ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP
TRANG 10
Chöông 1
SEÙT VAØ CAÙC GIAÛI PHAÙP PHOØNG
CHOÁNG SEÙT
I. SEÙT :
Söï hình thaønh seùt :
Seùt laø moät daïng phoùng ñieän tia löûa trong khoâng
khí vôùi khoaûng caùch raát lôùn. Quaù trình phoùng ñieän coù
theå xaûy ra trong ñaùm maây gioâng, giöõa caùc ñaùm maây
vôùi nhau vaø giöõa ñaùm maây vôùi ñaát. ÔÛ ñaây ta chæ xeùt söï
phoùng ñieän giöõa maây vaø ñaát.
H
ình 1 : Söï hình thaønh seùt
Coù hai loaïi maây gioâng :
+ Gioâng nhieät: Hình thaønh töø caùc luoàng khí noùng aåm boác leân do söï ñoát noùng cuûa
aùnh naéng maët trôøi.
+ Gioâng front: Hình thaønh do söï gaëp nhau cuûa nhöõng luoàng khoâng khí noùng aåm
vôùi luoàng khoâng khí naêïng.
Sau khi ñaït ñoä cao nhaát ñònh (khoaûng vaøi km trôû leân, vuøng nhieät ñoä aâm) luoàng
khoâng khí aåm naøy bò laïnh ñi, hôi nöôùc ngöng tuï thaønh nhöõng gioït nöôùc li ti hoaëc thaønh
caùc tinh theå baêng vaø taïo thaønh caùc ñaùm maây doâng.
Theo keát quaû quan traéc töø 80 - 90% caùc ñaùm maây gioâng tích ñieän tích aâm beân
döôùi.
2. Caùc giai ñoaïn phaùt trieån cuûa seùt :
a) Giai ñoaïn phoùng tia tieân ñaïo :
Ban ñaàu xuaát phaùt töø maây gioâng moät tia tieân ñaïo saùng môø, phaùt trieån thaønh töøng
ñôït giaùn ñoaïn veà phía maët ñaát, vôùi toác ñoä trung bình khoaûng 105 - 106m/s. Keânh tieân
ñaïo laø moät doøng plasma maät ñoä ñieän khoaûng 1013 ÷ 1014 ion/m3, moät phaàn ñieän tích aâm
cuûa maây gioâng traøn vaøo keânh vaø phaân boá töông ñoái ñeàu doïc theo chieàu daøi cuûa noù.
Thôøi gian phaùt trieån cuûa tia tieân ñaïo moãi ñôït keùo daøi trung bình khoaûng 1μs.
Thôøi gian taïm ngöng phaùt trieån giöõa 2 ñôït khoaûng 30 - 90μs.
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP
TRANG 11
Ñöôøng ñi cuûa tia tieân ñaïo trong thôøi gian naøy khoâng phuï thuoäc vaøo tình traïng
maët ñaát vaø caùc vaät treân maët ñaát, do ñoù noù gaàn nhö höôùng thaúng veà phía maët ñaát. Cho
ñeán khi tia tieân ñaïo ñaït ñeán ñoä cao ñònh höôùng thì môùi bò aûnh höôûng bôûi caùc vuøng ñieän
tích taäp trung döôùi maët ñaát.
b) Giai ñoaïn hình thaønh khu vöïc ion hoùa :
Döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng taïo neân bôûi ñieän tích cuûa maây gioâng vaø ñieän tích
trong keânh tieân ñaïo, seõ coù söï taäp trung ñieän tích traùi daáu treân vuøng maët ñaát phía döôùi
ñaùm maây gioâng. Neáu vuøng ñaát phía döôùi coù ñieän daãn ñoàng nhaát thì nôi ñieän tích taäp
trung seõ naèm tröïc tieáp döôùi keânh tieân ñaïo, neáu vuøng ñaát phía döôùi coù ñieän daãn khaùc
nhau thì ñieän tích chuû yeáu taäp trung ôû vuøng keá caän nôi coù ñieän daãn cao nhö vuøng quaëng
kim loaïi, vuøng ñaát aåm, ao hoà, soâng ngoøi, vuøng nöôùc ngaàm, keát caáu kim loaïi caùc toøa nhaø
cao taàng, coät ñieän, caây cao bò öôùt trong möa... chính caùc vuøng ñieän tích taäp trung naøy seõ
ñònh höôùng höôùng phaùt trieån cuûa tia tieân ñaïo höôùng xuoáng khi noù ñaït ñeán ñoä cao ñònh
höôùng, tia tieân ñaïo seõ phaùt trieån theo höôùng coù ñieän tröôøng lôùn nhaát. Do ñoù caùc vuøng
taäp trung ñieän tích seõ laø nôi seùt ñaùnh vaøo.
ÔÛ nhöõng vaät daãn coù ñoä cao nhö caùc nhaø cao taàng, coät angten caùc ñaøi phaùt thì töø
ñænh cuûa noù nôi caùc dieän tích traùi daáu taäp trung nhieàu cuõng seõ ñoàng thôøi xuaát hieän doøng
tieân ñaïo phaùt trieån höôùng leân ñaùm maây gioâng. Chieàu daøi cuûa keânh tieân ñaïo töø döôùi leân
naøy taêng theo ñoä cao cuûa vaät daãn vaø taïo ñieàu kieän deã daøng cho söï ñònh höôùng cuûa seùt
vaøo vaät daãn ñoù.
Ngöôøi ta lôïi duïng tính chaát choïn cuûa seùt ñeå baûo veä choáng seùt ñaùnh thaúng cho caùc
coâng trình baèng caùch duøng caùc thanh kim loaïi hay daây thu seùt baèng kim loaïi ñöôïc noái
ñaát toát, ñaët cao hôn coâng trình caàn baûo veä ñeå höôùng seùt ñaùnh vaøo ñoù maø khoâng phoùng
vaøo coâng trình.
Khi tia tieân ñaïo höôùng xuoáng gaàn maët ñaát hay tia tieân ñaïo höôùng leân, thì trong
khoaûng caùch khí ôû giöõa do cöôøng ñoä ñieän tröôøng taêng cao gaây leân ion hoùa maõnh lieät,
daãn ñeán söï hình thaønh moät doøng plasma coù maät ñoä ñieän tích cao hôn nhieàu so vôùi maät
ñoä ñieän tích cuûa tia tieân ñaïo, ñieän daãn cuûa noù taêng leân haøng traêm laàn.
c) Giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc :
Do ñieän daãn cuûa noù taêng cao nhö vaäy neân ñieän tích caûm öùng traøn vaøo doøng
ngöôïc mang ñieän theá cuûa ñaát laøm cho cöôøng ñoä tröôøng ñaàu doøng taêng leân gaây ion hoùa
maõnh lieät vaø cöù nhö vaäy doøng plasma ñieän daãn cao 1016 - 1019 ion/m3 tieáp tuïc phaùt trieån
ngöôïc leân treân theo ñöôøng doïn saün bôûi keânh tieân ñaïo. Ñaây laø söï phoùng ñieän ngöôïc hay
phoùng ñieän chuû yeáu. Vì maät ñoä ñieän tích caoñoát noùng maõnh lieät cho neân tia phoùng ñieän
chuû yeáu saùng choùi ( ñoù chính laø chôùp ).
Toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh phoùng ñieän ngöôïc vaøo khoaûng 1,5 . 107 ÷ 1,5.108 m/s
töùc laø nhanh gaáp treân traêm laàn toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh tieân ñaïo. Khi keânh phoùng
ñieän chuû yeáu leân tôùi ñaùm maây thì soá ñieän tích coøn laïi cuûa ñaùm maây seõ theo keânh phoùng
ñieän chaïy xuoáng ñaát vaø taïo neân doøng ñieän coù trò soá nhaát ñònh.
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP
TRANG 12
Keát quaû quan traéc cho thaáy raèng: phoùng ñieän seùt thöôøng xaûy ra nhieàu laàn keá
tieáp nhau trung bình laø 3 laàn. Caùc laàn phoùng ñieän sau coù doøng tieân ñaïo phaùt trieån
lieân tuïc ( khoâng phaûi töøng ñôït nhö laàn ñaàu ), khoâng phaân nhaùnh vaø theo ñuùng quõy
ñaïo cuûa laàn ñaàu nhöng vôùi toác ñoä cao hôn ( 2. 106m/s). Ñieàu naøy ñöôïc giaûi thích:
ñaùm maây gioâng coù theå coù nhieàu trung taâm ñieän tích khaùc nhau hình thaønh do caùc
doøng khoâng khí xoaùy trong maây. Laàn phoùng ñieän ñaàu tieân dó nhieân seõ xaûy ra giöõa
ñaát vaø trung taâm ñieän tích coù cöôøng ñoä ñieän tröôøng cao nhaát. Trong giai ñoaïn phoùng
ñieän tieân ñaïo thì hieäu ñieän theá giöõa caùc trung taâm naøy vôí caùc trung taâm khaùc khoâng
thay ñoåi vaø ít coù aûnh höôûng qua laïi. Nhöng khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu ñaõ leân ñeán
maây thì trung taâm ñieän tích ñaàu tieân cuûa ñaùm maây thöïc teá mang ñieän theá cuûa ñaát,
ñieàu naøy laøm cho hieäu theá giöõa trung taâm ñieän tích ñaõ phoùng tôùi trung taâm ñieän theá
laân caän taêng leân vaø coù theå daãn ñeán phoùng ñieän giöõa chuùng vôùi nhau. Trong khi ñoù
thì keânh phoùng ñieän cuõ vaãn coøn moät ñieän daãn nhaát ñònh do söï khöû ion chöa hoaøn
toaøn, neân phoùng ñieän tieân ñaïo laàn sau theo ñuùng quyõ ñaïo ñoù, lieân tuïc vaø vôùi toác ñoä
lôùn hôn laàn ñaàu.
Hình 2: Caùc giai ñoaïn phoùng ñieän seùt vaø bieán
thieân cuûa doøng ñieän seùt theo thôøi gian.
a – Giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo.
b – Tieân ñaïo ñeán gaàn maët ñaát hình thaønh khu vöïc ion hoùa maõnh lieät.
c – Giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc hay phoùng ñieän chuû yeáu.
d – Phoùng ñieän chuû yeáu keát thuùc.
3. Caùc thoâng soá seùt :
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP
TRANG 13
Ismax
Khi tính toaùn baûo veä choáng seùt thoâng
soá chính caàn chuù yù laø doøng ñieän seùt coù phaïm
vi giôùi haïn raát roäng, bieân ñoä doøng seùt coù theå
leân ñeán 200-300 KA. Tuy nhieân phaàn lôùn
tröôøng hôïp gaëp seùt ñaùnh ôû trò soá 50 KA, seùt
coù doøng ñieän töø 100 KA trôû leân raát hieám xaûy
ra. Do ñoù trong tính toaùn thöôøng laáy doøng
ñieän seùt baèng 50 KA.
0.5Ismax
t
tds ts
Is
i
Doøng ñieän seùt coù daïng moät soùng xung. Thöôøng trong khoaûng vaøi ba micro giaây
doøng ñieän taêng nhanh ñeán trò soá cöïc ñaïi taïo thaønh phaàn ñaàu soùng, sau ñoù giaûm chaäm
trong khoaûng 20 - 100 μs taïo neân phaàn ñuoâi soùng.
Caùc thoâng soá chuû yeáu :
♦ Bieân ñoä doøng seùt : laø giaù trò lôùn nhaát cuûa doøng ñieän seùt.
♦ Thôøi gian ñaàu soùng (tds) : laø thôøi gian doøng seùt taêng töø 0 ñeán giaù trò cöïc ñaïi.
♦ Ñoä doác doøng ñieän seùt : a = dis/dt
♦ Ñoä daøi doøng ñieän seùt (ts) : laø thôøi gian töø ñaàu doøng ñieän seùt ñeán khi doøng
ñieän giaûm baèng 1/2 bieân ñoä.
a) Bieân ñoä doøng seùt vaø xaùc suaát xuaát hieän :
Doøng ñieän seùt coù trò soá lôùn nhaát vaøo luùc keânh phoùng ñieän chuû yeáu ñeán trung taâm
ñieän tích cuûa ñaùm maây gioâng.
Ñeå ño bieân ñoä doøng seùt ngöôøi ta duøng roäng raõi heä thoáng ñieän thieát bò ghi töø.
Xaùc suaát xuaát hieän doøng seùt coù theå tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc :
♦ Cho vuøng ñoàng baèng : VI = e-Is/26 = 10-is/60
♦ Cho vuøng nuùi cao : VI = 10-Is/30
b) Ñoä doác ñaàu soùng doøng ñieän seùt (a) vaø xaùc suaát xuaát hieän :
Ñeå ño ñoä doác doøng ñieän seùt ngöôøi ta thöôøng duøng moät khung baèng daây daãn noái
vaøo moät hoa ñieän keá.
Xaùc suaát xuaát hieän ñoä doác coù theå tính theo:
+ Cho vuøng ñoàng baèng : Va = e-a/15,7 = 10 -a/36
+ Cho vuøng nuùi cao : Va = 10-a/18
c) Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa seùt :
Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa seùt ñöôïc bieåu thò baèng soá ngaøy trung bình coù doâng seùt
haøng naêm hoaëc baèng toång soá giôø trung bình coù doâng seùt haøng naêm.
Soá laàn seùt ñaùnh trong moät naêm vaøo coâng trình :
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP
TRANG 14
( W+3hx)(L+3hx)n
N = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
106
trong ñoù :
W:chieàu roäng cuûa coâng trình
L:chieàu daøi cuûa coâng trình
hx:chieàu cao tính toaùn cuûa coâng trình
n:soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân 1km2 trong naêm xaûy ra ôû ñòa phöông
Maät ñoä cuûa seùt laø soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân moät ñôn vò dieän tích maët ñaát
(1km2) trong moät ngaøy seùt.
Cöôøng ñoä seùt cuõng nhö maät ñoä seùt thay ñoåi theo vuøng laõnh thoå.
4. Caùc taùc haïi do seùt :
a) Khi seùt ñaùnh tröïc tieáp :
Do naêng löôïng cuûa moät cuù seùt lôùn neân söùc phaù hoaïi cuûa noù raát lôùn khi moät coâng
trình bò seùt ñaùnh tröïc tieáp coù theå bò aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cô khí, cô hoïc cuûa caùc thieát bò
trong coâng trình, noù coù theå phaù huûy coâng trình, gaây chaùy noå...trong ñoù :
• Bieân ñoä doøng seùt aûnh höôûng vaán ñeà quaù ñieän aùp xung vaø aûnh höôûng ñeán ñoä
beàn cô khí cuûa caùc thieát bò trong coâng trình.
• Thôøi gian xung seùt aûnh höôûng ñeán vaán ñeà quaù ñieän aùp xung treân caùc thieát bò.
• Thôøi gian toàn taïi cuûa xung seùt thì aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cô hoïc cuûa caùc
thieát bò hay coâng trình bò seùt ñaùnh.
• Ngoaøi ra, khaû naêng chaùy noå cuõng xaûy ra raát cao ñoái vôùi coâng trình bò seùt
ñaùnh tröïc tieáp.
b) AÛnh höôûng do söï lan truyeàn soùng ñieän töø gaây bôûi doøng ñieän seùt :
Khi xaûy ra phoùng ñieän seùt seõ gaây neân moät soùng ñieän töø toûa ra xung quanh vôùi toác
ñoä raát lôùn, trong khoâng khí toác ñoä cuûa noù töông ñöông toác ñoä aùnh saùng. Soùng ñieän töø
truyeàn vaøo coâng trình theo caùc ñöôøng daây ñieän löïc, thoâng tin... gaây quaù ñieän aùp taùc
duïng leân caùc thieát bò trong coâng trình, gaây hö hoûng ñaëc bieät ñoái vôùi caùc thieát bò nhaïy
caûm: thieát bò ñieän töû, maùy tính cuõng nhö maïng maùy tính ... gaây ra nhöõng thieät haïi raát
lôùn.
II. CAÙC PHÖÔNG PHAÙP PHOØNG CHOÁNG :
Caùc taùc haïi do seùt gaây ra raát lôùn neân ñaët ra vaán ñeà phoøng choáng seùt, maø nguyeân
lyù cô baûn döïa vaøo ñaëc tính choïn loïc ñieåm ñaùnh cuûa seùt.