BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG NG : HIỆN TƯỢNG ỢNG DÔNG SÉT 1.1 Mở đầu 1.2 Nhận thức phóng điện sét 1.3 Các tham số 1.4 Cơ chế tác động phóng điện sét 1.5 Các hiệu ứng sét 1.6 Hoạt động dơng sét 1.7.Tình hình dơng sét Việt nam 1.8 Ảnh hưởng dông sét 3/31/2014 Page 1.1 MỞ ĐẦU Lịch sử 3/31/2014  Việc nghiên cứu dông sét biện pháp bảo vệ chống sét có lịch sử lâu dài  Từ xa xưa, người bị khiếp sợ quyến rũ sấm sét (hiện tượng kỳ bí thiên nhiên, vị thần sét, giận Ngọc hoàng, ý niệm trừng phạt tội lỗi)  Mãi đến kỷ XVIII có quan sát khoa học tượng thiên nhiên : năm 1752, Benjamin Franklin chứng minh chất điện sét (thí nghiệm với cánh diều bay ngày giông sét)  G W Richmann bị chết thí nghiệm đặt mái nhà sắt nối trực tiếp đến phòng làm việc Page Nghiên cứu đại sét  Ngày biết sét tượng phóng điện thiên nhiên hai vùng có điện tích trái dấu (giữa đám mây dơng mặt đất  Dịng điện sét (dạng xung kích) có :   biên độ lớn  kéo dài khoảnh khắc vài chục micro giây để nghiên cứu sét  sử dụng tháp cao, (xác suất phóng điện sét lớn)  thiết bị đo tự ghi (xác định đ biên độ, độ dốc dịng điện sét)  quan sát hình ảnh (mơ tả đầy đủ tiến trình khơng gian - thời gian phóng điện sét) Phóng điện sét chưa biết đầy đủ, sét đâu xuất 3/31/2014 Page Tại ngày phải nghĩ bảo vệ chống sét? Bảo vệ chống sét có phải có lịch sử dày (gần 250 năm phát minh cột chống sét)  tìm biện pháp để bảo vệ chống sét cách có hiệu quả, an toàn, đáp ứng nhu cầu  Tuy nhiên dông sét - tượng tự nhiên (mật độ, thời gian cường độ sét mang tính ngẫu nhiên), hình thành phát triển sét xác định hàng loạt trình vật lý phức tạp  Tuy nghiên cứu chống sét tồn nhiều vấn đề cần giải  tăng trưởng nhanh quy mơ cơng trình xây dựng diện tích chiều cao, số lần sét đánh tăng lên, hậu thiệt hại kinh tế sét gây nên không ngừng tăng  đặc điểm dơng sét, tính chất mức độ tác hại dông sét gây vùng lãnh thổ điều kiện địa lý khác nhau, khác  vùng phải tự tiến hành điều iều tra nghiên cứu dông sét (các thông số, đặc tính hoạt động) để có biện pháp phịng chống sét thích hợp có hiệu Sét tác nhân nguy rủi ro cao ?   3/31/2014  Các cơng trình đặc biệt nguy hiểm Page kho chứa nhiên liệu chất dễ cháy nổ thiết bị biến đổi thiết bị điều khiển tự động thiết bị điện cao áp hạ áp Tại vào mùa đông lại sét?  Sét tượng thiên nhiên gắn với đám mây dông mùa hè, quan sát nghe thấy tiếng sấm mùa đông  Sét sinh có chênh lệch lớn nhiệt độ độ ẩm hai luồng khí Mùa đơng, chênh lệch không lớn lắm, không thuận lợi cho sản sinh điện tích xuất sét (ví dụ sét mùa đơng có bão tuyết mạnh, khối lượng khơng khí lạnh lớn phủ khối lượng khơng khí nóng ẩm mặt đất) Sét lửa Saint-Elme 3/31/2014 Page  Một dạng điện tích khí quan sát thấy, sét hịn Dạng đặc biệt xuất phần điện tích cú sét mây dơng - mặt đất tạo thành dạng vịng trịn Sét hịn di chuyển mặt đất leo lên đồ vật sau bị nổ tung biến  đơi khi, tích luỹ điện tích trái dấu khơng đủ để gây phóng điện tạo thành sét, số tia lửa điện màu xanh xuất đỉnh vật nhọn hướng phía đám mây dơng (hiện tượng ghi nhận sớm đỉnh cột buồm tàu biển, gọi lửa Saint-Elme tên vị thần thuỷ thủ) 1.2 NHẬN THỨC VỀ PHÓNG ĐIỆN IỆN SÉT Sét dạng phóng điện tia lửa mãnh liệt khí với khoảng cách điện cực lớn (trung bình khoảng km) Thành phần khơng khí Khơng khí khơ không màu sắc, không mùi vị, cấu tạo hai chất khí 3/31/2014 Page  Ni tơ chiếm 78% (thể tích)  Oxy chiếm gần 21%  ngồi cịn có Ar : 0,93%, CO22 : 0,03%, chất khí cịn lại Ne, He, H2, O3 : 0,0l%  Tỷ lệ phần trăm không thay đổi theo chiều ngang theo chiếu cao khí (riêng cacbơnic ơzon phân bố không không ổn định nguồn gốc phát sinh chúng) 3/31/2014 Page  Lượng khí cacbơnic quan trọng thực vật, có khả cho lượng Mặt Trời xuyên qua khí tới mặt đất ngăn n cản xạ mặt đất, lượng khí cacbơnic tăng nhiệt độ mặt đất tăng  Lượng ôzon chi có 0,000001% thề tích khơng ổn định, tập trung độ cao 25 - 30km, giảm dần xuống lên phía trên, đến đ độ cao 60 km khơng cịn Oxy hấp thụ lượng Mặt Trời, bị phân li thành nguyên tử, nguyên tử oxy kết hợp với phân tử oxy thành phân tử ôzon O2  O + O O + O = O3  Ozôn hấp thụ tia tử ngoại, bị phân li thành nguyên tử phân tử oxy O3  O2 + O O + O = O2  3/31/2014 Page Nhờ có ozon hấp thụ tia tử ngoại nên sống trái đất không bị đe doạ tia tử ngoại CẤU TRÚC CỦA KHÍ QUYỂN Khí chia thành tầng đồng tâm sau : Tầng đối lưu Tầng đối lưu Tầng bình lưu Tầng Tầng ion dày từ mặt đất đến độ cao 10-15 km (4/55 khối lượng không khí nằm tầng bình lưu) thay đổi theo thời gian không gian : mùa hạ lớn mùa đơng, xích đạo lớn cực khơng khí chuyển mạnh theo chiều thẳng đứng nhiệt độ giảm dần theo chiều cao (trung bình 0,6oC 100 m) ối lưu có ý nghĩa định đến thời tiết khí hậu mặt đất Tất q trình xảy tầng đối Tầng bình lưu nằm từ giới hạn tầng đối lưu đến ến độ cao 50-60 km nhiệt độ tăng theo chiều cao (do có lớp ozon nằm tầng này) khơng khí chuyển động theo chiều thẳng đứng yếu, chuyển động theo chiều ngang chiếm ưu hơi nước cịn ít, độ cao 25 km thấy mây xà cừ (cấu tạo từ hạt nước lạnh) 3/31/2014 Page Tầng giới hạn từ độ cao 50 đến 80 km nhiệt độ giảm mạnh theo chiều cao (xuống tới -70 đến -80 oC độ cao 80 km) áp suất độ cao 80 km giảm 1/200 lần áp suất mặt đất (khơng khí loãng Tầng ion từ giới hạn tầng đến độ cao khoảng 100 km ở lớp dưới, nhiệt độ tăng theo chiều cao (2000-3000 oC độ cao 300 km), gọi lớp nhiệt bên lớp nhiệt độ lại giảm mạnh đến nhiệt độ không gian vũ trụ phân tử khí bị ion hố, điện dẫn suất tăng ng lên 1012 lần so với lớp khơng khí gần mặt đất tầng ion có khả hấp thụ, khúc xạ phản hồi sóng điện từ hiện tượng cực quang gây tượng phát sáng lớp khí cao) Hơi nước khơng khí khơng ổn định, ịnh, giao động từ 0-4% quá trình bốc từ mặt nước, mặt đất sự thoát nước từ thực vật 3/31/2014 Page 10 3/31/2014 Page 52 Lightning activity for Earth Lightning stroke positions are shown as coloured dots which "cool down" from blue for the most recent (occurring within the last 10 min) through green and yellow to red for the oldest (30-40 minutes earlier) Red asterisks in white circles are active WWLL lightning sensor locations The terminator (day-night (day boundary) is shown, with the daylit section of the globe in grey 3/31/2014 Page 53 World Lightning Map Average U.S Thunderstorm Days/Year 3/31/2014 Page 54 mật độ dông sét (Ng) ợc tương đối khơng rõ tần suất hoạt khái niệm mức dông sét sơ lược động sét tồn vùng đặc biệt hay bị sét đánh mật độ sét : số lần sét đánh diện tích 1km2 mặt đất ứng với ngày sét số lần sét đánh km2 năm Quan hệ mức dông sét Nk mật độ dông sét Ng Nhóm làm việc sét CIGRE (Conférence Internationale des Grands Réseaux Electriques) khuyến cáo dùng biểu thức sau   Ng  0,04 Nk Pháp, biểu thức thực nghiệm khác đư dùng 1,25 Nk Ng  Tại Liên bang Nga, mật độ giông sét toàn lãnh thổ 6,7 lần/ km2 100 giơng sét số lần phóng điện sét vào trạm biến áp chiều dài A, chiều rộng B chiều cao H n  6,7. A  H  B  H .10 6 đư dây tải điện không 100 giông sét số lần phóng điện sét vào 100 km đường n  6,7.100 6htb 10 3  4htb 3/31/2014 Page 55 độ tương quan hai đại lượng thấp tuồng phụ thuộc vào tượng học dông sét Vùng Mức dông sét Mật độ theo công thức CIGRE Mật độ theo hệ thông LLP Chênh lệch % Núi 45 4,66 1,0 +366 % Bằng phẳng 30 2,8 3,8 -36 % Nguồn : nghiên cứu hệ thống định vị sét LLP Autriche 3/31/2014 Page 56 0,31 Mỹ Cú sét Mile2 năm 3/31/2014 Page 57 Cú sét Mile2 ngày giông sét Mile2 ngày giông sét Năm TÌNH HÌNH DƠNG SÉT Ở VIỆT NAM Việt nam nước khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hoạt động dơng sét có cường độ mạnh, gây nhiều khó khăn cho hoạt động đời sống xã hội người ời mùa dơng khơng hồn tồn đồng vùng : Bắc khoảng từ tháng đến tháng 9, phía tây Bắc Trung bộ, bắt đầu vào tháng Miền Bắc số lần dông từ 150 đến 300 lần (mùa mưa m trung bình ngày xảy từ đến dơng) Vùng có dơng nhiều miền Bắc vùng Tiên yên, Móng ( 250 đến 300 lần dơng/năm)  Nơi dơng miền Bắc vùng Quảng bình hàng năm có 80 ngày dông Tháng 7, tháng tháng có nhiều dơng có tới 25 ngày/tháng có dơng Q trình diễn biến dơng thường có cực đại xê dịch khoảng từ tháng Tây bắc, sang tháng 7, tháng nơi khác thuộc Bắc bộ, tháng 5, tháng Hà tĩnh, Quảng bình 3/31/2014 Page 58 Miền Nam ở miền Nam có nhiều dơng, hàng năm trung bình quan sát 40, 50 đến 100 ngày tuỳ nơi ồng Nam bộ, số ngày dông hàng năm trung bình lên Khu vực nhiều dơng vùng đồng tới 120 đến 140 ngày (Sài gòn 138 ngày, Hà tiên 129 ngày) Mùa dông từ tháng đến tháng 11, tháng từ tháng đến tháng 10 tháng quan sát trung bình từ 15 đến 20 ngày dông Tháng cực đại (tháng 5) trung bình gặp 20 ngày dơng (Sài gịn 22 ngày, Hà tiên 23 ngày) Tây nguyên mùa dông thường có 2, đến tháng số ngày dơng đạt tới 10 đến 15 ngày, tháng 4, tháng tháng Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát chừng 15 ngày dơng Bắc Tây nguyên, 10 đến 12 ngày dông Nam Tây nguyên (Playcu 17 ngày, Kontum 14 ngày, đà lạt 10 ngày), cịn tháng khác mùa dơng tháng gặp trung bình từ đến ngày dơng 3/31/2014 Page 59 Số liệu thống kê tình hình dơng sét vùng lãnh thổ Việt nam 3/31/2014 Vùng Ngày dơng trung bình (ngày/năm) Giờ dơng trung bình (giờ/năm) Mật độ sét trung bình (lần/km2/năm) Tháng dơng cực đại Đồng ven biển miền Bắc 51,1 215,6 6,47 Trung du miền núi miền Bắc 61,6 219,1 6,33 Cao nguyên miền Trung 47,6 126,21 3,31 5- Ven biển miền Trung 44,0 95,2 3,55 5- Đồng miền Nam 60,1 89,32 3,37 5- Page 60 Dự báo mật độ phóng điện sét xuống khu vực(lần/km2/năm) 3/31/2014 Số ngày dông nng.s Đồng ven biển miền Bắc Trung du miền núi miền Bắc Cao nguyên miền Trung Ven biển miền Trung Đồng miền Nam 20 - 40 2,43 - 4,86 2,1 - 4,2 1,2 - 2,4 1,22 - 2,44 1,26 - 2,52 40 - 60 4,86 - 29 4,2 - 6,3 2,4 - 3,6 2,44 - 3,65 2,52 - 3,78 60 - 80 7,29 - 9,72 6,3 - 8,4 3,6 - 4,8 3,65 - 4,87 3,78 - 5,04 80 - 100 9,72 - 12,15 8,4 - 10,5 4,8 - 6,0 4,87 - 6,09 5,04 - 6,3 100 - 120 12,15 - 14,58 10,5 - 12,6 6,0 - 7,2 6,09 - 7,31 6,3 - 7,56 Page 61 3/31/2014 Page 62 Tên đài trạm Tỉnh Giờ trung bình năm Ngày giơng trung bình K Bắc kạn Trùng khánh Lục ngạn Hà tuyên Văn lý Láng Sơn tây Hoàng Su phi Bảo hà Hải dương Bạch Long vĩ Hưng yên Mai châu Mù Căng chải Sapa Thất khê Mường tè Nam điịnh Con cuông Nho quan Đồng hới Bắc thái Cao Hà bắc Hà giang Hà nam Hà nội Hà tây Hà tuyên Hà tuyên Hải dương Hải phịng Hưng n Hồ bình Hồng Liên Lào cai Lạng sơn Lai châu Nam định Nghệ tĩnh Ninh bình Quảng bình 369 282 293 417 333 262 326 214 317 233 181 287 380 255 204 166 368 190 298 281 222 89 84 84 101 76 89 72 70 74 71 56 83 102 87 74 59 93 72 95 100 73 4,14 3.36 3.48 4,13 4.38 2,94 3.13 3,06 4,28 3,35 3,23 3,45 3.72 2.93 2.76 2.81 3.95 2.64 4,18 2.81 3,04 Móng Mộc châu Thái bình Đại từ Quảng ninh Sơn la Thái bình Thái nguyên 436 278 150 318 83 90 88 85 5.25 3.18 1.70 3,73 Bái thương Vỹnh yên Việt trì Thanh hố Vĩnh phúc Phúc thọ 268 207 285 74 78 89 3,62 2.65 3.20 3/31/2014 Page 63 Tên đài trạm Tỉnh Giờ trung bình năm n 144 Ngày giơng trung bình 73 Đà nẵng Đà nẵng Mơ rắc K 2.25 Đắc lắc 214 94 2.27 Biên hoà Đồng nai - 44 - Cao lãnh Đồng tháp 397 111 3.58 Quy nhơn Bình định 101.25 57 1.77 Bến tre Bến tre - - - Kon tum Gia lai 163 70 2.32 Cần thơ Hau giang 207 90 2.30 Cam ranh Khánh hoà 55 40 1.38 Phú quốc Kiên giang 234.5 107 2.19 Bảo lộc Lâm đồng - 95 - Ca mau Minh hải 256 123 2.08 Tuy hoà Phú yên 77.75 57 1.36 Trà my Quảng Đà 325 131 2.48 Quảng ninh Quảng ngãi 166.75 102 1.63 Phước long Sông bé 261.5 116 2.25 Tây ninh Tây ninh 263.25 105 2.50 A lưới Thừa thiên 489 125 3.91 Phan thiết Thuận hải 154.75 71 2.17 Mỹ tho Tiền giang 309 118 2.62 Tân Sơn Tp HCM 192.5 122 1.57 Càng long Trà vinh 289 135 2.14 Côn đảo Vũng tàu 231 78 2.96 ẢNH HƯỞNG ỞNG CỦA DÔNG SÉT ĐỐI VỚI CÁC HTĐ Sự cố lưới điện 275 - 500 kV (1959 - 1962) Sè m¹ch 3/31/2014 Page 64 Năm khảo sát Số đường dây Tổng chiều dài (km) Số lần cắt điện Tổng số Không phải sét Do sét Tổng số % 79 150 65 1961 1962 96 21387 656 264 392 60 1959 1960 85 8920 356 156 200 56 1961 1962 120 11313 759 277 482 63,5 Năm thống kê 3/31/2014 Page 65 ĐDK 220 Phả lại - Hà đông Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 1 1988 1989 1990 1 1991 1 1992 4 Tổng số năm 38 11 Sự cố lưới điện 500 kV Bắc – Nam (1487 km) Năm khảo sát 3/31/2014 Tổng số lần cố Thời gian tách hệ thống 1994 27 96h32 1995 76 1996 TđL thành công Phân loại cố Vĩn h cửu Thoáng qua Do người Do thiết bị trạm Nhị thứ Chưa xác đinh 3 15 128h 36 53 34 16h40 23 22 4 1997 20 21h48 10 1998 51 49h27 36 35 10 1999 17 5h23 2000 30 43h33 15 15 Page 66 ... ngày dông sét năm) Vùng cực 0 ,1 Châu âu 11 Hoa kỳ 10 -50 Trung phí 15 0 Java 223 Ouganda 243 Việt nam 10 0 Brasil 13 0 Trung Phi 15 0 Mức dông sét (bản đồ dông sét) 3/ 31/ 2 014 Page 48 Mức dông sét (bản... TRUNG BÌNH 3/ 31/ 2 014 Page 44 Tham số 50% 5% kA 4.6 4.6 33 12 35 85 30 250 kA/s 9 .1 10 0.2 24 40 2,4 65 12 5 32 A2s 6,0 .10 3 5,5 10 2 2,5 .10 4 5,5 10 4 6,0 10 3 6,5 10 5 5,5 10 5 5,2 10 4 1, 5 10 7 Charge... kính tầng điện ly Héaviside (6467 km) điện dung tụ điện 4 ? ?12 4.3 ,14 .8,85 .10 C   46 (mF ) 1 1   Rt Rh 6367 .10 6467 .10  3/ 31/ 2 014 Do trái đất tích điện ln ln Khi thời tiết tốt, có điện trường