -4-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ  Phạ m vi bảo vệ của cột t hu sét : h hx 0.75h 1.5h Rx Là hình chóp tròn xoay có đường sinh là một hypebol và có đáy là một hình tròn, bán kính bảo vệ của một cột thu sét ứng với độ cao hx là: h − hx rx = 1,6 * h * p * h + hx Trong đó: h : độ cao của cột thu sét. hx : độ cao của công trình. rx : bán kính bảo vệ của cột thu sét. Khi h ≤ 30 m thì p= 1 Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -5-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ 5,5 Khi 30m < h ≤ 60m thì p = h Trong thiết kế đơn giản, người ta thay đường sinh hypebol bằng hai đoạn thẳng, khi đó bán kính bảo vệ của cột thu sét ứng độ cao hx d9ược sác định như sau:  hx  nếu 2 rx = 1,5 * h * 1 −  hx ≤ * h  0,8 * h  3  h  2 rx = 0,75 * h * 1 − x  nếu hx 〉 * h  h 3 Khi độ cao h > 60m thì sét không chỉ đánh vào đỉnh kim thu sét mà còn đánh vào một phần đỉnh kim thu sét, vì vậy khi tính toán thiết kế ta phải hiệu chỉnh lại độ cao này ( một phần của cột thu sét bị sét đánh vào là ΔU Nếu 60m < h ≤ 100m thì ΔU = 0,5 * ( h – 60 ) Nếu 100m < h ≤ 250m thì ΔU = 0,2h  Phạ m vi bảo vệ của hai cột t hu sét có độ cao bằng nhau : Nếu hai cột đặt cách nhau một đoạn là a = 7h thì mọi điễm trên mặt đất giữa hai cột thu sét sẽ được bảo vệ. Nếu a < 7h thì hai cột thu sét có thể bảo vệ được công trình có độ cao ho đặt giữa hai cột thu sét. a Với ho = h − 7p Cách vẽ phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao bằng nhau. Phần ngoài hai cột thu sét vẽ giống như một cột thu sét. Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -6-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ Phần trong hai cột thu sét là một cung tròn đi qua hai đỉnh của hai hai cột thu sét và điễm giữa có độ cao ho. Khi tính toán thiết kế chống sét, để nâng cao độ an toàn ta nên chọn độ cao của cột thu sét sao cho rox ≥ 0,5m. a/7p h ho 0.75hp a/2 a/2 rx 1.5hp rox rx  Phạ m vi bảo vệ của ba cột t hu sét có cùng độ cao h nằ m trên ba đỉnh của một tam gi ác: Bên ngoài tam giác, ta xác định phạm vi bảo vệ cho từng đôi một giống như phần hai cột thu sét có cùng độ cao h, phần bên trong tam giác sẽ được bảo vệ nếu nó thõa mản điều kiện sau: D ≤ 8 * p* ( h – hx ) = 8 * p * ha Trong đó: D : là đường kính đường tròn đi qua ba đỉnh của ba cột thu sét. ha : độ cao hiệu dụng của cột thu sét. Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -7-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ Phạm vi bảo vệ của bốn cột thu sét nằm trên bốn đỉnh của hình chữ nhật, cách xác định hoàn toàn giống như ba cột thu sét. Trong đó: D : là đường chéo của hình chữ nhật ( hay đường kính của đường tròn đi qua bốn đỉnh của bốn cột thu sét ). a1 a2 rox2 D rox1 Phạm vi bảo vệ của cột thu sét bố trí bất kỳ: Trong trường hợp này ta chia ra làm nhiều vùng, mỗi vùng là một tam giác hoặc là một hình chữ nhật, sau đó ta xác định phạm vi bảo vệ của từng vùng. Khi tính toán thiết kế chống sét, để nâng cao độ an toàn ta nên chọn độ cao của cột thu sét sao cho rox ≥ 0,5m. 3 G U Y Ê N Ắ C Ả O Ệ Ủ A N T B V C THIẾ T Ị Ố N G B CH SÉT : Phương pháp bảo vệ cổ điển bằng kim thu sét là phương pháp bảo vệ thụ động, tức là ta tính toán và đặt kim thu sét để Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -8-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ phòng ngừa, khi có sét đánh thì không bảo đảm 100 % sét đánh vào kim thu sét mà không đánh vào vị trí cần bảo vệ. Ngày nay hiện tượng sét được nghiêm cứu một cách sâu rộng và đầy đủ, người ta dã nghiêm cứu và chế tạo thành công các thiết bị thu sét tích cực, với thiết bị thu sét này thì khả năng đảm bảo thu sét gần như 100 %. III- NỐI ĐẤT: Nối đất có ba chức năng : nối đất làm việc, nối đất chống sét, nối đất an toàn. Trang bị nối đất bao gồm các điện cực và dây dẫn nối đất, dây dẫn nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực. Trong nối đất bảo vệ thì điện áp trên vỏ thiết bị so với đất. Ud = Id . Rd Trong đó: Id : dòng điện ngắn mạch của pha chạm đất. Rd : điện trở nối đất. Khi người chạm phải vỏ thiết bị có điện áp dòng điện chạy qua người xác định. I ng Rd , = I d Rng Vì điện trở của người Rng được coi như mắc song song với điện trở nối đất, dòng điện chạy trong đất. Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị -9-
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ Id = Id + Ing Nếu thực hiện nối đất sao cho Rd, Rng, thì Ing, Id có thể coi. Id ≈ Id Rd I ng ≈ Id Rng Như vậy khi thực hiện nối đất tốt, điện tirở nối đất đủ nhỏ có thể đảm bảo dòng điện chạy qua người nhỏ không gây nguy hiểm đến tính mạng. Khi có trang bị nối đất dòng điện ngắn mạch theo dây dẫn nối đất xuống các điện cực và chạy tản vào trong đất. Mặt đất tại chổ đặt điện cực có điện thế lớn nhất, càng xa điện cực điện thế giảm dần và bằng không ở nơi cách xa điện cực từ 15m đến 20m. Nếu bỏ quađiện trở nhỏ của dây nối đất thì điện trở nối đất được xác định. Ud Rd ≈ Id Trong đó: Ud : điện áp của trang bị nối đất đối với đất. Điện áp tiếp tiếp xúc được xác định: U tx = ϕ d − ϕ Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị - 10 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ Trong đó: φd : điện thế lớn nhất tại điễm đặt điện cực nối đất. φ : điện thế trên mặt đất. Điện áp bước được xác định: Ub = φ1 – φ2 Điện áp tiếp xúc và điện áp bước phải nằm trong giới hạn cho phép. Để thõa mản điều này người ta tiến hành bố trí lưới nối đất để tạo sự cân bằng và tản nhanh dòng điện vào đất. B: PHẦN ÁP DỤNG TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT CHỐNG SÉT CHO DÃY NHÀ E: I Tính chống sét cho nhà E và trạm biến áp 1 Tính chống sét cho nhà E - Nhà E có -chiều dài la 40.4m -chiều rộng là 9,5m -hx = 13m - ha = 8m h = hx + ha = 13 + 8 = 21m , do chiều cao nhà E < 30m nên ta chọn p = 1(sách cung cấp điên phạm văn thành trang 104) r x = ha *1.6 / 1 + hx/h = 8 *1.6 / 1+13/21 = 7.9m Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị - 11 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ Độ rộng nhỏ nhất của phạm vi bảo vệ 2bx = 4r x * ha - a / 14 ha - a = 4 * 7.9 * 7 *8 - 10 / 14*8 - 10 = 17.25m Suy ra bx = 8.625m Độ cao lớn nhất được bảo vệ H0 = h – a/7p = 21 – 10/7*1 = 19.57m - Với r x = 7.9m , và bề rộng của phân xưởng là 9,5m và chiều dài là 40.4m ta chỉ cần chọn 5 cột thu sét là đủ các cột bố trí theo chiều dài của phân xưởng 2 Tính chống sét cho trạm biến áp Tram biến áp nhà có chiều cao là hx = 5m,rộng 5m, dài 5m,chon ha = 5m H = hx + ha = 5 + 5 = 10m, do chiều cao nhà E < 30m nên ta chọn p = 1(sách cung cấp điên phạm văn thành trang 104) r x = ha *1.6 / 1 + hx/h = 5 *1.6 / 1+5/10 = 5.333mm Độ rộng nhỏ nhất của phạm vi bảo vệ 2bx = 4r x *7 ha - a / 14 ha - a = 4 * 5.333 * 7 *5 - 9 / 14*5-9 = 12.092m Suy ra bx = 6.046m Độ cao lớn nhất được bảo vệ H0 = h – a/7p = 10 – 9/7*1 = 8.714m Với r x = 5.333m , và bề rộng của trạm biến áp là 5m và chiều dài là 5m ta chỉ cần chọn 1 cột thu sét là đủ các cột bố trí theo chiều dài của trạm biến áp. II Tính nối đất cho nhà E và trạm biến áp 1 Tính nối đất cho nhà E Chọn loại đất sét có ρ0 = 1*10^4Ωcm Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị - 12 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ chọn 20 cọc chiều dài mỗi cọcl= 2.5m= 250cm dcọc = 1.6cm,kmax = 1.2, khoảng cach từ cọc này đến cọc kia là 5m , chọn thanh thép tròn chôn sâu 0.7m góc 60x60x25,đường kính thép tròn d=1.5cm, T = 0.7 + 2.5/2 = 1.95m = 195cm  Điện trở khuếch tán của một cọc R1c = 0.366* ρ0 * kmax*( lg*2*l/d + 1/2lg(4*t +l /4*t – l )) = 0.366*1*10^4*1.2*(lg2*250/1.6 + 1/2lg(4*195 + 250/4*195 – 250)) = 46.364Ω Chọn hệ thống cọc nhà E là 20 coc 5t hanh2 dãy khoảng cách giữa các cọc là 5m, ŋc = 0.68, ŋt = 0.56  Điện trở khuếch tán của 20 cọc Rc= R1c / n*ŋc = 46.364/20*0.68 = 3.409Ω  Điện trở khuếch tán của thanh ngang R΄ng = 0.366* ρ0 * kmax*ln(l² /dt) = 0.366*1*10^4*1.2*ln(250²/0.8*195) = 16.7568Ω Rng = R΄ng / ŋt = 16.7568 / 0.56 = 29.922Ω  Điện trở nối đất của hệ thống Rnd = Rc * Rng / Rc + Rng = 3.409*29.922 /3.409+ 29.922 = 3.0603Ω 2 Tính nối đất trạm biến áp Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị - 13 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ Chọn loại đất sét có ρ0 = 1*10^4Ωcm, chọn 4 cọc chiều dài mỗi cọcl= 2.5m= 250cm,dcọc = 1.6cm,kmax = 1.2,khoảng cach từ cọc này đến cọc kia là 5m , chọn thanh thép tròn chôn sâu 0.7m góc 60x60x25,đường kính thép tròn d=1.5cm, T = 0.7 + 2.5/2 = 1.95m = 195cm  Điện trở khuếch tán của một cọc R1c = 0.366* ρ0 * kmax*( lg*2*l/d + 1/2lg(4*t +l /4*t – l )) = 0.366*1*10^4*1.2*(lg2*250/1.6 + 1/2lg(4*195 + 250/4*195 – 250)) = 46.364Ω Chọn hệ thống cọc nhà E là 4 coc5thanh2 dãy khoảng cách giữa các cọc là 5m, ŋc = 0.83, ŋt = 0.87  Điện trở khuếch tán của 4 cọc Rc= R1c / n*ŋc = 46.364/4*0.83 = 13.965Ω  Điện trở khuếch tán của thanh ngang R΄ng = 0.366* ρ0 * kmax*ln(l² /dt) = 0.366*1*10^4*1.2*ln(250²/0.8*195) = 16.7568Ω Rng = R΄ng / ŋt = 16.7568 / 0.87 = 19.26Ω  Điện trở nói đất của hệ thống Rnd = Rc * Rng / Rc + Rng = 13.965*19.26 /13.965+ 19.26 = 8.0952Ω Nhóm Thực Hiện: Nhất Nguyên- Đình Nghị - 14 -