5.1. Khái niệm
- Sét hay tia sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất hay giữa các đám mây mang các điện tích khác dấu đôi khi còn xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hay bão bụi (cát).
- Khi phóng điện trong khí quyển tia sét có thể di chuyển với tốc độ 36.000 km/h (22.000 mph) vì sét là sự di chuyển của các ion nhưng hình ảnh của sét là do dòng plasma phát sáng tạo ra nên có thể thấy nó trước khi nghe tiếng động vì tiếng động chỉ di chuyển với tốc độ 1.230 km/h (767 mph) trong điều kiện bình thường của không khí còn ánh sáng đi được 299.792.458 m/s.
- Sét đạt tới nhiệt độ 30.000 °C (54.000 °F) gấp 20 lần nhiệt độ cần thiết để biến cát silica thành thủy tinh (chỉ cần 1330 °C để làm nóng chảy SiO2), những viên đá được tạo ra bởi sét đánh vào cát gọi là fulgurite (thường nó có dạng hình ống do sét di chuyển vào lòng đất). Có khoảng 16 triệu cơn dông mỗi năm.Sét cũng được tạo ra bởi những cột tro trong những vụ phun trào núi lửa hoặc trong những trận cháy rừng dữ dội tạo ra một làn khói đặc đủ để dẫn điện.
- Nếu có đám mây dông tích điện đi gần mặt đất tới những khu vực trống trải, gặp một vật có độ cao như cây cối, người cầm cuốc xẻng... thì sẽ có hiện tượng phóng tia lửa điện giữa đám mây và mặt đất. Đó là hiện tượng sét đánh.
5.2. Một số tác hại của sét
▪ Gây cháy nổ hư hại công trình.
▪ Phá hủy thiết bị, các phương tiện thông tin liên lạc. ▪ Gây nhiễu loạn hay ngưng vận hành hệ thống. ▪ Mất dữ liệu hay hư dữ liệu.
▪ Ngừng các dịch vụ gây tổn thất kinh tế và các tổn thất khác. ▪ Gây chết người.
33
5.3. Các hình thức sét đánh
- Sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống. Khi nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh.
- Sét có thể phóng qua khoảng cách không khí giữa người và vật. Trong trường hợp này gọi là sét đánh tạt ngang. Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh. Điện thế bước.
- Khi người tiếp xúc với mặt đất ở một vài điểm. Sét lan truyền trên mặt đất. Sét lan truyền qua đường dây cáp tới các vật như điện thoại, tivi (vô tuyến), ổ cắm.
5.4. Những nguyên tắc trong thiết lập hệ thống chống sét
- Hệ thống bảo vệ một tòa nhà chống lại những ảnh hưởng của sét phải bao gồm:
▪ Bảo vệ các cấu trúc khỏi bị sét đánh trực tiếp
▪ Bảo vệ các hệ thống điện khỏi bị sét trực tiếp và gián tiếp.
- Nguyên tắc cơ bản bảo vệ của một thiết lập chống lại nguy cơ sét đánh là để ngăn chặn năng lượng của sét ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử nhạy cảm. Để đạt được điều này, hệ thống chống sét cần phải:
▪ Xác định được dòng sét và những kênh (vị trí) mà tia sét có khả năng thông qua đó để phóng xuống đất là lớn nhất (tránh vùng lân cận của thiết bị điện tử nhạy cảm)
▪ Thực hiện liên kết đẳng thế của tiến trình thiết lập hệ thống chống sét ▪ Liên kết đẳng thế này là thực hiện liên kết hệ thống dây tiếp đất (kết nối giữa các hệ thống tiếp đất), và thiết bị van đẳng thế này có thể là thiết bị chống xung (SPDs) hoặc ống phóng khí gas (Spark gaps).
▪ Giảm thiểu tác động gây ra bởi các ảnh hưởng gián tiếp bằng việc cài đặt SPDs hoặc các bộ lọc. Hai hệ thống bảo vệ được sử dụng để loại bỏ hoặc giới hạn quá áp: chúng được gọi là hệ thống bảo vệ tòa nhà – hệ thống chống sét trực tiếp
34
(đối với bên ngoài của tòa nhà) và hệ thống bảo vệ các thiết bị điện (đối với bên trong tòa nhà).
- Xây dựng hệ thống bảo vệ tòa nhà
Vai trò của hệ thống bảo vệ tòa nhà là để chống sét trực tiếp hệ thống này bao gồm:
▪ Thiết bị bắt sét (VD: kim thu sét): hệ thống chống sét ▪ Dây dẫn được thiết kế để truyền sét xuống đất
▪ Hệ thống tiếp địa "chim chân" kết nối với nhau
▪ Liên kết giữa tất cả các khung kim loại (bằng liên kết van đẳng thế) với điểm tiếp đất.
▪ Khi có dòng sét trong một dây dẫn (dây thoát sét), và nếu có sự khác biệt xuất hiện giữa nó và các hệ thống dẫn kết nối với điểm tiếp đất nằm trong vùng lân cận, có thể gây ra hiện tượng phóng điện bề mặt.
⇨ Vì đây là nhà ở nên ta chọn phương án kĩ thuật thu sét tại một điểm, có nghĩa là ta tạo ra một điểm chuẩn để sét đánh vào chính nó mà không đánh vào các điểm khác trong khu vực cần bảo vệ và như vậy là ta có thể điều khiển được đường dẫn của sét.
5.5. Tính toán chống sét cho nhà biệt thự 5.5.1. Khái niệm chung 5.5.1. Khái niệm chung
- Theo tiêu chuẩn IEC kĩ thuật thu sét tại điểm đặt trước thì vùng bảo vệ được xác định bằng phương pháp hình nón, phương pháp quả cầu lăn và phương pháp lưới bảo vệ.
- Phương pháp hình nón: Ưu điểm là đơn giản nhưng không quan tâm đến các thông số quan trọng là biên độ dòng sét
- Phương pháp quả cầu lăn: Khắc phục được những nhược điểm này nhưng lại cho rằng khả năng khởi tạo tiên đạo của tất cả các điểm mà quả cầu tiếp xúc cấu trúc là bằng nhau. Phương pháp này đòi hỏi có một số lượng lớn các đầu
35
thu trên các cấu trúc cao gồm mặt đứng và ngang vốn không có sự gia tăng điện trường. Các hệ thống thiết kế theo phương án này có thể rất đắt tiền và có thể dẫn đến thiết kế thừa vì có quá nhiều chứng cứ cho thấy mặt hông rất hiếm khi bị sét đánh
⇨ Vì là nhà ở nên ta chọn phương pháp hình nón
- Theo phương pháp hình nón, vùng bảo vệ của kim Franklin được xác định như sau:
- Trường hợp có một kim
▪ Bán kính bảo vệ rx của kim Franklin được xác định theo biểu thức
ℎ𝑥 ≤2 3ℎ ∶ 𝑟𝑥 = 1,5ℎ (1 − ℎ𝑥 0,8ℎ) . 𝑝 ℎ𝑥 >2 3ℎ ∶ 𝑟𝑥 = 0,75ℎ (1 − ℎ𝑥 ℎ) . 𝑝 trong đó:
h là chiều cao kim thu sét (m) hx là chiều cao công trình (m)
p là hệ số hiệu chỉnh theo chiều cao kim thu sét p = 1 khi h ≤ 30m
p = 5,5/√h khi 30m ≤ h ≤ 100m
- Trường hợp hai kim có độ cao như nhau thì phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét được xác định như sau :
2𝑏𝑥 = 4𝑟𝑥 7ℎ𝑎 − 𝑎 14ℎ𝑎 − 𝑎
Trong đó:
rx được xác định theo biểu thức trên trường hợp 1 kim bx là bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx
36 a là khoảng cách giữa 2 cột thu sét (m)
ha là chiều cao hiệu dụng của cột thu sét (m), a ≤ 7ha Trường hợp có nhiều kim được xác định theo biểu thức: D ≤ 8(h- hx).p
Với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác
5.5.2. Áp dụng tính toán chọn vùng bảo vệ cho biệt thự
- Biệt thự có chiều dài 18.25m, chiều rộng 15m, chiều cao 8.9m
- Áp dụng phương pháp chống sét bằng 2 kim đặt cách nhau 8m, cột thu sét cao 5m ta có: 𝑟𝑥 = 0,75ℎ (1 −ℎ𝑥 ℎ) . 𝑝 𝑣ớ𝑖 ℎ𝑥 >2 3ℎ 2𝑏𝑥 = 4𝑟𝑥 7ℎ𝑎 − 𝑎 14ℎ𝑎 − 𝑎 5.5.3. Chọn dây dẫn sét xuống đất
Để dẫn sét xuấng đất có thể dùng dây đồng trần, thanh đồng hay cáp thoát sét chống nhiễu Ericore. Vì đây là nhà ở nên ta dùng dây đồng trần
o Theo tiêu chuẩn IEC thì tiết diện dây dẫn sét tối thiểu không được nhỏ hơn 50 𝑚𝑚2, là nhà ở có độ cao nhỏ hơn 28m nên ta chọn luôn tiết diện dây dẫn sét bằng 50𝑚𝑚2
37