bảo vệ chống sét trạm biến áp 110/35 kv, chương 1 pot

Ch-ơng 1
Quá điện áp khí quyển
và tình hình chống sét ở Việt
Nam
Nghiên cứu giông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có
một lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành
tựu tiên tiến, đảm bảo phòng chống sét một cách hữu hiệu, an toàn,
đáp ứng đ-ợc nhu cầu thực tiễn đòi hỏi. Tuy nhiên giông sét là hiện
t-ợng tự nhiên : mật độ, thời gian và c-ờng độ hoạt động mang tính
ngẫu nhiên. Vì vậy trong nghiên cứu chống sét vẫn còn tồn tại một
số vấn đề cần giải quyết.
1. Hiện t-ợng phóng điện của sét - nguồn, phát
sinh quá điện áp khí quyển.
1.1. Quá trình phóng điện của sét
Sét là một tr-ờng hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách
giữa các điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình
phóng điện của sét giống nh- quá trình xảy ra trong tr-ờng không
đồng nhất. Khi các lớp mây đ-ợc tích điện (khoảng 80% số tr-ờng
hợp phóng điện sét xuống đất diện tích của mây có cực âm tính).
Tới mức độ có thể tạo nên c-ờng độ lớn sẽ hình thành dòng phát
triển về phía mặt đất. Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện
tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo.
Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng
điện đầu tiên khoảng 1,5.10
7
cm/s, của các lần sau nhanh hơn và
đạt tới 2.10
8
cm/s (trong một đợt sét đánh có thể có nhiều lần
phóng điện kế tiếp nhau trung bình là ba lần).
Tia tiên đạo là môi tr-ờng plama có điện dẫn rất lớn. Đầu tia

nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một
phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân
bố có thể xem nh- gần đều dọc theo chiều dài tia. D-ới tác dụng
của điện tr-ờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác
dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tuỳ thuộc vào tình hình dẫn
điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này
nằm ngay ở phía d-ới đầu tia tiên đạo. Tr-ờng hợp mặt đất có nhiều
nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có
điện dẫn cao.
Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đ-ờng sức nối
liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì
ở đây c-ờng độ tr-ờng có trị số lớn nhất và nh- vậy là địa điểm sét
đánh trên mặt đất đã đ-ợc định sẵn. Tính chất chọn lọc của phóng
điện đã đ-ợc vận dụng trong việc bảo vệ trống sét đánh thẳng cho
công trình.
1.2. Tham số của phóng điện sét.
Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Hiện
nay đã tích luỹ đ-ợc khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này
(đo bằng thỏi sắt từ hoặc bằng máy hiện sóng cao áp).
Kết quả đo l-ờng cho thấy biên độ dòng điện sét (I
s
) biến
thiên trong phạm vi rộng từ vài kA tới hàng trăm kA và đ-ợc phân
bố theo quy luật thực nghiệm sau :
V
i
=
1,26
Is
60

i
e
10
s



V
i
: xác suất xuất hiện sét có biên độ dòng điện i
s
Quy luật này cũng đ-ợc biểu thị trên đ-ờng cong (hình 1)
Độ dốc trung bình : a =
ds
s
T
I
( T
ds
: độ dài đầu
sóng)
Xác suất của độ dốc trung bình của dòng điện sét (Hình 2)
0,6
10
20
30
40
50
0
0,8

KA/

s
a
1,0
U
a
60
20
40
60
80
100
0
20
40
80
%
V
i
KA
I
s
Hình 1
Dạng sóng có đầu sóng xiên góc ở (hỉnh 3) dùng khi quá
trình cần xét xảy ra ở đầu sóng hoặc trong các tr-ờng hợp mà thời
gian diễn biến t-ơng đối ngắn so với độ dài sóng. Trong các tr-ờng
hợp này sự giảm dòng điện sau trị số cực đại không có ý nghĩa nên
khi t > T
ds

có thể xem dòng điện không thay đổi và bằng trị số biên
độ. Ng-ợc lại khi quá trình xảy ra trong thời gian dài
(t >>T
ds
) nh- khi tính toán về hiệu ứng dòng điện sét có thể không
sét đến giai đoạn đầu sóng và dạng sóng tính toán đ-ợc chọn theo
dạng hàm số mũ (hình 4).
I
s
= a.t
I
s
= a.T
ds
Hình 3
T
ds
I
s
I
s
/2
T =
7,0
T
s
is =I
s
T
t

e

t
t
i
s
i
s
Hình 4
T
s
1.3. C-ờng độ hoạt động của sét.
C-ờng độ hoạt động của sét đ-ợc biểu thị bằng số ngày có
giông sét hàng năm (N
ng.s
) hoặc tổng số thời gian kéo dài của giông
sét trong năm tính theo thời gian (N
g.s
). Theo số liệu thống kê của
nhiều n-ớc, số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo khoảng 100

150 ngày, vùng nhiệt đới từ 75 100 ngày, vùng ôn đới khoảng 30
50 ngày.
* Mật độ sét :
- Là số lần có sét đánh trên diện tích 1km
2
trên mặt đất ứng với 1
ngày sét.
m
s

= 0,1 0,15
Số lần sét đánh trên diện tích 1m
2
mặt đất trong 1 năm sẽ là :
N = m
s
. n
ng.S
= (0,1 0,15) n
ng.S