Luận văn tốt nghiệp đại học thiết kế chống sét cho tòa nhà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC THIẾT KẾ CHỐNG SÉT CHO TÒA NHÀ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Nguyễn Văn Dũng SINH VIÊN THỰC HIỆN Lê Thanh Toàn (MSSV: 1010907) Tháng 12/2005 Ngành: Kỹ Thuật Điện - Khóa: 27 LỜI NÓI ĐẦU Sét tượng tự nhiên xuất hiện, tồn lâu trình hình thành phát triển người Nó gây không tác hại cho người thiên nhiên, đặc biệt công trình xây dựng Vì công tác phòng chống sét cho công trình xây dựng đề cập từ nhiều năm Đây vấn đề liên quan đến nhiều lĩnh vực xây dựng như: quy hoạch, thiết kế, thi công… Tuy nhiên, sét tượng khí tượng phức tạp nên cần phải tìm hiểu kỹ để hạn chế ảnh hưởng đến người, tài vật người môi trường Từ yêu cầu thực tiễn đó, nhiều người bỏ nhiều thời gian quý báu cho công tác nghiên cứu họ gặt hái không thành công Điển hình thành công từ sớm B.Franklin (năm 1750), sau hàng loạt đầu thu tiên đạo sớm tiện ích hiệu đời Kế thừa thành người trước từ hoàn cảnh Bộ môn Kỹ Thuật Điện xây dựng nên chọn nội dung “Thiết kế chống sét cho Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp cho Đây đề tài lý thú mang tín thực tế cao Qua đó, học hỏi nhiều điều bổ ích mở rộng thêm hiểu biết nhờ tham khảo tài liệu từ dẫn tận tình cán hướng dẫn Do thời gian có hạn nguồn tài liệu nên phần trình bày luận văn không tránh khỏi hạn chế, thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp từ phía Thầy Xin chân thành cảm ơn! LÊ THANH TOÀN CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Hiện tượng sét đánh Sét dạng phóng tia lửa điện không khí với khoảng cách lớn Quá trình phóng điện xảy đám mây giông, đám mây với đám mây với đất Ở ta xét phóng điện mây đất Sau đạt độ cao định (khoảng vài kilômet trở lên, vùng nhiệt độ âm) luồng không khí ẩm bị lạnh đi, nước ngưng tụ thành giọt nước li ti thành tinh thể băng tạo thành đám mây giông Sét phóng điện khí đám mây với đất, hay đám mây mang điện tích khác dấu Trước có phóng điện sét có phân chia tích lũy mạnh điện tích đám mây tác động luồng không khí nóng bốc lên ngưng tụ đám mây Các đám mây mang điện kết phân chia điện tích trái dấu tập trung chúng phần khác đám mây Phần đám mây giông thường có điện tích âm, đám mây với đất tạo thành tụ điện mây – đất, phần đám mây thường tích điện dương Thông thường, điện tích âm tập trung khu vực hẹp với mật độ cao hơn, điện tích dương phân bố rải rác xung quanh, chủ yếu phía khu vực có điện tích âm Quá trình tập trung điện tích làm cho cường độ điện trường tụ điện mây – đất tăng dần điểm đạt tới trị số tới hạn 25 30 kV/cm không khí bị ion hoá bắt đầu trở nên dẫn điện * Sự phóng điện sét chia làm giai đoạn: + Phóng điện đám mây giông đất bắt đầu xuất dòng tiên đạo phát triển xuống đất chuyển động thành đợt với tốc độ 100 1000 km/s Dòng mang phần lớn điện tích đám mây, tạo nên đầu cực điện cao, đạt hàng triệu vôn Giai đoạn gọi phóng điện tiên đạo bậc + Khi dòng tiên đạo vừa phát triển xuống tới đất hay vật dẫn điện nối với đất giai đoạn hai bắt đầu, giai đoạn phóng điện chủ yếu sét Trong giai đoạn này, điện tích dương đất di chuyển có hướng từ đất theo dòng tiên đạo với tốc độ lớn 6.104 105 km/s chạy lên trung hòa điện tích âm dòng tiên đạo Sự phóng điện chủ yếu đặc trưng dòng điện lớn qua chỗ sét đánh gọi dòng điện sét lóe sáng mãnh liệt dòng phóng điện Không khí vùng phóng điện đốt nóng đến nhiệt độ 10000O C dãn nở nhanh tạo nên sóng âm + Trong giai đoạn phóng điện thứ ba sét kết thúc di chuyển điện tích mây mà từ bắt đầu phóng điện lóe sáng biến Thông thường, phóng điện sét bao gồm loạt phóng điện liên tiếp dịch chuyển điện tích từ phần khác đám mây Tiên đạo lần phóng sau theo dòng bị ion hóa ban đầu chúng phát triển liên tục gọi tiên đạo dạng mũi tên Biên độ dòng điện sét không vượt 200 300 kA, trường hợp dòng điện sét lớn 100 kA Do theo tầm quan trọng vật bảo vệ, tính toán thường lấy giá trị dòng điện sét từ 50 100 kA Độ dốc cực đại đầu sóng dòng điện sét thường không vượt 50 kA/μs Biên độ dòng điện sét lớn độ dốc đầu sóng lớn, với dòng điện tính toán 100 kA lớn thường lấy độ dốc đầu sóng trung bình 30 kA/μs, dòng điện sét tính toán nhỏ 100 kA thường lấy độ dốc đầu sóng 10 kA/μs Hiện tượng điện áp khí phát sinh sét đánh trực tiếp vào vật đặt trời (đường dây tải điện, thiết bị phân phối trời) sét đánh gần công trình điện Quá điện áp bị sét đánh trực tiếp nguy hiểm Đặc điểm điện áp khí tính chất ngắn hạn Phóng điện sét kéo dài vài chục μs điện áp tăng cao có đặc tính xung Mỗi cấp điện áp có mức cách điện nó, dùng mức cách điện cao cách mức làm tăng giá thành thiết bị, hạ thấp mức cách điện dẫn đến cố nặng Do mức cách điện phải xác định tùy theo đặc tính trị số điện áp có, tham số thiết bị dùng để hạn chế điện áp Khả cách điện chịu điện áp khí xác định theo điện áp thí nghiệm xung kích Các thiết bị điện bảo vệ điện áp khí hệ thống cột dây chống sét, giữ cho đối tượng bảo vệ không bị sét đánh trực tiếp, thiết bị chống sét khác có tác dụng hạ thấp điện áp phát sinh thiết bị đến trị số thấp điện áp thí nghiệm Những nguyên tắc bảo vệ thiết bị nhờ cột thu sét (hay gọi cột thu lôi) không thay đổi từ năm 1750 Bejanmin Franklin kiến nghị thực cột cao đỉnh nhọn kim loại nối với hệ thống nối đất Trong trình thực hiện, người ta nghiên cứu đưa đến kiến thức xác hướng đánh trực tiếp sét, bảo vệ cột thu sét thực hệ thống nối đất Khi có đám mây mang điện tích qua đỉnh kim thu sét (có chiều cao tương đối so với mặt đất có điện điện đất, xem không) nhờ có cảm ứng tĩnh điện đỉnh cột kim thu lôi nạp đầy điện tích dương Do đỉnh cột thu lôi nhọn nên cường độ điện trường vùng lớn Điều dễ dàng tạo nên kênh phóng điện từ đầu cột thu lôi đến đám mây điện tích trái dấu (âm) có dòng điện phóng từ đám mây xuống đất Sét đánh theo qui luật xác suất chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, việc xác định xác hướng đánh sét khó khăn đảm bảo xác 100 % Những nghiên cứu tỉ mỉ chống sét cho thấy điều quan trọng chiều cao thu lôi chống sét hệ thống nối đất đảm bảo 1.2 Các tác hại sét gây Khi sét đánh trực tiếp, lượng cú sét lớn nên sức phá hoại lớn Khi công trình bị sét đánh trực tiếp bị ảnh hưởng đến độ bền học, khí thiết bị công trình, phá hủy công trình, gây cháy nổ… đó: + Biên độ dòng sét ảnh hưởng đến điện áp xung quanh ảnh hưởng đến độ bền khí thiết bị công trình + Thời gian xung sét ảnh hưởng đến vấn đề điện áp xung thiết bị, ảnh hưởng đến độ bền học thiết bị hay công trình bị sét đánh + Ngoài khả bị cháy nổ xảy cao công trình bị sét đánh trực tiếp Đối với người súc vật, sét nguy hiểm trước hết nguồn điện cao áp dòng lớn Như biết, cần dòng điện nhỏ khoảng vài chục mA qua gây chết người Vì thế, dễ hiểu bị sét đánh trực tiếp người thường bị chết Nhiều sét không phóng trực tiếp gây nguy hiểm Lý dòng điện sét qua vật nối đất, gây nên chênh lệch điện lớn vùng đất gần Khi người gia súc trú mưa có giông cao cánh đồng, bị sét đánh điện áp bước gây nguy hiểm cho người gia súc Trong thực tế có trường hợp hàng trăm bò bị chết sét đánh Dòng sét có nhiệt độ lớn, phóng vào vật cháy mái nhà tranh, gỗ khô… gây nên đám cháy lớn Điểm cần đặc biệt ý việc bảo vệ kho nhiên liệu vật liệu dễ nổ Sét phá hủy mặt học, có nhiều trường hợp tháp cao, cối bị nổ tung Vì dòng sét qua nung nóng phần lõi, nước bốc nhanh phá vỡ tháp, thân Nếu công trình nối liền với vật dẫn điện kéo dài như: đường dây điện, dây điện thoại, đường ray, ống nước,… vật dẫn mang điện cao từ xa tới (khi chúng bị sét đánh) gây nguy hiểm cho người vật dễ cháy nổ Cần ý điện áp cảm ứng vật dẫn (cảm ứng tĩnh điện, dây dài tạo thành mạch vòng cảm ứng điện từ) có phóng điện sét gần Điện áp lên đến hàng chục kV nguy hiểm Ảnh hưởng lan truyền sóng điện từ gây dòng điện sét: xảy phóng điện sét gây sóng điện từ tỏa xung quanh với tốc độ lớn, không khí tốc độ tương đương với tốc độ ánh sáng Sóng điện từ truyền vào công trình theo đường dây điện lực, thông tin… gây điện áp tác dụng lên thiết bị công trình, gây hư hỏng đặc biệt thiết bị nhạy cảm, thiết bị điện tử, máy tính mạng máy tính… gây thiệt hại lớn Như vậy, sét gây nguy hiểm trực tiếp gián tiếp nên cần phải nghiên cứu cách bảo vệ trực tiếp gián tiếp sét 1.3 Tiêu chuẩn Việt Nam thực bảo vệ chống sét Đối với công trình không cao 16 m, không rộng 20 m, phòng có nguy cháy nổ, không tập trung đông người xây dựng vùng có mật độ sét đáng thẳng không cao, áp dụng phương thức bảo vệ trọng điểm sau: + Đối với công trình mái bằng, cần bảo vệ cho góc nhà dọc theo chu vi đường viền tường chân mái + Đối với công trình mái dốc, mái cưa, mái chồng diêm, cần bảo vệ cho góc nhà, góc diềm mái, dọc theo bờ diềm mái Nhưng chiều dài công trình không 30 m không cần bảo vệ bờ nóc, độ dốc mái lớn 28O không cần bảo vệ diềm mái Bảo vệ cho phận kết cấu nhô cao lên khỏi mặt mái phải bố trí kim đai thu sét Những kim đai phải nối với phận thu sét công trình Đối với công trình có mái kim loại phép sử dụng mái làm phận thu dẫn sét bề dày mái: + Lớn mm: công trình có số phòng có nguy cháy nổ + Lớn 3,5 mm: công trình nguy cháy, nổ + Khi sử dụng mái làm phận thu dẫn sét phải đảm bảo dẫn điện liên tục mái Nếu không, phải hàn nối phận riêng rẽ mái với nhau, phận phải có hai mối nối Dọc theo chu vi mái cách 20 đến 30 m phải đặt dây xuống đất, công trình nhỏ có hai dây xuống đất Trường hợp bề dày mái kim loại nhỏ trị số qui định trên, phải đặt phận thu sét riêng để bảo vệ, sử dụng mái để dẫn sét phải đảm bảo yêu cầu dẫn điện liên tục Đối với công trình tranh, tre, nứa, lá… phải bố trí thiết bị chống sét công trình Nếu xung quanh công trình có xanh, tốt sử dụng xanh để đặt thiết bị chống sét, phải bảo đảm khoảng cách an toàn quy định Trường hợp có lợi nhiều kinh tế - kỹ thuật phép đặt thiết bị chống sét công trình, phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Phải sử dụng kim thu sét lắp cột cách điện (gỗ, tre…) khoảng cách từ phần dẫn điện kim đến mái công trình không nhỏ 400 mm + Dây xuống phải bố trí chân đỡ không dẫn điện cách mái từ 150 mm trở lên + Dây xuống không xuyên mái Trường hợp đặc biệt phải xuyên qua mái phải luồn ống sành sứ cách điện Đối với công trình chăn nuôi gia súc (loại gia súc lớn) phải bố trí thiết bị chống sét độc lập Bộ phận thu sét phận nối đất phải đặt cách xa móng công trình cửa vào khoảng cách 10 m Trường hợp có lợi kinh tế phép đặt phận thu sét công trình, phận nối đất phải đặt cách móng công trình cửa vào khoảng cách m Nếu không đảm bảo khoảng cách nói trên, đặt xong phận nối đất phải phủ lấp lên lớp đá dăm (hoặc sỏi) nhựa đường có chiều dày từ 100 mm trở lên, kèm theo nên đặt biển báo phòng ngừa Đối với kim hay dây thu sét: từ kim dây thu sét phải có hai dây xuống Đối với lưới thu sét: làm thép tròn, kích thước ô lưới không lớn – m, mắt lưới phải hàn nối với Đối với công trình cao 15 m cần phải thực đẳng áp tầng Tại tầng công trình, phải đặt đai san điện áp bao quanh công trình, dây xuống phải nối với đai san điện áp tất phận kim loại, kể phận kim loại không mang điện thiết bị, máy móc tầng phải nối với đai san điện áp dây nối Trường hợp phải thực nối đất mạch vòng bao quanh công trình Khi sử dụng phận nối đất cọc hay cụm cọc chôn thẳng đứng, dây xuống phải đặt phía mặt tường công trình Khi sử dụng phận nối đất kéo dài hay mạch vòng dây xuống phải đặt cách không 15 20 m dọc theo chu vi mái công trình Có thể sử dụng phận kết cấu kim loại công trình (như: cốt thép, kèo thép…) cốt thép cấu kiện bê tông cốt thép (trừ cốt thép có ứng lực trước cốt thép cấu kiện bê tông nhẹ) để làm dây xuống, với điều kiện kỹ thuật thi công phải đảm bảo dẫn điện liên tục phận kim loại sử dụng để làm dây xuống nói (bằng phương pháp hàn điện) Ở vùng đất có trị số điện trở suất nhỏ 3.104 phép sử dụng cốt thép loại móng bê tông cốt thép để làm phận nối đất, với điều kiện kỹ thuật thi công phải đảm bảo dẫn điện liên tục cốt thép loại móng nói Khoảng cách phận thiết bị chống sét phận kim loại công trình, đường ống, đường dây điện lực, điện yếu (điện thoại, truyền thanh…) dẫn vào công trình: phía không nhỏ 1,5 m; phía mặt đất không nhỏ m Trường hợp thực khoảng cách qui định gặp nhiều khó khăn không hợp lý kinh tế – kỹ thuật phép nối chúng phận kim loại không mang điện thiết bị điện với thiết bị chống sét, trừ phòng có nguy gây cháy nổ, phải thực thêm phương án sau: + Các dây điện lực, điện thoại phải luồn ống thép, sử dụng loại cáp có vỏ bọc kim loại nối ống thép, vỏ kim loại cáp với đai san điện áp chỗ chúng gần + Phải đặt đai san điện áp bên công trình Đai san điện áp mạng ô lưới đặt nằm ngang, chôn độ sâu không nhỏ 0,5 m so với mặt sàn, làm thép tròn tiết diện không nhỏ 10 mm2 thép dẹt bề dày không nhỏ mm Kích thước ô lưới không lớn – m Nhất thiết phải sử dụng hình thức nối đất mạch vòng bao quanh công trình dọc theo mạch vòng nối đất, cách khoảng 10 15 m phải hàn nối liên hệ với đai san điện áp công trình: điện trở xung kích mạch vòng nối đất không vượt trị số nêu Khi sử dụng cốt thép móng bê tông cốt thép công trình để làm phận nối đất không yêu cầu đặt đai san điện áp công trình 1.4 Các vị trí công trình hay bị sét đánh Sét đánh ngẫu nhiên mà xảy tác dụng nhiều yếu tố độ ẩm không khí, số lượng mây giông, khoảng cách mây giông vật mặt đất Ngoài ra, sét đánh nhiều hay xuống vùng phụ thuộc vào địa thế, địa chất đặc điểm cấu tạo công trình Qua nghiên cứu thực tế người ta thường thấy sét đánh vào nơi: + Về địa thế: vùng đồi núi cao, nhà cao chúng có khoảng cách ngắn với đám mây tích điện + Về địa chất: vùng đất dẫn điện tốt nơi có mỏ kim loại, bờ sông, bờ suối, chỗ giáp ranh hai vùng đất có độ dẫn điện khác + Về cấu tạo công trình: theo phương thức bảo vệ trọng điểm, phận thường hay bị sét đánh phải bảo vệ Đối với công trình mái bằng, trọng điểm bảo vệ bốn góc, xung quanh tường chắn mái kết cấu nhô cao lên khỏi mặt mái Đối với công trình mái dốc, trọng điểm đỉnh hồi, bờ nóc, bờ chảy, góc diềm mái kết cấu nhô cao lên khỏi mặt mái – công trình lớn thêm xung quanh diềm mái Bảo vệ cho trọng điểm đặt kim thu sét ngắn (200 300 mm) cách khoảng m trọng điểm bảo vệ đai thu sét diềm lên trọng điểm bảo vệ 1.5 Các yêu cầu thiết kế chống sét Các yếu tố cần quan tâm thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp: + Phải đo điện trở suất đất khu vực dự kiến chống sét + Khảo sát, xem xét đường dây ống (kể mặt đất) dẫn vào nhà + Xem xét dây Anten, cột cờ, ống khói, ống hút khí phòng thang máy nhà + Xem xét có chỗ nhà nhô lên cao vị trí điện cực thu sét + Xem xét công trình xây dựng có bị thấm nước (qua mái nhà) hay không? + Chú ý đến điểm nối cột chống bê tông cốt thép mặt đất + Chú ý đến dây dẫn xuống xuyên qua mái vào bên nhà + Chú ý đến đầu đỡ thu lôi + Đánh dấu vị trí điểm cực tiếp đất điểm đo thử + Xem xét chỗ mái nhà mà người thường hay lại + Thiết kế chống sét phải đảm bảo hiệu kinh tế độ tin cậy cao Công trình bảo vệ chống sét phải nằm phạm vi bảo vệ hệ thống thu sét Hệ thống thu sét đặt công trình tận dụng phạm vi bảo vệ nên Cột chống sét sử dụng kim thu sét Để bảo đảm chống sét đánh trực tiếp vào công trình, thường dùng cột chống sét hay gọi cột thu sét (hình 2-1) Đây cột tháp có độ cao lớn độ cao công trình cần bảo vệ Cột có gắn mũi nhọn kim loại tráng kẽm – kim thu sét đỉnh, kim nối với dây dẫn sét xuống đất để vào vật nối đất (R nối đất) Tác dụng hệ thống thu sét đỉnh nhọn nên tập trung điện tích đầu mũi kim thu sét, tạo nên điện trường lớn với đạo, nhờ thu hút phóng điện sét tạo nên khu vực an toàn nằm bên xung quanh cột thu lôi Những nghiên cứu tỉ mỉ chống sét cho thấy điều quan trọng chiều cao thu lôi chống sét hệ thống nối đất đảm bảo Trên sở nghiên cứu mô hình, người ta xác định vùng bảo vệ cột thu lôi Khoảng cách không gian gần cột thu lôi mà vật bảo vệ đặt khả bị sét đánh gọi vùng hay phạm vi bảo vệ cột thu lôi Thực nghiệm cho thấy, công trình thấp gần cột thu lôi bảo đảm an toàn Phạm vi bảo vệ cột thu lôi đơn miền giới hạn hình chóp cong tròn xoay có tiết diện ngang hình tròn có bán kính r x độ cao hx (hình 2-2) Trị số bán kính bảo vệ r x xác định theo công thức đơn giản sau: Ở độ cao hx < h rx = 1,5h(1- ).P (2.1) rx = (1,5h - 1,875hx).P Ở độ cao hx > h rx = 0,75h(1- ).P rx = (0,75h - 0,75hx).P Trên sở khảo sát mô hình, trị số bán kính bảo vệ lại xác định theo công thức sau: (hình 2-2) rx = 1,6.ha P/(1+ ) (2.2) Trong đó: h – chiều cao cột thu lôi, m hx – chiều cao đối tượng cần bảo vệ, m = h - hx – chiều cao hiệu dụng cột thu lôi, m P – hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vào chiều cao cột thu sét h 30 m P = 1; 30 m < h 60 m P = 5,5 / Hình 2-3, cho phạm vi bảo vệ hai cột thu lôi Trong r x xác định theo công thức trên, bx bề ngang hẹp phạm vi bảo vệ độ cao h x xác định theo công thức: 2bx = 4rx (2.3) Trong đó: a – khoảng cách hai cột thu lôi, m – chiều cao hiệu dụng cột thu lôi, m Chiều cao cột giả tưởng đặt vị trí a/2: h o = h - (2.4) Bề ngang hẹp phạm vi bảo vệ cột thu lôi b x độ cao hx xác định theo đường cong hình 2-4 Đối với cột thu lôi cao đến 30 m tỉ lệ a/h a nằm giới hạn Hai cột thu lôi có tác dụng tương hỗ lẫn a/h a Muốn xác định bề ngang hẹp bx người ta xác định tỉ lệ a/ha Giả thiết ta có: a/ha = 3, sau ta tìm tỉ lệ hx/h, ví dụ trường hợp tỉ lệ h x/h = 0,3 tức h x = 0,3h Trên hình 2-4 từ điểm có giá trị trục hoành (a/h a), ta dóng theo đường song song với trục tung gặp đường cong h x = 0,3h điểm, điểm nhận giá trị bx/ha = 0,9 Bây giờ, tìm bề ngang hẹp 2b x chiều cao hx sau: 2bx = 0,9.2ha Khi tính toán tỉ lệ a/ha = 57, người ta sử dụng đường cong hình 2-4 b Nếu có cột thu lôi cao cột thu lôi phần cao xem cột thu lôi đơn xác định hình 2-5 Trường hợp công trình đặt nhiều cột thu lôi (hình 2-6) phần khu vực bảo vệ xác định theo công thức Cần phải kiểm tra điều kiện bảp vệ an toàn cho diện tích cần bảo vệ Vật có độ cao hx nằm công trình bảo vệ thỏa mãn điều kiện: D 8.(h - hx) với h 30 m D 8.(h - hx).P với h > 30 m D – đường kính đường tròn ngoại tiếp qua chân cột thu sét 2.1.2 Tính toán Tòa nhà xây dựng có hình chữ L (dạng nhà mái), để bảo vệ trọng điểm ta phải đặt kim thu sét công trình góc Giả sử bố trí kim thu sét đặt công trình cần bảo vệ Để tiện cho việc tính toán cấu trúc công trình nên ta chọn: + Bán kính vùng bảo vệ hẹp nhất: rox = 11,7/2 = 5,85 m + Chiều cao công trình cần bảo vệ: h x = 14,63 m Tính góc phạm vi bảo vệ kim thu sét (36,87 O) góc mái nhà (58,93 O), ta thấy với độ cao tương đối, kim thu sét dễ dàng phủ phạm vi bảo vệ lên tòa nhà Thế nên, để hạn chế độ cao kim thu sét tiện cho việc lắp đặt kim, ta chọn chiều cao công trình đưa vào tính toán là: = 11,1 m Giả sử < 2h/3 ta được: Với: P = h < 30 m Kiểm tra lại điều kiện giả sử: Vậy < 2ho/3, thỏa điều kiện đặt Suy chiều cao thực kim thu sét là: = h – hx = 32,98 – 14,63 = 18,35 m Nếu sử dụng kim thu sét để bảo vệ cho tòa nhà không thẩm mỹ bất hợp lý, kim cao Giả sử bố trí kim thu sét vị trí hình Để xác định chiều cao cột giả tưởng h o, giả sử > 2ho/3 Kiểm tra lại điều kiện giả sử: Vậy > 2ho/3, thỏa điều kiện đặt Tìm chiều cao h: ho = h - , P = h 30 m Vậy chiều cao hiệu dụng cột thu lôi là: = h – hx = 20,68 – 14,63 = 6,05 m Suy đoạn lại công trình có chiều dài 24,4 m bảo vệ với kim thu sét cao 6,05 m đặt điểm góc lại công trình Nếu bố trí kim thu sét vị trí hình chiều cao kim thu sét giảm xuống thu ngắn khoảng cách kim Trong trường hợp này, nhà bảo vệ an toàn, vùng phủ kim thu sét áp sát công trình so với trường hợp bố trí kim Tìm chiều cao h: ho = h - hx , P = h 30 m Vậy chiều cao hiệu dụng cột thu lôi là: = h – hx = 18,09 – 14,63 = 3,46 m Đoạn lại công trình có chiều dài 24,4 m bảo vệ với kim thu sét cao 3,46 m đặt điểm góc lại công trình Vậy ta chọn bố trí chống sét cho Tòa nhà cách sử dụng kim thu sét trình bày Công trình có độ dốc mái lớn 28 O nên không cần bảo vệ diềm mái 2.2 Phương pháp đại (sử dụng đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm ESE) 2.2.1 Lý thuyết Nguyên lý hoạt động: ESE hoạt động dựa nguyên lý làm thay đổi trường điện từ chung quanh cấu trúc cần bảo vệ thông qua việc sử dụng vật liệu áp điện (piezoeleetric) Cấu trúc đặc biệt ESE tạo gia tăng cường độ điện trường chỗ, tạo thời điểm kích hoạt sớm, tăng khả phát xạ ion, nhờ tạo điều kiện lí tưởng cho việc phát triển phóng điện sét Cấu tạo ESE: + Đầu thu: có hệ thống thông gió nhằm tạo dòng lưu chuyển không khí đỉnh thân ESE Đầu thu làm nhiệm vụ bảo vệ thân kim + Thân kim: làm đồng xử lí inox, phía có nhiều đầu nhọn làm nhiệm vụ phát xạ ion Các đầu làm thép không rỉ luồn ống cách điện nối tới điện cực kích thích Thân kim nối với điện cực nối đất chống sét + Bộ kích thích áp điện: làm ceramic áp điện (piezoelectric ceramic) đặt phía thân kim, ngăn cách điện, nối với đỉnh nhọn phát xạ ion nêu cáp cách điện cao áp * Vật liệu piezoelectric: cấu trúc tinh thể, lưỡng cực điện làm tăng áp lực theo hướng định trước cách tạo cho chúng trường phân cực ban đầu có mật độ cao Vật liệu sử dụng zircotitanate chì, cứng, đầu kim phủ lớp mỏng điện cực nickel Các vật liệu chế tạo thành nhiều đoạn nối tiếp, với đặt tính áp điện chúng, ceramic tạo điện áp cao, lên đến 2025 kV nhiều đoạn nối tiếp Mức điện áp cao đảm bảo đủ điều kiện để tạo ion mong muốn * Sự kích thích áp điện: xuất đám mây giông mang điện tích, điện trường khí trạng thái tĩnh, kết hợp với tượng cộng hưởng xảy thân kim ESE, áp lực tạo trước, kích sinh áp lực biến đổi ngược Kết đầu nhọn, Phát xạ ion tạo điện cao, sinh lượng lớn ion (7,65.10 10 mức điện áp 2,56,5 kV) Những ion ion hóa dòng khí xung quanh phía đầu thu nhờ hệ thống lưu chuyển không khí gắn đầu thu Điều giúp làm giảm điện áp ngưỡng phóng điện đồng thời làm gia tăng vận tốc phóng điện * Điểm thu sớm nhất: khả gia tăng kích thích trường tĩnh điện thấp (khả phát xạ sớm) tăng cường khả thu kim thu sét Nhờ trở thành điểm thu sớm so với điểm khác tòa nhà cần bảo vệ Các kim thu sét hoạt động với dòng sét có cường độ thấp (25 kA ứng với khoảng kích hoạt D nhỏ D = 10.I 2/3 với I cường độ dòng sét tính kA) * Vùng bảo vệ: vùng bảo vệ ESE hình nón có đỉnh đầu kim thu sét bán kính bảo vệ Rp = f (khoảng cách kích hoạt sớm trung bình (m) kim thu sét, khoảng cách kích hoạt D (m) tùy theo mức độ bảo vệ) Hiện nay, trường hợp giảm độ tin cậy kim thu sét Franklin giải thích rõ ràng nhờ vào lý thuyết mô hình điện hình học Thời gian gần đây, xuất loại đầu thu sét phát xạ sớm (ESE – The Early Streamer Emisson) – mà thực tế vận hành cho thấy khắc phục phần lớn nhược điểm kim thu sét Franklin – lại chưa có cách giải thích hợp lý phạm vi bảo vệ điều kiện tồn phạm vi bảo vệ Ứng dụng lý thuyết mô hình điện hình học để giải vấn đề nội dung phần trình bày Nội dung mô hình điện hình học trình phóng điện sét: “khi tiên đạo sét bắt đầu định hướng tới công trình mặt đất xảy trình phóng điện trực tiếp khoảng cách phóng điện từ đạo tới đỉnh công trình” Quá trình giống với phóng điện khoảng cách dài phòng thí nghiệm Phương pháp đưa khảo sát có nội dung sau: “cho đạo sét nằm điểm mà xuất đó, khả phóng điện vào đỉnh cột thu lôi mặt đất lớn – vớí khoảng cách chúng giá trị khoảng cách phóng điện – để từ nhận vùng bảo vệ kim thu sét” Ta có quan hệ biểu diễn công thức thực nghiệm sau: I = 25.Q0,7 (2.5) D = 6,72.I0,8 (2.6) Trong đó: I (kA) – biên độ dòng điện sét Q (C) – điện tích lớp mây giông tích điện D (m) – khoảng cách phóng điện Như vậy, tiên đạo sét từ mây giông tích điện phát triển xuống cách bề mặt mặt đất cao trình bề mặt mặt đất khoảng cách khoảng cách phóng điện phóng điện diễn Nếu ta giả thiết đạo sét tâm hình cầu có bán kính khoảng cách phóng điện gần điểm nằm hình cầu có khả “bị sét đánh” Tại nơi thực tế diễn phóng điện điểm tiếp xúc hình cầu phận liên kết điện tích (trái dấu) với mặt đất 2.2.1.1 Vùng bảo vệ ESE Khác với kim Franklin, đầu thu ESE có khả phát tia tiên đạo chủ động đón bắt tiên đạo xuất phát từ đám mây giông tích điện hình thành dòng sét Độ dài tia tiên đạo phát từ đầu thu gọi độ lợi khoảng cách, kí hỉệu (m) Do đó, tiên đạo sét phóng điện vào đỉnh cột thu sét với khoảng cách (+ D) tính đến đỉnh thu sét, thay khoảng cách D kim Franklin Trên hình 2-10, tiên đạo sét xuất đoạn EF GH, trình phóng điện hướng trực tiếp xuống mặt đất; xuất cung FG, tiên đạo sét hướng đến đỉnh thu sét Trên lý thuyết, tia tiên đạo phóng từ đỉnh đầu thu theo hướng để đón bắt tiên đạo sét Do vậy, để tìm vùng bảo vệ đầu thu phát xạ sớm, mô hình khả phóng tiên đạo ESE hình cầu có bán kính với độ lợi khoảng cách gắn vào đỉnh cột thu sét Tiến hành khảo sát chúng không gian có “quả cầu” bán kính D khác – có tâm tượng trưng cho đạo sét – xuất ngẫu nhiên vị trí Nếu cho cầu bán kính D tiếp xúc với mặt đất hình cầu bán kính nói trên, ta thu vùng bảo vệ ESE Cho cột thu sét trang bị đầu thu (ESE) có chiều cao tổng h Trong không gian, hình cầu tưởng tượng có tâm gắn đỉnh thu sét, bán kính tượng trưng cho độ dài tia tiên đạo đầu thu phát Điểm mà tiên đạo sét xuất hiện, có xác suất phóng điện xuống mặt đất đến đỉnh thu sét điểm F (hoặc G) hình 2-10 Đó điểm gần với mặt đất cột thu sét mà tiên đạo sét tiến đến trước có phóng điện xảy Vùng bảo vệ thu sét trường hợp hình tròn xoay mà đường sinh bao gồm phần – xem hình 2-11 Minh họa vùng bảo vệ ESE trình bày hình (hình 2-12, 2-13, 2-14) tương ứng cho trường hợp D = h, D < h, D > h 2.2.1.2 Bán kính bảo vệ ESE (đáy RP) Khảo sát mô hình vùng bảo vệ mặt phẳng Oxy Chọn gốc toạ độ trùng với chân cột thu sét, trục hoành trùng với mặt đất, trục tung trùng với thân cột Đầu tiên, ta cần tính bán kính bảo vệ đáy RP ESE có độ cao tổng h, xét hệ trục toạ độ nói Nhận thấy tổng quát có trường hợp sau: * Trường hợp D = h: quan sát hình 2-12, dễ dàng suy ra: RP = D + (2.7) * Trường hợp D h: + Khi D > h: quan sát hình 2-14, quan hệ tam giác vuông ABC cho ta: (2.8) với: AB = (D + ); BC = (D – h); AC = R P + Khi D < h: quan sát hình 2-13, quan hệ tam giác vuông ABC cho ta: (2.9) với: AB = (D + ); BC = (D – h); AC = R P Dễ thấy, phương trình (2.8) (2.9) nhau; đó, D h bán kính bảo vệ đáy R P tính sau: (2.10) Suy công thức tổng quát cho trường hợp: (2.11) Trong đó: h – chiều cao tính từ mặt đất đến đỉnh cột thu sét D – khoảng cách phóng điện, phụ thuộc điện tích mây giông cực tính sét – độ lợi khoảng cách 2.2.1.3 Vùng thể tích hấp thu ESE Vùng thể tích hấp thu kim thu sét hiểu vùng không gian mà tiên đạo sét phát triển từ mây giông xuống “xâm nhập” vào, khả “đón bắt” kim thu sét lớn Tổng quát, vùng thể tích hấp thu ESE miền không gian giới hạn paraboloit bán cầu có bán kính tổng khoảng cách phóng điện độ lợi khoảng cách (D + ) Nếu xét hệ trục Oxy, miền thể tích hấp thu phần diện tích giới hạn parabol cung tròn có bán kính (D + ) Vấn đề quan tâm ta cần thiết lập dạng phương trình đường parabol; để từ đó, vùng thể tích hấp thu hình thành ta suy điều kiện tồn phạm vi bảo vệ ESE Như ta biết, với đặc trưng phát tia tiên đạo đón bắt dòng sét, với độ dài độ lợi khoảng cách – trình mô hình đường tròn có tâm đỉnh kim thu sét, bán kính đường đồng khả xem tập hợp điểm cách đường tròn nói (hoặc thân cột) mặt đất – biểu diễn trục Ox – khoảng cách với giá trị khoảng cách phóng điện (D) Với hệ trục Oxy hình 2-15, đường tròn tâm O(0,h) bán kính có phương trình viết sau đây: x2 + (y – h)2 = Trục Ox có phương trình: (C’) y=0 (d’) Đường tròn (C’’) có tâm O’(x0,y0), bán kính D thay đổi có phương trình viết sau: (x – x0)2 + (y – y0)2 = D2 Từ điều kiện nêu, nhận thấy rằng: + (C’’) tiếp xúc với (C’): OO’ = + D (2.12) + (C’’) tiếp xúc với Ox: d(O’,(d’)) = D hay y0 = D (2.13) Từ (2.15) D = y0 vào (2.14), ta được: (2.14) Từ (2.14), ta thấy: tập hợp tâm O’(x 0,y0) thuộc parabol có đỉnh S(O,(h - )/2), tiêu điểm F(0,h), đường chuẩn y = Đó đường đồng khả phần đường bao thể tích hấp thu Các hình sau minh hoạ vùng thể tích hấp thu đầu thu (ESE), tương ứng với trường hợp h > (hình 2-17), h = (hình 2-17) h < (hình 2-18) Trường hợp h > (hình 2-17), đường đồng khả bao gồm phần đường thẳng y = x y = -x (khảo sát hệ trục Oxy hình 2-15) 2.2.1.4 Khảo sát tồn phạm vi bảo vệ ESE Phạm vi bảo vệ kim thu sét trường hợp cụ thể - ứng với khoảng cách phóng điện xác định – vùng thể tích hấp thu, có cho khoảng cách phóng điện thay đổi tiến hành khảo sát Từ hình 2-19, nhận thấy rằng: hình tròn bán kính D tiếp xúc với (C’) (d’) có tâm thuộc cột thu lôi Giá trị Dmin trường hợp xác định sau: (2.15) Thật ra, giá trị Dmin thu khảo sát tầm “đón bắt” tiên đạo sét đỉnh kim Vấn đề đặt thân cột có khả bị tiên đạo sét phóng điện vào đỉnh kim không tác dụng bảo vệ – trường hợp h > Quan sát lại hình 2-16, ta thấy khoảng cách phóng điện cần nhỏ giá trị tung độ giao điểm (P) biểu diễn phương trình (2.14) đường thẳng y = x sét đánh vào thân cột Lúc này, cột thu lôi có trang bị ESE trở thành cột thu lôi Franklin tuý có độ cao lớn với bán kính bảo vệ đáy Nhận thấy, khoảng cách phóng điện có giá trị – tung độ giao điểm (P): y = x2/[2(h + )] + (h + )/2 (d): y = x ta nhận kết sau: (2.16) Do đó, giá trị khoảng cách phóng điện nhỏ D chọn theo (2.16) Giá trị có h > Khi h < , trường hợp sét đánh vào cột thu lôi Như vậy, với khoảng cách phóng điện D < Dmin xác định theo (2.16) – trường hợp h > – hình tròn (C’’) bán kính D không tiếp xúc với (C’) (d’) Có thể giả sử vị trí đó, hình tròn (C’’) hoàn toàn tiếp xúc với (d’) với đường thẳng có phương trình x = – thân cột – mà chưa tiếp xúc với (C’) Trên thực tế, với phát triển tự nhiên kênh tiên đạo, sét đánh trực tiếp xuống công trình phía vào thân cột: điều có nghĩa tác dụng bảo vệ đỉnh kim thu sét không hiệu Nếu khoảng cách phóng điện nhỏ D (ứng với trường hợp h > ), tác dụng bảo vệ công trình cột thu sét có trang bị ESE với độ cao thực h trở thành vô nghĩa Trong khảo sát trên, xem khoảng cách phóng điện D không phụ thuộc vào độ cao thu sét h Biểu thức (2.8) biểu thức thực nghiệm thập niên 60 Những năm gần đây, có công trình thực nghiệm xác hơn, chẳng hạn mô hình Eriksson đề nghị: D = 0,67h 0,6I0,74, theo mô hình IEEE tính khoảng cách phóng điện tiên đạo sét đến mặt đất đề nghị công thức: D = 0,9.8I0,65, khoảng cách để có phóng điện cao trình mặt đất là: D = 8I0,65 Điều có nghĩa khoảng cách phóng điện thay đổi, ứng với vị trí tiên đạo sét cao độ cột thu lôi với mặt đất Như vậy, có vài thay đổi nhỏ biểu thức tính bán kính bảo vệ (RP, rx) không thay đổi dạng phạm vi bảo vệ Do vậy, kết đề xuất chấp nhận 2.2.1.5 Một số nét thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo Prevectron Thiết bị chống sét Prevectron loại điện cực phát tiên đạo sớm công ty Indelec – Cenes (Pháp) nghiên cứu, thiết kế chế tạo cải tiến từ sản phẩm Prevectron trước Do có vùng bảo vệ độ tin cậy cao Thiết bị chống sét Prevectron thử nghiệm thực tế đạt tiêu chuẩn Pháp NFC 17 – 102 * Cấu tạo điện cực phát xạ sớm loại Prevectron bao gồm: + Kim thu sét trung tâm đồng điện phân thép không gỉ Kim có tác dụng tạo đường dẫn dòng sét liên tục từ tiên đạo sét xuống đất theo dây dẫn sét Kim gắn trụ đỡ cao tối thiểu m + Hộp bảo vệ đồng thép không gỉ Hộp gắn vào kim thu sét trung tâm, có tác dụng bảo vệ thiết bị tạo ion bên + Thiết bị tạo ion, giải phóng ion tạo tia tiên đạo ngược: thiết bị có tính đặc biệt đầu thu Prevectron Nhờ thiết bị mà đầu thu sét Prevectron tạo vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ an toàn cao + Hệ thống điện cực phía có tác dụng thu lượng điện trường quyển, giúp cho thiết bị chống sét hoạt động + Hệ thống điện cực phía có tác dụng phát tia tiên đạo * Nguyên tắc hoạt động đầu thu sét Prevectron 2: Trong trường hợp giông bão xảy ra, điện trường khí gia tăng nhanh chóng (khoảng vài nghìn vôn/met), đầu thu sét Prevectron thu lượng điện trường khí hệ thống điện cực phía Năng lượng tích trữ thiết bị ion hóa Trước xảy tượng phóng dòng điện sét (mà ta thường gọi “sét đánh”), có gia tăng nhanh chóng đột ngột điện trường khí quyển, ảnh hưởng tác động làm thiết bị ion hóa giải phóng lượng tích lũy dạng ion, tạo đường dẫn tiên đạo phía – chủ động dẫn sét * Quá trình ion hóa đặc trưng tính chất sau: + Điều khiển giải phóng ion thời điểm Thiết bị ion hóa cho phép ion phát khoảng thời gian ngắn thời điểm thích hợp đặc biệt, vài phần giây trước có phóng điện sét Do đảm bảo dẫn sét kịp thời, xác an toàn + Sự hình thành hiệu ứng quầng sáng điện Corona Sự xuất số lượng lớn electron tiên đạo với gia tăng điện trường có tác dụng rút ngắn thời gian tạo hiệu ứng quầng sáng điện Corona + Sự chuẩn bị trước đường dẫn sét phía Đầu thu sét Prevectron phát đường dẫn sét chủ động phía nhanh điểm nhọn gần đó, đảm bảo dẫn sét chủ động xác Trong phòng thí nghiệm, đặc điểm đặc trưng đại lượng – độ lợi thời gian phát đường dẫn sét phía đầu thu sét Prevectron kim loại thu sét thông thường khác * Các loại đầu thu sét: Dựa theo đặc điểm số lượng điện cực phía (hoặc phía dưới) thời gian phát tiên đạo sớm (T) mà Prevectron có năm loại đầu thu, ký hiệu sau: TS 2.25; TS 3.40; S 3.40; S 4.50 S 6.60 Ví dụ: + S 3.40 loại điện cực phát tiên đạo sớm Prevectron 2, có điện cực phía (2 điện cực phía dưới) có thời gian phát xạ sớm 40 + S 6.60 loại điện cực phát tiên đạo sớm Prevectron 2, có điện cực phía (6 điện cực phía dưới) có thời gian phát xạ sớm 60 Mỗi loại tùy thuộc vào chất liệu kim thu sét chia làm nhóm: + Loại cấu tạo đồng: kim thu sét trung tâm điện cực chế tạo đồng, đảm bảo thu dẫn sét tốt + Loại cấu tạo thép không gỉ: kim thu sét, điện cực hộp bảo vệ làm thép không gỉ Loại đầu thu sét thích hợp với môi trường ăn mòn nơi có nhiều bụi bẩn Bảng 2: Số liệu thực nghiệm Rp đầu thu Prevectron h (m) 10 15 20 45 Mức bảo vệ cao (D = 20 m) S 6.60 31 47 63 79 79 79 79 79 80 80 S 4.50 27 41 55 68 69 69 69 69 70 70 S 3.40 23 35 46 58 58 59 59 59 60 60 TS 3.40 23 35 46 58 58 59 59 59 60 60 TS 2.25 17 25 34 42 43 43 43 44 45 45 Mức bảo vệ trung bình (D = 45 m) S 6.60 39 58 78 97 97 98 99 101 102 105 S 4.50 34 52 69 86 87 87 88 90 92 95 S 3.40 30 45 60 75 76 77 77 80 81 85 TS 3.40 30 45 60 75 76 77 77 80 81 85 60 TS 2.25 23 34 46 57 58 59 61 63 65 70 Mức bảo vệ chuẩn (D = 60 m) S 6.60 43 64 85 107 107 108 109 113 119 120 S 4.50 38 57 76 95 96 97 98 102 109 110 S 3.40 33 67 84 84 85 87 92 99 100 TS 3.40 33 50 67 84 84 85 87 92 99 100 TS 2.25 26 39 52 65 66 67 69 75 84 85 * Các ưu điểm đầu thu sét Prevectron 2: + Bán kính bảo vệ rộng + Khả bảo vệ công trình mức cao + Tự động hoạt động hoàn toàn, không cần nguồn điện cung cấp, không cần bảo trì + Nối đất đơn giản tin cậy + Hoạt động tin cậy, an toàn, kiểm tra thử nghiệm phòng thí nghiệm cao áp Trung tâm nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp kiểm tra điều kiện sét thực tế Hội đồng lượng nguyên tử Pháp * Tính toán vùng bảo vệ: Vùng bảo vệ điện cực phát tiên đạo sớm Prevectron xác định qua bán kính bảo vệ Rp theo công thức sau: Trong đó: D (m) – khoảng cách phóng điện, xác định theo mức bảo vệ lựa chọn (cao, trung bình, chuẩn); H (m) – độ cao thực điện cực phát tiên đạo sớm Prevectron đối tượng bảo vệ; với + – độ lợi thời gian phát xạ sớm loại Prevectron lựa chọn; + V = 106 (m/s) – tốc độ tiên đạo ngược 2.2.2 Tính toán Theo tiêu chuẩn xây dựng – TCXD 46: 1984 “Chống sét cho công trình xây dựng: tiêu chuẩn thiết kế – thi công” – Nhà xuất Xây dựng Hà Nội 2003, tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện yêu cầu chống sét cấp III Đối với công trình cấp III cần phải đặt thiết bị chống sét công trình, phép đặt thiết bị chống sét độc lập với công trình trường hợp đặc biệt có lợi kỹ thuật kinh tế Tham khảo bảng số liệu thông số bảo vệ đầu thu: Ionostar, Saint – Elmo, Dynasphere, Prevectron 2, Pulsar, Satelit+, ta thấy đầu thu Prevectron có bán kính bảo vệ đáy lớn có nhiều ưu điểm so với đầu thu khác nên ta chọn sử dụng đầu thu Thiết kế đặt kim thu sét góc công trình (khoảng tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện) nên ta chọn bán kính cần bảo vệ Rp = 36,33 m Do chiều cao công trình cần bảo vệ bé mức độ cần bảo vệ (cấp III) nên ta chọn đầu thu Prevectron loại TS 2.25 Tra bảng 2, ta tìm chiều cao cần thiết kim thu sét m Vậy kim thu sét tạo tia tiên đạo Prevectron loại TS 2.25 với chiều cao m bảo vệ hoàn toàn công trình xây dựng: Bộ môn Kỹ Thuật Điện 2.3 So sánh hai phương pháp Ưu điểm đầu thu đón bắt đặt không trung theo kỹ thuật so sánh với đầu thu theo tập quán kiểu Franklin: – Đầu thu theo tập quán Franklin: + Đặt sở thiết kế từ năm 1752 + Mỗi cột yêu cầu khoảng cách trung bình 15 m + Hình dáng bên không hấp dẫn + Khó khăn tốn nhiều thời gian để lắp đặt trang thiết bị + Ít tin tưởng vận hành + Mức độ hiệu không rõ rệt – Đầu thu đón bắt sét theo kỹ thuật mới: + Đặt sở kỹ thuật + Thông thường cần có đầu thu đón bắt + Hình dáng dễ chấp nhận, không dễ nhận thấy vẻ bên + Dễ đặt công trình + Dễ dàng công tác trì bảo quản + Hiệu tin tưởng vận hành + Thành tựu đạt thể rõ ràng Qua so sánh kết thiết kế thực tế trình bày, ta nên chọn đầu thu tiên đạo sớm Prevectron loại TS 2.25 làm thiết bị chống sét cho Tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài luận văn tốt nghiệp “Thiết kế chống sét cho Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ”, rút nhiều kinh nghiệm quý báu cho thân từ vấn đề thực tế từ giúp đỡ cán hướng dẫn Thầy Bộ môn Nó hành trang theo suốt đoạn đường lại Qua đề tài này, biết cách lựa chọn đầu thu chống sét cho phù hợp với điều kiện thực tế, tính toán hệ thống nối đất chống sét đầy phức tạp Với khảo sát lý thuyết kết hợp thực tế, tối chọn đầu thu Prevectron loại TS 2.25 (bán kính bảo vệ 39 m) để bảo vệ cho công trình xây dựng Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ khỏi bị tượng sét đánh trúng, đảm bảo an toàn cho người tài sản bên công trình Thiết bị chống sét sử dụng đầu thu tạo tia tiên đạo sớm có nhiều ưu điểm so với kim thu sét B.Franklin nên lựa chọn ưu tiên Chính phát triển khoa học kỹ thuật tạo nên lợi cho loại đầu thu sét dạng Nhìn chung, phương pháp B.Franklin độ tin cậy không cao nên dùng chống sét cho công trình nhỏ, thấp tầm quan trọng không cao Nếu sử dụng đầu thu tiên đạo sớm để bảo vệ cho công trình gây lãng phí Vậy, với đặt tính ưu việt đầu thu ESE thiết kế bảo vệ cho công trình quy mô đòi hỏi mức độ an toàn cao Với Bộ môn Kỹ Thuật Điện, công trình không lớn thiết bị bên giá trị đòi hỏi mức độ bảo vệ cao nên ta sử dụng đầu thu ESE để chống sét cho Bên cạnh đó, hệ thống nối đất chống sét đóng vai trò quan trọng công tác thiết kế chông sét Nó đảm bảo dòng điện sét tản đất có nhanh chóng hiệu hay không Điều tiêu chí đánh giá mức độ thành công công tác thiết kế chống sét cho công trình xây dựng Như vậy, Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ thiết kế chống sét thành công thể phần trình bày luận văn Tuy nhiên, để tăng độ an toàn cho người tài vật bên công trình, ta dùng hóa chất để làm giảm điện trở hệ thống nối đất chống sét – giúp dòng điện sét tản nhanh đất Mặt khác, tăng bán kính bảo vệ (tăng độ an toàn cho công trình) cách chọn loại đầu thu có mức bảo vệ cao [...]... rõ ràng Qua so sánh trên và kết quả thiết kế thực tế như đã trình bày, ta nên chọn đầu thu tiên đạo sớm Prevectron 2 loại TS 2.25 làm thiết bị chống sét cho Tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ KẾT LUẬN Sau thời gian thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp Thiết kế chống sét cho Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ”, tôi đã rút ra được nhiều kinh nghiệm quý báu cho bản thân từ những vấn đề... 2.2.2 Tính toán Theo tiêu chuẩn xây dựng – TCXD 46: 1984 Chống sét cho các công trình xây dựng: tiêu chuẩn thiết kế – thi công” – Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội 2003, tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện được yêu cầu chống sét cấp III Đối với các công trình cấp III cần phải đặt thiết bị chống sét ngay trên công trình, chỉ được phép đặt thiết bị chống sét độc lập với công trình trong những trường hợp đặc biệt... 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: 1.6.1 Phương pháp thiết kế theo “quả cầu lăn” Phương pháp thiết kế rất phổ biến được các nhà thiết kế bảo vệ chống sét theo tập quán của Franklin sử dụng là phương pháp “quả cầu lăn” Phương pháp này... giữ các cột thu sét Những công trình có mái lợp bằng tôn không cần có thu sét Trong trường hợp này mái nhà sẽ làm nhiệm vụ thu sét, do đó cần phải nối đất tốt mái nhà ở hai điểm Nếu nhà dài hơn 20 m thì phải có những dây dẫn dòng sét phụ thêm Các tượng, đài kỷ niệm có độ cao lớn cũng phải được chống sét tốt Thường thì ngay trong quá trình xây dựng đặt dây vào trong tượng Những mái nhà không dẫn điện... làm cho hệ thống bảo vệ chống sét có hiệu quả Hệ thống nối đất có điện trở càng thấp làm cho sự tiêu tán năng lượng của sét vào trong đất càng nhanh, dễ dàng Theo tiêu chuẩn của Úc thì mức điện trở tối đa cho phép là 10 Ω đối với hệ thống nối đất chống sét Điều này có thể đạt được trước tiên là nhờ sự liên kết của hệ thống nối đất chống sét với những hệ thống được đặt trong đất khác hoặc liên kết với... đào tạo thực hiện công việc thiết kế + Tốn nhiều thời gian trong công tác thiết kế + Có những tiêu tốn không cần thiết khác + Yêu cầu bảo trì liên tục và thực hiện công việc bảo trì trong phạm vi rộng lớn hơn CHƯƠNG II THIẾT KẾ 2.1 Phương pháp Bejanmin Franklin 2.1.1 Lý thuyết Chống sét theo phương pháp Franklin – phương thức bảo vệ trọng điểm, chỉ những bộ phận thường hay bị sét đánh mới phải bảo vệ... kết quả đều cho thấy rằng sự phát xuất của dòng đón bắt hướng lên trên của đầu thu là sớm hơn và biên độ cũng lớn hơn so với đầu thu kiểu tập quán Franklin Qua thí nghiệm của hàng trăm trang thiết bị chống sét với những đầu thu đón bắt sét loại này ở một số nơi trên thế giới, ở khu vực nhiều sét nhất đã chứng tỏ kết quả đạt được rất cao Hình 1-3 giới thiệu 3 hình vẽ sử dụng theo phương pháp chống sét. .. Một hoặc nhiều đầu thu kiểu đón bắt sét như vậy đã được đặt phía trên cấu trúc để các thể tích tập hợp của chúng phủ chồng lên trên những thể tích bé nhỏ tự nhiên của hình thể cấu trúc Phương pháp này rõ ràng hấp dẫn hơn và rất thuận lợi cho việc áp dụng để thiết kế bảo vệ chống sét * So sánh phương pháp tính toán thiết kế theo thể tích tập hợp với tính toán thiết kế theo quả cầu lăn: – Phương pháp... T.E.C (Transient Earth Clamp) 15 Trang thiết bị đo lường từ xa và vô tuyến 16 Bộ chỉnh lưu điện 17 Bộ đổi điện inverter 18 Bình ắc quy 19 Máy in 20 Vi tính 21 Bộ dịch vụ tập tin 22 Đường dây điện thoại 1.6 Các phương pháp thiết kế chống sét 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... chắn mái và các kết cấu nhô cao khỏi mặt mái, nếu công trình lớn thì thêm cả diềm mái (độ dốc mái lớn hơn 28 O thì không cần bảo vệ diềm mái) Bảo vệ cho những trọng điểm trên đây có thể dùng các kim thu sét ngắn (200 300 mm) cách nhau khoảng 5 6 m tại những trọng điểm bảo vệ hoặc đặt những đai thu sét diềm lên những trọng điểm đó Cột chống sét sử dụng kim thu sét Để bảo đảm chống sét đánh trực tiếp ... công tác thiết kế chống sét cho công trình xây dựng Như vậy, Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ thiết kế chống sét thành công thể phần trình bày luận văn Tuy nhiên, để tăng độ an toàn cho người... Qua so sánh kết thiết kế thực tế trình bày, ta nên chọn đầu thu tiên đạo sớm Prevectron loại TS 2.25 làm thiết bị chống sét cho Tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ KẾT LUẬN Sau thời... dựng nên chọn nội dung Thiết kế chống sét cho Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp cho Đây đề tài lý thú mang tín thực tế cao Qua đó, học hỏi nhiều điều bổ ích