Sét và các giải pháp phòng chống sét

Sét và các giải pháp phòng chống sét

Sét là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách rất lớn Quá trình phóng điện có thể xảy ra trong đám mây giông, giữa các đám mây với nhau và giữa đám mây với đất Ở đây ta chỉ xét sự phóng điện giữa mây và đất.

Hình 1 : Sự hình thành sét

Có hai loại mây giông :

+ Giông nhiệt: Hình thành từ các luồng khí nóng ẩm bốc lên do sự đốt nóng của ánh nắng mặt trời.

+ Giông front: Hình thành do sự gặp nhau của những luồng không khí nóng ẩm với luồng không khí năïng.

Sau khi đạt độ cao nhất định (khoảng vài km trở lên, vùng nhiệt độ âm) luồng không khí ẩm này bị lạnh đi, hơi nước ngưng tụ thành những giọt nước li ti hoặc thành các tinh thể băng và tạo thành các đám mây dông.

Theo kết quả quan trắc từ 80 - 90% các đám mây giông tích điện tích âm bên dưới.

2 Các giai đoạn phát triển của sét :a) Giai đoạn phóng tia tiên đạo :

Ban đầu xuất phát từ mây giông một tia tiên đạo sáng mờ, phát triển thành từng đợt gián đoạn về phía mặt đất, với tốc độ trung bình khoảng 105 - 106m/s Kênh tiên đạo là một dòng plasma mật độ điện khoảng 1013  1014 ion/m3, một phần điện tích âm của mây giông tràn vào kênh và phân bố tương đối đều dọc theo chiều dài của nó.

Thời gian phát triển của tia tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1s Thời gian tạm ngưng phát triển giữa 2 đợt khoảng 30 - 90s.

Đường đi của tia tiên đạo trong thời gian này không phụ thuộc vào tình trạng mặt đất và các vật trên mặt đất, do đó nó gần như hướng thẳng về phía mặt đất Cho đến khi tia tiên đạo đạt đến độ cao định hướng thì mới bị ảnh hưởng bởi các vùng điện tích tập trung dưới mặt đất.

b) Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa :

Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây giông và điện tích trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu trên vùng mặt đất phía dưới đám mây giông Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo, nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khác nhau thì điện tích chủ yếu tập trung ở vùng kế cận nơi có điện dẫn cao như vùng quặng kim loại, vùng đất ẩm, ao hồ, sông ngòi, vùng nước ngầm, kết cấu kim loại các tòa nhà cao tầng, cột điện, cây cao bị ướt trong mưa chính các vùng điện tích tập trung này sẽ định hướng hướng phát triển của tia tiên đạo hướng xuống khi nó đạt đến độ cao định hướng, tia tiên đạo sẽ phát triển theo hướng có điện trường lớn nhất Do đó các vùng tập trung điện tích sẽ là nơi sét đánh vào.

Ở những vật dẫn có độ cao như các nhà cao tầng, cột angten các đài phát thì từ đỉnh của nó nơi các diện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện dòng tiên đạo phát triển hướng lên đám mây giông Chiều dài của kênh tiên đạo từ dưới lên này tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hướng của sét vào vật dẫn đó.

Người ta lợi dụng tính chất chọn của sét để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các công trình bằng cách dùng các thanh kim loại hay dây thu sét bằng kim loại được nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần bảo vệ để hướng sét đánh vào đó mà không phóng vào công trình.

Khi tia tiên đạo hướng xuống gần mặt đất hay tia tiên đạo hướng lên, thì trong khoảng cách khí ở giữa do cường độ điện trường tăng cao gây lên ion hóa mãnh liệt, dẫn đến sự hình thành một dòng plasma có mật độ điện tích cao hơn nhiều so với mật độ điện tích của tia tiên đạo, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần.

c) Giai đoạn phóng điện ngược :

Do điện dẫn của nó tăng cao như vậy nên điện tích cảm ứng tràn vào dòng ngược mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu dòng tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng plasma điện dẫn cao 1016 - 1019 ion/m3 tiếp tục phát triển ngược lên trên theo đường dọn sẵn bởi kênh tiên đạo Đây là sự phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu Vì mật độ điện tích caođốt nóng mãnh liệt cho nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói ( đó chính là chớp ).

Tốc độ phát triển của kênh phóng điện ngược vào khoảng 1,5 107  1,5.108

m/s tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của kênh tiên đạo Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mây thì số điện tích còn lại của đám mây sẽ theo kênh phóng điện chạy xuống đất và tạo nên dòng điện có trị số nhất định.

Kết quả quan trắc cho thấy rằng: phóng điện sét thường xảy ra nhiều lần kế tiếp nhau trung bình là 3 lần Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển liên tục ( không phải từng đợt như lần đầu ), không phân nhánh và theo đúng qũy đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn ( 2 106m/s) Điều này được giải thích: đám mây giông có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các dòng không khí xoáy trong mây Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất và trung tâm điện tích có cường độ điện trường cao nhất Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu điện thế giữa các trung tâm này vơí các trung tâm khác không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại Nhưng khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điện thế của đất, điều này làm cho hiệu thế giữa trung tâm điện tích đã phóng tới trung tâm điện thế lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa chúng với nhau Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn, nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ lớn hơn lần đầu.

Hình 2: Các giai đoạn phóng điện sét và biến

thiên của dòng điện sét theo thời gian a – Giai đoạn phóng điện tiên đạo.

b – Tiên đạo đến gần mặt đất hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt c – Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu.

d – Phóng điện chủ yếu kết thúc

3 Các thông số sét :

Khi tính toán bảo vệ chống sét thông

số chính cần chú ý là dòng điện sét có phạm vi giới hạn rất rộng, biên độ dòng sét có thể lên đến 200-300 KA Tuy nhiên phần lớn trường hợp gặp sét đánh ở trị số 50 KA, sét có dòng điện từ 100 KA trở lên rất hiếm xảy ra Do đó trong tính toán thường lấy dòng điện sét bằng 50 KA

Dòng điện sét có dạng một sóng xung Thường trong khoảng vài ba micro giây dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo thành phần đầu sóng, sau đó giảm chậm trong khoảng 20 - 100 s tạo nên phần đuôi sóng.

Các thông số chủ yếu :

 Biên độ dòng sét : là giá trị lớn nhất của dòng điện sét.

 Thời gian đầu sóng (tds) : là thời gian dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại  Độ dốc dòng điện sét : a = dis/dt

 Độ dài dòng điện sét (ts) : là thời gian từ đầu dòng điện sét đến khi dòng điện giảm bằng 1/2 biên độ

a) Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện :

Dòng điện sét có trị số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu đến trung tâm điện tích của đám mây giông.

Để đo biên độ dòng sét người ta dùng rộng rãi hệ thống điện thiết bị ghi từ Xác suất xuất hiện dòng sét có thể tính gần đúng theo công thức :

 Cho vùng đồng bằng : VI = e-Is/26 = 10-is/60 Cho vùng núi cao : VI = 10-Is/30

b) Độ dốc đầu sóng dòng điện sét (a) và xác suất xuất hiện :

Để đo độ dốc dòng điện sét người ta thường dùng một khung bằng dây dẫn nối vào một hoa điện kế.

Xác suất xuất hiện độ dốc có thể tính theo:

+ Cho vùng đồng bằng : Va = e-a/15,7 = 10 -a/36

+ Cho vùng núi cao : Va = 10-a/18

c) Cường độ hoạt động của sét :

Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày trung bình có dông sét hàng năm hoặc bằng tổng số giờ trung bình có dông sét hàng năm.

Số lần sét đánh trong một năm vào công trình :

( W+3hx)(L+3hx)n

106

trong đó :

W:chiều rộng của công trình L:chiều dài của công trình

hx:chiều cao tính toán của công trình

n:số lần sét đánh trung bình trên 1km2 trong năm xảy ra ở địa phương Mật độ của sét là số lần sét đánh trung bình trên một đơn vị diện tích mặt đất (1km2) trong một ngày sét.

Cường độ sét cũng như mật độ sét thay đổi theo vùng lãnh thổ.

4 Các tác hại do sét : a) Khi sét đánh trực tiếp :

Do năng lượng của một cú sét lớn nên sức phá hoại của nó rất lớn khi một công trình bị sét đánh trực tiếp có thể bị ảnh hưởng đến độ bền cơ khí, cơ học của các thiết bị trong công trình, nó có thể phá hủy công trình, gây cháy nổ trong đó :

 Biên độ dòng sét ảnh hưởng vấn đề quá điện áp xung và ảnh hưởng đến độ bền cơ khí của các thiết bị trong công trình.

 Thời gian xung sét ảnh hưởng đến vấn đề quá điện áp xung trên các thiết bị.

 Thời gian tồn tại của xung sét thì ảnh hưởng đến độ bền cơ học của các thiết bị hay công trình bị sét đánh.

 Ngoài ra, khả năng cháy nổ cũng xảy ra rất cao đối với công trình bị sét đánh trực tiếp.

b) Ảnh hưởng do sự lan truyền sóng điện từ gây bởi dòng điện sét :

Khi xảy ra phóng điện sét sẽ gây nên một sóng điện từ tỏa ra xung quanh với tốc độ rất lớn, trong không khí tốc độ của nó tương đương tốc độ ánh sáng Sóng điện từ truyền vào công trình theo các đường dây điện lực, thông tin gây quá điện áp tác dụng lên các thiết bị trong công trình, gây hư hỏng đặc biệt đối với các thiết bị nhạy cảm: thiết bị điện tử, máy tính cũng như mạng máy tính gây ra những thiệt hại rất lớn.

II CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG :

Các tác hại do sét gây ra rất lớn nên đặt ra vấn đề phòng chống sét, mà nguyên lý cơ bản dựa vào đặc tính chọn lọc điểm đánh của sét.

Rõ ràng rằng, tia tiên đạo hướng lên càng sớm thì nó sẽ gặp tia tiên đạo hướng xuống càng sớm và bắt đầu một cú sét cũng như xác định điểm bị sét đánh Một kim thu sét có các điều kiện thích hợp sẽ khởi đầu tia phóng điện lên, bao gồm :

 Hình dạng của kim (nhọn).

 Sự tồn tại các electron ban đầu đúng thời điểm  Sức mạnh của trường điện từ.

 Hiệu quả của hệ thống nối đất.

1 Chống sét đánh trực tiếp :

Có hai loại bảo vệ chính trong việc chống sét đánh trực tiếp:  Thanh chống sét (thanh đơn giản hay thanh với thiết bị kích)  Đai và lưới thu sét.

A Chống sét kim :

Một hệ thống chống sét dùng kim gồm :

 Kim thu sét gắn trên đỉnh của một cột nâng đặt trên đỉnh cao nhất của tòa nhà được bảo vệ.

 Một hay hai dây dẫn xuống nối từ kim xuống đất.

 Một hay hai hệ thống nối đất để tản dòng điện sét vào đất.

a Kim Franklin (kim đơn giản) :

Có phạm vi bảo vệ nhỏ, hình dáng bên ngoài không hấp dẫn, khó khăn và tốn nhiều thời gian để đặt trang thiết bị, ít tin tưởng trong vận hành, mức độ hiệu quả không rõ rệt, khá đắt tiền

b Kim với thiết bị kích :

Có nhiều loại của nhiều hãng khác nhau, trong phạm vi đề tài này chỉ đề cập đến kim PREVECTRON một sản phẩm của hãng INDELEC (Pháp) PREVECTRON là một thiết bị thu sét tạo tia tiên đạo, với một thiết bị tự động kích phóng điện tích Nó được dùng khi đòi hỏi một vùng bảo vệ rộng.

B Đai và lưới chống sét :

Hệ thống bảo vệ này được thành lập từ một mạng lưới kim nhỏ (30 - 50cm) và các dây dẫn dọc hay ngang được nối với một số điện cực đất Hệ thống này chỉ bảo vệ khép kín cho một tòa nhà.

2 Chống ảnh hưởng của sét lan truyền :

Để chống ảnh hưởng lan truyền từ dây điện lực hay thông tin, người ta lắp đặt một hệ thống cắt và lọc sét trước khi các đường dây này đi vào công trình.

Chương 2

TIÊU CHUẨN CHỐNG SÉT NFC 17-102

( Dùng loại thiết bị thu sét tạo tia tiên đạo )

Tiêu chuẩn này cung cấp thông tin cho các nhà thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho các công trình ( nhà máy, cao ốc ) và các khu vực rộng dùng loại thu và dẫn sét tạo tia tiên đạo.

Hiện tượng sét là hiện tượng thiên nhiên, do đó không thể đảm bảo độ an toàn tuyệt đối cho các cấu trúc cần bảo vệ Tuy nhiên, hệ thống bảo vệ chống sét thiết kế và lắp đặt đúng theo tiêu chuẩn này sẽ đảm bảo độ an toàn cao nhất cho công trình, giảm đến mức thấp nhất các tác hại của sét.

Việc quyết định thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho công trình phụ thuộc vào yếu tố sau: khả năng sét tại vùng đó và tác hại của sét đối với công trình Một số công trình cần có hệ thống bảo vệ chống sét là:

 Công trình công cộng thường xuyên có nhiều người  Các tháp cao, ống khói

 Công trình chứa vật liệu dễ cháy, dễ nổ.

Trong giai đoạn thiết kế, thi công công trình cần phải đặc biệt chú ý các vấn đề sau đây:

 Cân nhắc, lựa chọn các cấu trúc trong công trình cần phải bảo vệ chống sét, trong đó phải có ý kiến của các nhà chuyên môn: kiến trúc sư, kỹ sư, nhà lắp đặt

 Cân nhắc, lợi dụng các kết cấu tự nhiên có sẵn trong công trình để lắp đặt hệ thống chống sét.

I CÁC QUY ĐỊNH VÀ KHÁI NIỆM CHUNG :1 Phạm vi áp dụng và đối tượng :

a Phạm vi áp dụng :

Tiêu chuẩn này được áp dụng trong công việc bảo vệ chống sét cho các công trình thông thường ( cao ốc, nhà máy ) có độ cao nhỏ hơn 60m và các khu vực rộng dùng loại dẫn sét tạo tia tiên đạo Tiêu chuẩn này đề cập vấn đề bảo vệ chống lại tác hại điện gây bởi dòng sét khi đi qua hệ thống chống sét.

* Ghi chú :

1 Tiêu chuẩn này không đề cập đến vấn đề bảo vệ các thiết bị điện, điện tử chống lại hiện tượng quá điện áp xung trên nguồn điện dẫn vào các công trình 2 Có một số tiêu chuẩn khác để đề cập việc bảo vệ chống sét dùng các loại kim

thu sét thông thường, đai hoặc lưới thu sét Ngoài ra một số ngành như xây dựng, dịch vụ công cộng, cứu hỏa cũng có một số quy định đặc thù của ngành mình.

b Nội dung chủ yếu :

Tiêu chuẩn này cung cấp thông tin và những cơ sở khoa học để thiết kế, lắp đặt, kiểm tra và bảo vệ hệ thống chống sét dùng loại dẫn sét tạo tia tiên đạo Mục đích của hệ thống chống sét này là bảo vệ an toàn cho người và vật chất một cách cao nhất.

2 Các tiêu chuẩn tham khảo :

Tiêu chuẩn này ra đời khi bổ sung và chỉnh lý từ các tiêu chuẩn trước đây, và tại thời điểm xuất bản, tiêu chuẩn này là thời điểm hiện hành.

Các tiêu chuẩn trước đây là:

3 Các thành phần của hệ thống bảo vệ chống sét :

Một hệ thống bảo vệ chống sét bao gồm các thành phần lắp bên ngoài công trình và nếu cần thiết còn có các thành phần nằm bên trong công trình.

* Các thành phần bên ngoài của một hệ thống chống sét:  Một hay nhiều đầu thu sét tạo tia tiên đạo

 Một hay nhiều dây dẫn sét

 Một hộp kiểm tra cho mỗi dây dẫn sét

 Một khớp nối có thể cách ly giữa hệ thống nối đất chống sét với các hệ thống nối đất khác trong công trình

 Một đầu nối đất cho mỗi dây dẫn sét

 Một hay nhiều dây dẫn nối các đầu nối đất với nhau  Một hay nhiều thanh cân bằng thế

 Một hay nhiều thanh cân bằng thế nối với chống sét của trụ angten * Các thành phần bên trong hệ thống chống sét :

 Một hay nhiều dây cân bằng thế

 Một hay nhiều thanh cân bằng thế

 Nối đất của hệ thống nối đất của công trình  Dây nối đất chính

 Một hay nhiều thiết bị chống quá điện áp xung

II SỰ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CHỐNG SÉT NẰM BÊN NGOÀI CÔNGTRÌNH

1 Tổng quan :

+ Giai đoạn thiết kế :

Giai đoạn này bao gồm các công việc lựa chọn cấp bảo vệ dự trù, vị trí đặt đầu kim thu sét, đường đi của dây dẫn sét, vị trí và kiểu của hệ thống nối đất.

Các yêu cầu về kiến trúc, mỹ thuật phải được chú ý khi thiết kế hệ thống chống sét Tuy nhiên, đôi khi điều này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả của hệ thống chống sét.

+ Giai đoạn khảo sát :

Giai đoạn này chia làm 2 phần :

a/ Đánh giá khả năng sét đánh vào công trình và lựa chọn cấp bảo vệ cho công trình

b/ Xác định vị trí của tất cả các thành phần trong hệ thống chống sét  Kích thước của công trình.

 Vị trí địa lý của công trình ( nằm đơn độc trên đồi cao, nằm cạnh các công trình khác cao hơn hay thấp hơn ).

 Tần số và số lượng người làm việc trong công trình  Ảnh hưởng của sét đối với con người.

 Những khó khăn khi đến gần công trình để sơ tán, cấp cứu  Tầm quan trọng của những dịch vụ trong công trình.

 Người và vật chất thường có mặt trong công trình ( có người thường xuyên, vật liệu loại gì, có giá trị hay không ?).

 Hình dạng và độ dốc của mái.

 Loại mái, tường và những cấu trúc tăng cường.

 Các phần kim loại của mái và một số cấu trúc kim loại khác bên ngoài của công trình ( bồn nước, bơm nước, tháp ăng-ten )

 Máng và ống thoát nước của mái.

 Những phần quan trọng của công trình ( phòng làm việc của lãnh đạo, phòng thiết bị đất nền ) và tính chất của các vật liệu xây dựng công trình.

 Những điểm dễ bị sét đánh nhất của công trình.

 Vị trí của những đường ống điện, nước, gaz của công trình.

 Những vật chướng ngại ảnh hưởng đến đường đi của sét ( đường dây điện trên không, hàng rào kim loại, cây cao ).

 Điều kiện môi trường gây nên sự ăn mòn các phần tử của hệ thống chống sét ( bụi, ẩm, muối, acid ).

Trong công trình, điểm dễ bị sét đánh nhất là điểm rất quan trọng, những điểm đó có thể là tháp cao, ống khói, máng nước, các góc, đỉnh mái

2 Hệ thống đầu thu sét :a Nguyên tắc chung :

Một đầu thu sét tạo tia tiên đạo bao gồm một kim thu sét trung tâm có đầu nối với dây dẫn sét, một thiết bị ion hóa để tạo tia tiên đạo.

Vùng bảo vệ của loại đầu thu sét tạo tia tiên đạo được tính toán ở phần sau Độ lợi về thời gian tạo đường dây dẫn sét tiên đạo của loại đầu thu sét tạo tia tiên đạo được trình bày ở phần b.

b Độ lợi về thời gian tạo đường dẫn sét (T):

Một đầu thu sét loại tạo tia tiên đạo được đặc trưng bằng độ lợi về thời gian tạo ra đường dẫn sét chủ động của nó Đại lượng này được xác định khi so sánh thời gian tạo ra đường dẫn sét về phía trên của một đầu thu sét tạo tia tiên đạo và một kim thu sét thông thường ở trong cùng một điều kiện sét.

T = TSK - TESE

Trong đó :

TSK : là thời gian tạo ra đường dẫn sét về phía trên của một kim thu sét thông thường.

TESE : là thời gian tạo ra đường dẫn sét về phía trên của một đầu thu sét loại tạo tia tiên đạo.

c Kiểm tra đánh giá đầu thu sét tạo tia tiên đạo :

Quá trình kiểm tra đòi hỏi xác định độ lợi về thời gian tạo ra đường dẫn sét

Bán kính bảo vệ của đầu thu sét được tính như sau :

RP = h(2D h)L(2DL) khi h  5 m (1)

Trong đó: h là độ cao của đầu thu sét so với mặt bằng đặt đầu thu sét.

D = 20m đối với cấp bảo vệ là cấp 1 D = 45m đối với cấp bảo vệ là cấp 2 D = 60m đối với cấp bảo vệ là cấp 3.

L = V (m/s).T (s) (2)

Khi h < 5m tra bảng tìm được bán kính bảo vệ

e Vật liệu và kích thước :

Phần dẫn dòng sét của đầu thu sét phải làm bằng đồng, đồng hợp kim hay thép không gỉ Kim thu sét trung tâm có tiết diện ít nhất là 120 mm2.

Đỉnh của đầu thu sét tạo tia tiên đạo phải đặt cao hơn ít nhất là 2m so với mặt bằng công trình cần bảo vệ, bao gồm cả các tháp angten, làm lạnh, hồ nước năøm trên công trình.

Những yêu cầu về kiến trúc phải luôn được chú ý khi lắp đặt hệ thống chống sét Thông thường nên đặt đầu thu sét tại các vị trí cao nhất trên công trình, chẳng hạn như :

 Đỉnh của mái dốc.

 Trên mái bằng của phòng đặt thiết bị quan trọng  Đầu hồi của các nhà xưởng.

 Trên đỉnh ống khói.

Dây dẫn sét được nối với đầu thu sét bằng những khớp nối đặc biệt có khả năng tiếp xúc tốt và chống ăn mòn cao.

Nếu một công trình cần nhiều đầu thu sét thì có thể nối chúng với nhau bằng những vật liệu thích hợp trong bảng dây dẫn sét, ngoại trừ vị trí của chúng yêu cầu phải vòng lớn hơn 1,5m.

3 Trụ đỡ :

Độ cao của đầu dây dẫn sét so với công trình phụ thuộc vào trụ đỡ Nếu trụ đỡ của đầu thu sét có dây neo bằng loại dây dẫn điện, thì phải nối điểm cuối cùng của dây neo với dây dẫn sét bằng những vật liệu trình bày trong bảng dây dẫn sét.

4 Dây dẫn sét :a Nguyên tắc chung :

Dây dẫn sét có tác dụng dẫn dòng sét xuống hệ thống nối đất Dây dẫn sét nên đặt bên ngoài công trình, ngoại trừ các trường hợp đặc biệt.

b Số lượng dây dẫn sét :

Một đầu thu sét tối thiểu phải có một dây dẫn sét Trong các trường hợp sau đây thì yêu cầu phải có hai dây dẫn sét.

 Khi hình chiếu đứng của dây dẫn sét lớn hơn hình chiếu bằng của nó  Khi đầu thu sét được lắp trên cấu trúc cao hơn 28m.

c Đường đi của dây dẫn sét :

Dây dẫn sét phải được nối vào hệ thống nối đất tại chỗ chúng gần nhau nhất và càng trực tiếp càng tốt.

d

Đường đi của dây dẫn sét càng thẳûng càng tốt, nếu phải uốn cong thì phải tránh việc uốn cong đột ngột, bẻ góc đột ngột về phía trên và bán kính của đoạn uốn cong không được nhỏ hơn 20 cm.

Dây dẫn sét không được đi dọc theo hay ngang qua đường dây điện lực Trong trường hợp bất khả kháng thì phải đặt dây điện trong các vỏ bọc kim loại và đặt chúng cách xa dây dẫn sét tối thiểu là 1m và vỏ kim loại của dây điện lực phải được nối với dây dẫn sét.

A B

A

Dây dẫn sét không được đi vòng qua lan can hay các cấu trúc nhô ra ngoài công trình Tuy nhiên dây dẫn sét có thể vượt lên cao dưới 40cm và góc vượt phải nhỏ hơn 45o.

Dây dẫn sét phải được cố định chắc chắn khoảng 3 kẹp giữ mỗi mép và kẹp giữ phải không gây ảnh hưởng đến cấu trúc công trình Tất cả các dây dẫn sét nên được nối với nhau và nên tránh việc khoan vào dây dẫn sét.

Dây dẫn sét trước khi tiếp xúc với hệ thống nối đất phải được bọc bằng vỏ kim loại hay vật liệu chịu nhiệt cao trong khoảng 2m kể từ mặt đất.

d Trường hợp dây dẫn sét đặt bên trong công trình :

Khi dây dẫn sét không thể đặt bên ngoài công trình thì có thể đặt chúng trong những ống cách ly bằng vật liệu chống cháy có tiết diện lớn hơn 2000 mm2

và đặt chúng nằm hoàn toàn hay một phần trong công trình Trong trường hợp này phải tuân theo các tiêu chuẩn ở phần 2 hay 3 của tiêu chuẩn này.

e Trường hợp công trình được bao bọc bằng những tấm kim loại hay đá hay

các loại vật liệu khác :

Dây dẫn sét nên đặt phía sau các tấm bao bọc đó và gắn chắc chắn vào tường hay cột Trong trường hợp các tấm bao bọc là kim loại thì phải nối chúng vào dây dẫn sét một cách chắc chắn.

* Vật liệu làm dây dẫn sét và kích thước yêu cầu:

Dây dẫn sét có thể là cáp tròn hay dẹp hay cáp nhiều sợi Tiết diện thực của chúng phải lớn hơn hay bằng 50 mm2 và được trình bày trong bảng:

DÂY DẪN SÉT

Vật liệu Tính chất, gợi ý khi dùng Kích thước tối thiểu Dây đồng trần điện phân Cáp nhiều sợi 30 x3,5mm Thép không rỉ 18/10-304 Chống ăn mòn cao Dây dẹp 30x2mm

Dây tròn đường kính 8mm Nhôm A5/L Được dùng khi dây dẫn

sét gắn lên bề mặt nhôm Dây dẹp 30x3mm.Dâytròn đường kính 10mm.

Không được dùng cáp bọc hay cáp đồng trục để dẫn sét Không được bọc cách ly dây dẫn sét ngoại trừ trường hợp đặt trong môi trường ăn mòn cao.

* Ghi chú :

 Dây đồng mạ thiếc có tính dẫn và chống ăn mòn cao được khuyến khích sử dụng.

 Bởi vì dòng sét có dạng xung và có tần số cao nên dây dẫn dẹp sẽ dẫn dòng sét tốt hơn

f Kẹp kiểm tra/ Điểm kiểm tra :

Mỗi dây dẫn sét phải có kẹp kiểm tra gắn ở độ cao 2m so với mặt đất để cách ly các cấu trúc khác của công trình khi kiểm tra điện trở tiếp đất Trong trường hợp dây dẫn sét gắn vào cấu trúc kim loại của công trình ( cột thép, khung thép, vỏ bọc kim loại ) thì kẹp kiểm tra phải được gắn vào vị trí giữa hệ thống nối đất và chân công trình.

g Bộ đếm sét :

Bộ đếm sét được gắn trực tiếp vào dây dẫn sét phía trên kẹp kiểm tra và có độ cao khoảng 2m.

h Các thành phần tự nhiên :

Một số thành phần của công trình như khung nhà thép, cột có thể được dùng để thay thế hay bổ sung cho dây dẫn sét.

+ Các thành phần tự nhiên dùng thay thế cho dây dẫn sét:

Nói chung khung nhà thép có thể dùng thay thế dây dẫn sét khi chúng đảm bảo dẫn điện liên tục và có điện trở nhỏ hơn 0,01Ohm Trong trường hợp này kim thu sét gắn trực tiếp vào khung nhà và phần chân của khung nhà nối với hệ thống nối đất Việc sử dụng các thành phần tự nhiên sẽ đảm bảo tốt hơn các yêu cầu về cân bằng điện thế.

+ Các thành phần tự nhiên dùng bổ sung cho dây dẫn sét :

 Khung thép dẫn điện liên tục, các thành phần khác như :các cấu trúc thép, cốt thép của bê tông , cột thép, dây thép nằm trong tường.

 Các vỏ bọc kim loại bên ngoài công trình  Các ống kim loại và bồn bể dày hơn 2mm.

5 Hệ thống nối đất :a Tổng quan :

Mỗi dây dẫn sét phải sử dụng một hoặc hai điểm nối đất Để tản nhanh dòng sét và giảm thiểu việc quá điện áp nguy hiểm trong vùng bảo vệ, hình dáng và kích thước của hệ thống nối đất cùng với giá trị điện trở nối đất phải phù hợp với yêu cầu của tiêu chuẩn này.

Hệ thống nối đất phải đạt được yêu cầu sau :

 Hệ thống phải có điện trở nhỏ hơn hay bằng 10  và phải đo trong trường hợp cách ly với các cấu trúc khác.

 Tổng trở sóng và cảm kháng của hệ thống nối đất phải có giá trị thấp để giảm thiểu ảnh hưởng điện động, làm giảm ảnh hưởng gia tăng điện xảy ra trong khi có phóng điện, với yêu cầu này, hệ thống nối đất nên sử dụng bằng những cọc và thanh dài.

Việc dùng những cọc chôn sâu trong lòng đất thì không thuận lợi lắm ngoại trừ đất có điện trở suất cao.

Tuy nhiên hệ thống nối đất sẽ có tổng trở sóng cao khi chúng được chôn sâu quá 20m Trong trường hợp này phải sử dụng một số lớn những cọc đứng và thanh ngang và chúng phải nối với nhau.

Tương tự như vậy, đồng nên được sử dụng làm hệ thống nối đất thay cho thép.

Cấu tạo và hình dáng của hệ thống nối đất theo tiêu chuẩn này giống như tiêu chuẩn NFC15 - 100.

Ngoại trừ những trường hợp không thể thực hiện được, hệ thống nối đất phải đặt bên ngoài công trình.

b Các hình thức nối đất :

Hình thức và kích thước hệ thống nối đất phụ thuộc vào điện trở suất của vùng nối đất.

Điện trở suất của đất có thể đo trực tiếp bằng các thiết bị chuyên dùng hoặc có thể xác định như sau.

Khi điện trở suất của đất được xác định, chiều dài của hệ thống nối đất được tính như sau :

L = 2/R

Trong đó :

 (m) : Điện trở suất của đất.

R () : Điện trở của hệ thống nối đất L (m) : Chiều dài của hệ thống nối đất.

Với mỗi dây dẫn sét, hệ thống nối đất ít nhất phải bao gồm:

 Dây dẫn có tiết diện và vật liệu giống như dây dẫn sét, chế tạo thành hệ thống chân quạ và được chôn sâu 50  80 cm.

 Hệ thống cọc đóng thẳng đứng với chiều dài tổng cộng ít nhất là 6m và được sắp xếp bố trí theo đường thẳng hoặc hình tam giác và các cọc cách nhau ít nhất bằng chiều dài của cọc và được nối với nhau bằng dây dẫn phù hợp chôn sâu ít nhất 50 cm.

* Bảng điện trở suất của đất :

Loại đất Điện trở suất của đất (m)

B

D : Dây dẫn sét

B : Móng kim loại của công trình C : Hệ thống nối đất chống sét

d Biện pháp giảm điện trở của hệ thống nối đất chống sét :

Khi điện trở suất của đất quá cao không thể đạt được điện trở hệ thống nối đất chống sét R  10  (đối với cấp bảo vệ tiêu chuẩn), có thể dùng một số biện pháp sau đây để làm giảm bớt điện trở nối đất :

 Tăng cường thêm một số chất làm giảm điện trở suất của đất (muối, than)  Tăng cường thêm một số cọc nối đất.

 Tăng cường một số điểm nối đất và nối chúng lại với nhau.

 Aùp dụng các phương pháp để làm tăng khả năng tản dòng sét của hệ thống tiếp dài.

Khi tất cả các biện pháp trên cũng không đạt được điện trở của hệ thống nối đất nhỏ hơn hay bằng 10  thì có thể chấp nhận rằng hệ thống nối đất có thể tản dòng sét an toàn khi chúng có độ dài lớn hơn 100 m chôn trên đất và mỗi thanh hay cọc không dài quá 20 m.

e Liên kết các điểm nối đất lại với nhau :

Khi công trình có nhiều điểm nối đất thì có thể liên kết các điểm nối đất này lại với nhau bằng dây dẫn tiêu chuẩn (trình bày trong bảng tiêu chuẩn dây) Việc liên kết các điểm nối đất phải đảm bảo dễ dàng cách ly chúng bằng những thiết bị đặc biệt để có thể dễ dàng cách ly để kiểm tra từng hệ thống Dây dẫn nối chúng với nhau khi đi trong công trình phải tránh những điểm uốn cong để không ảnh hưởng lên các thiết bị và hệ thống cáp trong công trình.

B D