PHÒNG Pden Pthietbi Itt
Chọn dây dẫn Chọn Aptomat Hãng SX Tiết diện(mm2) Idm(A) Phòng làm việc 1 218,7 3280 18,7 CADIVI 2 20 Siemens chế tạo 5SQ2 170-0KA20 Phòng làm việc 2 218,7 3280 18,7 Phòng làm việc 3 218,7 3280 18,7 Phòng làm việc 4 218,7 4480 25,12 6 35 Siemens chế tạo 5SQ2 170-0KA32 Phòng làm việc 5 218,7 4480 25,12 Hành lang 216 - 1,03 0,5 5 Siemens chế tạo 5SQ2 170-0KA04 Cầu thang 54 - 0,25 Phòng vệ sinh 81 - 0,38 Ban công 108 - 0,51
Trang 94
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO TÒA NHÀ 7 TẦNG
5.1. TỔNG QUAN VỀ SÉT 5.1.1. Thuật ngữ và định nghĩa: 5.1.1. Thuật ngữ và định nghĩa:
Hệ thống chống sét: Toàn bộ hệ thống dây dẫn được sử dụng để bảo vệ các công trình khỏi sự tác động của sét.
Bộ phận thu sét: Một bộ phận của hệ thống chống sét nhằm mục đích thu hút sét đánh vào.
Mạng nối đất: Một bộ phận của hệ thống chống sét nhằm tiêu tán dòng điện xuống đất.
Dây dẫn: Bộ phận hoặc nhóm các bộ phận dẫn điện có tiếp xúc với đất và có thể truyền dòng điện xuống đất.
Cực nối đất mạch vòng: Cực nối đất tạo ra vòng khép kín xung quanh công trình ở trên hoặc dưới bề mặt đất, hoặc ở phía dưới ngay trong móng của công trình.
Vùng bảo vệ: Thể tích mà trong đó một dây dẫn sét tạo ra khả năng chống sét đánh thẳng bằng cách thu hút sét đánh vào nó.
5.1.2. Sét và quá trình phóng điện của sét
Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất hay giữa các đám mây tích điện với nhau.
Sự phóng điện của sét chia làm 3 giai đoạn:
- Sự phóng điện giữa đám mây và mặt đất bắt đầu bằng sự xuất hiện một dòng sáng phát triển xuống mặt đất theo từng đợt với tốc độ 100 – 1000 km/gây. Dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây, tạo trên đầu cực của nó điện thế hàng triệu vôn. Giai đoạn này gọi là giai đọn phóng tia tiên đạo.
- Khi dòng tiên đạo vừa phát triển xuống mặt đất thì gia đoạn thứ hai bắt đầu, đó là giai đoạn phóng điện chủ đạo của sét. Trong giai đoạn này các điện tích dương phía dưới mặt đất di chuyển từ hướng mặt đất theo tia tiên đạo với tốc độ lớn (6.104 – 105 km/giây) chạy lên trung hòa các điện tích âm của dòng tiên đạo. Sự phóng điện chủ yếu được đặc trưng bởi dòng điện lớn gọi là dòng điện sét và sự lóe sáng (chớp) mãnh liệt của dòng phóng điện. Không khí trong vùng được đốt nóng đến hàng vạn độ và giãn nở rất nhanh tạo thành dòng âm thanh (sấm).
- Ở giai đoạn phóng điện thứ ba sẽ kết thúc sự di chuyển điện tích của các đám mây, quá trình phóng điện và lóe sáng dần dần biến mất.
5.1.3. Tác hại của sét
Dông sét là một hiện tượng thiên nhiên, đó là sự phóng tia lửa điện khổng lồ trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất. Khi sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào nhà ở hay công trình không những làm hư hại nghiêm trọng cho các phương tiện vật chất mà còn gây nguy hiểm đến tính mạng con người. Vì thế
Trang 95
nhà ở và các công trình công cộng tùy theo mức độ nhất thiết phải có hệ thống các thiết bị chống sét và biện pháp bảo vệ khi có sét đánh.
Căn cứ vào đặt tính tác dụng của dòng điện sét, tầm quan họng và quá trình sử dụng theo các yêu cầu công nghệ. Toàn bộ các nhà và công hình được phân thành 3 cấp bảo vệ:
Bảo vệ cấp 1: Những công trình, trong đó có tỏa ra các chất khí hoặc hơi cháy, cũng như các bụi hoặc sợi dễ cháy chuyển sang hạng thái lơ lửng và có khả năng kết họp với không khí hoặc chất ôxi-hóa khác tạo thành các hỗn hợp nổ, có thế xảy ra ngay trong điều kiện làm việc bình thường kế cả điều kiện làm việc bình thường ngắn hạn ( mở hoặc đóng thiết bị, chứa hoặc rót các chất dễ bắt lửa hoặc các chất lỏng chảy qua các bình để hở...). Khi xảy ra nổ sẽ gây ra những phá hoại lớn và làm chết người.
Bảo vệ cấp 2: Những công trình, trong đó có tỏa ra các chất khí, hơi, bụi hoặc sợi cháy và có khả năng kết họp với không khí hoặc các chất ôxi- hóa khác tạo thành các hỗn họp nổ. Nhưng khả năng này chỉ xảy ra khi có sự cố hoặc làm sai quy tắc, không thể xảy ra khi làm việc bình thường. Khi xảy ra nố chỉ gây ra những hư hỏng nhỏ và không làm chết người.
Bảo vệ cấp 3: Tất cả những công trình còn lại.
Với nhà cao tầng là nơi làm việc của nhiều người, để đảm bảo an toàn về con nguời và tài sản là việc làm cần thiết. Do đó với công trình cần đuợc bảo vệ chống sét đánh thẳng và chống việc xuất hiện các vùng mang điện áp cao do các đuờng dây, đường ống bằng kim loại dẫn vào công trình.
5.2. GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT
Việc nghiên cứu để lựa chọn và áp dụng những biện pháp hạn chế tác hại của sét đối với từng khu vực, từng đối tượng cụ thề sao cho đảm bảo về kinh tế và kỹ thuật là rất cần thiết không chỉ riêng ngành điện mà còn với các ngành khác. Hiện nay chùng ta sử dụng phổ biến các kiểu chống sét là:
+ Đối với các công trình kiến trúc kiến trúc lắp đặt các kim thu sét (cộ thu lôi). + Đối với các công trình điện (đường dây và trạm biến áp) thì sử dụng đường dây chống sét và các chống sét van.
5.3. CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG CHỐNG SÉT
Chức năng của hệ thống thu và dẫn sét là thu hút sét đánh vào nó rồi lan truyền dòng diện do sét tạo ra xuống đất một cách an toàn, tránh sét đánh vào các kết cấu cần được bảo vệ của công trình. Phạm vi hệ thống thu và dẫn sét không cố định nhưng có thể coi là một hàm của mức độ tiêu tán dòng diện sét.
5.4. BÁN KÍNH BẢO VỆ CỦA KIM THU CỔ ĐIỂN VÀ HIỆN ĐẠI
Như đã giới thiệu ở phần trên, có sự khác nhau trong cách tính toán phạm vi vùng bảo vệ của kim thu cổ điển và hiện đại. Điều này xuất phát từ cấu tạo hoạt động khác nhau của hai loại kim thu sét này.
Trang 96
Hình 5a. Kim thu cổ điển và hiện đại Khoảng cách của kim thu sét cổ điển Khoảng cách của kim thu sét cổ điển
- Cột thu sét cổ điển Franklin đặc trưng cho mô hình chống sét dạng hình học. Với bán
kính bảo vệ kim thu sét là một hình nón úp. Công thức tính phạm vi an toàn phụ thuộc vào chiều cao cột và góc bảo vệ. Ngoài ra còn cần chú ý tới số liệu thống kê sự cố và cường độ đỉnh dòng xung của từng vùng. Không chỉ vậy nó còn phụ thuộc chủ yếu vào qui định trong tiêu chuẩn chống sét của từng quốc gia.
- Về lý thuyết cũng như thực tế, bán kính bảo vệ của kim thu sét cổ điển thường khá
nhỏ, chủ yếu chỉ từ 15-18m. Vì vậy để tăng hiệu quả hoạt động, người ta thường phải lắp nhiều đầu kim thu trên mái nhà.
- Một nhược điểm nữa của kim thu sét cổ điển là chỉ chống được sét đánh trực tiếp. Và
do bán kính bảo vệ nhỏ nên chỉ phù hợp với các công trình dân dụng, có độ cao từ 15-20m.
Bán kính bảo vệ của kim thu hiện đại
- Kim thu sét hiện đại sử dụng mô hình phát xạ sớm với vùng bảo vệ rộng lớn, có dạng
hình chuông. Đây được coi là giải pháp tổng thể toàn diện. Bởi nó có khả năng bảo vệ cho công trình có độ cao lên tới 300m. Xác suất bảo vệ là 98% dòng sét đánh trực tiếp. Ngoài ra còn có thể áp dụng cho hệ thống chống sét lan truyền.
- Nếu như hệ thống chống sét cổ điển cần nhiều kim thu để mở rộng bán kính bảo vệ.
Thì với công nghệ phát tia tiên đạo, chỉ cần một kim thu duy nhất cũng đạt được bán kính bảo vệ lớn cho một tòa nhà, khu chung cư, công viên, khu công nghiệp, khu di tích hay các quần thể kiến trúc rộng khác.
Trang 97
- Tiêu chuẩn áp dụng để tính bán kính bảo vệ kim thu sét hiện đại thường dùng là NFC
17-102. Theo công thức, phạm vi vùng an toàn phụ thuộc vào:
Chiều cao kim thu sét ở trên bề mặt được bảo vệ
Thời gian phát tia tiên đạo theo thực nghiệm
5.5. TÍNH TOÁN CHỐNG SÉT CHO TÒA NHÀ
Theo tài liệu tham khảo số [10], bảng 5.1 trang 292, ta được số liệu mật độ sét đánh tại nơi công trình đang xây dựng là Tp. Kon Tum là 8,2 lần/km2/năm.
Qua khảo sát thực tế, công trình không nằm trong vùng bảo vệ chống sét của công trình khác nên cần tính toán hệ thống chống sét riêng cho công trình. Các công trình cao tầng hiện nay thường sử dụng thiết bị chống sét phát tia tiên đạo.
Công trình được thiết kế với 1 kim thu sét với:
Độ cao của công trình cần được bảo vệ: hx = 3,2.8 = 25,6 m
Với AB, BC lần lượt là chiều rộng và chiều dài của tòa nhà khi ta đặt kim thu sét AB=18,9m; BC=30,55m
Để công trình được bảo vệ an toàn thì bán kính bảo vệ tối thiểu của kim thu sét là:
rx = √(AB − a)2+ (BC − b)2 = √(18,9 − 4,6)2+ (30,55 − 3,1)2 = 30,95 (m)
Đối với công trình sử dụng kim thu sét cổ điển nếu bán kính bảo vệ lớn thì phải đặt nhiều kim thu sét, hoặc để giảm số kim thu sét thì chiều cao kim thu sét tương ứng sẽ tăng lên. Vì thế để tiết kiệm chi phí và đảm bảo tính thẩm mỹ của tòa nhà ta chọn loại 1 kim thu sét hiện đại có khả năng phóng tia tiên đạo bảo vệ tòa nhà với diện tích bảo vệ lớn.
Trong đó: a và b lần lượt là khoảng cách từ vị trí đặt kim thu sét đến mép ngoài gần nhất của phần mái nhà tương ứng như hình vẽ.
Trang 98
Vậy bán kính bảo vệ tối thiểu của kim thu sét là 30,95 m đối với vị trí đặt kim thu sét như trong bản vẽ.
Ta chọn kim thu sét theo bảng thông số kĩ thuật của nhà sản xuất BAKIRAL- ALFA S như sau: