BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
HẢI PHÒNG
THIẾT KẾ CHỐNG SÉT
CHO CHUNG CƯ HOÀNG HUY COMMERCE
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN
Phạm Đức Thuận Vũ Tuấn ANh (MSSV: 1912102008)
Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Sét là một hiện tượng tự nhiên đã xuất hiện, tồn tại rất lâu trong quá trình
hình thành và phát triển của con người. Nó gây ra không ít tác hại cho con
người và thiên nhiên, đặc biệt là các công trình xây dựng. Vì vậy công tác
phòng chống sét cho công trình xây dựng đã được đề cập từ nhiều năm nay. Đây
là một vấn đề liên quan đến nhiều lĩnh vực trong xây dựng như: quy hoạch, thiết
kế, thi công… Tuy nhiên, sét là một hiện tượng khí tượng phức tạp nên chúng ta
cần phải tìm hiểu kỹ để hạn chế những ảnh hưởng của nó đến con người, cũng
như những tài vật của con người và môi trường.
Từ những yêu cầu thực tiễn đó, nhiều người đã bỏ rất nhiều thời gian quý
báu của mình cho công tác nghiên cứu này và họ cũng gặt hái được không ít
thành công. Điển hình là sự thành công từ rất sớm của B.Franklin (năm 1750),
sau đó là hàng loạt các đầu thu tiên đạo sớm tiện ích và hiệu quả lần lượt ra đời.
Kế thừa thành quả của những người đi trước và từ hoàn cảnh Bộ môn Kỹ
Thuật Điện đang xây dựng nên tôi chọn nội dung “Thiết kế chống sét cho Bộ
môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp cho
mình. Đây là một đề tài lý thú và mang tín thực tế cao. Qua đó, tôi sẽ học hỏi
được rất nhiều điều bổ ích và mở rộng thêm sự hiểu biết của mình nhờ tham
khảo tài liệu cũng như từ sự chỉ dẫn tận tình của cán bộ hướng dẫn.
Do thời gian có hạn và nguồn tài liệu ít nên phần trình bày trong quyển
luận văn này không tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót, rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp từ phía các Thầy.
Xin chân thành cảm ơn!
VŨ TUẤN ANH
CHƯƠNG I
Hình 1.1: Quá trình hình thành sét
a)Hình thành mây giông với những vùng mang điện tích trái dấu
b)Dòng tiên đạo phát triển
GIỚI THIỆU
1.1 Hiện tượng sét đánh
Sét là một dạng phóng tia lửa điện trong không khí với khoảng cách rất
lớn. Quá trình phóng điện có thể xảy ra trong đám mây giông, giữa các đám
mây với nhau và giữa đám mây với đất. Ở đây ta chỉ xét sự phóng điện giữa
mây và đất.
Sau khi đạt độ cao nhất định (khoảng vài kilômet trở lên, vùng nhiệt độ
âm) luồng không khí ẩm này bị lạnh đi, hơi nước ngưng tụ thành những giọt
nước li ti hoặc thành các tinh thể băng và tạo thành các đám mây giông.
Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây với đất, hay giữa các đám mây
mang điện tích khác dấu. Trước khi có sự phóng điện của sét đã có sự phân chia
và tích lũy rất mạnh điện tích trong các đám mây do tác động của các luồng
không khí nóng bốc lên và ngưng tụ trong đám mây. Các đám mây mang điện là
kết quả của sự phân chia điện tích trái dấu và tập trung chúng trong các phần
khác nhau của đám mây. Phần dưới của đám mây giông thường có điện tích âm,
các đám mây cùng với đất tạo thành các tụ điện mây – đất, phần trên của các
đám mây thường tích điện dương.
Thông thường, điện tích âm tập trung trong một khu vực hẹp với mật độ
cao hơn, còn điện tích dương phân bố rải rác ở xung quanh, chủ yếu ở phía trên
khu vực có điện tích âm.
Quá trình tập trung điện tích sẽ làm cho cường độ điện trường của tụ điện
mây – đất tăng dần và nếu tại điểm nào đó đạt tới trị số tới hạn 25 30 kV/cm thì
không khí bị ion hoá và bắt đầu trở nên dẫn điện.
* Sự phóng điện của sét chia làm 3 giai đoạn:
+ Phóng điện giữa các đám mây giông và đất được bắt đầu bằng sự xuất
hiện của một dòng tiên đạo phát triển xuống đất và chuyển động thành từng đợt
với tốc độ 100
¿
1000 km/s. Dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây,
tạo nên ở đầu cực một điện thế rất cao, có thể đạt hàng triệu vôn. Giai đoạn này
được gọi là phóng điện tiên đạo từng bậc.
+ Khi dòng tiên đạo vừa phát triển xuống tới đất hay các vật dẫn điện nối
với đất thì giai đoạn hai bắt đầu, đó là giai đoạn phóng điện chủ yếu của sét.
Trong giai đoạn này, các điện tích dương của đất di chuyển có hướng từ đất
theo dòng tiên đạo với tốc độ lớn 6.104
¿
105 km/s chạy lên trung hòa các điện
tích âm của dòng tiên đạo. Sự phóng điện chủ yếu này được đặc trưng bằng
dòng điện lớn qua chỗ sét đánh gọi là dòng điện sét và sự lóe sáng mãnh liệt của
dòng phóng điện. Không khí trong vùng phóng điện được đốt nóng đến nhiệt độ
10000O C và dãn nở rất nhanh tạo nên sóng âm thanh.
+ Trong giai đoạn phóng điện thứ ba của sét sẽ kết thúc sự di chuyển các
điện tích của mây mà từ đó bắt đầu phóng điện và sự lóe sáng dần dần biến mất.
Thông thường, phóng điện của sét bao gồm một loạt phóng điện liên tiếp
nhau do sự dịch chuyển điện tích từ các phần khác nhau của đám mây. Tiên đạo
của những lần phóng sau đi theo dòng đã bị ion hóa ban đầu vì vậy chúng phát
triển liên tục và được gọi là tiên đạo dạng mũi tên.
Biên độ của dòng điện sét không vượt quá 200
¿
300 kA, rất hiếm trường
hợp dòng điện sét bằng và lớn hơn 100 kA. Do đó theo tầm quan trọng của vật
được bảo vệ, trong tính toán thường lấy giá trị dòng điện sét từ 50
¿
100 kA.
Độ dốc cực đại của đầu sóng dòng điện sét thường không vượt quá 50
kA/μs. Biên độ dòng điện sét lớn thì độ dốc đầu sóng cũng lớn, do đó với dòng
điện tính toán 100 kA và lớn hơn thường lấy độ dốc đầu sóng trung bình là 30
kA/μs, còn khi dòng điện sét tính toán nhỏ hơn 100 kA thường lấy độ dốc đầu
sóng là 10 kA/μs. Hiện tượng quá điện áp khí quyển phát sinh khi sét đánh trực
tiếp vào các vật đặt ngoài trời (đường dây tải điện, thiết bị phân phối ngoài trời)
cũng như khi sét đánh gần các công trình điện. Quá điện áp do bị sét đánh trực
tiếp là nguy hiểm nhất. Đặc điểm của quá điện áp khí quyển là tính chất ngắn
hạn của nó. Phóng điện của sét chỉ kéo dài trong vài chục μs và điện áp tăng cao
có đặc tính xung.
Mỗi cấp điện áp có mức cách điện của nó, dùng mức cách điện cao một
cách quá mức sẽ làm tăng giá thành thiết bị, còn nếu hạ thấp mức cách điện có
thể dẫn đến sự cố nặng. Do đó mức cách điện phải được xác định tùy theo đặc
tính và trị số quá điện áp có thể có, các tham số của thiết bị dùng để hạn chế
điện áp. Khả năng của cách điện chịu được quá điện áp khí quyển được xác định
theo điện áp thí nghiệm xung kích.
