Bài giảng Mạch điện

Phần IQuá điện áp khí quyển vμ bảo vệchống quá điện áp khí quyểnChƯơng IHiện tƯợng phóng điện của sétnguồn phát sinh quá điện áp khí quyểnĐ1-1. Quá trình phóng điện của sét.Sét lμ một trƯờng hợp phóng điện tia lửa khi khoảng cách giữa các điện cực rấtlớn (trung bình khoảng 5km). Quá trình phóng điện của sét giống nhƯ quá trình xẩy ratrong trƯờng không đồng nhất(xem chƯơng III). Khi các lớp nμy đƯợc tích điện (khoảng 80% số trƯờng hợp phóng điện sét xuống đất điện tích của mây có cực tính âm)tới mức độ có thể tạo nên cƯờng độ trƯờng lớn sẽ hình thμnh dòng phát triển về phíamặt dất. Giai đoạn nμy gọi lμ giai đoạn phóng điện tiên đạo vμ dòng gọi lμ dòng tiênđạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần số phóng điện đầu tiênkhoảng 1,5. 107 cm/s, của các lần sau nhanh hơn vμ đạt tới 2.108cm/s (trong một đợt sétđánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau, trung bình lμ ba lần, điều nμy đƯợcgiải thích bởi trong cùng lớp mây điện có thể hình thμnh nhiều trung tâm điện tích,chúng sẽ lần lƯợt phóng điện xuống đất).Tia tiên đạo lμ môi trƯờng plasma có điện dẫn lớn. Đầu tia nối với một trong cáctrung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm nμy đi vμotrong tia tiên đạo vμ phân bố có thể xem nhƯ gần đều dọc theo chiều dμi tia (hình 16-1a). DƯới tác dụng của điện trƯờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khácdấu trên mặt đất mμ địa điểm tập kết tuỳ thuộc vμo tình hình dẫn điện của đất. Nếuvùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm nμy nằm ngay ở phía dƯới tia tiên đạo.TrƯờng hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong dất sẽ tập trungvề nơi có điện dẫn cao ví dụ các ao, hồ, sông, lạch ở vùng đất đá.Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đƯờng sức nối liền giữa các tia tiênđạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đấy cƯờng độ trƯờng có trị số lớn nhấtvμ nhƯ vậy lμ địa điểm sét đánh trên mặt đất đã đƯợc định sẵn. Tính chất chọn lọc củaphóng điện đã đƯợc vận dụng trong việc bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các côngtrình : cột thu lôi có độ cao lớn vμ trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điệnsét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toμn quanh nó.Cần nêu thêm rằng, nếu ở phía mặt đất điện tích khác dấu đƯợc tập trung dễdμng vμ có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trƯờng mạnh ( ví dụ đỉnh cột điệnđƯờng dây cao áp) thì có thẻ đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triểnngƯợc chiều với tia tiên đạo từ lớp máy điện.

Phần I

Quá điện áp khí quyển vμ bảo vệ

chống quá điện áp khí quyển

ChƯơng I

Hiện tƯợng phóng điện của sét

nguồn phát sinh quá điện áp khí quyển

Đ1-1. Quá trình phóng điện của sét.

Sét lμ 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 xẩy ra

trong trƯờng không đồng nhất(xem chƯơng III). Khi các lớp nμy đƯợc tích điện (

khoảng 80% số trƯờng hợp phóng điện sét xuống đất điện tích của mây có cực tính âm)

tới mức độ có thể tạo nên cƯờng độ trƯờng lớn sẽ hình thμnh dòng phát triển về phía

mặt dất. Giai đoạn nμy gọi lμ giai đoạn phóng điện tiên đạo vμ dòng gọi lμ dòng tiên

đạo. Tốc độ di chuyển trung bình của tia tiên đạo của lần số phóng điện đầu tiên

khoảng 1,5. 107 cm/s, của các lần sau nhanh hơn vμ đạt tới 2.108cm/s (trong một đợt sét

đánh có thể có nhiều lần phóng điện kế tiếp nhau, trung bình lμ ba lần, điều nμy đƯợc

giải thích bởi trong cùng lớp mây điện có thể hình thμnh nhiều trung tâm điện tích,

chúng sẽ lần lƯợt phóng điện xuống đất).

Tia tiên đạo lμ môi trƯờng plasma có điện dẫn lớn. Đầu tia nối với một trong các

trung tâm điện tích của lớp mây điện nên một phần điện tích của trung tâm nμy đi vμo

trong tia tiên đạo vμ phân bố có thể xem nhƯ gần đều dọc theo chiều dμi tia (hình 16-

1a). DƯới tác dụng của điện trƯờng của tia tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích khác

dấu trên mặt đất mμ địa điểm tập kết tuỳ thuộc vμo tình hình dẫn điện của đất. Nếu

vùng đất có điện dẫn đồng nhất thì địa điểm nμy nằm ngay ở phía dƯới tia tiên đạo.

TrƯờng hợp mặt đất có nhiều nơi điện dẫn khác nhau thì điện tích trong dất sẽ tập trung

về nơi có điện dẫn cao ví dụ các ao, hồ, sông, lạch ở vùng đất đá.

Quá trình phóng điện sẽ phát triển dọc theo đƯờng sức nối liền giữa các tia tiên

đạo với nơi tập trung điện tích trên mặt đất vì ở đấy cƯờng độ trƯờng có trị số lớn nhất

vμ nhƯ vậy lμ 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 chống sét đánh thẳng cho các công

trình : cột thu lôi có độ cao lớn vμ trị số điện trở nối đất bé sẽ thu hút các phóng điện

sét về phía mình, do đó tạo nên khu vực an toμn quanh nó.

Cần nêu thêm rằng, nếu ở phía mặt đất điện tích khác dấu đƯợc tập trung dễ

dμng vμ có điều kiện thuận lợi để tạo nên khu vực trƯờng mạnh ( ví dụ đỉnh cột điện

đƯờng dây cao áp) thì có thẻ đồng thời xuất hiện tia tiên đạo từ phía mặt đất phát triển

ngƯợc chiều với tia tiên đạo từ lớp máy điện.