CHƯƠNG I: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Việc nghiên cứu dông sét và các biện pháp chống sét đã có lịch sử lâu dài cùng với sự phát triển của ngành điện. Ngày nay người ta đã tìm được các phương pháp những hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng chống sét đánh. Sét là một hiện tượng tự nhiên, mật độ, thời gian phóng điện, biên độ dốc của sét không thể dự đoán trước nên nghiên cứu chống sét là việc quan trọng, đặc biệt là ngành điện.1 Hiện tượng dông sét a. Kiến thức phổ thông về dông, sét Dông sét là một hiện tượng của thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khi khoảng cách giữa các điện cực khác lớn (trung bình khoảng 5km).
Hiện tượng phóng điện của dông sét gồm hai loại chính đó là phóng điện giữa các đám mây tích điện và giữa các đám mây tích điện với mặt đất. Trong phạm vi đồ án này ta chỉ nghiên cứu phóng điện giữa các đám mây tích điện với mặt đất (phóng điện mây - đất). Với hiện tượng phóng điện này gây nhiều trở ngại cho đời sống con người. Các đám mây được tích điện với mật độ điện tích lớn, có thể tạo ra cường độ điện trường lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất.
Giai đoạn này là giai đoạn phóng điện tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên tạo của lần phóng điện đầu tiên là khoảng 1,5.107 cm/s, các lần phóng điện sau thì tốc độ tăng lên khoảng 2. Tia tiên đạo là môi trường Plasma có điện tích lớn. Đầu tia được nối một trong các trung tâm điện tích của đám mây nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo.
Phần điện tích này được phân bố khá đều dọc theo chiều dài tia xuống mặt đất. Dưới tác dụng của điện trường của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác dấu trên mặt đất mà địa điểm tập kết tùy thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì điểm này nằm ngay phía dưới đầu tiên đạo. Còn vùng đất có 3 điện dẫn không đồng nhất (có nhiều nơi có điện dẫn khác nhau) thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao.
Quá trình phóng điện sẽ dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn. Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo vơi nơi tập trung điện tích trên mặt đất và như vậy địa điểm sét đánh trên mặt đất được định sẵn. Tia tiên đạo Hình thành khu vực ion Địa điểm phụ hóa mãnh liệt thuôc điện trở suất Hoàn thành Dòng của phóng phóng điện điện ngươc sét Hình 1.1 Các giai đoạn phát triển của dòng điện sét Do vây đệ định hướng cho các phóng điện sét thì ta phải tạo ra nơi có mật độ tập trung điện tích lớn. Nên việc bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình dựa trên tính chọn lọc này của phóng điện sét.
Nếu tốc độ phát triển của phóng điện ngược là và mật độ điện trường trong tia tiên đạo là thì trong một đơn vị thời gian thì điện tích đi và trong đất sẽ là: Công thức này tính toán cho trường hợp sét đánh vào nơi có nối đất tốt (có trị số điện trở nhỏ không đáng kể). Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét, dòng điện này có biên độ và độ dốc phân bố theo hàng biến thiên trong phạm vi rộng (từ vài kA đến vài trăm kA) dạng 4 sóng của dòng điện sét là dạng sóng xung kích, chỗ tăng vọt của sét ứng với giai đoạn phóng điện ngược. Khi sét đánh thẳng vào thiết bị phân phối trong trạm sẽ gây quá điện áp khí quyển và gây hậu quả nghiêm trọng như đã trình bày ở trên. Diễn biến dông ở nước ta Việt Nam là một trong những nước khi hậu nhiệt đới, có cường độ dông sét khá mạch.
Theo tài liệu thống kê cho thấy trên mỗi miền đất nước Việt Nam có một đặc điểm dông sét khác nhau: + Ở miền Bắc số ngày dông sét dao động từ ngày trong một năm và số lần dông từ lần như vậy trung bình một ngày có thể xảy ra từ cơn dông. Vùng có dông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực Móng Cái, Tiên Yên (Quảng Ninh) hàng năm có từ ngày dông sét, tháng nhiều dông nhất là tháng 7, tháng 8. + Một số vùng có địa hình chuyển chuyển tiếp như giữa các vùng núi và vùng đồng bằng số lần dông cũng đến 200 lần sét/năm. Với số ngày giông khoảng 100 ngày/năm.
Nơi ít dông nhất là Quảng Bình hàng năm chỉ có 80 ngày dông. Xét về diễn biến mùa dông trong năm, mùa dông hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng. Nói chung ở miền Bắc dông tập trung tư tháng , ở phía Tây Bắc dông tập trung từ tháng trong năm. + Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía Bắc đến Quảng Nam là khu vực tương đối nhiều dông trong tháng số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày/tháng.
Tháng có nhiều dông nhất là tháng 5, có thể có từ ngày. Những tháng đầu mùa và cuối mùa chỉ gặp ngày/tháng. Từ Bình Định trở vào là khu vực ít dông nhất thường chỉ có vào tháng5, số ngày có dông xấp xỉ 10 ngày (Tuy Hòa 10 ngày, Nha Trang 8 ngày, Phan Thiết 13 ngày), còn các tháng khác của mùa dông chỉ quan sát được từ ngày dông. + Miền Nam khu vực nhiều dông nhất ở đồng bằng Nam Bộ từ ngày/năm, như ở thàng phố Hồ Chí Minh 138 ngày/năm, Hà Tiên 129 ngày/năm.
Mùa dông ở miền Nam dài hơn mùa dông ở miền Bắc đó là từ tháng 4 đến tháng 11 trừ tháng đầu mùa (tháng 4) và tháng cuối mùa (tháng 11) có số ngày dông sét quan sát được trung bình từ ngày/tháng, tháng 5 là tháng nhiều dông nhất trung bình gặp trên 20 ngày/tháng như ở thành phố Hồ Chí Minh 22 ngày, Hà Tiên 23 ngày. + Ở khu vực Tây Nguyên mùa dông ngắn hơn và số lần dông cũng ít hơn tháng nhiều dông nhất là tháng 5 cũng chỉ quan sát được khoảng 15 ngày dông ở Bắc Tây 5 Nguyên, ở Nam Tây Nguyên, Kom Tum 14 ngày, Đà Lạt 10 ngày, Plâycu 17 ngày. Như vậy ta thấy Việt Nam là nước phải chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét, đây là điều kiện bất lợi cho hệ thống điện Việt Nam, đòi hỏi ngành điện phải đầu tư nhiều vào các thiết bị chống sét. Đặc biệt hơn nữa nó đòi hỏi các nhà thiết kế phải chú trọng khi tính toán thiết kế các công trình điện sao cho hệ thống điện vận hành kinh tế, hiểu quả đảm bảo cung cấp điện liên tục và tin cậy.2 Ảnh hưởng của dông sét đến hệ thống điện Biên độ của dòng điện sét có thể đạt tới hàng trăm kA, đây là nguồn sinh nhiệt vô cùng lớn khi dòng điện sét đi qua vật nào đó.
Thực tế đã có dây tiếp địa do phần nối đất không tốt, khi bị dòng điện sét tác dụng đã bị nóng chảy và đứt, thậm chí có những cách điện bằng sứ khi bị dòng điện sét tác động đã bị vỡ và chảy ra như nhũ thạch, phóng điện sét còn kèm theo di chuyển trong không gian lượng điện tích lớn, do đó tạo ra điện từ trường rất mạnh, đây là nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, ảnh hưởng của nó rất rộng, ở cả các nơi cách xa hàng trăm km. Khi sét đánh vào đường dây hoặc xuống mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền theo dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị phá hỏng sẽ gây lên ngắn mạch pha - đất hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị đầu đường dây phải làm việc. Với những đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định cho hệ thống, nếu hệ thống tự động ở các nhà máy điện làm việc không nhanh có thê dẫn đến rã lưới.
Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây điện vào trạm biến áp hoặc sét đánh thẳng vào nhà máy đều gây 6 nên phóng điện trên cách điện của trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với việc ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác, khi có phóng điện sét vào trạm biến áp, nếu chống sét van ở đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn. Qua đó ta thấy sự cố do sét đánh gây hậu quả rất lớn, nó chiếm chủ yếu trong sự cố lưới điện, vì vậy việc tính toán thiết kế lắp đặt các thiết bị chống sét rất quan trọng, nếu tính toán chính xác lắp đặt đủ các thiết bị chống sét sẽ tạo ra hệ thống vận hành an toàn và hiểu quả, tránh được những hậu quả xấu do sét gây ra, từ đó đảm bảo việc cung cấp điện liên tục cho các hộ tiêu thụ.3 Vấn đề chống sét Hệ thống điện chịu nhiều ảnh hưởng của dông sét nên đòi hỏi phải có thiết bị chống sét. Để bảo vệ chống sét cho hệ thống điện người ta sử dụng các cột thu lôi và dây chống sét.
Yêu cầu của việc chống sét là toàn bộ công trình được bảo vể cần phải nằm trong vùng bảo vệ của hệ thống thu sét, hệ thống này có thể nằm ngay trên kết cấu công trình hay đặt cách ly tùy thuộc hoàn cảnh và điều kiện cụ thể. Song song với việc chọn lựa hệ thống thu sét còn lưu ý đến vấn đề nối đất chống sét và nối đất bảo vệ. Phương pháp được chọn phải có hiểu quả chống sét cao, chi phía đầu tư xây dựng ít nhất và yếu tố mỹ quan cũng cần được xem xét. Do đó việc đầu tư nghiên cứ chống sét đúng mức rất quan trọng nhằm giảm thiệt hại do dông sét gây ra, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong vận hành điện.
7 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO TRẠM BIẾN ÁP 220KV CAO BẰNG 2.