Các giải pháp phòng chống sét đánh trực tiếp cho nhà và công trình

Khi kinh tế - xã hội ngày càng phát triển thì các công trình cao tầng được xây dựng càng nhiều, phục vụ cho các yêu cầu về kinh tế, xã hội. Các nhà cao tầng như vậy cũng rất dễ bị ảnh hưởng bởi sét đánh, do đó cần có các biện pháp chống sét cho nhà và công trình.

CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH Th.S Lương Anh Tuấn Khoa phịng cháy - Trường Đại học PCCC Email: anhtuank2pccc@gmail.com Tóm tắt: Khi kinh tế - xã hội ngày phát triển cơng trình cao tầng xây dựng nhiều, phục vụ cho yêu cầu kinh tế, xã hội Các nhà cao tầng dễ bị ảnh hưởng sét đánh, cần có biện pháp chống sét cho nhà cơng trình Từ khóa: Chống sét, sét, dơng sét, phóng điện dơng, sét đánh trực tiếp, phịng chống I BỔ SUNG Sét (hay cịn gọi phóng điện dơng) nguồn điện từ mạnh phổ biến xảy tự nhiên Nguyên nhân làm xuất sét hình thành điện tích khối lớn Nguồn sét đám mây mưa dơng mang điện tích dương âm phần đám mây, chúng tạo xung quanh đám mây điện trường có cường độ lớn Sự hình thành điện tích khối với cực tính khác đám mây (hay gọi phân cực đám mây) có liên quan đến ngưng tụ làm lạnh nước 12 TẠP CHÍ KHOA HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ luồng khơng khí nóng lên, tạo ion dương âm (các trung tâm ngưng tụ) liên quan đến phân chia giọt nước mang điện đám mây tác dụng mạnh luồng khơng khí nóng lên Trong q trình tích luỹ điện tích có phân cực khác nhau, điện trường với cường độ ln gia tăng hình thành xung quanh đám mây Khi Gradient điện điểm đám mây đạt giá trị tới hạn tính chất cách điện khơng khí (với áp lực khí bình thường, khoảng 3.106 V/m) xảy đánh xuyên hay sét tiên đạo Sét gây thương tích cho người phá hủy nhà cửa qua nhiều cách thức khác Thứ nhất, sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ đám mây xuống Cách thứ hai, nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh, sét phóng qua khoảng cách khơng khí người vật Trong trường hợp gọi sét đánh tạt ngang Ngoài ra, sét đánh nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh Cách thứ tư điện bước, người tiếp xúc với mặt đất vài điểm sét lan truyền mặt đất Cuối cùng, sét lan truyền qua đường dây cáp tới vật điện thoại, tivi, ổ cắm dự kiến mật độ phóng điện xuống khu vực Bảng : Mật độ phóng điện xuống khuvùng vựcdơng sét tồn Việt lập bảng phân Bảng : Mật độ phóng điệ Sét đánh trực tiếp phá huỷ nhà cửa Nam cơng trình Tác dụng nhiệt nguy Bảng hiểm1 – Số ngày Khu Khu vực Khu Khu Khu dông vực miền núi vực vực vực trường hợp vị trí tiếp xúcBảng có phân vùng trung du cao ven đồng đồng vật dễ cháy, xảy hoả hoạn dông sét miền bắc nguyên biển bằng miền miền miền ven Qua số liệu khảo sát Viện khoa học trung trung nam biển khí tượng thủy văn biến đổi khí hậu thấy miền bắc trung bình dơng sét miền Bắc – 2,43 1,22 20  40 2,1  4,2 1,2  1,26  Trung – Nam kết lập bảng phân 2,4 2,52   vùng toàn Nam dơng lậpsét bảngViệt phân vùng dơng sét tồn Việt 4,87 5,04 4,68 9,72 2,44 4,86 2,44 4o  60 4,2  6,3 2,4  2,52  Nam Bảng – Bảng phân vùng dông sét 4,8 4,87 5,04 3,78  80  100  9,72 8,4 3,6 7,92  3,65 Bảng – Bảng phân vùng dông sét 10,5 6,0   7,92 12,1 3,65 60  80 6,3  8,4 3,6  3,78  6,09 6,3 Ngày Giờ Mật Thán 4,8 5,04   10,5 6,0 6,09 6,3 100  1209,7212,15 Vùng dông dông độ g 4,87 7,2  9,7214,58,4  12,64,8 4,87 trung trung sét dông 80  100 5,04 7,31 5,76 10,5 6,0 6,3   bình bình trung cực 12,1 6,09 (ngày/ (giờ/ bình đại 12,15 10,5 6,0 6,09 100  120 6,3  năm ) năm) 5,76 14,5 12,6 7,2  Đồng 81.1 215.6 6.47 8 7,31 Ngày Giờ Mật Thán ven biển Vùng dông dông độ g Miền núi 61,6 219,1 6.33 trung trung sét dơng bình bình trung cực trung du (ngày/ (giờ/ bình đại năm ) năm) Bắc Bộ Đồng 81.1 215.6 6.47 Hình – Bản đồ mật độ sét trung b ven biển Việt Nam Cao 47,6 126,2 3.31 5.8 Miền núi 61,6 219,1 6.33 Qua nghiên cứu tính hìn nguyên trung du Việt Nam tác hại sé miền trung Bắc Bộ chống sét cho nhà cơng trình k Ven biển 44 95,2 ngun miền trung đồng 3.55 Cao 5.8 47,6 60.1 89.32 miền Nam 126,2 3.31 5.8 cần thiết để nâng cao độ an toàn nh miền trung 5.37 5.9 Ven biển Vì việc đầu tư lắp đặt hệ th người cơng trình Sau tác giả 44 95,2 3.55 5.8 89.32 5.37 5.9 số phương pháp phòng chống sét miền trung đồngsố Từ số liệu ngày dông lượng 60.1 đo Từ số liệu ngày dông lượng miềnsố Nam đo lường nghiên cứu thực qua Hình – Bản đồ mật độ sét trung bình số liệu thểđoạn tính tốn đưatính số liệu mật độ ngày dông số lượng đo giai tốn đưadự kiến cácTừvề số liệu năm Việt Nam lường nghiên cứu thực qua giai đoạn có phóng điện xuống khu vực lường nghiên cứu thực qua giai đoạn tính tốn đưa số liệu dự kiến mật độ TẠP CHÍ KHOA HỌC 13 QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ Bảng : Mật độ phóng điện xuống các khu vực phóng điện xuống Hình – Bản đồ mật độ sét trung bình năm khu vực Việt Nam Qua nghiên cứu tính hình giơng sét Việt Nam tác hại sét, việc bảo vệ chống sét cho nhà cơng trình khơng thể thiếu Vì việc đầu tư lắp đặt hệ thống chống sét cần thiết để nâng cao độ an toàn nhằm bảo vệ cho người cơng trình Sau tác giả xin giới thiệu số phương pháp phòng chống sét nay: II CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH Hiện nay, giới có nhiều phương pháp thiết bị phịng chống sét áp dụng Một hệ thống chống sét sử dụng kim chống sét cổ điển hay đại phải có đầy đủ ba phần chính: kim chống sét, dây dẫn sét hệ thống tiếp địa (nối đất) nhiễu chuyên dụng - Hệ thống nối đất đóng vai trò rất quan trọng việc trung hòa dòng sét, đảm bảo hiệu bảo vệ hệ thống chống sét Các thiết bị hệ thống nồi đất bao gồm cọc nối đất thép bọc đồng, cáp đồng sét hóa chất làm giảm điện trở đất Để kết nối cọc đồng tiếp đất dây đồng trần thoát sét, ta sử dụng mối hàn hóa nhiệt Mối hàn có tác dụng dẫn dịng điện (tốt dây dẫn), khơng bị lão hóa, bị ăn mịn thời gian dài Hóa chất làm giảm điện trở pha trộn lẫn nước đổ lên vùng chôn điện cực để tạo lớp khô cứng đồng Lớp hóa chất có tác dụng làm giảm thấp điện trở hệ thống tiếp đất; không bị rửa trôi bền vững ( khơng địi hỏi phải bảo trì) nhiều năm; giúp hệ thống cọc tiếp đất chống lại ăn mịn mơi trường tự nhiên Sử dụng hóa chất giảm điện trở đất hàn hóa nhiệt, hệ thống tiếp đất chống sét phải đảm bảo yếu tố có tổng trở nhỏ hơn10 Ohm chống sét trực tiếp nhỏ Ohm chống sét lan truyền Ngoài thành phần trên, hệ thống chống sét trực tiếp trang bị thêm thiết bị đếm sét hộp kiểm tra điện trở Hình – Cấu tạo hệ thống chống sét - Kim chống sét điểm tiếp nhận tia sét Tùy vào u cầu cơng trình cụ thể ta chọn loại kim phù hợp Trên thị trường có nhiều loại kim thu sét phóng điện sớm hãng Ingesco, Liva, LPI,… - Dây dẫn sét có tác dụng chuyển tải dòng sét xuống đất dễ dàng phải chịu nhiệt độ phát nóng cục để khơng bị biến dạng Ta chọn cáp đồng sét loại có tiết diện 50mm² trở lên cáp sét chống 14 TẠP CHÍ KHOA HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ Trước hết phương pháp dùng lồng Farađây - lồng kim loại bao kín khu vực bảo vệ Giải pháp tạo hệ thống bảo vệ hình thành từ mạng lưới kim loại dày bao quanh khu vực cần bảo vệ (lồng Faraday) Mạng lưới kim loại nối dây dẫn đến khu vực tiếp địa Khi sét đánh vào lồng bảo vệ xuống bãi tiếp địa thông qua dây dẫn để trung hịa dịng sét Giải pháp thích hợp cho khu vực thường xuyên có tia sét xuất khu bảo tàng, lịch sử… Tuy nhiên, phương pháp tốn không khả thi áp dụng cho tất cơng trình Hình – Cơng trình bảo vệ phương pháp dùng lồng Faraday Tiếp đến phương pháp chống sét truyền thống Benjamin Franklin (1752) Giải pháp tạo hệ thống bảo vệ cho khu vực nằm bán kính tương đương với chiều cao từ mặt cần bảo vệ đến đầu kim thu sét Kim thu sét loại cổ điển kim loại dẫn điện tốt có đầu nhọn dài, lắp nơi cao khu vực cần bảo vệ Kim thu sét tạo vùng điện trường lớn vùng xung quanh để chủ động thu hút dòng sét tiên đạo từ đám mây xuống Thơng qua dây dẫn, dịng sét xuống bãi tiếp địa để trung hòa tiêu tán lượng, tạo an tồn cho cơng trình cần bảo vệ Giải pháp thích hợp cho khu vực cần bảo vệ có chiều cao vượt hẳn so với mặt xung quanh Kiểm chứng 250 năm qua cho thấy phương pháp chống sét Franklin hệ tương đương phương pháp giảm thiệt hại nhà cửa lại không phân tán điện tích khơng ngăn chặn tia sét Bên cạnh đó, cịn có phương pháp chống sét khác lên hàng chục năm gần hệ phát xạ sớm, hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán lượng sét), phương pháp hút sét tia laser để chống sét cho cơng trình đại kho chất nổ đạn dược, hạt nhân, trung tâm máy tính quan trọng (trung tâm điều khiển bay, trung tâm điều hành mạng, ) Giải pháp giải pháp chủ động thu hút sét sử dụng kim thu sét loại đại, có khả phóng điện sớm Đặc tính loại kim phát dịng mồi sớm điện trường khí chưa đạt đến trị số tới hạn Điều có nghĩa chủ động đón bắt dịng sét điểm khơng gian cách xa cơng trình mà bảo vệ Tùy loại kim thu sét, chiều cao lắp đặt kim so với mặt cần bảo vệ mà ta tính bán kính bảo vệ kim thu sét (bán kính khu vực bảo vệ) Đây giải pháp thường sử dụng để bảo vệ nhà máy tòa nhà cao tầng Cuối cùng, cần phải kể đến dạng phương pháp sử dụng rộng rãi năm gần dự báo dông sét sớm Nhờ vào thiết bị đại đa, vệ tinh, hệ thống định vị phóng điện, người ta dự báo khả có dơng sét xảy khu vực khoảng thời gian từ 30 phút đến vài Các phương pháp ứng dụng rộng rãi ngành hàng không, điện lực bảo vệ an toàn cho người III Một số ngun nhân dẫn đến hệ thống phịng chống sét khơng đảm bảo yêu cầu Hình – Hệ thống chống sét cổ điển Franklin Theo khảo sát Trung tâm đo lường miền Bắc 943 hệ thống phòng chống sét Kết cho thấy, hệ thống chống sét không đạt yêu cầu chiếm 11,94% Nguyên nhân: điện trở tiếp đất không đạt yêu cầu chiếm tỉ lệ 0,75%, kim thu sét bị xuống cấp, TẠP CHÍ KHOA HỌC 15 QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ phạm vi bảo vệ cơng trình khơng đảm bảo chiếm tỉ lệ 1,49%, dây thoát sét bị xuống cấp , hư hỏng chiếm tỉ lệ 9,7% Sau nguyên nhân dẫn đến hệ thống chống sét không đảm bảo yêu cầu: - Đơn vị thiết kế không khảo sát điện trở suất đất, chưa thiết kế hệ thống phịng sét phù hợp điện trở tiếp đất khơng đảm bảo u cầu - Cơng trình sử dụng lâu năm, bị tác động mưa bão, hệ thống chống sét bị han rỉ, xuống cấp, không bảo dưỡng định kỳ nên nhiều cơng trình khơng đạt yêu cầu kim thu sét dây xuống Mặt khác, cọc nối đất bị hoen rỉ làm tăng điện trở tiếp đất - Một số nhà dân, có điều kiện làm nhà cao tầng, thi cơng hệ thống phịng chống sét lại khơng có thiết kế sở tiêu kỹ thuật, thi cơng hệ thống phịng chống sét lại phụ thuộc vào tư vấn người thợ thi công Do đó, phạm vi bảo vệ kim thu sét khơng đủ để bảo vệ tồn ngơi nhà, dây sét có đường kính nhỏ khơng đảm bảo để thoát sét Đặc biệt, điện trở tiếp đất lại phụ thuộc hoàn toàn vào giá trị điện trở suất đất, điện trở suất đất thấp điện trở đạt yêu cầu ngược lại không đạt yêu cầu - Một số nhà dân không hiểu biết cách phịng chống sét nên khơng thi cơng hệ thống chống sét, có lắp đặt làm qua loa, thi công phần kim để trang trí khơng thi cơng phần mạng tiếp đất Đối với cồng trình hồn tồn khơng có khả phịng chống sét 16 TẠP CHÍ KHOA HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ Một hệ thống chống sét tạo để bảo vệ kiến trúc cơng trình xây dựng, nhằm tránh thiệt hại dòng sét gây (một dòng sét lên tới 200KA) Một hệ thống chống sét bảo vệ cơng trình cách di chuyển dịng sét xuống đất cách nhanh chóng, thơng qua đường trở kháng thấp (mà không qua vật dẫn khác) Vì vậy, việc lắp đặt hệ thống chống sét quan trọng cấp bách cho cơng trình Để chọn phương pháp vật tư chống sét phù hợp nhất, đòi hỏi bạn phải hiểu rõ, nắm quy luật hệ thống chống sét cần tính tốn cho hợp lý cho cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO Chính phủ (2014), Nghị định số 79/2014/NĐ-CP ngày 31/07/2014 quy định chi tiết thi hành số điều Luật PCCC Luật sửa đổi, bổ sung số điều Luật PCCC TCVN 9385-2012: Chống sét cho cơng trình xây dựng – Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra bảo trì hệ thống NFC 17-102-2011: Protection of structures and of open areas against lightning using early streamer emission air terminals Lê Quang Hải, Lê Thanh Bình, Nguyễn Thanh Hải(2017), Giáo trình phịng cháy thiết bị điện, Hà Nội  ... pháp phòng chống sét nay: II CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỊNG CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO NHÀ VÀ CƠNG TRÌNH Hiện nay, giới có nhiều phương pháp thiết bị phòng chống sét áp dụng Một hệ thống chống sét sử... nhiệt, hệ thống tiếp đất chống sét phải đảm bảo yếu tố có tổng trở nhỏ hơn10 Ohm chống sét trực tiếp nhỏ Ohm chống sét lan truyền Ngoài thành phần trên, hệ thống chống sét trực tiếp trang bị thêm... phương pháp tốn không khả thi áp dụng cho tất cơng trình Hình – Cơng trình bảo vệ phương pháp dùng lồng Faraday Tiếp đến phương pháp chống sét truyền thống Benjamin Franklin (1752) Giải pháp tạo