Nghiên cứu xây dựng qui trình chế tạo và kiểm tra mối hàn các vật liệu khác nhau bằng kỹ thuật kiểm tra không phá hủy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN NHƯ QUỲNH

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ DÒNG SÉT VÀ ĐIỆN ÁP
TRÊN CÁC SPD KHI SÉT ĐÁNH VÀO TÒA NHÀ

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202

S K C0 0 4 6 5 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN NHƢ QUỲNH

NGHIÊN CỨU PHÂN BỐ DÕNG SÉT VÀ ĐIỆN ÁP
TRÊN CÁC SPD KHI SÉT ĐÁNH VÀO TÕA NHÀ

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015


LUẬN VĂN THẠC SĨ

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: NGUYỄN NHƢ QUỲNH
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 20/04/1984
Nơi sinh: Long An
Quê quán: Ấp 2, Long Thuận, Thủ Thừa, Long An
Dân tộc: Kinh
Địa chỉ liên lạc: 195/19 Xơ viết Nghệ Tĩnh, P.17, Q. Bình Thạnh, TP.HCM
Điện thoại cơ quan: 08.39307919
Điện thoại nhà riêng: 0978 636 412
Fax:
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ : tháng 9/2002 đến tháng 9/2004
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Cao đẳng Công nghiệp 4
Ngành học: Điện công nghiệp
2. Cao Đẳng chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ : tháng 4/2005 đến tháng 10/2006
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện cơng nghiệp
3. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ : tháng 4/2007 đến tháng 10/2008
Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh

Ngành học: Kỹ thuật điện
Tên đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng Labview trong điều khiển máy điện không
đồng bộ 3 pha
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:
Ngƣời hƣớng dẫn: Ths. Châu Văn Bảo
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
Từ 03/2009
Chi cục Tiêu chuẩn Đo lƣờng
Nhân viên tƣ vấn
đến 10/2010
Chất lƣợng TP.HCM
Từ 11/2010
Trƣờng Cao đẳng Nghề Cơ giới
Giáo viên Điện-Điện tử
đến 02/2012
và Thủy lợi
03/2012 đến
Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn
Thử nghiệm viên
nay
Đo lƣờng Chất lƣợng TP.HCM

Trang i


LUẬN VĂN THẠC SĨ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2015

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Nhƣ Quỳnh

Trang ii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

CẢM TẠ
Lời đầu tiên tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu nhà trƣờng, Quý
Thầy Cô Khoa Điện - Điện tử trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí
Minh, gia đình, cơng ty và bạn bè đã quan tâm, giúp đỡ để đề tài của tơi đƣợc hồn
thành đúng u cầu.
Đặc biệt tơi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Quyền Huy Ánh, ngƣời
trực tiếp hƣớng dẫn, đã góp rất nhiều ý kiến quý báo và dành nhiều thời gian để
hƣớng dẫn, chỉnh sửa, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn tốt
nghiệp đúng thời hạn.
Cùng sự hƣớng dẫn của thầy Quyền Huy Ánh, Ban Giám đốc cùng các anh

chị trong cơ quan nơi tôi đang công tác, tôi cũng nhận đƣợc nhiều sự quan tâm và
giúp đỡ từ bạn bè đã tạo thêm nghị lực giúp tôi vƣợt qua nhiều khó khăn để hồn
thành q trình thực tập. Xin gửi đến ba mẹ lời cảm ơn sâu sắc đã cho con có đƣợc
ngày hơm nay.
Vì thời gian giới hạn nên chắc chắn đề tài còn những điểm thiếu sót. Tơi sẽ
rất trân trọng và cảm ơn những ý kiến đóng góp của q thầy cơ để đề tài của tơi
đƣợc hồn thiện hơn.
Học viên

Nguyễn Nhƣ Quỳnh

Trang iii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

TÓM TẮT
Sét là hiện tƣợng tự nhiên thƣờng xuyên xảy ra trong năm, thiệt hại do sét
đánh là rất lớn là nguyên nhân hƣ hỏng các thiết bị điện tử và nguy hiểm đến tính
mạng con ngƣời…. Để hạn chế thiệt hại do sét gây ra trong các toà nhà, cần thiết
phải sử dụng các thiết bị chống sét SPD (surge protective device). Tuy nhiên, để lựa
chọn cũng nhƣ phát huy một cách có hiệu quả các thiết bị chống sét nguồn điện, cần
thiết phải xác định hình dạng và giá trị biên độ dịng điện sét đi qua các SPD trong
mạch điện tại các toà nhà.
Đa phần các tịa nhà có hệ thống đất chống sét trực tiếp đƣợc nối đẳng thế
với hệ thống trung tính nguồn cung cấp. Vì vậy, mỗi khi sét đánh trực tiếp vào hệ
thống chống sét của toà nhà, một phần của dòng điện sét sẽ theo các dây dẫn chạy
vào mạng điện toà nhà làm hƣ hỏng các thiết bị.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế, luận văn “Nghiên cứu phân bố dòng sét và
điện áp trên các SPD khi sét đánh vào tịa nhà”,bằng Matlab mơ phỏng để xác

định hình dáng và giá trị biên độ của xung dịng điện sét đi vào mạng điện toà nhà
tại các vị trí khác nhau với các cấu hình khác nhau tƣơng ứng khi thay đổi giá trị
điện trở tiếp đất của hệ thống nối đất khi sét đánh trực tiếp vào kim thu sét đặt trên
toà nhà.
Kết quả nghiên cứu giúp cho việc tính tốn tìm ra giải pháp thích hợp và lựa
chọn cấu hình bảo vệ tốt nhất trên đƣờng cấp nguồn hạ thế cho tòa nhà khi sét đánh
trực tiếp vào kim thu sét đặt trên toà nhà.

Trang iv


LUẬN VĂN THẠC SĨ

ABSTRACT
Lightning is one of those natural phenomenons with its obvious violence and
the destructive power attributed to it. A direct lightning strike to a building may
cause damage or interference in the operation of electronic equipment inside the
structure and may even be dangerous to the people in the more critical case. In order
to decide on an efficient surge protective device (SPD). However, for good
selection and effective exploitation of surge protection devices, shape and amplitude
of lightning surges that get through the SPD arranged on building circuits are
required knowledge of the current distribution.
Currently, in order to have equipotential conditions for the buildings,
grounding system of direct lightning protection devices is often connected to the
grounding network of power supply system. For this reason, when there is a
lightning stroke that strikes directly on building’s lightning protection system, a
portion of lightning current will spread out in the building electrical network
through cables. The current in this case will be a major cause which damages home
appliances.
According to practical requirements, a thesis of “Research on lightning

current distributions and voltage when direct strike in building”, using modeling
and simulation with Matlab, determining some essential current parameters in the
building power network when strike points are assumed in different places on the
building's roof with different configurations and values of grounding resistors of
lightning protection system and power supply one as well under direct stroke on the
building.
The research results enable to calculate, compare and pick out the best
protection configuration in low voltage network of the building that is under direct
lightning stroke.

Trang v


LUẬN VĂN THẠC SĨ

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... ii
CẢM TẠ ................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ................................................................................................................ iv
ABSTRACT ...............................................................................................................v
MỤC LỤC ................................................................................................................ vi
DANH MỤC KÝ HIỆU ............................................................................................x
DANH SÁCH CÁC HÌNH...................................................................................... xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG .....................................................................................xv
CHƢƠNG MỞ ĐẦU .................................................................................................1
1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .................................................................1

2.

NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................2

3.

GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ..............................................................................3

4.

CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH ............................................................................3

5.

TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI .............................................................................3

6.

TÍNH THỰC TIỄN .......................................................................................3

7.

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................4

Chƣơng 1 ....................................................................................................................5
TỔNG QUAN VỀ SÉT .............................................................................................5
1.1. Sự hình thành của sét .....................................................................................5
1.2. Các thơng số của dịng điện sét .....................................................................8
1.2.1. Biên độ của dòng điện sét .......................................................................8

1.2.2. Thời gian đầu sóng tđ, thời gian giữa sóng tz và thời gian tồn sóng t
của dịng điện sét..................................................................................................8
1.2.3. Độ dốc đầu sóng của dịng điện sét ........................................................8
Chƣơng 2 ....................................................................................................................9
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CHỐNG SÉT VAN MOV .....9
2.1. Cấu tạo ...........................................................................................................9

Trang vi


LUẬN VĂN THẠC SĨ

2.2. Tính năng hoạt động của biến trở ZnO........................................................12
2.3. Đặc tính V-I .................................................................................................15
2.4. Thời gian đáp ứng ........................................................................................16
2.5. Năng lƣợng cho phép và công suất tiêu tán trung bình ...............................17
2.5.1. Năng lƣợng cho phép ............................................................................17
2.5.2. Cơng suất tiêu tán trung bình ................................................................18
Chƣơng 3 ..................................................................................................................19
MƠ HÌNH MOV HẠ THẾ VÀ MƠ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG ..................19
3.1. Mơ hình MOV hạ thế...................................................................................19
3.1.1. Cấu trúc cơ bản của mơ hình MOV hạ thế ...........................................19
3.1.2. Mơ hình MOV hạ thế trong MATLAB ................................................21
3.2. Mơ hình nguồn phát xung ............................................................................24
3.3. Mơ phỏng MOV ..........................................................................................26
Chƣơng 4 ..................................................................................................................28
CÁC CẤU HÌNH THỬ NGHIỆM .........................................................................28
4.1. Tóm tắt .........................................................................................................28
4.2. Các cấu hình tiêu biểu .................................................................................29
4.2.1. Cấu hình 1 .............................................................................................29

4.2.2. Cấu hình 2 .............................................................................................32
4.2.3. Cấu hình 3 .............................................................................................33
4.2.4. Cấu hình 4 .............................................................................................36
4.2.5. Cấu hình 5 .............................................................................................37
4.2.6. Cấu hình 6 .............................................................................................40
Chƣơng 5 ..................................................................................................................42
LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ................................................................................42
5.1. Trƣờng hợp 1 .............................................................................................42
Hệ thống nối đất của hai tòa nhà đều có giá trị điện trở là 10Ω và nguồn xung
biên độ100kA, dạng sóng 10/350µs. .....................................................................42
5.1.1. Cấu hình 1 (một tịa nhà), kiểu bảo vệ L-E; N-E ..................................42
5.1.2. Cấu hình 2 (một tòa nhà), kiểu bảo vệ L-N;N-E ..................................45
5.1.3. Cấu hình 3 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ hai), kiểu bảo vệ L-E; N-E ...................................48

Trang vii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

5.1.4. Cấu hình 4 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ nhất), kiểu bảo vệ L-E; N-E .................................52
5.1.5. Cấu hình 5 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ hai), kiểu bảo vệ L-N; N-E ...................................56
5.1.6. Cấu hình 6 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tòa nhà thứ nhất), kiểu bảo vệ L-N; N-E .................................60
5.2. Trƣờng hợp 2 .............................................................................................64
Hệ thống nối đất của hai tịa nhà đều có giá trị điện trở là 5Ω và nguồn xung có
biên độ 100kA, dạng sóng 10/350µs. ....................................................................64
5.2.1. Cấu hình 1 (một tịa nhà), kiểu bảo vệ L-E; N-E ..................................64

5.2.2. Cấu hình 2 (một tịa nhà), kiểu bảo vệ L-N; N-E .................................67
5.2.3. Cấu hình 3 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ hai), kiểu bảo vệ L-E; N-E ...................................70
5.2.4. Cấu hình 4 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ nhất), kiểu bảo vệ L-E; N-E .................................74
5.2.5. Cấu hình 5 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tòa nhà thứ hai), kiểu bảo vệ L-N; N-E ...................................78
5.2.6. Cấu hình 6 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tòa nhà thứ nhất), kiểu bảo vệ L-N; N-E .................................82
5.3. Trƣờng hợp 3 .............................................................................................86
Hệ thống nối đất của hai tòa nhà đều có giá trị điện trở là 10Ω. Tuy nhiên, điểm
khác so với (trƣờng hợp 1) là nguồn xung có biên độ100kA, dạng sóng 8/20µs. 86
5.3.1. Cấu hình 1 (một tòa nhà), kiểu bảo vệ L-E; N-E ..................................86
5.3.2. Cấu hình 2 (một tịa nhà), kiểu bảo vệ L-N; N-E .................................87
5.3.3. Cấu hình 3 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tòa nhà thứ hai), kiểu bảo vệ L-E; N-E ...................................88
5.3.4. Cấu hình 4 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ nhất), kiểu bảo vệ L-E; N-E .................................89
5.3.5. Cấu hình 5 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ hai), kiểu bảo vệ L-N; N-E ...................................90
5.3.6. Cấu hình 6 (gồm hai tòa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ nhất), kiểu bảo vệ L-N; N-E .................................92
5.4. Trƣờng hợp 4 .............................................................................................93
Hệ thống nối đất của hai tịa nhà đều có giá trị điện trở là 5Ω. Tuy nhiên, điểm
khác so với (trƣờng hợp 2) là nguồn xung có biên độ100kA, dạng sóng 8/20µs. 93
5.4.1. Cấu hình 1 (một tịa nhà), kiểu bảo vệ L-E; N-E ..................................93

Trang viii

LUẬN VĂN THẠC SĨ

5.4.2. Cấu hình 2 (một tịa nhà), kiểu bảo vệ L-N; N-E .................................94
5.4.3. Cấu hình 3 (gồm hai tòa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ hai), kiểu bảo vệ L-E; N-E ...................................95
5.4.4. Cấu hình 4 (gồm hai tòa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ nhất), kiểu bảo vệ L-E; N-E .................................97
5.4.5. Cấu hình 5 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ hai), kiểu bảo vệ L-N; N-E ...................................98
5.4.6. Cấu hình 6 (gồm hai tịa nhà, xung sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
đặt trên nóc của tịa nhà thứ nhất), kiểu bảo vệ L-N; N-E ...............................100
BẢNG THỐNG KÊ TỪ CẤU HÌNH 1 ĐẾN CẤU HÌNH 6 .................................102
5.5. Nhận xét chung ..........................................................................................105
Chƣơng 6 ................................................................................................................106
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ................................106
6.1. Kết Luận ....................................................................................................106
6.2. Hƣớng nghiên cứu phát triển .....................................................................106
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................107

Trang ix


LUẬN VĂN THẠC SĨ

DANH MỤC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị

Mô tả

Thiết bị chống sét (Surge Protective Device)

SPD
MOV

kA

Chống sét van (Metal Oxide Varistor)

Imax

kA

Biên độ của dịng điện sét

tđ

μs

Thời gian đầu sóng

tz

μs

Thời gian giữa sóng

D

nm

Bề dày của biến trở

Vb

V

Điện thế rào



Hằng số điện môi của chất bán dẫn

N

Hạt/cm3

Mật độ hạt dẫn

P

W

Công suất tiêu tán trung bình

0

Nhiệt độ gia tăng trung bình

T

C



Hệ số tiêu tán công suất

TOL

%

Độ sai số chuẩn

Vc

V

Điện áp làm việc xoay chiều cực đại

R



Điện trở

L

H

Độ tự cảm

C

F

Điện dung

Trang x


LUẬN VĂN THẠC SĨ

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1. Các giai đoạn phóng điện sét ......................................... Trang 7
Hình 1.2. Đƣờng cong của dịng điện sét ....................................... Trang 8
Hình 2.1 Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I .............................. Trang 9
Hình 2.2. Vi cấu trúc của MOV .................................................. Trang 10
Hình 2.3. Vi cấu trúc của MOV ..................................................... Trang 11
Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO ....... Trang 12
Hình 2.5. Lƣu đồ chế tạo biến trở ZnO .......................................... Trang 13
Hình 2.6. Sơ đồ năng lƣợng tiếp giáp ZnO-biên-ZnO ................... Trang 14
Hình 2.7. Quan hệ điện thế rào với điện áp đặt vào ....................... Trang 15
Hình 2.8. Đặc tính V-I của MOV ................................................... Trang 16
Hình 2.9. Đáp ứng của biến trở ZnO ứng với xung tốc độ cao ...... Trang 16
Hình 2.10. Đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối
với xung dịng................................................................................. Trang 17
Hình 2.11. Số lần xung có thể chịu đƣợc của MOV ...................... Trang 18
Hình 3.1. Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng của mơ hình MOV đề nghị ... Trang 19
Hình 3.2. Đặc tính V-I của MOV có sai số TOL 10% ................... Trang 20
Hình 3.3. Sơ đồ mơ hình điện trở phi tuyến V=f(I) của MOV ...... Trang 20

Hình 3.4. Mơ hình MOV hạ thế trong mơi trƣờng Matlab ............ Trang 21
Hình 3.5. Biểu tƣợng mơ hình MOV hạ thế .................................. Trang 22
Hình 3.6. Hộp thoại khai báo thơng số của MOV hạ thế ............... Trang 22
Hình 3.7. Hộp thoại Initialization của mơ hình MOV hạ thế ........ Trang 23
Hình 3.8. Hộp thoại nhập thơng số của mơ hình MOV hạ thế ...... Trang 24
Hình 3.9. Sơ đồ khối tạo nguồn phát xung .................................... Trang 25
Hình 3.10. Biểu tƣợng của mơ hình nguồn phát xung ................... Trang 25
Hình 3.11. Hộp thoại khai báo các thơng số ................................. Trang 25
Hình 3.12. Sơ đồ mơ phỏng MOV ................................................ Trang 26
Hình 3.13. Thơng số nguồn xung dịng 100kA,
dạng sóng 8/20µs ........................................................................... Trang 26

Trang xi


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hình 3.14. Dạng sóng nguồn xung dịng 100kA, 8/20µs............... Trang 26
Hình 3.15. Thơng số nguồn xung dịng 100kA,
dạng sóng 10/350µs ....................................................................... Trang 27
Hình 3.16. Dạng sóng nguồn xung dịng 100kA, 8/20µs............... Trang 27
Hình 4.1. Mơ hình thứ nhất ............................................................ Trang 28
Hình 4.2. Mơ hình thứ hai .............................................................. Trang 29
Hình 4.3. Mơ hìnhmạch điện cấu hình 1 ........................................ Trang 30
Hình 4.4. Mơ hình mạch củacấu hình 2 ......................................... Trang 32
Hình 4.5. Mơ hình mạch của cấu hình 3 ........................................ Trang 33
Hình 4.6. Mơ hình mạch của cấu hình 4 ........................................ Trang 36
Hình 4.7. Mơ hình mạch của cấu hình 5 ........................................ Trang 37
Hình 4.8. Mơ hình mạch của cấu hình 6 ........................................ Trang 40
Trƣờng hợp 1

Hình 5.1. Mơ hình mạch của cấu hình 1 ........................................ Trang 42
Hình 5.2. Đặc tuyến của dòng điện I1, I2, I3 theo thời gian ............ Trang 43
Hình 5.3. Đặc tuyến dịng điện I4, I5 theo thời gian ....................... Trang 43
Hình 5.4. Đặc tuyến điện áp V1, V2 theo thời gian ........................ Trang 43
Hình 5.5. Mơ hình mạch của cấu hình 2 ........................................ Trang 45
Hình 5.6. Đặc tuyến dịng điện I1, I2, I3 theo thời gian .................. Trang 45
Hình 5.7. Đặc tuyến dịng điện I4, I5 theo thời gian ....................... Trang 46
Hình 5.8. Đặc tuyến điện áp V1, V2 theo thời gian ........................ Trang 46
Hình 5.9.Mơ hình mạch của cấu hình 3 ......................................... Trang 48
Hình 5.10. Đặc tuyến dịng điện I1, I2, I3 theo thời gian ................ Trang 48
Hình 5.11. Đặc tuyến dịng điện I4, I5 theo thời gian ..................... Trang 49
Hình 5.12. Đặc tuyến dòng điện I6, I7 theo thời gian ..................... Trang 49
Hình 5.13. Đặc tuyến dịng điện I8, I9 theo thời gian ..................... Trang 49
Hình 5.14. Đặc tuyến dịng điện V1, V2 theo thời gian .................. Trang 50
Hình 5.15. Đặc tuyến dịng điện V3, V4 theo thời gian .................. Trang 50
Hình 5.16.Mơ hình mạch của cấu hình 4 ....................................... Trang 52

Trang xii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hình 5.17. Đặc tuyến dịng điện I1, I2, I3 theo thời gian .................. Trang 52
Hình 5.18. Đặc tuyến dòng điện I4, I5 theo thời gian ....................... Trang 53
Hình 5.19. Đặc tuyến dịng điện I6, I7 theo thời gian ....................... Trang 53
Hình 5.20. Đặc tuyến dịng điện I8, I9 theo thời gian ....................... Trang 53
Hình 5.21. Đặc tuyến dịng điện V1, V2 theo thời gian .................... Trang 54
Hình 5.22. Đặc tuyến dòng điện V3, V4 theo thời gian .................... Trang 54
Hình 5.23.Mơ hình mạch của cấu hình 5 ......................................... Trang 56
Hình 5.24. Đặc tuyến dịng điện I1, I2, I3 theo thời gian .................. Trang 56

Hình 5.25. Đặc tuyến dịng điện I4, I5 theo thời gian ....................... Trang 57
Hình 5.26. Đặc tuyến dòng điện I6, I7 theo thời gian ....................... Trang 57
Hình 5.27. Đặc tuyến dịng điện I8, I9 theo thời gian ....................... Trang 57
Hình 5.28. Đặc tuyến dịng điện V1, V2 theo thời gian .................... Trang 58
Hình 5.29. Đặc tuyến dòng điện V3, V4 theo thời gian .................... Trang 58
Hình 5.30. Mơ hình mạch cấu hình 6 ............................................... Trang 60
Hình 5.31. Đặc tuyến dịng điện I1, I2, I3 theo thời gian .................. Trang 60
Hình 5.32. Đặc tuyến dịng điện I4, I5 theo thời gian ....................... Trang 61
Hình 5.33. Đặc tuyến dòng điện I6, I7 theo thời gian ....................... Trang 61
Hình 5.34. Đặc tuyến dịng điện I8, I9 theo thời gian ....................... Trang 61
Hình 5.35. Đặc tuyến dịng điện V1, V2 theo thời gian .................... Trang 62
Hình 5.36. Đặc tuyến dòng điện V3, V4 theo thời gian .................... Trang 62
Trƣờng hợp 2
Hình 5.37. Mơ hình mạch của cấu hình 1 ........................................ Trang 64
Hình 5.38. Đặc tuyến của dịng điện I’1, I’2, I’3 theo thời gian ........ Trang 65
Hình 5.39. Đặc tuyến dòng điện I’4, I’5 theo thời gian .................... Trang 65
Hình 5.40. Đặc tuyến điện áp V’1, V’2 theo thời gian ..................... Trang 65
Hình 5.41. Mơ hình mạch của cấu hình 2 ........................................ Trang 67
Hình 5.42. Đặc tuyến dịng điện I’1, I’2, I’3 theo thời gian .............. Trang 67
Hình 5.43. Đặc tuyến dòng điện I’4, I’5 theo thời gian .................... Trang 68
Hình 5.44. Đặc tuyến điện áp V’1, V’2 theo thời gian ..................... Trang 68

Trang xiii


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hình 5.45. Mơ hình mạch của cấu hình 3 ........................................ Trang 70
Hình 5.46. Đặc tuyến dịng điện I’1, I’2, I’3 theo thời gian .............. Trang 70
Hình 5.47. Đặc tuyến dòng điện I’4, I’5 theo thời gian .................... Trang 71

Hình 5.48. Đặc tuyến dịng điện I’6, I’7 theo thời gian .................... Trang 71
Hình 5.49. Đặc tuyến dịng điện I’8, I’9 theo thời gian .................... Trang 71
Hình 5.50. Đặc tuyến dòng điện V’1, V’2 theo thời gian ................. Trang 72
Hình 5.51. Đặc tuyến dịng điện V’3, V’4 theo thời gian ................. Trang 72
Hình 5.52. Mơ hình mạch của cấu hình 4 ........................................ Trang 74
Hình 5.53. Đặc tuyến dịng điện I’1, I’2, I’3 theo thời gian .............. Trang 74
Hình 5.54. Đặc tuyến dòng điện I’4, I’5 theo thời gian .................... Trang 75
Hình 5.55. Đặc tuyến dịng điện I’6, I’7 theo thời gian .................... Trang 75
Hình 5.56. Đặc tuyến dịng điện I’8, I’9 theo thời gian .................... Trang 75
Hình 5.57. Đặc tuyến điện áp V’1, V’2 theo thời gian ..................... Trang 76
Hình 5.58. Đặc tuyến điện áp V’3, V’4 theo thời gian ..................... Trang 76
Hình 5.59. Mơ hình mạch của cấu hình 5 ........................................ Trang 78
Hình 5.60. Đặc tuyến dịng điện I’1, I’2, I’3 theo thời gian .............. Trang 78
Hình 5.61. Đặc tuyến dòng điện I’4, I’5 theo thời gian .................... Trang 79
Hình 5.62. Đặc tuyến dịng điện I’6, I’7 theo thời gian .................... Trang 79
Hình 5.63. Đặc tuyến dịng điện I’8, I’9 theo thời gian .................... Trang 79
Hình 5.64. Đặc tuyến dòng điện V’1, V’2 theo thời gian ................. Trang 80
Hình 5.65. Đặc tuyến dịng điện V’3, V’4 theo thời gian ................. Trang 80
Hình 5.66. Mơ hình mạch của cấu hình 6 ........................................ Trang 82
Hình 5.67. Đặc tuyến dịng điện I’1, I’2, I’3 theo thời gian .............. Trang 82
Hình 5.68. Đặc tuyến dòng điện I’4, I’5 theo thời gian .................... Trang 83
Hình 5.69. Đặc tuyến dịng điện I’6, I’7 theo thời gian .................... Trang 83
Hình 5.70. Đặc tuyến dịng điện I’8, I’9 theo thời gian .................... Trang 84
Hình 5.71. Đặc tuyến điện áp V’1, V’2 theo thời gian ..................... Trang 84
Hình 5.72. Đặc tuyến điện áp V’3, V’4 theo thời gian ..................... Trang 84

Trang xiv


LUẬN VĂN THẠC SĨ

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Kích thƣớc biến trở .......................................................... Trang 13
Bảng 2.2. Đƣờng kính đĩa danh định ............................................... Trang 13
Trƣờng hợp 1
Bảng 5.1. Kết quả mô phỏng của cấu hình 1 ................................... Trang 44
Bảng 5.2. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 2 ................................... Trang 47
Bảng 5.3. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 3 ................................... Trang 51
Bảng 5.4. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 4 ................................... Trang 55
Bảng 5.5. Kết quả mô phỏng của cấu hình 5 ................................... Trang 59
Bảng 5.6. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 6 ................................... Trang 63
Trƣờng hợp 2
Bảng 5.7. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 1 ................................... Trang 66
Bảng 5.8. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 2 ................................... Trang 69
Bảng 5.9. Kết quả mô phỏng của cấu hình 3 ................................... Trang 73
Bảng 5.10. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 4 ................................. Trang 77
Bảng 5.11. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 5 ................................. Trang 81
Bảng 5.12. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 6 ................................. Trang 85
Trƣờng hợp 3
Bảng 5.13. Kết quả mô phỏng của cấu hình 1 ................................. Trang 86
Bảng 5.14. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 2 ................................. Trang 87
Bảng 5.15. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 3 ................................. Trang 88
Bảng 5.16. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 4 ................................. Trang 89
Bảng 5.17. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 5 ................................. Trang 90
Bảng 5.18. Kết quả mô phỏng của cấu hình 6 ................................. Trang 92
Trƣờng hợp 4
Bảng 5.19. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 1 ................................. Trang 93
Bảng 5.20. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 2 ................................. Trang 94
Bảng 5.21. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 3 ................................. Trang 95
Bảng 5.22. Kết quả mô phỏng của cấu hình 4 ................................. Trang 96

Trang xv


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Bảng 5.23. Kết quả mô phỏng của cấu hình 5 ................................. Trang 98
Bảng 5.24. Kết quả mơ phỏng của cấu hình 6 ................................. Trang 99
Bảng 5.25. Bảng thống kê cấu hình 1 (kiểu bảo vệ L-E; N-E) ........ Trang 101
Bảng 5.26. Bảng thống kê cấu hình 2 (kiểu bảo vệ L-N; N-E) ........ Trang 101
Bảng 5.27. Bảng thống kê cấu hình 3 (kiểu bảo vệ L-E; N-E) ........ Trang 102
Bảng 5.28. Bảng thống kê cấu hình 4 (kiểu bảo vệ L-E; N-E) ........ Trang 102
Bảng 5.29. Bảng thống kê cấu hình 5 (kiểu bảo vệ L-N; N-E) ........ Trang 103
Bảng 5.30. Bảng thống kê cấu hình 6 (kiểu bảo vệ L-N; N-E) ........ Trang 103

Trang xvi


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG MỞ ĐẦU
1.

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Sét là một hiện tƣợng trong tự nhiên mà khi xuất hiện nó có thể gây ra những

thiệt hại lớn về kinh tế cho các cơng trình xây dựng, nhà máy,…cũng nhƣ hiểm họa
khôn lƣờng cho con ngƣời. Nƣớc ta nằm trong tâm dơng của châu Á nên có cƣờng
độ dông sét mạnh. Theo khảo sát của Viện Vâ ̣t lý Địa cầ u

trung bình hàng năm ở

Việt Nam có khoảng 2 triệu cú sét đánh xuống đất. Đặc biệt, trong mấy năm gần
đây, thiệt hại do sét gây nên ngày một nghiêm trọng hơn. Do các tòa nhà mọc lên
nhanh chống. Vì thế, để đảm bảo cân bằng điện thế ở chỗ nối đất, tránh hiện tƣợng
chênh lệch điện thế giữa các hệ thống nối đất làm phá hỏng thiết bị điện tử cần phải
thực hiện nối đẳng thế giữa các hệ thống nối đất. Phần lớn hệ thống nối đất chống
sét trong các tòa nhà đƣợc nối chung với hệ thống nối đất trung tính nguồn. Tùy
theo giá trị điện trở đất tại nơi nối đất của các hệ thống mà các hình dạng và các giá
trị biên độ của dòng điện sét đi vào mạng điện của tịa nhà, đi qua trung tính thứ cấp
của máy biến áp phân phối và dòng điện qua các thiết bị chống sét tại ngõ vào của
mạng điện tịa nhà có những giá trị khác nhau. Do đó, điều quan trọng phải xác định
đƣợc thơng số dịng điện sét tại các vị trí khác nhau trong tịa nhà, là cơ sở cho việc
lựa chọn và bố trí thiết bị chống sét (SPD) cho mạng điện trong các tòa nhà.
Nhằm hạn chế những thiệt hại do sét gây ra ở mức thấp nhất trong các tòa
nhà phải lắp đặt các thiết bị chống sét (SPD). Đây đƣợc xem là giải pháp hỗ trợ cho
việc phòng chống sét hiệu quả và mang lại những kết quả khả quan. Tuy nhiên, để
lựa chọn cũng nhƣ phát huy một cách có hiệu quả các thiết bị chống sét, cần thiết
phải xem xét đến các yếu tố có ảnh hƣởng trực tiếp đến khả năng hoạt động của
thiết bị chống sét. Những yếu tố cần quan tâm đó là giá trị điện trở tiếp đất của hệ
thống chống sét thẳng và giá trị điện trở nối đất của hệ thống nguồn cung cấp. Hình
dạng và giá trị biên độ dòng điện sét đánh trực tiếp vào hệ thống chống sét và đi qua
các thiết bị chống sét (SPD) trong các cấu hình khác nhau.
Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu và sản xuất thiết bị chống sét đánh trực tiếp
cho mạng điện trong tòa nhà đã đi sâu nghiên cứu và đề ra các mơ hình thiết bị

Trang 1


LUẬN VĂN THẠC SĨ

chống sét với mức độ chính xác cao, các quan điểm xây dựng mơ hình cũng khác
nhau. Mặt khác một số phần mềm mô phỏng cũng đã hỗ trợ trong việc xây dựng mơ
hình các thiết bị chống sét. Tuy nhiên, do đặc điểm của phƣơng pháp mơ hình hóa
và mơ phỏng là có u cầu về mức độ chính xác, mức độ tƣơng đồng cao giữa mơ
hình và ngun mẫu của đối tƣợng.
Bằng cách mơ hình hố và dùng chƣơng trình Matlab tạo nguồn xung sét để
mơ phỏng, nhằm xác định các thơng số dịng điện trong mạng điện tòa nhà khi sét
đánh trực tiếp lên những vị trí khác nhau ứng với các kiểu bảo vệ và các giá trị điện
trở nối đất khác nhau của hệ thống nối đất chống sét trực tiếp và hệ thống nối đất
nguồn cung cấp ở nƣớc ta rất ít đƣợc thực hiện.
Từ những lý do đó nên đề tài “Nghiên cứu phân bố dòng sét và điện áp trên
các SPD khi sét đánh vào tòa nhà” cần phải tiến hành sớm, nhằm xác định các giá
trị biên độ và hình dáng của dịng sét trong hệ thống điện hạ thế của tòa nhà, giúp
cho việc lựa chọn và sử dụng các thiết bị chống sét tin cậy, hiệu quả và kinh tế nhất.
NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

2.
-

Tìm hiểu cấu trúc mạng điện hạ thế, hệ thống nối đất chống sét và hệ thống
nối đất trung tính nguồn.

-

Nghiên cứu phân bố dòng xung sét, điện áp trong hệ thống nối đất chống sét
và hệ thống nối đất trung tính nguồn khi sét đánh trực tiếp vào kim thu sét đặt
trên nóc nhà.

-

Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị chống sét van MOV.

-

Nghiên cứu phần mềm mơ phỏng Matlab.

-

Xây dựng mơ hình với các cấu hình bảo vệ và số tịa nhà khác nhau.

-

Xác định giá trị biên độ dòng điện sét qua các thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) và
các hệ thống nối đất khi sét đánh trực tiếp vào kim thu sét của tòa nhà.

-

Xác định điện áp dƣ của các SPD khi tản dòng sét xuống đất.

-

Nhận xét, đƣa ra cách lựa chọn SPD và đề xuất hƣớng phát triển cho chống
sét đánh trực tiếp tối ƣu trên đƣờng cấp nguồn.

Trang 2


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

3.

Đề tài chỉ nghiên cứu phân bố dòng sét, điện áp trong hệ nối đất chống sét và
hệ thống nối đất trung tính nguồn của mạng điện hạ thế khi sét đánh trực tiếp vào
tịa nhà với các cấu hình khác nhau.
CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH

4.
-

Thu thập, nghiên cứu chọn lọc tài liệu liên quan.

-

Tìm hiểu hệ thống nối đất chống sét đánh trực tiếp và hệ thống nối đất trung
tính nguồn của mạng điện hạ thế của tòa nhà.

-

Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị chống sét van MOV.

-

Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng Matlab.

-

Xây dựng các mơ hình với các cấu trúc bảo vệ và số lƣợng tịa nhà khác

nhau.

-

Thực hiện mơ phỏng.

-

Đánh giá kết quả thu đƣợc, nhận xét và kết luận.
TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

5.
-

Đánh giá đƣợc hình dạng và biên độ dịng điện xung sét đi qua các thiết bị
chống sét khi sét đánh thẳng vào hệ thống chống sét trực tiếp của tịa nhà với
những cấu hình khác nhau, tại các vị trí khác nhau trong mạng điện hạ thế có
hệ thống nối đất chống sét trực tiếp đƣợc nối chung với hệ thống nối đất trung
tính nguồn.

-

So sánh đƣợc biên độ dòng xung sét qua thiết bị chống sét khi thay đổi giá trị
điện trở đất.

-

Kết quả mô phỏng đƣợc sử dụng làm cơ sở lựa chọn thiết bị chống sét phù
hợp.

6.

TÍNH THỰC TIỄN
Kết quả nghiên cứu đƣợc sử dụng làm tài liệu tham khảo cho công tác học

tập và nghiên cứu trong lĩnh vực chống sét, giúp hiểu rõ sự phân bố dòng điện trong
mạng điện của tòa nhà khi sét đánh trực tiếp vào hệ thống chống sét tòa nhà.

Trang 3


LUẬN VĂN THẠC SĨ

7.

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

Chƣơng 1: Tổng quan về sét
Chƣơng 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Metal Oxide Varistor (MOV)
Chƣơng 3: Mơ hình MOV và mơ hình nguồn phát xung
Chƣơng 4: Các cấu hình thử nghiệm
Chƣơng 5: Lập mơ hình mơ phỏng
Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng nghiên cứu phát triển

Trang 4


LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chƣơng 1

TỔNG QUAN VỀ SÉT
1.1.

Sự hình thành của sét
Trong tự nhiên luôn tồn tại một điện trƣờng E hƣớng xuống mặt đất và một

địa từ trƣờng B bao quanh trái đất, đồng thời cũng tồn tại các điện tích khí quyển
ion dƣơng (+) hƣớng xuống và ion âm (-) hƣớng lên. Khi những giọt nƣớc từ trên
cao rơi xuống nó cắt địa từ trƣờng B và trong nó sẽ cảm ứng điện tích âm ở trên và
điện tích dƣơng ở dƣới các ion (+) khí quyển thƣờng khơng đuổi kịp giọt nƣớc, nên
các điện tích trên giọt nƣớc khơng bị trung hịa.
Ngƣợc lại những giọt nƣớc này thƣờng gặp các ion (-) khí quyển đi từ dƣới
lên, các ion (-) này sẽ trung hịa các điện tích dƣơng phía dƣới giọt nƣớc và giọt
nƣớc chỉ cịn lại điện tích âm ở phía trên. Nhiều giọt nƣớc nhƣ vậy sẽ tạo nên một
đám mây mang điện tích âm. Khi các đám mây mang điện tích âm đi qua mái nhà,
tàn cây cao… Lúc này do cảm ứng tĩnh điện trên mái nhà cũng tích lũy một lƣợng
điện tích tƣơng tự nhƣng trái dấu. Lúc di chuyển đến gần mái nhà, lƣợng điện tích
dƣơng (+) trên mái nhà và điện tích âm (-) của đám mây tạo nên một hiệu điện thế
lớn. Khi hiệu điện thế này đủ lớn thì nó sẽ chọc thủng lớp khơng khí giữa đám mây
với mái nhà và gây ra sét. Dòng điện sét gây ra tia lửa điện lóe sáng (chớp), trong
lúc này khơng khí bị đốt nóng giãn nở đột ngột trong thời gian rất ngắn, sẽ tạo ra
một tiếng nổ lớn (sấm). Đây là thời điểm trao đổi điện tích giữa đám mây và mái
nhà đƣợc gọi là giai đoạn trung hịa điện tích, dịng điện trong kênh sét lúc này rất
lớn có thể đến 200kA nên bị nóng lên rất mạnh khoảng 20.0000C. Vì tốc độ truyền
ánh sáng nhanh hơn tốc độ truyền âm thanh nên bao giờ ta cũng thấy chớp trƣớc khi
nghe sấm, sét càng đánh gần thì khoảng cách giữa chớm và sấm càng ngắn.
Nhƣ vậy, sét thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong khơng khí với
khoảng cách phóng điện rất lớn, chiều dài trung bình của khe sét khoảng (3-5)km.
Q trình phóng điện của sét tƣơng tự q trình phóng điện tia lửa trong điện trƣờng

Trang 5


LUẬN VĂN THẠC SĨ

rất không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn, q trình phóng điện sét gồm
các giai đoạn sau:
Giai đoạn bắt đầu bằng một tia tiên đạo sáng mờ, phát triển thành từng đợt
gián đoạn về phía mặt đất với tốc độ trung bình (105-106)m/s, đây là giai đoạn
phóng điện từng đợt. Kênh tiên đạo là một dịng plasma mật độ điện khoảng
(1013-1014)ion/m3. Một phần điện tích âm của đám mây tràn vào kênh và phân bố
tƣơng đối đều dọc theo chiều dài của nó (hình 1.1a). Thời gian phát triển của tia tiên
đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1s. Thời gian tạm ngƣng phát triển giữa hai
đợt liên tiếp khoảng (30-90)s. Dƣới tác dụng của điện trƣờng và tạo nên bởi điện
tích của đám mây, điện tích âm trong kênh tiên đạo sẽ tập trung điện tích cảm ứng
trái dấu trên vùng mặt đất phía dƣới đám mây, các điện tích chủ yếu tập trung ở
vùng có điện dẫn cao nhƣ các tịa nhà cao tầng, cột điện, cây cao bị ƣớt trong
mƣa… chính các vùng điện tích tập trung sẽ định hƣớng phát triển của tia tiên đạo
hƣớng xuống. Cƣờng độ điện trƣờng ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn phát triển
của nó đƣợc xác định bởi điện tích bản thân của kênh và điện tích tích tụ của đám
mây. Đƣờng đi của kênh giai đoạn này khơng phụ thuộc vào tình trạng của mặt đất
và các vật thể ở mặt đất, nó hƣớng thẳng về phía mặt đất. Chỉ khi kênh tiên đạo cịn
cách mặt đất một độ cao có hƣớng nào đó thì mới thấy rõ dần ảnh hƣởng của sự tập
trung điện tích ở mặt đất và ở các vật dẫn nhô cao khỏi mặt đất đối với hƣớng phát
triển tiếp tục của kênh. Kênh sẽ phát triển theo hƣớng có cƣờng độ điện trƣờng lớn
nhất. Nhƣ vậy vị trí đổ bộ của sét mang tính chọn lọc. Điều này có ý nghĩa rất quan
trọng trong kỹ thuật chống sét đánh trực tiếp cho các cơng trình.
Khi tia tiên đạo xuất phát từ đám mây tiếp cận mặt đất hoặc tiếp cận kênh
tiên đạo ngƣợc chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngƣợc (hình 1.1b). Trong
khoảng cách khí còn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất (hoặc giữa hai đầu kênh

tiên đạo ngƣợc) cƣờng độ điện trƣờng tăng cao gây ion hóa mãnh liệt khơng khí,
dẫn đến sự hình thành một dịng plasma mới, có mật độ điện tích cao hơn nhiều so
với mật độ điện tích của kênh tiên đạo (1016–1019)ion/m3, điện dẫn của nó cũng tăng
lên hàng trăm ngàn lần, điện tích cảm ứng từ mặt đất tràn vào dòng ngƣợc trung hòa

Trang 6


LUẬN VĂN THẠC SĨ

điện tích âm của kênh tiên đạo trƣớc đây và thực tế đầu dòng mang điện thế của đất,
làm cho cƣờng độ điện trƣờng ở khu vực tiếp giáp của hai dòng plasma ngƣợc chiều
nhau tăng lên gây ion hóa mãnh liệt khơng khí ở khu vực này và nhƣ vậy đầu dòng
plasma điện dẫn cao tiếp tục phát triển ngƣợc lên trên theo kênh có sẵn bởi kênh
tiên đạo. Tốc độ của kênh phóng điện ngƣợc vào khoảng(1,5.107-1,5.108)m/s tức là
nhanh gấp trăm lần tốc độ phát triển của dịng tiên đạo (hình 1.1c). Vì mật độ điện
tích cao đốt nóng mãnh liệt nên phóng điện chủ yếu sáng chói (đó chính là tia
chớp), sự dãn nở đột ngột của khơng khí bao quanh kênh phóng điện chủ yếu tạo
nên những đợt sóng âm mãnh liệt gây nên tiếng nổ (đó là tiếng sấm). Đặc điểm
quan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cƣờng độ dịng điện lớn. Nếu V là tốc độ
của phóng điện chủ yếu,  mật độ điện tích thì dịng điện sét sẽ đạt giá trị cao nhất
khi kênh phóng điện chủ yếu lên đến đám mây dơng và bằng Imax=V (hình 1.1d).
Giai đoạn kết thúc đƣợc đánh dấu khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mây thì
điện tích cảm ứng từ mặt đất trung hịa với điện tích âm của nó, một phần nhỏ của
số điện tích cịn lại của đám mây sẽ theo kênh phóng điện chạy xuống đất cũng tạo
nên chỗ sét đánh một dịng điện có trị số nhất định, giảm dần tƣơng ứng phần đuôi
xung dòng sét.
Kết quả quan trắc sét cho thấy rằng một đợt phóng điện sét thƣờng xảy ra
nhiều lần kế tiếp nhau, trung bình là 3 lần, nhiều nhất có thể vài ba chục lần. Các
lần phóng điện sau có dịng tiên đạo phát triển liên tục (không phải từng đợt nhƣ

lần đầu), không phân nhánh và theo quĩ đạo lần đầu nhƣng với tốc độ cao hơn
2.106m/s.

Hình 1.1. Các giai đoạn phóng điện sét ( />
Trang 7