ĐẶT VẤN ĐỀ giới hạn nhất định thì dù có tăng thêm chiều dài điện cực nối đất thì điện áp quá độ trên điện cực nối đất vẫn không giảm. Điều này gây ra sự lãng phí khi thiết kế, thi công các điện cực nối đất. Từ đó đặt ra yêu cầu tìm ra chiều dài hiệu quả để từ đó có thể giảm lãng phí khi thiết kế các điện cực nối đất. 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.
Tìm hiểu về hiện tƣợng phóng điện sét Sét có bản chất là sự phóng tia lửa điện trong không khí với khoảng cách rất lớn. Quá trình phóng điện sét trong không khí có bản chất tương tự như quá trình phóng tia lửa điện trong điện trường rất không đồng nhất. Điện trường gây ra phóng điện được tạo ra bởi các khối điện tích lớn, tập trung trong các đám mây và giữa các đám mây với nhau. Trên thực tế, người ta chỉ quan tâm đến quá trình phóng điện giữa các mây dông và mặt đất vì quá trình này gây ra thiệt hại lớn đến tính mạng, tài sản của con người.
Các nghiên cứu về sét: Phóng điện sét tạo ra lượng năng lượng cực lớn gây thiệt hại đến tính mạng và tài sản của con người. Vì vậy, con người luôn muốn tìm ra các biện pháp để làm giảm thiệt hại do sét gây ra. Hiện nay, dù trình độ khoa học đã phát triển nhưng con người vẫn chưa thể thu được năng lượng từ sét và sử dụng. Các nghiên cứu hiện nay mới chỉ tập trung vào việc thu được sét và tản dòng sét sao cho nhanh, hiệu quả, ít gây nguy hiểm lên con người và máy móc thiết bị.
Với mong muốn giảm thiệt hại dòng sét con người đã tạo ra hệ thống chống sét. Hệ thống chống sét bao gồm nhiều thành phần như: Hệ thống kim thu sét Hệ thống dẫn dòng sét Hệ thống nối đất Hệ thống chống sét lan truyền … Trong đó hệ thống nối đất là hệ thống quan trọng có nhiệm vụ tản dòng sét vào đất. Khi hệ thống nối đất hoạt động hiệu quả sẽ làm giảm điện áp quá độ. Điện áp quá độ giảm về mức chịu đựng được của cách điện của thiết bị sẽ không gây ra hư hỏng thiết bị và nguy hiểm đến tính mạng con người.
Các nghiên cứu về hệ thống nối đất: Các nghiên cứu về hệ thống nối đất tập trung vào: 4 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Mô hình hóa dòng sét đầu vào Mô hình hóa đất và cấu trúc hình học của hệ thống nối đất để tính toán các thông số của đất như điện trở, điện dẫn, điện dung, điện cảm của đất và điện cực nối đất. Phương pháp tính để tìm ra các thông số như điện áp quá độ, dòng điện quá độ… Các nghiên cứu về mô hình hóa dòng sét đầu vào dựa trên kết quả thực nghiệm đo đạc được sau đó dùng các hàm toán học để mô tả lại dòng sét được trình bày trong [8] và [9]. Các nghiên cứu về mô hình hóa hệ thống nối đất bắt đầu với công trình quan trọng của Sunde [2]. Trong đó ông đã dùng các phương trình của trường điện từ để giải thích, tính toán các thông số của đất và của thanh như điện trở, điện dẫn, điện cảm và điện dung.
Công trình này đã đặt nền tảng cho sự phát triển sau này của các nghiên cứu về hệ thống nối đất. Các nghiên cứu về tính toán các thông số quá độ của hệ thống nối đất trước đây được tính bằng phương pháp giải tích. Phương pháp giải tích có ưu điểm là chính xác nhưng khi áp dụng cho hệ thống nối đất lớn và phức tạp thì không thể áp dụng được. Khi công nghệ thông tin phát triển, các nghiên cứu về nối đất chuyển sang mô hình hóa trên máy tính.
Các mô hình tính toán điện áp quá độ bao gồm: Mô hình mạch điện Mô hình trường điện từ Mô hình lai Mô hình đường dây truyền tải. Các kết quả tính toán từ các mô hình trên được so sánh với kết quả thực nghiệm [10] để xác định sai số, từ đó cải tiến sao cho mô hình tính toán có thể chính xác hơn. Chiều dài hiệu quả: Trong quá trình tản dòng sét, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng khi tăng chiều dài của điện cực nối đất vượt qua một giới hạn nhất định thì điện áp quá độ tối đa 5 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU không giảm. Lorentzou, Hatziargyriou đã dùng mô hình đường dây truyền tải và công thức giải tích để chứng minh điều đó [1].
Gupta và Thapar đã dùng mô hình mạch để tính ra chiều dài hiệu quả và dùng kết quả tính toán được so sánh với thực nghiệm [3]. Jinliang He, et al. sử dụng mô hình đường dây truyền tải có xét đến hiện tượng ion hóa để tính toán chiều dài hiệu quả của thanh nối đất [4]. Leonid Grcev phát triển mô hình trường điện từ trong miền tần số để nâng cao độ chính xác trong việc xác định chiều dài hiệu quả [5].
Trong luận văn này, chúng tôi dùng mô hình đường dây truyền tải không đồng nhất để tính toán chiều dài hiệu quả của điện cực nối đất. Mô hình đường dây truyền tải không đồng nhất được phát triển từ mô hình đường dây truyền tải đồng nhất bởi Yaquing Liu [6]. Hiện tượng ion hóa trong đất bị bỏ qua bởi sự phức tạp của hiện tượng trễ và hiệu ứng bề mặt trong quá trình ion hóa [7]. Kết quả xác định chiều dài hiệu quả được so sánh với kết quả của các công trình nghiên cứu khác.
Kết quả xác định chiều dài hiệu quả được đưa ra dựa trên mô hình dòng sét trong [8]. 6 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI KHÔNG ĐỒNG NHẤT CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI KHÔNG ĐỒNG NHẤT 3. Giới thiệu: Mô hình đường dây truyền tải là một trong những mô hình dùng để tính toán các hiện tượng quá độ. Mô hình đường dây truyền tải dựa trên mô hình trường điện từ.
Các thông số trong mô hình đường dây truyền tải được tính toán từ các thông số trong mô hình trường điện từ. Các thông số mạch quy đổi của mô hình đường dây truyền tải được quy đổi từ thực tế và trên một phạm vi nhỏ nên có độ chính xác cao hơn so với mô hình mạch. Mô hình đƣờng dây truyền tải đồng nhất 3. Cơ sở lý thuyết: Mô hình thanh nối đất và đất được quy đổi thành một mạch điện với các thông số rải như hình 3.
Các thông số điện trở, điện cảm, điện dung được quy đổi sau khi chia thanh nối đất thành các phân đoạn nhỏ.1 Mô hình đƣờng dây truyền tải đồng nhất Phương trình đường dây truyền tải cho mô hình đồng nhất: V ( x, t ) I ( x, t ) re. x t Với re : điện trở của thanh tính trên một đơn vị chiều dài l : điện cảm của thanh tính trên một đơn vị chiều dài g : điện dẫn của thanh tính trên một đơn vị chiều dài c: điện dẫn của thanh tính trên một đơn vị chiều dài 7 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI KHÔNG ĐỒNG NHẤT Các thông số trên một đơn vị chiều dài được tính bằng cách tính tổng điện dẫn, điện cảm, điện dung của thanh rồi chia cho chiều dài thanh để được thông số trên một đơn vị chiều dài. Điện trở của thanh nối đất được tính như sau: e re (3.2) 2 a 2 Nếu coi đất là một môi trường đồng nhất thì các thông số l, g, c được tính như sau: g 2lc soil ln 1 2ad soil c (3.3) 2lc ln 1 2ad 2lc l 0 ln 1 2ad Nhưng đất không phải là một môi trường đồng nhất mà là môi trường với một nửa là đất và một nửa là không khí nên khi dùng các công thức trên có thể không chính xác. Để quyết vấn đề này ta có thể dùng nguyên tắc ảnh điện để tính toán bổ sung ảnh hưởng do phản xạ sóng gây ra và có được công thức tính toán như sau: 2 g 2lc soil air 2lc soil ln 1 .
ln 1 a soil air 2d 2lc soil ln 1 2ad (3.4) 2 soil c 2lc soil air 2lc ln 1 . ln 1 a soil air 2d 0 2lc l ln 1 2 a Trong đó: soil : là điện trở suất của đất lc : là chiều dài của điện cực nối đất 8 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI KHÔNG ĐỒNG NHẤT a : là bán kính thanh nối đất soil và air : là điện dẫn suất của đất và điện dẫn suất của không khí d : độ chôn sâu của thanh nối đất soil và air : là độ thẩm điện tỷ đối của đất và không khí So sánh công thức (3.4) ta nhận thấy trong công thức (3.4) có xét đến các thành phần soil và air , soil và air .4) có xét đến soil và air , soil và air nên (3.4) là công thức tính toán điện trở, điện cảm, điện dung cho môi trường không đồng nhất. Môi trường không đồng nhất ở đây được hiểu là môi trường có đất và không khí.4) được tính toán bằng cách tính tổng điện trở, điện cảm, điện dẫn và điện dung trên toàn bộ thanh nối đất sau đó chia đều cho các phân đoạn của thanh nối đất. Từ cách tính này, chúng tôi nhận thấy rằng hệ số tương hỗ của các phân đoạn lên các phân đoạn còn lại bằng nhau và bằng 1, cách xem xét này chưa tính đến sự khác nhau của hiện tượng tương hỗ khi các phân đoạn mang dòng khác nhau hay có điện áp khác nhau.
Muốn xem xét hiện tượng tương hỗ khi các phân đoạn có dòng điện và điện áp khác nhau ta cần cải tiến mô hình đường dây truyền tải sao cho có thể tính đến ảnh hưởng tương hỗ khác nhau giữa các phân đoạn khi các phân đoạn mang dòng điện và điện áp khác nhau.
