Luận văn Thiét kế chống sét công trinh sử dụng công nghệ mới

PHAÀN I TOÅNG QUAN VEÀ DOÂNG VAØ SEÙT-CAÙC PHÖÔNG PHAÙP PHOØNG CHOÁNG DOÂNG SEÙT TRONG THIEÂN NHIEÂN CHÖÔNG I QUAÙ TRÌNH HÌNH THAØNH DOÂNG SEÙT-NHÖÕNG TAÙC HAÏI CUÛA DOÂNG SEÙT ÑOÁI VÔÙI ÑÔØI SOÁNG CON NGÖÔØI I. KHAÙI NIEÄM . Doâng vaø seùt laø nhöõng hieän töôïng töï nhieân, töø raát laâu con ngöôøi ñaõ ñöôïc nhìn thaáy nhöng do coù nhöõng haïn cheá nhaát ñònh veà maët nhaän thöùc vaø khoa hoïc neân con ngöôøi khoâng hieåu roõ veà maët baûn chaát daãn ñeán vieäc thaàn thaùnh hoùa hieän töôïng naøy. Töø khi coù nhöõng coâng trình nghieân cöùu cuï theå, ñaëc bieät laø söï phaùt trieån vaø tham gia cuûa khoa hoïc kyõ thuaät ñaõ giuùp con ngöôøi ngaøy moät coù caùi nhìn tröïc quan hôn veà hieän töôïng doâng seùt trong thieân nhieân.Vaø cuõng töø ñoù, vieäc phoøng choáng seùt ñöôïc thöïc hieän moät caùch nghieâm tuùc nhaèm haïn cheá toái ña nhöõng thieät haïi maø noù gaây ra trong saûn xuaát vaø ñôøi soáng, ñaëc bieät laø tính maïng con ngöôøi. Baèng nhöõng nghieân cöùu vaø thöïc nghieäm, caùc nhaø khoa hoïc chöùng minh ñöôïc raèng doâng seùt thöïc chaát laø söï phoùng ñieän giöõa caùc ñaùm maây tích ñieän traùi daáu (doâng) hay giöõa nhöõng ñaùm maây vaø maët ñaát (seùt) .Veà baûn chaát, chuùng laø nhöõng hieän töôïng phöùc hôïp thöôøng xaûy ra vaøo muøa haï, ñöôïc hình thaønh vaø coù lieân quan tröïc tieáp töø söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa ñoái löu nhieät vaø nhieãu ñoäng khí quyeån, ñaëc ñieåm khí haäu phaùt sinh hieän töôïng naøy raát gioáng khí haäu nöôùc ta. II PHAÂN BOÁ SEÙT ÔÛ VIEÄT NAM . Naèm trong khu vöïc caän xích ñaïo, ñaát nöôùc coù bôø bieån traûi daøi neân Vieät nam mang moät khí haäu ñaëc tröng:nhieät ñôùi - gioù muøa roõ reät, ñoä aåm vaø löôïng möa trung bình haøng naêm töông ñoái lôùn, ñaây laø ñieàu kieän thuaän lôïi cho söï phaùt sinh, phaùt trieån cuûa doâng seùt.Theo thoáng keâ cuûa Vieän Nghieân Cöùu Seùt Gia Saøn Thaùi Nguyeân soá ngaøy doâng cöïc ñaïi ôû nöôùc ta laø 113,7 ngaøy/naêm taïi Ñoàng Phuù, soá giôø doâng cöïc ñaïi laø 433,18 giôø taïi Moäc Hoùa – Long An), soá ngaøy doâng seùt chieám moät tæ leä lôùn trong naêm so vôùi caùc nôi treân theá giôùi. Chính vì leõ ñoù, vieäc phoøng choáng seùt ôû nöôùc ta vöøa laø moät nhu caàu, vöøa laïi laø moät yeâu caàu caáp thieát. TT Teân Ñaøi Traïm Tænh Giôø Doâng Tb Naêm Ngaøy Doâng TB K (1) (2) (3) (4) (5) (6) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Baûo Loäc Beán Tre Bieân Hoøa Buoân Meâ Thuoäc Caø Mau Cam Ranh Caøng Long Ñoàng Thaùp Caàn Thô Coân Ñaûo Ñaø Laït Kom Tum Mô Ñaéc Mieàn Taây Myõ Tho Nha Trang Phan Thieát Phuù Quoác Phöôùc Long PlaâyCu Raïch Giaù Soùc Traêng Taân Sôn Nhaát Taây Ninh Tuy Hoøa Vuõng Taøu Laâm Ñoàng Beán Tre Ñoàng Nai Ñaéc Laéc Caø Mau Khaùnh Hoøa Traø Vinh Ñoàng Thaùp Caàn Thô Baø Ròa –Vuõng Taøu Laâm Ñoàng Kom Tum Ñaéc Laéc Phuù Yeân Tieàn Giang Khaùnh Hoøa Bình Thuaän Kieân Giang Bình Phöôùc Gia Lai Kieân Giang Soùc Traêng TP.HCM Taây Ninh Phuù Yeân Baø Ròa –Vuõng Taøu - - - 260 256 55 289 397 207 231 - 163 214 191 309 86,75 154,75 234,50 261,5 206 212,5 196,5 192,5 263,25 77,75 312 95 - 44 116 123 40 135 111 90 78 90 70 94 91 118 55 71 107 116 94 119 98 122 105 57 93 - - - 2,24 2,08 1,38 2,14 3,58 2,3 2,96 - 2,32 2,27 2,1 2,62 1,57 2,17 2,19 2,25 2,19 1,78 2,0 1,57 2,5 1,36 2,27 Baûng 1-1:Soá ngaøy doâng vaø giôø doâng trung bình trong naêm taïi moät soá tænh vaø khu vöïc phía nam nöôùc ta theo thoáng keâ cuûa toång cuïc khí töôïng thuûy vaên. Do aûnh höôûng gioù muøa neân söï phaùt trieån cuûa doâng haèng naêm cuõng hình thaønh theo muøa. Muøa doâng truøng vôùi thôøi kì phaùt trieån cuûa gioù muøa muøa heø, coøn muøa ñoâng thì soá ngaøy doâng raát ít thaäm chí coù nhöõng nôi haàu nhö khoâng coù. Phaân boá cuûa doâng treân laõnh thoå Vieät Nam laø khoâng ñeàu. Caùc vuøng bieån vaø ven bieån ít doâng ñaëc bieät laø ven bieån Nam Trung Boä. Caùc vuøng saâu trong ñaát lieàn doâng phaùt trieån maïnh hôn. Moät soá khu vöïc hình thaønh “Trung taâm doâng”, ñaëc bieät ôû phaàn taây baéc Nam Boä. Döïa vaøo baûn ñoà phaân boá seùt ôû nöôùc Vieät Nam ruùt ra nhöõng nhaän seùt sau: Treân phaïm vi caû nöôùc hình thaønh nhieàu khu vöïc doâng phaùt trieån khaù maïnh nhö: Taây Ninh – Moäc Hoùa, baéc Taây Nguyeân, nam Taây Nguyeân, Hoài Xuaân–Soâng Maõ, Baéc Quang. Taây Ninh – Moäc Hoùa coù ngaøy doâng cao nhaát nöôùc, ñaït 100 ÷ 110 ngaøy doâng/naêm, caùc khu vöïc coøn laïi ñaït khoaûng 70 ÷ 90 ngaøy doâng/naêm. Hình thaønh xu theá taêng soá ngaøy doâng haèng naêm töø bieån vaøo ñaát lieàn. Ven bieån Trung Boä laø khu vöïc coù ngaøy doâng ít, ñaëc bieät nam trung boä khoaûng 10 ÷ 20 ngaøy doâng/naêm, vaøo caùc thaùng muøa ñoâng khoâng coù doâng, thaùng nhieàu nhaát cuõng chæ 3 ÷ 5 ngaøy doâng. - Caùc khu vöïc nhieàu doâng khoâng truøng vôùi trung taâm möa thaäm chí coøn ngöôïc laïi. Khu vöïc Soâng Maõ – Coø Noài nhieàu doâng nhöng ít möa thuoäc Taây Baéc. Khu vöïc Taây Ninh – Moäc Hoùa nhieàu doâng nhaát nhöng löôïng möa ôû möùc trung bình. Ôû moät soá nôi nhö baéc Taây Nguyeân, Baéc Quang coù söï truøng hôïp giöõa hai yeáu toá möa vaø doâng. Thaùng Ñòa Ñieåm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Caû naêm (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Cao Baèng Baéc Caïn Laïng Sôn Moùng Caùi Hoàng Gai Haø Giang Sa Pa Laøo Cai Yeân Baùi Tuyeân Quang Phuù Thoï Thaùi nguyeân Haø Noäi Haûi Phoøng Ninh Bình Lai Chaâu 0,2 0,1 0,2 0,0 0,1 0,1 0,6 0,4 0,2 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4 0,6 0,2 0,4 0,4 0,0 0,6 2,6 1,8 0,6 0,0 0,6 0,3 0,3 0,1 0,4 1,8 4,2 3,0 2,6 3,9 1,7 5,1 6,6 7,0 4,1 4,0 4,2 3,0 2,9 3,4 3,6 6,8 5,9 7,0 6,9 6,6 1,3 8,4 12,1 10,0 9,1 9,2 9,4 7,7 7,9 7,0 8,4 12,9 12,5 12,5 12,0 14,4 10,7 15,0 13,4 12,2 15,5 15,9 16,1 13,3 16,2 13,6 16,3 15,5 17,5 18,4 14,6 19,4 15,2 17,2 15,6 13,4 17,0 17,5 17,7 17,0 16,2 19,1 21,3 16,4 20,9 20,9 18,4 24,4 16,7 21,9 16,4 17,1 21,7 22,4 22,6 17,7 19,8 21,1 20,0 13,8 19,6 21,0 21,1 24,6 20,3 20,8 18,6 19,7 20,2 20,9 21,0 22,3 20,2 23,6 21,4 14,4 10,1 10,5 10,7 13,8 15,3 9,2 7,3 8,1 10,9 11,0 11,4 12,5 11,7 17,6 14,7 5,8 11,8 2,8 2,8 4,2 2,2 2,8 3,0 2,5 4,2 4,2 4,3 3,3 3.1 4,4 5,0 3,4 0,5 0,2 0,1 0,2 0,2 0,9 0,9 0,7 0,2 0,5 0,5 0,1 0,6 1,0 0,7 1,9 0,0 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,9 0,0 0,0 0,3 94 97 90 112 87 102 97 93 104 106 107 97 99 111 112 93 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) Ñieän Bieân Sôn La Nghóa Loä Thanh Hoùa Vinh Con Cuoâng Ñoàng Hôùi Cöûa Tuøng Hueá Ñaø Naüng Quaûng Ngaõi Quy Nhôn Nha Trang Phan Thieát Kon Tum Plaây Cu Ñaø Laït Blao Saøi Goøn Soùc Traêng Haø Tieân 0,2 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 0,2 0,3 0,6 1,4 1,8 0,2 2,7 2,7 1,0 0,5 0,2 0,5 0,2 0,3 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,1 0,0 1,2 1,7 1,6 3,4 1,0 0,0 1,3 8,0 6,2 5,1 2,6 3,4 3,4 3,2 3,8 1,9 2,5 1,2 0,6 0,6 0,2 6,8 5,7 3,2 11,0 2,5 0,7 10,9 12,8 14,2 9,2 7,3 6,9 13,5 6,3 7,8 4,9 6,5 5,7 3,6 3,2 4,0 10,8 12,0 6,8 13,8 10,3 7,0 20,0 16,8 16,8 14,4 16,9 17,4 17,5 15,7 18,0 10,8 14,4 10,7 8,6 8,2 13,4 14,4 16,7 10,0 10,6 22,2 19,8 23,1 21,0 18,2 15,7 16,7 13,1 14,9 7,7 10,3 6,2 11,4 13,0 5,3 5,2 7,2 8,0 9,7 8,0 5,2 19,4 16,4 9,7 17,0 15,5 19,5 18,8 13,8 13,5 9,6 12,2 5,3 9,3 9,7 5,1 4,6 8,8 3,4 7,7 6,3 3,4 17,2 14,5 7,4 18,3 16,5 18,3 20,2 19,2 20,6 10,2 12,5 5,1 12,0 1,0 7,3 5,8 7,4 0,2 8,7 4,2 2,8 16,0 15,0 9,0 8,3 6,3 10,6 13,6 15,3 14,0 11,7 15,0 4,8 8,9 7,8 9,6 8,5 9,0 8,0 17,1 6,7 7,2 19,2 13,7 9,7 8,3 5,3 3,5 5,2 3,3 5,6 5,2 5,3 5,3 2,3 3,7 0,7 3,3 2,3 6,8 4,0 9,0 3,8 7,0 15,4 11,5 15,0 1,1 1,0 0,0 0,7 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,5 0,0 0,6 0,6 1,8 1,2 2,0 0,8 4,0 11,0 4,7 15,6 0,0 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,2 0,0 0,1 0,1 0,0 2,4 0,7 4,3 112 99 99 100 95 103 70 85 41,8 69,5 59,1 44,3 39,2 59,0 58,2 90,7 52,1 70,2 138,0 104,1 128,7 Baûng 1-2:Soá ngaøy doâng vaøo caùc thaùng trong naêm ôû caùc ñòa phöông treân toaøn quoác. Töø caùc soá lieäu veà ngaøy doâng, giôø doâng, soá laàn seùt ñaùnh trong khu vöïc, toaøn laõnh thoå Vieät Nam chia laø naêm khu vöïc chính: Khu vöïc ñoàng baèng ven bieån mieàn Baéc. Khu vöïc mieàn nuùi trung du mieàn Baéc. Khu vöïc mieàn nuùi trung du mieàn Trung. Khu vöïc ven bieån mieàn Trung. Khu vöïc ñoàng baèng mieàn Nam. III. NHÖÕNG TAÙC HAÏI CUÛA SEÙT . Khi seùt ñaùnh vaøo nhaø ôû, coâng trình doøng ñieän seùt seõ gaây taùc duïng veà cô, nhieät vaø ñieän töø ,neân gaây ra nhöõng taùc haïi khoâng nhoû ñoái vôùi ñôøi soáng vaø saûn xuaát. 1.Taùc duïng nhieät cuûa doøng ñieän seùt . Khi seùt ñaùnh, do taùc duïng cuûa doøng ñieän seùt seõ coù moät löôïng nhieät lôùn sinh ra…Caùc boä phaän daãn doøng seùt cuûa heä thoáng choáng seùt seõ bò ñoát noùng ñoû, noùng chaûy vaø coù theå bò boác hôi. 2.Taùc duïng cô cuûa doøng ñieän seùt . Khi seùt ñaùnh vaøo nhaø ôû, coâng trình, do taùc duïng cuûa doøng ñieän seùt ñi qua, nhaø ôû vaø coâng trình seõ bò hö hoûng veà ñoä beàn cô hoïc. 3. Hieän töôïng ñaùnh laëp laïi cuûa seùt ñaùnh thaúng (taùc duïng ñieän töø cuûa doøng ñieän seùt) . Hieän töôïng ñaùnh laëp laïi cuûa seùt ñaùnh thaúng ñöôïc chia laøm 2 loaïi : caûm öùng ñieän töø vaø caûm öùng tónh ñieän. a) Caûm öùng ñieän töø . Khi phoùng ñieän seùt, thöôøng keùo theo trong khoâng gian söï thay ñoåi töø tröôøng theo thôøi gian.Töø tröôøng caûm öøng trong maïch voøng taïo bôûi caùc boä phaän kim loaïi keùo daøi (heä thoáng caùc ñöôøng oáng, caùc ñöôøng daây ñieän,…) seõ sinh ra moät söùc ñieän ñoäng caûm öùng. Trong tröôøng hôïp maïch voøng kheùp kín, doøng ñieän caûm öùng sinh ra bôûi söùc ñieän ñoäng seõ ñoát noùng cuïc boä töøng ñoaïn rieâng bieät cuûa maïch voøng, gaây neân söï bieán daïng maïch voøng. Trong tröôøng hôïp maïch voøng hôû, taïi choã hôû khi coù seùt ñaùnh seõ coù hieän töông phaùt sinh tia löûa ñieän, gaây ra nguy cô chaùy noå lôùn cho nhaø ôû vaø coâng trình. b) Caûm öùng tónh ñieän . Khi coù seùt xaûy ra, caûm öùng tónh ñieän seõ laøm phaùt sinh söï cheânh leäch theá giöõa caùc boä phaän kim loaïi vaø ñaát hoaëc vôùi caùc boä phaän khaùc coù noái ñaát. Söï cheânh leäch theá naøy raát lôùn, coù theå leân ñeán haøng chuïc kV vaø raát deã taïo neân tia löûa ñieän vì thöïc teá khoaûng caùch giöõa caùc vaät coù theå raát nhoû. Do ñoù, nguy cô chaùy noå raát deã xaûy. Nhö vaäy, seùt coù theå gaây nguy hieåm tröïc tieáp vaø giaùn tieáp caàn phaûi coù caùc phöông phaùp phoøng choáng seùt tröïc tieáp vaø giaùn tieáp moät caùch höõu hieäu nhaèm giaûm thieåu nhöõng taùc haïi maø seùt gaây ra. Trong giai ñoaïn hieän nay, Vieät Nam ñang treân ñöôøng coâng nghieäp hoùa hieän ñaïi hoùa ñaát nöôùc, söï môû roäng quan heä hôïp taùc quoác teá keùo theo tình hình xaây döïng caùc cao oác, caùc khu coâng nghieäp,... phaùt trieån raàm roä. Nhöõng yeâu caàu cuûa caùc coâng trình naøy thöôøng raát cao vì coù lieân quan ñeán taát caû caùc maët kinh teá, chính trò, xaõ hoäi,... Beân caïnh ñoù laø söï phaùt trieån vöôït baäc cuûa nghaønh vieãn thoâng vaø vieäc öùng duïng ngaøy caøng nhieàu coâng ngheä thoâng tin vaøo trong saûn xuaát vaø ñôøi soáng - Ñaây laø nhöõng nghaønh quan troïng vaø nhaïy caûm nhaát vôùi “hieän töôïngseùt”, chæ tính rieâng khoâng thoâi veà maët kinh teá thì ñaõ hoaøn toaøn khoâng cho pheùp. Do ño,ù vieäc phoøng choáng seùt laø moät vaán ñeà caàn ñöôïc quan taâm ñuùng möùc. Ñeå thieát keá heä thoáng choáng seùt cho caùc coâng trình moät caùch hieäu quaû, caàn phaûi coù nhöõng hieåu bieát cô baûn veà ñieän khí quyeån. Phaûi nghieân cöùu kó veà söï hình thaønh, hoaït ñoäng cuûa doâng seùt vaø caùc thoâng soá phoùng ñieän cuûa seùt töø ñoù ñöa ra caùc bieän phaùp phoøng choáng thích hôïp, coù hieäu quaû. IV. QUAÙ TRÌNH HÌNH THAØNH VAØ CAÙC ÑAËC TÍNH CUÛA DOÂNG SEÙT . 1.Söï hình thaønh maây doâng vaø seùt . Nhö ñaõ trình baøy ôû treân, doâng laø hieän töôïng xaûy ra chuû yeáu trong muøa haï lieân quan ñeán söï phaùt trieån maïnh meõ cuûa ñoái löu nhieät vaø caùc nhieãu ñoäng khí quyeån. Doâng ñaëc tröng bôûi söï xuaát hieän nhöõng ñaùm maây khoång loà – goïi laø maây doâng hay maây tích vuõ coù ñoä daøy töø 10 ¸16 Km, tích tröõ moät soá löôïng nöôùc vaø taïo ra nhöõng cheânh leäch ñieän theá cöïc maïnh (khoaûng 20 ¸ 30kV/cm) . Veà baûn chaát, doâng laø moät hieän töôïng khí quyeån phöùc hôïp bao goàm söï phoùng ñieän giöõa caùc ñaùm maây (thöôøng goïi laø chôùp) hay söï phoùng ñieän giöõa ñaùm maây vaø maët ñaát (thöôøng goïi laø seùt) keøm theo gioù maïnh vaø möa lôùn. Thöïc teá söï hình thaønh caùc côn doâng luoân gaén lieàn vôùi söï xuaát hieän cuûa nhöõng luoàng khoâng khí noùng aåm khoång loà töø maët ñaát boác leân . Caùc luoàng khoâng khí naøy ñöôïc taïo thaønh do söï ñoát noùng maët ñaát bôûi aùnh saùng maët trôøi, ñaëc bieät ôû caùc vuøng nuùi cao (doâng nhieät).Hoaëc do söï gaëp nhau cuûa nhöõng luoàng khoâng khí noùng aåm vôùi khoâng khí laïnh naëng-doâng Front,luoàng khoâng khí noùng aåm naøy bò ñaåy leân treân. Ôû nhöõng vuøng nuùi cao chaén gioù,cuõng thöôøng coù xaûy ra tröôøng hôïp doâng ñòa hình.Do luoàng khoâng khí noùng aåm khi ñöôïc thoåi tôùi daõy nuùi vaø bò chaén neân buoäc phaûi leân cao theo söôøn doác,... Sau khi ñaõ ñaït ñöôïc moät ñoä cao nhaát ñònh (khoaûng vaøi Km trôû leân - vuøng nhieät ñoä aâm hình 1.1) luoàng khoâng khí noùng aåm naøy bò laïnh ñi, hôi aåm ngöng tuï thaønh nhöõng gioït nöôùc nhoû li ti hoaëc thaønh caùc tinh theå baêng. Chuùng taïo thaønh caùc ñaùm maây doâng. Töø laâu ngöôøi ta khaúng ñònh veà nguoàn taïo ra ñieän tröôøng giöõa caùc ñaùm maây doâng vaø maët ñaát chính laø ñieän tích tích tuï treân caùc haït nöôùc li ti vaø caùc tinh theå baêng cuûa caùc ñaùm maây doâng ñoù. Nhöng do ñaâu coù söï nhieãm ñieän naøy cuûa haït nöôùc vaø caùc tinh theå baêng thì coù nhieàu giaû thuyeát khaùc nhau. Km 12 + + -300 C ++ 10 -200 C + 8 -100 C 6 00C 4 +100C 2 +250C Hình 1.1: Söï phaân boá ñieän tích trong moät ñaùm maây doâng Tuy nhieân caùc giaû thuyeát naøy cho ñeán nay ñeàu chöa giaûi thích ñöôïc moät caùch trieät ñeå veà nguoàn ñieän tích cuûa caùc ñaùm maây doâng vaø coù söï phaân li chuùng, khieán ngöôøi ta nghó raèng trong thöïc teá coù theå coù nhieàu nguyeân nhaân ñoàng thôøi taùc ñoäng vaø raát phöùc taïp. Nhöng coù moät ñieàu chaéc chaén laø trong suoát côn doâng caùc ñieän tích döông vaø ñieän tích aâm bò caùc luoàng khoâng khí maõnh lieät laøm taùch rôøi nhau gaén lieàn vôùi söï phaân boá caùc tinh theå baêng tuyeát treân taàng ñænh vaø caùc gioït nöôùc ôû taàng ñaùy cuûa caùc ñaùm maây doâng. söï taùch rôøi ñieän tích naøy tuøy thuoäc vaøo ñoä cao cuûa caùc ñaùm maây. Qua nhieàu laàn ño ñaït thöïc nghieäm, ngöôøi ta thaáy raèng khoaûng 80 ¸ 90% phaàn döôùi caùc ñaùm maây doâng chuû yeáu chöùa ñieän tích aâm, do ñoù caûm öùng treân maët ñaát nhöõng ñieän tích döông töông öùng vaø taïo neân moät tuï ñieän khoâng khí khoång loà. Hình 1.2: Söï phaân boá ñieän tích giöõa ñaùm maây doâng vaø maët ñaát. Treân hình 1.2 chæ roõ söï phaân boá ñieän tích trong moät ñaùm maây vaø treân maët ñaát. Khi phaàn döôùi cuûa maây mang ñieän tích aâm bò huùt veà phía maây mang ñieän döông treân maët ñaát seõ phaân boá treân moïi vaät coù theå daãn ñieän. Vaät naøo treân maët ñaát caøng cao thì khoaûng caùch giöõa vaät vaø maây caøng nhoû vaø lôùp khoâng khí ngaên caùch caùc ñieän tích traùi daáu caøng moûng, ôû nhöõng nôi naøy seùt deã ñaùnh xuoáng ñaát. Khi ñeán gaàn nhaø cao, caây cao thì maây doâng mang ñieän tích aâm huùt caùc ñieän tích döông, laøm cho chuùng taäp trung laïi ôû ñieåm cao nhaát: treân maùi nhaø, ngoïn caây ... hay coøn goïi laø hieäu öùng muõi nhoïn. Hình 1.3: Söï phaùt trieån cuûa soùng ñieän seùt. Neáu ñieän tích maây lôùn thì treân maùi nhaø, ngoïn caây ... cuõng taäp trung moät ñieän tích lôùn, ñeán moät möùc ñoä naøo ñoù ñoä lôùn cuûa caùc ñieän tích traùi daáu noùi treân seõ taïo neân moät söï cheânh leäch ñieän theá ñeå ñaùnh thuûng lôùp khoâng khí ngaên caùch noù vôùi maët ñaát ( ôû maët ñaát trò soá naøy laø 25¸30 kV/cm ), luùc naøy xaûy ra hieän töôïng phoùng ñieän giöõa ñaùm maây doâng vaø maët ñaát taïo neân tia löûa loùe saùng keøm theo tieáng noå döõ doäi do söï giaõn nôõ ñoät ngoät cuûa khoâng khí. Seùt thöïc chaát laø moät daïng phoùng ñieän tia löûa trong khoâng khí vôùi khoaûng caùch phoùng ñieän raát lôùn. Chieàu daøi trung bình cuûa khe seùt khoaûng 3 ¸ 5 Km. Phaàn lôùn chieàu daøi ñoù phaùt trieån trong caùc ñaùm maây doâng. Quaù trình phoùng ñieän cuûa seùt töông töï quaù trình phoùng ñieän tia löûa trong moät ñieän tröôøng khoâng ñoàng nhaát vôùi khoaûng caùch phoùng ñieän khaù lôùn. 2 . Caùc giai ñoaïn phaùt trieån cuûa phoùng ñieän seùt . Doøng seùt phaàn lôùn phaùt trieån töø nhöõng ñaùm maây möa tích ñieän aâm, doøng ñieän töû xuaát phaùt töø maây di chuyeån coù höôùng veà phía maët ñaát döôùi taùc duïng cuûa ñieän aùp sinh ra do söï cheânh leäch ñieän theá giöõa maây vaø ñaát. Ban ñaàu xuaát phaùt töø maây doâng moät daûi saùng môø keùo daøi töøng ñôït giaùn ñoaïn veà phía maët ñaát vôùi toác ñoä trung bình khoaûng 105 ¸ 106 m/s, ñoù laø giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo töøng ñôït. Keânh tieân ñaïo laø moät doøng plasma chöùa maät ñoä ñieän tích khoâng cao laém, khoaûng 1013 ¸1014 ion/m3. Moät phaàn ñieän tích aâm cuûa maây doâng traøn vaøo keânh vaø phaân boá töông ñoái ñeàu doïc theo chieàu daøi cuûa noù (hình 1.4a). Hình 1.4: Caùc giai ñoaïn phoùng ñieän seùt vaø bieán thieân cuûa doøng ñieän seùt theo thôøi gian. a – Giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo. b – Tieân ñaïo ñeán gaàn maët ñaát hình thaønh khu vöïc ion hoùa maõnh lieät. c – Giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc hay phoùng ñieän chuû yeáu. d – Phoùng ñieän chuû yeáu keát thuùc. Thôøi gian phaùt trieån cuûa keânh tieân ñaïo moãi ñôït keùo daøi trung bình khoaûng 1ms.(nhö vaäy moãi ñôït keânh tieân ñaïo keùo daøi theâm trung bình khoaûng vaøi chuïc meùt) . Thôøi gian taïm ngöng phaùt trieån giöõa hai ñôït lieân tieáp khoaûng töø 30 ¸90 ms. Ñieän tích aâm toång töø maây traøn vaøo keânh tieân ñaïo baèng Q = sL (s maät ñoä ñieän tích, L laø chieàu daøi keânh). Ñieän tích naøy thöôøng chieám khoaûng 10% löôïng ñieän tích chaïy vaøo ñaát trong moät laàn phoùng ñieän seùt. Döôùi taùc duïng cuûa ñieän tröôøng taïo neân bôûi ñieän tích cuûa maây doâng vaø ñieän tích aâm trong keânh tieân ñaïo, seõ coù söï taäp trung ñieän tích traùi daáu (thöôøng laø ñieän tích döông) treân vuøng maët ñaát phía döôùi ñaùm maây doâng. Neáu vuøng ñaát phía döôùi baèng phaúng vaø coù ñieän daãn ñoàng nhaát thì nôi ñieän tích caûm öùng taäp trung seõ naèm tröïc tieáp döôùi ñaàu keânh tieân ñaïo. Neáu vuøng ñaát phía döôùi coù ñieän daãn khaùc nhau thì ñieän tích seõ taäp trung chuû yeáu ôû vuøng keá caän, nôi coù ñieän daãn cao nhö vuøng quaëng kim loaïi, vuøng ñaát aåm, ao hoà, soâng ngoøi, vuøng nöôùc ngaàm, keát caáu kim loaïi caùc nhaø cao taàng, coät ñieän, caây cao bò öôùt trong möa... vaø nôi ñoù seõ laø nôi ñoå boä cuûa seùt. Cöôøng ñoä tröôøng ôû ñaàu keânh tieân ñaïo trong phaàn lôùn giai ñoaïn phaùt trieån cuûa noù ( trong maây doâng ) ñöôïc xaùc ñònh bôûi ñieän tích baûn thaân cuûa keânh vaø cuûa ñieän tích tích tuï ôû ñaùm maây. Ñöôøng ñi cuûa keânh trong giai ñoaïn naøy khoâng phuï thuoäc vaøo tình traïng cuûa maët ñaát vaø caùc vaät theå ôû maët ñaát. Chæ khi keânh tieân ñaïo coøn caùch maët ñaát moät ñoä cao naøo ñoù ( ñoä cao ñònh höôùng ) thì môùi thaáy roõ daàn aûnh höôûng cuûa taäp trung ñieän tích ôû maët ñaát vaø ôû caùc vaät theå daãn ñieän nhoâ khoûi maët ñaát ñoái vôùi höôùng phaùt trieån tieáp tuïc cuûa keânh. Keânh seõ phaùt trieån theo höôùng coù cöôøng ñoä ñieän tröôøng lôùn nhaát. ÔÛ nhöõng nôi vaät daãn coù ñoä cao (nhaø choïc trôøi, coät aêng ten,...) thì töø ñænh cuûa noù nôi ñieän tích traùi daáu taäp trung nhieàu cuõng seõ ñoàng thôøi xuaát hieän ion hoùa khoâng khí taïo neân doøng tieân ñaïo phaùt trieån höôùng leân ñaùm maây doâng. Chieàu daøi cuûa keânh tieân ñaïo töø döôùi leân maây taêng theo ñoä cao cuûa vaät daãn vaø taïo ñieàu kieän deã daøng cho söï ñònh höôùng cuûa seùt vaøo vaät daãn ñoù. Khi keânh tieân ñaïo xuaát phaùt töø maây doâng tieáp caän maët ñaát hay tieáp caän keânh tieân ñaïo ngöôïc chieàu thì baét ñaàu giai ñoaïn phoùng ñieän ngöôïc laïi hay phoùng ñieän chuû yeáu, töông töï nhö caùc quaù trình phoùng ñieän ngöôïc trong chaát khí ôû ñieän tröôøng khoâng ñoàng nhaát ( hình 1.4b ). Trong khoaûng caùch khí coøn laïi giöõa ñaàu keânh tieân ñaïo vaø maët ñaát ( hoaëc giöõa hai keânh tieân ñaïo ngöôïc chieàu ) cöôøng ñoä ñieän tröôøng taêng cao gaây neân ion hoùa khoâng khí maõnh lieät daãn ñeán söï hình thaønh moät doøng Plasma coù maät ñoä ñieän tích (1016 ¸ 1019 ion/m3) cao hôn nhieàu so vôùi maät ñoä ñieän tích cuûa tia tieân ñaïo ban ñaàu, ñieän daãn cuûa noù taêng leân haøng traêm ñeán haøng ngaøn laàn, ñieän tích caûm öùng töø maët ñaát traøn vaøo doøng ngöôïc naøy vaø thöïc teá ñaàu doøng mang ñieän theá cuûa ñaát laøm cho cöôøng ñoä tröôøng ñaàu doøng taêng leân gaây ion hoùa maõnh lieät vaø cöù nhö vaäy doøng Plasma ñieän daãn cao tieáp tuïc phaùt trieån ngöôïc leân treân theo ñöôøng choïn saün cuûa keânh tieân ñaïo. Toác ñoä phaùt trieån cuûa keânh phoùng ngöôïc raát cao vaøo khoaûng 0,5.107 ¸ 1,5.108 m/s (baèng 0,05 ¸ 0,5 vaän toác aùnh saùng) töùc laø nhanh gaáp treân traêm laàn toác ñoä phaùt trieån cuûa tieân ñaïo höôùng xuoáng. Vì maät ñoä ñieän tích cao ñoát noùng maõnh lieät neân tia phoùng ñieän chuû yeáu saùng choùi (goïi laø chôùp) vaø söï giaõn nôû ñoät ngoät cuûa khoâng khí bao quanh phoùng ñieän chuû yeáu taïo neân nhöõng ñôït soùng aâm maõnh lieät gaây neân nhöõng tieáng noå döõ doäi . Ñaëc ñieåm quan troïng nhaát cuûa phoùng ñieän chuû yeáu laø cöôøng ñoä doøng ñieän lôùn. Neáu V laø toác ñoä cuûa phoùng ñieän, s maät ñoä ñieän tích thì doøng ñieän seùt seõ ñaït giaù trò cao nhaát khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu leân ñeán ñaùm maây doâng vaø baèng : is = sV (hình 1.4c). Khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu leân tôùi ñaùm maây thì soá ñieän tích coøn laïi cuûa maây seõ theo keânh phoùng ñieän chaïy xuoáng ñaát vaø cuõng taïo neân ôû choã seùt ñaùnh moät doøng ñieän coù trò soá nhaát ñònh giaûm nhanh töông öùng vôùi phaàn ñuoâi soùng (hình 1.4d). Keát quaû quan traéc seùt cho thaáy raèng phoùng ñieän seùt thöôøng xaûy ra nhieàu laàn keá tuïc nhau trung bình laø 3 laàn, nhieàu nhaát coù theå ñeán vaøi chuïc laàn. Caùc laàn phoùng ñieän sau coù doøng tieân ñaïo phaùt trieån lieân tuïc (khoâng phaûi töøng ñôït nhö laàn ñaàu), khoâng phaân nhaùnh vaø theo ñuùng quó ñaïo cuûa laàn ñaàu nhöng vôùi toác ñoä cao hôn (2.106 m/s). Trong giai ñoaïn phoùng ñieän tieân ñaïo thì hieäu theá giöõa caùc trung taâm ñieän tích naøy vôùi trung taâm ñieän tích khaùc thöïc teá khoâng thay ñoåi vaø ít coù aûnh höôûng qua laïi giöõa chuùng nhöng khi keânh phoùng ñieän chuû yeáu ñaõ leân ñeán maây thì trung taâm ñieän tích ñaàu tieân cuûa ñaùm maây thöïc teá mang ñieän theá cuûa ñaát laøm cho hieäu theá giöõa trung taâm ñieän tích ñaõ phoùng vôùi trung taâm ñieän tích laân caän taêng leân vaø coù theå daãn ñeán phoùng ñieän giöõa chuùng vôùi nhau. Trong khi ñoù thì keânh phoùng ñieän cuõ vaãn coøn moät ñieän daãn nhaát ñònh do söï khöû ion chöa hoaøn toaøn neân phoùng ñieän tieân ñaïo laàn sau theo ñuùng quó ñaïo ñoù, lieân tuïc vaø vôùi toác ñoä cao hôn laàn ñaàu. 3 . Caùc thoâng soá chuû yeáu cuûa seùt . Doøng ñieän seùt nhö hình 1.6 coù daïng moät soùng xung. Trung bình khoaûng vaøi ba ms, doøng ñieän taêng nhanh ñeán trò soá cöïc ñaïi taïo neân phaàn ñaàu soùng vaø sau ñoù giaûm xuoáng chaäm daàn trong khoaûng 20 - 100 ms taïo neân phaàn ñuoâi soùng. Söï lan truyeàn soùng ñieän töø taïo neân bôûi doøng ñieän seùt gaây neân quaù ñieän aùp trong heä thoáng ñieän, do ñoù caàn phaûi bieát nhöõng tham soá chuû yeáu cuûa noù: Bieân ñoä doøng seùt vôùi xaùc suaát xuaát hieän cuûa noù . Ñoä doác ñaàu soùng cuûa doøng ñieän seùt vôùi xaùc suaát xuaát hieän cuûa noù. - Ñoä daøi soùng doøng ñieän seùt (töùc laø thôøi gian cho ñeán khi doøng ñieän seùt giaûm baèng 1/2 bieân ñoä cuûa noù). - Cöïc tính cuûa doøng ñieän seùt. Hình 1-5: Cöïc tính doøng ñieän seùt Ngoaøi ra phaûi bieát cöôøng ñoä hoaït ñoäng trung bình cuûa seùt töùc soá ngaøy coù doâng seùt trung bình hoaêïc toång soá giôø coù doâng seùt trung bình trong moät naêm ôû moãi khu vöïc laõnh thoå vaø maät ñoä trung bình cuûa seùt trong khu vöïc ñoù, töùc laø soá laàn seùt ñaùnh vaøo trong moät ñôn vò dieän tích maët ñaát (1Km2) trong moät ngaøy seùt. ÔÛ nhieàu nöôùc phaùt trieån ñaõ xaây döïng ñöôïc baûng ñoà phaân vuøng hoaït ñoäng cuûa seùt. Trong ñoù : : Thôøi gian ñaàu soùng, laø thôøi gian maø doøng seùt taêng töø 0 ñeán giaù trò cöïc ñaïi trong khoaûng ( 1 ÷ 100) ms vôùi tieân ñaïo ñaàu tieân vaø vôùi ( 5 ÷ 50 ) ms vôùi tia seùt laëp laïi. : Ñoä daøi soùng doøng ñieän seùt laø thôøi gian töø ñaàu doøng ñieän seùt ñeán khi doøng seùt giaûm baèng ½ bieân ñoä trong khoaûng töø (20÷350) ms vôùi caùc tia seùt ñaàu tieân vaø vôùi ( 5 ÷ 50 ) ms vôùi tia seùt laëp laïi. Doøng ñieän seùt coù trò soá lôùn nhaát vaøo luùc keânh phoùng ñieän chuû yeáu ñeán trung taâm ñieän tích cuûa ñaùm maây doâng. Trò soá doøng ñieän seùt thay ñoåi trong phaïm vi raát roäng, töø vaøi kA ñeán vaøi traêm kA nhöng thöôøng laø döôùi 50 kA vaø raát hieám khi vöôït quaù 100 kA. Doøng ñieän seùt coù trò soá töø 50 kA ñeán 100 kA coù xaûy ra nhöng ít, coøn seùt coù doøng ñieän töø 100 kA trôû leân raát hieám khi xaûy ra, trò soá naøy chæ duøng ñeå tính toaùn khi thieát keá baûo veä choáng seùt cho caùc coâng trình raát ñaëc bieät coù nguy cô xaûy ra chaùy hoaëc noå cho caùc traïm phaân phoái ñieän quan troïng. 4 . Bieân ñoä doøng seùt vaø xaùc suaát xuaát hieän . Ñeå ño bieân ñoä doøng ñieän seùt ngöôøi ta duøng roäng raõi trong heä thoáng thieát bò ghi töøø. Xaùc suaát xuaát hieän doøng ñieän seùt coù theå tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc: Cho vuøng ñoàng baèng: di = e-is /26 = 10-is /60 hay lgdi = - is/60 [1] Cho vuøng nuùi cao: di = 10-is /30 hay lgdi = -is/30 [2] -di laø xaùc suaát xuaát hieän doøng ñieän seùt coù bieân ñoä baèng hoaëc lôùn hôn is. kA 80 60 40 20 Hình1.6: Ñöôøng cong xaùc suaát bieân ñoä doøng ñieän seùt. 20 40 60 80 di % 1 - di cho vuøng ñoàng baèng 2 - di cho vuøng cao is 1 2 Ví duï: Xaùc suaát phoùng ñieän seùt coù bieân ñoä doøng ñieän seùt is ≥ 60 KA baèng: lgdI = - 60/60 = -1 Þ dI = 0,1 = 10% Coù nghóa laø, trong toång soá laàn seùt ñaùnh chæ coù 10% soá laàn seùt coù bieân ñoä doøng ñieän seùt töø 60 kA trôû leân. 5. Ñoä doác ñaàu soùng doøng ñieän seùt vaø xaùc suaát xuaát hieän . Ñeå ño ñoä doác doøng ñieän seùt a = dis / dt, ngöôøi ta thöôøng duøng moät khung baèng daây daãn noái vaøo moät hoa ñieän keá. Khi seùt ñaùnh vaøo coät thu seùt vôùi ñoä doác a thì trong khung seõ caûm öùng neân moät söùc ñieän ñoäng baèng Mdis/dt ( M laøheä soá hoã caûm giöõa daây daãn doøng ñieän seùt cuûa coät thu seùt vôùi khung ). Ñieän aùp ñaàu ra cuûa khung: U = M(dis / dt)max Bieát ñöôïc U coù theå xaùc ñònh ñöôïc ñoä doác lôùn nhaát cuûa soùng doøng ñieän seùt ñaõ chaïy qua coät : amax = (dis / dt)max , [kA/ms]. Xaùc suaát xuaát hieän ñoä doác coù theå tính theo coâng thöùc: Cho vuøng ñoàng baèng: da = e-a/ 15,7 = 10-a/36 hay lgda = - a/60 Cho vuøng nuùi cao: da = 10-a/18 hay lgda = - a/18 6. Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa seùt . Cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa doâng seùt ñöôïc xaùc ñònh baèng soá ngaøy doâng trong moät naêm vaø xem nhö trò soá trung bình qua nhieàu naêm quan saùt vaø ño ñaïc ôû nhöõng ñòa phöông khaùc nhau. Ñeå xaùc ñònh ñaëc tính cuûa cheá ñoä doâng seùt treân töøng vuøng, duøng trò soá cuûa soá laàn doâng trong moät ngaøy cuõng khoâng ñöôïc chính xaùc vì soá laàn seùt ñaùnh trong moät ngaøy cuõng coù söï thay ñoåi trong phaïm vi 24 giôø. Qua coâng taùc thöïc nghieäm ño ñaïc ôû Lieân Xoâ cuõ cuõng nhö moät soá nöôùc ngoaøi, ngöôøi ta ñaõ ñöa ra nhöõng ñaïi löôïng môùi chính xaùc hôn ñeå xaùc ñònh cöôøng ñoä hoaït ñoäng cuûa doâng seùt treân nhöõng ñòa phöông khaùc nhau, ñoù laø caùc trò soá cuûa soá laàn seùt ñaùnh treân moät Km2 beà maët. Theo taøi lieäu “Höôùng daãn thieát keá baûo veä choáng seùt cho nhaø ôû vaø coâng trình - CH 305 - 69” cuûa Lieân Xoâ cuõ, soá laàn seùt ñaùnh trong moät naêm vaøo coâng trình (khi coâng trình chöa coù heä thoáng baûo veä choáng seùt) ñöôïc xaùc ñònh baèng coâng thöùc sau: Trong ñoù: S(m) :Chieàu roäng cuûa coâng trình L( m): Chieàu daøi cuûa coâng trình hx (m): Chieàu cao tính toaùn cuûa coâng trình n: Soá laàn seùt ñaùnh trung bình treân 1km2 trong moät naêm xaûy ra ôû ñòa phöông xaây döïng coâng trình. 7. Cöïc tính cuûa seùt . Soá lieäu quan traéc ôû nhieàu nôi trong nhieàu naêm cho thaáy, soùng doøng ñieän seùt mang ñieän cöïc aâm xuaát hieän nhieàu hôn vaø chieám khoaûng 80 - 90% toaøn boä soá laàn phoùng ñieän seùt.