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

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