So sánh đề xuất phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại do sét

Nội dung text: So sánh đề xuất phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại do sét

1. SO SÁ NH ĐỀ XUẤ T PHƢƠNG PHÁ P CẢ I TIẾ N ĐÁ NH GIÁ RỦ I RO THIÊṬ HAỊ DO SÉ T COMPAREAND PROPOSE IMPROVED METHOD OF RISK ASSESSMENT OF DAMAGES DUE TO LIGHTNING Lê Quang Trung, Quyền Huy Á nh, Phan Chí Thac̣ h Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Tóm tắt Bài báo so sánh và phân tích phương phá p đá nh giá rủi ro thiêṭ haị do sé t giữa tiêu chuẩn IEC 62305-2và tiêu chuẩn AS /ANZ 1768. Từ đó , đề xuất phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại do sét trên cơ sở phương pháp tính toán rủi ro thiệt hại do sét được đề xuất bởi tiêu chuẩn IEC 62305-2, có bổ sung môṭ số tính toá n chi tiết hơn đề xuất từ tiêu chuẩn AS/ANZ 1768 và yếu tố che chắ n doc̣ đườ ng dây phân phốiđề xuất từ tiêu chuẩn IEEE 1410. Chương trình tính toá n rủi ro thiêṭ haị do sé t LIRISAS đươc̣ xây dưṇ g trên cơ sở á p dụng phương phá p đá nh giá rủi ro cải tiến cho kết quả tin cậy, chính xác và taọ tiêṇ ích cho ngườ i sử dụng. Abstract This paper compares and analyzes method of risk assessment of damage caused by lightning between IEC 62305-2 standard and AS/ANZ 1768 standard; and proposesimproved method of risk assessment of damage due to lightning base on the calculation method, recommended by IEC 62305- 2 standard, with some additional and more detailed calculations proposed by AS/ANZ 1768 standard and shielding factor along the distribution line proposed by IEEE 1410 standard. The LIRISAS program calculates the risk of damage due to lightning is built on the improved method of risk assessment. This program haves the reliable result, high accuracy and the user utility. 1. Giớ i thiêụ Viêṭ Nam là nướ c thuôc̣ khí hâụ nhiêṭ đớ i gió mùa , hoạt động dông sét ở mức độ cao , những rủi ro thiệt hại do sét gây ra là rất lớn. Hiêṇ nay, trên thế giớ i và trong nướ c có nhiều tiêu chuẩn và nghiên cứ u về đánh giá rủ i ro thiêṭ haị do sét như: IEC 62305-2 [1, 8, 9, 10], AS/ANZ 1768 [2], BS EN: 62305 [3], NFPA 780 [4], ITU-T K.39 [5], QCVN 32:2011/BTTTT [6], mỗi tiêu chuẩn về đánh giá rủi ro laị có những ưu điểm , cách tiếp cận đánh giá rủi ro và phạm vi ứng dụng khác nhau.Trong đó , tiêu chuẩn IEC 62305-2và tiêu chuẩn AS /ANZ 1768 mang tính tổng quát và chi tiết nhất. Để có giải pháp bảo vê ̣chống sét phù hơp̣ vớ i tính chất, hiêṇ traṇ g công trình và hoaṭ đôṇ g dông sét tại khu vực,viêc̣ xây dưṇ g phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiêṭ haị do sét có mứ c đô ̣chi tiết của thông số đầu vào ở mứ c cần thiết sẽ đem lại kết quả đánh giá rủi ro thiêṭ haị do sét có đô ̣chính xác cao, tạo điều kiện đề xuất các giải pháp bảo vệ chống sét hợp lý về kinh tế và kỹ thuật. 1
2. 2. So sánh nhƣ̃ng thành phần rủ i ro và nhƣ̃ng đề xuất cải tiến 2.1. Thành phần rủi ro tổn thương về con người do điện giật khi sét đánh trưc̣ tiếp vào cấu trúc a. So sá nh thành phần rủi ro tổn thương về con người do điện giật khi sét đánh trực tiếp vào cấu trú c (Bảng 1): Bảng 1.Rủi ro tổn thƣơng về con ngƣờido điện giật khi sét đánh trực tiếp. Tiêu chuẩn IEC 62305-2[1] Tiêu chuẩn AS/ANZ 1768 [2] RA = ND.PA.LA Rh = Nd.Ph .δh -6 ND = NG.AD .CD10 Nd = Ng.Ad .Cd PA = PTA.pB Ph = k1.ph .ps (Ý nghĩa các đại lượng trong Bảng 1 có thể tra cứu ở tiêu chuẩn IEC 62305-2 và AS/ANZ 1768) Từ Bảng 1, nhâṇ thấy sư ̣ khác biêṭ về cách tính giá tri ̣xác suất sét đánh trưc̣ tiếp vào cấu trúc gây tổn thương về con ngườ i do điêṇ giâṭ . Cụ thể, ở [2] có thêm hệ số xác suất sét đánh gây phóng điêṇ nguy hiểm phu ̣thuôc̣ daṇ g vâṭ liêụ xây dưṇ g cấu trúc ps. b. Đề xuất cải tiến: Để tăng độ chính xác khi tính xác suất PAcho rủi ro thành phần RA trong tiêu chuẩn IEC 62305-2cần bổ sung thêm hê ̣số xác suất gây phóng điêṇ nguy hiểm phu ̣thuôc̣ daṇ g cấu trúc ps. PA= k1.Ph.ps (1) 2.2. Thành phần rủi ro thiệt hại vật chất khi sét đánh trực tiếp vào cấu trúc a. So sá nh thành phần rủi ro thiệt hại vật chất khi sét đánh trực tiếp vào cấu trúc (Bảng 2): Bảng 2. Rủi ro thiệt hại vật chất khi sét đánh trực tiếp vào cấu trúc. Tiêu chuẩn IEC 62305-2[1] Tiêu chuẩn AS/ANZ 1768 [2] R = N .p .L R = N .P .δ .k B D B B s d s f h LB1 = rp.rf .hz .LF.nz/nt. tz/8760 Ps = kf.pf.(k1.ps + Pewd) LB2 = rp.rf.LF.nz/ nt LB3 = rp.rf .LF .cz/ ct LB4 = rp.rt .LF.(ca + cb + cc + cs)/ct (Ý nghĩa các đại lượng trong Bảng 2 có thể tra cứu ở tiêu chuẩn IEC 62305-2 và AS/ANZ 1768) Từ Bảng 2, nhâṇ thấy mứ c đô ̣ chi tiếtkhi tính toán xác suất Ps trong [2] so vớ i giá tri ̣ pBchỉ đươc̣ lưạ choṇ từ bảng tra [1].Tuy nhiên, đối vớ i hai hê ̣số suy giảm cho các biêṇ pháp bảo vê ̣phòng cháy kf, hê ̣số xác suất sét gây phóng điêṇ nguy hiểm dâñ đến cháy nổ pf trong [2] đa ̃ tương ứ ng với hai hê ̣số rpvà rftrong các biểu thứ c tính hê ̣số hâụ quả thiêṭ haị LBtrong [1]. b. Đề xuất cải tiến: Để tăng độ chính xác khi tính xác suất PBcho rủi ro thành phần RBtrong tiêu chuẩn IEC 62305- 2cần bổ sung kết hơp̣ thêm hê ̣số xác suất gây phóng điêṇ nguy hiểm phu ̣thuôc̣ daṇ g vâṭ liêụ xây dưṇ g cấu trúc ps và hệ số xác suất dây dẫn bên ngoài mang xung sét gây thiêṭ haị về vâṭ chất Pewd. PB =k1.ps + Pewd (2) 2
3. 2.3. Thành phần rủi ro liên quan đến sự cố những hê ̣thố ng bên trong khi sé t đá nh trưc̣ tiếp vào cấu trú c a. So sá nh thành phần rủi ro sự cố những hệ thống bên trong khi sét đánh trực tiếp vào cấu trúc(Bảng 3): Bảng 3. Rủi ro sự cố những hệ thống bên trong khi sét đánh trực tiếp vào cấu trúc. Tiêu chuẩn IEC 62305-2[1] Tiêu chuẩn AS/ANZ 1768 [2] RC = ND.PC.LC Rw = Nd.Pw.δo.kh PC = PSPD .CLD Pw = 1 – (1- k1.ps.pi.k2.k3.k4.kw).(1 - Pwedo) (Ý nghĩa các đại lượng trong Bảng 3 có thể tra cứu ở tiêu chuẩn IEC 62305-2 và AS/ANZ 1768) Theo [1], [2] và từ Bảng 3, nhâṇ thấy xác suất PWtrong [2] đươc̣ tính toán vớ i mứ c đô ̣ chi tiết hơn khi có xét đến những hê ̣số như: xác suất gây phóng điện nguy hiểm phụ thuộc dạng vật liệu xây dưṇ g cấu trúc và daṇ g đườ ng dây bên trong tương ứ ng là ps và pi; hê ̣số suy giảm khi có lắp đăṭ các thiết bi ̣bảo vê ̣xung ở ngõ vào các thiết biṿ à những đườ ng dây dic̣ h vu ̣ (đườ ng dây điêṇ hay đường dây viêñ thông ) tương ứ ng là k3, k4; hê ̣số hiêụ chỉnh liên quan đến điêṇ áp chiụ xung của thiết bi ̣ kw và xác suất dây dẫn bên ngoài mang xung sét gây ra quá áp dẫn đến thiệt hại các hệ thống bên trong Pwed0. b. Đề xuất cải tiến: Khi tính toán xác suất sét đánh trưc̣ tiếp vào cấu trúc gây hư hỏng thiêṭ haị các hê ̣thống bên trong PCtrong [1]cần bổ sung những hê ̣số như tính toán xác suất Pw trong [2]. PC = 1 – (1 – k1.ps.pi.k2.k3.kw).(1 – Pwedo) (3) 2.4. Các thành phần rủi ro khi sét đánh trực tiếp và gián tiếp vào những đường dây dịch vụ a. So sá nh so sá nh cá c hê ̣số xá c suất cho cá c thà nh phần rủi ro khi sé t đá nh trưc̣ tiếp và giá n tiếp vào những đường dây dịch vụ (Bảng 4): Bảng 4. Các hệ số xác suất cho các thành phần rủi ro khi sét đánh trực tiếp và gián tiếp vào những đƣờng dây dịch vụ. Tiêu chuẩn IEC 62305-2[1] Tiêu chuẩn AS/ANZ 1768 [2] PU = PTU .PEB .PLD .CLD Pc1p = nohp.k5.Peo PV = PEB .PLD .CLD Pc1 = noh.k5.Pe1 PW = PSPD .PLD .CLD Pc2p = nugp.k5.Peo Pz= PSPD.PLI.CLI Pc2 = nug.k5.Pe2 (Ý nghĩa các đại lượng trong Bảng 4 có thể tra cứu ở tiêu chuẩn IEC 62305-2 và AS/ANZ 1768) Từ Bảng 4, nhâṇ thấy khi tính xác suất sét đánh trưc̣ tiếp và gián tiếp vào những đường dây dịch vụ gây ra quá áp lan truyền trên những đường dây đi vào cấu trúc theo [2] còn xét đến số lượng đườ ng dây dic̣ h vu ̣trên không nohvà số lươṇ g đườ ng dây đi ngầm nug kết nối đến cấu trúc. 3
4. b. Đề xuất cải tiến: Để tăng độ chính xác khi tính xác suất PU, PV, PW và PZcần phải bổ sung số lươṇ g đường dây dịch vụ. Khi đó biểu thứ c tính xác suất PU, PV, PW và PZ cho đườ ng dây dic̣ h vu ̣trên không đươc̣ xác điṇ h như sau: PU/oh = PTU.PEB .PLD .CLD.noh (4) PV/oh = PEB.PLD .CLD.noh (5) PW/oh = PSPD.PLD .CLD.noh (6) Pz/oh = PSPD.PLI.CLI.noh Và cho đường dây dịch vụ đi ngầm được xác định như sau: PU/ug = PTU.PEB.PLD .CLD.nug (7) PV/ug = PEB. PLD .CLD.nug (8) PW/ug = PSPD.PLD .CLD.nug (9) Pz/ug= PSPD.PLI.CLI.nug (10) 2.5. Hệ số che chắn cho đường dây khi tính số lần sé t đá nh trưc̣ tiếp và giá n tiếp vào đường dây dic̣ h vu ̣ a. Hê ̣số che chắ n theo tiêu chuẩn IEEE 1410 [7]: Khi tính số lần sét đánh trưc̣ tiếp và gián tiếp cho những đường dây dịch vụ trên không NL và Nl, tiêu chuẩn IEC 62305-2có đề cập đến hệ số lắp đặt, hệ số môi trường và hệ số dạngđường dây tương ứ ng là Cl, CEvàCT như trong biểu thứ c (11) và (12). -6 NL = NG .AL .Cl.CE .CT .10 (11) -6 Nl = NG .Al.Cl.CE .CT .10 (12) 2 Trong đó :NG là mật độ sét đánh tại khu vực(số lần/km /năm); ALlà vùng tập trung tương 2 đương do sét đánh trưc̣ tiếp vào đườ ng dây dịch vụ (m ); Allà vùng tập trung tương đương do sét đánh 2 gần đườ ng dây dịch vụ (m ). Tuy nhiên, hê ̣số môi trườ ng CEtrong biểu thứ c (11) và (12)chưa đề cập cụ thể đến địa hình nơi lắp đặt đường dây dịch vụ đi qua như: chiều cao cột h, khoảng cách ngang giữa các dây ngoài cùng b và hệ số che chắn Sfcủa vật thể có chiều caoH, khoảng cách đến đườ ng dây dịch vụ x (như Hình 1)và trong trường hợp này số lần sét đánh vào đường dây dịch vụ theo [7] được xác định theo biểu thức: -6 NL = NG.Cf.10 (13) Ở đây: Cf là hệ số suy giảm số lần sét đánh do có vật thể che chắn gần đườngdây.Cfđược xác định theo biểu thức: 0,6 -1 Cf = (b + 28.h ).10 (1 - Sf) (14) 4
5. x S f H h h 2h b 2h 2H Hình 1.Che chắn đƣờng dây cấp nguồn bởi các vật thể ở gần. b. Đề xuất cải tiến: Để nâng cao độ chính xác khi tính số lần sét đánh trưc̣ tiếp và gián tiếp vào đường dây dịch vụ trên không, cần thay thế hê ̣số CEtrong biểu thứ c (11) và (12)bởi hê ̣số Cf đươc̣ xác điṇ h như ở biểu thứ c (14). Khi đó, số lần sét đánh trưc̣ tiếp và gián vào đường dây dịch vụ trên không đươc̣ xác định bằngcác biểu thức sau: -6 NL = NG .AL .Cl.Cf .CT .10 (15) -6 Nl = NG .Al .Cl .Cf .CT.10 (16) 3. Tính toán rủi ro thiệt hại do sét theo phƣơng phá p cải tiến 3.1. Chương trình tính toá n rủi ro thiêṭ haị do sé t LIRISAS Chương trình tính toán đánh giá rủi ro thiêṭ haị do sét LIRISAS được xây dưṇ g trên cơ sở áp dụng phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro trên cơ sở áp duṇ g tiêu chuẩn IEC 62305-2 vớ i các đề xuất cải tiến nêu ở mục 2. Lưu đồ của chương trình trình bày ở Hình 2. Giao diện của chương trình trình bày ở Hình 3. Trong chương trình LIRISAS, ngườ i sử duṇ g nhâp̣ vào những thông số kích thướ c của cấu trúc, mâṭ đô ̣sét khu vưc̣ , số lươṇ g và chiều dài những đườ ng dây dic̣ h vu ̣liên kết đến cấu trúc ;và cho phép người sử dụng lưạ choṇ daṇ g cấu trúc cần đánh giá rủi ro tương ứ ng vớ i những daṇ g thiê ̣ t haị , những yếu tố điều kiêṇ môi trườ ng, vâṭ liêụ xây dưṇ g cấu trúc, biêṇ pháp bảo vê ̣phòng cháy, các biện pháp bảo vệ chống sét hiện có, Chương trình se ̃ tính toán kết quả những giá tri ̣rủi ro thiêṭ haị do sét gây ra cho cấu trúc. 5
6. ác định cấu trúc cần bảo vệ ác định những dạng t n thất liên quan đến cấu trúc Cho m i dạng t n thất xác định giá trị rủi ro chấp nhận được RT tương ứng Cho m i dạng t n thất xác định những rủi ro thành phần RA, RB, RC, RM, RU, RV, RW, RZ Saaii Cấu trúc đ được bảo vệ kh i dạng R > R T t n thất tương ứng Đúúnngg Lắp đặt các biện pháp bảo vệ thích hợp để làm giảm giá trị rủi ro R Ghi chú : RT làgiá trị rủi ro chấp nhâṇ đươc̣ ; RA, RB, RC lần lươṭ là ro tổn thương về con ngườ i , rủi ro thiệt hại vâṭ chất, rủi ro sự cố những hệ thống bên trong khi sét đánh trực tiếp vào cấu trúc; RM là rủi ro sự cố những hệ thống bên trong khi sét đánh gần cấu trúc; RU, RV, RW lần lươṭ là rủi ro t n thương về con người, rủi ro thiệt hại vâṭ chất, rủi ro sự cố những hệ thống bên trong khi sét đánh trưc̣ tiếp vào những đườ ng dây dic̣ h vụ kết nối đến cấu trúc; RZ là rủi ro sự cố những hệ thống bên trong khi sét đánh gần những đường dây dịch vụ kết nối với cấu trúc; R là giá trị rủi ro t ng. Hình 2. Lƣu đồ đá nh giá rủi ro thiệt hại do sét. Hình 3. Giao diện chƣơng trình tính toá n đánh giá rủi ro thiêṭ haị do sét LIRISAS. 6
7. 3.2. Tính toán mẫu Tính toán đánh giá rủi ro thiêṭ haị do sét cho công trình là tòa nhà thương maị ở khu vưc̣ thành 2 phố Hồ Chí Minh , kích thước 20×15×35m, mật độ sét khu vực là 12(lần/km /năm), không có công trình khác lân cận . Đường dây điện cấp nguồn có chiều dài 200m đi trên không , cáp viễn thông có chiều dài 1000m đươc̣ đi ngầm dướ i đất. H = 35m Đường dây điện (trên không) Đường dây viễn thông (đi ngầm) LP = 200m W = 15m LT = 1000m Hình 4. Công triǹ h cần đá nh giá rủ i ro thiêṭ haị do sét. Kết quả tính toán rủi ro thiêṭ haị do sét gây ra về con ngườ i và về giá tri ̣kinh tế theo tiêu chuẩn IEC 62305-2và tiêu chuẩn IEC 62305-2cải tiến bằng chương trình LIRISAS như sau: Bảng 5. Tổng hơp̣ cá c kết quả đá nh giá rủ i ro. Theo tiêu chuẩn Theo tiêu chuẩn Dạng rủi ro IEC 62305-2 IEC 62305-2 cải tiến -4 -5 Thiêṭ haị về con ngƣời R1 1,24.10 3,25.10 Thiêṭ haị về giá tri ḳ inh tế R4 0,255 0,222 Từ kết quả tính toán ở Bảng 5, nhâṇ thấy rằng : kết quả tính toán đánh giá rủi ro theo tiêu chuẩn IEC 62305-2 cải tiến thấp hơn khoảng 26,2% đối với giá trị1 R và khoảng 12,95% đối với giá trị R4 so vớ i các kết quả tính toán theo tiêu chuẩn IEC 62305-2. 4. Kết luâṇ Bài báo đ so sánh phương pháp đánh giá rủi ro thiệt hại do sét giữa tiêu chuẩn IEC 62305- 2và AS/ASZ 1768. Đề xuất cải tiến cách tính các hệ số xác suất cho các thành phần rủi ro trong tiêu chuẩn IEC 62305-2 trên cơ sở bổ sung những hê ̣số như : xác suất sét đánh gây phóng điện nguy hiểm phụ thuộc dạng vật liệu xây dựng cấu trúc, xác suất dây dẫn bên ngoài mang xung sét vào cấu trúc , số lươṇ g những đườ ng dây dic̣ h vu ̣kết nối đến cấu trúc . Hệ số che chắn doc̣ đườ ng dây theo tiêu chuẩn IEEE 1410 cũng đ được b sung trong tính toán số lần sét đánh trưc̣ tiế p và gián tiếp vào những đườ ng dây dic̣ h vu.̣ Tính toán đánh giá rủi ro do sét gây ra theo phương pháp cải tiến cho kết quả thấp hơn vớiđô ̣ chi tiết cao hơn so vớ i các phương pháp đươc̣ đề xuất trướ c đây . Từ kết quả tính toán này, chi phí đầu tư cho hê ̣thống bảo vê ̣chống sét se ̃ giảm đi nhưng vâñ đảm bảo yêu cầu kỹ thuâṭ chống sét cho cấu trúc. 7
8. Chương trình LIRISASđươc̣ xây dưṇ g hỗ trợ công tác tính toán đánh giá rủi ro thiệt hại do sét vớ i giao diêṇ trưc̣ quan, giúp người sử duṇ g dê ̃ dàng thao tác , cho kết quả nhanh chống và chính xác hơn. 5. Tài liệu tham khảo [1] IEC 62305-2, “Protection against lightning - Part 2: Risk management”, 2010. [2] Australian/New Zealand Standard, “Lightning protection”, 2002. [3] IEEE Std 1410, “Guide for Inproving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines”, 2004. [4] A guide to BS EN 62305:2006, “Protection Against Lightning”, 2006. [5] AFPA 780,“Standar tor the Installation of Lightning Protection Systems”, 2004. [6] ITU-T Recommendation K.39, “Risk assessment of damages to telecommunication sites due to lightning discharges”,1996. [7] QCVN 32:2011/BTTTT, “Quy chuẩn kỹ thuâṭ quốc gia về chống sét cho các trạm viễn thông và maṇ g cáp ngoaị vi viêñ thông”, 2011. [8]G. B. Lo Piparo, A. Kern, C. Mazzetti, “Some Masterpoints about Risk due to Lightning”, International Conference on Lightning Protection (ICLP), Vienna, Austria, 2012. [9] Carlos T. Mata, Tatiana Bonilla, “Lightning Risk Assessment Tool, Implementation of the IEC 62305-2 Standard on Lightning Protection”, International Conference on Lightning Protection (ICLP), Vienna, Austria, 2012. [10] Alexander Kern, Christian Braun, Risk management according to IEC 62305-2 edition 2: 2010-12, “Assessment of structures with a risk of explosion”, International Conference on Lightning Protection (ICLP), Shanghai, China, 2014. Thông tin liên hê:̣ Lê Quang Trung Tel: 0986757910 Quyền Huy Ánh Tel: 0913755035, email: anhspkt@yahoo.com Phan Chí Thạch Tel: 0986 560 294, email: phanchithach12@gmail.com 8
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.