.
Ộ
Ụ
Ạ
B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
ƯỜ
Ơ
TR
Ạ Ọ Ầ NG Đ I H C C N TH
KHOA CÔNG NGHỆ
Ạ Ọ
Ố
Ậ
Ệ
LU N VĂN T T NGHI P Đ I H C
Ế
Ế
Ố
Ộ
Ậ
Ỹ
Ệ
THI T K CH NG SÉT CHO TÒA NHÀ B MÔN K THU T ĐI N
Ự
Ệ
NG D N
Ẫ Ộ ƯỚ CÁN B H ễ Nguy n Văn Dũng
SINH VIÊN TH C HI N Lê Thanh Toàn (MSSV: 1010907)
Tháng 12/2005
ậ
ệ Khóa: 27
ỹ Ngành: K Thu t Đi n
Ờ Ầ L I NÓI Đ U
ệ ự ồ ạ ấ ng t ộ Sét là m t hi n t ấ nhiên đã xu t hi n, t n t
ườ ạ
ệ ườ i. Nó gây ra không ít tác h i cho con ng ố ậ
ộ ấ ề ề
ế ạ
ượ ề ậ ừ c đ c p t ự ng ph c t p nên chúng ta c n ph i tìm hi u k
ườ ế ệ ượ i r t lâu trong quá trình ể ủ i và ự t là các công trình xây d ng. Vì v y công tác phòng ch ng sét ự nhi u năm nay. Đây là m t v n đ liên ế ế ư t k , thi công… Tuy ỹ ầ ứ ạ ể ả ậ ủ ữ ư i, cũng nh nh ng tài v t c a ng c a nó đ n con ng
ườ hình thành và phát tri n c a con ng ặ thiên nhiên, đ c bi cho công trình xây d ng đã đ ự ề quan đ n nhi u lĩnh v c trong xây d ng nh : quy ho ch, thi ượ ệ ượ ộ ng khí t nhiên, sét là m t hi n t ả ế ủ ưở ữ ể ạ đ h n ch nh ng nh h ườ ng. i và môi tr con ng
ầ ữ ừ ễ ề ờ
ủ ỏ ấ ặ
ự ể
ườ ự T nh ng yêu c u th c ti n đó, nhi u ng ọ ủ ệ ề i đã b r t nhi u th i gian quý ứ ượ c không ít thành ừ ấ ớ r t s m c a B.Franklin (năm 1750), sau đó là ệ ả ầ ượ ạ ầ ờ báu c a mình cho công tác nghiên c u này và h cũng g t hái đ công. Đi n hình là s thành công t ạ ớ hàng lo t các đ u thu tiên đ o s m ti n ích và hi u qu l n l t ra đ i.
ữ ướ ả ộ i đi tr c và t
ậ ế ừ ệ K th a thành qu c a nh ng ng ự ọ ố ộ
ỹ ườ ộ ề ệ ậ
ệ ự ế
cao. Qua đó, tôi s h c h i đ ả ừ ế ế ố ẽ ọ ờ
ủ ả ủ Thu t Đi n đang xây d ng nên tôi ch n n i dung “Thi K Thu t Đi n – Khoa Công Ngh ” làm đ tài lu n văn t là m t đ tài lý thú và mang tín th c t ề ự ể ở ộ đi u b ích và m r ng thêm s hi u bi ộ ướ ư ừ ự ỉ ẫ ậ nh t ậ ộ ề ổ s ch d n t n tình c a cán b h ỹ hoàn c nh B môn K t k ch ng sét cho B môn ệ t nghi p cho mình. Đây ề ỏ ượ ấ c r t nhi u ế ủ ệ t c a mình nh tham kh o tài li u cũng ẫ ng d n.
ờ ệ ể
ầ ấ ượ ế ế ậ ậ Do th i gian có h n và ngu n tài li u ít nên ph n trình bày trong quy n lu n ữ c nh ng ý
ữ ầ ừ ế ồ ạ văn này không tránh kh i nh ng h n ch , thi u sót, r t mong nh n đ ki n đóng góp t ạ ỏ phía các Th y.
ả ơ Xin chân thành c m n!
LÊ THANH TOÀN
ƯƠ CH NG I
Ớ Ệ GI I THI U
ệ ượ 1.1 Hi n t ng sét đánh
ử ệ ả ớ
ộ ạ ệ ữ
ể ả ớ ấ Ở ữ ự ữ ệ ấ ỉ ấ ớ Sét là m t d ng phóng tia l a đi n trong không khí v i kho ng cách r t l n. ớ Quá trình phóng đi n có th x y ra trong đám mây giông, gi a các đám mây v i nhau và gi a đám mây v i đ t. đây ta ch xét s phóng đi n gi a mây và đ t.
ấ ị ở
ạ ộ ẩ ị ạ ụ ữ thành nh ng gi ư c ng ng t ệ ộ ọ ướ t n t đ âm) c li ti
ồ ặ ể ạ ả Sau khi đ t đ cao nh t đ nh (kho ng vài kilômet tr lên, vùng nhi ơ ướ lu ng không khí m này b l nh đi, h i n ho c thành các tinh th băng và t o thành các đám mây giông.
ệ ữ ự ữ
ấ ự ớ ấ ủ ệ c khi có s phóng đi n c a sét đã có s
ạ ủ ộ
ồ ệ ư ấ ố
ả ủ ự ế ậ
ệ ầ ướ ủ ủ ệ ấ i c a đám mây giông th
ườ ầ ụ ệ ủ ấ
ườ ể Sét là s phóng đi n trong khí quy n gi a các đám mây v i đ t, hay gi a các ự ướ ệ đám mây mang đi n tích khác d u. Tr phân chia và tích lũy r t m nh đi n tích trong các đám mây do tác đ ng c a các ệ ụ trong đám mây. Các đám mây mang đi n lu ng không khí nóng b c lên và ng ng t ầ là k t qu c a s phân chia đi n tích trái d u và t p trung chúng trong các ph n ng có đi n tích âm, các khác nhau c a đám mây. Ph n d đám mây cùng v i đ t t o thành các t đi n mây – đ t, ph n trên c a các đám mây ệ ươ th ớ ấ ạ ng. ng tích đi n d
ườ ộ
ự ẹ ủ ế ở ậ ố ả ở ậ ộ ớ ng, đi n tích âm t p trung trong m t khu v c h p v i m t đ cao phía trên khu ệ ươ ng phân b r i rác xung quanh, ch y u
Thông th ệ ơ h n, còn đi n tích d ệ ự v c có đi n tích âm.
ườ ẽ ườ
ậ ầ ấ ủ ụ ệ đi n ng c a t i h n 25 30 kV/cm thì
ộ ệ ng đ đi n tr ạ ớ ị ố ớ ạ i tr s t ệ ể ở ẫ ị ệ Quá trình t p trung đi n tích s làm cho c ế ạ i đi m nào đó đ t t mây – đ t tăng d n và n u t ắ ầ không khí b ion hoá và b t đ u tr nên d n đi n.
ệ ủ ự ạ * S phóng đi n c a sét chia làm 3 giai đo n:
ệ ữ ấ ượ
ộ + Phóng đi n gi a các đám mây giông và đ t đ ủ ắ ầ ộ ự ừ ể ạ ố
ấ ầ ớ ủ ệ ộ
ở ầ ự ể ạ ế ấ ệ ệ ạ
ạ ừ ệ ậ ấ ằ c b t đ u b ng s xu t ợ ể ệ hi n c a m t dòng tiên đ o phát tri n xu ng đ t và chuy n đ ng thành t ng đ t ạ ớ ố v i t c đ 100 1000 km/s. Dòng này mang ph n l n đi n tích c a đám mây, t o ượ ộ nên c đ u c c m t đi n th r t cao, có th đ t hàng tri u vôn. Giai đo n này đ ọ g i là phóng đi n tiên đ o t ng b c.
ạ ể ớ ấ ệ
ạ ệ
ạ ươ ướ ủ ể ố ạ ng c a đ t di chuy n có h
ạ ượ ạ ạ ặ c đ c tr ng b ng dòng đi n l n qua ch
ượ ế ố
ạ ừ ố ậ ẫ + Khi dòng tiên đ o v a phát tri n xu ng t i đ t hay các v t d n đi n n i ủ ế ủ ắ ầ ớ ấ v i đ t thì giai đo n hai b t đ u, đó là giai đo n phóng đi n ch y u c a sét. Trong ừ ấ ấ ệ đ t theo dòng ng t giai đo n này, các đi n tích d 4 105 km/s ch y lên trung hòa các đi n tích âm c a dòng ớ ố ộ ớ ủ ệ tiên đ o v i t c đ l n 6.10 ệ ớ ằ ệ ự ỗ ư ủ ế tiên đ o. S phóng đi n ch y u này đ ệ ệ ủ ự ệ ọ t c a dòng phóng đi n. Không sét đánh g i là dòng đi n sét và s lóe sáng mãnh li O C và dãn n r t ở ấ ệ ộ ệ khí trong vùng phóng đi n đ t đ 10000 c đ t nóng đ n nhi nhanh t o nên sóng âm thanh.
ẽ ế ứ ủ ệ ể
+ Trong giai đo n phóng đi n th ba c a sét s k t thúc s di chuy n các ệ ắ ầ ự ầ ạ ừ ệ ế ầ ấ ự đó b t đ u phóng đi n và s lóe sáng d n d n bi n m t. ủ đi n tích c a mây mà t
ệ ệ ồ ộ
ủ ừ ể ệ ầ
ữ ầ ậ
Thông th ự ị ầ ượ ọ ạ ạ ế ườ ng, phóng đi n c a sét bao g m m t lo t phóng đi n liên ti p ạ ủ các ph n khác nhau c a đám mây. Tiên đ o nhau do s d ch chuy n đi n tích t ể ị ủ c a nh ng l n phóng sau đi theo dòng đã b ion hóa ban đ u vì v y chúng phát tri n ụ liên t c và đ ạ c g i là tiên đ o d ng mũi tên.
ườ ượ ệ ế ấ t quá 200 300 kA, r t hi m tr
ộ ủ ằ ủ ọ ợ ng h p ậ ượ c
ừ ệ ệ ấ Biên đ c a dòng đi n sét không v ớ ệ dòng đi n sét b ng và l n h n 100 kA. Do đó theo t m quan tr ng c a v t đ ị ườ ả b o v , trong tính toán th ơ ầ ng l y giá tr dòng đi n sét t 50 100 kA.
ệ ự ộ ố
ạ ủ ệ ượ ườ ng không v ớ ớ
ớ ầ Đ d c c c đ i c a đ u sóng dòng đi n sét th ớ ườ
ỏ ơ ộ ố ấ ầ
ể ế
ế ị ườ ư ả ố ệ i đi n, thi
ệ ng dây t ệ ị
ủ ủ ể ệ ể ấ ắ ặ
ấ ệ ủ ạ ặ ụ ệ ỉ t quá 50 ệ ộ ố ầ ộ kA/μs. Biên đ dòng đi n sét l n thì đ d c đ u sóng cũng l n, do đó v i dòng đi n ộ ố ầ ấ ơ ng l y đ d c đ u sóng trung bình là 30 kA/μs, còn tính toán 100 kA và l n h n th ệ ườ ng l y đ d c đ u sóng là 10 khi dòng đi n sét tính toán nh h n 100 kA th ự ệ ượ ng quá đi n áp khí quy n phát sinh khi sét đánh tr c ti p vào các kA/μs. Hi n t ờ ờ ậ ặ t b phân ph i ngoài tr i) cũng nh khi v t đ t ngoài tr i (đ ể ế ự ệ ầ sét đánh g n các công trình đi n. Quá đi n áp do b sét đánh tr c ti p là nguy hi m nh t. Đ c đi m c a quá đi n áp khí quy n là tính ch t ng n h n c a nó. Phóng đi n c a sét ch kéo dài trong vài ch c μs và đi n áp tăng cao có đ c tính xung.
ệ ỗ ấ ệ ủ ứ ứ ệ
ệ
ế ị ệ ứ ặ ị ộ M i c p đi n áp có m c cách đi n c a nó, dùng m c cách đi n cao m t cách ế ể ẫ ứ ạ ấ ứ ẽ t b , còn n u h th p m c cách đi n có th d n quá m c s làm tăng giá thành thi ị ả ượ ế ự ố ặ c xác đ nh tùy theo đ c tính và tr đ n s c n ng. Do đó m c cách đi n ph i đ
ệ ể ế ị
ố ủ ệ ị ượ ủ t b dùng đ h n ch đi n áp. Kh ị ể ượ ệ c quá đi n áp khí quy n đ ả ế ệ ể ạ c xác đ nh theo đi n áp thí
ệ ố s quá đi n áp có th có, các tham s c a thi ệ năng c a cách đi n ch u đ nghi m xung kích.
ệ ể ằ ộ t b đi n đ
ế ị ệ ữ ệ ượ ệ ượ ố ượ cho đ i t
ệ ố ệ ố ả ế ự ạ ấ t b ch ng sét khác có tác d ng h th p quá đi n áp phát sinh trong thi c b o v quá đi n áp khí quy n b ng h th ng c t và ị c b o v không b sét đánh tr c ti p, còn các ế ị ế t b đ n
Các thi ố ế ị ị ố ấ ả ng đ ụ ệ ơ dây ch ng sét, gi thi ệ tr s th p h n đi n áp thí nghi m.
ờ ộ ế ị ắ ả ọ ộ
ầ ữ ư Nh ng nguyên t c b o v thi ữ
ệ ằ ằ
ườ
ế ố ớ ệ ố ế ữ ự ề ướ ệ t b nh c t thu sét (hay còn g i là c t thu lôi) ị nh ng năm 1750 khi Bejanmin Franklin ki n ngh ộ ộ ố ạ ượ ọ c n i v i h th ng n i ự ứ ư ế ứ i ta đã nghiên c u và đ a đ n nh ng ki n th c ệ ệ ộ ề ả ế ủ ng đánh tr c ti p c a sét, v b o v c t thu sét và th c hi n
ố ấ ổ ừ đó h u nh không thay đ i t ỉ ự th c hi n b ng m t c t cao đ nh nh n b ng kim lo i đ ệ ấ đ t. Trong quá trình th c hi n, ng ự khá chính xác v h ệ ố h th ng n i đ t.
ộ ệ ộ ỉ
ố ề ươ ế ằ ệ
ệ ng đ i so v i m t đ t và có đi n th b ng đi n th đ t, xem nh ờ ớ ả ứ ế ấ ầ ẽ ạ ệ ỉ
ườ ộ
ặ ấ ệ ng. Do đ nh c t thu lôi nh n nên c ạ ườ ệ ừ ầ ỉ ễ ộ
ọ ộ ẽ ệ ấ ấ Khi có m t đám mây mang đi n tích đi qua trên đ nh m t kim thu sét (có ư chi u cao t ộ ằ b ng không) nh có c m ng tĩnh đi n thì đ nh c t kim thu lôi s n p đ y đi n tích ươ ớ ộ ệ ng trong vùng này khá l n. d ng đ đi n tr ế ề đ u c t thu lôi đ n đám mây Đi u này d dàng t o nên m t kênh phóng đi n t ố ừ ệ đi n tích trái d u (âm) do đó s có dòng đi n phóng t đám mây xu ng đ t.
ế ố ị ả ưở ủ ề ấ ng c a nhi u y u t
Sét đánh theo qui lu t xác su t và ch u nh h ế ứ ủ
ứ ỉ ữ ố
ậ ậ , do v y ể ả ướ ng đánh c a sét h t s c khó khăn và không th đ m ỉ ề ấ ằ c. Nh ng nghiên c u t m v ch ng sét cho th y r ng ệ ố ố ấ ả ủ ả ố ị ệ vi c xác đ nh chính xác h ả ượ b o chính xác 100 % đ ề ọ ề đi u quan tr ng là chi u cao c a thu lôi ch ng sét và h th ng n i đ t đ m b o.
ạ 1.2 Các tác h i do sét gây ra
ế ủ ộ ự Khi sét đánh tr c ti p, do năng l
ự ế
ứ ể ị ả ể ơ ạ ớ ượ ng c a m t cú sét l n nên s c phá ho i ưở ị ng ế ị t b trong công trình, nó có th phá h y công
ấ ớ ộ ề ơ ọ ổ ủ ộ c a nó cũng r t l n. Khi m t công trình b sét đánh tr c ti p có th b nh h ủ ủ ế đ n đ b n c h c, c khí c a các thi trình, gây cháy n … trong đó:
ưở ả ộ ả ng đ n quá đi n áp xung quanh và nh h ưở ng
+ Biên đ dòng sét nh h ủ ộ ề ơ ế ị ế đ n đ b n c khí c a các thi ệ ế t b trong công trình.
ế ề + Th i gian xung sét nh h ệ ng đ n v n đ quá đi n áp xung trên các thi ế t
ế ị ưở ả ờ ộ ề ơ ọ ủ ưở ng đ n đ b n c h c c a các thi ấ ế ị t b hay công trình b sét đánh. ị ả b , nh h
ố ớ ả ấ ả ổ ị ị
+ Ngoài ra kh năng b cháy n cũng x y ra r t cao đ i v i công trình b sét ự ế đánh tr c ti p.
ậ ế ồ i và các súc v t, sét nguy hi m tr
ư ướ ộ ỏ
ể ỉ ầ ườ ư ộ ệ c h t nh m t ngu n đi n ả ệ ấ t, ch c n m t dòng đi n r t nh kho ng ị ế ễ ể ạ i sao khi b sét i. Vì th , d hi u t
ụ ự ế ườ ườ ườ ố ớ Đ i v i ng ế ớ cao áp và dòng l n. Nh chúng ta đã bi ể ế vài ch c mA đi qua cũng có th gây ch t ng ị ế ng b ch t ngay. i th đánh tr c ti p ng
ề ự ể
ộ ậ ố ấ ộ ự ệ ế
ệ ữ ướ ặ
ườ ị ế
ự ế ườ ườ ể Nhi u khi sét không phóng tr c ti p cũng gây nguy hi m. Lý do là khi dòng ớ ạ i i các ướ ẽ c s gây ra nguy ợ ng h p hàng trăm con ệ ư i ho c gia súc trú m a khi có giông d ể ệ ữ đã có nh ng tr i ho c gia súc. Trong th c t
ế đi n sét đi qua m t v t n i đ t, nó gây nên m t s chênh l ch đi n th khá l n t ấ ầ nh ng vùng đ t g n nhau. Khi ng ồ cây cao ngoài cánh đ ng, n u cây b sét đánh thì có th đi n áp b ặ hi m cho ng ị ế bò b ch t vì sét đánh.
ệ ộ ấ ớ ậ
t đ r t l n, khi phóng vào các v t cháy đ ể ượ ặ ầ ệ ư c nh mái nhà ố t chú ý đ i
ớ ậ ệ Dòng sét có nhi ỗ ệ ả ệ ệ ể tranh, g khô… nó có th gây nên đám cháy l n. Đi m này c n đ c bi ễ ổ ớ v i vi c b o v các kho nhiên li u và các v t li u d n .
ể ề ặ ơ ọ ườ ủ
ố ị ổ ề ầ ố
ợ ng h p các tháp cao, Sét còn có th phá h y v m t c h c, đã có nhi u tr ơ ướ c b c ra quá cây c i b n tung. Vì khi dòng sét đi qua nung nóng ph n lõi, h i n ỡ nhanh và phá v tháp, thân cây.
ế ư ườ
ố ề ố ậ ẫ ữ ườ ể ạ ớ ng ray, ng n
ệ ậ ẫ ấ ể ườ ặ ị ớ N u các công trình n i li n v i các v t d n đi n kéo dài nh : đ ướ i (khi chúng b sét đánh) và gây nguy hi m cho ng ng dây ệ c,… nh ng v t d n y có th mang đi n ậ i ho c các v t
ệ ệ đi n, dây đi n tho i, đ ừ ế xa t th cao t ổ ễ d cháy n .
ầ ả ứ ậ ẫ ệ
ể ả ứ ạ ả ứ ữ ạ
ệ ừ ấ ụ ệ ế ể ể ệ C n chú ý là đi n áp có th c m ng trên các v t d n (c m ng tĩnh đi n, ệ ặ ho c các dây dài t o thành nh ng m ch vòng c m ng đi n t ) khi có phóng đi n ở ầ sét g n. Đi n áp này có th lên đ n hàng ch c kV và do đó r t nguy hi m.
ề ự Ả ưở ở
nh h ệ ộ
ớ ố ộ ủ ươ ộ ng đ
ườ ề ệ
ệ ố ớ ế ị ặ ng do s lan truy n sóng đi n t ệ ừ ỏ ẽ phóng đi n sét s gây ra m t sóng đi n t ươ ố trong không khí t c đ c a nó t truy n vào công trình theo các đ ụ d ng lên các thi ả ệ ệ ừ gây b i dòng đi n sét: khi x y ra ộ ấ ớ ớ ố t a ra xung quanh v i t c đ r t l n, ệ ừ ng v i t c đ ánh sáng. Sóng đi n t ệ ự ng dây đi n l c, thông tin… gây quá đi n áp tác ế ị ư ỏ t b t b trong công trình, gây h h ng đ c bi t đ i v i các thi
ư ạ ạ ả ế ị ệ ử t b đi n t , máy tính cũng nh m ng máy tính… gây ra thi ệ ạ ấ t h i r t
nh y c m, thi l n.ớ
ể ể ế ế ầ ự Nh v y, sét có th gây nguy hi m tr c ti p và gián ti p nên chúng ta c n
ư ậ ứ ố ớ ế ả ả ệ ự ế ph i nghiên c u cách b o v tr c ti p và gián ti p đ i v i sét.
ẩ ệ ả ệ ố ề ự 1.3 Tiêu chu n Vi ệ t Nam v th c hi n b o v ch ng sét
ố ớ ơ
ạ ậ ổ
ự ệ ọ ườ ứ ậ ộ ơ ẳ ươ ụ ả Đ i v i các công trình không cao h n 16 m, không r ng h n 20 m, không có i vùng có ư ể ơ ộ i và xây d ng t ng th c b o v tr ng đi m nh
các phòng có nguy c cháy n , không t p trung đông ng m t đ sét đáng th ng không cao, áp d ng ph sau:
ỉ ầ ệ ả ằ ọ
ố ớ + Đ i v i công trình mái b ng, ch c n b o v cho các góc nhà và d c theo ủ ườ ề ườ ng chân mái. ng vi n t chu vi c a đ
ố ớ ư ồ
ố ọ ề
ỉ ầ ế ộ ố ề ệ ờ ư ế ờ ầ ả
O thì cũng không c n b o v di m mái. ầ
ệ ề ả ả + Đ i v i các công trình mái d c, mái răng c a, mái ch ng diêm, ch c n b o ề ệ v cho các góc nhà, góc di m mái, d c theo b nóc và di m mái. Nh ng n u chi u ủ dài c a công trình không quá 30 m thì không c n b o v b nóc, và n u đ d c mái ơ ớ l n h n 28
ả ệ ữ ặ ậ
ả ố ậ ế ấ ặ ố ớ ộ ả ượ ữ
ỏ ộ B o v cho nh ng b ph n k t c u nhô cao lên kh i m t mái ph i b trí các ặ kim ho c đai thu sét. Nh ng kim ho c đai này ph i đ c n i v i b ph n thu sét ủ c a công trình.
ạ ượ ữ ử ụ Đ i v i nh ng công trình có mái kim lo i đ c phép s d ng mái làm b ộ
ố ớ ẫ ủ ế ề ậ ph n thu và d n sét n u b dày c a mái:
ố ớ ộ ố ơ ớ ơ ổ + L n h n 4 mm: đ i v i công trình có m t s phòng có nguy c cháy n .
ố ớ ơ ớ ơ ổ + L n h n 3,5 mm: đ i v i công trình không có nguy c cháy, n .
ộ ậ ử ụ ẫ ả
ệ ụ ủ + Khi s d ng mái làm b ph n thu và d n sét ph i đ m b o đ ả ả ả ậ ộ
ố ố ố ẽ ủ ứ ỗ ộ ả ọ
ậ ả ặ ế ấ ộ ế ấ ố ỏ
ượ ự ẫ c s d n ớ đi n liên t c c a mái. N u không, ph i hàn n i các b ph n riêng r c a mái v i nhau, m i b ph n ít nh t ph i có hai m i n i. D c theo chu vi mái c cách nhau ố ấ 20 đ n 30 m ph i đ t m t dây xu ng đ t, công trình nh ít nh t có hai dây xu ng đ t.ấ
ợ ề ườ ị ố ị
ả ặ ỏ ơ ng h p b dày mái kim lo i nh h n các tr s qui đ nh trên, ph i đ t ả ể ẫ c s d ng mái đ d n sét và cũng ph i
ể ả ệ Tr ậ ả ệ ụ ầ ạ ỉ ượ ử ụ ộ b ph n thu sét riêng đ b o v , ch đ ư ẫ ả đ m b o yêu c u d n đi n liên t c nh trên.
ằ ố ớ ả ố ứ
ả ả ế ị ư ố ế ị ố t b ch ng sét ử ấ ố t nh t là s ả t b ch ng sét, nh ng cũng ph i b o đ m các kho ng
ế ể ặ ị ư Đ i v i các công trình b ng tranh, tre, n a, lá… ph i b trí thi ngay trên công trình. N u xung quanh công trình có các cây xanh, t ả ụ d ng cây xanh đó đ đ t thi cách an toàn nh quy đ nh.
ườ ề ế ậ ợ ỹ ặ Tr ợ ng h p có l c phép đ t thi ế ị t b
k thu t thì đ ỏ ượ ầ ả ố ề i nhi u v kinh t ư ch ng sét ngay trên công trình, nh ng ph i th a mãn các yêu c u sau:
ắ ả ỗ ừ
ộ + Ph i s d ng kim thu sét l p trên c t cách đi n (g , tre…) kho ng cách t ầ ả ử ụ ẫ ệ ủ ỏ ơ ế ệ ượ các ph n d n đi n c a kim đ n mái công trình không đ c nh h n 400 mm.
ả ố ệ ẫ ố ỡ + Dây xu ng ph i b trí trên các chân đ không d n đi n và cách mái t ừ
ở 150 mm tr lên.
ượ ặ ợ ệ ả ố + Dây xu ng không đ c xuyên mái. Tr ng h p đ c bi t ph i xuyên qua
ặ ứ ả ồ ố ườ ệ mái thì ph i lu n trong ng sành ho c s cách đi n.
ố ớ ả ố
ạ ố ấ ớ ả ặ ộ ậ ậ ố ộ
ộ ộ ử ả ế ị t b Đ i v i công trình chăn nuôi gia súc (lo i gia súc l n) ph i b trí thi ậ ch ng sét đ c l p. B ph n thu sét và b ph n n i đ t ph i đ t cách xa móng công ấ trình và c a ra vào m t kho ng cách ít nh t là 10 m.
ế ườ ặ ộ ượ Tr ợ ng h p có l
ộ ư ử
i v kinh t ố ấ ế ượ ả ả ả
ặ ỏ ủ ấ ậ
ộ ớ ặ ừ ể ộ ợ ề ậ thì đ c phép đ t b ph n thu sét ngay trên ả ặ ộ ậ công trình, nh ng b ph n n i đ t ph i đ t cách móng công trình và c a ra vào m t ặ ả c kho ng cách nói trên, khi đ t kho ng cách ít nh t 5 m. N u không đ m b o đ ự ườ ả ộ ng xong b ph n n i đ t ph i ph l p lên trên m t l p đá dăm (ho c s i) nh a đ ừ ở ề có chi u dày t ấ ố ấ 100 mm tr lên, kèm theo nên đ t m t bi n báo phòng ng a.
ấ ặ
ướ ướ ả ỗ c m i ô l
ắ ướ ố ớ Đ i v i kim hay dây thu sét: t ố dây xu ng. Đ i v i l ơ ượ ớ đ ố ớ ướ c l n h n 5 – 5 m, các m t l ừ ỗ m i kim ho c dây thu sét ph i có ít nh t hai ằ i thu sét: làm b ng thép tròn, kích th i không ả ượ i ph i đ ố ớ c hàn n i v i nhau.
ừ ệ ẳ ầ
ạ ủ ả ặ ố ớ ầ ả ằ ự ệ
ấ ả ệ ằ
ạ
c n i v i các đai san b ng đi n áp và t ệ ủ ệ ạ ầ ằ
ố ấ ạ ả ợ ầ Đ i v i các công trình cao quá 15 m c n ph i th c hi n đ ng áp t ng t ng. T i các t ng c a công trình, ph i đ t các đai san b ng đi n áp bao quanh công trình, ố ớ ậ ộ ả ượ ố các dây xu ng ph i đ t c các b ph n ộ ậ ế ị ể ả ằ t b , máy b ng kim lo i, k c các b ph n kim lo i không mang đi n c a các thi ố ả ượ c n i v i các đai san b ng đi n áp b ng dây n i. các t ng cũng ph i đ móc ệ ự ườ Tr ằ ố ớ ở ng h p này ph i th c hi n n i đ t m ch vòng bao quanh công trình.
ố ấ ọ ứ ậ ộ ọ
ử ụ ủ ố ử ụ ả ặ ở xu ng ph i đ t Khi s d ng b ph n n i đ t c c hay c m c c chôn th ng đ ng, các dây ộ ặ ườ ụ ẳ ng c a công trình. Khi s d ng b phía ngoài trên các m t t
ậ ố ấ ả ặ ạ ố
ọ ph n n i đ t kéo dài hay m ch vòng thì các dây xu ng ph i đ t cách nhau không quá 15 20 m d c theo chu vi mái công trình.
ộ ậ ể ử ụ ư ố ạ ủ
ố
ừ ố ố ủ ấ
ẹ ể ệ ượ ự ẫ
ự ướ ng l c tr ậ ỹ ệ ạ ượ ử ụ ả ả ể ớ ộ ệ ươ ằ ế ấ Có th s d ng các b ph n k t c u kim lo i c a công trình (nh : c t thép, ư ố ệ ấ kèo thép…) cũng nh c t thép trong các c u ki n bê tông c t thép (tr c t thép có ứ ề ệ ố c và c t thép c a c u ki n bê tông nh ) đ làm dây xu ng, v i đi u ậ c s d n đi n liên t c c a các b ph n ki n k thu t thi công ph i đ m b o đ ố kim lo i đ ả c s d ng đ làm dây xu ng nói trên (b ng ph ụ ủ ng pháp hàn đi n).
ấ ỏ ơ ấ ặ ở
4 đ ộ
ị ố ệ ạ ằ ể ố
ằ ả ả ượ ự ẫ ố ề ệ ả ậ ỹ
Ở ữ ử ụ ớ ố cượ nh ng vùng đ t có tr s đi n tr su t nh h n ho c b ng 3.10 ậ phép s d ng c t thép trong các lo i móng b ng bê tông c t thép đ làm b ph n ụ ệ ố ấ c s d n đi n liên t c n i đ t, v i đi u ki n k thu t thi công ph i đ m b o đ ạ ủ c a các c t thép trong các lo i móng nói trên.
ố ủ ậ ộ Kho ng cách gi a các b ph n c a thi
ạ ế ệ ộ ố ng ng, đ
ế ị ệ ự ượ ệ ỏ ơ ướ ậ t b ch ng sét và các b ph n kim ề ườ ng dây đi n l c, đi n y u (đi n tho i, truy n ặ i m t ạ c nh h n 1,5 m; phía d
ữ ả ườ lo i công trình, các đ ẫ thanh…) d n vào công trình: phía trên không đ ượ ấ đ t không đ ỏ ơ c nh h n 3 m.
ợ ề ả ặ ị
ệ ỹ ả ậ ộ – k thu t thì đ
ừ ạ ố ớ ng h p th c hi n kho ng cách qui đ nh trên g p nhi u khó khăn và ố c phép n i chúng và c các b ph n kim ế ị t b ch ng sét, tr các phòng có
ươ ệ ả ơ ự ườ Tr ượ ậ ế ề ợ không h p lý v kinh t ệ ủ ế ị ệ t b đi n v i thi lo i không mang đi n c a các thi ự ổ nguy c gây ra cháy n , và ph i th c hi n thêm các ph ng án sau:
ệ ồ
ố ặ ỏ ạ ạ
ệ ạ ỗ ặ ử ụ ả ệ ự + Các dây đi n l c, đi n tho i ph i lu n trong các ng thép, ho c s d ng ạ ủ ố ỏ ọ ằ ạ các lo i cáp có v b c b ng kim lo i và n i các ng thép, ho c v kim lo i c a cáp ầ ằ ớ v i đai san b ng đi n áp t ố i ch chúng g n nhau.
ả ặ ằ ệ + Ph i đ t đai san b ng đi n áp bên trong công trình.
ằ ệ ạ ộ
ỏ ơ ệ ằ ặ
Đai san b ng đi n áp là m t m ng các ô l ớ ẹ ề ỏ ơ ặ ở ộ i đ t n m ngang, chôn ượ t di n không đ ỗ ướ c m i ô l đ sâu ỏ c nh ướ i
2 ho c thép d t b dày không nh h n 4 mm. Kích th c l n h n 5 – 5 m.
ượ ớ ơ ướ ặ ằ ế không nh h n 0,5 m so v i m t sàn, làm b ng thép tròn ti ơ h n 10 mm không đ
ả ử ụ ạ
ế ấ Nh t thi ạ ứ ố ấ ừ ứ ả
ả ở ủ ệ ạ ằ
ố ấ ệ ị ố ượ t ph i s d ng hình th c n i đ t m ch vòng bao quanh công trình ố ọ và d c theo m ch vòng n i đ t, c cách nhau t ng kho ng 10 15 m ph i hàn n i ệ ớ liên h v i đai san b ng đi n áp trong công trình: đi n tr xung kích c a m ch vòng ố ấ n i đ t không v t quá tr s đã nêu trên.
ử ụ ủ ằ ố Khi s d ng c t thép trong các móng b ng bê tông c t thép c a công trình đ ể
ố ấ ầ ằ ậ ộ ố ệ ặ làm b ph n n i đ t thì không yêu c u đ t đai san b ng đi n áp trong công trình.
ị ị 1.4 Các v trí trong công trình hay b sét đánh
ả ụ ề ả Sét đánh không ph i là ng u nhiên mà x y ra d
ướ ả ủ ữ
ặ ấ ộ ố
ẫ ố ượ nh đ m c a không khí, s l ữ ụ ư ộ ẩ ậ ộ ề ấ ạ ủ ế ị ặ ấ ị ế ủ i tác d ng c a nhi u y u ố ng mây giông, kho ng cách gi a mây giông và t nh ng v t trên m t đ t. Ngoài ra, sét đánh nhi u hay ít xu ng m t vùng nào đó còn ể ph thu c vào đ a th , đ a ch t và đ c đi m c u t o c a công trình.
ứ ườ ữ ấ ơ Qua nghiên c u th c t ự ế ườ ng i ta th ng th y sét đánh vào nh ng n i:
ề ị ế ở ữ ả ồ nh ng vùng đ i núi cao, nhà cao vì chúng có kho ng cách
+ V đ a th : ớ ệ ắ ng n v i các đám mây tích đi n.
ệ ố ữ ữ ấ ỏ
+ V đ a ch t: nh ng vùng đ t d n đi n t ỗ ề ị ờ ố ơ ộ ẫ ư ấ ữ ệ ạ ấ ẫ t nh nh ng n i có m kim lo i, ữ ờ b sông, b su i, nh ng ch giáp ranh gi a hai vùng đ t có đ d n đi n khác nhau.
ể ỉ ữ ứ ả ng th c b o v tr ng đi m, ch nh ng b
ớ ệ ọ ữ ươ ả ả ằ
ả ị ệ ố ớ ắ + V c u t o công trình: theo ph ườ ể
ặ ế ấ ồ ể ọ ờ ỉ
ế ấ ế
ỏ ữ ặ ọ ề ệ ả
ạ ả
ỏ ả ớ ể ặ ể ặ ạ ữ ữ ệ ề ả ọ ắ i nh ng đai thu sét di m lên nh ng tr ng đi m b o v
ộ ề ấ ạ ậ ệ ng hay b sét đánh m i ph i b o v . Đ i v i nh ng công trình mái b ng, ph n th ườ ố ọ tr ng đi m b o v là b n góc, xung quanh t ng ch n mái và các k t c u nhô cao ố ố ớ lên kh i m t mái. Đ i v i công trình mái d c, tr ng đi m là các đ nh h i, b nóc, ề ờ b ch y, các góc di m mái và các k t c u nhô cao lên kh i m t mái – n u công ể ả trình l n thì thêm c xung quanh di m mái. B o v cho nh ng tr ng đi m trên đây ữ i nh ng có th đ t các kim thu sét ng n (200 300 mm) cách nhau kho ng 5 6 m t ệ ể ả ọ tr ng đi m b o v ho c t đó.
ầ ế ế ố 1.5 Các yêu c u thi t k ch ng sét
ế ố ầ ế ế ự ế ệ ố Các y u t c n quan tâm khi thi ố t k các h th ng ch ng sét đánh tr c ti p:
ở ấ ủ ấ ự ự ế ệ ả ố + Ph i đo đi n tr su t c a đ t trong khu v c d ki n ch ng sét.
ả ườ ể ả ố ướ ặ ấ + Kh o sát, xem xét các đ ng dây và ng (k c trên và d ẫ i m t đ t) d n
vào nhà.
ộ ờ ố ặ ố + Xem xét các dây Anten, c t c , ng khói, ng hút khí ho c phòng thang
máy trên nóc nhà.
ệ ự ỗ ơ ị + Xem xét có ch nào trên nóc nhà nhô lên cao h n v trí đi n c c thu sét.
ị ấ ự ướ + Xem xét công trình xây d ng có b th m n c (qua mái nhà) hay không?
ặ ấ ố ủ ế ể ố ố ộ + Chú ý đ n các đi m n i c a các c t ch ng bê tông c t thép trên m t đ t.
ế ẫ ố + Chú ý đ n các dây d n xu ng xuyên qua mái vào bên trong nhà.
ế ầ ỡ + Chú ý đ n các đ u đ thu lôi.
ự ế ể ể ấ ấ ị ử + Đánh d u v trí các đi m c c ti p đ t và đi m đo th .
ữ ỗ ườ ườ ạ + Xem xét nh ng ch trên mái nhà mà con ng i th ng hay đi l i.
ế ế ố ả ả ệ ả ả ế ậ ộ + Thi t k ch ng sét ph i đ m b o hi u qu kinh t và đ tin c y cao.
ả ạ ệ ả ằ Công trình đ c b o v ch ng sét ph i n m trong ph m vi b o v c a h
ặ ẽ ậ ụ
ộ ệ ẽ ả ư ặ
ế ượ ố ệ
ự ệ ệ ệ c. B i v y t
ở ố ấ ả ượ ủ ể ơ ế ả ộ
ệ ệ
ng c a s phóng đi n ng ệ ủ ự ở ả ủ ượ ở ố ấ ả ệ ệ ủ ả ượ ố ạ ượ ệ ố ố c ph m vi th ng thu sét. H th ng thu sét đ t ngay trên công trình s t n d ng đ ả ủ ệ ố c đ cao c a h th ng nh kim thu lôi đ t trên khung dàn b o v nên s gi m đ ệ ư ộ ạ tr m bi n áp hay dây ch ng sét treo trên c t đi n. Nh ng khi có sét đánh, dòng đi n ở ậ ừ sét sinh ra đi n áp r i trên đi n tr n i đ t và gây s phóng đi n ng ị ả ệ ố h th ng thu sét đ n các công trình ph i có m t kho ng cách đ đ không b nh ả ủ ưở c. Ngoài ra, cách đi n c a các công trình ph i cao h ỏ ệ và đi n tr t n c a đi n tr n i đ t ph i nh .
ế ị ả
C t thu sét có th đ t đ c l p ho c đ t ngay trên các thi ế ằ ớ ộ
ằ ế ậ
ể ệ ế ộ ỗ
ặ ộ ế ỗ
ườ ố ệ ủ ả ượ ủ ệ ế ị ẫ ấ t di n c a dây không đ c nh
2.
ể ặ ộ ậ ữ ệ ặ ặ ộ t b b o v . Nh ng ơ ố ộ ộ ộ ậ c t đ c l p làm b ng thép ng, n u đ cao l n h n 20 m thì làm b ng c t hàn ộ ẻ ơ ố ộ ắ khung m t cáo. N u dùng c t bê tông c t thép thì r h n, th m chí có th dùng c t ố ằ ng d n dòng đi n xu ng b ng tre ho c g . N u c t thép thì dùng ngay nó làm đ ể ả ẫ ả ấ đ t, n u c t tre, g thì ph i dùng dây d n dòng sét xu ng đ t. Đ đ m b o dây ỏ không b phá h y khi có dòng đi n sét đi qua thì ti ơ h n 50 mm
ệ ượ ể ố ấ ấ ế Đ tránh hi n t
ượ ữ ng mang đi n th cao ra nh ng vùng n i đ t x u, không ể ữ ộ đ c dùng các dây néo đ gi ệ các c t thu sét.
ằ ữ
ẽ ệ ầ Nh ng công trình có mái l p b ng tôn không c n có thu sét. Trong tr t mái nhà
ế ả ơ
ụ ườ ỷ ệ ớ ố ố ầ ả ố ấ ố ẫ c ch ng sét t t. Th
ườ ợ ng ợ ở ụ h p này mái nhà s làm nhi m v thu sét, do đó c n ph i n i đ t t hai ể đi m. N u nhà dài h n 20 m thì ph i có nh ng dây d n dòng sét ph thêm. Các ượ t ng thì ngay ự trong quá trình xây d ng đ t dây vào trong t ữ ộ ả ượ ng, đài k ni m có đ cao l n cũng ph i đ ượ ặ ng.
ữ ệ ẫ
ướ ả ượ ố ệ ằ c b o v b ng l ướ ả ạ t. M ng l ớ ướ i thép v i ô kích ả ượ ố ấ ố t c n i đ t t i này ph i đ
ướ Nh ng mái nhà không d n đi n đ ỗ ế c 5 – 5 m, các ch ti p xúc ph i hàn t ả i ph i có = 7,8 mm. th và dây dùng làm l
ệ ố ớ
ợ ấ ề ặ ườ ặ ệ ố ệ ậ ế ỹ k thu t. Trong tr
ặ
ặ ả
ả ệ ớ
ế ả ư ừ ệ ố h th ng thu sét t ự ế ả ư ậ ẽ ể ầ ớ ơ Đ i v i các công trình đi n áp th p h n, vi c đ t h th ng thu sét trên công ợ ẽ ng h p này trình s khó khăn và không h p lý v m t kinh t ữ ớ ế ế ệ ố ầ t k h th ng thu sét đ t cách ly v i công trình. Khi đ t cách ly gi a công c n thi ẽ ấ ị ộ trình và c t thu lôi ph i có kho ng cách nh t đ nh, n u kho ng cách này quá bé s i công trình có kh năng phóng đi n trong không khí cũng nh t và nh v y s không kém ph n nguy hi m so v i sét đánh tr c ti p.
ẫ ầ ả ấ ế ệ ầ t di n c n
Ph n d n đi n c a h th ng thu sét (dây ti p đ t) ph i có ti ỏ ệ ố ị ủ ệ ổ ề ệ ế ệ t th a mãn đi u ki n n đ nh nhi ế ệ t khi có dòng đi n sét đi qua. thi
ể ữ
ế ả ế i các ch ti p xúc, n u dùng bulông đ gi ể ỉ ấ ỗ ế thì ít nh t ệ ế t di n dây. Đ tránh ăn mòn và han g , các dây
ẽ ặ ạ ả Nói chung ph i hàn t ấ ệ t di n g p đôi ti c s n ho c tráng k m. ỗ ố ch n i ph i có ti ẫ ầ ượ ơ d n c n đ
ỳ ể ả ị ể ạ ố ướ ố Đi m cu i cùng đáng nh là ph i đ nh k ki m tra m ng l i ch ng sét,
ỳ ướ ữ ấ ư nh t là vào nh ng k tr ớ c mùa m a.
ấ ế ế ứ ả ộ t k ph i nghiên c u n i dung 6
Kinh nghi m cho th y ng ấ ườ ỹ ư ệ ệ ả ể ể ệ đi m này đ hoàn t i k s thi ộ t công vi c b o v toàn b .
ữ ầ ắ ặ 1.5.1 Đón b t sét đánh trên nh ng đ u thu sét đ t trong không trung
ủ ệ ấ Vai trò c a đ u thu trong không trung là khi có d u hi u sét đánh thì nó s ẽ
ể ệ ắ ộ ộ ầ ẫ ư ả phóng m t dòng d n đ a lên phía trên đ đón b t sét m t cách hi u qu .
ể ệ
ủ ộ ườ ườ ỉ ậ ầ ế Kh năng c a c t thu lôi ki u Franklin là t p trung tr ng mà chúng ta đã bi
ạ ượ ở c ệ ẽ ượ ả ả ậ ả ệ ầ ạ d ng qu ng đi n tr ỉ lân c n đ nh thu lôi và nó s đ t. Qu ng này ch quan sát đ c gi m nhanh chóng theo kho ng cách. Hi u qu ng đi n và t o thành vùng ả
ở ệ ư hình 12.
đây, th hi n tr ầ ạ c quan sát
ượ ế
c tăng lên và ta có th quan sát ể ầ
ạ ở ầ ạ ế ạ ắ ừ ứ ể ầ
ể ệ ườ Ở ầ ủ ng c a đi n tích không gian nh ph n trình bày ế ượ ố ấ ở ầ ệ ượ c n i đ t trong lúc dòng tiên đ o đ n g n. Khi đ u thu lôi đ đi n đ ể ở ả ứ ệ ầ dòng tiên đ o đ n g n, đi n tích c m ng đ ơ ủ ộ ế ố hình 12 ( đ u thu c a c t thu lôi). Cu i cùng dòng tiên đ o có th đi đ n g n h n ộ ộ ữ n a và đ t đ n m c đ là có th phát đ ng dòng đón b t t phía đ u thu lôi và ướ h ng dòng này lên phía trên.
ế ể ự ứ ộ ỹ ỏ ủ ị ườ
ạ ớ ầ ậ Đ đáp ng ti n b k thu t m i và s đòi h i c a th tr ậ
ể ứ ượ ươ c nghiên c u và phát tri n áp d ng. Đây là m t khái ni m t
ụ ắ ặ ệ ệ ớ ự ế
ữ ế ệ c th c hi n. Nh ng k t qu ụ ủ ạ ắ này đã đ
ệ “đ u thu đón b t” ự ượ ắ ướ ử ấ ằ ầ
ộ ớ ơ
ể ậ ữ ầ ớ
ắ ỏ ế ế ớ ở ứ ề ấ m t s n i trên th gi
ạ ớ ng, lo i không ườ ng v i đ u thu đón b t đ t trong không theo t p quán B.Franklin hay lo i tăng c ố ộ ng đ i trung đã đ ứ ả ườ ớ ng. Vi c nghiên c u m i và có tác d ng làm gi m b t s bi n d ng c a đi n tr ả ệ ự ầ ộ r ng rãi và th nghi m ấ ủ ủ ề đ u cho th y r ng s phát xu t c a dòng đón b t h ng lên trên c a đ u thu là ớ ầ ơ ớ s m h n và biên đ cũng l n h n so v i đ u thu ki u t p quán Franklin. Qua thí ạ ố ế ị t b ch ng sét v i nh ng đ u thu đón b t sét lo i nghi m c a hàng trăm trang thi ả ạ ự này k t qu đ t khu v c nhi u sét nh t đã ch ng t i, ượ ấ đ ủ ệ ở ộ ố ơ c r t cao.
ớ ệ ươ
Hình 13 gi ộ i thi u 3 hình v s d ng theo ph ố ọ
ả ầ ụ ể
ẽ ử ụ ể ố ng pháp ch ng sét ki u ể ồ ể ướ i dây ch ng sét hay g i là ki u l ng dùng c t thu lôi Franklin (hình a), ki u l ớ ứ ự Faraday (hình b) và ki u dùng qu c u Dyna áp d ng thành t u nghiên c u m i (hình c).
ề ẫ ố ộ ệ ấ ả ả 1.5.2 Truy n d n dòng đi n sét đi xu ng đ t m t cách đ m b o
ẫ ườ
ố ề ậ ầ ệ ấ ủ ự Đ ng dây d n dòng đi n sét xu ng h th ng n i đ t đ ỹ
ố ấ ượ ượ ệ ẫ ố
ẫ ẫ ể ư ư
ượ ườ ặ ồ ố
ề ớ ượ ệ
ưở ạ ệ ố ả ở c che ch và b o ẫ ấ ố ệ ng sét xu ng đ t là dùng v . K thu t g n đây nh t c a s truy n d n năng l ợ ườ ượ ả ộ ng h p c b o v cách ly. Trong tr m t dây d n đ đ a xu ng và dây d n này đ ọ ồ ố này, dây d n đ a xu ng rõ ràng là hai vành đ ng hình vành khăn, hay còn g i là ẻ ọ ớ ạ c b c vành đ ng kép. Đ ng dây đ a xu ng lo i m i này có đ c tính d o và đ ỏ ằ b ng nhi u l p ngăn cách đi n, do đó làm cho dòng đi n sét đ c ngăn cách kh i ự ị ả khu v c b nh h ư ệ ng m nh (hình 14).
ườ ư ậ ữ ả ằ i có th có c m giác r ng nh ng đ
ượ ư ệ ể c vì v t li u cách đi n b trí nh hình 14 có th
ộ ố M t s ng ờ ị ườ ố ư ử ệ ế ệ ể ng dây cáp nh v y là ể ậ ệ đáng ng và không th tin đ ệ ủ ỗ không ch u n i đi n áp cao do phóng đi n c a sét. Th nh ng qua th nghi m cho
ả ệ ế ợ ấ ằ ủ ồ ọ
ệ ớ ể ớ ệ ạ
ự ễ ệ ề ạ ả ồ ộ
ệ ẫ ữ ấ th y r ng vi c k t h p kh năng gi a c u trúc c a các l p b c v i dây đ ng d n ề ặ ệ ề dòng đi n sét là nguyên nhân t o đi u ki n cho dòng đi n di chuy n trên b m t ệ ẫ dây d n đ ng m t cách d dàng và cũng t o đi u ki n làm gi m s chênh l ch đi n áp.
ấ ệ ả
2 (vành đ ng chính là l p th hai k t
ệ ẫ ồ ộ ể ừ ớ
ồ ứ ệ ạ ệ ề ỹ
ẫ ư ấ
ạ ồ ấ ố ạ ộ ưở ế
ườ ệ ầ ướ ẫ ệ ố Dây d n dòng đi n sét đi xu ng đ t lo i có b o v này g m m t dây d n ế ằ trong t di n 50 mm chính b ng đ ng có ti Ư ể ố ệ ươ ng di n m quan ta th y rõ r t. Trong tuy t đ i đa s các ra). u đi m v ph ọ ở ớ ượ ỉ ầ ợ c bao b c b i l p cách ng h p, ta th y ch c n có dây d n đ a xu ng và nó đ tr ồ ư ả ạ ể đi n đ không làm nh h ng đ n các ho t đ ng khác do ch m ph i nh dây đ ng tr n đã dùng tr ả c đây.
ể ượ ấ ặ ở ạ ọ ườ Lo i dây b c này cũng có th đ c d u kín khi đ t bên trong t ng.
ữ ư ệ ố ượ ả c b o
ố ủ ạ ươ ố ể ư Nh ng u đi m t ẫ ư ớ ệ v so v i dây d n đ a xu ng lo i thông th ẫ ng đ i c a dây d n đ a dòng đi n sét xu ng đ ư ườ ng nh sau:
ẫ ư ạ ườ ố * Dây d n đ a xu ng lo i thông th ng:
ẫ ầ ộ ườ ườ ề + M i m t dây d n yêu c u th ng quá 30 m và th ng dùng nhi u dây
ỗ (hình 13b).
ể ệ ạ ả ưở + L trình dòng đi n sét ch y bên trong dây có th làm nh h ư ỏ ng h h ng
ộ ấ c u trúc dây.
ả ứ ấ ự ủ ữ ọ ế ị ạ ộ + Xác xu t s tăng v t do c m ng c a nh ng thi t b có đ nh y là cao
h n.ơ
ẫ ầ ồ ặ ở ấ bên ngoài c u trúc
+ M t s băng đ ng tr n hay dây đ ng tr n d n sét đ t ỹ ủ ộ ố ấ ấ ẻ ẩ ể ầ ồ có th làm x u, m t v th m m c a công trình.
ữ ầ ế ố ạ ố ớ ẫ ằ + Yêu c u có nh ng chi ti ư t n i ghép b ng kim lo i đ i v i dây d n đ a
xu ng.ố
ẫ ư ố ố ề + T n kém vì dùng nhi u dây d n đ a xu ng.
ẫ ư ạ ọ ụ ố * Dây d n đ a xu ng lo i b c ba tr c:
ườ ỉ ầ ộ + Thông th ng ch c n có m t dây.
ư ỏ ệ ạ ấ ộ + L trình dòng đi n sét ch y bên trong không làm h h ng c u trúc.
ấ ủ ự ư ượ ầ ạ + Xác xu t c a s lóe sáng c nh h u nh đ ạ ừ c lo i tr .
ề ỹ + Làm hài lòng v m quan.
ữ ế ố ặ ệ ầ + Không yêu c u nh ng chi ti t n i ghép đ c bi t.
ườ ẫ ư ẻ ề ỉ ầ ơ ố ộ + Thông th ng r ti n h n vì ch c n có m t dây d n đ a xu ng.
ở ấ ố ấ ượ ng sét vào
ệ ệ ố 1.5.3 H th ng n i đ t có đi n tr th p làm tiêu tán năng l ấ ễ trong đ t d dàng
ữ ầ ấ
ậ ệ ệ ố ệ ố ố ệ ả ố ấ ệ ả
ự ấ ấ ở ấ ệ ố ng c a sét vào trong đ t càng nhanh, d
ố ấ Nh ng v t li u dùng cho h th ng n i đ t có đi n tr th p là ph n r t quan ọ ệ ệ tr ng làm cho h th ng b o v ch ng sét có hi u qu . H th ng n i đ t có đi n ễ ủ ượ ở tr càng th p làm cho s tiêu tán năng l dàng.
ệ ứ
ố
ữ
ố ấ ầ ể ạ ượ ở ố ấ ượ ấ ố c đi n tr n i đ t là th p nh t và mong mu n đ t đ
Ω ố ớ ệ ở ố ẩ ủ i đa cho phép là 10 đ i v i h Theo tiêu chu n c a Úc thì m c đi n tr t ế ủ ờ ự ướ ể ạ ượ ề ố ấ ố c tiên là nh s liên k t c a c tr th ng n i đ t ch ng sét. Đi u này có th đ t đ ặ ấ ặ ượ ệ ố ớ ố ệ ố c đ t trong đ t khác ho c liên h th ng n i đ t ch ng sét v i nh ng h th ng đ ề ạ ủ ấ ế ớ ọ ạ ườ ố c gia c . Ng i ta luôn luôn t o m i đi u k t v i ph n kim lo i c a c u trúc đ ạ ượ ấ ệ ệ c không quá ki n đ đ t đ .Ω 1
ề ươ Có r t nhi u ph
ị ấ ố ấ ạ
ấ ạ ệ ự ấ
ở ủ ệ ố ướ ạ i thông th ướ c khi thi t ghép n i. Tr ươ ị ệ ộ ố ấ ố ề ế ế ố ấ ệ ng pháp khác nhau làm cho đi n tr c a h th ng n i đ t ườ ng bao ế ế ệ t k h ả ng ph i
ố ấ ứ ư ể ệ ố ố ch ng sét đ t giá tr th p. H th ng n i đ t t o thành m ng l ồ ả g m các đi n c c đ t, các d i băng và các chi ti ề ố th ng n i đ t thì có m t s v n đ liên quan đ n các đi u ki n đ a ph nghiên c u và tìm hi u rõ ràng nh sau:
ề ấ ủ ị ố ệ ữ ử ệ ấ ở + Đi n tr vùng đ t: nh ng s li u đo và th nghi m v đ t c a đ a ph ươ ng
ệ và khu v c.ự
ể ấ ầ ấ ặ ạ ậ ớ + Đ c đi m v t lý t o nên l p đ t: đá, đ t sét, cát,… c n xác minh rõ.
ướ ự ườ ườ ng xá, cây, rào, các đ ng cáp
ng ng i n m trong khu v c: đ ụ ườ ầ ầ ạ ằ + Các ch ị ng m và các d ch v có các đ ng dây chôn ng m.
ế ế ớ + H th ng n i đ t theo thi ố ớ ệ ố ộ t k m i này có tác đ ng gì đ i v i h th ng
ệ ố ằ ố ấ ấ ướ l i đang n m trong đ t không?
ạ ượ ự ễ ố ấ + S gia c thêm cho c u trúc có d dàng đ t đ c không?
ố ấ ẽ ự ể ị ự ụ ệ ệ + S an toàn: ví d các h đ t s th c hi n có th b can thi p hay không?
ầ ệ ố ớ ằ ố ấ ượ ặ c đ t đúng và thi ế ế ố ẽ ạ t s t o t k t
ế ướ ế ấ C n nh r ng n u h th ng n i đ t đ ệ nên đi n th b c bé nh t.
ề ệ ự ả ầ V đi n c c yêu c u ph i:
ạ ượ ệ ấ + Đ t đ ở ấ c đi n tr th p nh t.
ụ ụ ứ ề ể ọ ổ ố + Có s c b n c khí và kh năng ch ng ăn mòn đ có tu i th ph c v cao
ơ ườ ố ớ ấ ỳ đ i v i b t k môi tr ả ạ ng lo i nào.
ấ ủ ệ ố ỏ c dòng đi n phóng xu ng đ t c a sét và t a ra vùng
ượ ễ ả + Có kh năng t ấ đ t xung quanh đ ả ượ i đ c d dàng.
ố ấ ượ ộ ố ớ ệ ở ụ ủ ệ ố M t s ví d c a h th ng n i đ t đ c gi i thi u hình 15.
ị ể ữ ậ ợ ố ớ Đ i v i nh ng đ a đi m không thu n l
ấ ẫ ộ
ả ụ ườ ợ
ế ợ
ử ụ ở ế ự ế ạ
ố ớ
ị c r i rót vào h ố ố
ố ấ ạ ố ấ ộ ữ ụ ở ơ i, ví d nh ng n i có đá, cát hay ấ ợ ườ ấ ợ ế i ta s d ng h p ch t tăng c đá, đ t sét l n l n chung thì ng ng ti p đ t. H p ấ ệ ề ấ ườ ấ ch t này có tác d ng làm gi m đi n tr ti p đ t khá nhi u. H p ch t tăng c ng ườ ệ ễ ấ ấ ấ ế ti p đ t này không hòa tan và d dàng th c hi n. H p ch t tăng c ng ti p đ t là ợ ưở ươ ấ ồ ấ ố ớ ấ ợ ng pháp ti p đ t lo i này. H p ch t g m dung d ch ng đ i v i ph h p ch t lý t ệ ớ ướ ồ ệ ố ộ ẫ ấ t mà đ i v i nó khi đã hòa tan v i n hóa ch t có đ d n đi n t ẽ ở ặ ộ ấ th ng n i đ t và vùng đ t xung quanh thì nó s tr thành m t kh i keo đông đ c ệ ố ệ ố gelatin t o nên m t kh i h th ng n i đ t hoàn thi n.
ợ ấ ế ệ
ấ H p ch t tăng c ậ ườ ấ ấ ạ ừ ể ồ ấ ợ ị ộ ồ t, m t túi ng ti p đ t đi n hình bao g m hai túi riêng bi ọ dung d ch đ ng, còn túi kia là h p ch t hóa h c có tác
ạ ạ ồ g m v t ch t c u t o t ụ d ng giúp cho giai đo n đông quánh thành th ch.
ạ ệ ướ ự ạ ấ ằ ừ 1.5.4 Vi c lo i tr các vòng m ch (l i) n m trong đ t và s
ế ấ ằ ệ ố ở ấ ệ ạ
ệ chênh l ch ố ấ ẳ ộ ổ đi n th đ t b ng cách t o nên m t t ng tr th p, h th ng n i đ t đ ng thế
ộ ấ ể ồ ự
M t c u trúc xây d ng có th g m có m t s các h th ng d ch v đ ấ ấ ệ ố ấ ị ơ ố c hay cung c p h i nóng. D ch v
ộ ố ướ ạ ầ ng dây cáp ng m, đ
ườ ặ ồ ụ ấ ặ ữ
ệ ụ ụ ấ ằ ệ ể ượ ổ ụ ượ ặ c đ t ụ ị ườ ng dây ằ t nào đó đang n m trong ệ ố c b sung vào h th ng
ữ ệ ố ể trong đ t, cũng có th là các ng cung c p n ể ằ n m trong đ t cũng có th bao g m: đi n tho i, đ ị ụ thông tin ho c nh ng d ch v ph c v m c đích đ c bi ệ ố ấ ả ấ đ t. T t c nh ng h th ng n m trong đ t này có th đ ố ấ ả n i đ t b o v ch ng sét.
ằ ấ ể ệ ố ệ ử ụ
ừ ế ị ệ ự ệ ệ
ữ ấ
ệ ố ươ ự ự ệ ơ ị
ấ ả
ố ấ ấ ể ượ ả ệ ụ ứ ệ ế ề ề Vi c s d ng nhi u h th ng n m trong đ t này có th là nguyên nhân duy ấ ạ ộ t b đi n ng ng ho t đ ng. Khi s chênh l ch đi n áp xu t ế ị ự ư ạ ề t b ế ế ẳ ớ “s liên k t đ ng th ” ng pháp th c hi n qui đ nh ằ ệ ứ ệ ố t c nh ng h th ng n i đ t làm ch c năng b o v và h th ng n m trong ạ ừ ị c lo i tr
ấ nh t làm cho trang thi ằ ộ ệ hi n gi a m t trong nhi u h th ng n m trong đ t này thì s h h i trang thi ớ ẽ ả s x y ra s m h n. V i ph ệ ố ữ cho t ấ đ t làm ch c năng d ch v thì v n đ chênh l ch đi n th có th đ (hình 16).
ợ ộ ị Chúng ta hãy xem xét đ i v i tr
ớ ố ế ẫ
ỏ ọ ế ị ệ ố ế ượ ệ
ệ ố ư ế ẽ ệ ấ ỏ
ộ t b thì m t phân l ế ị ế ị ế ị ạ ố ng h p m t đài phát thanh b sét đánh. Tia ả ườ ố ấ ố ng d n sóng. N u h th ng n i đ t n i ố ạ ng dòng đi n sét s ch y đ n h th ng n i ể ị ư t b . Hình 17 cho th y rõ dòng đi n sét đi nh th nào đ t b b h t b và đó chính là lý do làm đ i đa s trang thi
ố ớ ườ ch p đi xu ng d c theo tháp và theo c đ vào v trang thi ế ấ đ t và đ n v trang thi qua các phòng trang thi h ng.ỏ
ộ ặ ệ ạ ằ
ệ ố Vi c t o ra m t m t ph ng h th ng n i đ t cân b ng đi n th d ấ ệ ủ ệ ườ
ệ ố
ườ ệ ố ấ ể ả ệ ườ ng, ng c tách ra riêng bi
ủ ữ
ệ ượ ự ể ẽ ả ề ể ệ ữ ế ướ ẳ i nh ng ế ị ộ ự ề t b . i và trang thi đi u ki n c a quá trình quá đ th c ch t là đ b o v cho ng ệ ậ ề ữ ặ i ta mong mu n các h M c dù trong nh ng đi u ki n v n hành bình th ố ấ ặ ượ ấ ằ ặ ố t, song khi sét đánh ho c th ng n i đ t (ho c n m trong đ t) đ ệ ố ệ ộ ệ ệ ấ xu t hi n đi n áp c a quá trình quá đ thì s chênh l ch đi n áp gi a các h th ng ủ ố ấ c. Đi u này có th gây h y n i đ t riêng bi t này s x y ra và không th tránh đ
ạ ố ớ ườ ụ ể ắ
ự
ở ề ư ạ ạ ữ ẽ ể i. Đ kh c ph c tình ệ ọ t g i là T.E.C (Transient Earth Clamp). Nó ườ ả ng, nh ng khi có s chênh ạ ộ i i nh ng đi u ki n c a quá trình quá đ thì m ch này s đóng l
ệ ạ ằ ạ ế ị ự t b và t o nên s nguy hi m đ i v i con ng ho i trang thi ạ ườ ố ặ tr ng này ng i ta dùng con n i đ c bi ạ ộ ư ộ ệ ho t đ ng nh m t m ch h có hi u qu lúc bình th ệ ủ ế ướ ệ ệ l ch đi n th d ế ự ngay và t o nên s cân b ng đi n th .
ố ế ườ ệ ế ị ượ t b đ
c n i đ n các đ ộ ề ế ị 1.5.5 B o v trang thi ả ọ ng tăng v t và quá trình quá đ , đ phòng h h ng trang thi ỏ ị ệ ự ng dây đi n l c kh i b ư ỏ t b và nh h
ả ưở ấ ệ ả đình tr s n xu t
ỏ ườ ệ ự ạ ủ
ẽ ướ ặ ả
N u sét đánh làm h ng m t s đo n c a đ ả ệ
ể
ầ ể ộ ố ng dây thì s tăng áp này s đi theo c hai h ạ ấ ặ ở ủ ầ c u dao chính không th đáp ng đ t ệ ự ụ
ư ế ng vào đ ế ị ệ ử ằ ở n m ả ắ ẽ ơ ượ ủ ộ ẫ ướ ầ
ệ ự
ộ ố quá trình quá đ . Nh ng kh i này đã đ h p ki m soát và l c
ượ ệ ể ạ ộ
ộ ọ ườ ọ ở ữ ừ ạ m ch m t pha c nh có c ộ ố ỡ ộ ệ ở ế ỏ ệ ỏ ườ ng đ dòng đi n lên đ n 300 A. Nh ng kh i c nh đã đ
ặ ầ ủ ầ ệ ể ả ệ ơ ấ ữ ầ ấ
ả ng dây đi n l c ho c đã c m ự ườ ứ ng và đi vào c các trang ữ ấ ằ ở các đo n đ y. Kinh nghi m cho th y r ng nh ng tr kháng thi t b đi n t ệ ứ ượ ự ả c đ t c s b o v m c r đ n gi n đ ượ ị ứ c đ nh m t cách đ y đ . Chúng có tác d ng ki m soát s tăng cao m c đi n áp đ ự ộ ọ ả c, nh ng v n kéo theo đ u sóng nâng cao nhanh. Các b l c làm gi m s tăng tr ạ ng dây đi n l c PLF t o nên cao SRF (Surge Reduction Filters) hay các b l c đ ể ộ ổ ợ c dùng đ m t t ọ ế ườ ng đ dòng đi n 1 A đ n l c cho các m ch đi n: t ượ ữ ạ c m ch ba pha có c ố ữ ể ả dùng đ b o v cho PABX / Facsimile / Modems / máy tính cá nhân… Nh ng kh i ọ ớ l c l n dùng đ b o v s c p cho nh ng ph n cung c p chính đ t g n t c u dao chính.
ả ệ ữ ệ ệ ệ ạ ạ ạ
ộ ề ư ỏ ưở ọ ư ế ạ 1.5.6 B o v các m ch đi n tho i, m ch d li u và m ch tín hi u đ a đ n ế ị t b ng tăng v t và quá trình quá đ , đ phòng h h ng thi
ỏ ị ả kh i b nh h ừ ụ ụ và ng ng ph c v
ạ ữ ượ ể ạ ở ề ế i: nh ng khái quát v k ho ch 6 đi m đã đ
ệ ệ ộ ơ
c trình bày ể ỏ ệ ấ ả ữ ủ ự ủ ấ ạ ủ ạ Tóm l ỏ ằ ứ ch ng t ả ả đ m b o hoàn toàn t trên r ng không có m t bi n pháp đ n đi u duy nh t nào có th th a mãn và t c nh ng khía c nh c a s h y ho i do quá đi n áp c a sét.
ệ ộ ể ạ ượ ủ ỉ ư ế ế ố ợ c n u nh bi ự t ph i h p và th c
ể ầ ự ả S b o v m t cách đ y đ ch có th đ t đ ệ ấ ả hi n t t c 6 đi m nêu trên.
ở Ghi chú hình 18:
ắ 1. Đón b t sét 30000 A
ố ấ 2. H đ t
ệ ố ố ấ ữ ở ồ
ẹ ỏ ằ 3. H th ng n i đ t có đi n tr nh b ng cách dùng nh ng thanh đ ng d t ố ườ ấ ệ ặ ạ đ t d ng xuyên tâm (hình tia – dòng sét xu ng đ t phân ra thành 6 đ ng)
ệ ố ế ớ ấ ằ ả ắ ả ắ 4. Đ m b o ch c ch n các h th ng n m trong đ t có liên k t v i nhau
ệ ố ườ ệ ế ế ằ ằ ấ 5. Đ ng liên k t cân b ng đi n th các h th ng n m trong đ t
ệ ả ố ụ 6. B ng phân ph i đi n ph
ộ ọ ể ả ự ệ ả ườ ệ ng dây đi n
7. B l c làm gi m s tăng cao SRF dùng đ b o v cho các đ ế ự l c đi đ n
ố ữ ệ ừ ầ 8. Đ u cu i d li u t xa
ả ứ ệ 9. Quá đi n áp c m ng
ự ế ườ 10. Sét đánh tr c ti p vào đ ệ ự ng dây đi n l c
ề ả ườ ệ 11. Đ ng dây truy n t i đi n cao áp trên không
ế ạ 12. Tr m bi n áp
ệ ủ ệ ố ố ấ ế ạ 13. H th ng n i đ t làm vi c c a tr m bi n áp
ố 14. Con n i T.E.C (Transient Earth Clamp)
ế ị ườ ừ ế 15. Trang thi t b đo l ng t xa và vô tuy n
ộ ỉ ư ệ 16. B ch nh l u đi n
ộ ổ ệ 17. B đ i đi n inverter
ắ 18. Bình c quy
19. Máy in
20. Vi tính
ụ ậ ộ ị 21. B d ch v t p tin
ườ ệ ạ 22. Đ ng dây đi n tho i
ươ ế ế ố 1.6 Các ph ng pháp thi t k ch ng sét
ấ ớ ề ấ ặ ạ ố Các tác h i do sét gây ra r t l n nên đ t ra v n đ phòng ch ng sét, mà
ơ ả ự ọ ọ ủ ể ặ nguyên lý c b n d a vào đ c tính ch n l c đi m đánh c a sét.
ằ ớ
ố Rõ ràng r ng, tia tiên đ o h ớ ẽ ặ ể ị
ạ ắ ầ ệ ư ở ầ ị ệ ề ẽ
ạ ướ ng lên càng s m thì nó s g p tia tiên đ o ộ ướ ng xu ng càng s m và b t đ u m t cú sét cũng nh xác đ nh đi m b sét đánh. h ợ ộ M t kim thu sét có các đi u ki n thích h p s kh i đ u tia phóng đi n lên, bao g m:ồ
ươ ế ế ả ầ 1.6.1 Ph ng pháp thi t k theo “qu c u lăn”
ế ế ấ ổ ế ươ ượ ế ế ả t k r t ph bi n đ c các nhà thi
ử ụ
ầ ươ ả ầ ưở ượ ượ ng pháp thi ủ c mô t ả ở ố ệ t k b o v ch ng sét ươ ả ầ ng pháp ng pháp “qu c u lăn”. Ph ấ c lăn qua c u ng: nó đ ng t
Ph ậ ẽ ượ ủ ph n sau. Đây là qu c u t ư theo t p quán c a Franklin s d ng là ph này s đ trúc c a công trình (nh hình 19).
ả ầ ệ ả
ữ ở ứ ơ
ố ớ ố ấ ổ ế ế ễ ệ ấ ứ ả Qu c u này có bán kính kho ng 45 m đ i v i m c b o v tiêu chu n (dòng ệ ế m c xác xu t th ng kê đ n 93 %). Đ i v i vi c ả ườ i ta thi ẩ ố ớ t k theo “qu
ệ đi n sét đánh 10 kA và h n n a, ữ ả b o v cho nh ng c u trúc công trình d cháy và n , ng ầ c u lăn” có bán kính 20 m.
ủ ằ ng pháp này là: cho r ng kh năng kh i x
ở ướ ấ ể ự ả ư ạ
i h n chính c a ph ế ấ ả ườ ủ ng c a t c các đi m ch m c a c u trúc là nh nhau b t k s tăng ệ ụ ạ ớ ạ Gi ạ tia tiên đ o đ n t ủ ườ ng c a tr c ươ ủ ấ ể ọ ng đi n ph vào d nh hình h c.
ệ ố ệ ố
ả H th ng b o v thi ươ ế ế ự ế ế ươ t k d a trên ph ố ả ầ ầ ệ ắ ề ng pháp thi t k này mu n đ t đ ng pháp “qu c u lăn” khá t n kém ể ạ ượ ả c yêu c u b o v thì có th và đ t ti n vì ph
ế ể ư ế ứ ầ ạ ạ ố
ể ẫ d n đ n tình tr ng khá t n kém và có th đ a đ n tr ng thái quá m c yêu c u, do đó có th gây lãng phí.
ươ ế ế ậ ợ 1.6.2 Ph ng pháp thi ể t k theo “th tích t p h p”
ả ầ ớ ộ M t ph
ươ
ể hi n nay, đó là ph ượ ẩ ơ ượ ng pháp tính toán khác v i Franklin theo “qu c u lăn” và cũng là ươ ng c trình ố ế ệ c các tiêu chu n qu c t ươ ề ớ c v ph ng pháp này đ ệ i thi u s l
ư ươ ư ạ ượ ầ ng pháp h u nh đ t đ ph ợ ậ pháp theo “th tích t p h p”. Gi bày nh hình 110.
ươ Ph ng pháp thi
ế ứ ng pháp “th t k đ
ậ ợ ươ ng tr
ự ph ườ ạ ườ ề ệ
ậ ố ố ủ ạ ữ ủ ế ế t k này đ t c s trên nh ng thành t u nghiên c u c a ể ế ế ượ ử ụ ữ ở c s d ng ti n sĩ A.J.Eriksson. Nh ng thông s thi ề ệ ự ồ ng đi n tích t p h p” bao g m: chi u cao c u trúc công trình, s tăng c ế ủ ị c a hình dáng và hình chi u c a c u trúc, đi n tích dòng tiên đ o, chi u cao đ a ề ươ ể đi m và v n t c lan truy n t ặ ơ ở ố ấ ủ ấ ng đ i c a dòng sét đánh tiên đ o.
ệ ộ
ầ ả Hình 111 gi ộ
ụ ở ầ ộ ớ ạ ượ đ u dòng tiên đ o và t
ng đi n s v
ệ ẽ ượ ầ ệ ng tr ườ ủ ể ệ ắ ầ ố ặ ể ế i thi u dòng tiên đ o đi xu ng và đ n g n m t đi m trên m t ủ ể ừ ể ế ậ đi m này. Bán kính c a t l p k t c thi ả ứ ươ ạ ng ng v i kho ng cách mà ấ ườ ị ị ớ ạ . Giá tr này đánh d u i h n giá tr t t quá ộ ng đi n đã khá đ y đ đ phóng m t dòng đón b t lên phía
ườ ủ ng c a tr ề ạ ớ ấ đ t. M t bán c u kho ng cách đánh đ nó ph thu c vào đi n tích ở ấ ự đ y s tăng c ự s tăng c ướ trên h ườ ng v dòng tiên đ o.
ầ ằ
ạ ề
ữ ạ ượ c nh ng đi u ki n t c khi đ t đ ề ế ẽ ế ấ ệ ể ắ ầ ể ắ ướ ạ ể ộ ả Bán c u kho ng cách đánh đ l ấ ướ ầ đi n tích y u s ti n g n sát đi m đ t tr đ b t đ u xu t phát dòng đón b t lên phía trên h ớ ủ ra r ng nh ng dòng tiên đ o c a sét v i ệ ớ ạ ữ i h n ng v dòng tiên đ o.
ề ữ ứ ộ ệ ớ Khi nh ng đi u ki n t
ả ữ ế ớ
ứ ầ
ế ế ướ ươ ố ủ ệ ớ ạ ạ ệ ả ủ ng pháp thi ố ộ ươ ng đ i c a dòng h c, n u m c đ đi n tích càng l n thì ầ Bán kính c u có liên ậ ể t k theo “th tích t p ng lên trên và dòng tiên
ướ ạ ượ i h n đã đ t đ ấ ể kho ng cách gi a dòng tiên đ o và đi m đ t càng l n. ế ộ quan đ n m c đ yêu c u c a b o v . Ph ư ợ h p” đ a vào trong tính toán t c đ t ạ ướ đ o h ố ng xu ng d i.
ữ ế ầ ả ạ ộ
Không ph i t ượ ề ữ
ướ ể ố
ể ộ ắ ầ ạ ủ ặ ế ề ầ ấ ộ ả ấ ả t c nh ng dòng tiên đ o đi đ n m t bán c u kho ng cách ủ ắ c đón b t. Nh ng dòng tiên đ o nào đi vào phía ngoài chu vi c a các đánh đ u đ ể ế ụ ề ầ bán c u đ u có th ti p t c chuy n đ ng c a mình đ đi xu ng phía d i (hình 1 ể 11) và đ n g n sát đi m đ t thì b t đ u g p m t dòng di chuy n khác đi lên phía
ừ ể ủ đi m này d n đ n s phát tri n c a m t hình parabol gi
ế ự ế ế ẳ i và đi th ng vào th ớ ạ i h n. ể
ậ ộ ợ ắ ắ ậ ộ ẫ trên.. Do v y, t ầ ướ ủ ạ N u có m t dòng tiên đ o c a sét ti n d n xu ng phía d ắ ượ ả ẽ ả tích t p h p này thì s đ m b o ch c ch n đ ể ố c đón b t (hình 112).
ậ ợ ố
t k v i ph ế ượ ử ụ ng pháp “th tích t p h p” s d ng m t cách th ng kê các ư ở ế ế ớ Thi ố thông s đúc k t đ ể ươ ự ệ c thông qua s ki n sét đánh nh ộ ả trong b ng 1:
tiên đ oạ )
ỉ Đi n tích dòng tiên ệ ứ ộ ả M c đ b o v ệ đ o (Qạ ệ Dòng đi n đ nh (Iđ nhỉ ) ị ượ t quá tính Giá tr v ầ theo ph n trăm (%)
0.5 C 6.5 kA 98 Cao
0.9 C 10 kA 93 Trung bình
1.5 C 16 kA 85 Theo tiêu chu nẩ
ả t k con s phân tích các tr
ấ
đ nhỉ ệ
ỉ ệ ể ậ ậ ườ i thi ậ ế ườ ộ ế ế ợ . Th t v y, n u ng
đ nhỉ
ả
ỉ t quá giá tr này. S phóng đi n c a dòng sét
ẽ ạ ớ
ự ớ ữ ậ ắ ằ ườ ợ ủ ố ấ ng h p r i B ng trên cung c p cho ng ượ ị ộ ị ứ ộ ủ c xác đ nh tùy thu c vào giá tr ro nh t. Các m c đ c a “th tích t p h p” đã đ ế ế ố ở ứ ủ m c đ cao t k mong mu n i thi c a dòng đi n đ nh I ộ ự ệ ủ ệ ủ = 6.5 kA) thì 98 % c a toàn b s ki n sét đánh c a b o v (dòng đi n đ nh I ữ ơ ẽ ượ ộ ở ườ ệ ủ ị ng đ cao h n s có nh ng c v ơ ủ ồ ự ơ ợ ộ ể th tích t p h p r ng l n h n và nó s t o thành s ph ch ng l n h n trong khu ầ ủ ự v c đón b t sét c a nh ng đ u thu n m trong không trung.
ế ế ả ạ ượ Thi ệ t k mà hi u qu đ t đ
ỉ t c sét đánh có dòng đi n đ nh nh h n giá tr này s v
ứ ộ ả ị ự ẫ ỏ ầ ố ệ ể ễ
ủ ướ ạ
ượ c đón b t do dòng tiên đ o h ể ể ạ ợ ệ c 98 % (m c đ b o v cao) không có nghĩa là ỏ ơ ắ ẽ ượ ấ ả t kh i đ u thu đón b t t ộ ể ằ sét. Chúng ta cũng có th d dàng hi u r ng do s ng u nhiên c a th ng kê, thì m t ắ ố ầ ng lên phía trên và s l n sét đánh có th không đ ậ ủ ỏ ị ạ ừ b lo i tr ra kh i ph m vi c a th tích t p h p.
ộ ố ầ ữ
Hi n nay có m t s đ u thu đã đ ứ ượ ể ấ ộ ể ạ ỏ ợ ớ ơ ế ạ ấ ậ có kh năng đ t o nên “th tích t p h p” r t r ng l n và h n h n c ầ c ch t o r t thành công. Nh ng đ u thu ẳ ả
ả ể ữ ậ ệ này ch ng t nh ng t p quán ki u Franklin.
ộ ư ậ
ượ ặ ể M t ho c nhi u đ u thu ki u đón b t sét nh v y đã đ ể ữ ể ầ ợ ủ ắ ủ ồ ấ c đ t phía trên c u ỏ ự
ề ậ ể ấ ủ ặ ể trúc đ các th tích t p h p c a chúng ph ch ng lên trên nh ng th tích bé nh t nhiên c a hình th c u trúc.
ậ ợ ấ ấ ẫ ơ ụ ệ ng pháp này rõ ràng h p d n h n và r t thu n l i cho vi c áp d ng đ ể
ươ Ph ế ế ả ệ ố thi t k b o v ch ng sét.
ế ế ể ớ ợ ươ ng pháp tính toán thi ậ t k theo th tích t p h p v i tính toán
* So sánh ph ả ầ ế ế t k theo qu c u lăn: thi
– Ph
ươ ể ậ ợ ng pháp th tích t p h p:
ế ệ ắ ặ + Ti t ki m trong l p đ t.
ụ ễ + D dàng trong áp d ng.
ể ự ự ệ ượ ệ + Khách hàng có th t th c hi n đ c công vi c thi ế ế t k .
ỡ ố ệ ờ + Đ t n th i gian trong vi c tính toán và thi ế ế t k .
ế ế ự ế ề ấ ậ + Thi ỹ t k d a trên n n k thu t tiên ti n nh t.
ủ ầ ể ạ ậ
ơ ộ ớ + Do kh năng c a đ u thu đón b t m i đã t o nên “th tích t p h p” r ng ộ ng c a c t thu lôi ki u Franklin nên ch c n m t
ợ ỉ ầ ớ ệ ố ớ ườ ầ ể ữ ả ả ộ ả ắ ủ ộ ớ ầ ớ l n h n so v i đ u thu thông th ả ắ ầ đ u thu đón b t là đ m b o yêu c u b o v đ i v i nh ng công trình r ng l n.
– Ph
ươ ả ầ ng pháp qu c u lăn:
ệ ắ ơ ặ ố + Vi c l p đ t t n kém h n.
ụ ơ + Áp d ng khó khăn h n.
ầ ườ ỹ ư ượ ự ệ ạ + Yêu c u ng i k s đã đ ệ c đào t o th c hi n công vi c thi ế ế t k .
ề ờ ố + T n nhi u th i gian trong công tác thi ế ế t k .
ữ ầ ế ố + Có nh ng tiêu t n không c n thi t khác.
ệ ả ự ụ ệ ạ ả ầ ộ + Yêu c u b o trì liên t c và th c hi n công vi c b o trì trong ph m vi r ng
ơ ớ l n h n.
CHƯƠNG II
THIẾT KẾ
2.1
Phương pháp Bejanmin Franklin
2.1.1 Lý thuyết
Chống sét theo phương pháp Franklin – phương thức bảo vệ trọng điểm, chỉ những bộ phận thường hay bị sét đánh mới phải bảo vệ. Đối với những công trình mái nghiêng trọng điểm là bốn góc, xung quanh tường chắn mái và các kết cấu nhô cao khỏi mặt mái, nếu công trình lớn thì thêm cả diềm mái (độ dốc mái lớn hơn 28 O thì không cần bảo vệ diềm mái). Bảo vệ cho những trọng điểm trên đây có thể dùng các kim thu sét ngắn (200 300 mm) cách nhau khoảng 5 6 m tại những trọng điểm bảo vệ hoặc đặt những đai thu sét diềm lên những trọng điểm đó.
Cột chống sét sử dụng kim thu sét. Để bảo đảm chống sét đánh trực tiếp vào các công trình, thường dùng cột chống sét hay còn gọi là cột thu sét (hình 2-1). Đây là một cột hoặc tháp có độ cao lớn hơn độ cao của công trình cần được bảo vệ. Cột có gắn mũi nhọn kim loại được tráng kẽm – kim thu sét ở trên đỉnh, kim này được nối với dây dẫn sét xuống đất để đi vào vật nối đất (Rnối đất). Tác dụng của hệ thống thu sét là do đỉnh nhọn nên có thể tập trung điện tích ở đầu mũi kim thu sét, tạo nên điện trường lớn giữa nó với đầu tiên đạo, nhờ đó thu hút được các phóng điện sét tạo nên khu vực an toàn nằm bên dưới và xung quanh cột thu lôi.
Những nghiên cứu tỉ mỉ về chống sét cho thấy rằng điều quan trọng là chiều cao của thu lôi chống sét và hệ thống nối đất đảm bảo. Trên cơ sở nghiên cứu các mô hình, người ta có thể xác định vùng bảo vệ của cột thu lôi. Khoảng cách không gian gần cột thu lôi mà vật bảo vệ được đặt trong đó rất ít khả năng bị sét đánh gọi là vùng hay phạm vi bảo vệ của cột thu lôi. Thực nghiệm cho thấy, công trình càng thấp và càng gần cột thu lôi thì càng được bảo đảm an toàn.
Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi đơn là miền giới hạn bởi hình chóp cong tròn xoay có tiết diện ngang là hình tròn có bán kính rx ở độ cao hx (hình 2-2). Trị số bán kính bảo vệ rx được xác định theo công thức đơn giản sau:
Ở độ cao hx < h rx = 1,5h(1- ).P
(2.1)
rx = (1,5h - 1,875hx).P
Ở độ cao hx > h rx = 0,75h(1- ).P
rx = (0,75h - 0,75hx).P
Trên cơ sở khảo sát mô hình, trị số bán kính bảo vệ lại được xác định theo công
thức sau: (hình 2-2)
rx = 1,6.ha P/(1+ )
(2.2)
Trong đó:
h – chiều cao cột thu lôi, m.
hx – chiều cao đối tượng cần được bảo vệ, m.
ha = h - hx – chiều cao hiệu dụng của cột thu lôi, m.
P – hệ số hiệu chỉnh tùy thuộc vào chiều cao của cột thu sét
khi h 30 m thì P = 1; khi 30 m < h 60 m thì P = 5,5 /
Hình 2-3, cho phạm vi bảo vệ của hai cột thu lôi. Trong đó r x được xác định theo công thức trên, còn bx là bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ ở độ cao h x được xác định theo công thức:
2bx = 4rx
(2.3)
Trong đó:
a – khoảng cách giữa hai cột thu lôi, m.
ha – chiều cao hiệu dụng của cột thu lôi, m.
Chiều cao cột giả tưởng đặt tại vị trí a/2: ho = h -
(2.4)
Bề ngang hẹp nhất của phạm vi bảo vệ của cột thu lôi b x ở độ cao hx có thể được xác định theo đường cong hình 2-4. Đối với những cột thu lôi cao đến 30 m thì tỉ lệ a/h a nằm trong giới hạn 0 7.
Hai cột thu lôi chỉ có tác dụng tương hỗ lẫn nhau nếu a/ha 7. Muốn xác định bề ngang hẹp nhất bx người ta xác định tỉ lệ a/ha. Giả thiết ta có: a/ha = 3, sau đó ta hãy tìm tỉ lệ hx/h, ví dụ trong trường hợp này tỉ lệ hx/h = 0,3 tức là hx = 0,3h. Trên hình 2-4 từ điểm có giá trị 3 ở trục hoành (a/ha), ta dóng theo một đường song song với trục tung gặp đường cong hx = 0,3h tại một điểm, điểm này nhận giá trị bx/ha = 0,9. Bây giờ, chúng ta tìm bề ngang hẹp nhất 2bx ở chiều cao hx như sau:
2bx = 0,9.2ha
Khi tính toán tỉ lệ a/ha = 57, người ta sử dụng đường cong ở hình 2-4 b.
Nếu có một cột thu lôi cao hơn cột thu lôi kia thì phần cao hơn của nó xem như một
cột thu lôi đơn và xác định như hình 2-5.
Trường hợp công trình đặt nhiều cột thu lôi (hình 2-6) thì các phần ngoài của khu vực bảo vệ cũng được xác định theo công thức trên. Cần phải kiểm tra điều kiện bảp vệ an
toàn cho diện tích cần được bảo vệ. Vật có độ cao hx nằm trong công trình sẽ được bảo vệ nếu thỏa mãn điều kiện:
D 8.(h - hx) với h 30 m
D 8.(h - hx).P với h > 30 m
D – đường kính đường tròn ngoại tiếp đi qua các chân cột thu sét.
2.1.2 Tính toán
Tòa nhà được xây dựng có hình chữ L (dạng nhà 2 mái), để bảo vệ trọng điểm thì ta phải đặt những kim thu sét trên nóc của công trình và tại các góc. Giả sử bố trí duy nhất một kim thu sét đặt ngay giữa công trình cần bảo vệ.
Để tiện cho việc tính toán và do cấu trúc của công trình nên ta có thể chọn:
+ Bán kính của vùng bảo vệ hẹp nhất: rox = 11,7/2 = 5,85 m
+ Chiều cao công trình cần được bảo vệ: hx = 14,63 m
Tính góc của phạm vi bảo vệ kim thu sét (36,87O) và góc của mái nhà (58,93O), ta thấy với độ cao tương đối, kim thu sét dễ dàng phủ phạm vi bảo vệ lên tòa nhà. Thế nên, để hạn chế độ cao của kim thu sét và tiện cho việc lắp đặt kim, ta chọn chiều cao công trình đưa vào tính toán là: = 11,1 m.
Giả sử rằng < 2h/3 ta được:
Với:
P = 1 do h < 30 m
Kiểm tra lại điều kiện đã giả sử:
Vậy < 2ho/3, thỏa điều kiện đã đặt ra. Suy ra chiều cao thực của kim thu sét là:
ha = h – hx = 32,98 – 14,63 = 18,35 m
Nếu chỉ sử dụng một kim thu sét để bảo vệ cho tòa nhà thì không thẩm mỹ và bất
hợp lý, do kim quá cao.
Giả sử bố trí 3 kim thu sét tại các vị trí như hình. Để xác định chiều cao cột giả tưởng
ho, giả sử rằng > 2ho/3
Kiểm tra lại điều kiện đã giả sử:
Vậy > 2ho/3, thỏa điều kiện đã đặt ra.
Tìm chiều cao h:
ho = h - , P = 1 do h 30 m
Vậy chiều cao hiệu dụng của cột thu lôi là:
ha = h – hx = 20,68 – 14,63 = 6,05 m
Suy ra đoạn còn lại của công trình có chiều dài 24,4 m cũng sẽ được bảo vệ với kim
thu sét cao 6,05 m đặt tại điểm góc còn lại của công trình.
Nếu bố trí 5 kim thu sét tại các vị trí như hình thì chiều cao của kim thu sét sẽ giảm xuống do thu ngắn khoảng cách giữa các kim. Trong trường hợp này, toà nhà vẫn được bảo vệ an toàn, mặc dù vùng phủ của kim thu sét áp sát công trình hơn so với trường hợp bố trí 3 kim như trên.
Tìm chiều cao h:
ho = h - hx , P = 1 do h 30 m
Vậy chiều cao hiệu dụng của cột thu lôi là:
ha = h – hx = 18,09 – 14,63 = 3,46 m
Đoạn còn lại của công trình có chiều dài 24,4 m cũng sẽ được bảo vệ với kim thu sét
cao 3,46 m đặt tại điểm góc còn lại của công trình.
Vậy ta có thể chọn bố trí chống sét cho Tòa nhà bằng cách sử dụng 3 hoặc 5 kim thu sét như đã trình bày. Công trình này có độ dốc mái lớn hơn 28 O nên không cần bảo vệ diềm mái.
2.2
Phương pháp hiện đại (sử dụng đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm ESE)
2.2.1 Lý thuyết
Nguyên lý hoạt động: ESE hoạt động dựa trên nguyên lý làm thay đổi trường điện từ chung quanh cấu trúc cần được bảo vệ thông qua việc sử dụng vật liệu áp điện (piezoeleetric). Cấu trúc đặc biệt của ESE tạo sự gia tăng cường độ điện trường tại chỗ, tạo
thời điểm kích hoạt sớm, tăng khả năng phát xạ ion, nhờ đó tạo được những điều kiện lí tưởng cho việc phát triển phóng điện sét.
Cấu tạo ESE:
+ Đầu thu: có hệ thống thông gió nhằm tạo dòng lưu chuyển không khí giữa đỉnh và
thân ESE. Đầu thu còn làm nhiệm vụ bảo vệ thân kim.
+ Thân kim: được làm bằng đồng xử lí hoặc inox, phía trên có một hoặc nhiều đầu nhọn làm nhiệm vụ phát xạ ion. Các đầu này được làm bằng thép không rỉ và được luồn trong ống cách điện nối tới các điện cực của bộ kích thích. Thân kim luôn được nối với điện cực nối đất chống sét.
+ Bộ kích thích áp điện: được làm bằng ceramic áp điện (piezoelectric ceramic) đặt phía dưới thân kim, trong một ngăn cách điện, nối với các đỉnh nhọn phát xạ ion đã nêu trên bằng cáp cách điện cao áp.
* Vật liệu piezoelectric: đây là những cấu trúc tinh thể, trong đó các lưỡng cực điện đã được làm tăng áp lực theo một hướng định trước bằng cách tạo cho chúng một trường phân cực ban đầu có mật độ cao. Vật liệu được sử dụng là zircotitanate chì, rất cứng, đầu kim được phủ một lớp mỏng điện cực nickel. Các vật liệu này được chế tạo thành nhiều đoạn nối tiếp, với đặt tính áp điện của chúng, các ceramic này tạo ra điện áp rất cao, lên đến 2025 kV trên nhiều đoạn nối tiếp nhau. Mức điện áp cao này đảm bảo đủ điều kiện để tạo ra các ion như mong muốn.
* Sự kích thích áp điện: khi xuất hiện đám mây giông mang điện tích, điện trường khí quyển ở trạng thái tĩnh, kết hợp với hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong bản thân kim ESE, do áp lực được tạo trước, trong bộ kích sẽ sinh ra những áp lực biến đổi ngược nhau. Kết quả là tại các đầu nhọn, Phát xạ ion sẽ tạo ra điện thế cao, do đó tại đây sinh ra một lượng lớn ion (7,65.1010 ở mức điện áp 2,56,5 kV). Những ion này ion hóa dòng khí quyển xung quanh và phía trên đầu thu nhờ hệ thống lưu chuyển không khí gắn trong đầu thu. Điều này giúp làm giảm điện áp ngưỡng phóng điện đồng thời làm gia tăng vận tốc phóng điện của nó.
* Điểm thu sớm nhất: khả năng gia tăng sự kích thích ở trường tĩnh điện thấp (khả năng phát xạ sớm) tăng cường khả năng thu của kim thu sét. Nhờ đó nó trở thành điểm thu sớm nhất so với các điểm khác của tòa nhà cần bảo vệ. Các kim thu sét này hoạt động ngay cả với dòng sét có cường độ thấp (25 kA ứng với các khoảng kích hoạt D nhỏ D = 10.I2/3 với I là cường độ dòng sét tính bằng kA).
* Vùng bảo vệ: vùng bảo vệ của ESE là một hình nón có đỉnh là đầu kim thu sét bán kính bảo vệ Rp = f (khoảng cách kích hoạt sớm trung bình (m) của kim thu sét, khoảng cách kích hoạt D (m) tùy theo mức độ bảo vệ).
Hiện nay, những trường hợp giảm độ tin cậy của kim thu sét Franklin đã được giải thích rõ ràng nhờ vào lý thuyết mô hình điện hình học. Thời gian gần đây, sự xuất hiện của các loại đầu thu sét phát xạ sớm (ESE – The Early Streamer Emisson) – mà trong thực tế vận hành cho thấy đã khắc phục phần lớn những nhược điểm của kim thu sét Franklin – lại chưa có một cách giải thích hợp lý về phạm vi bảo vệ và điều kiện tồn tại phạm vi bảo vệ
của nó. Ứng dụng lý thuyết mô hình điện hình học để giải quyết vấn đề trên là nội dung chính của phần trình bày này.
Nội dung cơ bản của mô hình điện hình học về quá trình phóng điện sét: “khi tiên đạo sét bắt đầu định hướng tới công trình nào đó trên mặt đất thì sẽ xảy ra một quá trình phóng điện trực tiếp trên khoảng cách phóng điện từ đầu tiên đạo tới đỉnh công trình”. Quá trình này giống với sự phóng điện trên khoảng cách dài trong phòng thí nghiệm. Phương pháp được đưa ra khảo sát có nội dung như sau: “cho đầu tiên đạo sét nằm tại điểm mà nếu xuất hiện trên đó, khả năng phóng điện vào đỉnh cột thu lôi và mặt đất là lớn nhất – vớí khoảng cách giữa chúng bằng giá trị khoảng cách phóng điện – để từ đó nhận được vùng bảo vệ của kim thu sét”.
Ta có các quan hệ được biểu diễn bởi công thức thực nghiệm sau:
(2.5)
I = 25.Q0,7
(2.6)
D = 6,72.I0,8
Trong đó:
I (kA) – biên độ dòng điện sét
Q (C) – điện tích lớp mây giông tích điện
D (m) – khoảng cách phóng điện
Như vậy, khi tiên đạo sét từ trên mây giông tích điện phát triển xuống còn cách bề mặt mặt đất hoặc các cao trình trên bề mặt mặt đất một khoảng cách đúng bằng khoảng cách phóng điện thì sự phóng điện sẽ diễn ra. Nếu ta giả thiết đầu tiên đạo sét là tâm của một hình cầu có bán kính bằng khoảng cách phóng điện thì gần như mọi điểm nằm trên hình cầu đều có khả năng “bị sét đánh”. Tại nơi thực tế diễn ra sự phóng điện chính là điểm tiếp xúc giữa hình cầu và bộ phận liên kết điện tích (trái dấu) với mặt đất.
2.2.1.1 Vùng bảo vệ của ESE
Khác với kim Franklin, đầu thu ESE có khả năng phát ra tia tiên đạo chủ động đón bắt tiên đạo xuất phát từ đám mây giông tích điện hình thành dòng sét. Độ dài tia tiên đạo phát ra từ đầu thu được gọi là độ lợi khoảng cách, kí hỉệu là (m). Do đó, tiên đạo sét sẽ phóng điện vào đỉnh cột thu sét với khoảng cách (+ D) tính đến đỉnh thu sét, thay vì khoảng cách D như đối với kim Franklin.
Trên hình 2-10, khi tiên đạo sét xuất hiện trên đoạn EF hoặc GH, quá trình phóng điện sẽ hướng trực tiếp xuống mặt đất; còn nếu xuất hiện trên cung FG, tiên đạo sét sẽ hướng đến đỉnh thu sét. Trên lý thuyết, tia tiên đạo có thể phóng từ đỉnh đầu thu theo mọi hướng để đón bắt tiên đạo sét. Do vậy, để tìm vùng bảo vệ của đầu thu phát xạ sớm, có thể mô hình khả năng phóng tiên đạo của ESE bằng hình cầu có bán kính bằng với độ lợi khoảng cách gắn vào đỉnh cột thu sét. Tiến hành khảo sát chúng trong không gian có “quả cầu” bán kính D khác – có tâm tượng trưng cho đầu tiên đạo sét – xuất hiện ngẫu nhiên ở
mọi vị trí. Nếu cho quả cầu bán kính D tiếp xúc được với cả mặt đất và hình cầu bán kính nói trên, ta sẽ thu được vùng bảo vệ của ESE.
Cho cột thu sét trang bị đầu thu (ESE) có chiều cao tổng h. Trong không gian, hình cầu tưởng tượng có tâm gắn ở đỉnh thu sét, bán kính tượng trưng cho độ dài tia tiên đạo do đầu thu phát ra. Điểm mà tiên đạo sét xuất hiện, ở đó có xác suất phóng điện xuống mặt đất và đến đỉnh thu sét là như nhau chính là điểm F (hoặc G) trên hình 2-10. Đó chính là điểm gần với mặt đất và cột thu sét nhất mà tiên đạo sét có thể tiến đến trước khi có sự phóng điện xảy ra. Vùng bảo vệ của thu sét trong trường hợp này sẽ là hình tròn xoay mà đường sinh của nó bao gồm 2 phần – xem hình 2-11.
Minh họa vùng bảo vệ của ESE được trình bày ở các hình dưới đây (hình 2-12, 2-
13, 2-14) tương ứng cho các trường hợp D = h, D < h, D > h.
2.2.1.2 Bán kính bảo vệ của ESE (đáy RP)
Khảo sát mô hình vùng bảo vệ trong mặt phẳng Oxy. Chọn gốc toạ độ trùng với chân cột thu sét, trục hoành trùng với mặt đất, còn trục tung trùng với thân cột. Đầu tiên, ta cần tính bán kính bảo vệ đáy RP của ESE có độ cao tổng h, xét trong hệ trục toạ độ nói trên. Nhận thấy tổng quát có 2 trường hợp sau:
* Trường hợp D = h: quan sát trên hình 2-12, dễ dàng suy ra:
RP = D +
(2.7)
* Trường hợp D h:
+ Khi D > h: quan sát hình 2-14, quan hệ tam giác vuông ABC cho ta:
(2.8)
với: AB = (D + ); BC = (D – h); AC = RP
+ Khi D < h: quan sát hình 2-13, quan hệ tam giác vuông ABC cho ta:
(2.9)
với: AB = (D + ); BC = (D – h); AC = RP
Dễ thấy, phương trình (2.8) và (2.9) là như nhau; do đó, khi D h thì bán kính bảo vệ
đáy RP được tính như sau:
(2.10)
Suy ra công thức tổng quát cho mọi trường hợp:
(2.11)
Trong đó:
h – chiều cao tính từ mặt đất đến đỉnh cột thu sét
D – khoảng cách phóng điện, phụ thuộc điện tích mây giông và cực tính sét
– độ lợi khoảng cách
2.2.1.3 Vùng thể tích hấp thu của ESE
Vùng thể tích hấp thu của kim thu sét được hiểu là vùng không gian mà nếu tiên đạo sét phát triển từ mây giông xuống “xâm nhập” vào, khả năng “đón bắt” của kim thu sét là rất lớn.
Tổng quát, vùng thể tích hấp thu của ESE là miền không gian giới hạn bởi một paraboloit và bán cầu có bán kính là tổng của khoảng cách phóng điện và độ lợi khoảng cách (D + ). Nếu xét trong hệ trục Oxy, thì miền thể tích hấp thu là phần diện tích giới hạn bởi một parabol và cung tròn có bán kính (D + ).
Vấn đề quan tâm là ta cần thiết lập dạng phương trình đường parabol; để từ đó, vùng thể tích hấp thu được hình thành và ta sẽ suy ra điều kiện tồn tại của phạm vi bảo vệ của ESE. Như ta đã biết, với một đặc trưng là có thể phát ra tia tiên đạo đón bắt dòng sét, với độ dài là độ lợi khoảng cách – quá trình này được mô hình bởi đường tròn có tâm là đỉnh kim thu sét, bán kính thì đường đồng khả năng được xem là tập hợp điểm cách đường tròn nói trên (hoặc thân cột) và mặt đất – được biểu diễn bởi trục Ox – một khoảng cách bằng với giá trị khoảng cách phóng điện (D). Với hệ trục Oxy ở hình 2-15, đường tròn tâm O(0,h) bán kính có phương trình viết được sau đây:
x2 + (y – h)2 =
(C’)
Trục Ox có phương trình:
y = 0
(d’)
Đường tròn (C’’) có tâm O’(x0,y0), bán kính D thay đổi có phương trình được viết như
sau:
(x – x0)2 + (y – y0)2 = D2
Từ điều kiện đã nêu, nhận thấy rằng:
+ (C’’) tiếp xúc với (C’):
OO’ = + D
(2.12)
+ (C’’) tiếp xúc với Ox:
d(O’,(d’)) = D hay y0 = D
(2.13)
Từ (2.15) và thế D = y0 vào (2.14), ta được:
(2.14)
Từ (2.14), ta thấy: tập hợp tâm O’(x0,y0) thuộc parabol có đỉnh S(O,(h - )/2), tiêu điểm F(0,h), đường chuẩn y = 0. Đó chính là đường đồng khả năng và chính là một phần đường bao của thể tích hấp thu.
Các hình sau minh hoạ vùng thể tích hấp thu của đầu thu (ESE), tương ứng với các
trường hợp h > (hình 2-17), h = (hình 2-17) và h < (hình 2-18).
Trường hợp h > (hình 2-17), đường đồng khả năng còn bao gồm một phần của các
đường thẳng y = x và y = -x (khảo sát trong hệ trục Oxy ở hình 2-15).
2.2.1.4 Khảo sát sự tồn tại phạm vi bảo vệ của ESE
Phạm vi bảo vệ của kim thu sét chính là một trường hợp cụ thể - ứng với một khoảng cách phóng điện xác định – của vùng thể tích hấp thu, có được khi cho khoảng cách phóng điện thay đổi trong tiến hành khảo sát.
Từ hình 2-19, nhận thấy rằng: hình tròn bán kính Dmin tiếp xúc với (C’) và (d’) có tâm
thuộc cột thu lôi. Giá trị Dmin trong trường hợp này xác định như sau:
(2.15)
Thật ra, giá trị Dmin ở trên thu được khi chỉ khảo sát tầm “đón bắt” tiên đạo sét của đỉnh kim. Vấn đề đặt ra ở đây là thân cột cũng có khả năng bị tiên đạo sét phóng điện vào một khi đỉnh kim không còn tác dụng bảo vệ – chỉ trong trường hợp h > . Quan sát lại hình 2-16, ta thấy khi khoảng cách phóng điện chỉ cần nhỏ hơn giá trị tung độ của giao điểm giữa (P) được biểu diễn bởi phương trình (2.14) và đường thẳng y = x thì sét sẽ đánh vào thân cột. Lúc này, cột thu lôi có trang bị ESE trở thành cột thu lôi Franklin thuần tuý có độ cao lớn nhất bằng với bán kính bảo vệ đáy. Nhận thấy, khoảng cách phóng điện cũng có giá trị này – đó là tung độ giao điểm giữa
(P): y = x2/[2(h + )] + (h + )/2 và
(d): y = x
ta nhận được kết quả sau:
(2.16)
Do đó, giá trị khoảng cách phóng điện nhỏ nhất Dmin được chọn theo (2.16). Giá trị này có được khi h > . Khi h < , không có trường hợp sét đánh vào cột thu lôi.
Như vậy, với một khoảng cách phóng điện D0 < Dmin xác định theo (2.16) – chỉ đối với trường hợp h > – hình tròn (C’’) bán kính D0 sẽ không tiếp xúc với cả (C’) và (d’). Có thể giả sử rằng ở một vị trí nào đó, hình tròn (C’’) sẽ hoàn toàn tiếp xúc với (d’) và với đường thẳng có phương trình x = 0 – chính là thân cột – mà chưa tiếp xúc với (C’). Trên thực tế, với sự phát triển tự nhiên của kênh tiên đạo, sét có thể sẽ đánh trực tiếp xuống công trình phía dưới hoặc vào thân cột: điều này có nghĩa tác dụng bảo vệ của đỉnh kim thu sét sẽ không còn hiệu quả nữa.
Nếu khoảng cách phóng điện nhỏ hơn Dmin (ứng với trường hợp h > ), tác dụng bảo
vệ công trình của cột thu sét có trang bị ESE với độ cao thực h sẽ trở thành vô nghĩa.
Trong khảo sát trên, đã xem khoảng cách phóng điện D không phụ thuộc vào độ cao thu sét h. Biểu thức (2.8) là biểu thức thực nghiệm ở thập niên 60. Những năm gần đây, có các công trình thực nghiệm chính xác hơn, chẳng hạn như mô hình của Eriksson đề nghị: D = 0,67h0,6I0,74, hoặc theo mô hình của IEEE khi tính khoảng cách phóng điện của tiên đạo sét đến mặt đất đã đề nghị công thức: D = 0,9.8I0,65, trong khi khoảng cách để có được sự phóng điện đối với cao trình trên mặt đất là: D = 8I0,65. Điều đó có nghĩa là khoảng cách phóng điện thay đổi, ứng với vị trí của tiên đạo sét đối với cao độ cột thu lôi và với mặt đất. Như vậy, sẽ có một vài thay đổi nhỏ trong biểu thức tính bán kính bảo vệ (R P, rx) nhưng không thay đổi dạng của phạm vi bảo vệ. Do vậy, các kết quả đã được đề xuất vẫn có thể chấp nhận.
2.2.1.5 Một số nét về thiết bị chống sét tạo tia tiên đạo Prevectron 2
Thiết bị chống sét Prevectron 2 là loại điện cực phát tiên đạo sớm do công ty Indelec – Cenes (Pháp) nghiên cứu, thiết kế chế tạo và cải tiến từ các sản phẩm Prevectron trước đây. Do đó nó có vùng bảo vệ và độ tin cậy cao hơn. Thiết bị chống sét Prevectron 2 đã được thử nghiệm thực tế và đạt tiêu chuẩn Pháp NFC 17 – 102.
* Cấu tạo của điện cực phát xạ sớm loại Prevectron 2 bao gồm:
+ Kim thu sét trung tâm bằng đồng điện phân hoặc thép không gỉ. Kim có tác dụng tạo một đường dẫn dòng sét liên tục từ tiên đạo sét xuống đất theo dây dẫn sét. Kim được gắn trên một trụ đỡ cao tối thiểu 2 m.
+ Hộp bảo vệ bằng đồng hoặc thép không gỉ. Hộp được gắn vào kim thu sét trung
tâm, có tác dụng bảo vệ thiết bị tạo ion bên trong.
+ Thiết bị tạo ion, giải phóng ion và tạo tia tiên đạo ngược: đây là thiết bị có tính năng đặc biệt của đầu thu Prevectron 2. Nhờ thiết bị này mà đầu thu sét Prevectron 2 có thể tạo được một vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ an toàn cao.
+ Hệ thống các điện cực phía dưới có tác dụng thu năng lượng điện trường khi
quyển, giúp cho thiết bị chống sét hoạt động.
+ Hệ thống các điện cực phía trên có tác dụng phát tia tiên đạo.
* Nguyên tắc hoạt động của đầu thu sét Prevectron 2:
Trong trường hợp giông bão xảy ra, điện trường khí quyển gia tăng nhanh chóng (khoảng vài nghìn vôn/met), đầu thu sét Prevectron 2 sẽ thu năng lượng điện trường khí
quyển bằng hệ thống điện cực phía dưới. Năng lượng này được tích trữ trong thiết bị ion hóa.
Trước khi xảy ra hiện tượng phóng dòng điện sét (mà ta thường gọi là “sét đánh”), có một sự gia tăng nhanh chóng và đột ngột của điện trường khí quyển, ảnh hưởng này tác động làm thiết bị ion hóa giải phóng năng lượng đã tích lũy dưới dạng các ion, tạo ra một đường dẫn tiên đạo về phía trên – chủ động dẫn sét.
* Quá trình ion hóa được đặc trưng bởi những tính chất sau:
+ Điều khiển sự giải phóng ion đúng thời điểm. Thiết bị ion hóa cho phép ion phát ra trong khoảng thời gian rất ngắn và tại thời điểm thích hợp đặc biệt, chỉ vài phần của giây trước khi có phóng điện sét. Do đó đảm bảo dẫn sét kịp thời, chính xác và an toàn.
+ Sự hình thành hiệu ứng quầng sáng điện Corona. Sự xuất hiện của một số lượng lớn các electron tiên đạo cùng với sự gia tăng của điện trường có tác dụng rút ngắn thời gian tạo hiệu ứng quầng sáng điện Corona.
+ Sự chuẩn bị trước một đường dẫn sét về phía trên. Đầu thu sét Prevectron 2 phát ra một đường dẫn sét chủ động về phía trên nhanh hơn bất cứ điểm nhọn nào gần đó, do đó sẽ đảm bảo dẫn sét chủ động và chính xác. Trong phòng thí nghiệm, đặc điểm này được đặc trưng bằng đại lượng – độ lợi về thời gian phát ra một đường dẫn sét về phía trên giữa đầu thu sét Prevectron 2 và các kim loại thu sét thông thường khác.
* Các loại đầu thu sét:
Dựa theo đặc điểm số lượng các điện cực phía trên (hoặc phía dưới) và thời gian phát tiên đạo sớm (T) mà Prevectron 2 có năm loại đầu thu, ký hiệu như sau: TS 2.25; TS 3.40; S 3.40; S 4.50 và S 6.60.
Ví dụ:
+ S 3.40 là loại điện cực phát tiên đạo sớm Prevectron 2, có 2 điện cực phía trên (2
điện cực phía dưới) và có thời gian phát xạ sớm là 40.
+ S 6.60 là loại điện cực phát tiên đạo sớm Prevectron 2, có 2 điện cực phía trên (6
điện cực phía dưới) và có thời gian phát xạ sớm là 60.
Mỗi loại tùy thuộc vào chất liệu của kim thu sét được chia làm 2 nhóm:
+ Loại cấu tạo bằng đồng: kim thu sét trung tâm và các điện cực được chế tạo bằng
đồng, đảm bảo thu và dẫn sét tốt.
+ Loại cấu tạo bằng thép không gỉ: kim thu sét, các điện cực và hộp bảo vệ làm bằng thép không gỉ. Loại đầu thu sét này thích hợp với môi trường ăn mòn và nơi có nhiều bụi bẩn.
Bảng 2: Số liệu thực nghiệm Rp đầu thu Prevectron 2
h (m)
2
3
4
5
6
7
8
10
15
20
45
60
Mức bảo vệ cao (D = 20 m)
79
S 6.60
31
47
63
79
79
80
79
79
80
69
S 4.50
27
41
55
68
69
70
69
69
70
59
S 3.40
23
35
46
58
58
60
59
59
60
59
TS 3.40
23
35
46
58
58
60
59
59
60
43
TS 2.25
17
25
34
42
43
45
43
44
45
Mức bảo vệ trung bình (D = 45 m)
101
102
105
S 6.60
39
58
78
97
97
98
99
S 4.50
34
52
69
86
87
90
87
88
92
95
S 3.40
30
45
60
75
76
80
77
77
81
85
TS 3.40
30
45
60
75
76
80
77
77
81
85
TS 2.25
23
34
46
57
58
63
59
61
65
70
Mức bảo vệ chuẩn (D = 60 m)
S 6.60
43
64
85
107
107
108
109
113
119 120
S 4.50
38
57
76
95
96
97
98
102
109 110
S 3.40
33
5
67
84
84
85
87
92
99
100
TS 3.40
33
50
67
84
84
85
87
92
99
100
TS 2.25
26
39
52
65
66
67
69
75
84
85
* Các ưu điểm của đầu thu sét Prevectron 2:
+ Bán kính bảo vệ rộng.
+ Khả năng bảo vệ công trình ở mức cao nhất.
+ Tự động hoạt động hoàn toàn, không cần nguồn điện cung cấp, không cần bảo trì.
+ Nối đất đơn giản nhưng tin cậy.
+ Hoạt động tin cậy, an toàn, đã được kiểm tra thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cao áp bởi Trung tâm nghiên cứu Khoa học Quốc gia Pháp và kiểm tra trong điều kiện sét thực tế bởi Hội đồng năng lượng nguyên tử Pháp.
* Tính toán vùng bảo vệ:
Vùng bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm Prevectron 2 được xác định qua bán
kính bảo vệ Rp theo công thức sau:
Trong đó:
D (m) – khoảng cách phóng điện, được xác định theo mức bảo vệ lựa chọn (cao,
trung bình, chuẩn);
H (m) – độ cao thực của điện cực phát tiên đạo sớm Prevectron 2 trên đối tượng bảo
vệ;
với
+ – độ lợi về thời gian phát xạ sớm của loại Prevectron 2 được lựa chọn;
+ V = 106 (m/s) – tốc độ của tiên đạo ngược.
2.2.2 Tính toán
Theo tiêu chuẩn xây dựng – TCXD 46: 1984 “Chống sét cho các công trình xây dựng: tiêu chuẩn thiết kế – thi công” – Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội 2003, tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện được yêu cầu chống sét cấp III. Đối với các công trình cấp III cần phải đặt thiết bị chống sét ngay trên công trình, chỉ được phép đặt thiết bị chống sét độc lập với công trình trong những trường hợp đặc biệt có lợi về kỹ thuật và kinh tế.
Tham khảo bảng số liệu thông số bảo vệ của các đầu thu: Ionostar, Saint – Elmo, Dynasphere, Prevectron 2, Pulsar, Satelit+, ta thấy đầu thu Prevectron 2 có bán kính bảo vệ đáy lớn hơn và có nhiều ưu điểm so với các đầu thu khác nên ta chọn sử dụng đầu thu này.
Thiết kế đặt kim thu sét tại góc của công trình (khoảng giữa tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện) nên ta chọn bán kính cần bảo vệ Rp = 36,33 m. Do chiều cao của công trình cần được bảo vệ bé và mức độ cần được bảo vệ (cấp III) nên ta chọn đầu thu Prevectron 2 loại TS 2.25. Tra bảng 2, ta tìm được chiều cao cần thiết của kim thu sét là 3 m.
Vậy kim thu sét tạo tia tiên đạo Prevectron 2 loại TS 2.25 với chiều cao 3 m đã bảo
vệ hoàn toàn công trình xây dựng: Bộ môn Kỹ Thuật Điện.
2.3
So sánh giữa hai phương pháp
Ưu điểm của các đầu thu đón bắt đặt trong không trung theo kỹ thuật mới so sánh
với những đầu thu theo tập quán kiểu Franklin:
– Đầu thu theo tập quán Franklin:
+ Đặt cơ sở trên những thiết kế từ năm 1752.
+ Mỗi cột yêu cầu khoảng cách trung bình 5 15 m.
+ Hình dáng bên ngoài không hấp dẫn.
+ Khó khăn và tốn nhiều thời gian để lắp đặt trang thiết bị.
+ Ít tin tưởng trong vận hành.
+ Mức độ hiệu quả không rõ rệt.
– Đầu thu đón bắt sét theo kỹ thuật mới:
+ Đặt cơ sở trên kỹ thuật mới nhất
+ Thông thường chỉ cần có một đầu thu đón bắt.
+ Hình dáng dễ chấp nhận, không dễ nhận thấy vẻ bên ngoài.
+ Dễ đặt trên công trình.
+ Dễ dàng trong công tác duy trì bảo quản.
+ Hiệu quả hơn và tin tưởng trong vận hành.
+ Thành tựu đạt được thể hiện rõ ràng.
Qua so sánh trên và kết quả thiết kế thực tế như đã trình bày, ta nên chọn đầu thu tiên đạo sớm Prevectron 2 loại TS 2.25 làm thiết bị chống sét cho Tòa nhà Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ.
KẾT LUẬN
Sau thời gian thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp “Thiết kế chống sét cho Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ”, tôi đã rút ra được nhiều kinh nghiệm quý báu cho bản thân từ những vấn đề thực tế và từ sự giúp đỡ của cán bộ hướng dẫn cũng như của các Thầy trong Bộ môn. Nó sẽ là hành trang theo tôi trên suốt đoạn đường còn lại của mình. Qua đề tài này, tôi đã biết cách lựa chọn đầu thu chống sét cho phù hợp với điều kiện thực tế, cũng như sự tính toán hệ thống nối đất chống sét đầy phức tạp.
Với sự khảo sát lý thuyết và kết hợp thực tế, tối đã chọn đầu thu Prevectron 2 loại TS 2.25 (bán kính bảo vệ 39 m) để bảo vệ cho công trình xây dựng của Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ khỏi bị hiện tượng sét đánh trúng, đảm bảo an toàn cho người và tài sản bên trong công trình. Thiết bị chống sét sử dụng đầu thu tạo tia tiên đạo sớm có nhiều ưu điểm so với kim thu sét B.Franklin nên nó được lựa chọn ưu tiên hơn. Chính sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã tạo nên lợi thế cho loại đầu thu sét dạng này.
Nhìn chung, phương pháp B.Franklin do độ tin cậy không cao nên sẽ dùng chống sét cho những công trình nhỏ, thấp và tầm quan trọng không cao. Nếu sử dụng những đầu thu tiên đạo sớm để bảo vệ cho những công trình trên thì sẽ gây lãng phí. Vậy, với những đặt tính ưu việt của mình đầu thu ESE sẽ được thiết kế bảo vệ cho những công trình quy mô hơn và đòi hỏi mức độ an toàn cao hơn. Với Bộ môn Kỹ Thuật Điện, tuy công trình không lớn nhưng thiết bị bên trong rất giá trị và đòi hỏi mức độ bảo vệ cao nên ta sẽ sử dụng đầu thu ESE để chống sét cho nó.
Bên cạnh đó, hệ thống nối đất chống sét cũng đóng một vai trò rất quan trọng trong công tác thiết kế chông sét. Nó sẽ đảm bảo dòng điện sét tản trong đất có nhanh chóng và hiệu quả hay không. Điều này là một trong những tiêu chí đánh giá mức độ thành công của công tác thiết kế chống sét cho bất cứ công trình xây dựng nào.
Như vậy, Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ đã được thiết kế chống sét thành công như những gì đã thể hiện trong phần trình bày của quyển luận văn này. Tuy nhiên, để tăng độ an toàn cho người và tài vật bên trong công trình, ta có thể dùng hóa chất để làm giảm điện trở của hệ thống nối đất chống sét – giúp dòng điện sét tản nhanh trong đất. Mặt khác, có thể tăng bán kính bảo vệ (tăng độ an toàn cho công trình) bằng cách chọn loại đầu thu có mức bảo vệ cao hơn.
