Vùng bảo vệ của cột thu sét ESE

Nội dung text: Vùng bảo vệ của cột thu sét ESE

1. VÙNG BẢO VỆ CỦA CỘT THU SÉT ESE PROTECTION ZONE OF ESE LIGHTNING ROD (1)Hồ Văn Nhật Chương, (2)Nguyễn Trần Hoàng Vũ (1)Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh (2)Trường Cao đẳng Cộng đồng Sóc Trăng TÓM TẮT Vùng bảo vệ của hệ thống chống sét trực tiếp là vùng thể tích mà trong giới hạn đó các bộ phận của hệ thống chống sét tạo ra một sự bảo vệ chống lại các cú phóng điện trực tiếp bằng việc thu các tia sét vào các bộ phận chống sét đó [1]. Hiện nay đầu thu sét phát xạ sớm (ESE: Early Streamer Emission) được sử dụng ngày càng phổ biến, tuy nhiên hiện nay cách xác định vùng bảo vệ của cột thu sét ESE vẫn còn gây nhiều tranh cãi[2,3,4]. Việc ứng dụng lý thuyết điện hình học để xác định vùng bảo vệ của cột thu sét ESE đã được giới thiệu trong [5], nhưng vẫn còn một số hạn chế nhất định. Vẫn dựa trên cơ sở của lý thuyết mô hình điện hình học bài báo này đưa ra giải pháp xác định vùng bảo vệ của cột thu sét ESE và khắc phục những tồn tại trong [5]. Keywords:Phát xạ sớm, Bảo vệ chống sét, Mô hình điện hình học, Cột thu sét, Tiêu chuẩn chống sét. ABSTRACT Protection zone of a direct lightning protection systems is the limited volume in which the parts of the lightning protection system generates a protection against directly electric discharge by collecting lightning rays into those parts [1]. Currently Early Streamer Emission (ESE) is used increasingly popular. However, the way to determine the protection zone of ESE lightning rod is still controversial [2,3,4]. The application of the electrogeometric model theory in determining protection zone of the ESE lightning rod introduced in [5] has shown a few certain shortcomings. Still based on the theoretical basis of the electrogeometric model theory this article provides a solution to measure the protection zone of ESE lightning rod and remedy the shortcomings in [5]. Keywords: Early Streamer Emission, Lightning protection, Electro geometric model, Lightning rod, Lightning protection standards. I. MỞ ĐẦU Theo [5], tia tiên đạo phát ra từ đầu thu ESE có thể phóng từ đỉnh đầu thu theo mọi hướng để đón bắt tia tiên đạo sét. Do vậy, để khảo sát vùng bảo vệ của đầu thu phát xạ sớm, trong không gian ba chiều có thể mô hình khả năng phát tia tiên đạo sớm của đầu thu ESE bằng một hình cầu có tâm gắn ở đỉnh đầu thu, có bán kính là độ lợi
2. khoảng cách ΔL. Sau đó khảo sát chúng trong không gian có hình cầu bán kính là khoảng cách phóng điện D khác có tâm tượng trưng cho đầu tiên đạo sét xuất hiện ngẫu nhiên ở mọi vị trí. Nếu cho hình cầu bán kính D tiếp xúc được với cả mặt đất và hình cầu bán kính ΔL, sẽ có được vùng bảo vệ của cột thu sét ESE. Vùng bảo vệ của cột thu sét ESE thay đổi phụ thuộc vào ba thông số: chiều cao h của cột thu sét, khoảng cách phóng điện D và độ lợi khoảng cách ΔL của đầu thu ESE. Hình 1, hình 2, hình 3 minh họa vùng bảo vệ của cột thu sét ESE tương ứng với 3 trường hợp D > h, D = h và D h Hình 3. Vùng bảo vệ trong trường hợp D < h
3. II. BÁN KÍNH BẢO VỆ ĐÁY CỦA CỘT THU SÉT ESE Bán kính bảo vệ đáy (Rp) của cột thu sét ESE có thể hiểu một cách đơn giản chính và bán kính bảo vệ tương ứng với chiều cao hx = 0.Theo [5, 6, 7] thì: 푅 = ℎ 2 − ℎ + ∆퐿(2 + ∆퐿) (1) Trong đó : Rp(m): Bán kính bảo vệ đáy h(m): Chiều cao của cột thu lôi tính từ mặt đất đến đỉnh cột ΔL (m): Độ lợi khoảng cách của đầu thu ESE D(m): Khoảng cách phóng điện. Giá trị của khoảng cách phóng điện D được tra theo Bảng 1 [7,8,9,10]. Bảng 1:Mức bảo vệ chống sét và giá trị khoảng cách phóng điện D Mức bảo vệ D(m) Giá trị dòng sét thấp nhất I (kA) Mức I 20 3 Mức II 30 5 Mức III 45 10 Mức IV 60 16 III. BÁN KÍNH BẢO VỆ rx ỨNG VỚI ĐỘ CAO hx Nếu áp dụng công thức trong [5] tính vùng bảo vệ trong trường hợp 0 ≤ rx ≤ r’x khi D=h sẽ không thu được kết quả. Mặt khác trong trường hợp D<h, sẽ tồn tại vùng nằm trong khoảng r”r’(hình 6), nếu công trình nằm trong vùng này có khả năng sẽ bị sét đánh trúng. Trên cơ sở lý thuyết mô hình điện hình học, để tìm bán kính bảo vệ rx ứng với độ cao hx của công trình, ta khảo sát mô hình vùng bảo vệ trong mặt phẳng Oxy. Chọn gốc tọa độ trùng với chân cột, trục hoành trùng với mặt đất, còn trục tung trùng với thâncột. Từ đó ta có thể thấy rằng bán kính bảo vệ rx tương ứng với độ cao hx của cột thu lôi có trang bị đầu thu ESE có độ cao tổng là h, xét trong hệ tọa độ nói trên ta sẽ có 3 trường hợp tổng quát như trên hình 4, hình 5, hình 6:
4. Hình 4.Xác định thông số bảo vệ cho trường hợpD=H Hình 5.Xác định thông số bảo vệ cho trường hợpD>H Hình 6.Xác định thông số bảo vệ cho trường hợpD<H
5. Với: ∆퐿 ′ Rp (D ≠ h) = +∆퐿 (2) ΔL (D = h) ′′ = 푅 − (D ℎ) 푅 − ℎ− ℎ" = ℎ − D ℎ - Vùng 2: r’x ≤ rx ≤ Rp (tương ứng với 0 ≤ hx ≤ h hoặc 0 ≤ hx ≤ 2D - h’ trong trường hợp D ΔL chúng ta cần xác định giá trị tới hạn của bán kính quả cầu sét.
6. Hình 7.Giá trị tới hạn của bán kính D của quả cầu sét Cũng từ [5], ta có được giá trị tới hạn Dmin như sau: 𝑖푛 = ℎ + ΔL − 2∆퐿(ℎ + ∆퐿) (8) V. KẾT LUẬN Có thể nói hiệu quả bảo vệ của các cột thu sét được đánh giá qua vùng bảo vệ của chúng. Vì vậy nghiên cứu về vùng bảo vệ của đầu thu ESE là vấn đề cần phải quan tâm đúng mức. Bài báo này đã xây dựng được phương pháp tính toán vùng bảo vệ của cột thu sét sử dụng đầu thu ESE và khắc phục những khuyết điểm còn tồn tại trong [5]. Tuy nhiên, do chỉ mới được xây dựng và chứng minh trên cơ sở lý thuyết nên sẽ còn một số hạn chế nhất định. Nếu được xem xét ứng dụng thực tế, phương pháp tính toán sẽ có cơ hội được kiểm nghiệm, hoàn chỉnh và phát triển thành một giải pháp hữu hiệu trong thiết kế, tính toán chống sét trực tiếp bằng cột thu sét có trang bị đầu thu ESE. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. TCXDVN 9385:2012, Bộ Xây dựng, 2012. [2]. Vernon Cooray, Lightning Protection, Published by The Institution of Engineering and Technology, London, United Kingdom, 2010. [3]. Hartono Zainal Abidin and Robiah Ibrahim, Conventional and Un-conventional Lightning Air Terminals: An Overview, BSc (Elect), MIEEE, 2004.
7. [4]. Z. A. Hartono and I. Robiah, Close Proximity Bypasses to Collection Volume and Early Streamer Emission Air Terminals, 7th Asia-Paciffic International Conference on Lightning, Chengdu, China, 2011. [5]. Hồ Văn Nhật Chương, Phạm Đình Anh Khôi, Ứng dụng mô hình điện hình học khảo sát phạm vi bảo vệ của các loại đầu thu sét phát xạ sớm (ESE), Kỷ yếu Hội nghị Khoa học & Công nghệ lần thứ 8 Phân ban điện, trang 158-162, Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh, 2002. [6]. Tiêu chuẩn NF C 17-107, Pháp, 05-1995. [7]. Ufuk Candar Foya, Protection of Structures Against Lightning, Middle East Technical University, 2004. [8]. QCVN 32:2011/BTTTT, Bộ Thông tin truyền thông, 2011. [9]. Prof. Dr Eng. Christian Bouquegneau, Lightning Protection IEC EN 62305 Standard, 2011. [10]. Designing to the IEC 62305 Series of Lightning Protection Standards,ERITECH® Lightning Protection Handbook, Erico®, 2009. Thông tin liên hệ: Họ tên: Nguyễn Trần Hoàng Vũ Đơn vị: Trường Cao đẳng Cộng đồng Sóc Trăng Điện thoại: 0977547476 Email: nthvu@stcc.edu.vn
8. 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.