Tài liệu NGUYÊN LÝ VÀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT (PHẦN I) pdf

NGUYÊN LÝ VÀ THIẾT BỊ CHỐNG SÉT (PHẦN I)

I/ SÉT VÀ CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA SÉT
Sét (hay còn gọi là sự phóng điện dông) là một nguồn điện từ mạnh phổ biến nhất xảy
ra trong tự nhiên. Nguyên nhân làm xuất hiện sét là do sự hình thành các điện tích
khối lớn. Nguồn sét chính là các đám mây mưa dông mang điện tích dương và âm ở
các phần trên và dưới của đám mây. Chúng tạo ra xung quanh đám mây này một điện
trường có cường độ lớn.
Trong quá trình tích lũy các điện tích trái dấu, một điện trường có cường độ luôn được
gia tăng hình thành xung quanh đám mây. Khi điện thế ở một điểm bất kỳ của đám
mây đạt giá trị tới hạn vượt quá ngưỡng cách điện của không khí (với áp lực khí
quyển bình thường khoảng 3.106 V/m), ở đó xảy ra sự đánh xuyên hay còn gọi là sét
tiên đạo.
Theo ước tính trong mỗi giây đồng hồ có khoảng một trăm sét đánh xuống mặt đất.
Sét gây ra các tai nạn cho con người, phá hoại các công trình xây dựng, năng lượng
điện, hàng không, thiết bị điện tử, các đài, trạm quan sát tự động, các hệ thống thông
tin liên lạc, trạm viễn thông,.v.v.

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của kỹ thuật hiện đại thì sự phá
hoại của sét ngày càng tăng.
Theo báo cáo và khảo sát thống kê các hư hỏng do sét gây ra đối với các công trình
viễn thông là cực kỳ nghiêm trọng : làm chết và bị thương hàng trăm người, phá hỏng
hàng chục máy biến áp (trong đó có trên 11 trạm biến áp có công suất từ 100kA đến
180kA), gây hư hỏng nghiêm trọng cho hệ thống chuyển mạch và truyền dẫn của
tổng công ty Bưu chính viễn thông Việt Nam
Tháng 5/2000 sét đánh vào đường dây cung cấp trung thế AC gây hỏng thiết bị chống
sét phần hạ áp của trạm biến thế, dòng sét cảm ứng vào cáp điện thoại, cáp trung kế
từ chuyển mạch sang truyền dẫn gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các card nguồn,
card trung kế, và card thuê bao hệ thống tổng đài NEAX 61S tại trạm HOST Phủ Lý Hà
Nam.
Vào cuối tháng 10/2000 sét đánh gây hỏng 5 Card Modem trạm VMS2 thiệt hại ước

tính 3000Dolas.v.v.
Các đặc điểm cơ bản của sét:

-Trị số điện tích mang.
-Dòng điện trong kênh sét.
-Số sét lặp lại trong một kênh sét.
-Cường độ hoạt động của dông sét.

Dòng sét chảy trên các dây dẫn làm nóng các dây dẫn do tác dụng nhiệt năng, đặc
biệt là ở những chổ tiếp xúc kém và lực tác động cũng rất lớn.

II/ CÁC DẠNG TÁC ĐỘNG CỦA SÉT ĐẾN THIẾT BỊ ĐIỆN NHẠY CẢM
1. Các dạng tác động
Các thiết bị điện tử nhạy cảm trong quá trình sử dụng chịu các dạng tác
động chính như sau:
Các thiết bị điện tử nhạy cảm trong quá trình sử dụng chịu các dạng tácđộng chính
như sau:
-Tác động tĩnh điện
Tác động tĩnh điện của sét đến các thiết bị liên quan đến sự ảnh hưởng của trường
điện ở giai đoạn trước lúc xảy ra sét., giai đoạn tiên đạo, giai đoạn sét chưa kết thúc
hoặc sét giữa các đám mây.
-Tác động điện từ
Tác động điện từ của sét có liên quan đến ảnh hưởng cảm ứng của dòng điện kênh sét
khi các thiết bị nầy ở gần vùng ảnh hưởng ở khoảng cách tương ứng với chiều dài của
kênh sét hoặc ảnh hưởng của các xung điện từ.
-Tác động của dòng sét
Tác động của dòng sét liên quan đến sét đánh trực tiếp các công trình xây dựng hoặc
gần các công trình đó.
-Tác động Galvanic
Tác động Galvanic có liên quan đến dòng sét chảy trong đất và đồng thời một bộ phận

của dòng sét rẽ nhánh đi vào thiết bị thông qua hệ thống tiếp đất.
-Tác động thứ cấp ( tạp âm thứ cấp)
Tác động thứ cấp có liên quan đến ảnh hưởng của tạp âm điện từ lên các mạch thứ
cấp của thiết bị ( viễn thông ) mà nguồn tạp âm là từ các mạch sơ cấp chịu ảnh hưởng
trực tiếp của một trong các dạng tác động đã nêu.
2-Các con đường chính sét xâm nhập vào thiết bị
-Sét đánh thẳng vào công trình.
-Sét xâm nhập qua thiết bị anten.
-Sét xâm nhập qua các đường dây treo nổi.
-Sét xâm nhập qua đường cáp đặt ngầm.
-Sét xâm nhập qua cáp nối giữa các thiết bị.
-Sét xâm nhập qua các mạch cung cấp điện cho thiết bị viễn thông.
-Sét xâm nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung
III/ KỸ THUẬT PHÒNG CHỐNG SÉT
Để chống sét một cách có hiệu quả và toàn diện phải tuân theo giải pháp chống sét
bao gồm
1. Chống sét đánh thẳng trực tiếp cho công trình
2. Chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn và đường truyền tín hiệu
3. Hệ thống tiếp đất có tổng trở thấp và đảm bảo an toàn cao.
CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG BẰNG KIM THU SÉT PHÁT TIA TIÊN ĐẠO
Đe giảm bớt những rủi ro mà cột thu lôi không đáp ứng được vì sự thụ động của
chúng, FRANKLIN FRANCE (Pháp) với nhiều năm nghiên cứu đã trở thành chuyên gia
hàng đầu trong lĩnh vực bảo vệ chống sét đánh thẳng bởi một sản phẩm mới, khắc
phục tính thụ động của cột thu lôi cổ điển: kim thu sét tạo tia tiên đạo – SAINT ELMO.

1. Cấu tạo
• Đầu thu
Một đầu thu gắn cố định phía trên dùng thu sét và và che chắn cho đầu phát xạ ion ở
bên trong. Nó được thiết kế để tạo ra dòng chuyển động không khí xuyên qua đầu
phát ion, phân tán các ion này ra không gian xung quanh, tạo môi trường thuận lợi để

kích hoạt sớm sự phóng điện (hiện tượng Corona), hạn chế thiệt hại do sét gây ra.
• Thân kim
Thân kim được làm bằng đồng xử lý hoặc inox, phía trên có một hoặc nhiều đầu nhọn
dùng phát xạ ion. Các đầu họn này được nối với bộ phát xạ ion thông qua dây dẫn
luồng bên trong ống cách điện.
• Bộ kích thích phát xạ ion
Được làm bằng vật liệu Ceramic áp điện, đặt phía dưới thân kim, trong buồng cách
điện, nối với các đầu phát xạ nhờ dây dẫn chịu được điện thế cao. Khi có dông, dưới
tác động của một lực, bộ phận này sẽ phát ra các điện tích.
2. Nguyên tắc hoạt động
a - Sự kích thích áp điện
Một sự dao động nhỏ của kim thu sét so với cột đỡ cùng với áp lực được tạo ra trước
trong bộ kích thích sẽ sinh ra những áp lực biến đổi ngược nhau. Theo đó, chúng tạo
ra điện thế cao tại các đầu nhọn phát xạ ion, sinh ra một lượng lớn ion xung quanh
kim thu sét. Những ion này sẽ ion hóa dòng khí quyển xung quanh và phía trên đầu
thu nhờ hệ thống lưu chuyển không khí VENTURI ngay đầu thu. Tính lưỡng cực của
Vật liệu áp điện tạo cho kim thu sét SAINT-ELMO khả năng hoạt động với cả sét dương
và âm.

Một sự dao động nhỏ của kim thu sét so với cột đỡ cùng với áp lực được tạo ra trước
trong bộ kích thích sẽ sinh ra những áp lực biến đổi ngược nhau.Theo đó, chúng tạo ra
điện thế cao tại các đầu nhọn phát xạ ion, sinh ra một lượng lớn ion xung quanh kim
thu sét. Những ion này sẽ ion hóa dòng khíquyển xung quanh và phía trên đầu thu
nhờ hệ thống lưu chuyển không khíVENTURI ngay đầu thu. Tính lưỡng cực của Vật liệu
áp điện tạo cho kim thusét SAINT-ELMO khả năng hoạt động với cả sét dương và âm.
b- Giảm thời gian kích thích hiệu ứng CORONA và giảm điện áp ngưỡng
Sự tăng cưỡng bức mật độ ion của không khí chung quanh một điện cực đều làm giảm
điện áp ngưỡng. Điều này được thực hiện nhờ bộ phát xạ ion. Khả năng này khiến cho
nó có tính hiệu quả hơn trong vai trò của điểm thu sớm nhất so với các điểm khác của
tòa nhà mà nó bảo vệ.

3. Vùng bảo vệ của đầu thu sét :
Bán kính bảo vệ của đầu kim thu sét phát xạ sớm được xác định bởi tiêu chuẩn Pháp
NFC 17-102 (tháng 07/1995).





CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN

Sự tăng đột biến điện áp trên đường cấp điện có thể gây nguy hiểm cho người và làm
gián đoạn công việc do hư hỏng thiết bị. Nó gây ra nhiều phí tổn như: chi phí sữa chữ
và thay thế, chi phí để khôi phục lại dữ liệu, sự hao tổn do ngưng hoạt động và mất
các cơ hội làm ăn. Ngoài ra, con người có thể bị nguy hiểm do hệ thống thiếu an toàn.
Có nhiều nguyên nhân gây nên quá áp trên hệ thống
-Tác nhân bên ngoài: sét là một trong những nguyên nhân gây quá áp. Sét không
nhất thiết phải đánh trực tiếp đến đường năng lượng mới gây nguy hiểm, một sét đánh
cách xa vài trăm mét có thể gây ra vùng nguy hiểm rộng lớn, ảnh hưởng ngay cả đến
cáp dưới đất.
-Tác nhân bên trong: Hầu hết những quá áp phát ra bên trong hệ thống do việc đóng
ngắt các tải điện công suất lớn như hệ thống nhiệt, động cơ v.v… Nó chiếm từ 70 –
80% trong tất cả những sự cố quá áp. Do đó, bảo vệ quá áp là việc cần được lưu tâm
và khuyến khích.
Xung quá áp đột biến (Transient overvoltage): Xung quá áp đột biến là sự tăng vọt
điện áp trong thời gian ngắn khoảng một phần triệu giây hay một phần ngàn giây và
được đo lường giữa hai hoặc nhiều dây dẫn. Điện áp tăng vọt từ vài vôn cho tới hàng
ngàn vôn. Điện áp này tồn tại giữa hai hoặc nhiều dây dẫn tức giữa các dây pha/pha,
pha/ trung tính, pha/đất, trung tính/đất.

CÁC DẠNG ĐỒ THỊ XUNG

Hình 1: Đồ thị xung hình Sin chuẩn


Hình 2: Power cut: Xung điện áp bị ngắt hoàn toàn và kéo dài trong nhiều mili giây
cho
tới nhiều giờ.


Hình 3: Udervoltage : Là sự giảm điện áp liên tục trên nguồn điện và kéo dài trong vài
giây.


Hình 4: Overvoltage : Là sự tăng điện áp liên tục trên nguồn điện và kéo dài quá vài
giây.



Hình 5: Sag : Là sự giảm điện áp trên nguồn điện và kéo dài không quá một hoặc hai
giây.


Hình 6: Swell : Là sự tăng điện áp trên nguồn điện và kéo dài không quá một hoặc hai
giây.


Hình 7: Transient overvoltge : Là xung quá áp đột biến là sự tăng vọt điện áp cực
nhanh
không lâu hơn một mili giây.

a/ CHỐNG SÉT CÁP ĐỒNG TRỤC AN-TEN PHI ĐƠ

Để chống sét trên cáp đồng trục an-ten phi đơ, ta dùng các thiết bị bảo vệ tần số cao
(High frequency protection). Thiết bị này được thiết kế để chống sét và chống nhiễu
do các xung cảm ứng điện từ trên cáp đồng trục. Thường tần số sử dụng là HF, VHF,
UHF.
Các thiết bị chống sét cho cáp đồng trục thường dùng các kiểu đầu nối N, BNC. Các
yêu cầu chính khi chọn lựa thiết bị bảo vệ:
Tương thích về đầu nối.
Chắc chắn về cơ học.
Thỏa mãn về dãi tần số và băng thông. Suy hao xen vào và suy hao phản xạ nhỏ.
Thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật khác.
b/ CHỐNG SÉT CHO MẠNG MÁY TÍNH

Để chống sét cho mạng máy tính, ta cần quan tâm đến kiểu mạng và thiết bị nối
mạng, bao gồm:
Kiểu mạng: thông dụng nhất là mạng kết nối hình sao , kết nối hỗn hợp thông qua
HUB (thiết bị kết nối và truy xuất mạng).
Kiểu đầu nối cáp mạng : kiểu UTP hay BNC.
Tốc độ truyền dữ liệu của card mạng.
Lưu ý: Để bảo vệ đầy đủ cho mạng máy tính, cần thiết lập nguồn cung cấp duy nhất
cho các máy đơn lẻ trong cùng một khu vực và lắp đặt các thiết bị cắt sét nguồn.

c/ CHỐNG SÉT CHO MẠNG TRUYỀN DỮ LIỆU