Chương IV: Phần mềm Benji pps

Con người chưa tìm ra cách để ngăn chặn hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các mây với nhau và giữa đám mây với đất nhưng đã tìm ra các biện pháp để tránh những ảnh hưởng do sét

CHƯƠNG IV

PHẦN MỀM BENJI

1.Giới thiệu BENJI:

Như đã biết, trong những điều kiêïn khí tượng nhất định nào đó sẽ có sự phân

chia điện tích trong đám mây dông, khi đó dông bão và sấm sét sẽ xảy ra Sét thì rất nguy hiểm đối với tài sản và tính mạng của con người Hậu quả do sét gây ra thì không thể lường trước hết được Con người chưa tìm ra cách để ngăn chặn hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các mây với nhau và giữa đám mây với đất nhưng đã tìm ra các biện pháp để tránh những ảnh hưởng do sét gây ra.Với hệ thống chống sét an toàn cho các tòa nhà hay các công trình, con người sẽ an tâm khi sét đánh xảy ra Nhưng điều quan trọng là làm thế nào để xây dựng hệ thống bảo vệ chống sét hiệu quả và an toàn nhất Để đáp ứng cho yêu cầu này, công ty ERICO đã giới thiệu phần mềm bảo vệ chống sét Benji Procalc và hệ thống chống sét 3000 Đây là những hệ thống và phần mềm chống sét được sử dụng nhiều trong thị trường ngày nay

Phần mềm Benji Procalc có thể hỗ trợ trong việc tính toán thiết kế bảo vệ chiếu sáng một cách nhanh chóng và dễ dàng, có thể xác định bán kính hấp thu của kim thu sét Dynasphere, các thông số và các hình chiếu của toàn cấu trúc Tuy nhiên phần mềm chỉ tính toán bảo vệ chống sét một cách gần đúng và chỉ áp dụng cho những cấu trúc có hình dạng chữ nhật hay hình vuông

Còn thông qua hệ thống bảo vệ chống sét 3000 sẽ biết một cách tổng quát các thành phần, thiết bị cần lắp đặt cũng như đặc điểm và chức năng của chúng trong hệ thống Hệ thống gồm các thành phần sau: Kim thu sét phóng điện sớm Dynasphere, cáp thoát sét ERICO, cột đỡ, thiết bị đếm sét, hệ thống nối đất

Bên cạnh đó, công ty ERICO còn giới thiệu nhiều thiết bị hiện đại áp dụng vào việc bảo vệ chống sét một cách hiệu quả và an toàn nhất

LƯU ĐỒ LÀM VIỆC VỚI PHẦN MỀM BENJI

BƯỚC 1: KHỞI ĐỘNG

Nhấp chuột vào biểu tượng trên

để khởi động phần mềm Benji

BƯỚC 2: MÀN HÌNH CHÍNH

1 Thiết kế chống sét:

a Nhập tên công ty hoặc tiêu đề bản vẽ

b Môi trường thiết kế

™ Nhập số liệu: nhập thông số về chiều dài,

chiều rộng, độ cao tòa nhà

™ Sắp xếp các tòa nhà theo đúng vị trí thực tế.

™ Chọn vị trí đặt kim và xác định chiều

cao cột đỡ

™ Kiểm tra 3D

™ Chọn mức bảo vệ: 85%,93%, 98%.

™ Tính bán kính bảo vệ

™ Quan sát vùng bảo vệ theo mặt bằng và các mặt cắt

2.Thông tin về Erico:

™ Cách sử dụng công cụ thiết kế Benji Procalc

™ Giới thiệu công cụ Benji Procalc

™ Mẫu đăng ký trợ giúp thiết kế

™ Chương trình thiết kế bỏa vệ chống sét Benji Design

™ Thông tin về công ty Erico

™ Thông tin về hệ thống 3000

3 Thoát

2 Cách sử dụng công cụ thiết kế BENJI TM PROCALC

2.1 Khởi động Benji

Khi cài đặt BenjiTM Procalc thành công khi chạy chương trình màn hình tiêu đề của Benji như sau:

2.2 Các công cụ dùng trong thiết kế

Để thiết kế chọn Design và nhập tên tiêu đề hay tên công ty, bấm Ok vào hộp thoại xuất hiện Để thay đổi tên đã nhập thì nhấp chuột vào Design trên thanh menu ở trong màn hình thiết kế, rồi nhập tên lại

Màn hình làm việc của Benji sẽ hiện ra như sau:

Vùng làm việc

2.2.1.Tạo toà nhà đầu tiên:

Nhấp vào biểu tượng New structure ở góc trên bên trái của màn hình hoặc vào Structure/New Có thể tạo thành một cấu trúc phức tạp (tối đa là 8

cấu trúc) hơn bằng cách là ghép nhiều toà nhà lại với nhau để tạo thành toà nhà yêu cầu (nhưng trong trường hợp quá phức tạp thì phần mềm chưa thiết kế được)

Để di chuyển cấu trúc toà nhà chỉ cần nhấp giữ kéo tới vị trí cần di chuyển Thay đổi kích thước có thể nhấp vào cạnh cần thay đổi và kéo cạnh tăng hay giảm kích thước theo mong muốn hoặc có thể điều chỉnh các thông số của nó trên hộp thoại

2.2.2 Tạo kim thu Dynasphere:

Nhấp vào biểu tượng New Dynasphere Sau đó dịch chuyển kim thu sét đến vị trí cao nhất của cấu trúc Nhấp chuột phải vào kim thu thì các thông số của kim sẽ hiện ra đó là thông số về chiều cao cột đỡ, bán kính hấp thu và chiều cao kim thu sét (bao gồm cả chiều cao cột đỡ)

2.2.3.Xem thể tích hấp thu của kim và đặc tính của cấu trúc :

Nhấp vào biểu tượng Plan Veiw Hoặc chọn View / Plan từ menu

Hình a

Trong hình a với vùng có màu đỏ là vùng mà cấu trúc không được bảo vệ(vì kim nằm trong phạm vi 4m), có thể chỉnh sửa bằng cách tăng độ cao kim thu hoặc bổ sung kim thu, trong trường hợp này tăng độ cao của kim thu

Sau khi đã tăng độ cao của kim thu sét (hình b) thấy các toà nhà đã được bảo vệ

Hình b

2.2.4 Quay lại quan sát thiết kế:

Nhấp vào nút Design View hoặc chọn View / Design từ menu

2.2.5 Quan sát phía trước mặt chiếu:

Nhấp vào nút Front Elevation hoặc chọn View / Front Elevation từ

menu

2.2.6 Để quan sát phía cạnh mặt chiếu:

Nhấp vào nút Side Elevation hoặc chọn View / Side Elevation từ menu

2.2.7 Quan sát không gian 3 chiều:

Nhấp vào nút 3D View hoặc chọn View / 3D từ menu Để thay đổi góc

nhìn cấu trúc, nhấp vào một trong bốn mũi tên trên thanh menu để thay đổi sự định hướng của cấu trúc

2.2.8 Để thu nhỏ hoặc phóng to tầm nhìn bất kỳ:

Nhấp vào nút Zoom In hoặc Zoom Out

2.2.9 Để in bảng thiết kế, chọn File / Print từ menu

Khi in ra trên bản báo cáo sẽ có những thông tin sau :

™ Tên công ty

™ Ngày thiết kế

™ Tên tiêu đề

™ Xem vùng bảo vệ

™ Chỉ số của kim thu Dynasphere với chiều cao bán kính và độ cao của cột đỡ

™ Hình chiếu cạnh

™ Hình chiếu trước

3 Giới thiệu công cuÏ BENJI TM PROCALC:

Benji Procalc là một phiên bản tóm tắt của phần mềm thiết kế chống sét của Benji, vì thế chỉ dùng để trình bày cách để tính toán bảo vệ một cách gần đúng Bởi vì do những giới hạn của Benji Procalc và những thông số của cấu trúc có thể rất quan trọng đối với mỗi dự án, do đó muốn có một sự phân tích chi tiếc của mỗi cấu trúc, công trình thì nên sử dụng dịch vụ lắp đặt thiết kế Benji hoàn chỉnh, dịch vụ này sử dụng những vật liêu dùng cho việc lắp đặt, thiết kế rất đặc biệt để thực hiện Dịch vụ thiết kế hoàn chỉnh này thì có ở những nhà phân phối của công

ty ERICO ở các địa phương Có thể liên lạc với công ty ERICO để yều thiết kế Còn chương trình Benji Procalc thì chỉ tính tóa bảo vệ gần đúng và có những giới hạn sau:

™ Chỉ tính toán đối với những cấu trúc hình chữ nhật hay hình vuông

™ Chiều cao của kim chống sét Dynasphere không được thấp hơn 4m

™ Chiều cao cao nhất có thể được Benji Procalc tính toán là 150m

4 Chương trình thiết kế bảo vệ chống sét BENJI TM DESIGN

Benji là phần mềm thiết kế độc quyền của công ty ERICO (có sự hổ trợ của máy tính) dùng để trợ giúp thiết kế hệ thống chống sét bằng cách ước lượng thể tích hấp thu của kim thu sét Dynasphere Kim thu sét được đặt trên công trình sao cho vùng bảo vệ của nó bao phủ khắp các vùng thu sét của các điểm cạnh tranh của cấu trúc (đỉnh nhọn nhô ra, góc nhọn, gờ mái …) hay nói cách khác bán kính vùng bảo vệ Rbv của Dynasphere phải bao trùm các bán kính vùng cạnh tranh Rct

của các điểm cạnh tranh

Phần mềm Benji thiết kế dựa trên hiện tượng chống lại sự gia tăng điện trường của kim thu sét Dynasphere và các thông số khác của cấu trúc ở những nơi dễ sinh ra tia tiên đạo sét dẫn điện xuống khi có sự gia tăng điện trường

Máy tính sẽ lấy những thông số sau để tính toán:

1 Độ cao và vị trí của cấu trúc cần thiết kế

2 Chiều cao của cấu trúc

3 Dạng hình học

4 Hệ số tăng cường điện trường

5 Các hình chiếu công trình

6 Biên độ sét và khả năng xuất hiện

7 Điện lượng của tia tiên đạo sét

8 Tỉ lệ vận tốc của tia tiên đạo đi lên và tia tiên đao đi xuống

Phần mềm có những khả năng sau:

™ Xác định thể tích hấp thu của các điểm nhô cao trên cấu trúc và phân biệt chúng với các điểm khác mà đã có sẳn vùng bảo vệ

™ Với phương pháp thể tích hấp thu có thể giúp các kỹ sư tối ưu hoá thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét bằng cách bảo vệ đặc biệt cho các phần của cấu trúc nơi mà có nhiều xác suất bị sét đánh, từ đó sẽ ít tốn kinh phí để bảo vệ chống sét đến các phần của cấu trúc có ít xác suất bị sét đánh

™ Dễ dàng xác định vùng bảo vệ của cấu trúc

™ Uớc lượng điểm nào trên cấu trúc có khả năng phát ra tia tiên đạo đi lên đầu tiên để thu bắt tia tiên đạo đi xuống Mỗi bán kính hấp thu cho mỗi điểm nhô lên của công trình đều được tính toán

™ Đặt kim thu sét tại vị trí mong muốn, tính toán và so sánh bán kính hấp thu của kim với bán kính hấp thu của các điểm cạnh tranh Bảo vệ đạt yêu cầu khi hai bán kính này trùng lắp nhau

™ Xác định tỷ lệ phần trăm sét đánh mà hệ thống không thu được

5 Thông tin về hệ thống 3000

5.1.Giới thiệu:

Hệ thống 3000 là hệ thống dùng để bảo vệ các tòa nhà hoặc các cấu trúc chống lại những ảnh hưởng khi bị sét đánh trực tiếp Hệ thống bao gồm :

• Kim thu sét Dynasphere

• Cáp thoát sét Ericore

• Hệ thống nối đất

• Thiết bị đếm sét

Kim thu sét Dynasphere là kim có khả năng thu sét phóng điện sớm hơn các loại kim truyền thống như kim Franklin và vì thế vùng bảo vệ vùng bảo vệ cấu trúc sẽ lớn hơn rất nhiều

Đặc điểm :

™ Kim thu sét Dynasphere có hiệu quả trong việc thu bắt các tia phóng điện sét tại một điểm được ưu tiên sớm hơn so với các loại kim truyền thống

™ Được phát minh trong quá trình nghiên cứu về điện trường và hiểu tường tận về nền tảng của hiện tượng sét

™ Vùng bảo vệ rộng lớn, có thể tạo cung cấp bán kính hấp thu trên 100m

™ Không có chất phóng xạ và được chế tạo từ vật liệu cao không bị ăn mòn

™ Dễ dàng lắp đặt, bảo trì

™ Dễ dàng tháo rời để chỉnh sửa cho phù hợp

Cáp thoát sét ERICO không những dẫn dòng sét xuống đất an toàn mà còn giảm thiểu hồ quang phóng điện và chuyển đổi năng lượng của sét đến cấu trúc hoặc các thiết bị điện từ lân cận

Đặc diểm :

™ Cáp thoát sét ERIO được chế tạo với mục đích là truyền dẫn năng lượng sét xuống đất an toàn

™ Được bọc cách điện/chống nhiễu để giảm thiểu hiên tượng sét đánh tạ ngang Có thể được dùng để truyền tải xung ra xa những thiết bị nhạy cảm

™ Cho phép người thiết kế lựa chọn đường dẫn an toàn, thuận tiện, ít rối nhất

™ Đơn giản, ít tốn kém để lắp đặt và bảo hành

Hệ thống nối đất với tổng trở nối đất thấp thì gồm có sự kết hợp của các điện cực nối đất, dây đồn nối đất, kẹp nối đất có nhiệm vụ tiêu tán năng lương sét một cách hiệu quả

Đặc điểm:

™ Hệ thống nối đất thì rất là khác nhau nhất trong bảo vệ chống sét tùy thuộc vào từng loại đất và điều kiện về thời tiết

™ Erico có thể tư vấn với lời khuyên bằng cách nào có hệ thống nối đất tốt

nhất Hoá chất cải thiện đất của Erico có thể là một công cụ hữu dụng để cải thiện điện trở nối đất

Thiết bị đếm sét:

™ Tự động đếm số lần sét đánh mà hệ thống thu bắt được

™ Lắp đơn giản vào cáp thoát sét

Sử dụng hệ thống 3000 có nhiều ưu điểm hơn các hệ thống nối đất truyền thống vì nó không những đơn giản chỉ có một đầu kim thu sét, một cáp thoát sét, một lưới nối đất (tùy thuộc vào từng công trình) so với các hệ thống sử dụng kim thu sét Franklin hay lồng Faraday thì chúng rất phức tạp vì sử dụng nhiều dây dẫn nối xuống đất và nhiều lưới nối đất

Công ty ERICO còn cung cấp cho khách hàng các giải pháp bảo vệ chống sét đới với các cấu trức và các tòa nhà (dựa vào các thống số thống kê) bằng cách dùng phần mềm hỗ trợ chống sét Benji để thiết kế

5.2.Ứng dụng hệ thống 3000:

Hệ thống 3000 có thể dùng ở bất kỳ nơi nào mà có nhiều nguy cơ bị sét đánh trực tiếp, làm hư hỏng các thiết bị có giá trị hay các công trình

Những nơi đó có thể là :

• Các trạm truyền hình

• Tháp truyền thông

• Bệ dầu / khí

• Khu thể thao và đường đi ở sân golf (có thể được dùng liên kết với hệ

thống cảnh báo sét Stormaster Lightning)

• Các toà nhà cao tầng

• Các trường học

• Các bệnh viện

• Các nhà máy

• Các khu vực lưu trữ chất đốt dễ bay hơi/dễ nổ

6 Các chức năng đăc biệt của hệ thống 3000:

6.1 Đặc tính chung:

Hệ thống bảo vệ chống sét là một loại hệ thống đã được cải tiến trong thiết kế để thu sét thể tích hấp thu đã định trước và dẫn dòng điện sét xuống đất một cách an toàn theo một đường truyền đã được lắp đặt trước

Hệ thống bảo vệ chống sét bao gồm các thành phần: kim chống sét, cột đỡ, cáp thoát sét, hệ thống nối đất, thiết bị đếm sét

Trong quá trình thiết kế các thành phần này đã được theo dõi từng bước khi nghiên cứu về trường, thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cao áp, phân tích cơ bản và thống kê các mức độ của sét

6.2 Đặc tính kim thu sét phóng điện sớm: kiểu Dynasphere:

Khe phóng điện Điện trở giảm hồ quang Quả cầu làm bằng nhôm Cột đỡ kim thu sét Dây dẫn

1 Kim thu sét phóng điện sớm là loại kim có đáp ứng động với sự xuất hiện của tia sét tiên đạo đi xuống bằng cách phóng ra điện tử tự do và quá trình ion hóa giữa bề mặt của qủa cầu và trung tâm cọc nối đất

2 Sự phóng điện sẽ không liên tục và chỉ xảy ra trong quá trình xảy ra tia tiên đạo.Sự phóng điện sẽ không có trong trường tĩnh điện tĩnh (vì quả cầu nối đất qua trở kháng và do dạng hình học của nó nên hiệu ứng corona bị cực tiểu ) khi có một cơn giông ngoại trừ có tia tiên đạo đi xuống

3 Kim thu sét sẽ không gây nhiễu đối với sóng vô tuyến tần số cao trừ khi trong khoảng thời gian một phần nghìn giây trong quá trình sự xuất hiện của tia tiên đạo và sự phản hồi trở lại của sét trong khu vực

4 Kim thu sét không phóng xạ và không đòi hỏi phải cấp giấy phép

5 Hình dạng bên ngoài của quả cầu có thể làm giảm sự hình thành hiệu ứng corona dưới một đám mây điện tích

6 Kim thu sét không phụ thuộc vào nguồn pin hoặc nguồn cấp bên ngoài cho bất kỳ bộ phận nào để kim hoạt động Kim thu sét không có phần tử di động

7 Vật liệu của kim thu sét là loại không bị ăn mòn trong điều kiện khí quyển bìnhthường Cọc nối đất trung tâm có tiết diện ít nhất là 300 mm² và được chế tạo bằng vật liệu không chứa sắt Bề mặt kim loại ở bên ngoài của kim thu sét được chế tạo từ nhôm anốt hoá

8 Kim thu sét được cách điện với cấu trúc mà được bảo vệ trong mọi điều kiện

9 Kích thước của thể tích hấp thu và bán kính thu hút sét của kim thu sét được theo dõi và chấp nhận thoe các nghiên cứu và thống kê về sét

10 Kim thu sét sẽ đặt trên thanh đỡ bằng nhôm cách mặt đất tối thiểu 10 m

11 Kim thu sét được đặt lắp đặt chính xác theo chỉ dẫn của nhà sản xuất Nó sẽ không được đặt trong những môi trường ăn mòn hoặc vùng khí quyển mà không được chấp nhận từ nhà sản xuất

12 Vùng bảo vệ chuẩn được cung cấp bởi kim thu sét sẽ trở thành vùng bảo vệ chuẩn để cho phép sét đánh vào có biên độ và mức bảo vệ như sau:

6KA Cao

20KA Thấp

6.3.Cột đỡ kim thu sét:

13 Cột đỡ có chiều cao tối thiểu là 2m bằng một ống tủy tinh hình trụ cách điện

14 Ống thủy tinh này có bề dày tối thiểu là 4mm và đường kính của ống Dây dẫn sẽ đi trong ống

15 Cột đỡ sẽ được neo cố định với dây neo được sử dụng khi cần thiết nhằm cho phép kim thu sét và hệ thống cột đỡ chịu được gió có tốc độ tối đa ở địa phương

6.4 Cáp thoát sét:

16 Dây dẫn xuống bao gồm lõi plastic, dây dẫn đồng, lớp cách điện bên trong, vỏ bọc đồng bên ngoài, vỏ bao, tất cả được sắp xếp đồng tâm

17 Đường kính ngoài cùa dây dẫn xuống nhỏ hơn 37mm

18 Dây dẫn chính chính được làm bằng đồng với mặt cắt ngang nhỏ nhất là 50

mm2