Chương 8 chống sét và nối đất

Chươngư8:ưchốngưsétưvàưnốiưđất
8.1.ưChốngưsét:
8.1.1. Khái niệm về sét:
Sét là hiện tợng phóng điện trong khí quyển
giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây
mang điện tích trái dấu. Trớc khi có sự phóng điện của
sét sẽ có sự phân chia và tích luỹ rất mạnh điện tích
trong các đám mây và giông do tác dụng của các luồng
không khí nóng thổi bốc lên và hơi nớc ngng tụ trong
đám mây. Các đám mây mang điện là do kết quả
của sự phân tích các điện tích trái dấu và tập trung
chúng trong các phần tử khác nhau của đám mây.
Phần dới của đám mây giông thờng tích điện âm.
Các đám mây cùng với đất hình thành tụ điện mây,
đất. Khi có sự tích tụ về điện tích đủ lớn tạo nên sự
phóng điện gọi là sét.
Dạng phóng điện của sét hình 8.1



8.1.2. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm:
1. Khái niệm cột thu lôi:
Muốn bảo vệ vật kiến trúc hoặc trạm biến áp không
bị sét đánh trực tiếp thì chủ yếu làm cho dòng
điện sét khi bị sét đánh đợc nhanh chóng chạy
xuống đất. Nói chung thờng dùng là cột thu lôi. Thực
chất cột thu lôi là thiết bị dùng để thu và dẫn
nhanh dòng điện sét xuống đất.
Sự phóng điện này có thể giải thích nh sau: Khi có
một đám mây tích điện tích âm đi qua trên
đỉnh của cột thu lôi (có chiều cao đối với đất và có

điện thế của đất coi nh bằng không). Nhờ cảm ứng
tĩnh điện và hiệu ứng mũi nhọn thì đỉnh của cột
sẽ nạp một điện tích dơng. Vì đỉnh của cột thu lôi
nhọn nên cờng độ điện trờng của vùng này khá lớn.
Điều này sẽ tạo điều kiện dễ dàng một kênh phóng
điện từ đầu cột thu lôi đến đám mây tích điện
âm do vậy sẽ có dòng điện phóng từ đám mây
xuống đất (gọi là dòng điện sét).


Là bộ phận thu dòng điện sét, vật liệu th
ờng làm bằng thép tròn mạ kẽm, đờng kính
d = 19 - 25mm. Hoặc thép ống mạ kẽm đ
ờng kính d = 25 - 38mm.
Đầu đợc gia công nhọn hình kim.
b. Cột:
Làm bằng bê tông (hoặc gỗ) hoặc cột kim
loại.
c. Dây dẫn sét:
Dùng để nối đầu thu sét với bộ phận nối
đất
H8.2
d. Bộ phận nối đất.
Là vật dẫn dùng để dẫn dòng điện sét vào
đất một cách an toàn, bộ phận này phải tiếp


a

c

b

d

a. Kim thu sÐt
b. Cét chèng sÐt
c. D©y dÉn sÐt

H8.2

d. Bé phËn nèi ®Êt


• 3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét:
• Không gian xung quanh gần cột thu sét mà đối
tượng được bảo vệ đặt trong đó rất ít khả năng bị
sét đánh gọi là phạm vi bảo vệ của cột thu sét.
Cho đến nay chỉ có một cách duy nhất là xác định
phạm vi bảo vệ bằng thực nghiệm trên mô hình.
Tuy còn nhiều nhược điểm nhưng đã qua một
thời gian khá dài được kiểm nghiệm trong thực
tế, kết quả của mô hình có thể chấp nhận được
với độ tin cậy lớn. Theo quy phạm thiết kế chống
sét cho các công trình kiến trúc, phạm vi bảo vệ
của các cột thu sét được xác định như sau:


• a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét đứng riêng
rẽ:
• Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét đứng riêng rẽ

là một hình nón cong tròn xoay đỉnh trùng với
đỉnh kim, đáy là một hình tròn có bán kính bằng
1,50 lần chiều cao của cột (r0 = 1,50 h). Mặt cắt
của phạm vi bảo vệ qua cột thu sét là một tam
giác đỉnh chùng với đỉnh kim, đáy nằm trên mặt
đất, hai cạnh bên là đường cong lõm nhưng được
tuyến hóa thành đường gãy khúc tạo bởi hai đọan
thẳng vẽ qua các điểm đặc biệt có tọa độ như sau:
(0,75h-h) và (1,5h-0,8h) như (hình 8.3).


0,2 h
h
2h/3
hx
0,75 h

0,75 h

0,75 h

Rx

Hình 8.3. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét

0,75 h


tạo bởi hai cột thu sét cao bằng nhau
(hình 8.4).

Phạm vi bảo vệ ở hai bên xác định
như trường hợp 2 cột thu sét đứng
riêng rẽ; Phạm vi ở giữa hai cột có
giới hạn trên là một cung tròn đi qua
hai đỉnh kim và tâm cung nằm trên
đường trung trực của đoạn thẳng nối
liền giữa hai đỉnh kim và có độ cao H
bằng 4 lần chiều cao của cột thu sét
(H = 4h).


R

h

h
0,2
h

h

h0

h

2h/3

h0

hx

0,75
h

0,75ho

a
0,75
h

0,75
h
2bx

0,75
h

Rx

Rx

Hình 8.4. Phạm vi bảo vệ của hai cột chống sét cao bằng nhau

1,5ho


Hình 8.5 chỉ rõ phạm vi bảo vệ của ba và bốn cột
thu sét kết hợp.
Phạm vi bảo vệ ở phía ngoài tam giác hoặc đa giác
(do vị trí các cột tạo thành) xác định như trường

hợp hai cột thu sét phối hợp từng đôi một.
Phạm vi ở phía trong tam giác hoặc đa giác hoàn
toàn được bảo vệ với điều kiện:
rx2

2
bx12
a12
1

bx23

D

rx1

a31

a23

bx31
3
rx3

Hình 8.5a. Phạm vi bảo vệ của 3 cột chống sét


rx2
2

bx12
a12

1

bx23
rx1

a23

D

bx41

a41

3
a34
bx34
4
rx4

Hình 8.5b. Phạm vi bảo vệ của 4 cột chống sét

rx3


8.1.3. Bảo vệ chống sét đánh từ đờng
dây truyền vào trạm:
1. Khe hở phóng điện:

Khe hở phóng điện là thiết bị chống
sét đơn giản nhất gồm có hai điện
cực, trong đó một điện cực nối với mạch
điện và một điện cực nối với đất hình
8.6
Khi làm việc bình thờng, khe hở cách ly
những phần tử mang điện (dây dẫn)
với đất. Khi có sóng quá điện áp chạy
trên đờng dây, khe hở phóng điện sẽ
phóng điện và truyền xuống đất.

Ưu điểm: Loại này là đơn giản, rẻ tiền.
Nhợc điểm: Vì không có bộ phận dập hồ quang
cho nên khi làm việc bảo vệ rơ le có thể tác
động cắt mạch điện. Do vậy khe hở phóng
điện chỉ đợc dùng làm bảo vệ phụ cũng nh làm
một bộ phận trong các loại chống sét khác.

Dây dẫn

H8.6
Khe hở phóng
điện


2. Chèng sÐt èng:
S¬ ®å nguyªn lý cÊu t¹o nh h×nh 8.7
DDK
l2
nắp kín

2

1

3

4

l1

H×nh 8.7. Cấu tạo của chống sÐt ống
1- Ống sinh khÝ; 2 - Điện cực thanh; 3-n¾p ; 4- D©y tiếp
địa.


3. Chèng sÐt van:
H×nh 8.8 giíi thiÖu mét lo¹i chèng sÐt
van
r

1
2

2

1

r
r

R
3
a)

b)

c)

Hình 8.8. Cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của chống sét van.


BA
DCS
D©y dÉn

MC

CDCL

CS¤1

CS¤2
CSV

H×nh 8.9: S¬ ®å b¶o vÖ tr¹m 22
-110KV


8.2.­Nèi­®Êt­an­toµn:

8.2.1. Môc ®Ých cña viÖc nèi ®Êt:

XC

a)

XB

A

A

B

B

C

C

XC

XA

b)

XB

XA

A
B
C

XC

XB

XA

r®
c)
H8.10: Gi¶i thÝch c«ng dông cña nèi ®Êt


8.2.2. Các hình thức nối đất:
1. Nối đất tự nhiên:
Nối đất tự nhiên là sử dụng các ống dẫn
nớc hay các ống bằng kim loại khác đặt
trong đất (trừ các đờng ống dẫn nhiên
liệu lỏng và khí dễ cháy), các kết cấu
của công trình nhà cửa có nối đất, vỏ
bọc kim loại của cáp đặt trong đất làm
trang bị nối đất.
Khi xây dựng trang bị nối đất cần phải
tận dụng các vật liệu tự nhiên có sẵn.
Điện trở nối đất này đợc xác định bằng
cách đo điện trở thực tế tại chỗ hay
dựa theo các tài liệu cho trớc.

2. Nối đất nhân tạo:
Thờng thực hiện bằng các cọc thép,
thanh thép, ống thép, hay thép góc dài
từ (2- 3)m đóng sâu xuống đất sao cho
đầu trên của nó cách mặt đất khoảng
(0,5 0,7)m.
Dây nối đất cần có tiết diện thoả mãn
độ bền cơ khí và ổn định nhiệt, chịu
đợc dòng điện cho phép lâu dài. Dây
nối không đợc bé hơn tiết diện dây
pha, thờng dùng thép có tiết diện
120mm2, dây nhôm có tiết diện
35mm2, dây đồng có tiết diện 25mm2.













8.3.3. Kỹ thuật nối đất:
Gồm có các bớc sau:

1. Chuẩn bị cọc nối đất:
Căn cứ vào số lợng và qui cách thiết kế để chuẩn bị
các cọc nối đất. Cọc nối đất là cọc thép có thể là:
- Thép ống mạ kẽm có đờng kính từ 38 - 50mm dày
3,5mm dài (2-3)m thờng là 2,5m.
- Thép góc 60 x 60 x 6 dài 2,5m
Các thanh dẫn chính nối đất thờng làm bằng thép
dẹt (40 x 4)mm, các thanh nhánh nối với thiết bị điện
thờng làm bằng thép dẹt (25 x 4)mm.
2. Đào rãnh:
Trớc hết cần xem kỹ bản vẽ thi công, căn cứ vào thiết
bị để xác định tuyến đặt ống nối đất và lới nối
đất, rồi đào rãnh sâu (0,8 -1)m, rộng 0,5m.
Khi đào nếu ở gần vật kiến trúc thì tâm của rãnh
phải cách móng vật kiến trúc 2m.


3. Đặt cọc nối đất:
Căn cứ vào vị trí thiết kế để đóng cọc nối đất
vào đờng tâm của rãnh, sau khi đóng xong đầu
cọc nhô lên khỏi đáy rãnh từ (0,15 0,2)m để hàn
thanh nối chính vào đó. Khoảng cách giữa các
cọc nối đất tuỳ theo yêu cầu thiết kế, nói chung
không nhỏ hơn 2,5 đến 3m.
Khi đóng cọc phải thẳng với mặt đất.
4. Đặt các thanh chính và thanh nhánh nối đất:
Đặt các thanh chính và thanh nhánh nối đất có 2
loại: là đặt trong nhà và đặt ngoài trời. Thanh
chính đặt ngoài nhà đợc nối trực tiếp với các cọc
nối đất và chôn xuống đất, thanh nhánh dùng để

nối đất tram biến áp và các thiết bị ở ngoài nhà,
phần nối đất ở trong nhà đợc nối với lới nối đất ở
ngoài nhà quanh thanh chính ở 2 chỗ trở lên,
trong nhà thì đặt nối, thanh nhánh dùng để nối
đất các thiết bị phát điện và thiết bị phân phối
điện ở trong nhà.


3
100
200

2

1

H8.11. §Æt cäc nèi ®Êt
1. Cäc nèi ®Êt; 2. §¸y r·nh; 3. C¸i kÑp


5. Hàn nối hệ thống nối đất:
Khi nối các vật nối đất với nhau phải đảm bảo mối nối tiếp xúc tốt, do đó
khi nối các cọc nối đất với thép dẹt, nối thanh nhánh với thanh chính và
nối dài các thép dẹt lại đều phải dùng phơng pháp hàn.
6. Kiểm tra sơn màu hệ thống nối đất:
Đối với thanh nối đặt nổi, để phân biệt khi làm xong phải sơn màu theo
qui định sau:
- Dây dẫn và thép dẹt nối đất điểm trung tính đặt nổi sơn màu tím
và cách 0,15mm thì sơm một vạch màu đen rộng 15mm.
- Dây dẫn và thép dẹt nối đất bảo vệ đặt nổi sơn màu đen.