Luận văn Ðiện khí quyển và phương án chống sét cho khu dân cư

Nội dung text: Luận văn Ðiện khí quyển và phương án chống sét cho khu dân cư

1. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C MC L C MC L C 1 THU T NG VÀ ðNH NGH ĨA 3 M ð U 5 Ch ươ ng 1. T NG QUAN V ðIN KHÍ QUY N 7 1.1. ðin khí quy n khi th i ti t t t 7 1.1.1. Tr ưng ñin c a Trái ð t 7 1.1.2. Ion khí quy n và s d n ñin c a không khí 10 1.1.3. Dòng ñin toàn c u 14 1.2. ðin dông 16 1.2.1. S ơ l ưc v l ch s nghiên c u 16 1.2.2. Mây dông 17 1.2.3. Quá trình nhi m ñin 18 1.2.4. Ho t ñ ng phóng ñin 20 1.2.5. Các ph ươ ng pháp ch ng sét 25 Ch ươ ng 2 TIÊU CHU N CH NG SÉT CHO CÔNG TRÌNH XÂY D NG 27 2.1. Xác ñnh c p b o v và vùng b o v 27 2.1.1. Xác ñnh tn s sét ñánh vào công trình 27 2.1.2. Vùng b o v 29 2.2. Các b ph n c ơ b n c a h th ng ch ng sét 32 2. 2.1. B ph n thu sét 32 2.2.2. Dây xu ng 32 2.2.3. M ng n i ñ t 34 2.3. V n ñ n i ñ ng th , kho ng cách an toàn và b o trì h th ng ch ng sét 35 2.3.1. N i ñ ng th và kho ng cách an toàn 35 2.3.2. Ki m tra và b o trì 37 CH ƯƠ NG 3. L P TRÌNH TÍNH TOÁN CH NG SÉT B NG MATLAB 39 3.1. C ơ s thu t toán 39 3.1.1. C ơ s thu t toán xác ñ nh c p b o v 39 3.1.2. C ơ s l p trình tính toán ñin tr ti p ñ t 40 3.1.3. Ph ươ ng pháp tính toán s bao hóa ch t ñ gi m ñin tr ñ t 43 3.2. Vi t ch ươ ng trình 43 3.2.1. T ng quan 43 3.2.2. Cách s d ng 46 Ch ươ ng 4 . TÍNH TOÁN CH NG SÉT CHO M T CÔNG TRÌNH C TH 50 4.1. Gi i thi u s ơ l ưc khu hi u b và khu ký túc xá tr ưng ð i h c Tây Nguyên.50 4.1.1. Gi i thi u s ơ l ưc ñ a bàn ch a công trình 50 1
2. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C 4.1.2. ðc ñim khu hi u b và khu kí túc xá tr ưng ð i h c Tây Nguyên 50 4.1.3. L a ch n ph ươ ng án ch ng sét 51 4.2. Tính toán c p b o v và l a ch n thi t b ch ng sét cho các khu 52 4.2.1. Xác ñnh c p b o v cho các khu 52 4.2.2. Gi i thi u h th ng ch ng sét 3000 53 4.2.3. L a ch n thi t b 56 4.3. L p ñ t h th ng ch ng sét cho công trình 57 4.3.1. Gi i thi u ph n m m Benji h tr thi t k ch ng sét 58 4.3.2. H ưng d n l p ñ t h th ng ch ng sét tr c ti p cho các khu 62 4.3.3. ðo ñin tr su t c a ñ t 63 4.3.4. Thi t k h th ng ti p ñ t cho các khu 68 KT LU N VÀ KHUY N NGH 71 TÀI LIU THAM KH O 72 Ph l c I B n ñ m t ñ sét trung bình n ăm c a Vi t Nam 74 Ph l c II Tiêu chu n v kích th ưc v t li u c a h th ng ch ng sét 75 Ph l c III Các b ng h s s d ng c a h th ng ti p ñ t 78 Ph l c IV. Các ñon mã ch ươ ng trình tính toán chng sét 80 2
3. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C THU T NG VÀ ðNH NGH ĨA 1. Dông sét: Sét là s phóng ñin trong khí quy n. S phóng ñin có th x y ra gi a các ph n trong m t ñám mây, gi a các ñám mây ho c gi a ñám mây v i mt ñt (ho c mt bi n). Cưng ñ dòng sét lên ñn hàng tr ăm KA. Dông: là hi n t ưng th i ti t bao g m s phóng ñin gi a các ñám mây (ch p) ho c gi a ñám mây và m t ñ t (sét), kèm theo gió m nh và m ưa l n. Dông sét: là c m t ch dông nh ưng nh n m nh vai trò c a sét. 2. Vùng b o v : Là th tích mà trong ñó m t dây d n sét t o ra kh n ăng ch ng sét ñánh th ng bng cách thu hút sét ñánh vào nó. 3. M t ñ phóng ñin sét N gm: Là s l n phóng ñin sét trên m t km 2 trong m t n ăm. M t l n phóng ñin sét thông th ưng có vài l n phóng ñin l p l i. 4. Thi t b d n sét t o tia tiên ño (ESE): ESE là t vi t t t ti ng anh Early Streamer emission . ðu thu sét t o tia tiên ño là lo i ñ u thu sét bao g m m t kim thu sét cùng v i m t lo i thi t b ñ c bi t có kh n ăng t o ra m t ñưng d n sét ch ñ ng v phía trên nhanh và cao h ơn các kim lo i thông th ưng. 5. Hi u ng corona: Là hi n t ưng dây d n b ng kim lo i nh n ñưc n i ñ t ñ t trong khu v c có ñin tr ưng m nh s có hi n t ưng các ñin tích b b t ra ngoài không gian t ñim nh n c a dây d n ñó. 6. Quá trình phát ra ñưng d n sét: Là hi n t ưng v t lý gi a s kh i ñ u c a hi u ng Corona ñ u tiên và s lan truy n m t ñưng d n sét v phía trên. 7. ð l i v th i gian t o tia tiên ño ( ∆∆∆T): ði l ưng ∆T là ñ l i v th i gian t o ñưng d n sét ch ñ ng v phía trên ca ñ u thu sét lo i tia tiên ño so v i các lo i kim thu sét thông th ưng trong cùng m t ñiu ki n. 8. Thanh n i cân b ng th : Là nh ng thanh kim lo i dùng ñ n i t t c các thành ph n kim lo i ti p xúc vi ñ t n m trong công trình, các v máy, v cáp thông tin, ñin l c v i h th ng ch ng sét. 9. Kho ng cách an toàn: Là kho ng cách t i thi u mà không x y ra s phóng ñin nguy hi m. 10. Dây d n sét: 3
4. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Là m t ph n c a h th ng ch ng sét dùng ñ d n dòng sét vào ñt qua m t h th ng n i ñ t. 11. H th ng n i ñ t: Là m t ho c nhóm các v t d n ñưc chôn sâu trong ñ t nh m t n dòng sét vào ñt. 12. ðin c c ñ t: Là m t hàng, m t nhóm các ñin c c c a h th ng n i ñ t mà ti p xúc tr c ti p v i ñ t và có tác d ng t n dòng sét vào ñt. 13. C c n i ñ t m ch vòng: Cc n i ñ t t o ra m t vòng khép kín xung quanh công trình d ưi ho c trên b m t ñ t, ho c phía d ưi ho c ngay trong móng c a công trình. 14. C c n i ñ t tham chi u: Cc n i ñ t có th tách hoàn toàn kh i m ng n i ñ t ñ dùng vào m c ñích ño ñc ki m tra. 15. ðin tr c a h th ng n i ñ t: Là ñin tr gi a ñim ki m tra c a h th ng n i ñ t và ñt. 16. C p b o v : Là m c ñ b o v c a h th ng ch ng sét ñi v i công trình. 17. Vùng t p trung t ươ ng ñươ ng A c: Là di n tích m t ph ng trên m t ñ t có kh n ăng b s l n sét ñánh gi ng nh ư công trình cùng m t ñiu ki n. 18. MATLAB: MATLAB là t vi t t t c a Matrix Laboratory, có ngh ĩa là phòng thí nghi m ma tr n, m t môi tr ưng tính toán s và l p trình, ñưc thi t k b i công ty MathWorks. 4
5. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C M ð U Dông sét là hi n t ưng phóng ñin trong khí quy n gia các ñám mây và m t ñt. Ho t ñng dông sét gây nh h ưng tr c ti p ñ n kinh t - xã h i, gây thi t h i ln v ng ưi và tài s n. n ð , ngày 04/01/2005,15 ng ưi b sét ñánh ch t. Ngày 21/05/2005, Sét ñánh Burundi làm 6 ng ưi b ch t. Ngày 18/12/2005, m t máy bay Nh t B n b sét ñánh khi ti p ñ t. Ngày 20/11/2006, Colombie, sét làm ch t 5 ng ưi và b th ươ ng 28 ng ưi. Kho ng 10 ng ưi b ch t Pháp m i n ăm và 10000 gia súc b sét ñánh. Dông sét ñt r ng làm ki t qu tài nguyên và phá ho i môi sinh. T n ăm 1938 ñn 1939, trên ñt n ưc Liên Xô (c ũ) ng ưi ta th ng kê ñưc sét gây ra 6.000 v cháy r ng. Sét phá nhà c a, công trình ki n trúc, gây h a ho n và ñ nát. N ăm 1769 Ý, sét ñánh vào m t kho v ũ khí làm toàn kho b n và thành ph Brecsia b phá h y hoàn toàn và có kho ng 3000 ng ưi ch t. Cao c Empire States M cao 400m có n ăm, th ng kê có t i 48 l n b sét ñánh. Công ty b o hi m M hàng n ăm ph i b i th ưng ñn 500 tri u USD cho thi t h i do sét. Sét phá ho i các công trình b ưu chính vi n thông và ngành ñin l c. Các ñưng dây truy n t i ñin có th b sét ñánh th ng hay sét lan truy n t dây d n vào phá ho i các thi t b tiêu th ñin trong nhà và công s . Nưc ta n m tâm dông Châu Á, m t trong ba tâm dông th gi i có ho t ñng dông sét m nh. Theo t p chí B ưu chính vi n thông s : 3/1999: n ăm 1997 bưu ñin Long An, sét ñánh 8 l n, phá h ng hai máy thu phát viba. N ăm 1998 sét ñánh vào m ng Thông tin vi n thông kh p c n ưc 149 l n gây thi t h i hàng t ñng. Năm 1990, sét ñánh vào máy bi n áp 110/35/10KV tr m trung gian S ơn Tây, sét lan truy n ñánh vào tr m T2 B c Ninh làm ñt dây gây ng t m ch và n máy c t 35kV. Tuy nhiên, vi c nghiên c u dông sét c a n ưc ta hi n nay còn giai ñon ñu và kém xa các n ưc phát tri n. Vi tình hình bi n ñ i ph c t p c a khí h u toàn cu hi n nay, di n bi n dông sét c ũng ph c t p, g n ñây có nhi u cú sét ñánh xu ng khu dân c ư gây thi t h i l n v ng ưi và tài s n, gây tâm lý hoang mang cho dân chúng m t s ñ a ph ươ ng. 5
6. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Trên th c t , trong lĩnh v c phòng ch ng sét, nhi u lo i máy móc thi t b ch ng sét ñưc bán trên th tr ưng mà hi u qu còn ch ưa rõ ràng. Qua kh o sát c a các công trình nghiên c u cho th y khi thi t k l p ñ t, ng ưi thi công không chú tr ng t i vi c kh o sát ñin tr su t c a ñ t, không chú ý t i ph m vi b o v c a kim thu sét, ni ñ t theo kinh nghi m v i nhi u c c ñóng th ng gây lãng phí, vi c b trí dây d n sét còn ñt n ng v n ñ th m m nên vi ph m các tiêu chu n k thu t và gây m t an toàn T nh ng lý do trên, ng ưi thi t k cn thi t ph i có ki n th c khoa h c v ñin khí quy n và k thu t phòng ch ng sét tiên ti n. ð tài: “ ðin khí quy n và ph ươ ng án ch ng sét cho khu dân c ư” góp ph n gi i quy t các v n ñ nêu trên. Mc tiêu nghiên c u c a ñ tài: Phân tích bn ch t ca ñin khí quy n và c ơ ch hình thành dông sét. La ch n ñưc ph ươ ng án ch ng sét t i ưu và l a ch n thi t b ch ng sét hi u qu cho m t công trình c th . Sn ph m ñ t ñưc là ch ươ ng trình tính toán ch ng sét ñưc vi t b ng ngôn ng Matlab. Ph m vi và ñi t ưng nghiên c u: ði t ưng nghiên c u: c ơ ch hình thành mây dông và sét; nghiên c u ph ươ ng án ch ng sét cho công trình khu hi u b và ký túc xá ði h c Tây Nguyên. Ph m vi nghiên c u: nghiên c u khí quy n t ng th p, l a ch n ph ươ ng án ch ng sét ñánh th ng cho công trình. Gi thuy t nghiên c u: Nu nghiên c u rõ c ơ ch hình thành và b n ch t c a dông sét, v n d ng các tiêu chu n ch ng sét và khai thác các ph n m m h tr s ñ ra ñưc ph ươ ng án ch ng sét t i ưu cho công trình và ti t ki m ñưc chi phí khi thi t k . Ph ươ ng pháp nghiên c u: Ph ươ ng pháp nghiên c u lý thuy t: nghiên c u ñin khí quy n ñ hi u c ơ ch hình thành dông sét, nghiên c u tiêu chu n ch ng sét làm c ơ s cho tính toán thit k ch ng sét. Ph ươ ng pháp th c nghi m: ño kích th ưc c a các công trình ký túc xá ði h c Tây Nguyên, kh o sát ñin tr su t c a ñ t các v trí ti p ñ t c a h th ng ch ng sét. 6
7. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Ch ươ ng 1. TNG QUAN V ðIN KHÍ QUY N 1.1. ðin khí quyn khi th i ti t t t [7][12][13][16] 1.1.1. Tr ưng ñin c a Trái ð t Trong nhi u nghiên c u ño ñ c h th ng ñin tr ưng t i nhi u ñim trên m t ñt, c ưng ñ ñin tr ưng ñưc tính qua bi u th c: E = −gradV = −∇ V (1.1) Trong ñó V là ñin th có ñơ n v là Volt (V) E là c ưng ñ ñin tr ưng ñơn v là V/m, hay còn g i là gradient ñin th . - Gradient ñin th : Gradien ñin th (PG- Potential Gradient) là m t ñ i l ưng quan tr ng c a ñin khí quy n ñưc nghiên c u khá r ng rãi. Khi th i ti t t t và không khí không nhi m b n b i nh ng h t son khí (aerosol), bi n thiên ngày ñêm c a PG t n ăm 1903 – 1904 Lapland do Simson (1906) bi u di n Hình 1.1. S bi n thiên PG theo quy lu t: biên ñ c a PG mt chu k ỳ ngày ñêm l n nh t vào mùa ñông và nh nh t vào mùa hè. Hình 1.1. Bi n thiên PG m t ngày ñêm trong n ăm Lapland Nh ng quan sát t i Karasjok Lapland c a Simpson (1905) và t i Cape Evans Nam c c (Simpson, 1919) ch ra r ng s bi n ñ i c a PG hai tr ưng h p ch ñơn gi n cùng m t c c ñ i trong hai th i ñim khác nhau. C hai tr ưng h p ño 7
8. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C ñc ñ u trong ñiu ki n th i ti t t t và b qua nh h ưng c a ion l n (large ions). Hoffmann (1923) ch ra r ng PG có giá tr c c ñ i nh ư nhau trong hai tr ưng h p ñó th c ra cùng m t lúc, trong khi ñó th i gian ña ph ươ ng (local time) hai n ơi là khác nhau. Sau ñó không lâu, Mauchly (1923) c ũng nghiên c u PG trên bi n cùng k t qu trong ñiu ki n th i ti t t t. Hình 1.2 bi u di n các ñưng PG ñã ñưc so sánh vi giá tr trung bình (mean). ðưng cong Carnegie bi u di n s bi n thiên ngày ñêm c a PG trên t t c các ñ i d ươ ng (All ocean). ðưng cong Maud bi u di n s bi n thiên ngày ñêm c a PG trên B c b ăng d ươ ng (Arctic ocean). Biên ñ PG c c ti u lúc bình minh và c c ñ i vào kho ng 19: 00 GMT. trung m tr giá ă n tr Ph Th i gian qu c t (GMT) Hình 1.2. Bi n thiên m t ngày ñêm c a PG trên ñi d ươ ng Vôn Schweidler (1929) ñã t ng h p k t qu ño ñ c v c ưng ñ ñin tr ưng ca 57 bóng thám không (balloon) trên b u tr i Châu Âu và ñ xu t bi u th c th c nghi m: E(z) = 90.e -0,0035.Z + 40e -0,00023.Z (1.2) E tính b ng V/m và z là ñ cao tính b ng m Tính m t vài giá tr c ưng ñ ñin tr ưng: * v i z = 0 km thì E = 130 V m -1 * v i z = 10 km thì E = 4 V m -1 * v i z = 50 km thì E ≈ 0 V m -1 8
9. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Nh n xét: mt ñ t, c ưng ñ ñin tr ưng l n nh t b ng 130V/m, trên cao 50km ñin tr ưng gn nh ư b ng không (minh h a Hình 1.4). V y c ưng ñ ñin tr ưng c a Trái ð t gi m theo ñ cao. - Cu trúc ñin c a Trái ð t: S d ng ñ nh lý Gauss ñ tính t ng ñin tích c a Trái ð t. N i dung c a ñ nh lý Gauss ñưc phát bi u nh ư sau: Thông l ưng ñin tr ưng qua m t m t kín b ng ñin tích bên trong m t ñó chia cho h ng s ñin ε0. Hình 1.3. B m t c a Gauss Hình 1.4. C u trúc ñin c a Trái ð t Q E ndS = int (1.3) ∫∫ o ε o = − E o .n E o (1.4) Q − E dS = int o ∫∫ ε (1.5) o ∫∫ dS = 4π R 2 (1.6) Trong ñó E o là c ưng ñ ñin tr ưng c a tr ưng ñin ñ u, R là bán kính c a qu c u Gauss, Q int là ñin tích bên trong qu c u. -12 -1 Vi E o = 130V/m, R = 6378 km, ε0 = 8,85 × 10 F m 2 Suy ra ñin tích c a Trái ð t: Q int = - 4 π ε0 R E 0 = -590000 C Nh n xét : Trái ðt mang ñin tích âm, khí quy n ch a các ñin tích d ươ ng 50 km ñ u tiên , trên ñ cao 50 km khí quyn trung hòa v ñin (Hình 1.4). - Mt ñ ñin tích trong khí quy n: 9
10. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C S d ng phươ ng trình Poisson ñ tính m t ñ ñin tích c a khí quy n. Ta có: ρ div E = ε (1.7) o Vì E ph thu c chi u cao nên ρ ph thu c chi u cao z : ρ = ε -0,0035.Z -0,00023.Z -12 odiv E = 2,9.e + 0,08e x 10 (1.8) (ρ tính b ng C m -3 và z tính b ng km) Ví d : m t ñ t : ρ = 2,88 ×10 -12 C m -3 ñ cao 10 km: ρ = 8,1 ×10 -15 C m -3 1.1.2. Ion khí quy n và s d n ñin c a không khí - S hình thành ion trong không khí: S t n t i c a ion trong khí quy n là nguyên nhân c ơ b n c a khí quy n có tính ch t ñin. Khái ni m ion d ươ ng và ion âm (các lo i h t t i c a khí quy n) ñưc ñt b i J.Elster và H. Geitel (1899) và ñã gi i thích ñưc tính d n ñin c a không khí. Chúng ta ñã bi t có ba lo i ion chính: ion nh (small ions), ion lo i trung (intermediate ions) và ion lo i l n (large ions). Quan tr ng nh t là ion lo i nh . Ion nh là s n ph m c a quá trình phân t không khí h p th b c x . Có ba ngu n ch yu c a h t có n ăng lưng cao ñ gây ra ion: ñng v phóng x (radon isotopes), tia vũ tr và b c x gamma t Trái ð t. Trên b m t châu l c, quan tr ng nh t là s ion hóa t ho t ñ ng phóng x c a ñ ng v phóng x cùng v i b c x gamma. S ion hóa t tia v ũ tr luôn luôn th ưng tr c chi m 20% c a quá trình ion hóa. S ion hóa tăng theo ñ cao. cao (km) cao ð S ion sinh ra trên m t mét kh i trong mt giây Hình 1.5. T c ñ s n sinh ion ph thu c vào ñ cao 10
11. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Hình 1.5 bi u di n t c ñ ion s n sinh ra do tia v ũ tr là m t hàm c a ñ cao do W ählin ñ xu t (1994). T c ñ s n sinh c a ion ngay m c n ưc bi n kho ng 10 tri u c p trên m t mét kh i trong mt giây (10 7m-3s-1). Tuy nhiên, ñn ñ cao mà tc ñ s n sinh ra ion 10 9 m -3s-1 thì t c ñ này b t ñ u t ăng ch m theo ñ cao. - ðo l ưng b ng xilanh (cylindrial condenser): Mt h th ng ng xilanh v i nguyên t c làm vi c ñơn gi n, chúng ñưc s dng ñ ño ñ linh ñ ng c a ion (Zeleny, 1900), ñm s ion (Ebert, 1901) và ñin dn su t c a không khí (Gerdien, 1905). H th ng ng g m: m t xilanh r ng bán kính a, m t ng xilanh nh ñ t ñ ng tr c có bán kính b (hình 1.6). Không khí ñưc th i vào gi a hai xilanh b ng qu t ho c b ng b ơm v i v n t c U. ðt m t th hi u (bias) gi a hai xilanh t o m t ñin cc ngoài (outer electrode) và m t ñin c c phía trong (central electrode). Ngu n ñin ñưc n i qua m t ñin k nh y (electrometer) ñ ño dòng ñin. 2a 2b Hình 1.6. ng Gardien Gi V là hi u ñin th gi a hai ñin c c, cưng ñ ñin tr ưng t i ñim cách tr c c a các xilanh m t kho ng r : V E = (1.9) r log e a / b Goi ω là ñ linh ñ ng c a ion thì ñ di chuy n nh c a ion trong th i gian dt là dr = ωEdt dr r log e a / b.dr dt = = (1.10) ωE ωV Tng th i gian ñ ion ñi h t kho ng không t xilanh ngoài ñn xilanh trong là (a2 − b2 ) log a / b t = e 2 ωV (1.11) 11
12. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Trong th i gian này, kh i không khí di chuy n m t kho ng cách là U.t d c theo ng. N u kho ng cách này nh h ơn ñ dài c a ng xilanh phía trong (L), toàn b ion chuy n ñ ng bên trong ñưc ghi nh n. Ta có ñiu ki n sau: 2ωVL U e 2VL Nu g i n là m t ñ ion (s ion trên 1 m3 không khí) thì s ion di chuy n qua ng trong th i gian 1 s là: nU π (a 2 − b 2 ) 2 2 Dòng ñin ño ñưc là nU π (a − b )e , trong ñó e là ñin tích c a m t ion. Dòng ñin ph thu c vào hi u ñin th theo ñnh lu t Ôm, nh ưng khi ñn m t ñiu ki n hi u ñin th nào ñó thì không tuân theo ñnh lu t Ôm (vì khi t ăng hi u ñin th lên nh ưng s ion có h n nên s cho dòng ñin bão hòa) (Hình 1.7). (i) n Dòng ñin bão hòa i ñ Dòng ðin th (V) Hình 1.7. Dòng ñin trong ch t khí ch a ion Ví d : U = 2m/s, L = 30cm, a b ng 1cm ho c 2cm, b b ng vài mm và V = 200V thì t = 10 -2/ω (s), trong ñó ω là ñ linh ñ ng c a ion. Giá tr c a ñ i l ưng L/t cho ion nh là 30m/s và 0,03m/s cho ion l n. N u ta t ăng V, gi m U và U th a mãn ñiu ki n nh h ơn 0,03m/s thì ta có th ghi nh n ñưc c ion nh và ion l n. B ng 12
13. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C cách này, Nolan, Boylan và De Sachy (1925) tr ưc tiên ñm c hai lo i ion r i ño riêng r lo i ion nh sau ñó xác ñ nh ion l n b ng phép tr . - ðin d n su t c a không khí: 3 Gi n + và n - l n l ưt là s ion d ươ ng và ion âm trên 1 m không khí. ðin dn su t t ng c ng c a không khí: λ = λ+ + λ- = e( ω+n+ + ω-n-) (1.14) Trong ñó ω+, ω- là ñ linh ñ ng c a ion d ươ ng và ion âm PG và ñin d n su t quan h v i nhau theo ñ nh lu t Ôm : j = λ.E (1.15) j là m t ñ dòng ñin trong c t không khí th ng ñ ng (A/m 2), E là c ưng ñ ñin tr ưng (V/m). Các nhà khoa h c s d ng bóng thám không (balloon) ñ nghiên c u s thay ñi c a ñin d n su t c a không khí. S d ng d li u ño ñ c t bóng thám không Explore II (Gish và Sherman, 1936), Gish (1944) gi i thi u khái ni m ñin tr c a ct khí quy n (columnar resistance) và tìm th y ñin d n su t thay ñ i theo ñ cao. Gish (1944) ñ xu t bi u th c th c nghi m c a ñin tr su t ph thu c vào ñ cao: γ = (2,94e -0,00452Z + 1,39e -0,00375Z + 0,369e -0,000121Z ) x10 13 (1.16) γ là ñin tr su t c a khí quyn ( ñơ n v Ω.m), ñin d n su t b ng ngh ch ñ o c a ñin tr su t λ = 1/ γ. T d th bi u di n c a ñin d n su t t ăng theo ñ cao (Hình 1.8), ta th y r ng: khi th i ti t có nng g t, ñin d n su t t ăng nhanh h ơn khi th i ti t có n ng nh . Hình 1.8. ðin ñ n su t thay ñ i theo ñ cao T bi u th c th c nghi m trên (1.16), các nhà khoa h c ñã tính ñưc ñin tr 17 2 ct R c = 1,2.10 Ωm . 13
14. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C 1.1.3. Dòng ñin toàn c u Mô hình c ñin dòng ñin toàn c u (the global circuit) ñưc ñ ngh b i C.T.R Wilson (1920,1929). Dòng ñin toàn c u phát sinh t s cân b ng gi a ñin tích sinh ra trong vùng có th i ti t b xáo ñ ng và dòng ñin toàn c u c a ion nh ñi vào vùng có th i ti t t t. ðin th c a t ng ñin ly (ionosphere potential) gây ra m t dòng ñin ch y qua ñin tr c t th ng ñng c a t ng ñ i l ưu (troposphere) và t ng bình l ưu (stratosphere). - ðin th c a t ng ñin ly : ðin th V 1 c a t ng ñin ly so v i g c ñin th ( m t ñ t) ñưc tính : z1 = V1 ∫ E (z)dz (1.17) 0 E(z) ñưc ño b ng sensor ñ t trên bóng thám không ho c máy bay. ð d n ñin c a không khí t ăng th c ch t trên t ng ñ i l ưu. S t ăng nhi t ñ trên b m t Trái ðt d n ñ n s ñ i l ưu m nh m h ơn, ñiu này làm t ăng ñin th c a t ng ñin ly V1 (Price, 1993) và có th ñ ngh m t ph ươ ng pháp gián ti p c a s d báo nhi t ñ trên b m t Trái ð t. Nh ng thu th p nghiên c u c a Mülheisen (Budyko, 1971) ð c t n ăm 1959 ñ n 1972 ñã cung c p nh ng d n chng quan tr ng cho mô hình dòng ñin toàn c u và nh ng thay ñ i c a ñin th t ng ñin ly các ñ a ph ươ ng. Hình 1.9 ch ra s so sánh ca V1 Weissenau (Germany) và ði Tây D ươ ng ( ñưc nghiên c u trên tàu Meteor) v i PG Lerwich. ðo ñ c này do Mülheisen và Fischer ti n hành hai th i ñim 17 tháng 3 và ngày 2 tháng 4 n ăm 1969. ðin th ca t ng ñin ly và PG ñu có các biên ñ l n nh t vào các ngày 20 và 21 tháng 3; các biên ñ này gi m d n và th p nh t vào nhng ngày cu i tháng 3 và nh ng ngày ñu tháng 4. Hình 1.9. ðin th c a t ng ñin ly các n ơi so v i PG cùng chu k ỳ th i gian 14
15. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C - M t ñ dòng ñin: Mt ñ dòng ñin có m i quan h v i ñin tr c t khí quy n trên m t ñơn v di n tích R c và ñin th V 1 c a t ng ñin ly: = V1 j (1.18) Rc 2 j là m t ñ dòng ñin (A/m ), R c là ñin tr c t. Ti b m t Trái ð t, dòng j có th ñưc xác ñ nh nh ư dòng ñin ñi t b u khí quy n vào ñt. 17 2 Ví d khi th i ti t t t, ñ xu t c a Israël (1953) V 1 = 270 kV và R c = 10 Ωm -12 2 thì j = V 1/R c = 2.7.10 A/m -12 3 2 Dòng ñin i = j.S T = 2.7.10 x 4 π(6400.10 ) ≈1400 A Hình 1.10. M ch ñin t ươ ng ñươ ng c a Trái ð t Trái ðt nh n ñưc các ñin tích d ươ ng, nó phóng ñin trong th i gian t = |Q T| / i = 590000/1400 ≈ 421 s. ðin tích c a nó v n gi nguyên không ñi nh ho t ñ ng dông sét. Nh ư v y h th ng c u hình thành b i t ng ñin ly bao xung quanh Trái ð t làm thành m t cái t có ñin dung và t o thành m ch RC tích và phóng có h ng s th i gian τ kho ng 7 phút. Ta có th ñưa ra m ch ñin t ươ ng ñươ ng cho Trái ðt ñưc minh h a Hình 1.10. Vy, Gradient ñin th c a Trái ð t khi th i ti t tt bi n thiên theo chu k ỳ ngày, c c ñ i vào lúc v a t i và c c ti u vào lúc bình minh. C ưng ñ ñin tr ưng Trái ðt gi m theo ñ cao. Tính d n ñin c a khí quyn quy t ñ nh ch y u b i các ion nh và ñin d n sut t ăng theo ñ cao. 15
16. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C 1.2. ðin dông[3][4][7][17][18][19] 1.2.1. Sơ l ưc v l ch s nghiên c u Ti ng sét trong th n tho i là s ñem ñ n s hãi cho con ng ưi bi s c m nh ca t nhiên. Ng ưi Hy L p kinh s sét và coi nó nh ư là s gào thét c a th n Z t. Nh ng tên c ưp B c Âu (th k VIII và X) cho r ng sét ñưc sinh ra b i ông Thor b ng cách l y cái búa ñánh vào ñe, chúng ñưc ch b ng xe ng a b ăng qua nh ng ñám mây. B l c B c M tin r ng s m sét sinh ra là do ti ng v c a ñôi cánh phát sáng c a con chim huy n bí. Ngày nay, khoa h c ñã gi i thích sét thông qua th c nghi m ño ñ c thay cho nh ng khái ni m tr c giác và huy n bí ñó. Tia l a kèm theo ti ng n phát ra t máy ñin và chai Leyden là nh ng thí nghim ñ u tiên c a Hanksbee, Newton, Wall, Nollet và Gray. Các ông ñã ch ra rng s m sét là do s phóng ñin. N ăm 1708, ti n s ĩ William Wall là m t trong nh ng ng ưi ñ u tiên quan sát tia l a ñin gi ng v i tia sét thu nh . Gi a th k 18, Benjamin Franklin ch ra r ng hi n t ưng phóng ñin trong khí quy n v c ơ b n không khác vi tia l a ñin. Tháng 7 n ăm 1750, Franklin gi thi t r ng ñin n ăng có th l y ñưc t m t ăng ten cao v i m t ñ u nh n. Vào n ăm 1952, Thomas-Francois Dalibard d ng m t c t s t cao 12 m t i Marly-la-Ville (g n Paris), b t ñưc tia l a n (detonating sparks) khi ñám mây ñi qua. Tháng 5 n ăm 1752, Thomas-Francois Dalibard kh ng ñ nh lý thuy t c a Franklin ñúng. Franklin ñã nêu ra s gi ng nhau gi a tia l a ñin và sét: - C hai phát ra ánh sáng màu gi ng nhau - Chúng di chuy n nhanh chóng - D n ñưc trong kim lo i, n ưc và n ưc ñá - N u ch y kim lo i và b t l a ñ i v i ch t d cháy - Có mùi “l ưu hu ỳnh” (mà ngày nay ta bi t là mùi c a ôzôn) - Ng n l a Sant-Elma t ươ ng t v i s phóng ñin phát sáng. - Có th dùng kim nh n ñ thu. Tháng 6 n ăm 1752, Franklin làm thí nghi m n i ti ng v sét b ng di u. Thí nghi m này ñưc l p l i b i Romass, ông ñã l y ra tia l a t s i dây kim lo i dài 2,7m. Vi vi c sáng ch ñin k xách tay và bình ng ưng c a Kenvin th k 19, vi c ño lưng ñt ñ chính xác cao. H.H.Hoffert (1888) nh n bi t sét ñánh th ng b ng camera và công b trong tác ph m “Intermittent Lightning – Flashes”. J. Elster và H. Geitel làm vi c trên máy phát x electron nhi t và ñã ñ xu t lý thuy t gi i thích cu trúc ñin dông (1885). B ng cách ñó có th xác ñ nh rõ ion d ươ ng và ion âm luôn t n t i trong khí quy n. F.Pocket (1897-1900) ưc tính c ưng ñ dòng sét b ng cách phân tích ánh sáng c a ch p. Nghiên c u sét bng k thu t ño l ưng hi n ñi 16
17. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C ca C.T.R Wilson ñã ñánh giá ñưc c u trúc c a ñin dông g m c phóng ñin sét. Wilson ñưc gi i th ưng Nobel v i phát minh ra bình mây (Cloud Chamber). ðnh v phóng ñin t không gian b ng v tinh dùng k thu t OTD (Optical Transient Detector) và LIS (Lightning Imaging Sensor) (Christian, 1999; Christian et al., 2003). B ng ph ươ ng ti n này Christian ñã ch ra r ng 78% ho t ñ ng sét t p trung gi a v ĩ ñ 30 0 v ĩ Nam và 30 0 v ĩ B c. Châu Phi là n ơi tp trung sét l n nh t th gi i và t s v sét ñánh trên ñt li n so v i sét ñánh trên bi n là 10:1 (Christian, 2003). Ti n s ĩ Nguy n Xuân Anh, tr ưng Phòng V t lý khí quy n, Vi n V t lý ñ a cu, khuy n cáo vào mùa m ưa, ng ưi dân ph i chú ý t i sét, hi n t ưng này th ưng xy ra do s phát tri n b t th ưng c a khí h u. Vi t Nam là m t trong 3 vùng có ho t ñ ng sét m nh nh t th gi i, v i mc trung bình 80 ñn 90 ngày dông trong năm. Các t nh hay b sét nh t là Hòa Bình, H i D ươ ng, Hà T ĩnh và ñng b ng sông Mekong. Dông kèm theo m ưa l n và sét xu t hi n th ưng xuyên Vi t Nam vào tháng 5 ñn tháng 9. Vi c nghiên c u và d báo dông sét Vi t Nam gn ñây ñưc ci thi n m t cách ñáng k , nh vi c l p ñ t m t h th ng quan sát g m 8 tr m trên c n ưc. Vi n V t lý ñ a c u ñã ñư a ra d báo r i ro sét cho ng ưi dân. 1.2.2. Mây dông Dông là hi n t ưng x y ra ch y u vào mùa hè liên quan ñn s phát tri n mnh m c a ñ i l ưu nhi t và các nhi u ñ ng khí quy n. Dông ñưc ñ t tr ưng b i s xu t hi n nh ng ñám mây dông hay mây tích v ũ (Cumulonimbus) có ñ d y t 10 ÷ 16 km, tích t m t l ưng n ưc và t o ra nh ng ñin th c c m nh. Hình 1.11. C u trúc c a mây dông 17
18. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Trong th c t s hình thành các c ơn dông g n li n v i s xu t hi n c a nh ng lu ng không khí kh ng l t m t ñ t b c lên. Các lu ng không khí này ñưc hình thành do s ñ t nóng b i ánh sáng M t Tr i, ñ c bi t các vùng cao (dông nhi t) ho c do s g p nhau c a nh ng lu ng không khí nóng m v i không khí l nh (dông Front). Sau khi ñã ñt ñưc ñ cao nh t ñ nh (kho ng vài kilômet tr lên – vùng nhi t ñ âm), lu ng không khí m này b l nh ñi, h ơi n ưc ng ưng t thành nh ng gi t nh li ti hay các tinh th b ăng và t o thành nh ng ñám mây dông. Cơn dông có th kéo dài t 30 phút ñ n 12 ti ng và có th tr i r ng t vài ch c ñ n hàng tr ăm km. Thông th ưng, thành ph n c a mây dông gm có m ưa, tuy t hòn và m nh băng. Tuy t hòn (snow pellets) ho c tuy t h t ñưc t o thành b i n ưc ch m ñông bám lên các tinh th tuy t. M nh b ăng: tinh th b ăng t p h p các h t n ưc ñông cng b m t. Trong nh ng chuyn ñng th ng ñ ng ñ l n, các h t nưc này ch y ra và ñóng b ăng tr l i (có cu trúc v hành). 1.2.3. Quá trình nhi m ñin ðã t lâu ng ưi ta kh ng ñ nh v ngu n t o ra ñin tr ưng gi a các ñám mây dông và m t ñ t chính là nh ng ñin tích tích t trên các h t n ưc li ti và các tinh th b ăng c a các ñám mây dông ñó. Xét quá trình nhi m ñin trong mây ph i d a vào hai tiêu chu n chung : * Vt lý vi mô (vai trò c a h t n ưc- hydrométéores) * ðng h c (vai trò c a các ion) - Các c ơ ch v t lý vi mô : 1- Va ch m gi a các h t n ưc d n ñ n s truy n ñin tích theo hai ki u quá trình: quá trình c m ng (có vai trò c a ñin tr ưng) và không c m ng (không có vai trò c a ñin tr ưng) 2- Hi u ng tr ng l c d n ñ n phân tách các h t và t o thành s phân c c h t. Hình 1.12. Quá trình va ch m c m ng Hai giai ñon trong quá trình c m ng (Hình 1.12): 18
19. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C + Va ch m gi a các h t trung hòa nh ưng b phân c c và có kích th ưc khác nhau, k t qu h t ln tích ñin âm, h t nh tích ñin dươ ng. + Phân tách gi a hai ñám h t: các h t l n tích ñin âm tách xu ng phía d ưi và các h t nh tích ñin d ươ ng phía trên. Thu n l i c a tiêu chu n này là gi i thích t t c u trúc phân c c chính c a mây. Và g p b t thu n l i là c n s t n t i tr ưc m t ñin tr ưng trong mây (quá trình không kh i ñ u). Quá trình không c m ng là s va ch m c a các h t b ñóng b ăng có nhi t ñ khác nhau (Hình 1.13) Tinh th băng mang nhi t ñ T 2 ñi lên va ch m v i tuy t ht mang nhi t ñ T1 (T 1 < T 2) ñi xu ng. K t qu là ph n d ươ ng trên ñám mây (các tinh th ), ph n âm gi a ñám mây (tuy t h t), ph n d ươ ng d ưi ñám mây (tuy t h t). Hình 1.13. Quá trình va ch m không c m ng - Quá trình ñng h c: Theo lý thuy t nhi m ñin ñ i l ưu c a Vonnegut (1963), s v n chuy n c a các ion d ươ ng t o nên m t ñt v phía ñám mây b i các dòng ñi l ưu. Các ion dươ ng ñi t i ñ nh c a ñám mây hút các h t tích ñin âm và các h t tích ñin âm này vì th b kéo xu ng d ưi b i các dòng ñi xu ng. - Cu trúc ñin c a mây tích v ũ: Hình 1.14. C u trúc ñin c ơ b n c a mây tích v ũ 19
20. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Cu trúc 3 c c là ph bi n nht, các c c mang tên p, N, P (Hình 1.14). Vùng phía trên chi m m t n a vùng mây, ch a ñin tích d ươ ng g i là vùng P. Vùng chính gi a mây g i là vùng ñin tích âm N, vùng th p nh t phân b ít ñin tích h ơn mang ñin tích d ươ ng g i là vùng p chân mây. Vùng N và P có ñin tích x p s b ng nhau t o thành l ưng c c. Malan (1952) ñã cho bi t phân b vùng ñin tích P, N, p theo ñ cao c a mây dông Nam M (cách 1.8km trên m c n ưc bi n). ðin tích tng c ng 10C gi i h n 2 km, - 40 C gi i h n 5 km và + 40 C gi i h n 10 km. - ðin tr ưng gi a mây dông và m t ñ t: + M t ñ t là m t m t ph ng d n ñin, ñin tr ưng (trong không gian) gây cm ng m t ñin tích trên m t này (l ưng ñin tích c m ng này làm thay ñi ñin tr ưng trong ñ t t o ra nh c a ñin tr ưng không gian qua m t ph ng Trái ð t, bi u di n Hình 1.15). Hình 1.15. ðám mây l ưng c c và nh ñin c a nó trên m t ñ t + ðin tr ưng ñưc t ăng c ưng b i các v t d n: h t n ưc trong mây, các v t nhô cao c a m t ñ t (cây c i, các c t ñin cao th , các tháp cao, các tòa nhà cao ) 1.2.4. Ho t ñ ng phóng ñin ðn m t m c ñ nào ñó ñ l n c a các ñin tích trái d u c a mây s t o nên mt s chênh l ch ñin th ñ ñánh th ng l p không khí ng ăn cách nó v i m t ñ t (c ưng ñ ñin tr ưng m t ñ t lúc này kho ng 25 ÷ 30kV/cm), lúc này x y ra hi n t ưng phóng ñin gi a ñám mây dông và m t ñ t. Ti n trình có kh n ăng nh t c a c u trúc mây và ki u phóng ñin trong quá trình dông theo Krehbiel (1986) ñưc bi u di n b ng Hình 1.16. 20
21. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Theo th ng kê c a các nghiên c u, phóng ñin trong mây chi m 80%, phóng ñin mây-ñt chi m 20%. Hình 1.16. B n ki u phóng ñin a) Phóng ñin trong mây b) Phóng ñin mây-ñt c) và d) Phóng ñin có th có s truy n chéo ho c n m ngang gi a các ñám mây v i nhau. - Các giai ñon phóng ñin c a sét Ban ñu xu t phát t mây dông m t d i sáng m kéo dài t ng ñ t gián ñon v phía m t ñ t v i t c ñ trung bình kho ng 10 5 ÷ 10 6 m/s, ñó là giai ñon phóng ñin tiên ño theo tng ñt. Kênh tiên ño là m t dòng plasma m t ñ ñin tích không cao l m, kho ng 10 13 ÷10 14 ion/m 3. M t ph n ñin tích âm c a mây dông tràn vào kênh và phân b t ươ ng ñi ñ u d c theo chi u dài c a nó (hình 1.17a). Th i gian phát tri n c a kênh tiên ño m i ñt kéo dài kho ng 1 µs (m i ñ t kênh tiên ño kéo dài thêm trung bình vài ch c mét). Th i gian t m ng ưng phát tri n gi a hai ñ t liên ti p kho ng t 30 ÷ 90 µs. ðin tích âm t ng t mây tràn vào kênh tiên ño b ng: Q = σ.L Vi: σ là m t ñ ñin tích, L là chi u dài kênh. ðin tích này th ưng chi m kho ng 10% l ưng ñin tích ch y vào ñt trong mt l n phóng ñin sét. D ưi tác d ng c a ñin tr ưng t o nên b i ñin tích c a mây dông và ñin tích trong kênh tiên ño, s có s t p trung ñin tích trái d u (th ưng là ñin tích d ươ ng) trên vùng m t ñ t phía d ưi ñám mây dông (hình 1.17b). N u vùng ñt phía d ưi b ng ph ng và có ñin d n ñ ng nh t thì n ơi ñin tích c m ng t p trung s n m tr c ti p d ưi kênh tiên ño. N u vùng ñt phía d ưi có ñin d n khác nhau thì ñin tích s t p trung ch y u vùng k c n, n ơi có ñin dn cao nh ư vùng qu ng kim lo i, vùng ñt m, ao h , sông ngòi, vùng n ưc ng m, kt c u kim lo i các nhà cao t ng, c t ñin, cây cao b ưt, nh ng n ơi ñó s là n ơi ñ b c a sét. 21
22. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Hình 1.17. Các giai ñon phóng ñin sét và bi n thiên c a dòng ñin sét theo th i gian. a. Giai ñon phóng ñin tiên ño. b. Tiên ño ñ n g n m t ñ t hình thành khu v c ion hoá mãnh li t. c. Giai ñon phóng ñin ng ưc hay phóng ñin ch y u. d. Phóng ñin ch y u k t thúc. Cưng ñ ñin tr ưng ñ u kênh tiên ño trong ph n l n giai ñon phát tri n c a nó (trong mây dông) ñưc xác ñ nh b i ñin tích b n thân c a kênh và c a ñin tích tích t ñám mây. ðưng ñi c a kênh tiên ño này không ph thu c vào tình tr ng c a m t ñ t. Ch khi kênh tiên ño còn cách m t ñ t m t ñ cao ñ nh hưng nào ñó thì m i th y rõ d n nh h ưng s t p trung ñin tích m t ñ t và các v t th d n ñin nhô kh i m t ñ t v i h ưng phát tri n ti p t c c a kênh theo hưng có c ưng ñ ñin tr ưng l n nh t. nh ng n ơi v t d n có ñ cao (nhà cao t ng, c t ăng ten, ñài phát thanh, ) t ñ nh c a nó n ơi ñin tích trái d u t p trung nhi u s ñ ng th i xu t hi n ion hóa to nên dòng tiên ño phát tri n h ưng lên ñám mây dông. Chi u dài c a kênh tiên ño t d ưi lên trên t ăng theo ñ cao c a v t d n và t o ñiu ki n d dàng cho s ñnh h ưng c a sét vào v t d n ñó. Khi kênh tiên ño xu t phát t mây dông ti p c n m t ñ t hay ti p c n kênh tiên ño ng ưc chi u thì b t ñ u giai ñon phóng ñin ng ưc l i hay phóng ñin ch yu, tươ ng t nh ư các quá trình phóng ñin ng ưc trong ch t khí ñin tr ưng không ñng nh t (hình 1.17c). Trong kho ng cách không khí còn l i gi a ñ u kênh tiên ño và m t ñ t, c ưng ñ ñin tr ưng t ăng cao gây nên ion hóa mãnh li t d n ñn hình thành m t dòng plasma có m t ñ ñin tích t 10 16 ÷ 10 19 ion/m 3 cao h ơn nhi u so v i m t ñ ñin tích c a tia tiên ño, ñin d n c a nó t ăng lên hàng tr ăm ln, ñin tích c m ng t m t ñ t tràn vào dòng ng ưc và th c t ñ u dòng mang ñin th c a ñ t làm cho c ưng ñ ñin tr ưng ñ u dòng t ăng lên gây ion hóa mãnh 22
23. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C li t và c nh ư v y dòng plasma ñin d n cao ti p t c phát tri n ng ưc lên trên theo ñưng ch n s n c a kênh tiên ño. T c ñ phát tri n c a kênh tiên ño phóng ng ưc rt cao vào kho ng 0,5.10 7 ÷ 1,5.10 8m/s (b ng 0,05 ÷ 0,5 l n v n t c ánh sáng) t c là nhanh g p trên tr ăm l n t c ñ phát tri n c a kênh tiên ño h ưng xu ng. Vì m t ñ ñin tích cao ñ t nóng mãnh li t nên tia phóng ñin ch y u sáng chói còn g i là ch p. ð t ñim quan tr ng nh t c a phóng ñin ch y u là c ưng ñ dòng ñin l n. Gi V là t c ñ c a phóng ñin, σ là m t ñ ñin tích thì dòng ñin sét s ñ t giá tr cao nh t i s = σV. Khi kênh phóng ñin ch y u lên t i ñám mây thì s ñin tích còn l i c a mây s theo kênh phóng ñin ch y xu ng ñ t và c ũng t o nên ch sét ñánh m t dòng ñin có tr s nh t ñ nh gi m nhanh t ươ ng ng v i ph n ñuôi sóng (Hình 1.17d). Kt qu quan tr c sét cho th y phóng ñin sét th ưng x y ra nhi u l n k t c nhau (trung bình là 3 l n, nhi u nh t có th ñ n vài ch c l n). Các l n phóng ñin sau có dòng tiên ño phát tri n liên t c (không theo t ng ñ t nh ư l n ñ u), không phân nhánh và theo ñúng qu ĩ ñ o c a l n ñ u nh ưng v i t c ñ cao h ơn (2.10 6m/s). Qua nghiên c u v sét, ng ưi ta lý gi i ñưc s phóng ñin nhi u l n c a sét. Trong ñám mây dông có th có nhi u trung tâm ñin tích khác nhau ñưc hình thành do nh ng lu ng không khí xoáy. L n phóng ñin ñ u ñưc x y ra gi a ñ t và trung tâm ñin tích có c ưng ñ ñin tr ưng cao nh t. Trong giai ñon phóng ñin tiên ño thì hi u ñin th gi a các trung tâm ñin tích này v i trung tâm ñin tích ñu tiên th c t không thay ñ i và ít có nh h ưng qua l i v i nhau. Nh ưng khi kênh phóng ñin ch y u ñã lên ñn mây thì trung tâm ñin tích ñ u tiên c a ñám mây th c t mang ñin th c a ñ t làm cho hi u ñin th gi a trung tâm ñã phóng vi trung tâm ñin tích lân c n t ăng lên và có th d n ñ n phóng ñin v i nhau. Khi ñó thì kênh phóng ñin c ũ v n còn m t ñin th nh t ñ nh do s kh ion ch ưa hoàn toàn nên phóng ñin tiên ño l n sau theo ñúng qu ñ o ñó, liên t c và v i t c ñ cao h ơn l n ñ u. - Các thông s c a sét : Khi tính toán b o v ch ng sét, thông s chính c n chú ý là dòng ñin sét có ph m vi gi i h n r t r ng, biên ñ dòng sét có th lên ñn 200-300 KA. Tuy nhiên, ph n l n tr ưng h p g p sét ñánh tr s 50 KA, sét có dòng ñin t 100 KA tr lên r t hi m x y ra. Do ñó, trong tính toán th ưng l y dòng ñin sét b ng 50 KA. Dòng ñin sét có d ng m t sóng xung. Th ưng trong kho ng vài ba micro giây dòng ñin t ăng nhanh ñ n tr s c c ñ i t o thành ph n ñ u sóng, sau ñó gi m ch m trong kho ng 20 - 100 µs t o nên ph n ñuôi sóng (Hình 1.18). 23
24. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C is ismax 0. 5ismax tds ts Hình 1.18. D ng sóng dòng ñin sét. Các thông s ch y u: + Biên ñ dòng sét: là giá tr l n nh t c a dòng ñin sét (i smax ) + Th i gian ñ u sóng (t ds ): là th i gian dòng sét t ăng t 0 ñ n giá tr c c ñ i. + ð d c dòng ñin sét: a = di s/dt + ð dài dòng ñin sét (t s): là th i gian t ñ u dòng ñin sét ñ n khi dòng ñin gi m b ng 1/2 biên ñ. - Biên ñ dòng sét và xác su t xu t hi n: Dòng ñin sét có tr s l n nh t vào lúc kênh phóng ñin ch y u ñ n trung tâm ñin tích c a ñám mây dông g i là biên ñ dòng ñin sét. Xác su t xu t hi n dòng ñin sét có th tính g n ñúng theo công th c: -is/60 -is/60 + Cho vùng ñng b ng: V I = e = 10 , hay lgV I = -is/60 -is/30 + Cho vùng núi cao: V I = 10 , hay lgV I = -is/30 (V I là xác su t xu t hi n dòng ñin sét, có biên ñ l n h ơn ho c b ng i s). Ch ng h n, xác su t phóng ñin sét có biên ñ dòng sét i s ≥ 60KA: lgV I = - 60/60 = -1 ⇒ V I = 10%. Có ngh ĩa là trong t ng s l n sét ñánh ch có 10% s l n sét có biên ñ dòng ñin sét t 60KA tr lên. - ð d c ñ u sóng dòng ñin sét và xác su t xu t hi n: ð ño ñ d c dòng ñin sét ng ưi ta dùng m t khung b ng dây d n n i vào mt hoa ñin k . Khi sét ñánh vào c t thu sét v i ñ d c a thì trong khung s c m ng lên m t s c ñin ñ ng b ng M.di s/dt (M là h s h c m gi a dây d n dòng ñin sét c a c t thu sét v i khung). ðin áp ñ u ra c a khung: U = M.(di s/dt) max . ð d c ln nh t c a dòng ñin sét ch y qua c t: a = (di s/dt) max , (KA/ µs). Xác su t xu t hi n ñ d c có th tính theo: -a/15,7 -a/36 + Cho vùng ñng b ng: V a = e = 10 -a/18 + Cho vùng núi cao: V a = 10 - C ưng ñ ho t ñ ng c a sét: 24
25. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Cưng ñ ho t ñ ng c a dông sét ñưc xác ñ nh b ng s ngày dông trong mt n ăm và xem nh ư tr s trung bình qua nhi u n ăm quan sát và ño ñt nh ng ñ a ph ươ ng khác nhau. 1.2.5. Các ph ươ ng pháp ch ng sét Trên th gi i hi n nay, tr i qua 250 n ăm k t khi Franklin ñ xu t ph ươ ng pháp ch ng sét (PPCS), trong l ĩnh v c phòng ch ng sét ñã có nhi u ph ươ ng pháp khác nhau ñưc s d ng. - Ph ươ ng pháp dùng l ng Fara ñây: Lng Faradây là l ng kim lo i bao kín khu v c b o v . Theo lý thuy t sóng ñin t thì ñây là ph ươ ng pháp lý t ưng ñ phòng chng sét. PPCS này ñưc s d ng b o v m t s khu v c ñ c bi t nh ư n ơi ch a thu c n , h t nhân. Tuy nhiên ph ươ ng pháp này t n kém và không kh thi trên th c t áp d ng cho tt c các công trình. - Ph ươ ng pháp ch ng sét truy n th ng Benjamin Franklin (1752) ñã ñ xu t m t PPCS b o v nhà c a thuy n bè. Ông dùng kim thu sét b ng kim lo i ñ t trên ñnh nóc nhà, n i v i m t dây kim lo i dn xu ng ñ t. Qua ki m ch ng tr i qua 250 n ăm qua, PPCS c a Franklin và nh ng h t ươ ng ñươ ng ph ươ ng pháp này ñã th t s gi m thi t h i v nhà c a, tài s n. Ph ươ ng pháp ch ng sét truy n th ng có hai d ng là: h g n th ng v i nhà và h bao quanh hay n m trên. H Franklin là thí d v h g n th ng và hi n nay v n s d ng r ng rãi. Quy ph m TCXDVN 46 -2007 ñã quy ñnh v chi u cao và cách b trí kim thu sét, kích c c a dây n i ñ t, cách th c hi n và ñc tính c a h n i ñ t. Gn ñây m t vài ki m ch ng cho th y kim tù làm vi c t t h ơn kim nh n. H Franklin bao quanh hay n m trên hay còn g i là h m t xích hay l ưi. Nó th ưng bao g m h dây d n trên ñnh treo trên các c t và n i v i h th ng ñ t. H này có ưu vi t là m t khi nó ti p nh n tia sét thì tia sét cách xa khu v c b o v xa hơn h Franklin n i tr c ti p. D ng b o v này th ưng ñ t h ơn d ng g n tr c ti p. Th c nghi m cho th y, h Franklin không cho hi u qu ch ng sét 100%. Tuy sét ñánh vào kim thu sét nhi u h ơn và hi u qu c a PPCS là khá t t, song nhi u k t qu th c nghi m cho th y sét có th b qua kim thu sét mà ñánh tr c ti p vào nhà mc dù có th làm kim thu sét lên rt cao. Ngay c khi sét ñánh vào kim thu sét thì dây n i ñ t không hi u qu cho vi c d n các thành ph n t n s cao c a tia sét khi có các v t kim lo i g n. Các nhà có ch a các d ng c nh y c m v i sét nh ư các thi t b ñin t s b h ng hóc. Nh ư v y, phươ ng pháp truy n th ng trong nhi u n ăm qua ñã ch ng t kh năng b o v c a nó, tuy nhiên ñi v i yêu c u cao nh ư hi n nay (các thi t b ñin t , 25
26. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C nhà máy h t nhân, ñ n d ưc, ) thì nh ng nh ưc ñim nêu trên s có th gây thi t hi khôn l ưng. - Ph ươ ng pháp không truy n th ng Mt s h ch ng sét khác v i d ng Franklin n i lên trong hàng ch c n ăm g n ñây. ðáng chú ý là: + H phát x s m + H ng ăn ch n sét (h tiêu tán n ăng l ưng sét) Nh ng ng ưi b o v h dùng kim thu sét phát x s m cho r ng kim này phóng tia tiên ño lên s m h ơn so v i h Franklin. M t vài d ng c ñưc s d ng gây phát x s m nh ư ngu n phóng x và kích thích ñin c a kim. H ng ăn ch n sét v i m c ñích là phân tán ñin tích c a mây dông tr ưc khi nó phóng ñin. Hay nói khác ñi t o ñám mây ñin d ươ ng t i khu v c ñ làm ch ch tia sét kh i khu v c b o v . Nhi u d ng d ng c phân tán ñưc s d ng. Ch y u cu t o b i r t nhi u kim m ũi nh n n i ñ t. Nh ng ñim này có th nh ư nh ng d ng lưi kim lo i, bàn ch i Các d ng c này có tác d ng chuyn ñin tích d ươ ng t ñ t vào khí quy n. Nh ưng v n ñ ñây là các ñám mây dông t o ñin tích và chuy n ñng r t nhanh. Li u các thi t b này có k p t o ñám mây ñin tích ñ làm ch ch tia sét hay không? Ch ưa có thông tin khoa h c tin c y nào thông báo v kh n ăng này ca h th ng có ñ t c ñ ñ làm l ch h ưng tia sét xu ng khu v c b o v . - Hút sét b ng tia laser Nh m tìm ki m gi i pháp ch ng sét 100%, các công ty hàng n ăm ñu t ư hàng tri u ñôla cho công vi c nghiên c u hút sét b ng laser. Các nhóm nghiên c u m nh v vn ñ này là giáo s ư Bazelyan (Nga), giáo s ư Zen Kawazaki (Nh t). ðã có nh ng k t qu b ưc ñ u. T i Nh t, n ăm 1997 sau r t nhi u l n th nghi m ng ưi ta ñã 2 l n thu ñưc tia sét b ng cách này. Theo ý ki n các chuyên gia, v k thu t có th thc hi n ñưc. Khó kh ăn ch ñ ng b hoá và chi phí cho m t cú ch ng sét b ng ph ươ ng pháp này có th nói ñ t h ơn vàng. H ưng nghiên c u này ñang ñưc ti p t c. - Ph ươ ng pháp phòng ch ng tích c c Mt d ng ph ươ ng pháp ñưc s d ng có hi u qu trong nh ng n ăm g n ñây là d báo dông sét s m. Nh vào các thi t b hi n ñ i nh ư ra ña, v tinh, các h th ng ñ nh v phóng ñin, ng ưi ta có th d báo ñưc kh n ăng có dông sét x y ra t i khu v c trong kho ng th i gian t vài gi ñ n 30 phút. Các ph ươ ng pháp này ñưc ng d ng r ng rãi trong hàng không, ñin l c, an toàn cho con ng ưi Tuy v y, vic l a ch n các ph ươ ng pháp ch ng sét còn c ăn c vào nhi u tiêu chí: ñc ñim c th c a công trình: công trình là nhà , c ơ quan hay xí nghi p, n ơi ch a hóa ch t d cháy ; t m quan tr ng c a công trình; ñiu ki n kinh t c a ng ưi dân và ña ph ươ ng 26
27. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Ch ươ ng 2 TIÊU CHU N CH NG SÉT CHO CÔNG TRÌNH XÂY D NG ð ch ng sét cho m t công trình xây d ng, vi c áp d ng các tiêu chu n là quan tr ng. Các tiêu chu n ñó là c ơ s khoa h c, là quy ph m ñ thi t k l p ñ t h th ng ch ng sét có hi u qu . Các tiêu chu n tham kh o chính ñ thi t k ch ng sét cho công trình xây d ng: 1. TCXD 46 – 1984: Ch ng sét cho công trình xây d ng – Tiêu chu n thi t k thi công. 2. TCXD 46 – 2007: Ch ng sét cho công trình xây d ng – H ưng d n thi t k, ki m tra và b o trì h th ng. 3. NFC 17 -102: Tiêu chu n ch ng sét c a Pháp. 4. TCN 68-141: 1995: Ti p ñ t cho các công trình Vi n thông, yêu c u k thu t. 2.1. Xác ñnh c p b o v và vùng b o v [2][11][14][20] 2.1.1. Xác ñnh tn s sét ñánh vào công trình Theo tiêu chu n NFC 17 -102, vi c xác ñ nh t n s sét ñánh có th xác ñ nh ñưc nh ư sau: Tn s sét ñánh tr c ti p N d : -6 N d = N gmax . A c . C 1 . 10 ( l n/1 n ăm ) (2.1) Trong ñó : Ngm : m t ñ sét phóng xu ng ñ t, là s l n sét phóng xu ng m t ñ t trên 2 1km trong m t n ăm. Giá tr N gm thay ñi r t l n, ñưc tra b n ñ m t ñ sét ñánh trung bình trong n ăm Vi t Nam (Ph l c I). Ac: vùng t p trung t ươ ng ñươ ng c a công trình, là vùng có xác su t b sét ñánh gi ng nh ư công trình cùng m t ñiu ki n sét; C 1 là h s ñiu ch nh ph thu c vào v trí công trình ñưc tra b ng 2.1 ði v i công trình có c u trúc hình h p ch nh t v i chi u dài là L, chi u rng là W, chi u cao là H, thì vùng t p trung t ươ ng ñươ ng ñưc tính: 2 2 Ac = LW + 6H(L + W) + 9 πH [m ] (2.2) Bng 2.1. H s ph thu c vào v trí công trình V trí công trình C1 Công trình n m trong vùng có các c u trúc khác, cây cao ngang 0,25 ho c cao h ơn công trình Công trình bao quanh b i các công trình khác th p h ơn 0,5 27
28. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Công trình ñc l p, không có các công trình khác trong ph m vi 3H 1 Công trình n m trên núi hay ñi cao 1 Khi vùng t p trung t ươ ng ñươ ng c a công trình bao cho c nh ng công trình lân c n thì các công trình lân c n kh i c n ph i tính toán k l ưng. Tn s sét ch p nh n ñưc N c: Nc = 5,5/C (2.3) Trong ñó: C = C 2 .C 3 .C 4 .C 5. Các h s C 2, C 3, C 4, C 5 ñưc tra t b ng 2.2 ñn 2.5. Bng 2.2. H s c u trúc công trình C2 Kt c u Kim lo i Th ưng D cháy Kim lo i 0,5 1 2 Th ưng 1 1 2,5 D cháy 2 2,5 3 Bng 2.3. H s ph thu c vào v t li u ch a trong công trình C3 Không giá tr và không d cháy. 0,5 Giá tr bình th ưng và có kh n ăng b t l a. 1 Giá tr cao và ñc bi t b t l a. 2 Giá tr cao, b t l a cao, d gây n . 3 Bng 2.4. H s ph thu c tính n ăng c a công trình C4 Không có ng ưi làm vi c th ưng xuyên 0,5 Có ng ưi làm vi c th ưng xuyên 1 Tp trung ñông ng ưi, khó s ơ tán 3 Bng 2.5. H s ph thu c vào tác h i c a sét C5 Công trình không yêu c u ho t ñ ng liên t c, không có tác h i ñ i 1 vi môi tr ưng Công trình yêu c u ho t ñ ng liên t c, có tác h i ñ i v i môi tr ưng 5 Có tác h i ñ i v i môi tr ưng 10 28
29. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Nu Nd ≤ N c: công trình có th không c n h th ng ch ng sét. Nu Nd > N c: công trình c n thi t ph i có h th ng ch ng sét v i h s : E = 1 – N c / N d cho phép l a ch n c p b o v cho công trình. Da vào h s E, cho phép l a ch n c p b o v cho công trình (B ng 2.6) Bng 2.6. B ng l a ch n c p b o v Dòng xung Kho ng cách tiên H s E Cp b o v l a ch n ñnh (KA) ño ( m ) Cp 1 + bi n pháp - - E > 0,98 bo v b sung 0,95 0,98 thì ph i s d ng m t s bi n pháp b sung ñ t ăng c ưng hi u qu c a các h th ng, các bi n pháp tiêu bi u là : - Gi m ñin áp b ưc và ñin áp ti p xúc. - Gi m nh h ưng quá ñin áp xung lên các thi t b ñin t . Nh ư v y, v i tiêu chu n này, vi c xác ñ nh xác su t sét ñánh giúp nhà k thu t quy t ñ nh có nên ch ng sét cho công trình hay không. H ơn n a, thông qua vi c tính h s E mà xác ñnh m c ñ b o v hay c p b o v cho công trình. 2.1.2. Vùng b o v ði v i h th ng ch ng sét dùng kim thu Franklin, ph ươ ng pháp xác ñnh vùng b o v c a kim theo tiêu chu n ch ng sét TCXD 46 – 2007. Vùng b o v là th tích mà trong gi i h n ñó các b ph n ch ng sét t o ra mt s b o v ch ng l i các cú phóng ñin tr c ti p b ng vi c thu các tia sét vào các b ph n ch ng sét ñó. Kích th ưc và hình dáng c a vùng b o v thay ñ i theo chi u cao c a ngôi nhà ho c chi u cao c a các thi t b thu sét th ng ñ ng. Nói chung ñ i v i các công trình không cao quá 20m, vùng b o v c a các b ph n thu d n sét th ng ñ ng t d ưi m t ñt lên ñưc xác ñ nh là th tích t o b i m t hình nón v i ñ nh c a nó n m ñ nh b ph n thu sét và ñáy n m d ưi m t ñ t. Vùng b o v c a các b ph n thu sét ngang ñưc xác ñ nh b i không gian t o b i hình nón có ñnh nm trên dây thu sét ngang ch y t ñim ñ u ñ n ñim cu i. ð i v i nh ng k t c u cao h ơn 20m, vi c xác ñ nh vùng b o v nh ư trên có th không áp d ng ñưc, và c n ph i có thêm các thi t b ch ng sét l p ñ t ñ ch ng l i các cú sét ñánh vào phía bên c nh công trình. 29
30. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C ði v i các k t c u không v ưt quá 20m v chi u cao, góc gi a c nh c a hình nón v i ph ươ ng th ng ñ ng t i ñ nh c a hình nón g i là góc b o v . ð i v i các k t c u cao h ơn 20m, góc b o v c a b t kì m t b ph n d n sét nào cao t i 20m c ũng s t ươ ng t nh ư ñi v i các b ph n thu d n sét c a các k t c u th p h ơn 20m. Góc b o v c a b t c m t b ph n riêng nào c a l ưi thu sét, thu sét ñ ng hay n m ngang, ñưc quy ñ nh là 45 o (Hình 2.1). Gi a hai hay nhi u h ơn b ph n thu sét th ng ñ ng ñ t cách nhau không quá 2 l n chi u cao c a chúng thì góc b o v t ươ ng ñươ ng có th ñ t t i 60 o so v i ph ươ ng th ng ñ ng. Hình 2.1. Minh h a góc b o v c a b ph n thu d n sét Ghi chú: VC: dây d n ñ ng HC: dây d n ngang ZP: vùng b o v GL: c t n n Ph ươ ng pháp xác ñnh vùng b o v trên khá ñơ n gi n và ch áp d ng cho h th ng kim thu thông th ưng. Tuy nhiên, khi s d ng thi t b ch ng sét ti n ti n, ng ưi ta l i s d ng ph ươ ng pháp th tích h p thu (Collection Volume). Ph m vi b o v c a ñ u thu phát x s m (nguyên lý ñưc trình bày ch ươ ng 4) ñưc xây d ng trên ph ươ ng pháp Collection Volume c a ti n s ĩ A.J.Eriksson (1979, 1980, 1987), trong tiêu chu n ch ng sét c a Úc (NZS/AS1768-1991). Ph ươ ng pháp này ñưc mô t nh ư sau: ðin tích Q phân b d c theo lu ng ñin phóng xu ng gây s t ăng nhanh ñin tr ưng gi a nó và ñim ti p ñ t. Khi ñ t ñ n giá tr ñin tr ưng t i h n, ñim ti p ñ t phóng m t lu ng ti p nh n lên trên. Kho ng cách n ơi x y ra s ki n này gi là “kho ng cách sét ñánh”. ðin tr ưng t i h n tùy thu c vào c ñin tích phóng xu ng và c kho ng cách ñ n ñim ti p ñ t. Hình 2.2a cho th y s hình thành bán cu, bán kính là kho ng cách sét dánh, bao quanh m t ñim ti p ñ t ñơn ñc, ñin tích phóng càng l n kho ng cách này càng l n. N u lu ng phóng xu ng g n ñ n chu vi c a hình c u, v n t c c a nó có th mang nó ti n ñ n tr ưc ñ ti p nh n m t 30
31. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C lu ng ñin phóng lên khác. Hình 2.2 cũng cho th y th tích thu tr nên r ng h ơn v i s t ăng ñin tích lu ng. Có ngh ĩa là dòng ñin sét càng l n th tích thu càng l n. Vùng b o v ñưc xây d ng t m t bán c u phóng ñin và m t parabol gi i hn bán c u ñó. ðưng Parabol này ñưc hình thành trên các y u t v n t c và hoàn ch nh th tích thu (Collection Volume) (Hình 2.2b). Tùy theo m c ñ b o v công trình, t ươ ng ng v i ñin l ưng hay c ưng ñ sét, mà ta xác ñnh ñưc vùng b o v khác nhau. Mi liên h th c nghi m gi a c ưng ñ sét và ñin l ưng: I = 10,6.Q 0,7 (2.4) Vi I ño b ng KA, Q ño b ng Coulombs (C) Ví d : M t dòng sét có biên ñ 6,5KA s ng v i m t ñin tích tiên ño x p x 0,5C (B ng 2.7). Bng 2.7. M i liên h gi a biên ñ dòng sét, ñin tích tia tiên ño và m c ñ b o v . ðin l ưng (C) Cưng ñ sét (kA) Ph n tr ăm b o v M c b o v 0,5 6 98 cao 1 10 93 Trung bình 1,5 15 85 Tiêu chu n Kim thu sét ñưc ñ t trên công trình sao cho vùng b o v c a nó ph kh p vùng thu sét c a các ñim c nh tranh c a c u trúc ( ñ nh nh n nhô ra, góc nh n, g mái, ) hay nói cách khác bán kính vùng b o v R bv c a kim thu ph i bao trùm bán kính vùng c nh tranh R ct c a các ñim c nh tranh. Bán kính vùng b o v tùy thu c vào ñ cao công trình, ñ cao c t ñ và m c ñ b o v . beà maët quûa caàu vuøng thu ñöôøng ñoàng khaû naêng Rbv Rbv a) b) Hình 2.2. Minh h a ph ươ ng pháp th tích thu 31
32. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C 2.2. Các b ph n c ơ b n c a h th ng ch ng sét [2] Khi l a ch n v t li u, c n xem xét nguy c ơ b ăn mòn. Kích th ưc c a các b ph n h p thành trong m t h th ng ch ng sét c n ñ m b o các yêu c u nêu trong Bng II.1 và B ng II.2 ph l c 2. Các b ph n c ơ b n c a h th ng ch ng sét theo tiêu chu n TCXD 46 – 2007 bao g m: a) B ph n thu sét b) B ph n dây xu ng c) ðim ki m tra ño ñ c d) B ph n n i ñ t 2. 2.1. B ph n thu sét B ph n thu sét có th là các kim thu sét ho c l ưi thu sét ho c k t h p c hai. Sau ñây là các nguyên t c c ơ b n: ði v i nh ng d ng mái b ng có di n tích l n th ưng s d ng l ưi thu sét kh u ñ 10 mét x 20 mét. ði v i nh ng mái có nhi u nóc, n u kho ng cách S gi a hai nóc l n h ơn 10 + 2H, trong ñó H là ñ cao c a nóc (t t c ñưc tính b ng ñơn v mét) thì ph i b sung thêm các dây thu sét. ði v i nh ng công trình bê tông c t thép, b ph n thu sét có th ñưc ñ u ni vào h c t thép c a công trình t i nh ng v trí thích ng v i s l ưng dây xu ng cn thi t theo tính toán. Tt c các b ph n b ng kim lo i n m ngay trên mái ho c cao h ơn b m t ca mái ñ u ñưc n i ñ t nh ư m t ph n c a b ph n thu sét. Lp ph ñ nh t ưng, ñ nh mái và lan can b ng kim lo i, l ưi b ng kim lo i sân th ưng nên ñưc t n d ng làm m t ph n c a b ph n thu sét. 2.2.2. Dây xu ng - Khái ni m chung Ch c n ăng c a dây xu ng là t o ra m t nhánh có ñin tr th p t b ph n thu sét xu ng c c n i ñ t sao cho dòng ñin sét ñưc d n xu ng ñ t m t cách an toàn. Tiêu chu n này bao hàm c vi c s d ng dây xu ng theo nhi u ki u bao g m cách s d ng thép d t, thép tròn, c t thép và tr k t c u thép B t c b ph n k t cu công trình nào d n ñin t t ñ u có th làm dây xu ng và ñưc k t n i m t cách thích h p v i b ph n thu sét và n i ñ t. Trong th c t , tùy thu c vào d ng c a công trình, thông th ưng c n có các dây xu ng ñ t song song, m t s ho c toàn b nh ng dây xu ng ñó có th là m t ph n c a k t c u công trình ñó. Tóm l i, h th ng dây xu ng khi có th th c hi n ñưc thì nên d n th ng t b ph n thu sét ñ n m ng l ưi n i ñ t và ñt ñ i x ng xung quanh các t ưng bao 32
33. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C ca công trình b t ñ u t các góc. Trong m i tr ưng h p, c n ph i l ưu ý ñn hi n tưng lan truy n sét. - B trí dây xu ng Trong các công trình có chi u cao l n, khung thép ho c c t thép trong bê tông ph i ñưc liên k t v i nhau và tham gia vào s tiêu tán dòng ñin sét cùng v i các ng th ng ñng và các chi ti t t ươ ng t , chúng nên ñưc liên k t ph n trên cùng và ph n d ưi cùng. Thi t k c a h th ng ch ng sét do ñó s bao g m các c t liên t c ho c các tr th ng ñ ng ñưc b trí phù h p. V i các công trình có khung thép ho c các công trình bê tông c t thép không c n thi t ph i b trí các dây xu ng riêng r . V trí và kho ng cách các dây xu ng trong công trình l n th ưng ph thu c vào ki n trúc. Tuy nhiên, nên b trí m t dây xu ng v i kho ng cách gi a các dây là 20m ho c nh h ơn theo chu vi cao ñ mái ho c ñ cao nn. Công trình có chi u cao trên 20m ph i b trí các dây cách nhau 10m ho c nh h ơn. Dây xu ng c n ph i ñi theo l i th ng nh t có th ñưc gi a l ưi thu sét và mng n i ñ t. Khi s d ng nhi u h ơn m t dây xu ng thì các dây xu ng c n ñưc sp x p càng ñu càng t t xung quanh t ưng bao c a công trình. Trong vi c quy t ñ nh tuy n xu ng, c n ph i cân nh c ñ n vi c liên k t dây xu ng v i các chi ti t thép trong công trình (xem m c 2.3). S d ng c t thép trong k t c u bê tông làm ñưng d n xu ng ph i th a mãn các ñiu ki n dn ñin liên t c, ph i ñ m b o ti p xúc gi a các c t thép. Khi kh n ăng b trí tuy n dây xu ng phía bên ngoài là không kh thi ho c là không thích h p, các dây xu ng có th ñưc b trí vào trong m t ng r ng b ng v t li u phi kim lo i, không cháy và ñưc kéo th ng xu ng ñ t. ðiu ki n th c t không ph i lúc nào c ũng cho phép các tuy n ñi theo con ñưng th ng nh t. Tuy có th ch p nh n u n góc nh n t i m t s v trí, ví d nh ư t i các g mái, nh ưng c n l ưu ý các nhánh vòng trong dây d n có th làm ñin c m cao gi m xu ng nhanh làm cho vi c tiêu tán dòng ñin sét có th x y ra phía h c a nhánh vòng. V c ơ b n, r i ro có th xu t hi n khi chi u dài c a dây d n t o ra nhánh vòng v ưt quá 8 l n chi u r ng ph n h c a m ch. Ti các công trình có các sàn trên ñua ra, c n xét t i nguy c ơ lan truy n sét t dây xu ng bên ngoài ñn ng ưi ñ ng d ưi ph n nhô ra. R i ro v i ng ưi là không th ch p nh n n u chi u cao h c a ph n nhô ra nh h ơn 3m. V i ph n nhô ra có chi u cao l n h ơn hoc b ng 3m thì chi u r ng w c a ph n nhô ra ph i nh ho c bng (tính theo m) giá tr tính theo bi u th c: w ≤ 15(0,9h-2,5) (n u các dây xu ng ñi theo tuy n bên ngoài) Cách xác ñnh h và w c a ph n nhô ra ñưc minh h a Hình 2.3 33
34. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Hình 2.3. ðưng ñi c a dây xu ng v i nhà có t ng trên dua ra 2.2.3. M ng n i ñ t Tt c m ng n i ñ t nên có ñin tr n i ñ t t ng h p không v ưt quá 10 và không k ñ n b t k ỳ m t liên k t nào v i các thi t b khác. Nu ñin tr c a toàn b h th ng ch ng sét v ưt quá 10 , có th gi m giá tr ñó b ng cách kéo dài ho c thêm vào các ñin c c ho c b ng cách liên k t các c c ni ñ t riêng r c a các dây xu ng v i m t dây d n ñưc ñ t sâu ít nh t 0,6m d ưi mt ñ t, ñôi khi ñưc g i là c c n i ñ t m ch vòng. Các c c n i ñ t m ch vòng nên ñưc b trí bên d ưi các thi t b ñ u vào công trình. Vi c làm gi m giá tr ñin tr n i ñ t xu ng d ưi 10 t o thu n l i cho vi c gi m chênh l ch ñin th xung quanh các c c n i ñ t khi tiêu tán dòng ñin sét. Nó có th làm gi m nguy c ơ lan truy n sét vào kim lo i trong ho c trên công trình. Nên s d ng m ng n i ñ t chung cho h th ng ch ng sét và m i thi t b khác. ðin tr n i ñ t trong tr ưng h p này c n có giá tr th p nh t ñáp ng b t c thi t b riêng l nào. Các c c n i ñ t c n ñáp ng yêu c u cách ly và nên b trí m t c c n i ñ t tham chi u ph c v cho m c ñích ño ki m tra. - Quy ñnh v c c n i ñ t Tr ưc khi b t ñ u quá trình thi t k , c n quy t ñ nh v ki u c a c c n i ñ t thích h p nh t v i tính ch t t nhiên c a ñ t. Các c c n i ñ t g m có các thanh kim lo i tròn, d t, các ng ho c k t h p các lo i trên ho c là các b ph n n i ñ t t nhiên nh ư c c hay móng c a công trình. Khi s d ng các thanh ñ n i ñ t, tr n n ñá, chúng nên ñưc ñóng vào l p ñt không ph i ñ t ñ p, ñ t l p ho c là loi ñ t d b khô (theo mùa hay do nhi t t a ra t các thi t b , nhà máy). Cc n i ñ t có l p b c ñ s d ng bên trong các k t c u d ng b ch a. Khi s d ng các thanh n i ñ t, chúng nên ñưc ñóng vào ñt ngay bên d ưi công trình và càng g n dây xu ng càng tt. 34
35. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Khi s d ng các thanh d t, l ưi hay b n, có th chôn chúng bên d ưi công trình ho c trong các rãnh sâu không ch u nh h ưng c a mùa khô h n ho c các ho t ñng nông nghi p. Các thanh d t nên ñưc b trí h ưng tâm t ñim k t n i v i dây xu ng, s l ưng và chi u dài c a chúng ñưc xác ñ nh sao cho có ñưc ñin tr n i ñ t cn thi t. Nu các h n ch v không gian ñòi h i s d ng cách b trí song song ho c dng l ưi, nên b trí kho ng cách gi a các thanh song song không nên nh h ơn 3m. - ðo ñin tr n i ñt trong quá trình l p ñ t Trong quá trình ñóng các thanh vào ñt, nên ti n hành ño ñin tr n i ñ t. Làm nh ư v y s bi t ñưc tr ng thái ñó không c n ph i gi m ti p ñin tr n a, ñc bi t khi ñóng các thanh dài. - K t n i v i m ng n i ñ t ðim k t n i vi m ng n i ñ t ph i có kh n ăng di d i và d dàng ti p c n ñưc t trên m t ñ t ñ thu n ti n cho vi c ki m tra, ño ñ c và b o d ưng h th ng ch ng sét. N u n m d ưi m t ñ t, ñim k t n i nên ñưc ñ t trong m t cái h ho c cng ñưc xây d ng cho m c ñích ki m tra. - V n ñ ch ng ăn mòn Không cho phép b i than c c ti p xúc v i các ñin c c b c ñ ng do tính ch t ăn mòn nguy hi m c a chúng. Không nên nh i mu i vào ñt xung quanh các c c n i ñ t. Vi nh ng phân tích trên, vi c thi t k và l a ch n ki u c c ni ñ t phù h p vi v i ñiu ki n ñ t và có ñin tr nh h ơn 10 ohm là quan tr ng. Nhà thit k c n chú ý v n ñ ch ng ăn mòn v t li u cc n i ñ t, tránh vi c s d ng các ph ươ ng pháp gi m ñin tr su t c a ñ t theo kinh nghi m nh ư ñ than c c, ñ mu i vào các cc n i ñ t ð d tính ñưc ki u c c n i ñ t, s l ưng thanh n i, nhà thi t k c n ph i kh o sát ñin tr su t c a các l p ñ t, tính toán ñin tr n i ñ t tr ưc theo tiêu chu n TCN 68-141: 1995 (xem mc 3.1.2 ch ươ ng 3). 2.3. Vn ñ n i ñ ng th , kho ng cách an toàn và bo trì h th ng ch ng sét [2][3][14] 2.3.1. N i ñ ng th và kho ng cách an toàn Khi dòng ñin sét ñi qua dây d n sét, có m t s chênh l ch ñin th gi a dây dn sét v i các c u trúc kim lo i ñ t n i ñ t bên c nh. S phóng ñin nguy hi m có th x y ra gi a dây d n sét và nh ng b ph n kim lo i này. Ph thu c vào kho ng cách gi a dây d n sét v i nh ng b ph n kim lo i n i ñt khác mà vi c n i ñ ng th c n hay không c n thi t. Kho ng cách t i thi u gi a chúng mà không x y ra s phóng ñin nguy hi m g i là kho ng cách an toàn. 35
36. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Kho ng cách an toàn ph thu c vào nh ng y u t nh ư: c p b o v , s dây dn sét, kho ng cách t ñim n i ñ t ñ n các b ph n kim lo i ñó. Thông th ưng r t khó kh ăn khi th c hi n vi c cách ñin các b ph n kim lo i này v i dây d n sét (do không th ñ m b o kh n ăng cách ñin, nh t là v lâu dài). Do ñó l a ch n ph ươ ng án n i ñ ng th chúng v i h th ng ch ng sét là ưu vi t hơn. Tuy nhiên vi c n i ñ ng th không th c hi n v i các lo i ng d n ch t gây cháy, gây n trong tr ưng h p này nên ñư a dây d n sét càng xa h ơn so v i kho ng cách an toàn càng t t. Vi c n i ñ ng th ñưc th c hi n t i b t c n ơi nào có th , t i ñim g n dây dn sét nh t c a ph n kim lo i n i ñ t, ñ ñ m b o t o m t ñin th cân b ng gi a dây d n sét và c u trúc kim lo i bên c nh. V t li u dùng n i ñ ng th là nh ng thanh cân b ng th ho c dây cân b ng th và có th ñ t trên t ưng ho c bên trong công trình. Tr ưng h p không th th c hi n ñưc thì có th s d ng các thi t b ch ng quá ñin áp xung. Theo tiêu chu n NFC 17-102, s phóng ñin nguy hi m s không x y ra khi kho ng cách d gi a các b ph n kim lo i c a h th ng ch ng sét v i các c u trúc kim lo i n i ñ t khác l n h ơn giá tr S trong ñó S là kho ng cách an toàn và ñưc tính nh ư sau: ki l S = N [m] (2.5) K m Trong ñó: N là h s ph thu c vào s dây d n sét c a kim thu sét • N = 1 khi có 1 dây d n sét • N = 0,6 khi có 2 dây d n sét • N = 0,4 khi có 3 dây d n sét tr lên ki : H s ph thu c vào vùng b o v . • Ki = 0,1 ñi v i công trình có c p an toàn cao nh t • Ki = 0,075 ñi v i công trình có c p an toàn trung bình • Ki = 0,05 ñi v i công trình có c p an toàn tiêu chu n Km : là h s ph thu c vào v t li u gi a dây d n sét và các ph n kim lo i n i ñ t liên quan. • K m = 1 khi gi a chúng là không khí • Km = 0,5 khi gi a chúng là v t li u c ng (không ph i kim lo i) . l : chi u dài d c theo dây d n sét t ñim tính kho ng cách ñ n ñim ni ñng th g n ñó nh t [m]. 36
37. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C 2.3.2. Kim tra và b o trì Vi c ki m tra và b o trì h th ng ch ng sét r t là quan tr ng b i vì sau m t th i gian ho t ñ ng, c u trúc c a chúng có th b thay ñ i do nh h ưng c a th i ti t, môi tr ưng, do sét ñánh. Tính ch t c ơ và ñin c a h th ng ph i ñưc b o trì ñ ñt nhng yêu c u theo các tiêu chu n ch ng sét. - Ki m tra Vi c ki m tra nên ñưc ti n hành ñnh k ỳ, t t nh t là không quá 12 tháng. ði v i các khu v c có ñiu ki n khí h u kh c nghi t nên t ăng t n su t ki m tra. Thêm n a, tr ng thái c ơ h c c a t t c các dây d n, liên k t, m i n i và các ñin c c ñ t (bao g m các ñin c c tham chi u) nên ñưc ki m tra và ghi chép l i. Trong su t quá trình xem xét ñnh k ỳ h th ng ch ng sét, vi c ghép n i b t kỳ b ph n b sung nào m i nên ñưc ki m tra ñ ñ m b o r ng nó phù h p v i nh ng quy ñ nh c a các tiêu chu n. - ðo ñc Khi hoàn thành quá trình l p ñ t ho c b t c ch nh s a nào, nên th c hi n các phép ño cách ly và k t h p các ki m tra sau ñây. + M i ñin c c ñ t c c b nên ñưc ño tách bi t v i ñim ki m tra gi a dây xu ng và ñin c c ñ t trong v trí tách r i (phép ño cách ly). + Ti n hành ño t i ñim ño v trí n i (phép ño k t h p). N u có b t k ỳ s khác bi t ñáng k trong các phép ño liên quan t i các v trí khác, nên ñiu tra nguyên nhân c a s khác nhau này. + Các k t qu c a vi c ki m tra t t c các dây d n, l p ghép và m i n i ho c tính liên t c v ñin ño ñưc. Nu ñin tr n i ñ t c a m t h th ng ch ng sét v ưt quá 10 Ω thì nên gi m giá tr này. N u ñin tr nh h ơn 10 Ω nh ưng cao h ơn ñáng k so v i l n ki m tra tr ưc, nên ñiu tra nguyên nhân và th c hi n các bi n pháp kh c ph c c n thi t. - B o trì Các ki m tra ñ nh k ỳ và ño ñc khuy n cáo trong ph n ki m tra ch ra r ng vi c b o trì, n u có, là c n thi t. L ưu ý c th ñ n các v n ñ sau: + N i ñ t; + B ng ch ng c a s ăn mòn ho c các ñiu ki n có kh n ăng d n t i ăn mòn; + Các thay ñi và các b sung t i k t c u có th nh h ưng t i h th ng ch ng sét. Tóm l i, v i ñiu ki n n ưc ta, khi thi t k h th ng ch ng sét cho công trình xây d ng nên áp d ng tiêu chu n xây d ng Vi t Nam. Các v n ñ c n áp d ng ñó là: m t ñ sét ñánh các ñ a ph ươ ng, nh ng khuy n cáo v kích th ưc v t li u ch ng sét, v v n ñ liên k t hay cách ly v i các b ph n kim lo i, các quy ñ nh n i ñ t. 37
38. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C ð ñ m b o tính khoa h c và k thu t khi s d ng các thi t b ch ng sét c n áp dng các thông s k thu t c a các nhà s n xu t, các tiêu chu n qu c t : tính bán kính b o v kim thu, c p b o v ð c bi t “ ñ i v i công trình s d ng kim thu lôi t o tia tiên ño thì khi ki m ñ nh có th áp d ng các tiêu chu n c a n ưc ngoài nh ư tiêu chu n c a Pháp NFC 17-102” (Nguy n ðình ðào, 2004). Còn khi tính toán ñin tr c a h th ng n i ñ t s d ng tiêu chu n Tip ñ t cho các công trình Vi n thông, yêu c u k thu t (TCN 68-141: 1995). 38
39. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C CH ƯƠ NG 3. LP TRÌNH TÍNH TOÁN CH NG SÉT BNG MATLAB Thông th ưng, ñ xác ñ nh c p b o v cho mt t h p công trình, ta ph i tính toán c p b o v cho nhi u b ph n riêng r . Vì th , ta ph i tính toán nhi u l n và ph c t p. M t khác, ñ t i ưu hóa thi t k , ng ưi k s ư c n l p tr ưc k ho ch ti p ñt cho h th ng ch ng sét. Có nhi u hình th c ti p ñ t ñ l a ch n nh ư: ti p ñ t dng c c, d ng tia, d ng hình xuy n Ng ưi thi t k c ũng c n bi t tr ưc v trí ti p ñt có c n dùng hay không dùng hóa ch t ñ gi m ñin tr su t c a ñ t (nh m ñm bo ñin tr ti p ñ t nh h ơn 10 Ω). Chính vì nh ng lý do trên, yêu c u ñt ra cho tác gi ñ tài ph i lp trình trên máy tính h tr cho vi c thi t k h th ng ch ng sét mt cách nhanh chóng và khoa hc. Công vi c này có th g i là vi t ph n m m nh h tr cho nhà k thu t thi t k ch ng sét. Ch c n ăng c n có c a ph n m m: tính toán l a ch n c p b o v ch ng sét, tính thông s ca kim thu sét và tính toán h th ng n i ñ t. Ngôn ng lp trình tính toán ch ng sét là MATLAB 6.5. MATLAB (Matrix laboratory) là m t ph n m m giúp chúng ta làm tính toán, phân tích s li u, phát tri n các thu t toán, làm mô ph ng và xây d ng mô hình, t o ra các hi n th ñ h a và cung c p các công c giao di n ñ h a, t c là m t ch ươ ng trình phân tích ma tr n, thi t k ñiu khi n, nh n d ng h th ng và ñ th k thu t. S k t h p gi a kh n ăng phân tích, tính linh ho t, ñ tin c y, s c m nh ñ th làm cho MATLAB thành m t ph n m m r t c n thi t cho các k s ư và sinh viên. 3.1. C ơ s thu t toán [1][3][8][10][14] 3.1.1. C ơ s thu t toán xác ñnh c p b o v Áp d ng tiêu chu n ch ng sét c a Pháp NFC 17 -102 (xem m c 2.1, ch ươ ng 2) ñ tính toán c p b o v cho công trình và ñ l i v th i gian c a kim thu. C ăn c vào các tiêu chu n ch ng sét hi n hành, khi thi t k ch ng sét, trong h u h t các tr ưng h p, ph i cân nh c các y u t sau: - Công trình có nhi u ng ưi làm vi c. - D ch v trong công trình ho t ñ ng liên t c. - M t ñ sét t i vùng xây d ng công trình. - Chi u cao công trình. - V trí, c u trúc công trình. 39
40. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C - Công trình có hay không có ch a v t li u cháy n , các di s n v ăn hoá không th thay th ñưc Tùy theo ñc ñim c a công trình mà có th l a ch n c p b o v thích h p. Ph m vi b o v c a kim thu phát x s m ñưc tính theo công th c: Rp = √ h(2D - h) + [ ∆L(2D + ∆L)] [m] (v i h ≥ 5m ) (3.1) Trong ñó : ∆L = 10 6.∆T, (m) v i ∆T ( µs): ñ l i v th i gian c a t ng ñ u kim. h : chi u cao th c kim thu tính t m t b ng b o v . D = 20m v i c p b o v cao nh t (c p I) D = 45m v i c p b o v trung bình (c p II) D = 60m v i c p b o v tiêu chu n (c p III) Nu bi t tr ưc bán kính b o v c a kim thu, ta có th tìm ∆L ho c ∆T T (3.1) suy ra ph ươ ng trình : 2 2 ∆L + 2D ∆L + h(2D-h) – R p = 0 (3.2) Nghi m ∆L (d ươ ng) c a ph ươ ng trình (3.4) là : ∆L = - D + √ D 2 – [h(2D-h)-Rp 2] [m] Do ñó ∆T = ∆L/10 6 T nh ng c ơ s lý thuy t trên, ch ươ ng trình xác ñnh c p b o v và thông s kim thu sét ñưc l p trình theo l ưu ñ m c 3.2. 3.1.2. Cơ s l p trình tính toán ñin tr ti p ñ t Vi c tính toán ñin tr h th ng n i ñ t d a vào tiêu chu n TCN 68-141: 1995 và TCXD 46 – 1984. - ðin tr ti p ñ t c a m t c c ti p ñ t th ng ñ ng ñưc xác ñnh b ng công th c 3.3. ρ  .4 (ll + 2h) R = .ln  [ Ω] (3.3) .2 π.l  d()l + 4h  Trong ñó : ρ: ñin tr su t c a ñ t [ Ωm] l : chi u dài c a c c ti p ñ t [m] h : kho ng cách t m t ñ t ñ n ñ u phía trên c a ng [m] d : ñưng kính c a ng [m]. Nu dùng thép góc thì d ñưc thay bng 0,95b [m] b: ñ r ng thép góc [m] Căn c vào công th c 3.3, ñ gi m nh ñin tr ti p ñ t có th t ăng ñưng kính c a ng ho c là t ăng chi u dài c a ng. Nh ưng qua tính toán và th c nghi m ng ưi ta th y r ng d ch t ăng lên ñưc ñ n 6 cm, ñưng kính ng l n h ơn 6cm, ñin 40
41. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C tr ti p ñ t gi m r t ít. Chi u dài c a ng c ũng v y, không ñưc t ăng quá 3m vì lúc ñó ñin tr ti p ñ t gi m r t ch m. - ðin tr ti p ñ t c a m t c c ti p ñ t n m ngang (b ng dây ho c d i kim lo i) ñ t ñ sâu h ñưc xác ñnh b ng công th c 3.4: ρ  5,1 l  R = .ln  [ Ω] (3.4) π.l  b.h  Trong ñó : l : chi u dài c a d i kim lo i ti p ñ t [m] b: b r ng c a d i ti p ñ t [m] h : ñ sâu c a d i ti p ñ t [m] ρ : ñin tr su t c a ñ t [ Ωm]. Nu d i kim lo i là dây d n có ñưng kính d thì trong công th c 3.4 thay bng 2d (b=2d). Dây ti p ñ t n m ngang th ưng ñưc dùng là dây thép m k m ñưng kính 4 mm ho c 5 mm, ñ t ñ sâu h ≥ 6,0 m . Chi u dài c a thanh ho c d i ti p ñ t không ñưc l n h ơn 12m, vì l n h ơn 12m giá tr ñin tr gi m r t ít (theo kinh nghi m). - ðin tr c a h th ng ti p ñ t g m nhi u ng nh ư nhau, có ñin tr gi ng nhau ñưc n i song song b ng dây (d i) cách ly v i ñ t. ðưc xác ñ nh theo công th c th c nghi m g n ñúng 3.5 R R = 0 [Ω] (3.5) ñ η n. 1 Trong ñó: Rñ: ñin tr c a thi t b ti p ñ t [ Ω] R0: ñin tr ti p ñ t c a 1 ng n : S ng ti p ñ t. η1 : h s s d ng c a các ng ti p ñ t. H s η1 ñưc l a ch n trong b ng III.1 ho c III.2 (Ph l c III), tùy vào cách b trí c a các c c ti p ñ t. - ðin tr t ng c a h th ng ti p ñ t g m nhi u ng nh ư nhau, có ñin tr gi ng nhau ñưc n i song song b ng dây tr n ho c d i không cách li v i ñ t ñưc xác ñnh theo công th c 3.6 R .R R = 01 02 [ Ω] (3.6) ñ η + η R01 . 2 R02 . 1.n Trong ñó: 41
42. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C R01 : ñin tr ti p ñ t c a m t ng [ Ω] R02 : ñin tr ti p ñ t c a m t dây ho c m t d i n i [ Ω] η2: h s s d ng c a dây ho c d i n i. n : s c c ( ng). H s s d ng η2 ñưc ch n theo các giá tr ghi trong b ng III.3 ho c III.4 (Ph l c III). - Vòng xuy n ñ t b ng d i s t có b r ng là b. ðin tr ti p ñ t xác ñ nh bng công th c 3.7 ρ = 7D Ω Rd .ln [ ] (3.7) π 2 .D b.h Trong ñó: ρ : ñin tr su t c a ñ t [ Ωm] D : ñưng kính vòng xuy n [m] b : b r ng c a d i (v t li u) [m] h : ñ sâu ñ t ti p ñ t [m] - ðin tr ti p ñ t c a c c ti p ñ t d ng vòng xuy n b ng dây d n ñưc xác ñnh b ng công th c 3.8 ρ = 5D Ω Rd .ln [ ] (3.8) π 2 .D d.h Trong ñó : p : ñin tr su t c a ñ t [ Ωm] d : ñưng kính c a dây d n [m] D : ñưng kính vòng xuy n [m] h : ñ sâu ñ t ti p ñ t [m] Cc ti p ñ t d ng t m tròn ñt ñ sâu h trong ñt v i ñiu ki n h > 1/2D thì ñin tr ti p ñ t ñưc xác ñ nh b ng công th c 3.9. ρ  2 1  R =  +  [ Ω] (3. 9) ñ 8  D π.h  D: là ñưng kính c a t m tròn - ðin tr ti p ñ t c a h th ng ti p ñ t nhi u tia d ng hình sao ñưc tính theo công th c 3.10 : p  4l  n = ln − l + N(l) [ Ω] (3. 10) π l n  d  Trong ñó : l : chi u dài c a tia [m] d: ñưng kính dây [m] n: s tia 42
43. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Hàm s N(n) ñưc xác ñnh b ng bi u th c :  k  l + sin π.  n−1  n  N(n) = ∑ ln (v i n > guide Màn hình GUI hi n ra nh ư sau: 43
44. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Hình 3.1 C a s GUIE Quick Start Trong c a s GUIDE Quick Start có nhi u la ch n theo m t trong các m c sau: - Create New GUI : T o m t h p tho i GUI m i theo m t trong các lo i sau: + Blank GUI (Default): H p tho i GUI tr ng không có m t ñiu khi n uicontrol nào c . + GUI with Uicontrols: H p tho i GUI v i m t vài uicontrol nh ư button, Ch ươ ng trình có th ch y ngay. + GUI with Axes and Menu: H p tho i GUI v i m t uicontrol axes và button, các menu ñ hi n th ñ th . + Modal Question Dialog: H p tho i ñ t câu h i Yes, No. - Open Existing GUI: m m t project có s n. ð t o m t project m i, ch n Blank GUI , c a s GUI hi n ra: Hình 3.2. C a s làm vi c c a ch ươ ng trình GUI 44
45. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Giao di n r t gi ng v i các ch ươ ng trình l p trình giao di n nh ư Visual Basic, Visual C++, Di chu t qua các bi u t ưng bên trái s th y tên c a các ñiu khi n. Ch ươ ng trình s d ng các ñiu khi n sau: Push Button, Edit Text, Static Text, Axes. Thay ñi các thu c tính quan tr ng c a Edit Box và Static Text bao g m: • Tag: ñây là thu c tính gi ng nh ư Caption trong Visual Basic ñ ñ t tên ñiu khi n. Dùng tên này có th thao tác ñ n các thu c tính c a ñ i t ưng. • String: là xâu kí t hi n lên Edit Box ho c Static Text , có th xóa ho c vi t xâu ký t m i. Ch ươ ng trình có tác d ng khi nh n vào nút Push Button s hi n lên k t qu Static Box . Vì th nên s ph i vi t vào hàm nào mà khi nh n vào Push Button s gi, ñó chính là hàm Callback . Click chu t ph i vào nút Push Button ch n Callback , ta ñưc hàm (ví d tên hàm là buttonCalculate) hi n th trong Mfile (t p tin có ñuôi .m) nh ư sau: Phía d ưi hàm này, vi t các ch ươ ng trình tính toán v i vi c s d ng các phép tính ñơ n gi n c a Matlab: c ng (+); tr (- ); nhân (*); chia (/ ), phép khai c ăn b c hai (sqrt), logarit c ơ s e (log) Vi t ch ươ ng trình tính toán c p b o v theo l ưu ñ Hình 3.3. Qua thu c tính tag c a các ñiu khi n ta s truy su t ñ n thu c tính string c a các ñiu khi n edit Text b ng l nh get và set . Ngoài ra còn dùng hàm quan tr ng str2num bi n t string sang s và hàm num2str ñ bi n ñ i ng ưc l i. Các ñon mã ch ươ ng trình tính toán ch ng sét xem ph l c IV 45
46. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Hình 3.3. L ưu ñ ch ươ ng trình xác ñnh c p b o v 3.2.2. Cách s d ng Khi ch y ch ươ ng trình, giao di n c a ch ương trình xu t hi n nh ư Hình 3.4 Nh p các thông s c n thi t vào: chi u dài L, chi u r ng W, chi u cao H, m t ñ phóng ñin sét trong m t n ăm trên m t km 2 (Ngm), ñ cao kim thu h, bán kính bo v R p,các h s : C1, C2, C3, C4, C5 (tra t B ng 2.1 ñ n 2.5). ðư a con tr t i m c tính toán, nh p chu t trái. Ch ươ ng trình t ñ ng tính toán và ñư a ra k t qu . 46
47. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Hình 3.4. Giao di n ph n m m tính toán ch ng sét Ví d : Nh p vào các thông s : Chi u dài L=40m, chi u r ng W=12m, chi u cao H=15m, C1=1, C2=3, C3=3, C4=2, C5=5, Ngm = 13,7, h = 20m, Rp = 84m. K t qu tính toán ñưc hi n th nh ư sau: Hình 3.5. K t qu tính toán c p b o v 47
48. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Mu n tính toán h th ng n i ñ t, ta ch n m c “ðin tr n i ñ t” . Ca s hi n ra nh ư sau: Hình 3.6. C a s ch ươ ng trình tính toán ñin tr n i ñ t Ví d ch n tr ưng h p tính ñin tr h th ng n i ñ t dng c c có hoc không có GEM. Giao di n ñ h a nh ư hình sau: Hình 3.7. Giao di n tính toán h th ng n i ñ t 48
49. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C H th ng n i ñât c a h th ng ch ng sét t i ðài quan tr c khí quy n Hóc Môn (Thành ph H Chí Minh) g m: 5 c c, dài 2m, chôn sâu 0.7m, ñưng kính 12mm, ñưng kính dây n i 6 mm, kho ng cách gi a các c c 2 m, ñin tr su t c a ñt ño ñ c ñưc (k t m t ñ t ñ n ñ sâu 3m) là 58,7 Ωm. Tra bng các h s s dng c c n i ñ t và dây n i (Ph l c III) l n l ưt là 0,7 và 0,76. Nh p các thông s này vào ph n m m, ri nh n vào m c “ Tính toán không có GEM ” ta ñưc k t qu sau: Hình 3.8. K t qu tính toán h th ng n i ñ t Kt qu ñin tr n i ñ t là 5,3 Ω g n v i k t qu ño th c t là 5,5 Ω . Hai k t qu này chênh l ch nhau 3,64% (nh h ơn 10%). Do v y, ch ươ ng trình tính toán này có th ch p nh n v i k t qu g n ñúng. Khuy n ngh : Ph n m m ch tính toán g n ñúng, ph m vi s d ng tính toán cp b o v c a công trình theo tiêu chu n NFC 102 và tính toán h th ng n i ñ t theo tiêu chu n TCN 68-141 v i gi thi t ñin tr su t c a ñ t là ñng nh t. Ph n mm có th dùng ñ giúp cho k s ư ti ưu hóa thi t k h th ng n i ñ t. 49
50. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Ch ươ ng 4 . TÍNH TOÁN CH NG SÉT CHO M T CÔNG TRÌNH C TH 4.1. Gi i thi u s ơ l ưc khu hi u b và khu ký túc xá trưng ð i h c Tây Nguyên[15] 4.1.1. Gi i thi u s ơ l ưc ñ a bàn ch a công trình Tr ưng ñ i h c Tây Nguyên n m trung tâm thành ph Buôn Ma Thu t thu c ti u vùng cao nguyên Buôn Ma Thu t - Ea H’Leo c a t nh ðă k L ăk. Cao nguyên Buôn Ma Thu t là cao nguyên r ng l n ch y dài t B c xu ng Nam trên 90 km, t ðông sang Tây 70 km. Phía B c cao so v i m c n ưc bi n g n 800 m, phía Nam 400 m, tho i d n v phía Tây còn 300 m. ðây là vùng có ña hình khá b ng ph ng, ñ d c trung bình 3-80. Ph n l n di n tích cao nguyên này là ñt ñ Bazan màu m . Do ñc ñim v trí ñ a lý, ñ a hình nên khí h u c a t nh ðă k L ăk v a ch u s chi ph i c a khí h u nhi t ñ i gió mùa, v a mang tính ch t c a khí h u cao nguyên mát d u. Mùa m ưa t tháng 5 ñ n tháng 10 kèm theo gió Tây Nam th nh hành, các tháng có l ưng m ưa l n nh t là tháng 7, 8, 9, l ưng m ưa chi m 80-90% l ưng m ưa năm. Riêng vùng phía ðông do ch u nh h ưng c a ðông Tr ưng S ơn nên mùa mưa kéo dài h ơn (ti tháng 11). Trong mùa m ưa th ưng có l c xoáy và s m sét. Mùa khô t tháng 11 ñ n tháng 4 n ăm sau, trong mùa này ñ m gi m, gió ðông Bc th i m nh, b c h ơi l n, gây khô h n nghiêm tr ng. Mt s s liu khác v khí t ưng: - S ngày dông trong n ăm : 112,2 ngày/n ăm - Mt ñ sét ñánh: 13,7 l n/km 2 /n ăm - ð m t ươ ng ñi : 82% - Nhi t ñ trung bình trong n ăm là 23,7 oC, th p nh t là 18,4 oC vào tháng Giêng và cao nh t là 26,2 oC vào tháng T ư. 4.1.2. ðc ñim khu hi u b và khu kí túc xá tr ưng ð i h c Tây Nguyên Khu vc có nhà hi u b và ký túc xá tr ưng ð i h c Tây Nguyên ñưc chia thành 3 khu riêng bi t: khu 1 g m hai ký túc xá m i s 3 và s 4 xây n ăm 2001; khu 2 gm 1 kí túc xá c ũ s 2 cùng v i nhà hi u b (t n d ng ký túc xá c ũ s 1); khu 3 là ký túc xá Sinh viên Lào – Campuchia xây n ăm 2006. 50
51. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C Các ký túc xá ñu có c u trúc ñơn gi n d ng dãy dài, mái ngói, cao 12m ñn 15m. T t c các công trình ñưc l p ñ t h th ng ch ng sét tr c ti p b ng l ưi Franklin . M i khu có các ñ c ñim sau: Khu 1 gm 2 dãy ký túc xá song song nhau và có thêm c ăn tin v i m t ñ ng ưi sinh ho t r t l n. Khu 2 g m ký túc xá s 2 n m gi a nhà t p th giáo viên c p 4 và nhà hi u b, cao 4 t ng. Nhà hi u b t p trung các phòng ban, v ăn phòng các khoa, trong tòa nhà b trí h th ng ñin, m ng internet, m ng ñin tho i Nhà hi u b ñưc ch ng sét tr c ti p b ng l ưi thu sét truy n th ng. Bao quanh khu nhà là cây xanh cao quá chi u cao c a các tòa nhà. Khu 3 ch m t ký túc xá ñ ng ñơn ñc trên ñi cao nh ưng h th ng ch ng sét bng h th ng thu sét ñơ n gi n. Qua kh o sát th c t t i các khu cho th y mt s h th ng ch ng sét bng kim Franklin và l ưi thu sét do không ñưc b o trì th ưng xuyên nên có nhi u ñon ñã b g sét, nhi u ñim k t n i c a h th ng không ch c ch n (nh t là khu 2). Các tòa nhà ñưc l p ñ t h th ng kim Franklin ki u c ũ ho t ñ ng kém hi u qu , s lưng kim ñưc l p ñ t ít so v i yêu c u k thu t c ũng nh ư v trí b trí kim ch ưa hp lý nên bán kính b o v không bao trùm h t ñưc các ph n nhô ra c a tòa nhà; dây thoát sét là dây ñng tr n, ñưng ñi c a dây có nh ng ch g p khúc u n cong nh h ơn 0,5m, các ñon k t n i ch ưa ñm b o an toàn, ñon dây gn ch ni ñ t không có b c cách ñin d gây nguy hi m cho ng ưi qua l i khi có dông sét. 4.1.3. L a ch n ph ươ ng án ch ng sét ð ñ m b o an toàn cho các khu, 2 ph ươ ng án ch ng sét sau ñây ñưc ñưa ra sau ñó ti n hành so sánh ưu ñim kinh t k thu t ñ quy t ñ nh l a ch n m t trong hai ph ươ ng án ñó. Ph ươ ng án 1 : Dùng 5 h th ng ch ng sét tr c ti p ñ b o v cho t ng tòa nhà riêng. Ph ươ ng án 2: Dùng 3 h th ng ch ng sét tr c ti p ñ b o v cho 3 khu, t c là khu 1 dùng mt h th ng ch ng sét ñ b o v cho hai dãy ký túc xá m i; khu 2 cũng ch dùng m t h th ng ch ng sét b o v cho mt dãy nhà ký túc xá và dãy nhà hi u b ; khu 3 dùng m t h th ng ch ng sét. Xét v kinh t : N u dùng 3 h th ng ch ng sét b o v cho 3 khu thì giá thành s th p h ơn v v n ñ mua s m thi t b và ñơ n gi n cho thi công l p ñ t. Xét v k thu t: khu 1, ñt m t h th ng ch ng sét t i mt tòa nhà thì bán kính b o v c a kim thu bao trùm c di n tích t ươ ng ñươ ng cho c tòa nhà bên kia và dãy c ăn tin sinh viên. T ươ ng t khu hi u b n u ñ t h th ng ch ng sét thì bán 51
52. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C kính b o v c a nó bao c di n tích t ươ ng ñươ ng c a ký túc xá c ũ s 2 và nhà t p th giáo viên. Tóm l i, ch ng sét tr c ti p dùng kim thu phát x s m v i 3 h th ng ch ng sét (ph ươ ng án 2) ñưc l a ch n. 4.2. Tính toán c p b o v và la ch n thi t b ch ng sét cho các khu [2][10][11] 4.2.1. Xác ñnh c p b o v cho các khu S d ng ph n m m ch ươ ng 3, xác ñnh c p b o v cho các khu. C th là: - Các thông s c n thi t cho tính toán ca khu 1 • Kích th ưc ký túc xá: H1 = 15 m ; L1 = 40 m; W1 = 8 m • Mt ñ sét Ngm = 13.7 l n/km 2/n ăm • Công trình n m gn các công trình khác nên ch n C1 = 0.5. • Công trình c u trúc th ưng (g ch), ch n C2 = 1. • Công trình ch a v t li u có giá tr cao và có kh n ăng b t l a, ch n C3 = 2. • Khu v c t p trung ñông ng ưi khó s ơ tán, ch n C4 = 3. • Khu v c ký túc xá ñòi h i ho t ñ ng liên t c có tác h i ñ i v i môi tr ưng nh ư d h a ho n, n nên ch n C5 = 5. Kt qu : Ac = 11002 m2, E = 39,2%, c n b o v c p 3. - Các thông s c n thi t cho tính toán ca khu 2 • Kích th ưc nhà hi u b : H2 = 15 m; L2 = 60 m ; W2 = 8 m • Công trình n m g n các công trình khác, có các cây cao b ng công trình; nên ch n C1 = 0.25. • Công trình c u trúc th ưng (g ch), d cháy ch n C2 = 2.5. • Khu v c này ch a v t li u có giá tr cao và có kh n ăng b t l a, ch n C3 = 2. • Khu v c t p trung ñông ng ưi, khó s ơ tán, ch n C4 = 3. • Khu v c ký túc xá có tác h i ñ i v i môi tr ưng nh ư d h a ho n, n nên ch n C5 = 5. Kt qu : Ac = 12962 m2, E = 89,7 %, c n b o v c p 2. - Các thông s c n thi t cho tính toán ca khu 3 • Kích th ưc c a c a ký túc xá h c sinh Lào – Campuchia: H3 = 12 m ; L3 = 40 m; W3 = 8 m • Công trình n m ñ i cao, xung quanh không có công trình khác; nên ch n C1 = 1. • Công trình c u trúc th ưng (g ch), d cháy ch n C2 = 2.5. 52
53. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C • Trong công trình ch a v t li u có giá tr cao và có kh n ăng b t l a, ch n C3 = 2. • Khu v c t p trung ñông ng ưi, khó s ơ tán, ch n C4 = 3 • Khu v c ký túc xá ñòi h i ho t ñ ng liên t c có tác h i ñ i v i môi tr ưng nh ư d h a ho n, n nên ch n C5 = 5. Kt qu : Ac = 7848 m2, E = 32%, c n b o v c p 3. 4.2.2. Gi i thi u h th ng ch ng sét 3000 H th ng ch ng sét 3000 là m t ti n b trong vi c phòng ch ng sét c a công ty Erico (Úc). H th ng ñưc thi t k ñ thu sét t m t th tích vùng thu ñưc quy t ñnh tr ưc và d n dòng sét xu ng ñ t m t cách an toàn. H th ng ch ng sét g m các b ph n sau: 1. ðu thu sét Dynasphere : là ñim ñ u tiên ñ b t sét ñánh vào c u trúc mà nó b o v . Dynasphere hoàn toàn cách ñin kh i c u trúc và ñưc n i v i dây d n Ericore, ñ cung c p m t h th ng cách ñin toàn di n. 2. Thanh ch ng (k t c u ñ ): dùng ñ g n ñ u Dynasphere và làm Dynasphere cách ñin kh i c u trúc. 3. Dây d n xu ng (ERICORE): t i ñin xu ng ñ t không làm ñin hóa c u trúc c n b o v . Vi c này ñm b o an toàn cho ng ưi và cho thi t b . Dây d n lo i b r i ro phóng ñin biên vì b ph n truy n ñin trung tâm ñưc che ch n kh i các v t khác. 4. Thi t b ñ m sét : theo dõi s l n ñ u Dynasphere ñã thu sét 5. H th ng n i ñ t: g m các c c ñ t, b ăng ñ ng và hóa ch t làm gi m ñin tr ñ t. - ðu thu Dynasphere (Hình 4.1) . Chóp thu ðu Dynasphere Hình 4.1. ðu thu Dynasphere + ðc ñim k thu t: * ðin c c s ph n ng m t cách ñ ng h c v i s xut hi n c a lu ng sét bng cách t o ra các ñin t t do và hi n t ưng quang ion hóa gi a b m t qu c u và m ũi nh n c a c c ti p ñ t. 53
54. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C * V ng quang ch x y ra khi có s ñ n g n c a tia ch p * ðu thu không gây ra nhi u sóng vô tuy n t n s cao. * ðu thu không phóng x nên không c n xin gi y phép s d ng. * Hình d ng bên ngoài c a ñ u thu nh m gi m nh s hình thành v ng quang dưi tr ưng t ĩnh ñin c a c ơn dông. * ðu thu không c n pin hay ngu n c p n ăng l ưng nào bên ngoài cho b t k ỳ b ph n nào c a nó ho t ñ ng. * ðu thu ñưc làm b ng v t li u không b ăn mòn trong ñiu ki n khí quy n bình th ưng. * ðu thu ñưc cách ñin kh i c u trúc b o v . Th tích vùng thu và bán kính h p d n c a ñ u thu, ñưc ñưa ra t th ng kê và nh ng nghiên c u v sét ñưc ch p nh n và bi t ñ n. * ðu thu ñưc ñ t t i thi u 10 m t m t ñ t. * ðu thu ph i ñưc l p ñ t nghiêm ng t theo h ưng d n c a nhà s n xu t. * Vùng b o v ñưc qui ñ nh b i ñin c c ph i thích h p v i ñim sét ñánh cho t t c các sét v ưt quá biên ñ c a dòng ñin sét xxKA theo m c b o v yy . Thi t k ph i tính toán ñ n s phóng m t tia ñi lên c a các ñim c nh tranh (m ũi nh n, g mái ) t công trình c n b o v . Bng 4.1. M i quan h gi a dòng xung ñnh c a sét v i m c b o v Dòng sét ( xx ) Mc b o v (yy ) Kh n ăng xu t hi n 3KA Rt cao 99% 6KA Cao 98% 10KA Trung bìng 93% 15KA Chu n 85% 20KA Th p 75% + Nguyên lý ho t ñ ng : d ng ñơn gi n Dynasphere g m m t thanh kim lo i nh n ñ u ñưc n i ñ t và m t qu c u kim lo i b c l y thanh. M t tr kháng cao n i qu c u và thanh nh n (hình 4.2a). Trong ñin tr ưng t ươ ng ñi n ñ nh x y ra d ưi m t c ơn dông. Dynasphere là m t thi t b th ñ ng. Trong tr ưng t ĩnh ñin này qu c u ñưc n i ñt qua tr kháng và gây ra corona c c ti u do d ng hình h c c a nó. Trong tr ưng ñin ñ ng, khi có s gia t ăng nhanh chóng và ñt ng t c a ñin tr ưng khí quy n, quá trình quá ñ x y ra, vi c ti p c n m t tia phóng xu ng t o thành m t ñin dung ghép gi a tia phóng xu ng và m t c u (hình 4.2b). M t c u s ph n ng l i s t ăng nhanh ñin tr ưng b ng cách t ăng th do h ng s th i gian dài t o b i kênh t ĩnh tr 54
55. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C kháng cao. M t khe phóng ñin ñưc hình thành do s chênh l ch th gi a qu c u và thanh. Tác ñng này làm thi t b gi i phóng n ăng l ưng ñã tích lu d ưi d ng ion, t o ra m t ñưng d n tiên ño v phía trên ch ñ ng d n sét (hình 4.2c). a) b) c) Hình 4.2. Minh h a nguyên t c ho t ñ ng c a ñ u thu Dynasphere - Dây Ericore: + C u t o dây Ericore: Dây Ericore g m mt dây d n c ăng gi a bao b c b ng lõi nh a. L p th 2 là m t dây ñ ng xo n c, ti t di n hi u d ng 50mm 2 là l p d n dòng chính, ñưc cách ñin s ơ c p bao b c. B ăng b c b ng b ăng ñ ng b c bên ngoài cách ñin s ơ c p và nó ñưc cách ñin th c p bao b c. Cách ñin th c p ñưc m t lá kim lo i bao bc mà bên ngoài có v b c d n ñin. N u b ph n gi a là lõi nh a. K t c u gi ng nh ư m t v t d n trung th . ðưng kính ngoài c a dây Ericore nh h ơn 40mm. ðin áp xung d ng sóng 1,2/50 µs gi a các l p d n ñin không nh h ơn 250KV. + Ưu ñim c a dây Ericore: * Dn dòng xung sét xu ng ñ t an toàn . * Ch c n m t dây d n. * La ch n ñưc ñưng d n sét, ñi ng m bên trong công trình. * Kín ñáo và th m m . * Kh n ăng phóng ñin biên ñưc lo i b . * Không c n n i ñ c bi t, tr ñ i v i thép xây d ng n i v i ti p ñ a ch ng sét. * S l p ñ t dây d n Ericore v i h th ng ti p ñ t có chi phí th p h ơn b t c h th ng ch ng sét nào c a k thu t c ñin. Vì lý do th m m khi l p ñ t, ñiu này d n ñ n vi c dây d n sét có nh ng góc b cong. S t c m gia t ăng do nh ng góc b cong làm t ăng ñin th d n ñ n ct ñin hay s phóng ñin biên. Tòa nhà luôn b ñin hóa và ñó t n t i nguy c ơ phóng ñin biên. M t dây Ericore kh c ph c ñưc các hi m h a trên và h ơn n a còn cho phép ñi dây bên trong tòa nhà. 55
56. LU N V ĂN TH C S Ĩ KHOA H C - Thi t b ñ m sét Thi t b ñ m sét là m t máy ghi c ơ h c giám sát b ng ñin t nh m ghi l i s ho t ñ ng cho m i l n sét t i ñim ño. M t cu n dây Toroidal ñ c bi t ñưc l p ñ t ñơ n gi n trên b ph n ti p ñ t c a dây Ericore, ñ c m ng v i n ăng l ưng sét và tác ñng m ch ñ m. Thi t b không c n pin, h th ng t c p n ăng l ưng, r n ch c, không th m nưc và d l p ñ t. Vi chi phí v a ph i thi t b cung c p nh ng thông tin th ng kê có giá tr và nh ư v y ch ng minh tính hi u qu c a h th ng ch ng sét, thi t b có th l p ñ t cho các h th ng ch ng sét khác. Thông s k thu t: + Dòng ñin v n hành t i thi u : 1.500A trên m t xung ñin 8/20 µs + Ngu n ñin: t c p. + Mch ñin: M i tr ng thái ng v i b ñ m c ơ ñin t ghi nhn ñ n 9999. + Thành ph n: Cu n Toroidal ñưc cu n tròn. ðưng kính l bên trong 45mm. B ñ m ñưc l p bên trong cu n dây. + Ph ươ ng pháp n i: B ph n ñ m tr ưt trên dây thu lôi Ericore tr ưc khi n i vi c c ti p ñ t. ð ti n h ơn b ph n ñ m có th ñưc ñ t ngay trên c c ti p ñ t. - H th ng n i ñ t: + N i ñ t s ñưc th c hi n b ng dây ñ ng hay b ng ñ ng ñưc chôn sâu hơn 0,6m hay c c ñ ng lõi thép ñưc thi t k ñ c bi t cho n i ñ t v ñin ho c k t hp dây và c c. Trong các tr ưng h p ñó h th ng n i ñ t s ñưc k t n i t i c c ni ñ t trung tâm và c c này ph i liên k t ch c ch n dây d n xu ng b ng k p cáp. - C n n i k t h th ng n i ñ t t i các ph n kim lo i c a toà nhà, c u trúc thép c a tòa nhà. ðin tr nên ñưc ño nh h ơn 10 Ω. - Hoá ch t c i thi n ñ t GEM có tính d n ñin, không hoà tan s giúp ñin tr n i ñ t ñ t ñưc giá tr th p, ñưc cung c p ñ tr n và ñưc l p ñ t hoàn toàn theo ch d n c a nhà s n xu t. 4.2.3. L a ch n thi t b Ch n kim thu sét t o tia tiên ño Dynasphere lo i có ∆T = 30 µs cho khu 1 và khu 3, và lo i có ∆T = 25 µs cho khu 2. Các thi t b c a h th ng còn l i là gi ng nhau cho các khu. Bng 4.2 li t kê các thi t b c n thi t cho thi t k cho c 3 khu (ch ưa có h th ng n i ñ t). Bng 4.2. B ng thông s các thi t b ch ng sét. 56