CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG DÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM Nghiên cứu dông sét và các biện pháp bảo vệ chống sét đã có một lịch sử lâu dài, những hệ thống thiết bị áp dụng những thành tựu tiên tiến, đảm bảo phòng chống sét một cách hữu hiệu, an toàn, đáp ứng được nhu cầu thực tiễn đòi hỏi. Tuy nhiên dông sét là hiện tượng tự nhiên: mật độ, thời gian và cường độ hoạt động mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy trong nghiên cứu chống sét vẫn còn tồn tại một số vấn đề. Hiêṇ tượng dông sét 1.
Nguyên nhân hình thành dông sét * Nguyên nhân hình thành dông sét: Vào thời điểm giao mùa, thường xuyên hơn có sự gặp nhau và cạnh tranh giữa 2 luồng không khí (front) nóng ẩm và lạnh. Vùng giao thoa giữa 2 luồng không khí này chính là nơi xảy ra giông, đây cũng là địa điểm tập trung sét. Vì thế, những nơi xảy ra hiện tượng tập trung giông, sét với mật độ cao trong một thời gian nhất định thực chất là đang có sự hoạt động mạnh mẽ của 2 luồng không khí nóng ẩm và lạnh. Việt Nam là một nước nằm trong vùng nhiệt đới, đất nước trải dài trên nhiều vĩ tuyến, có sự phân tách khí hậu rõ rệt giữa các miền.
Dông là hiện tượng khí quyển liên quan với sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển, nó thường xảy ra vào mùa hè là thời điểm mà sự trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí rất lớn. Những luồng không khí nóng mang theo hơi nước bay lên đến một độ cao nào đấy và nguội dần, lúc đó hơi nước tạo thành những giọt nước nhỏ hay gọi là tinh thể băng chúng tích tụ trong không gian dưới dạng những đám mây. Trái đất càng bị nóng thì không khí nóng càng bay lên cao hơn, mây càng dày hơn đến một lúc nào đó thì các tinh thể băng trong mây sẽ lớn dần và rơi xuống thành mưa. Mây càng dày thì màu của nó càng đen hơn.
Sự va chạm của các luồng khí nóng đi lên và các tinh thể băng đi xuống trong đám mây sẽ làm xuất hiện các điện tích mà ta gọi là đám mây bị phân cực điện hay đám mây tích điện. Các phần tử điện tích âm có khối lượng lớn nên nằm dưới đáy đám mây còn các phần tử điện tích dương nhẹ hơn nên bị đẩy lên phần trên của đám mây. 1 Tieu luan Như vậy trong bản thân đám mây đã hình thành một điện trường cục bộ của một lưỡng cực điện và dưới tác dụng của điện trường cục bộ này các phần tử sẽ di chuyển nhanh hơn, điện tích được tạo ra nhiều hơn và điện trường càng mạnh hơn. Quá trình này tiếp diễn cho đến lúc điện trường đạt giá trị tới hạn và gây ra phóng điện nội bộ trong đám mây mà ta gọi là chớp.
* Quá trình phóng điê ̣n của sét: Sét là một trường hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rất lớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét giống như quá trình xảy ra trong trường không đồng nhất. Khi các lớp mây được tích điện (khoảng 80% số trường hợp phóng điện sét xuống đất diện tích của mây có cực âm tính). Tới mức độ có thể tạo nên cường độ lớn sẽ hình thành dòng phát triển về phía mặt đất.
Giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện tiên đạo và dòng gọi là tia tiên đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần phóng điện đầu tiên khoảng 1,5.107 cm/s, của các lần sau nhanh hơn và đạt tới 2. Tia tiên đạo là môi trường plasma có điện dẫn rất lớn. Đầu tia nối với một trong các trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm này đi vào trong tia tiên đạo và phân bố có thể xem như gần đều dọc theo chiều dài tia.
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 tuỳ thuộc vào tình hình dẫn điện của đất. Nếu vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm này nằm ngay ở phía dưới đầu tia tiên đạo. Trường hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong đất sẽ tập trung về nơi có điện dẫn cao. Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đường sức nối liền giữa đầu tia tiên đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đây cường độ trường có trị số lớn nhất và như vậy là địa điểm sét đánh trên mặt đất đã được định sẵn.
Tính chất chọn lọc của phóng điện đã được vận dụng trong việc bảo vệ trống sét đánh thẳng cho công trình. * Các thông số chính của sét: Tham số chủ yếu của phóng điện sét là dòng điện sét. Hiện nay đã tích luỹ được khá nhiều số liệu thực nghiệm về tham số này (đo bằng thỏi sắt từ hoặc bằng máy hiện sóng cao áp). 2 Tieu luan Kết quả đo lường cho thấy biên độ dòng điện sét (Is) biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA tới hàng trăm kA và được phân bố theo quy luật thực nghiệm sau: I - is - S 26,1 Vi = 10 60 = e trong đó: - Vi : xác suất xuất hiê ̣n sét có biên đô ̣ dòng điê ̣n ≥ is; Quy luật này cũng được biểu thị trên đường cong ở Hình 1-1 IS a= - Đô ̣ dốc trung bình: Tds (T : đô ̣ dài đầu sóng).
ds Hình 1-1. Biến thiên của dòng điê ̣n sét Xác suất đô ̣ dốc trung bình của dòng điê ̣n sét Hình 1-2. Xác suất đô ̣ dốc trung bình của dòng điê ̣n sét Dạng sóng có đầu sóng xiên góc ở (hình 3) dùng khi quá trình cần xét xảy ra ở đầu sóng hoặc trong các trường hợp mà thời gian diễn biến tương đối ngắn so với độ dài sóng. Trong các trường hợp này sự giảm dòng điện sau trị số cực đại không có ý nghĩa nên khi t > Tds có thể xem dòng điện không thay đổi và bằng trị số biên 3 Tieu luan độ.
Ngược lại khi quá trình xảy ra trong thời gian dài (t >>T ds) như khi tính toán về hiệu ứng dòng điện sét có thể không sét đến giai đoạn đầu sóng và dạng sóng tính toán được chọn theo dạng hàm số mũ (hình 4). Dạng đầu sóng của dòng điê ̣n sét * Cường đô ̣ hoạt đô ̣ng của sét: Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có dông sét hàng năm (Nng.s) hoặc tổng số thời gian kéo dài của dông sét trong năm tính theo thời gian (Ng. Theo số liệu thống kê của nhiều nước, số ngày sét hàng năm ở vùng xích đạo khoảng 100 150 ngày, vùng nhiệt đới từ 75 100 ngày, vùng ôn đới khoảng 30 50 ngày. - Mâ ̣t đô ̣ sét: + Là số lần có sét đánh trên diện tích 1km2 trên mặt đất ứng với 1 ngày sét.
ms 0,1 0,15 + Số lần sét đánh trên diê ̣n tích 1m2 mă ̣t đất trong 1 năm sẽ là: N ms. Dạng sóng theo hàm số mũ 4 Tieu luan 1. Tình hình, diễn biến dông sét tại Viê ̣t Nam Việt Nam là một nước khí hậu nhiệt đới nóng ẩm, hoạt động của dông sét có cường độ mạnh. Thực tế sét đã gây nhiều cản trở đến đời sống, xã hội con người.
Theo đề tài KC-03-07 của Viện Năng lượng, số ngày dông sét trên miền Bắc nước ta thường dao động trong khoảng từ 70÷100 ngày và số lần dông từ 150÷300 lần, vùng dông sét nhiều nhất trên miền Bắc là vùng Tiên Yên - Móng Cái. Tại đây hàng năm có từ 250÷300 lần. Tập trung trong khoảng từ 100÷110 ngày. Tháng nhiều dông nhất là các tháng 7, 8 có tới 25 ngày/tháng.
Nơi ít dông nhất miền Bắc là vùng Quảng Bình, hàng năm chỉ có khoảng 80 ngày dông. Nhìn chung ở Bắc bộ mùa dông tập trung trong khoảng từ tháng 5 tháng 6, ở phía Tây của Trung Bộ và Bắc Bộ mùa dông tương đối sớm hơn. Bắt đầu vào tháng 4 quá trình diễn biến của mùa dông thường có xê dịch trong khoảng tháng 5, tháng 6 là nhiều nhất. Ở miền Nam cũng khá nhiều dông, hàng năm trung bình quan sát được từ 40-50 ngày (đến 100 ngày tuỳ nơi) khu vực nhiều dông nhất là vùng Đồng bằng Nam Bộ, số ngày dông hàng năm trung bình lên tới 120÷140 ngày (Sài Gòn: 138 ngày, Hà Tiên: 129 ngày).
Ở Bắc Bộ chỉ có khoảng trên dưới 100 ngày. Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4 tháng 9 trừ tháng 11 có số ngày dông trung bình 10 ngày/1 tháng. Còn suốt 6 tháng từ tháng 5÷11 mỗi tháng đều quan sát được trung bình từ 15÷20 ngày dông. Ở Tây Nguyên, trong mùa đông thường chỉ 2-3 tháng số ngày dông đạt tới 1÷5 ngày.
Đó là các tháng 4, 5, 9. Tháng cực đại (tháng 5) trung bình quan sát được chừng 15 ngày dông. Qua khảo sát số liệu ở trên ta thấy rằng tình hình dông sét trên 3 miền khác nhau nhưng có những vùng lân cận nhau, mật độ dông sét tương đối giống nhau. Để tổng kết tình hình dông sét ở Việt Nam một cách hệ thống qua kết quả nghiên cứu của đề tài KC-03-07 người ta đã lập được bản đồ phân vùng dông trong đó nêu rõ toàn thể lãnh thổ Việt Nam có thể phân thành 5 vùng 147 khu vực.
Ảnh hưởng của dông sét đến hê ̣ thống điêṇ Viêṭ Nam Đường dây truyền tải là phần tử chính trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng. Công suất phụ tải tăng mạnh, kèm theo đòi hỏi ngày một cao về mặt chất lượng điện năng thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của hệ thống điện. Đặc trưng của hệ thống điện là dàn trải trong một không gian rộng lớn nên thường có nhiều sự cố xảy ra đối với chúng, nhất là những phần tử ngoài trời như đường dây truyền tải. Khi thiết kê đường dây truyền tải thì để đảm bảo sự an toàn của hệ thống, độ tin cậy 5 Tieu luan cung cấp điện phải đảm bảo sao cho xác suất xảy ra sự cố là thấp nhất đảm bảo các tiêu chí về kinh tế - kỹ thuật.
Sự cố hay xảy ra nhất đối với những đường dây truyền tải điện ngoài trời là do sét đánh. Khi sét đánh thường dẫn đến việc cung cấp và truyền tải điện năng không đảm bảo cũng như gây ra thiệt hại về kinh tế - xã hội và tính mạng con người.