thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp cho trường đh sư phạm kỹ thuật tp. hcm

Để thiết kế được hệ thống chống sét cho một công trình cần phải có sự hiểu biết cơ bản vềđiện khí quyển, các hiện tượng phóng điện trong khí quyển cũng như các hiện tượng phóngđiện giữa

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công cuộc đổi mới, xây dựng và phát triển của đất nước ta, ngày càng có nhiều côngtrình xây dựng, nhà máy mọc lên nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho nhân dân Bêncạnh sự ưu đãi của thiên nhiên cho con người cũng kèm theo sự khắc nghiệt của nó Trong đó sétlà một hiện tượng tự nhiên có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người và tài sản Vì vậy,ngoài việc xây dựng các công trình chúng ta cần phải có biện pháp bảo vệ tránh được thiệt hại

do sét gây ra

Năm 1752 nhà bác học người Mỹ là Benjamin Franklin đã khám phá ra nguyên tắc cơ bảntrong việc phòng chống sét trực tiếp là dùng cột nhọn (kim Franklin) để thu sét và dẫn sét xuốngđất, bảo vệ các công trình xây dựng

Tuy nhiên, kim Franklin cũng có nhượt điểm là phạm vi bảo vệ hẹp , làm việc không tin cậyvà không hiệu quả Ngày nay, với sự phát triển của KHKT, các nhà khoa học đã nghiên cứu vàchế tạo được các thiết bị thu sét hiệu quả hơn Trong tập kuận án này xin trình bày các lý luận cơbản về sét và các phương pháp phòng chống sét trực tiếp sử dụng công nghệ mới bao gồm nộidung là:

- Tổng quan về sét và các phương pháp phòng chống sét trực tiếp

- Giới thiệu hệ thống chống sét System 3000 (của hãng GLT – Uùc) và các phần mềm liênquan

- Thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp cho trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM

PHÒNG CHỐNG SÉT

A TỔNG QUAN:

Nước Việt Nam ta thuộc vùng khí hậu nhiệt đới, nóng và ẩm thuận lợi cho việc hình thànhmây dông và sét Ngày nay, khi nền kinh tế đất nước phát triển tình hình xây dựng cũng pháttriển rầm rộ, nhiều toà cao ốc, khu công nghiệp ra đời, do đó việc phòng chống sét là mộtvấn đề cần được quan tâm

Để thiết kế được hệ thống chống sét cho một công trình cần phải có sự hiểu biết cơ bản vềđiện khí quyển, các hiện tượng phóng điện trong khí quyển (cũng như các hiện tượng phóngđiện giữa đám mây với mặt đất)

1/ Quá trình phóng điện của sét:

1.1/ Sự hình thành mây dông và sét:

Dông là hiện tượng xãy ra chủ yếu vào mùa hạ liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ củađối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển Dông được đặt trưng bởi sự xuất hiện những đám

mây dông hay mây tích vũ (Cumulonimbus) có độ dầy từ 10  16 Km, tích tụ một lượng nướcvà tạo ra những điện thế cực mạnh.

Trong thực tế sự hình thành các cơn dông gắn liền với sự xuất hiện của những luồng khôngkhí khổng lồ từ mât đất bốc lên Các luồng không khí này được hình thành do sự đốt nóng bởiánh sáng mặt trời, đặc biệt ở các vùng cao (dông nhiệt) hoặc do sự gặp nhau của những luồngkhông khí nóng ẩm với không khí lạnh (dông Front) Sau khi đã đạt được độ cao nhất định(khoảng vài ki-lô- met trở lên – vùng nhiệt độ âm), luồng không khí ẩm này bị lạnh đi – hơinước ngưng tụ thành những giọt nhỏ li ti hay các tinh thể băng và tạo thành những đám mâydông

Đã từ lâu người ta khẳng định về nguồn tạo ra điện trường giữa các đám mây dông vàmặt đất chính là những điện tích tích tụ trên các hạt nước li ti và các tinh thể băng của cácdám mây dông đó Qua nhiều lần đo đạt thực nghiệm, người ta thấy rằng khoảng 80  90%phần dưới các đám mây dông chủ yếu chứa điện tích âm, từ đó cảm ứng trên mặt đất nhữngđiện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ

Hình 1.1: Sự phân bố điện tích giữa các đám mây và mặt đất.

Hình trên (hình 1.1) cho ta thấy sự phân bố điện tích trong một đám mây và trên mặt đất.Khi phần dưới của đám mây mang điện tích âm bị hút về phía mây mang điện tích dương trênmặt đất, vật nào trên mặt đất càng cao thì khoảng cách giữa vật và đám mây càng nhỏ và lớpkhông khí ngăn cách giữa vật và mây càng nhỏ cũng như lớp ngăn cách các điện tích trái dấucàng mỏng Ơû những nơi này sét dễ đánh xuống mặt đất Khi đến gần nhà cao, cây cao thì mâydông mang điện tích âmhút các điện tích dương làm cho chúng tập trung lại ở một điểm cao nhất:trên mái nhà, ngọn cây,…(còn gọi là hiệu ứng mũi nhọn) Nếu điện tích mây lớn thì trên mái nhà,ngọn cây,… cũng tập trung một điện tích lớn Đến một mức độ nào đó độ lớn của các điện tíchtrái dấu nói trên sẽ tạo nên một sự chênh lệch điện thế để đánh thủng lớp không khí ngăn cáchnó với mặt đất (cường độ điện trường ở mặt đất lúc này khoảng 25  30kV/cm), lúc này xãy rahiện tượng phóng điện giữa đám mây dông và mặt đất

Hình 2.1 : Sự phát sinh của sét trong đám mây dông.

Sét thực chất là một dạng phóng tia lửa điện trong không khí với khoảng phóng đện rất lớn.Chiều dài trung bình của kênh sét khoảng từ 3  5 Km Phần lớn chiều dài đó phát triển trongđám mây dông Quá trình phóng điện của sét tương tự quá trình phóng điện tia lửa trong điệntrường rất không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn

1.2/ Các giai đoạn phóng điện của sét:

Ban đầu xuất phát từ mây dông một dãi sáng mờ kéo dài từng đợt gián đoạn về phía mặtđất với tốc độ trung bình khoảng 105  106 m/s , đó là giai đoạn phóng điện tiên đạo theo từngđợt Kênh tiên đạo là một dòng Plasma mật độ điện tích không cao lắm, khoảng 10131014 ion/

m3 Một phần điện tích âm của mây dông tràn vào kênh vàphân bố tương đối đều dọc theo chiềudài của nó (Hình 1.3a)

Thời gian phát triển của kênh tiên đạo mỗi đợt kéo dài khoảng 1s (mỗi đợt kênh tiên đạokéo dài thêm trung bình vài chục mét) Thời gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt liên tiếpkhoảng từ 30  90 m

Hình 3.1: 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 hoá mãnh liệt

c Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu

d Phóng điện chủ yếu kết thúc

Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng: Q = .L

Với:  là mật độ điện tích

L là chiều dài kênh

Điện tích này thường chiếm khoảng 10% lượng điện tích chạy vào đất trong một lần phóngđiện sét Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây dông và điện tích trongkênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu (thường là điện tích dương) trên vùng mặt đấtphía dưới đám mây dông Nếu vùng đât phía dưới bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơiđiện tích cảm ứng tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo Nếu vùng đất phía dưới có điệndẫn khác nhau thì điện tích sẽ tập trung chủ yếu ở vùng kế cận, nơi có điện dẫn cao như vùngquặng kim loại, vùng đất ẩm, ao hồ, sông ngòi, vùng nước ngầm, kết cấu kim loại các nhà caotầng, cột điện, cây cao bị ướt,… những nơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét

Cường độ điện trường ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát triển của nó (trongmây dông) được xác định bởi điện tích bản thân của kênh và của điện tích tích tụ ở đám mây.Đường đi của kênh tiên đạo này không phụ thuộc vào tình trạng của mặt đất Chỉ khi kênh tiênđạo còn cách mặt đất một độ cao định hướng nào đó thì mới thấy rõ dần ảnh hưởng sự tập trungđiện tích ở mặt đất và ở các vật thể dẫn điện nhô khỏi mặt đất với hướng phát triển tiếp tục củakênh theo hướng có cường độ điện trường lớn nhất.

Ơû những nơi vật dẫn có độ cao (nhà cao tầng, cột ăng ten, đài phát thanh,…) từ đỉnh của nónơi điện tích trái dấu tập trung nhiều sẽ đồng thời xuất hiện ion hóa tạo nên dòng tiên đạo pháttriển hướng lên đám mây dông Chiều dài của kênh tiên đạo từ dưới lên trên tăng theo độ caocủa vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự định hướng của sét vào vật dẫn đó

Khi kênh tiên đạo xuất phát từ mây dông tiếp cận mặt đất hay tiếp cận kênh tiên đạo ngượcchiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngược lại hay phóng điện chủ yếu (tương tự như các quátrình phóng điện ngược trong chất khí ở điện trường không đồng nhất (Hình 1.3b) Trong khoảngcách khí còn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất, cường độ điện trường tăng cao gây nên ionhóa mãnh liệt dẫn đến hình thành một dòng Plasma có mật độ điện tích từ 1016  1019 ion/m3 caohơn nhiều so với mật độ điện tích của tia tiên đạo, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần điệntích cảm ứng từ mặt đất tràn vào dòng ngược và thực tế đầu dòng mang điện thế của đất làm chocường độ trường đầu dòng tăng lên gây ion hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng Plasma điện dẫncao tiếp tục phát triển ngược lên trên theo đường chọn sẵn của kênh tiên đạo Tốc độ phát triểncủa kênh tiên đạo phóng ngược rất cao vào khoảng 0,5.107  1,5.108m/s (bằng 0,05  0,5 lầnvận tốc ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của kênh tiên đạo hướngxuống Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói còn gọilà chớp Đặt điểm quan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cường độ dòng điện lớn

Gọi V là tốc độ của phóng điện ,  là mật độ điện tích thì dòng điện sét sẽ đạt giá trị caonhất (Hình 1.3c):

is = V

Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mây thì số điện tích còn lại của mây sẽ theo kênhphóng điện chạy xuống đất và cũng tạo nên ở chỗ sét đánh một dòng điện có trị số nhất địnhgiảm nhanh tương ứng với phần đuôi sóng (Hình 1.3d)

Kết quả quan trắc sét cho thấy phóng điện sét thường xãy ra nhiều lần kế tục nhau (trungbình là 3 lần, nhiều nhất có thể đến vài chục lần) Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo pháttriển liên tục (không theo từng đợt như lân đầu), không phân nhánh và theo đúng quĩ đạo của lầnđầu nhưng với tốc độ cao hơn (2.106m/s)

Qua nghiên cứu về sét, người ta lý giải được sự phóng điện nhiều lần của sét như sau: trongđám mây dông có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau được hình thành do những luồngkhông khí xoáy Lần phóng điện đầu đưọc xãy ra giữa đất và trung tâm điện tích có cường độđiện trường cao nhất Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu điện thế giữa các trung tâmđiện tích này với trung tâm điện tích đầu tiên thực tế không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lạivới nhau Nhưng khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm điện tích đầu tiêncủa đám mây thực tế mang điện thế của đất làm cho hiệu điện thế giữa trung tâm đã phóng vớitrung tâm điện tích lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện với nhau Khi đó thì kênhphóng điện cũ vẫn còn một điện thế dẫn nhất định do sự khử ion chưa hoàn toàn nên phóng điệntiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ cao hơn lần đầu

Hình 4.1: Quá trình phát triển của phóng điện sét.

a Hình dáng quang học ; b Đồ thị dòng điện

2/ Các thông số của sét:

Dòng điện sét được xem như một sóng xung có dạng đường cong (Hình 5.1) Thường trongkhoảng vài ba s dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo thành phần đầu sóng, sau đó giảmchậm từ 20  100 s tạo nên phần đuôi sóng

- Các tham số chủ yếu:

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

+ Thời gian đầu sóng (đs ): là thời gian mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại

+ Độ dốc dòng điện sét: a = dis/dt

+ Độ dài dòng sét (s): là thời gian từ đầu dòng sét đến khi dòng sét giảm ½ biên độ

Hình 5.1: Dạng sóng dòng điện sét.

2.1/ 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 củađám mây dông

Xác suất xuất hiện dòng điện sét có thể tính gần đúng theo công thức:

+ Cho vùng đồng bằng:

VI = e-is/60 = 10-is/60, hay lgVI = -is/60 (đường cong1)

+ Cho vùng núi cao:

VI = 10-is/30 , hay lgVI = -is/30 (đường cong 2)

(VI là xác suất xuất hiện dòng điện sét, có biên độ lớn hơn hoặc bằng is)

Chẳng hạn, xác suất phóng điện sét có biên độ dòng sét is  60KA :

lgVI = -60/60 = -1  VI = 0,1 = 10%

Có nghĩa là trong tổng số lần sét đánh chỉ có 10% số lần sét có biên độ dòng điện sét từ 60KAtrở lên

2.2/ Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện:

Để đo độ dốc dòng điện sét người ta dùng một khung bằng dây dẫn nối vào một hoa điện kế.Khi sét đánh vào cột thu sét với độ dốc a thì trong khung sẽ cảm ứng lên một sức điện động bằngMdis/dt (M là hệ số hổ cảm giữa dây dẫn dòng điện sét của cột thu sét với khung)

Điện áp đầu ra của khung: U = M(dis/dt)max

Độ dốc lớn nhất của dòng điện sét chạy qua cột: a = (dis/dt)max, (KA/s)

* 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

2.3/ Cường độ hoạt động của sét:

Cường độ hoạt động của dông sét được xác định bằng số ngày dông trong một năm và xemnhư trị số trung bình qua nhiều năm quan sát và đo đạt ở những địa phương khác nhau Số lần sétđánh luôn thay đổi trong một ngày

Theo tài liệu “Hướng dẫn thiết kế bảo vệ chống sét cho nhà ở và công trình – CH 305 – 69”của Liên Xô củ ,số lần sét đánh trong một năm vào công trình (khi chưa có hệ thống bảo vệchống sét) được xác định theo công thức sau:

(S + 3hx)(L + 3hx)n

N =

106

trong đó: S – chiều rộng của nhà(công trình) , m

L – chiều dài của nhà(công trình), m

hx – chiều cao tính toán của nhà(công trình), m

n – số lần sét đánh trung bình trên 1Km2 trong một năm xãy ra ở địa phương xây dựngnhà(công trình)

* Số lần sét đánh trung bình trên 1Km2 trong một năm:

* Số ngày dông trung bình trong năm ở một số địa phương của Việt Nam (theo số liệu của tổngcục khí tượng thủy văn thống kê):

Bảng 2.1 :

TT Địa phương Ngày

dông/năm T T Địa phương Ngày dông/ năm

Bà rịa - Vũng tàu

Bắc thái - Thái nguyên

Bình định - Qui nhơn

Bình thuận - Phan thiết

Cao bằng

Đắc lắc

Đồng tháp - Cao lãnh

Gia lai - Pleiku

Hà bắc - Bắc giang

Hà giang

Hà nội - Láng

Hà tây (Sơn tây)

Hà tĩnh

Hải hưng - Hải dương

Hưng yên

T.P Hồ Chí Minh

Khánh hòa - Nha trang

Kiên giang - Rạch giá

Phú quốc

Lai châu

Lạng sơn

Lào cai

Lâm đồng - Đà lạt

Minh hải - Cà mau

Nam hà - Nam định

77,8 96,9 52,1 80,7 93,7 112,2 129,9 96,8 101,3 103,1 93,6 87,2 92,8 72,3 78,6 78,6 45,0 110,4 99,4 97,0 89,5 77,6 89,8 118,9 72,2

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Nghệ an - Vinh Phú yên - Tuy hòa Quảng bình - Đồng hới Quảng nam - Đà nẵng Quảng ngãi

Quảng ninh - Hòn gai Quảng trị - Đông hà Sông bé - Phước long Sơn la

Tây ninh Thái bình Thanh hóa Thừa thiên - Huế Tiền giang - Mỹ tho Trà vinh - Càng long Tuyên quang Yên bái Côn đảo Trường sa Phú liễn Mống cái Tam đảo Phú thọ Điện biên Sapa

88,4 37,6 71,7 76,0 75,2 87,1 72,4 104,1 105,5 126,3 53,8 99,0 93,9 123,8 118,1 88,2 83,6 57,3 52,3 104,1 111,9 95,8 111,3 110,3 90,8

3/ Tác hại của dòng điện sét:

- Khi một công trình bị sét đánh trực tiếp dòng sét sẽ gây tác hại về cơ , nhiệt và điện từ

- Nếu các công trình nối liền với các vật dẫn điện kéo dài như : đường dây điện, dây điệnthoại, đường rây, ống nước gas bằng kim loại, những vật dẫn ấy có thể mang điện thế cao từ xađến khi chúng bị sét đánh, gây nguy hiểm cho người và các thiết bị nối với nó

- Cần chú ý là điện áp có thể cảm ứng trên các vật dẫn (cảm ứng tĩnh điện, hoặc các dâydẫn điện tạo thành những mạch vòng cảm ứng điện từ) Khi có phóng điện sét ở gần điện áp nàycó thể lên đến hàng chục kV và do đó rất nguy hiểm

Như vậy, sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp và gián tiếp cần phải có các phương phápphòng chống sét trực tiếp và gián tiếp hữu hiệu, giảm thiểu các rủi ro do sét gây ra

B CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP :

1/ Khái niệm chung:

Để chống sét đánh trực tiếp cho đến nay thường dùng hệ thống thu sét bằng cột thu lôi,đối với các tòa nhà công nghiệp, trạm, kiến trúc cao tầng, bộ phận thu sét có thể dùng kim,dây, đai hoặc lưới thu sét Yêu cầu của việc chống sét là toàn bộ công trình được bảo vệ cầnphải nằm trong vùng bảo vệ của hệ thống thu sét, hệ thống này có thể nằm ngay trên kết cấucông trình hay đặt cách ly tùy thuộc vào hoàn cảnh và điều kiện cụ thể Song song với việc chọnlựa hệ thống thu sét còn lưu ý đến vấn đề nối đất chống sét, nối đất bảo vệ và nối đất chống sétcảm ứng Phương án chống sét được chọn phải có hiệu qủa chống sét cao, chi phí đầu tư xâydựng ít nhất và yếu tố mỹ quan cũng cần được xem xét

Hệ thống chống sét cơ bản gồm có các điện cực (kim thu sét) được nối với dây dẫnxuống, dây dẫn xuống lại được nối với lưới tiếp đất Vai trò của các điện cực trở thành điểm mục

tiêu sét chọn đánh Mạng dây dẫn xuống sẽ truyền năng lượng sét xuống đất, còn lưới tiếp đấtcó nhiệm vụ tản năng lượng sét vào trong đất.

2/ Chống sét theo phương pháp cổ điển:

2.1 Kim thu sét Franklin:

- Vào năm 1752 nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin đã phát hiện ra các nguyên tắcchống sét cơ bản này Các điện cực Franklin có độ cao thay đổi từ 2m đến 3m hoặc cao hơn Cácthanh Franklin này được đặt ở nhiều điểm trên nóc nhà hoặc đỉnh cột cao Cột thu sét có nhiềukiểu khác nhau, về cấu tạo bao gồm các bộ phận sau:

+ Kim thu sét (1)

+ Cột gắn kim thu sét (2)

+ Dây dẫn truyền năng lượng sét xuống đất (3)

+ Bộ phận nối đất (4)

Hình 6.1: Cột thu sét.

Kim thu được làm bằng thép cán với nhiều loại tiết diện khác nhau, đỉnh kim không nhỏ hơn100mm2 Nếu thép dẹp bề dày không được nhỏ hơn 3,5mm Nếu thép ống bề dày thành ốngkhông nhỏ hơn 3mm Chiều dài hiệu dụng của kim không được nhỏ hơn 200mm Kim thu có thểmạ kẽm, thiếc, sơn dẫn điện

Nếu cột làm bằng kim loại có thể dùng thân cột để làm dây dẫn sét, cột làm bê tông lõithép có thể dùng thép trong cột làm dây dẫn sét, và đối với những nhà, công trình có những cấukiện bằng thép hoặc bê tông cốt thép thì có thể dùng các phần kim loại của cấu kiện để làm dâydẫn sét.Trong các trường hợp trên, phần kim loại dùng vào việc truyền dẫn dòng điện sét phải cótiết diện từ 100mm trở lên (với thép) và phải bảo đảm liên tục về mặt dẫn điện

2.2 Đai và lưới thu sét:

Đai và lưới thu sét dùng để chống sét đánh thẳng có thể làm bằng thép dẹp hay tròn vớitiết diện không được nhỏ hơn 35mm2 Đai hoặc lưới cho phép đặt bên dưới lớp chống thấm haylớp cách nhiệt của nó

Cũng có thể đặt kết hợp kim ngắn lên lưới thu sét, khoảng cách trung bình giữa các kimtrên lưới từ 6 ÷ 12m (viền theo chu vi mái), kim dùng thép tròn 12 ÷16mm có chiều cao khoảng0,5m

Hình 7.1: Lưới thu sét.

2.3 Dây thu sét:

Dây thu sét được dùng để bảo vệ cho những công trình có dạng hẹp và kéo dài cụ thể

như các đường dây dẫn điện trên không, có chiều dài đáng kể

Dây thu sét cũng có thể kết hợp với cột thu sét để bảo vệ cho các trạm phân phối điện.Dây thu sét phải làm bằng thép, tiết diện dây không được nhỏ hơn 50mm2 và không được lớn hơn75mm2 (theo TCN - 46 - 71)

Hình 8.1: Dây thu sét.

2.4 Cách xác định vùng bảo vệ:

+ Phương pháp quả cầu lăn:

Giữa điện tích và cường độ điện trường tại mũi tiên đạo sét cũng như giữa điện tích vàbiên độ dòng sét có một mối quan hệ Từ mối quan hệ này một phương pháp được đưa ra vàocuối thập niên 70 nhằm xác định điểm sét đánh dựa trên cơ sở của độ dài khoảng cách phóngđiện, gọi là phương pháp “Quả cầu lăn” và phương pháp này đã được đưa vào tiêu chuẩn của Uùc

AS 1768 - 1991

Người ta giả thiết mũi tiên đạo sét ở điểm giữa (tâm) một quả cầu có bán kính bằng độdài của khoảng cách phóng điện, như vậy sẽ có những điểm bề mặt quả cầu chạm với mặt đấthoặc các bộ phận trên bề mặt đất, những điểm chạm đó có thể là những điểm sét đánh, cũng cócác vùng bề mặt quả cầu không thể chạm đến, điều này được minh họa trên hình 9.1

Quả cầu này có bán kính khoảng 45m đối với mức bảo vệ tiêu chuẩn (dòng điện sét đánh10KA và hơn nữa) Đối với các công trình quan trọng (dễ cháy, nổ), người ta thiết kế quả cầu cóbán kính 20m

Vùng bề mặt cầu không chạm tới được có thể ngăn cản sét gọi là vùng bảo vệ

Khoảng cách phóng điện Ds (độ dài cản sét) phụ thuộc vào biên đô dòng sét có thể xácđịnh bằng công thức : Ds = 6,7.I0,8 ,m

Với I : là biên độ dòng sét (KA) phụ thuộc vào mức bảo vệ

Hình 9.1 : Mô tả vùng bảo vệ theo phương pháp quả cầu lăn.

+ Phương pháp hình nón:

a Phạm vi bảo vệ của cột thu sét

Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là một hình nón tròn xoay có đường sinh dạnghyperbol, có tiết diện ngang là những hình tròn với bán kính rx được xác định:

Hình 10.1 : Phạm vi bảo vệ của cột thu sét

Để đơn giản trong thiết kế người ta thường thay thế đường cong bậc hai (đường sinh) của hình nón tròn xoay này bằng một đoạn đường gãy khúc vơí các phương trình đơn giản sau:

Hình 11.1 : Phạm vi bảo vệ của cột thu sét với cách vẽ đơn giản hóa

Thực nghiệm cho thấy là nên dùng nhiều cột với độ cao không lớn để bảo vệ thay chomột cột có độ cao lớn ; phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với tổngsố phạm vi bảo vệ của 2 cột đơn

Hình 12.1: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau.

- Khi 2 cột thu sét đặt cách nhau một khoảng a = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đấttrong khoảng giữa 2 cột sẽ không bị sét đánh, từ đó suy ra nếu 2 cột thu sét đặt cáchnhau một khoảng a < 7h thì sẽ bảo vệ được độ cao ho xác định bởi:

a a

h - ho =  ho = - ho

8

Các phần bên ngoài giống như trường hợp 1 cột, còn phần bên trong được giới hạn bởivòng cung đi qua 3 điểm : 2 đỉnh cột và một điểm ở giữa có độ cao ho, (ho được xem như độ caocủa cột thu sét giả tưởng nằm giữa 2 cột).

h1’ = h2 và khu vực bảo vệ giữa 2 cột h2 và h1’ cách nhau a’ đã được trình bày như 2 cột thu có độcao bằng nhau

Hình13.1: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao không bằng nhau

Khi công trình cần được bảo vệ có phạm vi rộng lớn sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ.Phần ngoài của phạm vi bảo vệ được xác định như của từng đôi cột Cần phải kiểm tra điều kiệnbảo vệ an toàn cho toàn diện tích cần được bảo vệ Vật có độ cao hx sẽ nằm trong vùng được bảovệ nếu thỏa mãn điều kiện :

D ≤ 8(h - hx) với h ≤ 30m

D ≤ 8(h - hx)p với h > 30m

Hình 14.1: Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét

Hình 15.1: Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét.

b Phạm vi bảo vệ của dây chống sét (DCS ) :

Dây chống sét thường dùng để bảo vệ cho đường dây tải điện trên không Để bảo vệngười ta treo dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây Tùy theo cách bố trí dây dài trên cột,có thể treo 1 hay 2 dây chống sét sao cho dây dẫn điện của 3 pha đều nằm trong phạm vi bảo vệcủa DCS

- Dải bảo vệ bx của cột treo 1 DCS được tính theo công thức:

+ Ở độ cao hx > 2/3 h thì:

bx = 0,6h (1-hx/h) p

+ Ở độ cao hx < 2/3 h thì:

bx = 1,2h (1-hx/0,8h) p

Hình 16.1: Phạm vi bảo vệ của 1 dây chống sét.

- Phạm vi bảo vệ của 2 DCS :

Khi 2 DCS đặt cách nhau một khoảng S = 2B = 4h thì mọi điểm trên mặt đất nằm giữa 2dây này sẽ được bảo vệ an toàn và nếu S < 4h thì có thể bảo vệ cho các điểm (giữa 2 dây) cómức cao tới :

ho = h - S/4p

Hình 17.1: Phạm vi bảo vệ của 2 dây chống sét

Khi dây dẫn bố trí ngang thì điều kiện để dây nằm giữa với độ cao hDD được bảo vệ làkhoảng cách S giữa 2 DCS phải thỏa điều kiện :

S < 4p (hDCS - hDD)

Giới hạn phạm vi bảo vệ ở phía ngoài ở 2 DCS cũng giống như từng DCS riêng lẻ, cònkhu vực bảo vệ giữa 2 DCS được giới hạn bởi cung tròn vẽ qua 2 điểm, ở giữa có độ cao ho

- Phạm vi bảo vệ của DCS trong thực tế:

Độ treo trung bình của dây dẫn thường hơn 2h/

3, do đó trong trường hợp này chỉ cần xác định đúng góc

bảo vệ  là đủ ( : góc tạo bởi đường thẳng nối liền

điểm treo dây CS với dây dẫn và đường thẳng góc với

mặt đất qua điểm treo DCS (hình 18.1),  càng bé thì

xác suất sét đánh vào DD càng bé

Trường hợp giới hạn hDD = 2hDCS/3 thì

gh = 31o (tggh = 0,6)

Để tăng mức an toàn (giảm xác suất sét đánh vòng qua

DCS vào DD) Thường chọn  = 20o ÷ 25o cho các đường

dây tải điện quan trọng

Hình:18.1

3 Chống sét theo phương pháp hiện đại:

Trong những thập niên vừa qua nhiều cuộc nghiên cứu vàthử nghiệm được tiến hành

nhiều nơi trên thế giới như ở Uùc, Pháp, Mỹ nhằm tạo ra một đầu thu đặc biệt có đặc tính tốthơn đầu thu sét thông thường và có phạm vi bảo vệ rộng hơn Vào năm 1914 nhà vật lý ngườiHungari là Sziza đặt ra câu hỏi nếu cột Franklin có được cải tiến hay không khi thêm vật liệuphóng xạ tạo ra các ion tăng sự thu hút của sét ? Vài vật liệu phóng xạ đã được dùng là Uraniumvà Thyradium, cường độ của vật liệu phóng xạ được giới hạn là 1mili Curie là mức an toàn đốivới con người Ngoài ra, năm 1964 Ball đề xuất việc dùng tia Laze để phóng điện vào các đámmây dông, nó có thể chặn một tiên đạo khi tia tiên đạo phát triển hướng xuống đất Tia Laze có

tác dụng như một dây dẫn từ đám mây đến đất và kết thúc bằng một dây dẫn xuống và nối vớimột hệ thống nối đất Và một số phương pháp nữa Tuy nhiên nhiều cuộc tranh luận và thửnghiệm xoay quanh các đề tài đó đi tới một kết cục là nhiều ý tưởng khó mà thực hiện được vàkhó mà chứng minh được tính hiệu quả của nó.

Qua quan sát 30 năm trở lại đây, có các loại điện cực thu sét được cải tiến như:loại điệncực phóng xạ, loại điện cực phát xạ sớm đã được ứng dụng vào thực tiễn

Trên thị trường Việt Nam hiện nay đang dùng các loại đầu thu phát xạ sớm (ESE), gồmcó Prevectron của hãng Indelec (Pháp), EF của hãng EF Carrich System (Thụy Sỉ), Dynasphere,Interceptor của hãng Global (Uùc)

3.1 Kim thu sét phát xạ sớm:

Về cơ bản thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo bao gồm:

- Kim thu sét trung tâm bằng đồng điện phân hoặc thép, hợp kim không rỉ Kim này có tácdụng tạo một đường dẫn dòng sét liên tục từ tia tiên đạo và dẫn xuống đất theo dây dẫn sét

- Thiết bị tạo ion, giải phóng ion và tạo tia tiên đạo Đây là tính năng đặc biệt của đầu thusét phát xạ sớm Nhờ thiết bị này mà đầu thu sét có thể tạo ra vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ

an toàn cao

Về nguyên tắc hoạt động trong trường hợp dông bão xảy ra điện trường khí quyển giatăng khoảng vài ngàn Vôn/mét, đầu thu sét sẽ thu năng lượng điện trường khí quyển, năng lượngnày được tích trữ trong thiết bị ion hóa Trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện sét có một sự giatăng nhanh chóng và đột ngột của điện trường khí quyển, ảnh hưởng này tác động làm thiết bịion hóa giải phóng năng lượng đã tích lũy dưới dạng ion tạo ra một đường dẫn tiên đạo về phíatrên, chủ động dẫn sét

- Quá trình ion hóa được đặc trưng bởi:

+ Thiết bị ion hóa cho phép ion phát ra trong khoảng thời gian rất ngắn và tại thời điểm thích hợpđặc biệt, chỉ vài phần của giây trước khi có phóng điện sét, do đó đảm bảo dẫn sét kịp thời chínhxác

+ Sự xuất hiện một số lượng lớn các electron tiên đạo cùng với sự gia tăng của điện trường cótác dụng rút ngắn thời gian tạo hiệu ứng Corona

+ Đầu thu ESE phát ra một đường dẫn sét chủ động về phía trên nhanh hơn bất cứ điểm nhọnnào gần đó

3.2 Cách xác định vùng bảo vệ :

Tùy theo công nghệ chế tạo của từng loại đầu thu mà các nhà sản xuất đưa ra công thứctính toán phạm vi bảo vệ

+ Phạm vi bảo vệ của kim thu Prevectron được tính theo công thức:

Rp =  h(2D - h) + [L(2D + L)] (với h>5m )

Trong đó : L = 106.T , (m)

với T : độ lợi về thời gian của từng đầu kim

h : chiều cao thực kim thu tính từ mặt bằng bảo vệ

D = 20m vơiù cấp bảo vệ cao nhất

D = 45m với cấp bảo vệ trung bình

D = 60m với cấp bảo vệ tiêu chuẩn

chú thích: với h  5m tra theo bảng của nhà sản xuất.

Hình 19.1 : Vùng bảo vệ của đầu thu Prevectron

+ Phạm vi bảo vệ của đầu thu Dynasphere được xây dựng trên phương pháp CollectionVolume của tiến sĩ A.J.Eriksow.Phương pháp này được mô tả như sau:

Điện tích Q phân bổ dọc theo luồng điện phóng xuống gây sự tăng nhanh điện trườnggiữa nó và điểm tiếp đất Khi đạt đến giá trị điện trường tớái hạn, điểm tiếp đất phóng một luồngtiếp nhận lên trên Khoảng cách ở nơi xảy ra sự kiện này gọi là “khoảng cách sét đánh” Điệntrường tớái hạn tùy thuộc vào cả điện tích phóng xuống và cả khoảng cách đến điểm tiếp đất.Hình 20.1, cho thấy sự hình thành bán cầu khoảng cách sét xung quanh một điểm tiếp đất đơnđộc , điện tích phóng càng lớn khoảng cách này càng lớn Nếu luồng phóng xuống gần đến chu

vi của hình cầu, vận tốc của nó có thể mang nó tiến đến trước để tiếp nhận một luồng điệnphóng lên khác Như vậy, có thể có trường hợp luồng điện phóng xuống đi vào trong bán cầuphóng sét mà không có sự tiếp nhận (vì khoảng cách từ tia tiên đạo đến điểm phóng lên khác,nhỏ hơn từ tia tiên đạo đến điễm đang xét ) Trong hình 20.1 một hình Parabol giới hạn được đặttrên bán cầu Đường Parabol này được hình thành trên các yếu tố vận tốc và hoàn chỉnh thể tíchthu (Collection Volume) Vậy chắn có sự tiếp nhận bởi một điểm liên hệ trên mặt đất Hình 20.1cũng cho thấy thể tích thu trở nên rộng hơn với sự tăng điện tích luồng có thể nói rằng luồngphóng xuống đi vào một thể tích như thế thì về lý thuyết chắc phóng xuống Có nghĩa là dòngđiện sét càng lớn thể tích thu càng lớn

Hình 20.1: Vùng thu sét,bán cầu được bao bởi một parabola giới hạn

Một chương trình máy tính BENJI do Lightning Protection

International Ply Ltd xây dựng Nó tính toán mật độ điện trường

tương ứng ở mỗi giai đoạn và so sánh sự gia tăng điện trường

của các điểm đối diện (các góc và cạnh tòa nhà, ăng ten, thiết

bị ) Sau đó chương trình tính ra điểm nào tạo ra tiên đạo

hướng lên đầu tiên gặp tiên đạo hướng xuống Sự phóng điện

chính phóng trở lại theo đường tiên đạo phóng lên / phóng

xuống Có thể tính toán bán kính thu cho mỗi điểm thích ứng

Các đầu thu của hãng Global đã chứng minh khả năng tạo

ra nhiềuthể tích thu lớn hơn cột Franklin

4 Dây thoát sét:

Có nhiệm vụ dẫn dòng sét từ đầu thu sét đến hệ thống nối đất Dây dẫn sét có 3 dạngchính là dẹp, tròn hay bện nhiều sợi Tiết diện thực của chúng phải lớn hơn hoặc bằng 50mm.Tùy theo điều kiện môi trường và công trình mà các loại dây dẫn được chọn :

- Dây đồng trần điện phân mạ thiếc có tính dẫn tốt

- Dây thép không rỉ dùng trong môi trường ăn mòn cao

- Dây nhôm gắn trên bề mặt công trình bằng nhôm

Có thể dùng cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép của công trình ,các vỏ bọc bằng kimloại bên ngoài công trình , các ống kim loại, làm dây dẫn sét ( đối với công trình có bảo vệchống sét cấp 2, 3 )

Gần đây, còn dùng một dây xuống có bọc cách điện (dây Ericore) Thuận lợi chính củaloại vật dẫn này cho phép người thiết kế hướng dòng sét đi vòng qua các vùng nhạy cảm, cápnày có thể đi ngầm bên trong của kết cấu công trình Trong hầu hết trường hợp chỉ cần một dâydẫn xuống có bọc

5 Hệ thống nối đất:

5.1 Nối đất chống sét

Thiết bị nối đất thường là các cọc, thanh bằng kim lọai hay băng đồng phẳng có hìnhdạng và kích thước khác nhau chôn trong đất Cọc thường được chế tạo bằng các loại thép ống,thép tròn thép góc.Thanh được chế tạo bằng các băng thép dẹt, thép tròn

Hệ thống nôí đất phải đãm bảo yêu cầu chi phí kim loại nhỏ nhất, bảo đảm độ bền cơ,bảo đảm về chống ăn mòn khi đặt trong đất

Có thể xử dụng các kết cấu kim loại của công trình để làm nối đất tự nhiên như móng ,ống dẫn nước bằng kim loại chôn trong đất, vỏ cáp ngầm, nhằm mục đích giảm gía thành xâydựng hệ thống nối đất cho công trình

Trị số điện trở nối đất càng bé tác dụng tản dòng điện sét càng cao Đối với vùng đất cóđộ dẫn điệnxấu có thể dùng muối, than để cải thiện độ dẩn điện của đất Hiện nay người ta còndùng hóa chất cải tạo đất để làm giảm điện trở suất của đất

Trong hệ thống nối đất còn có các bộ phận khác với mục đích kiểm tra và an toàn :

+ Nối kiểm tra : dùng để tách riêng dây dẫn xuống và hệ thống nối đất, nhờ đó có thể đochính xác điện trở hệ thống nối đất

+ Hộp quan sát : dùng để kiểm tra sự kết nối giữa dây dẫn xuống và hệ thống nối đất.+ Ống bảo vệ: bảo vệ khoảng dây dẫn xuống nối kiểm tra và mặt đất tránh khỏi các vachạm có thể gây hư hỏng cho dây dẫn xuống

+ Máy đếm sét: để đếm những cú sét thực sự xảy ra cho một kiến trúc hay cho một hệthống dây dẫn xuống

5.2 Nối đất đẳng thế:

Khi dòng điện sét đi qua dây dẫn sét, có một sự chênh lệch điện thế giữa dây dẫn này vàcác cấu trúc kim loại đặt nối đất bên cạnh Sự phóng điện nguy hiểm có thể xảy ra giữa dây dẫnsét và những bộ phận kim loại này

Tùy thuộc vào khoảng cách giữa dây dẫn sét với những bộ phận kim loại nối đất khác màviệc nối đẳng thế cần hay không cần thiết Khoảng cách tối thiểu không xảy ra sự phóng điệnnguy hiểm gọi là khoảng cách an toàn Khoảng cách này phụ thuộc vào cấp bảo vệ, số dây dẫnsét, khoảng cách từ điểm nối đất đến các bộ phận kim loại đó

Sự phóng điện nguy hiểm sẽ không xảy ra khi khoảng cách d giữa các bộ phận kim loại củahệ thống chống sét với các cấu trúc kim loại nối đất khác lớn hơn giá trị S Với S là khoảng cách

an toàn và được tính :

S = n (KI/Km) l

Trong đó:

+ n : là hệ số phụ thuộc vào số dây dẫn sét của kim thu sét

n = 1 : khi có 1 dây dẫn sét

n = 0,6 : khi có 2 dây dẫn sét

n = 0,4 : khi có 3 hay nhiều hơn dây dẫn sét

+ KI : là hệ số phụ thuộc vào vùng bảo vệ

KI = 0,1 đối với công trình có cấp an toàn cao nhất

KI = 0,075 đối với công trình có cấp an toàn trung bình

KI = 0,05 đối với công trình có cấp an toàn tiêu chuẩn

+Km : là hệ số phụ thuộc vào vật liệu giữa dây dẫn sét và các phần kim loại nối đất liênquan

Km = 1 khi giữa chúng là không khí

Km = 0,5 khi giữa chúng là vật liệu cứng (không phải là kim loại)

+l : là chiều dài dọc theo dây dẫn sét từ điểm tính khoảng cách đến điểm nối đẳng thế gầnđó nhất

xảy ra do các tiếp đất chống sét, tiếp đất điện lực, tiếp đất cho các máy tính và các thiết bịviễn thông ở trong tòa nhà và công trình lắp đặt cách biệt nhau.

Việc nối đẳng thế không được thực hiện với loại ống dẫn các chất gây cháy nổ,

6 So sánh các loại đầu thu sét:

Bảng 3.1:

Loại điện cực

loại bảo vệ này hiện nay cấm dùng ở nhiều nước

Cần nhiều điện cực trên nóc tòa nhà

Chỉ cần một điện cực bảo

vệ cho toàn bộ gồm nhà và

các vùng phụ cận

Giống S3000 Tuy nhiên bán kính thu hút sét còn bị nghi ngờ

Chỉ cho nhà được bảo vệ.

Không bảo vệ được cho các vùng công cộng

nhiều thanh trên mái nhà Có nhiều hiệu quả vì sử

1763 Chi phí thấp so với các hệ

Không có các phần động,

nguồn phóng xạ, có các tụ điện cần thay thế Nếu không bảo quản điện cực có thể không có hiệu quả

Tuổi thọ giới hạn do các thành phần bị ăn mòn hoặc bị phá hoại

Dễ lắp đặt, chỉ cần một

dây dẫn xuống (dây

ERICORE)

30m theo chu vi nhà cần một dây dẫn xuống

Dây ERICORE loại trừ

được nẹt điện biên gây

chết người, hư hỏng thiết bị

Dây dẫn xuống cũ, kỹ thuật không tiên tiến bằng ERICORE

Dây dẫn xuống thông thường không có hiệu quả

Dễ lắp đặt, không tốn kém,

dây dẫn xuống không gây

trở ngại có thể đặt bên

trong

đặt bên ngoài không có mỹ quan, bị oxy hóa

bảo đảm nguồn phóng xạ không nguy hiểm Một vài điện cực có nguồn cung cấp riêng đòi hỏi bảo dưỡng và thay thế thường xuyên

Hầu như không thể bảo dưỡng xem như hệ thống trong điều kiện làm việc

Mỗi dự án S3000 khách Khách hàng không có CAD Khách hàng không có CAD

hàng sử dụng một CAD

chương trình, nhờ đó việc

tính toán bán kính thu sét

của Dynasphere nhanh

chóng, dễ dàng, chính xác.

thiết kế Các bán kính thu sét hkông được chứng minh bằng các số liệu khoa học hoặc nghiên cứu.

chương trình để xác định sự bố trí các điện cực và các dây dẫn xuống Thiết kế bằng tay, mất thời gian và đắt tiền

VÀ CÁC PHẦN MỀM LIÊN QUAN.

A HỆ THỐNG CHỐNG SÉT SYSTEM 3000:

GLT(Global Lightning Technologies Pty.Ltd.) là công ty chuyên chế tạo các thiết bịchống sét hàng đầu của Uùc GLT thành lập vào năm 1978 tiền thân là viện chống sét (LPI)thành lập năm 1955

1 Những thành phần cơ bản của lắp đặt chống sét:

 Đầu thu sét : Đầu thu sét trên không có khả năng thu hút luồng sét về nó hơn là phần dễ bịtấn công khác của kiến trúc cần bảo vệ Vùng bảo vệ rộng thì cần đến nhiều đầu thu hơn

 Dây thu lôi : Dây thu lôi dẫn dòng sét xuống đất mà không có nguy cơ phóng điện biên hayđiện hóa tòa nhà Phóng điện biên là từ dùng mô tả dòng sét rời khỏi dây thu lôi và phóngvào một vật ở cạnh đó

 Tieâp ñaât: Heô thoâng tieâp ñaât phại coù trôû khaùng thaâp ñeớ phađn taùn doøng seùt ñöôïc an toaøn.Máng löôùi tieâp ñaât thay ñoơi töø cođng trình naøy ñeân cođng trình khaùc tuøy theo ñòa hình cụacođng trình.Trong nhieău vuøng coù theơ duøng coôt ñoùng sađu cho moôt tieâp ñaât hieôu quạ ÔÛ vuøngñaât ñaù, öu tieđn duøng tieâp ñaât reõ quát.

2 Heô thoâng choâng seùt 3000:

2.1 Giôùi thieôu heô thoâng choâng seùt 3000:

Heô thoâng choâng seùt S3000 laø moôt tieân boô trong vieôc phoøng choâng seùt Heô thoâng ñöôïc thieâtkeâ ñeơ thu seùt töø moôt theơ tích vuøng thu ñöôïc quyeât ñònh tröôùc vaø daên doøng seùt xuoâng ñaât moôt caùch

an toaøn

Heô thoâng choâng seùt goăm caùc boô phaôn sau:

- Ñaău thu seùt Dynasphere: laø ñieơm ñaău tieđn ñeơ baĩt seùt ñaùnh vaøo caâu truùc maø noù bạo veô.

Dynasphere hoaøn toaøn caùch ñieôn khoûi caâu truùc vaø ñöôïc noâi vôùi dađy thu lođi Ericore, ñeơcung caâp moôt heô thoâng caùch ñieôn toaøn dieôn

- Thanh choâng (keât caâu ñôõ): duøng ñeơ gaĩn ñaău Dynasphere vaø laøm Dynasphere caùch ñieôn

khoûi caâu truùc

- Dađy daên xuoâng (ERICORE): tại ñieôn xuoâng ñaât khođng laøm ñieôn hoùa caâu truùc caăn bạo veô.

Vieôc naøy ñạm bạo an toaøn cho ngöôøi vaø cho thieât bò Dađy daên loái boû rụi ro phoùng ñieôn bieđn vìboô phaôn truyeăn ñieôn ôû trung tađm ñöôïc che chaĩn khoûi caùc vaôt khaùc

- Thieât bò ñeâm seùt : theo doûi soâ laăn ñaău Dynasphere ñaõ thu seùt

- Heô thoâng noâi ñaât : goăm caùc cóc ñaât, baíng ñoăng vaø hoùa chaât laøm giạm ñieôn trôû ñaât.

Vieôc thieât keâ caùc boô phaôn ñaõ ñöôïc nghieđn cöùu theo doõi trong phoøng thí nghieôm vaø thöïc teângoaøi töï nhieđn

2.2 Ñaău Dynasphere:

2.2.1 Quan ñieơm thieât keâ :

Töø lyù thuyeât vaø thöïc nghieôm cho bieât khoạng thôøi gian maø ñieơm nhón cụa coôt thu lođicoù theơ sinh ra moôt khoạng ñieôn tích ngay tređn noù Söï hieôn dieôn cụa khoạng ñieôn tích seõ boơ sungcho ñieôn tröôøng ôû ñưnh vaø gađy khoù khaín cho ñieău kieôn phoùng ñieôn töï duy trì hay noùi caùch khaùclaøm giạm cô hoôi sinh ra tia phoùng leđn

Mođ hình cụa cô cheâ naøy nhö sau:

- Mađy dođng tieân ñeân ñieôn tröôøng taíng

- Hieôn töôïng vaăng quang (vaăng corona) baĩt ñaău bao quanh ñưnh coôt khi ñieôn tröôøng ôû ñưnhcoôt vöôït möùc ñaùnh thụng khođng khí

- Ñieôn tích vaăng quang xen vaøo giöõa coôt nhón vaø ñieôn tích trung tađm ôû mađy dođng Vaăngquang laøm thay ñoơi ñieôn tröôøng ôû ñưnh coôt

- Tia tieđn ñáo phoùng xuoâng, ñieôn tröôøng taíng, vaăng quang taíng, ñieôn tröôøng ñưnh bò chekín Ñieôn tröôøng gaăn ñưnh khođng taíng tuyeân tính vôùi ñieôn tröôøng trung gian ôû xa hôn

- Quaù trình tieâp túc cho ñeân khi tia phoùng xuoâng trôû neđn khaù gaăn ñeân luùc naøo ñoù coôt phaùt

ra moôt tia phoùng leđn döông tính (xuaât phaùt töø cöïc thanh döông)

- Tia phoùng leđn vöôït qua vaăng ñieôn quang tìm ñeân tia phoùng xuoâng

Vì ñieôn tröôøng ôû gaăn ñưnh coôt bò hieôu chưnh trong tình huoâng tređn, moôt tia seùt coù theơ tieânñeân khoạng vaøi möôi meùt tröôùc khi coù söï phaùt ra tia ñi leđn töø coôt thu lođi

Taùc dúng tređn coù theơ giại thích cho hieôn töôïng , seùt ñi voøng qua coôt thu lođi ñaùnh vaøo caâutruùc beđn döôùi

Caùc thí nghieôm mođ hình ( standler R “ Response of elevated conductors to lightning “ msthesis New Mexico Institute of technology april 1975 ) ñöa ra nhaôn xeùt khoạng ñieôn tích tređn coôt

nhọn làm cho sự phóng điện xuyên qua có thời gian trì hoãn lên đến 500s Điều này đưa đến sựđề xuất dạng hình học của các đầu tiếp điện trên không có một hiệu quả quan trọng khi các điểmcạnh tranh trên cấu trúc cũng cố gắng cho ra đồng thời một tia phóng lên Các nghiên cứu từphòng thí nghiệm và hiện trường cho thấy điện trường trung gian giữa tia phóng xuống và mặtđất khoảõng 500KV/m cần thiết cho tiến trình đi lên của tia phóng lên Dòng đi lên mà cuối cùngsẽ mở rộng đến tia tiên đạo hướng xuống đòi hỏi sự phát sinh điện trường gần bằng 3MV/m ởmột điểm trên mặt đất.

Thảo luận trên dẫn đến việc xem xét một đầu thu lý tưởng sẽ cực tiểu hóa corona ở chếđộ tĩnh (khi chưa có sự xuất hiện của tia tiên đạo) nhưng làm tăng sự tập trung điện trường trongđiều kiện động xảy ra trong khi có một tia phóng xuống làm cho nó có độ lợi thời gian tạo đườngdẫn chủ động về phía trên của đầu thu so với các loại kim thu sét thông thường trong cùng điềukiện

Ba điều kiện cơ bản phải đạt được với một đầu thu là:

- Cường độ điện trường của đầu thu : 3MV/m để phóng lên một dòng

- Các điện tử tự do vượt mức 108electron / sec ở điểm nối đất để đảm bảo mở đầu “thácđiện tử”

- Điện trường trung gian giữa đầu thu và điểm phóng xuống vượt mức 400KV/m để đảmbảo sự tự kích ( Self Propagation) điểm phóng lên sau mở đầu thác

2.2.2 Vật liệu và kích thước:

Hình 1.2

Vật liệu của đầu Dynasphere không bị ăn mòn trong không khí bình thường

- Đầu tiếp đất có tiết diện 300mm2 được làm bằng vật liệu không chứa sắt

- Quả cầu bọc bên ngoài đầu tiếp đất được làm bằng nhôm anod hóa có kích thước : Dài (L) x Rộng(R) = 335mm x 280mm

- Trọng lượng toàn bộ của Dynasphere trên 4kg

2.2.3 Đặc điểm kỹ thuật:

- Điện cực sẽ phản ứng một cách động học với sự xuất hiện của luồng sét bằng cách tạo

ra các điện tử tự do và hiện tượng quang ion hóa giữa bề mặt quả cầu và mũi nhọn của cọc tiếpđất

-Vầng quang chỉ xảy ra khi có sự đến gần của tia chớp.Vầng quang không xảy ra dotrường tĩnh điện của cơn dông ở phía trên trừ khi có sự hoạt động của luồng điện phóng trongvùng

- Đầu thu không gây ra nhiễu sóng vô tuyến tần số cao, ngoại trừ khoảng miligiây sự tiếnđến của tia tiên đạo

- Đầu thu không phóng xạ nên không cần xin giấy phép sử dụng

- Hìng dạng bên ngoài của đầu thu nhằm giảm nhỏ sự hình thành vầng quang dưới trườngtĩnh điện của cơn dông.

- Đầu thu không cần pin hay nguồn cấp năng lượng nào bên ngoài cho bất kỳ bộ phận nàocủa nó hoạt động Đầu thu không chứa phần động

- Đầu thu được làm bằng vật liệu không bị ăn mòn trong điều kiện khí quyển bình thường

- Đầu thu được cách điện khỏi cấu trúc bảo vệ Thể tích vùng thu và bán kính hấp dẫn củađầu thu, được đưa ra từ thống kê và những nghiên cứu về sét được chấp nhận và biết đến

- Đầu thu được đặt tối thiểu 10m từ mặt đất

- Đầu thu phải được lắp đặt nghiêm ngặt theo hướng dẫn của nhà sản xuất

- Vùng bảo vệ được qui định bởi điện cực phải thích hợp với điểm sét đánh cho tất cảcác sét vượt quá biên độ của dòng điện sét xxKA theo mức bảo vệ yy Thiết kế phảitính toán đến sự phóng một tia đi lên của các điểm cạnh tranh (mũi nhọn, gỡ mái ) từcông trình cần bảo vệ

Bảng 1.2

Dòng sét ( xx ) Mức bảo vệ (yy ) Khả năng xuất hiện3KA

6KA10KA15KA20KA

Rất caoCaoTrung bìngChuẩnThấp

2 2.4 Nguyên lý hoạt động:

Ở dạng đơn giản Dynasphere gồm một thanh kim loại nhọn đầu được nối đất và mộtquả cầu kim loại bọc lấy thanh Một trở kháng cao nối quả cầu và thanh nhọn

Trong điện trường tương đối ổn định xảy ra dưới một cơn dông Dynasphere là mộtthiết bị thụ động Trong trường tĩnh điện này quả cầu được nối đất qua trở kháng và gây racorona cực tiểu do dạng hình học của nó

Trong trường điện động, khi có sự gia tăng nhanh chóng và đột

ngột của điện trường khí quyển, qúa trình qúa độ xày ra,việc

tiếp cận một tia phóng xuống tạo thành một điện dung ghép

giữa tia phóng xuống và mặt cầu

Mặt cầu sẽ phản ứng lại sự tăng nhanh điện trường bằng

cách tăng thế do hằng số thời gian dài tạo bởi kênh tĩnh trở

kháng cao Một khe phóng điện được hình thành do sự chênh

lệch thế giữa quả cầu và thanh Tác động này làm thiết bị giải

phóng năng lượng đã tích luỹ dưới dạng ion, tạo ra mộït đường

dẫn tiên đạo về phía trên chủ động dẫn sét

Hình 2.2

2.2.5 Nguyên lý xác định vùng bảo vệ :

Vùng bảo vệ được xây dựng từ một bán cầu phóng điện và một parabol giới hạn báncầu đó Tùy theo mức độ bảo vệ công trình, tương ứng với điện lượng hay cường độ sét, mà taxác định được vùng bảo vệ khác nhau

Kim thu sét Dynasphere được đặt trên công trình sao cho vùng bảo vệ của nó phủkhắp vùng thu sét của các điểm cạnh tranh của cấu trúc ( đỉnh nhọn nhô ra, góc nhọn, gờmái, ) hay nói cách khác bán kính vùng bảo vệ Rbv của Dynasphere phải bao trùm bán kínhvùng cạnh tranh Rct của các điểm cạnh tranh

Bán kính vùng bảo vệ tùy thuộc vào độ cao công trình, độ cao thanh đỡ và mức độ bảovệ

2.2.6 Kiểm tra đánh giá đầu thu:

Mục đích của cuộc thử nghiệm này kiểm tra tính hiệu quả của Dynasphere tíchcực với thiết bị thụ động, đánh giá khả năng của nó khi cạnh tranh với cột Franklin và sosánh thời gian tạo ra đường dẫn tiên đạo so với kim thu sét thông thường

Với mục đích đó cả hai loại dẫn sét (tạo tia tiên đạo và thông thường) được đánh giávà kiểm nghiệm trong cùng một điều kiện

a Thí nghiệm trong phòng:

Mô phỏng quá trình phóng điện sét trong tự nhiên ở phòng thí nghiệm là rất khó Cácvấn đề cụ thể được tóm tắt như sau:

- Điện trường có mặt khi có sét trong tự nhiên là 520KV/m trong phòng thí nghiệmtrường 500KV/m là cần thiết để mở đầu một sự phóng điện

- Các tia phóng lên dài 100  500m trước khi chặn một tia phóng xuống Trong phòng thínghiệm khoảng cách phóng chỉ có thể đạt được vài mét

- Trước khi có sự phóng điện tự nhiên xảy ra, tồn tại một điện trường gây ra corona trêntất cả các phần hình học và góc nhọn Mô phỏng phòng thí nghiệm của hiệu ứng này là khó vìthiết bị tạo ra trường có thể bị máy phát xung phá hủy

So sánh chất lượng của một đầu thu thí nghiệm với cột Franklin đối chứng Mây nhântạo là một lưới kim loại nằm ngang tiết diện 5 x 5m Nằm trên đầu thu thử nghiệm và cộtFranklin đối chứng được nối đất và có cùng độ cao

Một máy phát phân cực DC được nối vào đám mây nhân tạo qua điện trở và mạngbảo vệ Một máy phát xung cũng được nối vào đám mây nhân tạo

Dạng sóng xung được chọn tương đối chậm, có thời gian tăng 200 microgiây Dạng nàygần giống với độ tăng điện trường nhận được khi một điểm phóng tiếp cận đất Dạng sóng1,2/50s thường được dùng biểu diễn dạng sóng quá điện áp khí quyển

Do khoảng cách phóng điện rất ngắn trong phòng thí nghiệm cần tạo xung gần vớingưỡng chọc thủng để tìm sự khác biệt giữa các đầu thu thử nghiệm và đối chứng

Thí nghiệm 1: 2 Dynasphere được đặt ở các vị trí thử nghiệm Mục đích của thử nghiệm làxem xét một Dynasphere tích cực có ưu điểm gì hơn một thiết bị thụ động Đảo ngược các thiết

bị tích cực và thụ động mà không phải thay đổi bất kỳ thông số vật lý nào Kết quả lấy trungbình theo cách loại bỏ các mâu thuẩn trong sơ đồ thử nghiệm vật lý.

Trước khi thử nghiệm một chuỗi điện tích được tạo ra để đánh giá ngưỡng phóng điện.Điện áp nạp 65,7KV xấp xỉ một xung áp 1314KV, độ ẫm 70%, áp suất 1012mB, nhiệt độ 30o C

6511

99

18 Quả cầu tích cực chứng tỏ hiệu quả gần gấp đôi quả cầu thụ động

Thí nghiệm 2:

Trong thí nghiệm này, Dynasphere được so sánh với chất lượng của một cột Franklin Cáccột Franklin được dùng là các thanh nhọn đầu lõi của Dynasphere để không có sự thay đổi hìnhhọc cột Franklin khi quả cầu được gắn vào, chuổi phóng điện hướng vào 2 cột Franklin để xácđịnh cái nào hiệu quả hơn Sau đó quả cầu được gắn vào cột Franklin kém hiệu quả hơn ,để đánhgiá sự cải thiện chất lượng

Các điều kiện khí quyển: độ ẩm 67%, áp suất 1012mB, nhiệt độ 30oC

Kết quả:

Cột Franklin (A) quả cầu

Việc thêm quả cầu vào cột Franklin làm việc kém (B) cải thiện 40% hiệu quả của nó

b Thí nghiệm ngoài tự nhiên:

Hai dạng thử nghiệm được coi là phù hợp cho đánh giá chất lượng đầu thu:

- Dạng thứ nhất bao gồm thử nghiệm thống kê lâu dài, bằng cách xen kẽ các đầu thu thửnghiệm và các cột Franklin theo dạng 1 cánh đồng anten.Mỗi vật dẫn xuống có thiết bị ghi sựphóng điện và biên độ dòng đỉnh của chúng

- Dạng thứ 2: bao gồm thử nghiệm so sánh tốc độ cao Yếu tố quan trọng nhất trong đolường hiệu quả của một đầu thu là khả năng bắt đầu và lan truyền các dòng phóng lên của nó.Bằng chứng chất lượng tương đối chỉ có thể đạt được bằng việc đo thời gian phát triển và dòngphóng lên so với một tiêu chuẩn đối chứng

- Vì sét xuất hiện ngẫu nhiên và thời gian để phóng lên vào cỡ microgiây Nhiệm vụ đolường thường là gặp khó khăn Hơn nữa nếu sự ngăn chặn (Tia phóng lên đón lấy tia phóngxuống) dòng sét trở về có thể có biên độ 100KA sẽ phá hủy thiết bị đo Tuy nhiên nhờ thiết bịchụp hình và quay video hiện đại mà không nhất thiết phải ghi nhận một cú sét đánh trực tiếp

- Vật đối chứng là cột Franklin được so sánh với một đầu thu thử nghiệm ở cùng chiều cao.Dây thu lôi được tiếp đất qua một điện trở, một dòng điện ghi nhận được tại chân tiếp đất vàđược truyền tới máy biến đổi điện A/D (Analoque / Digital).

- Nguồn điện từ xa đến máy A/D được cung cấp bởi pin mặt trời Dây cáp bằng sợi quanghọc được dùng để truyền tải thông tin đến một bộ số hóa cao tốc lưu trữ thông tin trong bộ nhớ256KB Sau đó thông tin biến đổi được truyền đến một máy tính IBM có đĩa cứng 30MB Chiềucao của các cột là 6m và đặt cách 20m để đảm bảo không có nhiễu điện trường do tác dụngtương hổ

Kết quả sơ bộ cho thấy thời gian bắt đầu tia phóng lên của một cột Franklin sau quả cầuthử nghiệm là 50microgiây và dòng phóng lên của quả cầu lớn hơn 2 - 3 lần tại mọi thời điểm kểtừ lúc mở đầu

2 2.7 Ưu điểm của đầu thu:

- Tính chủ động tạo đường dẫn sét:

Tất cả các cấu trúc trên công trình đều có khả năng tạo ra kênh dẫn về phía trên Tuynhiên, vấn đề thời giantạo ra chúng mới là quan trọng Một đầu thu sét tạo tia tiên đạo có thểtạo một đường dẫn sét về phía trên sớm hơn một khoảng thời gian T so với loại kim thu sétthông thường Đại lượng này được xác định trong phòng thí nghiệm cao áp và ngoài hiện trườnggiữa một đầu thu sét tạo tia tiên đạo và một kim thu sét thông thường ở trong cùng một điềukiện

T = TSR - TD

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

TD : là thời gian tạo ra đường dẫn sét về phía trên của đầu thu Dynasphere

- Độ dài của kênh dẫn về phía trên so với kim thu sét thông thường, đầu thu Dynaspherecó thể tạo ra đường dẫn tiên đạo sớm hơn một khoảng thời gian T và do đó tạo sớm một đườngdẫn tiên đạo

L(m) = V (m/Ms) T(Ms)

D L

Hình 3.2

D: Khoảng cách phóng điện phụ thuộc vào yêu cầu bảo vệ

2.2.8 Chọn cấp bảo vệ:

Các dữ liệu được thu thập từ các kết quả nghiên cứu trên toàn thế giới đưa ra các đặctính chính giúp cho việc thiết kế chống sét đạt hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao Sự phân bố có tínhthống kê các đặc tính chính của sét được trình bày trong bảng 3.2

Bảng 3.2: phân bố các đặc tính chính của sét đánh xuống đất:

TT Đặc tính Tỷ lệ % các khả năng trị số đặc tính có thể Đơn vị

của sét xảy ra lớn hơn giá trị sau đây

99 90 75 50 25 10 1

1 Số sét lặp 1 1 2 3 5 7 12

2 Khoảng thời gian 10 25 35 55 90 150 400 ms

giữa các sét

3 Dòng sét đầu 5 12 20 30 50 80 130 KA

tiên, I max

4 Biên độ dòng sét 3 6 10 15 20 30 40 KA

tiếp theo

5 Độ dốc sét đầu 6 10 15 25 30 40 70 GA/s

tiên (dI /dt) max

6 Độ dốc sét tiếp 6 15 25 45 80 100 200 GA/s

theo (dI /dt) max

10 Tổng thời gian 50 100 250 400 600 900 1.500 ms

kéo dài của sét

11 Suất năng lượng 10 2 3x10 2 10 3 5x10 3 3x10 4 10 5 5x10 5 A 2 s

Mục 3 trong bảng được dùng để xác định các mức bảo vệ, các cấp bảo vệ liên hệ trực tiếpvới dòng phóng I và điện tích tiên đạo Q tương ứng Một mối liên hệ thực nghiệm được cho:

I = 10,6.Q0,7

Với I đo bằng KA, Q đo bằng Coulombs

Một dòng sét có biên độ 6,5KA sẽ ứng với một điện tích tiên đạo xấp xỉ 0,5C

Tính toán và ngoại suy khác từ bảng 1, được mối quan hệ mức bảo vệ với biên độ dòngsét điện tích tiên đạo như trình bày trong bảng 4.2

Bảng 4.2 : Quan hệ mức bảo vệ với biên độ dòng sét và điện tích tiên đạo sét

Điện tích tiên đạo(Q) Dòng tiên đạo(I) Khả năng xuất hiện Cấp bảo vệ

0,5C

0,9C

1,5C

6,5KA10KA16KA

98%

93%

85%

CaoTrung bìnhChuẩnNhư vậy từ bảng 4.2 có thể xác định mức bảo vệ theo các đặc tính thống kê về sét

Tùy thuộc vào tầm quan trọng của công trình xây dựng quyết định chọn mức bảo vệ thíchhợp trong thiết kế chống sét

2.2.9 Bán kính bảo vệ: (Bán kính vùng thu ):

Vùng thu sét là vùng không gian trên đầu thu mà khi có một tia sét đi vào vùng đó, sẽđược một tia phóng lên đón lấy(Phương pháp tính thể hấp thu)

Vùng thu sét được xây dựng từ một bán cầu khoảng cách phóng (bán cầu có bán kính làkhoảng cách phóng lên một tia tiên đạo của đầu thu) và một parabol giới hạn bán cầu đó

vùng thu

Đồ Aùn Tốt Nghiệp

Hình 7.2 cho thấy cách xác bán kính bảo vệ Ra của đầu

thu từ thể tích vùng thu

Bán kính bảo vệ của Dynasphere theo các tham số

thống kê thay đổi theo từng dự án chống sét, cụ thể thay

đổi theo cấp bảo vệ, chiều cao của công trình , (trình bày

Độ cao của

Rất cao Cao Chuẩn 98% 93% 85%

10 15 20 25 30 35 45 55 65 75 85 95 105

35 45 48 55 60 62 67 69 71 73 73 73 73

47 60 66 75 83 86 95 100 100 100 100 100 100

60 77 84 97 107 112 120 120 120 120 120 120 120

2.2.10 Xác định vị trí đặt đầu thu:

Đầu thu sét Dynasphere được lắp đặt ở độ cao 5m trên điểm cao nhất của công trình cầnđược bảo vệ.và có độ cao cách mặt đất tối thiểu là 10m

Một hay nhiều đầu thu Dynasphere được đặt trên công trình sao cho vùng thu của nó phủlắp các vùng thu của các điểm cạnh tranh của cấu trúc (đỉnh nhô ra, góc nhọn, gờ mái ) haynói cách khác bán kính vùng thu của Dynasphere phải bao trùm các bán kính vùng thu của cácđiểm cạnh tranh

a

Hình 5.2

2.3 Giá đỡ đầu dynasphere:

- Giá đỡ có một ống hình trụ sợi thủy tinh cách điện cao tối thiểu 1,15m

- Ống phải có bề dày thành tối thiểu 4mm và đường kính cho phép lắp vừa đầuthu và dâythu lôi sẽ đi bên trong ống

- Giá đỡ phải siết chặt vào cấu trúc khác có dây buộc nơi cần thiết để giữ cho đầu tiếpđiện trên không và hệ thống cột đứng vững với vận tốc gió tối đa trong vùng Sự lắp đặt giá đỡđủ cứng để đảm bảo độ lệch tối đa của đầu thu dưới điều kiện vận tốc gió cực mạnh sẽ khôngquá 100mm Sự lắp đặt giá đỡ phải có tần số rung tự nhiên ban đầu với vận tốc gió ít nhất 2 lầnvận tóc gió thiết kế tối đa cho vùng

2.4 Dây Ericore:

Kỹ thuật gần đây nhất trong việc dẫn năng lượng sét xuống đất là dùng một dây dẫnxuống bọc cách điện Dây Ericore được thiết kế với 2 màng chắn và một màng bọc dẫn điện bênngoài ,vật liệu không dẫn điện được chọn lọc kỹ đảm bảo sự cách điện dưới điều kiện xung điệncao

2.4.1 Cấu tạo dây Ericore:

Gồm một dây dẫn căng ở giữa bao bọc bằng lõi nhựa Lớp thứ 2 là một dây đồngxoắn ốc, tiết diện hiệu dụng 50mm2 là lớp dẫn dòng chính, được cách điện sơ cấp bao bọc Băngbọc bằng băng đồng bọc bên ngoài cách điện sơ cấp và nó được cách điện thứ cấp bao bọc Cáchđiện thứ cấp được một lá kim loại bao bọc mà bên ngoài có vỏ bọc dẫn điện Nếu bỏ phần ở giữalà lõi nhựa Kết cấu giống như một vật dẫn trung thế

Đường kính ngoài của dây Ericore nhỏ hơn 40mm Điện

áp xung dạng sóng 1,2/50s giữa các lớp dẫn điện không nhỏ hơn

250KV

Lớp dẫn điện chính được nối trực tiếp với đầu của một đầu

tiếp điện trên không Trong 3m cuối tiếp đất dây thu lôi được đặt

trong ống bảo vệ PVC dày tối thiểu 3mm để tránh hư hại cơ và làm

tăng độ an toàn cho con người Dây thu lôi được lắp đặt theo sự chỉ

dẫn của nhà chế tạo, có bán kính uốn cong cho phép không được nhỏ

hơn 0,5m Dây dẫn xuống được gắn chặt vào công trình xây dựng

bằng các kẹp kim loại, khoảng cách giữa các kẹp ít nhất là 2m

Hình 6.2

2.4.2 Đặc tính kỹ thuật:

Dây Ericore là một tiến bộ quan trọng trong kỹ thuật chống sét Có ý kiến cho rằngvật liệu cách điện có thể không chịu được điện áp do phóng điện sét áp đặt Tuy nhiên các thửnghiệm tương đối đơn giản cho thấy điện dung ghép giữa vật dẫn và kiến trúc làm cho vật dẫnbám theo điện áp trên kiến trúc Điều này làm giảm hiệu điện thế và đặt áp nhỏ hơn vào vậtcách điện Để hiểu hơn giá trị kỹ thuật của dây này cần ôn lại những vấn đề liên quan với dâydẫn sét thường, hình 6.2 cho thấy sự tự cảm của một dây dẫn sét thường gây ra điện thế rất cao

E = IR + Ldi/dt Dòng điện sét : I = 30 KA

L =1,6H/m

dt = 1s Suy ra : E = 195 + 48000 = 48195V/m

Hình 7.2 : Aûnh hưởng của L với một dây dẫn sét

Giá trị tự cảm 1,6H/m được xem là rất nhỏ Tuy nhiên khi dòng điện bị kích nó cóthể tăng lên với vận tốc 1010A/s, ảnh hưởng của sự tự cảm này trở nên quan trọng Ví dụ: Mộtdây dài 60m sẽ tăng lên đến giá trị hơn một triệu Volt với một sự phóng điện trung bình

Vì lý do thẩm mỹ, điều này dẫn đến việc dây dẫn sét có những góc bẽ cong Sự tựcảm gia tăng do những góc bẻ cong làm tăng điện thế dẫn đến cắt điện hay sự phóng điện biênnhư được chỉ trong hình 8.2 Tòa nhà luôn bị điện hóa và ở đó tồn tại nguy cơ phóng điện biên

Hình 8.2: Những nguy hiểm đối với dây thu lôi thông thường

Một dây Ericore khắc phục được các hiểm họa trên và hơn nữa còn cho phép đi dâybên trong tòa nhà Để hiểu được điều này xảy ra như thế nào cần so sánh hiệu ứng điện tạm thờicủa dây thu lôi thường và dây Ericore lúc phóng sét

Hình 9.2 :Cơ chế phóng điện biên của dây dẫn thường

Hình 9.2 cho thấy điều kiện về điện trước khi sét đánh và trong khi truyền điện xuốngđất Khi dẫn dòng sét dây thu lôi đột nhiên bị kích thích với một điện cực trái dấu với mặt đất.Điều này gây nên điện trường mạnh giữa dây dẫn, hệ thống điện và tòa nhà, những cái này gâynên sự nẹt điện biên bên hông

Trường hợp dây dẫn Ericore được biểu thị trong hình 10.2 có thể thấy lớp vỏ ngoàihoạt động như một lá chắn cho những vật khác và sự nguy hiểm về nẹt điện hoàn toàn có thể bịloại bỏ Nhờ lớp vỏ ngoài Ericore ta có thể đi dây bên trong công trình mà vẫn an toàn

Hình 10.2 :Dây Ericore cực tiểu hóa phóng điện biên

2.4.3 Ưu điểm của dây Ericore:

- Dẫn dòng xung sét xuống đất an toàn

- Chỉ cần một dây dẫn

- Lựa chọn được đường dẫn sét, đi ngầm bên trong công trình

- Kín đáo và thẩm mỹ

- Khả năng phóng điện biên được loại bỏ

- Không cần nối đặc biệt, trừ đối với thép xây dựng nối với tiếp địa chống sét

- Sự lắp đặt dây dẫn Ericore với hệ thống tiếp đất đơn có chi phí thấp hơn bất cứhệ thống chống sét nào của kỹ thuật cổ điển

2.5 Thiết bị đếm sét:

Thiết bị đếm sét là một máy ghi cơ học giám sát bằng điện tử nhằm ghi lại sự hoạt độngcho mỗi lần sét tại điểm đo Một cuộn dây Toroidal đặc biệt được lắp đặt đơn giản trên bộ phậntiếp đất của dây Ericore, để cảm ứng với năng lượng sét và tác động mạch đếm

Thiết bị không cần pin, hệ thống tự cấp năng lượng, rắn chắc, không thấm nước và dễ lắpđặt

60 m dây đồng

35 mm 2