Tải bản đầy đủ

PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT ĐỀ THI CUỐI KÌ

CHƯƠNG 2

PHÓNG ĐIỆN SÉT VÀ
THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT
Biên soạn và trình bày: TS. Nguyễn Đức Tường


NỘI DUNG

1.
2.
3.

2

Tầng nhiệt

QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÓNG ĐIỆN SÉT
THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT.
NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA SÉT TỚI HỆ THỐNG ĐIỆN.Tầng giữa


Tầng Bình lưu

Tầng đối lưu


2.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

3

Tầng ngoài


https://www.ucar.edu/learn/1_1_1.htm

Tầng nhiệt

Tầng nhiệt

Tầng giữa

Tầng giữa

Tầng Bình lưu

Tầng bình
lưu
Tầng đối lưu

Tầng
đối lưu


QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

Tầng nhiệt

Tầng giữa

Tầng Bình lưu


Tầng đối lưu


2.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

5

 Cơ chế hình thành đám mây dông:
• Bề mặt trái đất bị hâm nóng thường xuyên của năng lượng mặt trời -> gia tăng quá trình bốc hơi

và gây mất ổn định không khí trong thời gian ngắn -> đám mây,
• Chuyển động đối lưu mạnh của 2 dòng không khí nóng và lạnh tạo thành “tháp mây”, đồng thời

giải thoát lượng nhiệt ẩn hóa hơi của dòng không khí nóng làm gia tăng chuyển động theo
phương thẳng đứng.


2.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

6

 Cơ chế hình thành đám mây điện:


Sự phân ly của các hạt nước lớn
siêu lạnh và các tinh thể băng do va
chạm thành các hạt nhỏ,



Quá trình đứt gãy liên kết sẽ sản sinh
ra nhiều các điện tử dư và các ion
dương trong đám mây.



Các điện tích âm được tích lũy trong các hạt tuyết (graupel- hạt nước bị đông lạnh và liên kết với
tinh thể băng) có xu hướng phân bố trong vùng có nhiệt độ khoảng từ -5 oC đến -15 oC.



Các ion dương có xu hướng tích lũy trong các tinh thể băng nhỏ (đa phần) ở phía trên và phía
dưới (một phần nhỏ) của tháp mây dông, phân bố trong vùng có nhiệt độ tương ứng khoảng -15
oC đến -40 oC và -5 oC.


2.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

Phóng điện tiên đạo

Hướng từ đám mây
xuống đất, tốc độ từ
105–2.106 m/s

Dòng phóng điện ngược
Hướng từ đất lên đám mây

50 000 kV
100 kA

1000-3000 kV/m

 Các giai đoạn phóng điện sét

Độ cao định hướng

Kênh dẫn điện tích dương

Đầu tia tiên đạo cách
mặt đất khoảng
100-200 m

Phát triển ngược từ phía
mặt đất lên đám mây

Phóng điện lặp lại (-)
Xẩy ra trong cùng kênh sét

Phóng điện lặp lại (+)
Xẩy ra trong cùng kênh sét

7


2.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

8

 Các giai đoạn phóng điện sét

Phóng điện tiên đạo bước (Stepped leader): khi đám mây tích lũy điện tích từ 10-30kV/cm, gây
ion hóa không khí mạnh tạo thành dòng phát triển về phía mặt đất (~100A).



Phóng điện kế tục (Pilot Streamer): tiếp tục phát triển với vận tốc trung bình khoảng từ 105
m/s-2.106 m/s,



Phóng điện ngược (Return Stroke): tia tiên đạo
cách mặt đất khoảng 100-200 m, điện trường
giữa đầu tia tiên đạo và điểm tập kết các điện
tích trái dấu phía mặt đất tăng đột ngột và gây
ion hóa mãnh liệt không khí, hình thành dòng
phóng điện mặt đất-đám mây, tốc độ phát triển
~30.106 m/s, ~ 24 kA.



Phóng điện tiên đạo mũi nhọn (Dart Leader): là
1 dạng phóng điện lặp lại, phát triển sau và cùng
kênh với phóng điện ngược, tốc độ ~10.106 m/s.

3km




2.1. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHÓNG ĐIỆN SÉT

Negative downward leader

A downward negative flash terminating
on the 440-m Guangzhou International
Finance Center, China. Adapted from
Lu et al. (2013).

Positive upward c âm

(negative) phụ vào sự tích lũy, cấu trúc của đám mây điện...


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

16

4. Trị số trung bình của đỉnh dòng điện sét (IP)
Tác giả/Tổ chức

Đối tượng nghiên cứu

Đỉnh dòng điện (kA)

Độ dốc (kA/s)

AIEE

Đường dây

15

4

Popolansky

Tổng hợp

25

5,5

Tổng hợp (<60m)

31

-

Tổng hợp

24

-

Tiên đạo âm, lần phóng đầu tiên

34

24,3

Lặp lại âm

12,3

39,9

Anderson,
Eriksson và IEEE
Mousa
CIRGE


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

17

Theo kết quả nghiên cứu của nhóm Berger, Anderson và Eriksson, thì các tham số của phóng
điện âm:
f (x) 

1
e
2 .x

 x
ln
1 M
 
2 










2

Giá trị trung bình của tham số:  

T10/90
t (s)

T30/90

M.e 2

Trong đó:
f(x) là hàm mật độ xác suất.
M là phân bố trung bình của hàm logarit.

2

I10

S10

I30
S10/90
S30/90
I90
I100

I1
Smax

i (kA)

 là sai lệch tiêu chuẩn logarit.
x là tham số cần xác định xác suất, có thể là dòng điện sét (I) hay độ dốc đầu sóng (S).
[10]. Berger, K., Anderson, R. B., and Kroninger, H., “Parameters of lightning flashes”, Electra, no. 41, 1975.
[11]. Anderson, R. B., and Eriksson, A. J., “Lightning parameters for engineering application”, Electra, no.69, 1980.

I2


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

18

Tham số phân bố log chuẩn (M, )
Tham số

I1
I2
I1/I2
Smax
S10
S10/90
S30/90
td10/90= T10/90/0.8
td30/90 = T30/90/0.6
tmax = I2/Smax
tT

Phóng điện ban đầu
M
β
Đỉnh dòng điện sét (kA)
27.7
0.461
31.1
0.484
0.9
0.230
Dốc đầu sóng (kA/µs)
24.3
0.599
2.6
0.921
5.0
0.645
7.2
0.622
Thời gian đỉnh (µs)
5.63
0.576
3.83
0.553
1.28
0.611
Thời gian sóng (µs)
77,5
0,58

Phóng điện lặp lại
M
β
11.8
12.3
0.9

0.530
0.530
0.207

39.9
18.9
15.4
20.1

0.852
1.404
0.944
0.967

0.75
0.67
0.308

0.921
1.013
0.708

30,2

0,93


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT
5. Phân bố dòng điện sét P(IS)

19

Phân bố thống kê biên độ dòng điện sét theo IEEE [9]

Phân bố dòng điện sét

Xác suất xuất hiện biên độ IS

1
0.8

P(I S ) 
0.6

P(I S ) 
0.4

1
1  ( I S / 31) 2, 6
1

1  (I S / 24)

P ( IS )  e

0.2

I
 s
26 ,1

2, 6

[8]
[10]

[3]

0
0

50

100

150

200

Biên độ dòng điện sét (kA)
[8]. CIGRE 63,‘Guide to Procedures for Estimating the Lightning Performance of Transmission Lines’, 1991.
[9]. Benoît de Metz-Noblat, ‘lightning and HV electrical installations’, ECT 168 ,1994.

IS (kA)


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

20

5. Phân bố dòng điện sét P(IS)
Số liệu của Berger
IEEE mới

1 – 101 mẫu (-)
2 – 26 mẫu (+)

CIGRÉ

CIGRÉ: Conseil International des Grands Réseaux Électriques.

3 – 135 mẫu (-) phóng điện lặp lại


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

21

6. Phân bố độ dốc đầu sóng P(S)

di s
Độ dốc đầu sóng S 
dt

Phân bố thống kê độ dốc dòng điện sét theo IEEE

Phân bố độ dốc đầu sóng dòng điện sét
Xác suất xuất hiện_P(S)

1
0.9
0.8

P(S) 

0.7
0.6

1
S
1  ( )4
24

0.5
0.4

P(S)  10

0.3



S
25

(Berger)

e



S
10,9

[ 2]

0.2
0.1
0
0

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Độ dốc đầu sóng_S (kA/µs)

di/dt
(kA/s)


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

22

 Cường độ hoạt động của sét (Keraunic Level, Keraunic Number, Isokeraunic Level).

Số ngày (giờ) dông sét trung bình năm_Td
 Mô tả mức độ hoạt động của dông sét trong một khu vực, ký hiệu Td (ngày/năm).
 Được đo bằng các máy đếm sét trong thời gian dài, liên tục tại các trạm khí tượng và

xác định số ngày dông sét trung bình trong 1 năm. Phụ thuộc vào vùng khí hậu và
lãnh thổ, thay đổi từ 4 đến 80 (ngày/năm).
 Hoạt động mạnh ở vùng khí hậu nhiệt đới và giảm ở những vùng ôn đới và xích đạo.

VD như Indonesia trung bình khoảng 270 (ngày/năm), Pháp trung bình khoảng 20
(ngày/năm)…
Số ngày, giờ dông sét trung bình trên lãnh thổ VN [12] (Bảng 2.3, trang 211)

[12]. Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, ‘QUY CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM SỐ LIỆU ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN DÙNG TRONG XÂY DỰNG’, 211-212, 2008.


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

23

Bản đồ phân bố
ngày dông [13]

[13]. Isaksson L, Wern L (2010) Åska i Sverige 2002-2009. Meteorologi Nr 141 (in Swedish).


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT
Bản đồ phân bố ngày dông [14]

[14]. IEEE Std 99, “IEEE Guide for Direct Lightning Stroke Shielding of Substations”, 2012.

24


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

25

Gia Sàng-Thái Nguyên, Phú Thụy và Nghĩa Đô (Hà Nội), Mộc
Châu (Sơn La), Phú Yên, Bình Thuận, Bạc Liêu.
Khả năng định vị bán kính đến 400 km.

Cường độ hoạt động của dông sét tại các khu vực
Vùng

Td

Td

Nd

Tháng

(ngày/năm)

(giờ/năm)

(lần/km2.năm)

dông
cực đại

1. Đồng bằng ven biển miền Bắc

81,1

215,6

6,47

8

2. Miền núi trung du miền Bắc

61,6

219,1

6,33

7

3. Cao nguyên miền Trung

47,6

126,21

3,31

5; 8

4. Ven biển miền Trung

44,0

95,2

3,55

5; 8

5. Đồng bằng miền Nam

60,1

89,32

5,37

5;9


2.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT
 Mật độ sét_Nd (lần/km2.năm).
Vùng
Toàn Thế giới

Nd = A.Tdb (lần/km2.năm)

Trong đó:
Nd là mật độ sét (lần/km2.năm)

A, b là hệ số
Td là cường độ hoạt động của sét (ngày dông/năm)

Nam Phi

Mật độ sét
(lần/km2.năm)
0,04Td1,25

26

Tác giả/Nguồn
Anderson
Eriksson

Mexico

0,024Td1,12

Brazil

0,03Td1,12

Columbia

0,001Td1,56

Thụy Điển

0,004Td2

Muller Hillebrand

Anh

0,026Td1,9

Stringfellow

Bắc Mỹ

0,11Td

Nam Mỹ

0,17Td

Mỹ
Nga

IEEE Std 1410-2010

Horn và Ramsey

0,1Td

Anderson

0,15Td

Brown và Whitehead

0,036Td1,3

Kolokolov và Pavlova

[15]. L. D. Nhan , T. V. Ap ‘Hội nghị Quốc tế về Nghiên cứu sét và Bảo vệ chống sét’, p61, 1997.
[16]. A. Haddad, D. Warne ‘Advances in High Voltage Engineering’, Institution of Engineering and Technology, London, UK, 40, 2007.
[17]. Anderson, R.B., and Eriksson, A.J., ‘Lightning parameters for engineering applications’, Electra, pp. 65–102, 1980.
[18]. Anderson, et al. ‘Lightning and thunderstorm parameters’, IEE Conf. Publ. 236, pp. 57–61, 1984.


2.3. NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

27

1. Hiệu ứng quang

Sự ion hóa không khí do dòng sét kích hoạt nhiều hạt sáng, hoặc photon, có thể tạo ra hình
ảnh trên võng mạc của người quan sát.
2. Hiệu ứng âm thanh

Dòng điện sét sinh ra lực điện động lớn làm tăng áp suất trong kênh sét tới 3 atm, quá trình
giãn nở đột ngột sau phóng điện sét tạo ra âm thanh lớn.
3. Hiệu ứng điện động

Điện từ trường lớn trong khe sét tạo ra dòng điện và điện áp cảm ứng trên các vật dẫn ở gần,
sinh ra lực điện từ có thể làm biến dạng hay phá hủy vật dẫn.
4. Hiệu ứng nhiệt
Hay ‘hiệu ứng Joule’ của dòng điện sét có thể đốt nóng các vật liệu tới điểm nóng chảy. Có thể
phá hủy hoặc gây cháy nổ…


2.3. NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT

28

NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA SÉT TỚI HỆ THỐNG ĐIỆN
 Gây phóng điện trên cách điện đường dây,
 Tạo ra sự cố ngắn mạch chạm đất 1 hoặc nhiều pha trên đường dây và thanh góp TBA,

 Gây nhiễu loạn đường dây thông tin,
 Phá hủy cách điện của đường dây và thiết bị điện do quá điện áp,
 Gây gây hư hỏng các cuộn dây do dòng điện sinh ra lực điện động và nhiệt độ lớn,
 Làm gián đoạn cung cấp điện của đường dây và trạm biến áp,
 Phá hủy các thiết bị điện tử trong trạm biến áp và nhà máy điện do quá điện áp cảm ứng.

=> Cần phải bảo vệ chống sét cho các phần tử của Hệ thống điện!!!



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×