1 CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1.1 TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Thiệt hại do sét gây ra trong thực tế là rất lớn, gây ra hư hỏng công trình, lưới điện và các thiết bò dùng điện. Trên thế giới nhiều nhà sản xuất thiết bò chống sét đã chế tạo các thiết bò chống sét ngày càng hiện đại và có khả năng chống sét cao. Tuy nhiên, việc thiết kế các hệ thống chống sét còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: cấu trúc, kích thước, đặc điểm, môi trường xung quanh,… Vì vậy, việc đánh giá các rủi ro do sét gây ra giúp người thiết kế có thể đưa ra các phương pháp bảo vệ hiệu quả nhằm giảm những thiệt hại ở mức tối thiểu và quản lý được việc đầu tư các thiết bò chống sét hợp lý. Cho đến nay việc đánh giá rủi ro và xác đònh các mức bảo vệ chống sét ở Việt Nam hầu như còn bỏ ngõ, sự hổ trợ của các nhà sản xuất, các phần mềm mô phỏng và tài liệu tham khảo rất ít ỏi và hạn chế. Luận văn đi sâu vào lónh vực đánh giá rủi ro và xác đònh các mức bảo vệ chống sét cần thiết với các trường hợp cụ thể. 1.1 NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN 1. Nghiên cứu các rủi ro do sét gây ra. 2. Quản lý và đánh giá các thành phần rủi ro cho công trình và dòch vụ. 3. Xác đònh các mức bảo vệ chống sét. 4. Xây dựng chương trình tính toán các mức rủi ro và xác định mức bảo vệ chống sét cần thiết. 1.2 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1. Nghiên cứu các rủi ro do sét gây ra và xác đònh các mức bảo vệ chống sét. 2. Nghiên cứu thuật tốn đánh giá rủi ro. 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, các bài báo và Internet. 2. Phân tích, tổng hợp. 1.4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH 2 1. Thu thập – nghiên cứu chọn lọc tài liệu liên quan. 2. Nghiên cứu các thông số rủi ro do sét gây ra và các phương pháp tính toán các thông số rủi ro. 3. Xây dựng chương trình tính toán mức rủi ro. 4. Đánh giá mức bảo vệ cần thiết. 1.5 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN 1. Tính toán các thông số rủi ro ảnh hưởng tới việc thiết kế hệ thống sét. 2. Xây dựng chương trình tính toán mức rủi ro do sét cho công trình. 1.6 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Các giá trò cụ thể của đề tài có thể được đơn cử như sau:  Xác đònh được các thông số rủi ro do sét gây ra cho các công trình xây dựng, dòch vụ giúp việc thiết kế chính xác hơn và xác đònh được chi phí đầu tư hợp lý hơn.  Kết quả đề tài có thể phục vụ cho việc đánh giá rủi ro do sét gây ra cho công trình và các dòch vụ trong công trình, hỗ trợ cho việc nghiên cứu các ảnh hưởng của sét tại Việt Nam.  Tài liệu và kết quả nghiên cứu có thể được để phục vụ nghiên cứu ở mức cao hơn. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN Việt Nam là một nước thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, mưa nhiều, cường độ hoạt động dông sét rất mạnh. Thực tế, sét đã gây nhiều tác hại đến đời sống sinh hoạt và tính mạng của con người, gây hư hỏng thiết bò, công trình và là một trong những tác nhân gây sự cố trong vận hành hệ thống điện và hoạt động của nhiều ngành khác. Để đánh giá rủi ro do sét gây ra cho công trình và dòch vụ một cách hiệu quả, trước hết phải nghiên cứu quá trình phóng điện của sét, phân bố sét. 2.1 Quá trình phóng điện của sét 3 Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây mang điện tích trái dấu với nhau. Trước khi có sự phóng điện của sét đã có sự phân chia và tích lũy rất mạnh điện tích trong các đám mây. Thực tế sự hình thành các cơn dông luôn gắn liền với sự xuất hiện của những luồng không khí khổng lồ từ mặt đất bốc lên. Các luồng không khí này được tạo thành do sự đốt nóng mặt đất bởi ánh sáng mặt trời, đặc biệt ở các vùng cao (dông nhiệt), hoặc do sự gặp nhau của những luồng không khí nóng ẩm với không khí lạnh (dông Front). Sau khi đã đạt được một độ cao nhất đònh (khoảng vài Km trở lên - vùng nhiệt độ ẩm) luồng không khí ẩm này bò lạnh đi, hơi nước ngưng tụ thành những giọt nhỏ li ti - hay các tinh thể băng và chúng tạo thành các đám mây dông. Qua nhiều lần đo đạt thực nghiệm, người ta thấy rằng khoảng 80 ÷ 90% phần dưới các đám mây dông chủ yếu chứa điện tích âm, do đó cảm ứng trên mặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ. Hình 2.1 - Sự phân bố điện tích giữa các đám mây và đất Hình 2.1 chỉ rõ sự phân bố điện tích trong một đám mây và trên mặt đất. Khi phần dưới của mây mang điện tích âm bò hút về phía mây mang điện dương trên mặt đất, vật nào trên mặt đất càng cao thì khoảng cách giữa vật và mây càng nhỏ và lớp không khí ngăn cách các điện tích trái dấu càng mỏng. Ở những nơi này sét dễ đánh xuống đất. Khi đến gần nhà cao, cây cao thì mây dông mang 4 điện tích âm hút các điện tích dương, làm cho chúng tập trung lại ở điểm cao nhất: trên mái nhà, ngọn cây (hiệu ứng mũi nhọn). Nếu điện tích mây lớn thì trên mái nhà (ngọn cây ) cũng tập trung một điện tích lớn, đến một mức độ nào đó độ lớn của các điện tích trái dấu nói trên sẽ tạo nên một sự chênh lệch điện thế để đánh thủng lớp không khí ngăn cách nó với mặt đất (ở mặt đất trò số này là 25 ÷ 30 kV/cm), lúc này xảy ra hiện tượng phóng điện giữa đám mây dông và mặt đất (Hình 2.2). Hình 2.2 - Sự phát sinh của sét trong đám mây dông Sét thực chất là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách phóng điện rất lớn. Chiều dài trung bình của kênh sét khoảng 3 ÷ 5 Km. Phần lớn chiều dài đó phát triển trong các đám mây dông. Quá trình phóng điện của sét tương tự quá trình phóng điện tia lửa trong điện trường rất không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn. 2.2 Phân bố sét tại Việt Nam Việt Nam nằm ở vùng Đông Nam Á, đòa hình lãnh thổ trải dài theo biển Đông từ vó độ 23 0 30 đến 8 0 . Khí hậu Việt Nam chòu ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắc, rất thuận lợi cho sự phát sinh, phát triển của dông sét. Qua thống kê, số ngày có dông ở Việt Nam trên nhiều khu vực thuộc loại khá lớn (số ngày dông cực đại là 113.7 ngày tại Đồng Phú, số giờ dông cực đại là 433.18 giờ tại Mộc Hóa). 5 Do ảnh hưởng của chế độ gió mùa nên sự phát triển của dông hàng năm cũng hình thành theo mùa. Mùa dông trùng với thời kỳ phát triển của gió mùa mùa hè, còn gió mùa mùa đông thì dông rất ít thậm chí có nơi hầu như không có. Phân bố của dông trên lãnh thổ không đều. Các vùng biển và ven biển ít dông, đặc biệt ven biển Nam Trung Bộ. Các vùng ở sâu trong đất liền dông phát triển nhiều hơn. Một số khu vực hình thành các “Trung tâm dông”, đặc biệt ở phần tây bắc Nam Bộ. Từ bản đồ “Phân bố số ngày dông trên lãnh thổ Việt Nam” thể hiện hình ảnh cụ thể về phân bố dông hàng năm trên các vùng đất nước. Qua bản đồ này có thể rút ra một số nhận xét sau: − Hình thành một xu thế tăng dần số ngày dông hàng năm từ biển vào đất liền khá rõ nét. Ven biển Trung bộ là khu vực có số ngày dông thấp nhất, đặc biệt Nam Trung bộ khoảng từ 10 ÷ 20 ngày dông/năm, các tháng vào mùa đông không có dông, tháng nhiều nhất cũng chỉ 3 ÷ 5 ngày. − Trên phạm vi cả nước hình thành nhiều khu vực dông phát triển khá mạnh như: Tây Ninh – Mộc Hóa, bắc Tây Nguyên, nam Tây Nguyên, Hồi Xuân - Sông Mã, Bắc Quang. Tây Ninh – Mộc Hóa là khu vực có số ngày dông cao nhất cả nước, đạt tới 100 ÷ 110 ngày dông/năm, các khu vực khác đạt từ 70 ÷ 90 ngày dông/năm. − Các khu vực nhiều dông không trùng với các trung tâm mưa thậm chí còn ngược lại. Khu vực nhiều dông Sông Mã – Cò Nồi lại là khu vực ít mưa thuộc Tây Bắc. Khu vực Tây Ninh – Mộc Hóa nhiều dông nhất nhưng lượng mưa chỉ thuộc loại trung bình của khu vực này. Ở một số nơi như Bắc Quang, bắc Tây Nguyên có sự trùng hợp giữa hai yếu tố dông và mưa.Từ các số liệu về ngày dông, giờ dông, số lần sét đánh trong khu vực, ngày giờ xuất hiện và kết thúc dông trong năm, toàn bộ lãnh thổ Việt Nam có thể chia thành năm khu vực chính: − Khu vực đồng bằng ven biển miền Bắc; 6 − Khu vực miền núi trung du miền Bắc; − Khu vực miền núi trung du miền Trung; − Khu vực ven biển miền Trung; − Khu vực đồng bằng miền Nam. Do giới hạn của đề tài, dưới đây trình bày cụ thể đặc điểm đòa hình và khí tượng của khu vực đồng bằng miền Nam và khu vực TP HCM. Khu vực đồng bằng miền Nam có các đặc điểm sau: − Vó độ : 10 0 50’ – 8 0 65’ − Kinh độ : 103 0 97’ – 111 0 92’ − Số ngày dông trong năm : 60.1 ngày dông/năm − Số giờ dông trong năm : 126.21 giờ dông/năm − Mật độ sét trong năm : 5.37 lần/km2/năm − Số tháng dông cực đại : 5.9 tháng Đây là khu vực có số ngày dông lớn (gần bằng khu vực miền núi trung du miền Bắc: 61.6 ngày dông/năm). Tuy nhiên, giờ dông trong ngày dông thường ngắn hơn. Mùa dông chủ yếu tập trung vào thời gian từ tháng 05 đến tháng 10, mạnh nhất vào tháng 05 sau đó giảm dần đến tháng 08, tháng 09 lại tăng cường trở lại. Thời gian dông kéo dài trung bình là 2.1 giờ dông trong một ngày dông. Thành phố Hồ Chí Minh có sự phân bố dông như khu vực đồng bằng miền Nam và có các đặc điểm đòa hình khí tượng như sau: − Cao độ: 11m, Vó độ: 10 0 40’, Kinh độ : 106 0 40’ − Điện trở suất của đất : 200 Ωm − Số ngày dông trong năm : 67.5 ngày/năm − Số ngày mưa trong năm : 151 ngày/năm − Lượng mưa trong năm : 177 mm − Độ ẩm tương đối : 82% − Nhiệt độ trung bình hàng năm : 27 0 C − Hướng gió chính vào mùa mưa : Tây-Nam. 7 Hình 2.3 - Bản đồ phân bố số ngày dông trên lãnh thổ Việt Nam CHƯƠNG 3 8 NGHIÊN CỨU CÁC RỦI RO DO SÉT GÂY RA Nội dung của chương này, tập trung đánh giá rủi ro cho công trình hay cho dòch vụ do sét đánh gây ra để có thể cung cấp phương thức xác đònh rủi ro này. Khi vượt giá trò cho phép đối với rủi ro được chọn, phương thức xác đònh trên cho phép ta chọn phương pháp bảo vệ phù hợp nhằm làm giảm rủi ro xuống dưới giá trò ngưỡng cho phép. Để có thể xác đònh được các rủi ro, trong chương này người viết đề cập đến những vấn đề sau: - Các mức độ nguy hiểm và thiệt hại do sét: o Nguồn gây nguy hiểm (trực tiếp, gián tiếp,…) o Loại nguy hiểm (liên quan đến vật sống, thiệt hại vật lý,…) o Loại thiệt hại (cuộc sống con người, kinh tế, dòch vụ công cộng, di sản văn hóa) - Xác đònh các rủi ro và những thành phần rủi ro, từ đó xác đònh được rủi ro tổng theo công thức: XXX LNPR = Trong đó: X : Các loại rủi ro. (X = A,B,…) R: Rủi ro cần đánh giá. N: Số sự kiện nguy hiểm. P X : Xác xuất nguy hiểm (phụ thuộc vào vò trí sét đánh vào). L X : Hậu quả của các loại thiệt hại. Ghi chú:  Ứng với mỗi loại thiệt hại (L1-L4) thì sẽ ứng với một giá trò rủi ro (R1-R4).  Giá trò rủi ro (R1-R4) bằng tổng của các rủi ro khác nhau R X . Đồng thời, để có thể đánh giá được các rủi ro một cách tổng quát, người thực hiện sắp xếp các rủi ro theo sơ đồ hình cây như sau: 9 Hình 3.1 – Sơ đồ hình cây các rủi ro do sét đánh có thể gây ra. 3.1 KHÁI NIỆM VỀ RỦI RO Rủi ro (R) là giá trò trung bình sự thiệt hại hằng năm do phóng điện từ sét gây ra (xác suất sự thiệt hại xuất hiện trong suốt một năm). 3.2 MỨC ĐỘ NGUY HIỂM VÀ THIỆT HẠI DO SÉT 3.2.1 Các nguồn nguy hiểm do sét gây ra Dòng sét là nguồn nguy hiểm đầu tiên. Nguy hiểm tiếp theo những dòng sét này tùy theo vò trí sét đánh vào như ở Bảng 3.1. Bảng 3.1 - Những vò trí nguy hiểm, mức độ nguy hiểm và các mức độ thiệt hại tùy theo những vò trí mà sét đánh vào Công trình Dòch vụ Vò trí sét đánh vào Nguồn nguy hiểm Loại nguy hiểm Loại thiệt hại Loại nguy hiểm Loại thiệt hại 10 S1 D1 D2 D3 L1, L4 (2) L1, L2, L3, L4 L1 (1) , L2, L4 D2 D3 L.2, L.4 L.2, L.4 S2 D3 L1 (1) , L2, L4 S3 D1 D2 D3 L1, L4 (2) L1, L2, L3, L4 L1 (1) , L2, L4 D2 D3 L.2, L.4 L.2, L.4 S4 D3 L1 (1) , L2, L4 D3 L.2, L.4 (1) Những công trình có rủi ro do nổ, ở các bệnh viện hoặc những công trình mà có sự cố bên trong hệ thống gây nguy hiểm tức thời đến cuộc sống con người. (2) Những nơi vật nuôi có thể bò thiệt hại. Trong đó: S1 là vò trí sét đánh vào công trình; S2: Vò trí sét đánh gần công trình; S3: Vò trí sét đánh vào dòch vụ công trình; S4: Vò trí sét đánh gần dòch vụ công trình; D1: Gây tổn hại đến vật sống; D2: Gây hư hỏng về mặt vật lý; D3: Gây nguy hiểm hệ thống điện và điện tử; L1: Thiệt hại đến cuộc sống của con người; L2: Thiệt hại đến dòch vụ trong công trình; L3: Thiệt hại di sản văn hóa; L4: Thiệt hại về giá trò kinh tế (công trình, kết cấu công trình, dòch vụ và sự hoạt động của chúng); L.2: Thiệt hại dòch vụ nối tới công cộng; L.4: Thiệt hại về giá trò kinh tế (dòch vụ hoặc những hoạt động của dòch vụ). 3.2.2 Các loại nguy hiểm Các loại nguy hiểm do sét gây ra phụ thuộc vào đặc tính của những nơi cần bảo vệ. Một vài đặc tính quan trọng như: kiểu xây dựng, kết cấu công trình, công dụng của công trình, loại dòch vụ của công trình và các phương pháp bảo vệ. Để đánh giá rủi ro cần phân biệt 3 loại nguy hiểm có thể xuất hiện khi sét đánh như trình bày ở trong Bảng 3.1 và Bảng 3.2. Bảng 3.2 - Loại nguy hiểm và thiệt hại đến rủi ro trong công trình [...]... xét Trong một công trình các loại rủi ro sau sẽ được xem xét: Rủi ro gây thiệt hại cuộc sống của con người (R1); rủi ro gây thiệt hại dòch vụ công cộng (R2); rủi ro gây thiệt hại di sản văn hóa (R3); rủi ro gây thiệt hại giá trò kinh tế (R4) Trong một dòch vụ các loại rủi ro sau sẽ được xem xét: Rủi ro gây thiệt hại dòch vụ công cộng (R.2); rủi ro gây thiệt hại giá trò kinh tế (R.4) Để đánh giá rủi ro. .. số để đánh giá những thành phần rủi ro được cho ở Bảng 3.7 3.8.3 Đánh giá những thành phần rủi ro do sét đánh gần công trình (S2) Xác đònh thành phần rủi ro liên quan đến sét đánh gần công trình: - Thành phần rủi ro liên quan đến lỗi của hệ thống bên trong (D3) RM = NM x PM x LM (3.24) Các thông số để đánh giá những thành phần rủi ro cho ở Bảng 3.8 3.8.4 Đánh giá các thành phần rủi ro do sét đánh tới... Ngưỡng giá trò rủi ro Đó là giá trò rủi ro có thể chấp nhận được Những giá trò rủi ro có thể chấp nhận được RT phụ thuộc vào loại thiệt hại do sét đánh có thể ảnh hưởng tới cuộc sống của con người, gây thiệt hại xã hội, những giá trò văn hóa được cho trong Bảng 3.7 Bảng 3.7 - Những giá trò tiêu biểu cho ngưỡng rủi ro RT Loại thiệt hại Tổn hại đến mạng sống con người hay thương tật vónh viễn Thiệt hại. .. (S3) Để đánh giá những thành phần rủi ro do sét đánh tới dòch vụ, dựa vào các biểu thức sau: - Thành phần rủi ro liên quan đến thiệt hại về mặt vật lý (D2) R.V = NL x P.V x L.V (3.32) - Thành phần rủi ro liên quan đến lỗi của hệ thống bên trong (D3) R.W = NL x P.W x L.W (3.33) Các thông số để đánh giá những thành phần rủi ro này được cho trong Bảng 3.10 3.10.3 Đánh giá thành phần rủi ro do sét đánh gần... Thành phần rủi ro được xem xét tùy theo loại thiệt hại trong một dòch vụ Nguồn nguy hiểm Thành phần rủi ro Rủi ro cho mỗi loại Sét đánh ngay dòch vụ S3 R.V R.W Sét đánh gần dòch vụ S4 R.Z Sét đánh ngay công trình S1 R.B R.C 17 thiệt hại R.2 R.4 * * * * * * * * * * 3.5.1 Tổng hợp những thành phần rủi ro ứng với nguồn nguy hiểm R = R.D + R.I (3.14) Trong đó: R.D là thành phần rủi ro do sét đánh vào dòch... hợp nhất 3.9 ĐÁNH GIÁ NHỮNG THÀNH PHẦN RỦI RO TRONG MỘT CÔNG TRÌNH VỚI VÙNG ZS Những qui tắc để đánh giá thành phần rủi ro phụ thuộc vào loại rủi ro 3.9.1 Rủi ro R1, R2, R3 - Công trình trong vùng đơn Trong trường hợp chỉ có một vùng ZS tạo nên toàn bộ công trình thì được đònh nghóa trong mục 3.8.7 Rủi ro R là tổng các thành phần rủi ro RX trong công trình Để đánh giá những thành phần rủi ro và lựa chọn... • Các mức độ thiệt hại L1, L2, L3, L4 xem Bảng 3.1 Trong đó: Các mức độ thiệt hại L1, L2, L3, L4 liên quan đến công trình 12 • Các mức độ thiệt hại L.2, L.4 liên quan đến dòch vụ Trong đó: L.2 là sự thiệt hại tới dòch vụ công cộng; L.4 là sự thiệt hại về giá trò kinh tế 3.3 RỦI RO VÀ NHỮNG THÀNH PHẦN RỦI RO 3.3.1 Rủi ro Mỗi loại rủi ro gây thiệt hại xuất hiện trong một công trình hoặc trong một dòch... những thành phần rủi ro ứng với nguồn thiệt hại R = R D + RI (3.5) 16 Trong đó: RD là thành phần rủi ro do sét đánh vào công trình (nguồn thiệt hại S1); RI là thành phần rủi ro do ảnh hưởng của sét nhưng không đánh vào công trình (nguồn thiệt hại: S2, S3 và S4) RD = RA + RB +RC (3.6) RI = RM + RU + RV + RW + RZ (3.7) Những thành phần rủi ro và tổng hợp của các thành phần rủi ro được cho trong Bảng 3.9... loại thiệt hại cho đối tượng và tương ứng với từng loại thiệt hại (R1 đến R4); • Đánh giá rủi ro R cho mỗi mức độ rủi ro (R 1 đến R4) ;Đánh giá sự cần thiết bảo vệ khi so sánh rủi ro R1, R2 và R3 cho một công trình (R.2 cho một dòch vụ) với rủi ro chấp nhận được RT; 20 • Đánh giá chi phí cho sự bảo vệ khi so sánh tổng chi phí thiệt hại khi không có các phương pháp bảo vệ Trong trường hợp này sự đánh giá. .. hạn tổng số thiệt hại 3.8.2 Đánh giá những thành phần rủi ro do sét đánh vào công trình (S1) Xác đònh thành phần rủi ro liên quan đến sét đánh ngay công trình: - Thành phần rủi ro liên quan tới tổn thương vật sống (D1) 22 RA = ND x PA x LA (3.21) - Thành phần rủi ro liên quan đến thiệt hại về mặt vật lý (D2) RB = ND x PB x LB (3.22) - Thành phần rủi ro liên quan đến lỗi của hệ thống bên trong (D3) RC . loại rủi ro sau sẽ được xem xét: Rủi ro gây thiệt hại cuộc sống của con người (R 1 ); rủi ro gây thiệt hại dòch vụ công cộng (R 2 ); rủi ro gây thiệt hại di sản văn hóa (R 3 ); rủi ro gây thiệt. hại giá trò kinh tế (R 4 ). Trong một dòch vụ các loại rủi ro sau sẽ được xem xét: Rủi ro gây thiệt hại dòch vụ công cộng (R. 2 ); rủi ro gây thiệt hại giá trò kinh tế (R. 4 ). Để đánh giá rủi. sự thiệt hại về giá trò kinh tế. 3.3 RỦI RO VÀ NHỮNG THÀNH PHẦN RỦI RO 3.3.1 Rủi ro Mỗi loại rủi ro gây thiệt hại xuất hiện trong một công trình hoặc trong một dòch vụ sẽ được xem xét. Trong