1.1 Các tiêu chuẩn, quy định về hệ thống chống sét
Để có được một hệ thống chống sét an toàn; cần tuân thủ những tiêu chuẩn chống sét mới nhất được quy định cụ thể được quy định tại các văn bản pháp luật như:
- TCN 68 - 140:1995: Tiêu chuẩn ngành về Chống quá áp; quá dòng bảo vệ đường dây và thiết bị thông tin - Yêu cầu kỹ thuật.
- TCN 68 - 167:1997: Tiêu chuẩn Thiết bị chống quá áp; quá dòng do ảnh hưởng của sét và đường dây tải điện - Yêu cầu kỹ thuật .
- TCN 68 - 135:2001: Tiêu chuẩn về Chống sét bảo vệ các công trình viễn thông - Yêu cầu kỹ thuật .
- TCN 68 - 174:2006: Tiêu chuẩn về Quy phạm tiếp đất và chống sét bảo vệ các công trình và thiết bị viễn thông.
- TCXDVN 46 - 2007: Tiêu chuẩn xây dựng về Chống sét cho công trình xây dựng; Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống.
- TCVN 8071 - 2009 : Công trình viễn thông - Quy tắc thực hành chống sét và tiếp đất.
- QCVN 32:2011/BTTTT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chống sét cho các trạm viễn thông; và mạng cáp ngoại vi viễn thông”
- TCVN 9385 : 2012 : Tiêu chuẩn Việt nam về Chống sét cho công trình xây dựng - Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống
140
Hình 8.1: Hệ thống chống sét
Thực tế hiện nay, có rất nhiều các văn bản quy định về các tiêu chí trong lắp đặt và thi công hệ thống chống sét. Tuy nhiên nội dung cụ thể về tiêu chuẩn chống sét mới nhất, được tóm tắt ngắn gọn qua những vấn đề sau:
Các bộ phận cơ bản của hệ thống chống sét, thông thường sẽ bao gồm các bộ phận sau: Bộ phận thu sét, bộ phận dây dẫn thoát sét, thiết bị đếm sét, hệ thống tiếp địa
Trong đó:
Bộ phận thu sét (kim thu sét). Đây là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống. Bởi vậy, kim thu sét luôn được đặt ở vị trí cao nhất trên tòa nhà; để thu hút và ngăn chặn dòng sét trước khi nó đánh tới công trình cần được bảo vệ.
Hiện nay trên thị trường, bộ phận thu sét có hai loại chính:
- Kim thu sét cổ điển: chúng thường được làm bằng đồng. Sản phẩm có hình dạng là một thanh kim loại.Tuy nhiên, do phạm vi bảo vệ hạn chế; mà thiết bị này không còn được nhiều khách hàng ưa chuộng.
- Kim thu sét phát tia tiên đạo. Đây là sản phẩm có khả năng phát xạ tia tiên đạo. Bởi vậy có khả năng chủ động thu sét trong phạm vi rộng. Giúp bảo vệ công trình vượt trội hơn
Dây dẫn thoát sét thông thường được làm bằng cáp đồng hoặc những vật liệu có khả năng chịu nhiệt tốt.
Hệ thống tiếp địa: Có tác dụng giúp phân tán dòng sét xuống đất một cách an toàn nhất.
1.2 Các nơi cần bảo vệ chống sét
Theo các chuyên gia khuyến cáo ngoài việc lắp đặt chống sét trực tiếp bạn còn phải trang bị thiết bị chống sét đánh thứ cấp (sét lan truyền hoặc cảm ứng).
Thực tế, khi sét đánh, luồng sét sẽ đánh lan truyền hoặc cảm ứng vào hệ thống điện nhà, truyền hình cáp, cáp tín hiệu Internet… gây hư hại máy tính, đồ điện gia dụng,
141
nguồn điện… Những hộ tiêu thụ có sử dụng các loại đồ điện gia dụng, điện thoại cố định… đều phảinghĩ đến giải pháp này. Cách tốt nhất là sử dụng các thiết bị chống sét lan truyền qua đường dây điện như các hộp cắt sét, lọc sét. Khi sét đánh, thiết bị này sẽ cắt luồng sét, không để xảy ra hiện tượng quá áp (điện áp tăng cao). Hiện nay, các thiết bị cắt lọc sét khá đa dạng từ với giá từ vài chục đến vài ngàn USD.
Đối với các công trình khác, tiêu chuẩn về phòng chống sét được đề cập đến trong tiêu chuẩn này là đủ đáp ứng và câu hỏi duy nhất được đặt ra là có cần chống sét hay không. Trong nhiều trườnghợp, sự cần thiết phải chống sét là rất rõ ràng, ví dụ:
a) Nơi tụ họp đông người;
b) Nơi cần phải bảo vệ các dịch vụ công cộng thiết yếu; c) Nơi mà quanh khu vực đó thường xuyên xảy ra sét đánh; d) Nơi có các kết cấu rất cao hoặc đứng đơn độc một mình; e) Nơi có các công trình có giá trị văn hoá hoặc lịch sử; f) Nơi có chứa các loại vật liệu dễ cháy hoặc nổ.
Tuy nhiên một số yếu tố không thể đánh giá được và chúng có thể bao trùm lên tất cả các yếu tố khác. Ví dụ như, yêu cầu không xảy ra các nguy cơ có thể tránh được đối với cuộc sống của con người hoặc là việc tất cả mọi người sống trong toà nhà luôn cảm thấy an toàn có thể quyết định câu hỏi theo hướng cần có hệ thống chống sét, mặc dù thông thường thì điều này là không cần thiết.
Không có bất cứ hướng dẫn cụ thể nào cho những vấn đề như vậy nhưng có thể tiến hành đánh giá căn cứ vào xác suất sét đánh vào công trình và những yếu tố sau:
1) Công năng của toà nhà.
2) Tính chất của việc xây dựng toà nhà đó.
3) Giá trị của vật thể trong toà nhà hoặcnhững hậu quả do sét đánh gây ra. 4) Vị trí toà nhà.
5) Chiều cao công trình.
1.3 Các phương pháp bảo vệ chống sét1.3.1 Các phương pháp chống sét trực tiếp 1.3.1 Các phương pháp chống sét trực tiếp
Phương pháp chống sét trực tiếp cổ điển
Hệ thống chống sét đầu tiên trên thế giới được nhà khoa học Benjamin Franklin phát minh vào năm 1753. Hệ thống chống sét này có cấu tạo khá đơn giản bao gồm các thiết bị:
- Kim thu sét: được làm từ các thanh kim loại
- Hệ thống dây dẫn điện: cũng được làm từ chất liệu kim loại dẫn điện - Các loại mối nối
- Điểmkiểm tra, đo đạc
- Điện cực nối đất (các cọc tiếp địa): được chôn dưới đất, đóng vai trò lan truyền dòng sét vào đất.
142
Hình 8.2: Kim thu sét
Benjamin Franklin nghĩ rằng hệ thống chống sét này có thể chuyển hướng tia sét và dẫn truyền xuống đất và phân tán năng lượng của dòng sét và giúp ngăn chặn tia sét gây hại cho nhà cửa, thuyền bè. Hệ thống chống sét cổ điển này hoạt động theo nguyên lý như sau: các kim thu sét được làm từ thanh kim loại có đặc tính dẫn điện sẽ được lắp đặt trên đỉnh các cột đỡ (làm bằng gỗ, kim loại hoặc bê tông) và nhô cao lên khỏi công trình. Các kim thu sét này thông qua các dây dẫn sẽ được nối với hệ thống tiếp địa (cũng làm bằng kim loại) được chôn dưới đất. Khi có dòng sét đánh vào công trình, kim thu sét do được làm bằng kim loại và nhô cao khỏi công trình nên sẽ hấp thu toàn bộ dòng sét và truyền xuống hệ thống tiếp địa thông qua dây dẫn. Dòng sét này khi vào đất sẽ tiếp tục lan truyền và tiêu tan dần trong đất. Phương pháp chống sét cổ điển của Benjamin Franklin đã được kiểm chứng và áp dụng cho đến ngày nay với ưu điểm nổi bật là hệ thống đơn giản và giá thành tương đối rẻ. Tuy nhiên, hạn chế của nó là phạm vibảo vệ hẹp, độ tin cậy không cao, số lượng kim thu sét sử dụng là khá lớn và thường dễ bị gỉ sét hay đứt gãy nên cần thay thế thường xuyên, hệ thống dây dẫn nối các kim thu lôi dẫn xuống đất nhiều gây ảnh hưởng đến độ thẫm mỹ của kiến trúc công trình.
143
Hình 8.3: Thiết bị chống sét cổ điển
Phương pháp chống sét trực tiếp theo nguyên lý điện từ phát xạ sớm (ESE)
Để khắc phục các hạn chế trong hệ thống chống sét cổ điển của Benjamin Franklin, các nhà nghiên cứu phương pháp chống sét trên thế giới đã cải tiếnhệ thống chống sét này. Năm 1967, phương pháp chống sét theo nguyên lý điện từ phát xạ sớm (ESE – viết tắt của Eletro - Magnetic Earaly Streamer EMission) được đề xuất. Hệ thống các thiết bị sử dụng trong phương pháp này có tương tự với hệ thống chống sét cổ điển của Benjamin Franklin nhưng có bổ sung thêm đầu thu sét phát xạ sớm với mục đích kéo dài khoảng cách đón dòng sét giúp mở rộng phạm vi hoạt động của kim thu sét.
Đầu thu sét phát xạ sớm có nhiệm vụ chủ yếu là làm giảm hiệu ứng CORONA (hiện tượng phóng tia lửa hay tiếp đất) giúp tăng cường độ điện trường tại đầu kim thu sét. Mục đích là tạo ra điều kiện tối ưu nhất để tập trung nguồn năng lượng kích phát dòng sét tiên đạo từ đầu kim hướng về đám mây dông để đón bắt dòng tiên đạo của sét từ đám mây dông đánh xuống. So với phương pháp chống sét cổ điển, phương pháp chống sét trực tiếp theo nguyên lý điện từ phát xạ sớm có các ưu điểm như: độ tin cậy cao, vùng bảo vệ rộng hơn, đảm bảo độ thẫm mỹ của công trình lắp đặt, tuổi thọ cao hơn. Hiện nay, phương pháp chống sét này đang được các nước phát triển áp dụng, trong đó có Việt Nam.
Chống sét trực tiếp theo Công nghệ phân tán tích điện - (DAS)
Phương pháp chống sét này chủ yếu bảo vệ các công trình xây dựng khỏi năng lượng sét bằng cách ngăn chặn sự hình thành tia sét nhờ vào hệ thống phân tán điện tích DAS (hay hệ thống năng lượng sét). Hệ thống chống sét này hoạt động theo nguyên lý phóng điện điểm dựa trên hiện tượng CORONA, hệ thống này sẽ phóng ra hàng ngàn điểm nhọn bằng kim loại có khả năng tạo ion và ngăn ngừa sự hình thành của dòng sét tiên đạo.
Không giống với hệ thống chống sét trực tiếp của Benjamin Franklin hay hệ thống hoạt động theo nguyên lý điện từ phát xạ sớm , hệ thống chống sét trực tiếp theo công
144
nghệ phân tán tích điện ngăn cản sự hình thành tia sét bằng cách liên tục giảm sự chênh lệch hiệu điện thế giữa mặt đất với đám mây dông tích điện xuống dưới mức có khả năng tạo ra tiên đạo sét.
1.3.2 Phương pháp chống sét lan truyền
Ngoài những thiệt hại do sét đánh trực tiếp vào công trình, sét còn làm hư hỏng nhiều thiết bị điện thông qua lan truyền năng lượng theo các đường dây dẫn, dây tín hiệu.
Theo số liệu thống kê cho thấy khoảng 70 % hư hỏng do sét gây ra đều do sét lan truyền theo đường cấp nguồn và trên đường tín hiệu. Chính vì thế, chống sét lan truyền là công việc vô cùng quan trọng và cần thiết hơn hết.
Một trong những cách giúp hạn chế thiệt hại do sét lan truyền gây ra được áp dụng phổ biến hiện nay là sử dụng phối hợp hệ thống cắt sét và cắt lọc sét.
Hai thiết bị này khi được sử dụng phối hợp sẽ hoạt động như sau: thiết bị cắt sét có nhiệm vụ loại bỏ phần lớn năng lượng sét lan truyền xuống đất và cắt giảm một phần biên độ xung sét.
Trong khi thiết bị lọc sét sẽ tiếp tục cắt giảm biên độ xung sét, đồng thời cũng làm giảm tốc độ biến thiên dòng điện và áp suất của sét. Để đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống điện, các thiết bị cắt sét và cắt lọc sét này phải được lắp đặt trên tất cả các đường dây của nguồn cấp điện hay đường dây truyền tín hiệu.