Tiêu chuẩn chống sét công trình TCVN 9385:2012 - Phần 3

14/7/2021 | 253 lượt xem

Cường độ dòng điện của một tia sét, Điện thế, Các hiệu ứng về điện, Hiệu ứng lan truyền sét, Hiệu ứng nhiệt, Hiệu ứng cơ, Khoảng cách các trụ đỡ hệ thống dẫn sét, Mạng nối đất và cực nối đất

 

Phụ lục A

(Tham khảo)

Các khía cạnh kỹ thuật của hiện tượng sét

A.1.

Cường độ dòng điện của một tia sét

Cường độ dòng điện của một tia sét thường nằm trong khoảng từ 2 000 A đến 200 000 A. Thống kê các giá trị này trong thiên nhiên theo phân bố chuẩn logarit như sau:

-1 % các tia sét đánh vượt quá 200 000 A

- 10 % các tia sét đánh vượt quá 80 000 A

- 50 % các tia sét đánh vượt quá 28 000 A

- 90 % các tia sét đánh vượt quá 8 000 A

- 99 % các tia sét đánh vượt quá 3 000 A

Dòng điện trong hầu hết các tia sét đánh xuống mặt đất là từ các phần tử mang điện tích âm trong các đám mây dông và như vậy tia sét là dòng các hạt tích điện âm từ mây xuống mặt đất. Cũng có các tia sét từ các phần tử mang điện tích dương, nhưng ít thường xuyên hơn. Về chiều dòng điện là dòng điện một chiều tăng vọt trong quãng thời gian không đến 10 ms đối với tia sét mang điện tích âm (đối với tia sét mang điện tích dương thời gian này dài hơn khá nhiều), sau đó giảm dần tới một giá trị nhỏ, đối với một tia sét đơn, trong khoảng thời gian 100 ms hoặc nhỏ hơn.

Để tính toán thiết kế hệ thống chống sét, người ta sử dụng giá trị dòng điện sét (i max) được cho là có hại nhất sau đây:

I max = 200 kA

(A.1)

 = 200 kA/ms

(A.2)

A.2.

Điện thế

Trước khi hiện tượng phóng điện xảy ra, điện thế của khối cầu tích điện có thể ước tính sơ bộ bằng cách giả thiết điện tích Q là 100 C và bán kính của hình cầu tương đương vào khoảng 1 km. Do đó điện dung của cả khối vào khoảng 10-7 F. Từ công thức Q = CV, điện thế tính được sẽ vào khoảng 109 V. Điều này có nghĩa điện áp ban đầu ở đám mây là trên 100 MV.

A.3.

Các hiệu ứng về điện

Khi cường độ dòng điện bị tiêu hao qua điện trở của phần cực nối đất của hệ thống chống sét, nó sẽ tạo ra sự tụt điện áp kháng và có thể làm tăng tức thời hiệu điện thế với đất của hệ thống chống sét. Nó cũng có thể tạo nên xung quanh cực nối đất một vùng có chênh lệch điện thế cao có thể gây nguy hiểm cho người và động vật. Tương tự như vậy cũng cần phải lưu ý đến điện cảm tự cảm của hệ thống chống sét do đoạn dốc đứng của xung điện do sét gây ra.

Độ tụt điện áp do hiện tượng trên gây ra trong hệ thống chống sét do đó sẽ là tổng số học của hai thành phần là điện áp cảm ứng và điện áp kháng.

A.4.

Hiệu ứng lan truyền sét

Điểm mà sét đánh vào hệ thống chống sét có thể có điện thế bị tăng cao hơn rất nhiều so với các vật thể kim loại xung quanh. Bởi vậy sẽ có nguy cơ lan truyền sét sang các vật kim loại trên hoặc phía bên trong công trình. Nếu sự lan truyền này xảy ra, một phần của dòng điện do sét gây ra sẽ được tiêu hao qua các thiết bị lắp đặt bên trong như đường ống hoặc dây dẫn, và như vậy sẽ dẫn đến rủi ro cho người sống trong nhà cũng như kết cấu công trình.

A.5.

Hiệu ứng nhiệt

Việc quan tâm đến hiệu ứng nhiệt chỉ gói gọn trong việc tăng nhiệt độ trong hệ thống dẫn sét. Mặc dù cường độ dòng điện cao nhưng thời gian xảy ra là rất ngắn nên ảnh hưởng về nhiệt độ trong hệ thống bảo vệ là rất nhỏ.

Nói chung, diện tích cắt ngang của dây dẫn sét được chọn chủ yếu sao cho thỏa mãn về độ bền cơ khí, có nghĩa là nó đủ lớn để giữ cho độ tăng nhiệt độ trong khoảng 1 oC. Ví dụ như, với dây dẫn đồng có tiết diện 50 mm2, một cú sét đánh 100 kA với thời gian là 100 ms sẽ phóng ít hơn 400 J trên 1 m dây dẫn, dẫn đến độ tăng nhiệt độ khoảng 1 oC. Nếu dây dẫn là thép thì độ tăng này cũng ít hơn 10 oC.

A.6.

Hiệu ứng cơ

Khi một dòng điện có cường độ cao được tiêu tán qua các dây dẫn đặt song song gần nhau hoặc dọc theo một dây dẫn duy nhất nhưng có nhiều gấp khúc, nó sẽ gây ra các lực cơ học có độ lớn đáng kể. Do đó các điểm giữ hệ thống dây dẫn là rất cần thiết (Xem Hình A.1 và Bảng A.1).

Bảng A.1 -

Khoảng cách các trụ đỡ hệ thống dẫn sét.

Cách bố trí

Khoảng cách (mm)

Dây dẫn nằm ngang trên các mặt phẳng ngang

1 000

Dây dẫn nằm ngang trên mặt phẳng đứng

500

Dây dẫn thẳng đứng từ đất lên độ cao 20 m

1 000

Dây dẫn thẳng đứng từ 20 m trở lên

500

CHÚ THÍCH 1: Bảng này không áp dụng cho các trụ đỡ là các bộ phận của công trình, các trụ đỡ kiểu đó có thể có các yêu cầu đặc biệt.

CHÚ THÍCH 2: Cần khảo sát các điều kiện môi trường và khoảng cách thực tế giữa các trụ đỡ có thể khác so với những kích thước nêu trên.

Một tác động cơ học khác từ sét là do sự tăng cao đột ngột nhiệt độ không khí đến khoảng 30 000 oC (30 000 K) và sự giãn nở đột ngột không khí xung quanh đường dẫn sét xuống đất. Đây là do, khi độ dẫn điện của kim loại được thay thế bởi độ dẫn của một đường vòng cung, năng lượng sẽ tăng lên 100 lần. Một năng lượng lớn nhất khoảng 100 MW/m có thể được tạo ra trong cú phóng điện xuống mặt đất và sóng xung kích gần cú phóng điện này có thể làm trốc ngói lợp mái nhà.

Tương tự như vậy, với hiệu ứng lan truyền sét của sét trong các công trình, sóng xung kích có thể gây ra các hư hại cho kết cấu.

 

CHÚ THÍCH 1: Kẹp cho dây dẫn sét cần chế tạo riêng cho phù hợp với dây dẫn; kích thước a ở Hình e) phải bằng chiều dày dây và kích thước b phải bằng chiều rộng dây cộng thêm 1,3 mm (để giãn nở). Dây có tiết diện tròn cần được xử lý tương tự.

CHÚ THÍCH 2: Tất cả các kẹp cần được gắn chắc chắn vào kết cấu; không nên dùng vữa để gắn.

Hình A.1 - Thiết kế điển hình kẹp cố định dây dẫn sét

 

Phụ lục B

(Tham khảo)

Giải thích một số điều khoản của tiêu chuẩn

B.1. Mạng nối đất và cực nối đất

(Xem Điều 13 và Điều 14)

B.1.1. Hiệu ứng lan truyền sét và vùng tiềm ẩn điện áp bước lân cận vị trí nối đất

Nguy cơ lan truyền sét trong công trình có hệ thống chống sét và chênh lệch điện áp trong vùng đất xung quanh khu vực nối đất phụ thuộc vào điện trở của đất. Nguy cơ lan truyền sét còn phụ thuộc vào một số yếu tố khác được đề cập ở A.4. Chênh lệch điện áp ở khu vực nối đất là hàm của điện trở suất của đất. Trong Hình 19, cú sét được mô phỏng xảy ra trên một hệ thống chống sét. Dòng sét được truyền xuống đất qua các cực nối đất, điện áp khu vực nối đất tăng lên và sự chênh điện áp tác dụng lên các lớp đất. Có thể làm giảm sự chênh lệch điện áp này bằng cách nối vòng các cực nối đất với nhau.

Chênh lệch điện áp có thể gây nguy hiểm tới tính mạng của con người nếu như nó vượt qua vài ngàn vôn, tới động vật nếu như vượt qua vài trăm vôn. Do sự chênh lệch điện áp này là hàm của tích dòng điện sét và điện trở nối đất của cực nối đất nên hiển nhiên là việc giảm điện trở nối đất xuống càng thấp càng tốt trở nên hết sức quan trọng. Thực tế nên giới hạn giá trị điện trở nối đất lớn nhất là 10 W để bảo vệ cho người và động vật, tuy nhiên giá trị này càng nhỏ thì càng tốt. Một biện pháp khác để khắc phục chênh lệch điện áp trên bề mặt đất là chôn sâu các cọc nối đất với mũi cọc sâu ít nhất là 1 m, và bọc liên kết giữa dây xuống và bộ phận nối đất bằng vật liệu cách điện chịu điện áp đánh thủng tối thiểu 500 kV như polyethylene dày 5 mm. Mối nguy cơ đối với con người trong công trình giảm đi đáng kể nếu nhà có sàn thay vì nền bằng đất hay đá.

B.1.2. Sử dụng các đường ống kỹ thuật làm mạng nối đất

Không được sử dụng các đường ống dẫn nhiên liệu vào công trình làm mạng nối đất.

Các đường ống kỹ thuật khác có thể được sử dụng cho hệ thống chống sét bên trong công trình với điều kiện các điểm nối phải kiểm soát dễ dàng.

CHÚ THÍCH: đường ống cấp gas không được sử dụng làm cực nối đất (xem Hình 28).

B.1.3. Mạng nối đất

Ví dụ về kích thước cực nối đất trong đất có điện trở suất 100 Wm ở nhiệt độ 10 oC thông thường tạo ra điện trở nối đất của mạng nối đất khoảng 10 W như sau:

- Cực nối đất dạng vòng khép kín có chiều dài không nhỏ hơn 20 m chôn sâu ít nhất là 0,6 m dưới mặt đất; hoặc

- Đường ống hoặc thanh đứng có chiều dài mỗi thanh không dưới 1,5 m, tổng cộng chiều dài các thanh không dưới 9 m;

- Các thanh bố trí hướng tâm có chiều dài không nhỏ hơn 20 m chôn sâu ít nhất 0,6 m dưới mặt đất, hoặc

- Bê tông cốt thép (xem B.1.5).

Các cực nối đất cần được chôn sâu trong một số trường hợp như có lớp sét nằm dưới lớp cuội sỏi. Không nên tin cậy vào độ sâu mực nước ngầm. Nước ngầm, đặc biệt trong lớp sỏi, có thể bị rút sạch và sẽ không có tác dụng đảm bảo cho điện trở nối đất thấp cho hệ thống nối đất.

Điện trở nối đất giảm không đáng kể khi giảm tiết diện của cọc mà kích thước lớn của cọc nối đất còn làm tăng giá thành hệ thống và gây khó cho thi công.

Ví dụ về quan hệ giữa đường kính cọc nối đất với trọng lượng của cọc dài 1,2 m được kê ở Bảng B.1.

Bảng B.1 - Quan hệ đường kính và trọng lượng của cọc nối đất

Đường kính d

mm

Trọng lượng m

kg

13

1,4

16

2,3

19

3,2

25

5,4

Bảng B.1 chỉ ra rằng trọng lượng của cọc 1,2 m, đường kính 25 mm thì nặng hơn cọc 1,2 m đường kính 13 mm tới 4 lần.

Đối với cùng loại vật liệu trong cùng một loại đất thì một thanh cọc 4,8 m d = 13 mm hoặc 4 cọc 1,2 m d = 13 mm cho một giá trị điện trở vào khoảng 1/3 của thanh 1,2 m; d = 25 mm.

B.1.4. Trường hợp đặc biệt

Cần có sự cân nhắc đặc biệt đối với các trường hợp sau:

- Hàng rào có sử dụng kim loại (xem 20.3.1);

- Cây cối (xem Điều 23);

- Nhà ở nông thôn (xem 24.4)

- Công trình trên đá (xem 13.5)

Nếu công trình trên đá được chống sét theo phương án được đề cập trong 13.5 và kim loại trong và trên công trình được nối với hệ thống chống sét như giới thiệu ở 15.3 thì sẽ có được mức độ bảo vệ sét thích hợp cho người trong công trình. Tuy nhiên có thể nguy hiểm cho con người ra vào công trình khi có sét vì sự chênh lệch điện áp bên ngoài khi sét truyền xuống hệ thống chống sét của công trình.

Nếu bề mặt của đất hoặc đá có tính chất dẫn điện cao trong phạm vi khoảng 30 m đến 50 m tới công trình thì nối đất được mô tả ở Điều 14 có thể được sử dụng và nó có thể được nối với mạng nối đất mạch vòng. Nguy cơ đối với người ra vào giảm đi mặc dù không hoàn toàn bị loại bỏ.

B.1.5.

Sử dụng móng bê tông cốt thép làm bộ phận nối đất

Khi móng bê tông cốt thép được sử dụng làm bộ phận nối đất thì có thể áp dụng công thức tính gần đúng như sau:

 

(B.1)

trong đó: R là điện trở nối đất tính bằng ôm (W);

r là điện trở suất của đất tính bằng ôm nhân mét (Wm);

V là khối tích bê tông tính bằng mét khối (m3).

VÍ DỤ:

Ứng dụng của công thức:

5 m3 bê tông cốt thép trong đất 100 Wm thì điện trở nối đất xấp xỉ 10 W.

Các chân đế móng trong đất 100 Wm có giá trị điện trở sau:

0,2 m3 (quy đổi bằng bán cầu đường kính 0,9 m) có giá trị điện trở R = 30 W. Nghĩa là cần 3 cái thì sẽ đạt được giá trị yêu cầu 10 W.

0,6 m3 (tương đương 1,4 m bán cầu) có R = 20 W. Nghĩa là cần 2 cái thì đạt giá trị 10 W.

B.2. Kim loại trong và trên công trình cao hơn 20 m

(Xem Điều 15, Điều 16).

B.2.1. Máng dẫn nước kim loại có hoặc không nối đất

Bất cứ bộ phận kim loại nào trong hoặc trên công trình không nối với hệ thống chống sét nhưng lại nối với đất như các đường ống cấp nước, cấp gas, tấm kim loại, hệ thống điện đều có nguy cơ nhiễm sét. Thậm chí những bộ phận không tiếp xúc với đất cũng có chênh lệch điện thế giữa chúng với hệ thống chống sét mặc dù sự chênh lệch điện thế này nhỏ hơn so với trường hợp bộ phận kim loại đó được nối đất. Nếu sự chênh lệch điện thế gây ra trong một thời gian ngắn như vậy giữa bất kỳ bộ phận nào của hệ thống chống sét và các bộ phận kim loại gần kề vượt quá khả năng chống điện áp đánh thủng của vật liệu nằm giữa chúng (có thể là không khí, tường gạch, hoặc bất cứ vật liệu nào khác) thì có thể xảy ra hiện tượng lan truyền sét. Điều này có thể gây hư hỏng trong thiết bị, gây cháy hoặc sốc điện đối với người và vật.

B.2.2. Liên kết tại hai đầu máng nước kim loại

Liên kết này phải được thực hiện ở cả hai đầu của bất cứ chi tiết kim loại nào chìa ra. Khi đó kim loại có thể tham gia vào việc tiêu tán dòng điện sét nhưng phải tránh các nguy cơ hư hại vật lý hoặc thương tổn con người.

B.2.3. Lựa chọn bộ phận kim loại liên kết

Rất khó lựa chọn bộ phận kim loại nào thì liên kết, bộ phận nào thì bỏ qua. Đối với các bộ phận kim loại dài như đường ống nước, thang máy, thang sắt dài thì có thể dễ dàng quyết định chúng cần được nối với hệ thống bảo vệ chống sét của công trình mà không phải tốn kém nhiều. Tuy nhiên các bộ phận kim loại ngắn cách ly như khung cửa sổ chỉ có thể tiếp đất ngẫu nhiên qua màn nước mưa trên bề mặt kết cấu thì có thể bỏ qua.

Các công trình có cốt thép hoặc vách bao che kim loại tạo thành lưới kim loại khép kín liên tục tạo ra một trạng thái mà các kim loại bên trong không được liên kết có thể được giả thiết rằng chúng có cùng điện thế với bản thân kết cấu. Đối với các công trình đó nguy cơ lan truyền sét được giảm nhiều và yêu cầu đối với việc liên kết cũng giảm đi.

B.2.4. Nguy cơ của lớp phủ kim loại mỏng

Nếu bất cứ một phần bề mặt ngoài của công trình nào được bao phủ bởi một lớp kim loại mỏng, lớp kim loại này có thể được thiết kế hay ngẫu nhiên tạo thành một bộ phận dẫn dòng điện sét xuống đất. Dòng sét đó có thể tách ra khỏi lớp kim loại do các nguyên nhân như lớp kim loại không liên tục hoặc tiết diện lớp kim loại quá nhỏ nên nó sẽ bị chảy ra khi dòng điện sét đi qua. Cả hai trường hợp đó đều dẫn tới hiện tượng hồ quang điện và dễ gây cháy nếu có vật liệu dễ cháy ở gần. Khuyến nghị là nên tránh các nguy cơ đánh tia lửa điện ghi trong 15.2.

B.2.5. Dòng tự cảm trong dây xuống trong mối liên quan với chiều cao công trình

Khi chiều cao công trình tăng lên thì điện áp cảm kháng tại cực nối đất được cho là từng bước kém quan trọng hơn so với điện áp tự cảm rơi trên đường dẫn sét.

B.3. Cây và công trình gần cây

(Xem Điều 21)

Điều 21 đề cập tới giải pháp chống sét cho cây. Hệ thống chống sét được thiết kế để bảo vệ an toàn cho cây và giảm điện áp bước nằm trong vùng chôn đường dây dẫn sét, cực nối đất. Đứng dưới tán cây khi có giông sét là rất nguy hiểm.

Khi bị sét đánh, dòng sét lan truyền theo nhánh, cành tới thân cây và có thể gây hiệu ứng lan truyền sét sang các hạng mục công trình liền kề. Cường độ phóng điện của cây có thể lấy bằng 250 kV/m so với khả năng kháng dòng của không khí là 500 V/m. Các số liệu này là cơ sở của Điều 21 quy định khoảng cách tối thiểu giữa công trình và cây.

Khi công trình quá gần cây, có nguy cơ lan truyền sét từ cây sang công trình khi có sét thì hệ thống chống sét của công trình cần phải phủ vùng bảo vệ lên cả cây đó. Nếu cây nằm trong vùng bảo vệ của hệ thống chống sét của công trình thì công trình được coi là an toàn.

B.4. Các công trình khác

(Xem Điều 23)

B.4.1. Lều trại nhỏ

Đối với lều trại nhỏ tuân thủ theo 23.1.1 có thể sẽ tốn kém. Mặc dù vậy, trong vùng nhiều sét thì nên có biện pháp chống sét. Cụ thể là:

a) Để chống sét cho lều trại nhỏ có thể sử dụng một hoặc hai cần kim loại (dạng ống lồng ăng ten) phía bên ngoài lều, bố trí sao cho lều nằm trong phạm vi được bảo vệ như ở 9.2. Chân của các cần kim loại cần được nối với cọc chống nối đất đặt xa lều và cắm vào đất ẩm. Thêm nữa có thể sử dụng một dây kim loại trần đặt trên mặt đất xung quanh lều và nối tới chân của mỗi cần kim loại.

b) Trong trường hợp lều trong khung kim loại thì khung đó làm việc như là một dây dẫn sét. Khung đó phải được nối xuống đất như hướng dẫn ở phần a) ở hai đầu của lều.

c) Khi có giông sét, đối với lều không được chống sét, thì cần phải tìm cách loại bỏ điện áp bước tác dụng lên cơ thể người. Có thể thực hiện điều đó bằng cách nằm lên trên một vật kim loại đặt trực tiếp trên đất. Nếu không có điều kiện như vậy thì có thể ngồi bó gối trên mặt đất và tránh tiếp xúc với lều và với người khác.

B.4.2. Sân vận động

Khi cột đèn cao bị sét đánh, dòng điện sét truyền xuống nền qua chân cột và có thể ước lượng độ chênh điện áp của đất nền từ giả thiết rằng các lớp đẳng thế ở dưới nền phân bố dạng các bán cầu. Do đó với dòng trung bình khoảng 30 kA và điện trở suất của đất 103 Wm, độ chênh điện áp của đất nền sẽ vào khoảng 50 kV/m trong khoảng 10 m từ chân cột và nó thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách và diện tích (Hình 19, Hình 36).

Với giả thiết đó, đối với người gradient điện áp không được vượt quá 10 kV/m tương ứng với khoảng cách 22 m từ chân cột. Sử dụng một cực nối đất thích hợp dưới hình thức một lưới tròn bán kính 10 m có thể làm giảm ứng suất điện áp xung quanh cột. Thêm nữa có thể chống lại điện áp bước bằng cách bọc tấm cách điện bằng PVC dưới lớp asphan. Để tránh tiếp xúc trực tiếp với chân cột có thể sơn phủ keo epoxy dày 5 mm từ chân cột tới độ cao 3 m.

Lưu ý tránh việc tăng nhiệt độ quá mức giới hạn dưới tác dụng của bức xạ mặt trời sẽ làm giảm giá trị của lớp bảo vệ.

B.5. Công trình có hình dáng phức tạp

(Xem 11.2.4)

Phương pháp "hình cầu lăn" được mô tả ở mục này có thể được sử dụng để nhận biết các phần không được bảo vệ sét đánh của công trình cao nhiều mô đun phức tạp. Phương pháp này dựa trên nguyên lý quá trình tiếp xúc của đầu tích điện sét tới công trình.

Trước khi xảy ra sét, đầu tích điện sét hướng xuống đất (hình thành trên các đám mây dông) và cách nhánh tích điện của nó hạ thấp dần. Khi đầu tích điện sét hạ xuống thì xảy ra quá trình điện ngược dấu ở trên mặt đất (cũng hình thành đầu tích điện sét hướng lên trên) và tạo ra trường điện giữa hai mảng tích điện trái dấu. Cường độ của trường điện này tăng dần tới khi đủ lớn thì đầu tích điện hướng lên ở phía dưới phóng lên trên để gặp đầu tích điện sét hướng xuống phóng xuống dưới và tạo thành tia sét.

Do đó tia sét sẽ đánh trên mặt đất hoặc trên công trình tại nơi mà đầu tích điện hướng lên được phóng đi và do các đầu tích điện hướng lên đó được phóng lên tại các điểm có cường độ điện trường cao nhất và có thể phóng thẳng lên trời mà không bị cản nên chúng có thể phóng theo bất cứ hướng nào để gặp đầu tích điện sét từ mây phóng xuống. Một ví dụ cho hình ảnh này là sét vẫn đánh vào mặt bên của công trình cao mặc dù thông thường nó không đánh vào phần công trình nằm dưới góc 45o của hình côn từ điểm bảo vệ cao nhất của công trình.

Các điểm có cường độ điện trường mạnh nhất trên đất hoặc công trình thường là khu vực gần nhất với đầu tích điện hướng lên trước khi nó phóng lên. Các điểm có khoảng cách bằng nhau từ điểm cuối của các đầu tích điện đều có cùng nguy cơ bị sét đánh còn các điểm xa hơn sẽ ít bị nguy cơ sét đánh hơn. Do đó các điểm trên bề mặt của hình cầu tưởng tượng có tâm nằm ở đầu tích điện hướng lên trước khi xảy ra sét là các vị trí mà đầu tích điện hướng lên có thể phóng điện lên (xem Hình B.1). Do đầu tích điện của mây dông có thể phóng xuống bất cứ hướng nào nên tất cả các vị trí mà đầu tích điện của mây dông có thể tiếp cận được có thể mô phỏng bằng cách lăn một hình cầu tưởng tượng có bán kính bằng chiều dài của bước cuối (last step length), xung quanh công trình và thẳng xuống mặt đất. Khi nó tiếp xúc với công trình có thể tạo ra cú sét đánh và những vị trí hay bề mặt như vậy cần phải có bộ phận thu sét như mô tả ở Điều 11. Tuy nhiên nếu các bộ phận đó của công trình không có các điểm góc nhọn hay vật nhô ra thì bộ phận thu sét hiện hữu có thể chấp nhận được. Nếu có các điểm góc nhọn hay vật nhô ra thì cần xem xét để bổ sung thêm bộ phận thu sét.

Công trình cao có hình dạng đơn giản có thể được chống sét như mô tả ở Hình 22 nhưng đối với công trình phức tạp cần áp dụng phương pháp hình cầu lăn này. Phương pháp này cũng có thể áp dụng cho các công trình có bộ phận thu sét đặt trên công trình hoặc có các bộ phận thu sét treo phía trên. Phương pháp này cũng có thể sử dụng để xác định vùng được bảo vệ sét của bất cứ một thiết kế hệ thống chống sét nào.

Nhìn chung kích thước cầu càng nhỏ thì khả năng bảo vệ chống sét càng tốt hơn nhưng sẽ tốn kém khi xây lắp hệ thống. Cỡ cầu được khuyến nghị có bán kính từ 20 m đến 60 m. Thông thường nên sử dụng cầu có bán kính 60 m. Còn cầu có bán kính 20 m chỉ nên dùng cho các công trình có nguy cơ cháy cao.

Các vùng gạch chéo và cột nhô cao cần được đánh giá xem có cần bộ phận thu sét hay không. Trong nhiều trường hợp dây xuống đã đảm bảo thu sét trên các cạnh công trình.

 

 

Hình B.1 - Ví dụ sử dụng phương pháp "hình cầu lăn" để đánh giá sự cần thiết phải bố trí bộ phận thu sét cho một công trình có hình dạng phức tạp.

 

Phụ lục C

(Tham khảo)

Hướng dẫn chung chống sét cho thiết bị điện trong và trên công trình

C.1. Thông tin chung

Mục này đưa ra những hướng dẫn đánh giá các nguy cơ làm hư hại hoặc vận hành sai hệ thống thiết bị điện trong hoặc trên công trình khi bị sét và hướng dẫn thiết kế hệ thống chống sét cho thiết bị. Việc thực hiện các hướng dẫn trong tiêu chuẩn cũng có thể cung cấp mức độ nào đó chống lại các đe dọa có nguồn gốc khác (như việc đóng ngắt mạch).

Hệ thống chống sét thông thường chỉ được thiết kế và lắp đặt cho công trình. Mặc dù vậy, hệ thống thiết bị cần có độ tin cậy cao hơn và nó cũng đòi hỏi một hệ thống chống sét riêng để bảo vệ cho thiết bị điện cũng như các hệ thống thông tin dữ liệu.

Sự phức tạp của sét đánh vào công trình, dòng sét tăng cao trong thời gian ngắn kèm theo các hiện tượng khác là nguyên nhân gây phá hoại thiết bị, xóa dữ liệu. Nguy cơ của sét được đề cập ở C.4, song còn có nhiều yếu tố tác động đến việc cần đến hệ thống chống sét như nhu cầu:

- Giảm thiểu các nguy cơ cháy và sốc điện;

- Tránh ngừng trệ hoạt động sản xuất và thương mại có ảnh hưởng đến vấn đề kinh tế;

- Ngăn ngừa các tác hại về an toàn, sức khỏe;

- Bảo vệ các dịch vụ thiết yếu về an toàn, báo cháy, thông tin, quản trị công trình;

- Tránh phải sửa chữa tốn kém các trang thiết bị vi tính.

Các hướng dẫn ở phụ lục này mang tính tổng quát, khi áp dụng cho hệ thống chống sét cần tính đến các điều kiện thực tế. Trong những trường hợp đặc biệt thì cần phải tìm kiếm những lời khuyên của chuyên gia.

Tuy nhiên, ngay cả khi có hệ thống chống sét thì cũng không bao giờ hoàn toàn có thể chắc chắn là an toàn cho hệ thống thiết bị hay an toàn về dữ liệu.

Hình C.1 minh họa dòng sét đánh vào nhà máy công nghiệp, truyền qua các bộ phận của nhà và đi xuống đất.

CHÚ THÍCH: Phụ lục này chỉ dùng để tham khảo, việc tuân thủ phụ lục này không có nghĩa là tuân thủ nội dung tiêu chuẩn này.

C.2. Ứng dụng của phụ lục này

Khi áp dụng những hướng dẫn của phụ lục này cần tuân theo quy trình sau:

- Quyết định xem có cần hệ thống chống sét không (xem Điều 7)

- Nếu câu trả lời là có thì xem xét thiết kế chống sét rồi chuyển sang c), nếu câu trả lời là không thì chuyển ngay sang c).

- Quyết định liệu có cần phải chống sét cho các thiết bị điện, điện tử trong hay trên công trình không (xem C.4, C.5)

- Nếu câu trả lời cho câu hỏi c) là có thì xem các nội dung C.3, C.7, C.13; nếu câu trả lời là không thì không xem xét thêm.

CHÚ THÍCH 1: Thông tin cơ bản liên quan tới các khía cạnh chống sét được cho ở C.8, C.9

CHÚ THÍCH 2: Các ví dụ tính toán được cho ở C.6, C.10, C.11, C.12.

 

Hình C.1 - Các điểm sét đánh vào công trình công nghiệp có thể ảnh hưởng đến hệ thống điện tử

C.3.

Các yếu tố cơ bản về chống sét cho hệ thống điện

C.3.1.

Mức độ rủi ro

Trước khi thiết kế hệ thống chống sét cho thiết bị, cần lưu ý tới hệ thống chống sét cơ bản cho công trình. Thông tin ở C.4, C.5 giúp cho việc quyết định có cần phải bảo vệ thiết bị điện hay không.

C.3.2.

Chống sét của bản thân công trình

Khi cân nhắc các phương án phòng chống sét cho thiết bị điện của công trình thì cần xem liệu công trình đã được chống sét hoặc sẽ được chống sét theo tiêu chuẩn này chưa.

Loại công trình có khả năng chống sét lý tưởng là công trình có vách bao che bằng kim loại cho tất cả các bức tường và mái, nó tạo ra môi trường dạng "phòng được cách ly" cho các thiết bị điện. Nếu như tất cả các vách bao che và lớp phủ mái liên kết với nhau một cách thỏa đáng thì dòng sét đánh từ bất cứ chỗ nào của công trình sẽ được truyền xuống đất dạng "tấm truyền điện" trên bề mặt công trình và xuống bộ phận nối đất. Các công trình kết cấu thép hoặc Bê tông cốt thép có vách bao che kim loại là các công trình thuộc dạng này và như vậy chỉ cần chú ý đến việc bảo vệ các đường cáp nguồn cấp vào công trình (Hình C.2). Cần lưu ý đạt được kháng trở thấp từ liên kết giữa bộ phận nối đất của hệ thống chống sét với các hệ thống đường ống khác. Nên áp dụng phương pháp đi đường cấp điện vào như minh họa ở Hình 28 có kèm theo các bộ phận chặn xung nếu kết quả tính toán cho thấy cần phải có các bộ phận này.

Công trình xây dựng bằng bê tông cốt thép hoặc bằng khung thép không có vách bao che kim loại thì dòng sét có thể truyền bên trong các cột. Hướng dẫn đối với nơi lắp đặt máy tính và hệ thống dây dẫn được cho ở C.7.2.

Nếu như vật liệu xây dựng công trình chủ yếu là kim loại thì có thể xếp công trình có nguy cơ cao (xem Điều 18) và bố trí hệ thống chống sét tăng cường (xem C.7.1).

Nhìn chung cần lắp đặt các thiết bị chống quá áp càng gần tới các điểm kết nối ra/vào công trình càng tốt.

 

Hình C.2 - Các dạng chống sét có liên quan tới thiết bị điện tử

 

Hình C.3 - Phân bố dòng điện do sét đánh vào công trình có 15 cột chống xuống đất

 

CHÚ THÍCH 1. Đường đồng mức điện cảm truyền dẫn (MT) như sau:

1) 0,015 mH/m

5) 0,05 mH/m

2) 0,02 mH/m

6) 0,07 mH/m

3) 0,03 mH/m

7) 0,08 mH/m

4) 0,04 mH/m

CHÚ THÍCH 2. Các cột ở bên trong (A, B và C) chỉ mang tải tương đương 3,1 %, 2,3 % và 3,1 % tổng cường độ sét.

CHÚ THÍCH 3. Điện cảm tương hỗ đối với mạch trên mặt phẳng đứng có được bằng cách trừ giá trị điện cảm truyền dẫn tại vị trí của một cột từ giá trị tại vị trí khác (bỏ các giá trị âm trong kết quả). Điện cảm truyền tới dây trong cột tính bằng 0.

Ví dụ: Đối với vùng cao 2 m như trên hình vẽ và độ tăng dòng sét đánh  là 50 kA/ms:

Điện cảm tương hỗ (M) = (0,03 - 0,015) = 0,015 mH/m

Do đó điện áp = M. (giá trị vùng mức cao).  = (0,015 x 10-6) x (2,0) x (5 x 1010) = 1 500 V

Hình C.4 - Mặt bằng nhà có 15 cột chống xuống đất thể hiện trường phân bố điện cảm truyền dẫn

C.3.3. Hành trình dòng điện sét truyền trong công trình

Dòng điện sét truyền trong công trình dạng "phòng được cách ly" như đã được đề cập trong C.3.2 theo kiểu "mành dòng điện" trên bề mặt của mái, tường rồi xuống đất. Sự thay đổi điện trở nhỏ trong các phần khác nhau của bề mặt ảnh hưởng rất ít tới quá trình truyền điện này bởi vì đường dẫn dòng được xác định bằng độ cảm ứng chứ không bằng điện trở do bản chất hiện tượng sét đánh xảy ra rất nhanh. Xu hướng tương tự cũng diễn ra đối với dây xuống ngoài nhà đối với công trình có kết cấu khung thép hoặc Bê tông cốt thép có dạng như ở Hình C.3 và C.4, nơi dòng điện được phân ra bởi 15 đường riêng rẽ. Cần lưu ý là các đường xuống bên trong mang ký hiệu A, B và C ở Hình C.4 mang một lượng phần trăm rất nhỏ của dòng và do đó có trường điện từ nhỏ. Hệ thống chống sét cho hệ thống thiết bị điện trong nhà được phát triển bởi các đường dẫn sét được bố trí ở ngoài biên của nhà. Một số đường dẫn để giải quyết trong trường hợp có dòng giữa thiết bị với nhau. Đó là các dây đơn lẻ được lắp đặt trong nhà và được chấp nhận cho việc truyền sét cũng như chống lại phát sinh tia lửa điện.

C.3.4.

Ảnh hưởng của quy mô sét tới định dạng hệ thống khác nhau

Cách bố trí lý tưởng cho công trình và hệ thống điện bên trong để có thể làm giảm các nguy cơ dòng điện sét làm hư hại hoặc tác động không tốt tới chúng được thể hiện ở Hình C.2a.

Trong các trường hợp như vậy, có các biện pháp để bảo vệ tác động của sét gây ra trong hệ thống điện chính của nhà. Đây là sự sắp đặt được mô tả ở C.3.2 đối với một công trình được chống sét tốt.

Hệ thống điện trong các công trình phi kim loại không có hệ thống chống sét có nguy cơ bị sét tác động nhiều nhất. Cần phải xem xét cẩn thận phương pháp chống sét cho công trình và các bộ phận của nó. Một số nguy cơ được giải thích ở dưới đây và các hướng dẫn chống sét cụ thể được trình bày ở C.7.1 và C.7.2.

Một trong các ví dụ về tình huống nơi mà có các nguy cơ có thể xem xét là công trình chứa các thiết bị điện và có thể có các thiết bị liên hợp như đài, rađa hoặc các thiết bị dự báo thời tiết, trong dây chuyền, các sensor được đặt phía ngoài. Các thiết bị liên hợp này có thể được treo ở bên cạnh hoặc đỉnh mái hoặc trên các cột thu, tháp truyền thanh hoặc công trình thông thường như minh họa ở Hình C.2b. Mái hoặc cột thu nằm ngoài phạm vi bảo vệ của hệ thống chống sét cho công trình, nhưng cáp dẫn từ cột thu vào công trình có thể đưa sét vào trong công trình trong khi hệ thống chống sét của công trình không phát huy tác dụng. Hơn thế các bộ phận thiết bị treo trên mái hoặc cột có thể dễ bị ảnh hưởng khi bị sét trực tiếp, hoặc bị hư hại vì dải điện áp cao lan vào. Ví dụ tiếp theo chỉ ra khả năng dính sét tới thiết bị điện phụ thuộc không chỉ vào hệ thống chống sét mà còn phụ thuộc vào các chi tiết lắp đặt như dây, các đầu đọc, thu trên tháp cũng như phụ thuộc vào mạch dẫn vào công trình. Hướng dẫn đo đạc để bảo vệ khỏi các nguy cơ này cho ở C.7.

Ví dụ tiếp theo về vấn đề thường gặp có thể gây ra sự tăng điện áp môi trường lên cao được chỉ ra ở Hình C.2c. Có xu hướng điện sét tiêu tán theo các đường dẫn điện được hình thành bằng các đường cáp nối các công trình, do đó dòng điện sét có thể truyền từ công trình bị sét đánh sang công trình khác không bị sét đánh trực tiếp. Dòng lên tới hàng chục kilôampe (kA) có thể truyền qua các đường cáp này nên việc chống lại hiện tượng này là rất cần thiết. Phương pháp bảo vệ được mô tả ở C.7. Đây là một trong những nguy cơ mà sét truyền đi giữa các công trình.

C.4. Đánh giá mức độ rủi ro

C.4.1. Quyết định lắp đặt hệ thống chống sét

Quyết định lắp đặt một hệ thống chống sét cho hệ thống điện và điện tử chống lại sét thứ cấp phụ thuộc vào:

Lượng sét đánh dự kiến trên khu vực (xem C.4.2);

Sự dễ bị tổn thương hư hại của hệ thống.

C.4.2. Số vụ sét đánh dự kiến

C.4.2.1. Diện tích thu sét hữu dụng

Số vụ sét đánh dự kiến có thể đánh vào một diện tích thu sét hữu dụng trong một năm được cho bởi tích của mật độ sét và diện tích thu sét hữu dụng.

Diện tích thu sét hữu dụng, Ae tính theo m vuông được xác định bởi:

Ae = diện tích công trình + diện tích thu sét của vùng đất xung quanh + diện tích thu sét của các công trình liên hợp liền kề + diện tích thu sét hữu dụng của các đường nguồn cấp + diện tích thu sét hữu dụng của đường truyền dữ liệu sang công trình liên quan.

C.4.2.2. Diện tích công trình

Là diện tích mặt bằng của công trình.

C.4.2.3. Diện tích thu sét của vùng đất xung quanh

Sét đánh xuống đất hoặc công trình gây ra tại khu vực đặt công trình một điện áp cao. Bất cứ đường trục hay đường dữ liệu đi vào khu vực điện áp cao đó đều là đối tượng của hiện tượng quá điện áp. Ảnh hưởng của một cú sét đánh xuống đất bị tắt dần khi khoảng cách giữa chu vi của công trình và điểm đánh tăng lên. Vượt quá một khoảng cách nhất định thì ảnh hưởng của cú sét đánh tới công trình được coi là không đáng kể. Đấy là khoảng cách lựa chọn D, m. Với loại đất có điện trở suất 100 Wm khoảng cách D có thể lấy bằng 100 m. Với loại đất có giá trị điện trở suất khác thì giá trị D có thể lấy đúng bằng giá trị điện trở suất cho tới giá trị maximum là 500 m cho đất có giá trị 500 Wm hoặc hơn nữa.

Diện tích thu sét của đất xung quanh là diện tích có đường cơ sở là viền chu vi công trình và khoảng cách D. Khi mà chiều cao công trình vượt quá giá trị D thì lấy chiều cao công trình làm giá trị để tính.

C.4.2.4. Diện tích thu sét của các công trình liên hợp liền kề

Diện tích thu sét của công trình liên hợp liền kề là nơi có sự kết nối điện trực tiếp hoặc không trực tiếp tới thiết bị điện hoặc điện tử từ công trình chính thì được tính vào.

Lấy ví dụ cây cột chiếu sáng đặt ngoài nhà được cấp điện từ nhà chính. Nhà khác có trạm máy tính đầu cuối, thiết bị điều khiển và tháp truyền.

Tại công trường có một vài ngôi nhà có hệ thống dây nối và khoảng cách không lớn hơn 2D, diện tích thu sét của các công trình liên hợp liền kề là diện tích giữa chu vi của các công trình liên hợp liền kề và đường định dạng bằng khoảng cách D từ chúng. Bất cứ vùng nào nằm trong diện tích thu sét của công trình chính thì đều không tính (xem ví dụ 1 trong C.6).

C.4.2.5. Diện tích thu sét hữu dụng của các đường dây cấp điện nguồn

Diện tích thu sét hữu dụng liên quan tới các đường dây cấp điện nguồn được kê trong Bảng C.1.

Tất cả các đường cáp vào ra (tới các công trình khác, các tháp chiếu sáng, thiết bị ở xa… ) được xem xét một cách riêng biệt và diện tích thu sét được cộng từ các phần riêng đó.

Bảng C.1 - Diện tích thu sét hữu dụng của các đường nguồn cấp

Loại nguồn cấp

Diện tích thu sét hữu dụng (m2)

Đường dây hạ áp trên không

10 x D x L

Đường dây cao áp trên không (tới biến áp của công trình)

4 x D x L

Đường dây hạ áp đi ngầm

2 x D x L

Đường dây cao áp đi ngầm (tới biến áp của công trình)

0,1 x D x L

CHÚ THÍCH 1: D là khoảng cách lựa chọn (m) xem C.4.2.3. Việc sử dụng h thay cho D như giải thích ở C.4.2.3 không áp dụng.

CHÚ THÍCH 2: L là chiều dài của cáp động lực với độ dài tối đa 1 000 m. Nơi nào giá trị L không xác định thì có thể lấy giá trị 1 000 m để tính toán.

C.4.2.6. Diện tích thu sét của đường truyền dữ liệu sang công trình liên quan

Diện tích thu sét liên quan với các loại cáp dữ liệu được kê trong Bảng C.2.

Nếu có nhiều hơn 1 đường cáp thì có thể coi là tính đơn lẻ rồi cộng lại. Trong trường hợp cáp đa lõi thì từng cáp có thể được coi là đơn và không giống như là từng vòng.

Bảng C.2 - Diện tích thu sét hữu dụng của các đường dữ liệu

Loại đường dữ liệu

Diện tích thu sét hữu dụng (m2)

Đường tín hiệu đi trên không

10 x D x L

Đường tín hiệu đi ngầm

2 x D x L

Đường cáp quang không có đường dẫn hoặc lõi kim loại

0

CHÚ THÍCH 1: D là khoảng cách lựa chọn (m) xem C.4.2.3. Việc sử dụng h thay cho D như giải thích ở C.4.2.3 không áp dụng.

CHÚ THÍCH 2: L là chiều dài của cáp động lực với độ dài tối đa 1 000 m. Nơi nào giá trị L không xác định thì có thể lấy giá trị 1 000 m để tính toán.

C.4.2.7. Đánh giá khả năng sét đánh

Số lượng sét có thể đánh trên một diện tích thu sét được định nghĩa mỗi năm, r, theo công thức sau:

p = Ae * Ng * 10-6

(C.1)

Trong đó

Ae là tổng số diện tích thu sét hữu dụng tính bằng mét vuông (m2);

Ng là mật độ sét trên một kilômet vuông mỗi năm.

C.4.3. Sự dễ hư hại của các dạng hệ thống

Nguy cơ tổng thể của một cú sét xuống thiết bị điện hoặc điện tử sẽ phụ thuộc vào xác suất sét đánh và các tiêu chí dưới đây:

- Loại công trình;

- Mức độ bao bọc;

- Loại địa hình

Trong Bảng C.3, Bảng C.4 và C.5 các hệ số hiệu chỉnh F tới H được phân chia cho từng tiêu chí để chỉ mối liên quan của các nguy cơ trong từng trường hợp.

Bảng C.3 - Hệ số hiệu chỉnh F (hệ số công trình)

Loại công trình

Giá trị F

Công trình có hệ thống chống sét và nối đẳng thế đơn giản

1

Công trình có hệ thống chống sét và nối đẳng thế phức hợp

1,2

Công trình có hệ thống nối đẳng thế khó khăn (nhà dài hơn 100 m)

2

Bảng C.4 - Hệ số hiệu chỉnh G (hệ số mức độ cách ly)

Loại bao bọc

Giá trị G

Công trình nằm trên một diện tích rộng có cây và nhà cửa độ cao gần như nhau, ví dụ như trong thị trấn hoặc rừng

0,4

Công trình nằm trên một diện tích rộng có ít cây và nhà cửa độ cao gần tương đương.

1,0

Công trình cao hơn hẳn các công trình và cây cối xung quanh ít nhất 2 lần.

2

CHÚ THÍCH: Bảng C.4 có hệ số giống Bảng 9, lặp lại ở đây để tiện sử dụng

Bảng C.5 - Hệ số hiệu chỉnh H (hệ số địa hình)

Loại địa hình

Giá trị H

Đồng bằng

0,3

Đồi

1,0

Núi từ 300 m đến 900 m

1,3

Núi trên 900 m

1,7

CHÚ THÍCH: Bảng C.5 có hệ số giống Bảng 8, lặp lại ở đây để tiện sử dụng

C.4.4. Nguy cơ sét đánh vào một hệ thống cụ thể

Nguy cơ sét đánh và khả năng dễ bị hư hỏng của một hệ thống (các hệ số hiệu chỉnh) có thể được kết hợp lại để đánh giá các nguy cơ sét đánh ảnh hưởng tới các hệ thống điện và điện tử thông qua các bộ phận dẫn điện ra/ vào hoặc các hệ thống dữ liệu ra/ vào.

Nguy cơ xảy ra (R) của việc tăng thế tức thì do sét được tính theo công thức:

R = F x G x H x p

(C.2)

CHÚ THÍCH: Giá trị 1/R thể hiện, theo đơn vị năm, chu kỳ trung bình giữa các lần xảy ra thế tức thì do sét. Nó nhấn mạnh rằng giá trị trung bình được dựa trên dữ liệu thu thập qua nhiều năm.

C.5.

Quyết định làm hệ thống chống sét

Quyết định làm hệ thống chống sét cần tính đến các tác động mang tính hậu quả hư hại của các thiết bị điện và điện tử quan trọng. Cần xem xét tới các mối nguy hiểm tới sức khỏe và an toàn do mất khả năng điều khiển nhà máy hoặc các dịch vụ thiết yếu. Cần so sánh chi phí ngừng hoạt động của hệ thống máy tính hoặc của nhà máy với chi phí làm hệ thống chống sét. Sự phân loại công trình và các nội dung cụ thể được cho ở Bảng C.6.

Bảng C.6 - Phân loại công trình và vật chứa

Sử dụng công trình và hậu quả của các hư hại tới các đối tượng bên trong

Chỉ số hậu quả

Nhà ở dân dụng và công trình có trang thiết bị giá thấp và có giá trị khấu hao thấp

1

Tòa nhà thương mại và công nghiệp có các hệ thống máy tính, nơi mà các hư hại hệ thống đó có thể phá hoại sản xuất

2

Các ứng dụng thương mại và công nghiệp, nơi mà khi mất dữ liệu máy tính có thể gây tổn hại tài chính lớn

3

Các công trình mà khi mất điều khiển máy tính hoặc hệ thống có thể dẫn tới hủy hoại môi trường và sức khỏe con người

4

Đối với việc lắp đặt thiết bị điện tử giá trị R được xác định (xem C.4.4) và chỉ số tiêu hao được thành lập theo bảng C.6. Bằng việc sử dụng các giá trị trong Bảng C.7, có thể xác định mức để thiết kế (xem C.13). Nơi mà mức độ phơi trần không đáng kể thì sự bảo vệ là sự cần thiết không bình thường.

Bảng C.7 - Phân loại mức độ phơi trần

Mức độ hư hao

Mức độ phơi trần

R < 0,005

R = 0,005 ÷ 0,0499

R = 0,05 ÷ 0,499

R > 0,5

1

Không đáng kể

Không đáng kể

Thấp

Trung bình

2

Không đáng kể

Thấp

Trung bình

Cao

3

Thấp

Trung bình

Cao

Cao

4

Trung bình

Cao

Cao

Cao

CHÚ THÍCH: Tiêu chí mức độ phơi trần trong bảng C.7 chỉ được dựa trên đánh giá nguy cơ sét.

C.6. Ví dụ tính toán

VÍ DỤ 1:

Một trụ sở máy tính của công ty thương mại ở vùng Thanh Trì Hà Nội cao 15 m, dài 100 m, rộng 60 m. Tọa lạc ở vùng đồng bằng, xung quanh bao bọc bởi các công trình và cây cối có độ cao tương tự. Đường cấp chính dài 250 m đi dưới đất và tất cả các đường cáp vi tính là bằng cáp quang không bọc kim. Một đường cáp cấp điện từ tòa nhà chính ra cột đèn cao 7 m, cách công trình 100 m.

Để xác định sự bảo vệ cần thiết, tính hệ số rủi ro như sau:

A) Lượng sét trên 1 km2 mỗi năm:

Trên cơ sở bản đồ mật độ sét cho ở Hình 2 và các khuyến cáo tại 7.2, đối với vùng Thanh Trì Hà Nội mật độ sét trên 1 km2 mỗi năm được lấy bằng 10,9 (Ng = 10,9).

B) Diện tích thu sét

- Diện tích công trình:

= 100 x 60 = 6 000 m2

- Diện tích thu sét của đất xung quanh công trình (Hình C.5, phương trình (1))

= 2(100 x 100)+1(100 x 60)+(p x 1002)

= 63 416 m2

CHÚ THÍCH: Giả thiết khoảng cách D của diện tích thu sét bằng 100 m.

- Diện tích thu sét của các công trình liên hợp liền kề (Hình C.5)

= (p + 1002)/2

= 15 708 m2

CHÚ THÍCH: để đơn giản hóa diện tích này được lấy bằng hình bán nguyệt

- Diện tích thu sét của các nguồn cấp (Bảng C.1)

+ Các nguồn cấp vào công trình

= 2 x 100 x 250

= 50 000 m2

+ Các nguồn cấp tới các cột đèn

= 2 x 100 x 100

= 20 000 m2

+ Tổng diện tích thu sét của các nguồn cấp

= 50 000 + 20 000

= 70 000 m2

- Diện tích thu sét của các đường dữ liệu đi ra

= 0

CHÚ THÍCH: diện tích thu sét bằng không được áp dụng đối với đường truyền dữ liệu bằng cáp quang.

Tổng diện tích thu sét hiệu dụng là:

Ae = 6 000 + 63 416 + 15 708 + 70 000 + 0

= 155 000 m2

C) Xác suất xảy ra sét đánh

- Xác suất xảy ra sét đánh trên diện tích thu sét hữu dụng được cho bởi phương trình:

P = Ae x Ng x 10-6

= 155 000 x 10,9 x 10-6

= 1,69

D) Rủi ro

Rủi ro xảy ra quá áp cảm ứng cho bởi các trường hợp sau:

Đối với toàn bộ diện tích

R = F x G x H x p

= 1 x 1 x 0,3 x 1,69

= 0,507

Giá trị R = 0,507 chỉ ra rằng hiện tượng quá áp cảm ứng xảy ra hai năm một lần.

Đối với diện tích liên quan tới đường cáp vào công trình

Ng = 10,9

Diện tích thu sét

= 6 000 + 63 416 + 15 708 + 50 000

= 135 000 m2

Xác suất xảy ra sét tính theo biểu thức

= 135 000 x 10,9 x 10-6

= 1,47

Rủi ro

= 1 x 1 x 0,3 x 1,47

= 0,44

Theo bảng C.6 công trình có chỉ số hậu quả bằng 2. Căn cứ theo bảng C.7 có thể suy ra rằng cần sử dụng thiết bị bảo vệ quá áp phù hợp với môi trường hở có nguy cơ trung bình.

Đối với diện tích liên quan tới các đường cấp tới cột đèn chiếu sáng

Ng = 10,9

Diện tích thu sét

= 6 000 + 63 416 + 15 708 + 20 000

= 105 000 m2

Xác suất xảy ra sét tính theo biểu thức

= 135 000 x 10,9 x 10-6

= 1,47

Rủi ro

= 1 x 1 x 0,3 x 1,47

= 0,44

Theo Bảng C.6 và Bảng C.7 có thể suy ra rằng cần sử dụng thiết bị bảo vệ quá áp phù hợp với môi trường hở có nguy cơ trung bình.

VÍ DỤ 2:

Một nhà điều khiển hệ thống xử lý nước thải tại vùng Khánh Hòa gần bờ biển có các thông số hình học cao dài rộng lần lượt là 6 m x 10 m x 10 m. Tọa lạc trên vùng đồi, công trình được bảo vệ theo tiêu chuẩn này. Đường cáp điện chính dài 250 m đi phía trên cao, đường dây điện thoại đi trên cao, không rõ chiều dài.

Để xác định sự bảo vệ cần thiết, tính hệ số rủi ro như sau:

A) Lượng sét trên 1 km2 mỗi năm:

Đối với vùng Khánh Hòa gần bờ biển mật độ sét trên km2 mỗi năm được lấy trên bản đồ Hình 2 và khuyến cáo ở 7.2 là 3.4 (Ng = 3,4).

B) Diện tích thu sét

- Diện tích công trình

= 10 x 10

= 100 m2

- Diện tích thu sét đất xung quanh công trình (Hình C.5, phương trình (1))

= 2(100 x 10) + 2(100 x 10) + (p x 1002)

= 35 416 m2

CHÚ THÍCH: tổng khoảng cách D được giả thiết là 100 m.

- Diện tích trùm của các công trình liên hợp liền kề (Hình C.5)

= 0

CHÚ THÍCH: để đơn giản hóa diện tích được lấy bằng hình bán nguyệt

- Diện tích thu sét các nguồn cấp (Bảng C.1)

= 2 x 100 x 250

= 250 000 m2

- Diện tích thu sét của các đường dữ liệu (Bảng C.2)

= 10 x 100 x 100

= 1 000 000 m2

CHÚ THÍCH: chiều dài đường điện thoại được giả thiết là 1000 m do chiều dài không xác định.

Tổng diện tích thu sét hữu dụng là:

Ae = 100 + 35 416 + 0 + 250 000 + 1 000 000

= 1,285 5 x 106 m2

Diện tích thu sét hữu dụng liên quan tới đường cáp chính:

Aem = 100 + 35 416 + 0 + 250 000

= 285,5 x 103 m2

Diện tích thu sét hữu dụng liên quan tới đường điện thoại:

Aet = 100 + 35 416 + 0 + 1 000 000

= 1,035 5 x 106 m2

C) Xác suất xảy ra sét đánh

Xác suất xảy ra sét đánh trên tổng diện tích thu sét hữu dụng được cho bởi phương trình:

Ps = Ae x Ng x 10-6

= 1,285 5 x 106 x 3,4 x 10-6

= 4,37

Xác suất xảy ra sét đánh trên diện tích thu sét hiệu quả liên quan đường cáp chính được cho bởi phương trình:

Pm = Aem x Ng x 10-6

= 0,285 5 x 106 x 3,4 x 10-6

= 0,97

Xác suất xảy ra sét đánh trên diện tích thu sét hữu dụng liên quan đường điện thoại được cho bởi phương trình:

P = Aet x Ng x 10-6

= 1,035 5 x 106 x 3,4 x 10-6

= 3,52

D) Rủi ro

Rủi ro xảy ra quá áp cảm ứng cho bởi các trường hợp sau:

Đối với toàn bộ diện tích

R = F x G x H x p

= 1 x 2 x 1 x 4,37

= 8,74

Giá trị R = 8,74 chỉ ra rằng hiện tượng quá áp cảm ứng xảy ra chu kỳ trung bình cứ mỗi 1,4 tháng một lần.

Đối với diện tích liên quan tới đường cáp chính đi vào

R = F x G x H x pm

= 1 x 2 x 1 x 0,97

= 1,94

Theo Bảng C.6 công trình có thể được cân nhắc áp dụng chỉ số tổn hại bằng 3 khi mà xảy ra sự phá hủy hệ thống cấp nước của thị trấn.

Theo Bảng C.7, có thể suy ra cần sử dụng thiết bị bảo vệ quá áp cho môi trường hở có nguy cơ cao.

Đối với diện tích liên quan tới đường điện thoại:

R = F x G x H x pt

= 1 x 2 x 1 x 3,52

= 7,04

Theo Bảng C.6 và C.7, có thể suy ra cần sử dụng thiết bị bảo vệ quá áp cho môi trường hở có nguy cơ cao.

 

Hình C.5 - Diện tích thu sét cho công trình và các hạng mục liền kề

C.7.

Phương pháp bảo vệ khi lắp đặt chống sét

C.7.1. Nối đất, liên kết và bình thế

Các yêu cầu nối đất được đề cập ở Điều 13 và 14. Các nội dung dưới đây bổ sung các yêu cầu đó nhằm mục đích san bằng chênh lệch điện thế cho các thiết bị.

Hệ thống kỹ thuật cung cấp cho các công trình có các hệ thống thông tin mở rộng, ví dụ nhà máy công nghiệp, cần liên kết với một thanh liên kết đẳng thế thường ở các dạng tấm kim loại, dây dẫn mạch vòng bên trong, hay dây dẫn mạch vòng riêng phần ở phía trong của bức tường ngoài hoặc theo chu vi khu vực bảo vệ gần mặt đất. Thanh liên kết đẳng thế này được nối với cực nối đất mạch vòng của hệ thống nối đất, ví dụ được minh họa ở Hình C.6.

Tất cả các đường ống kim loại bên ngoài, đường cấp điện, dữ liệu ra và vào công trình tại một điểm được bọc bảo vệ… có thể được nối tới mạng nối đất tại điểm liên kết đơn này (xem Hình 28). Điều này làm giảm thiểu dòng sét xuyên vào trong công trình (xem Hình C.7). Nơi các đường cáp thông tin và cáp điện đi qua các công trình nằm cạnh nhau, hệ thống nối đất cần được nối với nhau và sẽ có lợi nếu có nhiều đường dẫn song song để làm giảm dòng điện trong từng cáp. Hệ nối đất dạng lưới đáp ứng được mục đích này. Ảnh hưởng của dòng điện sét có thể được giảm thiểu hơn nữa bằng cách đi các dây dẫn vào trong các đường ống kỹ thuật và kết hợp các đường ống đó vào hệ nối đất dạng lưới và liên kết với điểm ra vào chung của hệ thống nối đất tạo mỗi đầu. Hình C.6 minh họa một ví dụ về hệ thống nối đất dạng lưới dành cho một cột tháp và công trình có thiết bị gần kề.

Nguyên tắc tương tự như đã áp dụng cho tháp minh họa ở Hình C.6 cũng áp dụng cho các đầu cảm ứng hoặc điều khiển các thiết bị giếng khoan (dầu, nước…). Nơi kết nối có thể bao gồm cả các ống thép của giếng làm giảm khác biệt điện áp giữa giếng và dây dẫn điện. Sự kết nối đó nên được thực hiện đa phương với bất cứ đất nền của công trình khác có cáp thông tin dữ liệu chạy qua.

Công trình liên quan tới các cột thu có thể có sự bảo vệ đặc biệt bởi nó liên quan tới cả nguồn cấp điện.

 

Hình C.6 - Các dây cáp đi vào công trình tách biệt với ăng ten phát sóng

 

a) Đấu nối đất ở điểm đầu vào công trình cho cáp nguồn và máy tính

 

b) Nối đất điểm ra vào các đường ống và cáp ở tường Bêtông cốt thép, nơi cần bảo vệ nhất.

CHÚ THÍCH: Giải pháp tương tự như trên được áp dụng cho đường ống và cáp ở vách kim loại.

Hình C.7 - Liên kết các đường ống và cáp tại điểm ra vào công trình

C.7.2.

Vị trí thiết bị điện tử và cáp

C.7.2.1. Vị trí thiết bị điện tử trong công trình

Lựa chọn vị trí thiết bị điện tử trong công trình phụ thuộc vào xây dựng công trình. Đối với công trình giống như phòng màn chắn, nghĩa là nối mái phủ kim loại với tường, vị trí không quan trọng. Trong công trình khung kim loại thông thường các thiết bị điện tử có thể lắp ở giữa công trình, không nên ở tầng nóc, nhưng cũng có thể lắp ở sát tường ngoài và góc nhà. Đối với công trình bằng vật liệu không dẫn điện với một hệ thống chống sét thì cũng là tương tự. Trong công trình xây bằng các vật liệu không dẫn điện như trong nhà có lắp đặt hệ thống điện tử thì cũng cần lưu ý ví như tránh lắp đặt ở những vị trí các kết cấu cao như ống khói, hoặc nơi sát với đường truyền sét xuống.

C.7.2.2. Vị trí cáp giữa các hạng mục của hệ thống điện tử trong nhà

Hình C.8 và Hình C.9 (minh họa đề xuất nguyên tắc đi dây bên trong. Trong trường hợp khu vực đặt máy tính, hệ thống đi dây nằm trong công trình được kiểm soát chống sét thì không phải là vấn đề nghiêm trọng nhưng dù sao thì vẫn tốt hơn nếu tuân theo các yêu cầu cho nhà có khung kim loại. Nên tránh các vòng kín rộng giữa các nguồn cấp chính và dây lắp đặt điện tử.

Nên đi dây cấp nguồn và cáp của thiết bị điện tử cạnh nhau để giảm thiểu các khu vực tạo ra vòng kín. Nó có thể thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng các ống bao dây cho mỗi loại. Ở Hình C.9 nối đất lưới được sử dụng cục bộ trên các sàn và điểm nối đất chung cho toàn bộ. Đây là hệ thống nối đất hỗn hợp.

Hệ thống đi dây cho thiết bị điện tử không được lắp cùng hệ đỡ với đường nối chống sét. Đi dây có thể ở trên sàn và nên tránh các vòng trên tường đứng. Đi dây trục đứng nên theo như Hình C.9. Bố trí như Hình C.9 có thể sử dụng cho thiết bị đặt theo chiều ngang trong nhà dài.

Đối với công trình xây dựng bằng vật liệu không dẫn điện, bố trí dây được mô tả ở mục phụ này là cần thiết để giảm thiểu các nguy cơ làm hư hại thiết bị, hỏng các dữ liệu. Nơi nào mà việc đi dây không thể áp dụng nguyên tắc như ở điều này thì nên có phương án thay thế.

C.7.3.

Bảo vệ đường cáp đi từ ngôi nhà này sang ngôi nhà khác

Nơi mà đường cáp đi giữa các ngôi nhà tách biệt hoặc giữa các đơn nguyên của chúng mà không có các hành lang nối thì cần đặc biệt chú ý bảo vệ.

Nếu có thể, đường cáp quang có thể được sử dụng để cách ly hoàn toàn các mạch điện tử từ nhà máy tới nhà khác. Đây là giải pháp hữu hiệu nhất cho đường truyền đa kênh hoàn toàn độc lập khỏi các vấn đề nhiễm từ, không chỉ có sét. Mặc dầu vậy không nên sử dụng đường cáp quang với lớp bọc kim loại hoặc dây dẫn bên trong.

Nơi mà không chọn dây cáp quang để truyền mà sử dụng các loại dây khác như là dây đồng trục, dây đôi lõi thì cần chú ý phát hiện những hư hại dọc theo tuyến. Hệ thống nối đất của công trình có thể nối sử dụng đường bọc cáp, đường đi dây đi cùng nhiều loại cáp. Nơi mà có nhiều đường dây đi song song thì tốt nhất là điện áp giữa chúng càng chênh ít càng tốt. Thêm nữa đường nối đất có thể nối giữa công trình với công trình.

Nơi cáp đồng trục được lắp đặt giữa các công trình thì lớp vỏ của nó có thể được nối với hệ thống nối đất của công trình tại vị trí vào/ra của ngôi nhà.

Trong một số loại cáp đồng trục hoặc hệ thống chắn, có thể chỉ cần nối cáp xuống đất tại một điểm. Nếu cần thiết cần bố trí các thiết bị bảo vệ quá áp thích hợp.

Nơi chỉ có một hoặc một số lượng nhỏ cáp đi từ công trình này sang công trình khác, như trường hợp đường dữ liệu, đường điện thoại, và nơi không dùng đường cáp quang, cần lắp thiết bị chặn quá áp để tiêu dòng điện sét xuống đất, ví dụ dùng thiết bị dạng ống khí hoặc kẹp bán dẫn chỉ cho dòng có điện áp thích hợp tương đương với điện áp làm việc của thiết bị đi qua. Một hệ thống đặc trưng cho việc nối đất thiết bị chống quá áp được minh họa trên Hình C.10.

Có thể kết hợp giữa các phương pháp trình bày ở mục này, ví dụ dụng thiết bị bảo vệ đối với các đường tín hiệu và thiết bị kết hợp với việc bọc nối các đường cáp để giữ môi trường ở ngưỡng điện áp cho phép. Trừ trường hợp đường cáp quang quá dài, bản thân thiết bị kháng trở cao không đảm bảo trừ phi chúng có thể chịu được điện áp trên 100 kV do sự chênh lệch điện thế lớn giữa các công trình không được bảo vệ do dòng sét truyền dưới đất từ một trong các công trình đó.

 

CHÚ THÍCH: Các vỏ bọc bảo vệ cần hàn nối ở hai đầu và đảm bảo dẫn điện trên toàn tuyến

Hình C.8 -

Các phương pháp giảm thiểu điện áp cảm ứng

 

CHÚ THÍCH 1: Có thể áp dụng nguyên tắc giảm diện tích mạch vòng đối với thiết bị nằm bên ngoài. Tất cả các liên kết nằm trong một máng cáp để giảm diện tích mạch vòng như ở c) Hình C.8

CHÚ THÍCH 2: XXXX minh họa cốt thép hoặc các bộ phận xây dựng bằng kim loại trong sàn

Hình C.9 - Hệ thống nối đất phức hợp được áp dụng cho thiết bị trong nhà nhiều tầng

 

a) Lắp đặt chặn quá dòng không chuẩn gây ra xung lớn

CHÚ THÍCH: Các xung này có thể tăng từ tự cảm của đường nối đất đến điểm nối đất B'

 

b) Khuyến nghị cho việc lắp chặn quá dòng

CHÚ THÍCH: Giảm thiểu Xung bằng cách nối trung tính xuống điểm nối đất B' bằng đường thẳng nhất

Hình C.10 - Nối đất từ điểm nối không thiết bị tới điểm nối đất của thiết bị chống quá dòng

C.7.4. Bảo vệ thiết bị có phần bên ngoài công trình nối vào tháp, cột thu

Cụm thiết bị treo ngoài công trình hoặc nối vào tháp, cột thu sét thì hiện hữu các nguy cơ sau:

a) Dòng vào trực tiếp từ các cú sét.

b) Dòng cảm ứng và kháng.

C.8.

Đặc tính và hiệu ứng của sét

C.8.1. Đặc tính bổ sung của sét liên quan tới thiết bị điện tử

Bảng C.8 - Chỉ số cực đại của tốc độ tăng di/dt

Chỉ số cực đại của di/dt

kA/ms

Mức vượt

%

200

1

30

50

10

99

Các thông số khác của xung sét là rất quan trọng trong việc đánh giá các khía cạnh gây nguy hại của sét song giá trị cực trị của dòng sét di/dt là một trong các nguyên tắc đánh giá điện áp kháng và trong khoảng thời gian xung là dấu hiệu chỉ số năng lượng sấm. Minh họa dòng sét âm đánh xuống đất xem Hình C.15.

Cảm ứng sét có thể gây ra hai hiệu ứng lên thiết bị điện tử. Phổ biến là thiết bị bị phá hoại bởi 1 cú sét đơn. Hiệu ứng thứ hai là các phần mềm bị phá hủy bởi các xung động của sét. Tổ hợp của các cú sét từ cú đầu tới các cú đánh lặp lại xảy ra trong vòng 1 s đến 2 s là vấn đề đáng phải cân nhắc đối với sự hoạt động của máy tính trừ phi các phép kiểm soát được sử dụng để loại bỏ các kết quả của máy tính trong thời gian vài giây đó.

C.8.2.

Điểm sét đánh

Điểm bị sét đánh trên công trình là rất ngẫu nhiên, mặc dù công trình, cây cối cao to thì nguy cơ bị sét có thể nhiều hơn các công trình hay cây cối nhỏ thấp. Tuy vậy sét đánh xuống mặt đất phẳng nằm giữa hai ngôi nhà cao cách nhau hơn hai lần chiều cao của chúng là bình thường.

Trong các nhà máy sản xuất theo dây chuyền, vị trí dễ bị sét có xu hướng là các cột cao đồng thời ít khi đánh vào xưởng thấp. Tuy vậy các bộ phận nằm ngoài góc 45o kể từ điểm cao thì dễ bị sét (xem Hình C.16).

 

Hình C.11 -

Lắp trực tiếp lên hệ thống điện trần ngoài nhà

 

Hình C.12 -

Bảo vệ cho hệ thống trần trực tiếp

 

Hình C.13 -

Bảo vệ cáp đi dọc theo các bình chứa cao và liên kết trên mái

 

Hình C.14 -

Vị trí các dòng sét cao, trung bình, thấp có thể truyền xuống qua các đường cáp của lò phản ứng

 

CHÚ THÍCH: Sau cú sét đánh ban đầu có thể có nhiều xung điện cường độ thấp hơn và thời gian ngắn hơn gọi là các xung thứ cấp hoặc xung lặp

Hình C.15 - Đường đặc tính dòng sét âm

 

Hình C.16 -

Điểm sét đánh trên công trình

Trong các công trình cao thì các thiết bị điện tử thường có nguy cơ rủi ro cao đặc biệt, không hẳn nó là điểm rủi ro trực tiếp bắt sét mà còn có các lý do khác như là chúng thường được nối với các hệ thống dây tới các thiết bị khác. Vì thế mà chúng cần phải được bảo vệ cẩn thận.

Các phần, đối tượng dễ bị sét đánh trên công trình được minh họa ở Hình C.16. Đối với nhà cao hơn 20 m góc côn 45o của hệ thống chống sét được cho là quy tắc bảo vệ chống sét tốt. Tuy nhiên đối với nhà, công trình cao trên 20 m phương pháp hình cầu lăn là tốt hơn đối với các khu vực tương tự, đặc biệt là nó hạn chế việc sét đánh vào cạnh bên của công trình. Bán kính hình cầu lăn được khuyến nghị là 20 m. Trong Hình C.16 giả thiết là các thiết bị ở hai nhà A và B được nối với nhau qua các đường cáp. Tuy nhiên có thể thấy sét đánh vào nhà A và một số phần của nhà B cũng như phần mặt đất giữa chúng. Do đó trong từng trường hợp dòng điện trong đất gần với điểm bị sét đánh có thể được nối đất hoặc không đều phải được tính đến và mở rộng phạm vi bảo vệ.

C.9.

Sét cảm ứng và nguyên tắc chống

CHÚ THÍCH: mục này đề cập tới cơ chế sinh dòng điện cảm ứng, cường độ của nó và cung cấp hướng dẫn việc thiết lập độ an toàn bằng các mức khống chế xung và giới hạn xung thiết kế của thiết bị (TCL/ETDL).

C.9.1.

Điện áp cảm kháng

Khi công trình bị sét đánh thì dòng điện đi xuống đất phát triển dải điện áp rộng giữa các bộ phận của công trình, các cấu kiện kim loại và hệ thống chống sét và phần đất ở phía lân cận công trình. Dải điện áp này chính là nguyên nhân sinh ra dòng điện chạy trong các đường cáp dẫn bên ngoài công trình tới vùng đất liền kề. Điện áp được sinh ra là điện áp cảm kháng sơ cấp nhưng ở phần tăng lên nhanh chóng ở dạng sóng sét hiệu ứng truyền dẫn xảy ra ở một phạm vi hẹp hơn.

Bất cứ dòng điện nào chạy trong đường cáp và phần bọc đều là kết quả của điện áp cảm kháng được xông qua dây nối tới thiết bị điện tử với điện áp chung và liền mạch.

C.9.2.

Điện áp cảm ứng

Dòng sét chạy trong dây dẫn sét hoặc trong các kênh dẫn vòng cung sinh ra một từ trường thay đổi theo thời gian với khoảng cách đến 100 m tùy thuộc vào cường độ dòng sét. Trường điện từ này sinh ra hai hiệu ứng:

a) Một dòng tự cảm điện từ L trong đường dây (ví dụ dây loại đường kính 2 mm L=1 mh/m);

b) Một vòng tương hỗ ngược chiều trong dây dẫn (cảm dẫn = mt) hoặc vòng kín riêng biệt (cảm tương hỗ);

Trong trường hợp điện áp sinh ra tỷ lệ thuận với di/dt riêng phần bởi L, mt, m (Hình C.17). Đối với dây dẫn đơn thì độ mạnh của trường là tỷ lệ nghịch với khoảng cách của vật dẫn. Đối với trường hợp phức tạp thì tính các giá trị L, mt hay m. Ví dụ dòng sét đi qua dây dẫn xuống các chân nối đất như minh họa ở hình C.4. Điều này rất quan trọng đối với việc tính đến dòng tự cảm của đất tới thiết bị và các thiết bị ngăn ngừa quá điện áp và mạch lưới nối đất.

 

Hình C.17 -

Điện cảm

C.9.3.

Xông dòng từ sét đánh trực tiếp

Các cú sét đánh trực tiếp tới đường dây điện hoặc hệ thống điện cũng như các đầu sensor hoặc tiếp không (xem Hình C.11) có thể xông dòng gây phá hủy. Đây là nguy cơ cần phải được tính đến với việc dây dẫn đi bên ngoài có chiều dài lớn. Việc đi dây trong các ống bảo hộ sẽ làm hạn chế đáng kể tác hại. Điện áp rất cao của sự xông điện gây phá hoại các bộ phận khác của hệ thống, đánh tia lửa điện.

Đó là một phần liên quan tới các bộ phận nhô ra ngoài công trình. Bố trí chúng hợp lý thì tránh được tác hại (xem C.7.4).

C.9.4. Nối trường điện

Độ mạnh của trường phải được tính đến trên toàn bộ diện tích sét đánh trước khi hình thành cú đánh khi mà giá trị của chúng đạt tới ngưỡng ngăn được của không khí (xấp xỉ 500 kV/m).

Sự hình thành giải thoát điểm thay đổi trường xấp xỉ 500 kV/m.ms có thể xảy ra. Hiệu ứng của mỗi sự thay đổi thường là không đơn giản khi bảo vệ chúng chống lại hiệu ứng dẫn và cảm sét.

C.9.5. Điện áp do xung điện từ từ sét (lemp) gây ra

Xung điện từ từ sét (lemp) được sinh ra liên quan tới hiện tượng điện từ khác gọi là xung điện từ nguyên tử (nemp). Có hai điểm khác nhau quan trọng trong dải và cường độ của hai hiệu ứng sinh ra, từ nemp sinh ra xung tăng nhanh hơn nhiều (thời gian tăng khoảng 10 ns) với biên độ đứt quãng và nemp chỉ ảnh hưởng tới với hệ thống xung phóng xạ. So với sét thì xung này vô cùng nhỏ. Sét đánh xuống công trình hay đất gần đó thực ra không sinh ra xung điện từ từ sét nhưng tạo ra về nguyên tắc một cặp từ trường đặt gần nhau và sinh ra điện áp từ cảm (và điện áp cảm kháng) như đã mô tả ở C.9.1 và C.9.2.

Các xung trường điện cảm ứng sét trong công trình có chứa thiết bị điện tử thường là không đáng kể. Trong trường hợp hãn hữu các đường dây bên ngoài có thể bị hư hại trừ phi chúng được nối liền mạch hoặc được che chắn sét.

Nói chung tác dụng xấu nhất của xung điện từ từ sét được phòng ngừa bằng cách áp dụng các biện pháp chống sét đánh trực tiếp. Sét đánh trực tiếp sinh ra xung sốc mạnh hơn là xung điện từ từ sét và bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vẫn là quan trọng nhất, bảo vệ chống xung điện từ từ sét chỉ là thứ yếu.

C.9.6. Mức khống chế xung (TCL) nguyên tắc giới hạn xung thiết kế của thiết bị (ETDL)

Đối với sự hoạt động của thiết bị điện tử thì môi trường xung quanh lâu dài hay tạm thời đều được thiết kế hệ thống bảo vệ vừa đủ an toàn và kinh tế, đồng thời được nối đất.

Tiêu chí ngăn xung dòng hay xung điện áp được đưa vào khi thử hệ thống. Đây là mức xung lớn nhất cho phép hệ thống vẫn hoạt động, không bị hư hại (gọi là giới hạn xung thiết kế của thiết bị ETDL). Trường hợp sét giá trị này là N vôn của xung mà không gây phá hủy thiết bị. Giới hạn xung thiết kế của thiết bị bằng N vôn. Khi lắp đặt thiết bị thì cần chắc chắn rằng xung trong hệ thống tới thiết bị là P vôn không cao hơn giá trị N vôn của thiết bị. (cho phép sử dụng hệ số điều chỉnh trong tính toán). P vôn gọi là mức khống chế xung, còn hiệu N-P vôn gọi là biên độ an toàn.

Để xác định một thiết bị bảo vệ chống xung quá điện áp cần kiểm soát điện áp xung trong vòng mức khống chế nó là điện áp cho đi qua với mức xấp xỉ mức đã thiết lập. Khi lắp thiết bị thì phải đảm bảo mức khống chế xung của thiết bị phải phù hợp, thiết bị được an toàn trong hệ thống, đồng thời lưu ý nối đất cho thiết bị.

Mặt khác cần lưu ý ngăn ngừa điện áp cảm kháng, tự cảm đáng kể trong bản thân thiết bị.

C.9.7. Các nguyên tắc bảo vệ

Các nội dung C.9.1, C.9.2, C.9.3, C.9.4 và C.9.5 đề cập cơ chế phát sinh dòng điện từ sét. Ngoại trừ trường hợp ăng ten, thiết bị được bảo vệ chống lại điện áp cảm kháng, tự cảm của sét hoặc tác dụng tới công trình sẽ được bảo vệ khỏi trường điện và xung sét.

Việc dòng sét xông vào thiết bị phải được ngăn ngừa bởi nó là nguyên nhân sự phá hoại nghiêm trọng (C.7.4).

Yếu tố chính trong tầm quan trọng của điện áp cảm kháng, tự cảm là cả hai đều được xông với điện trở kháng nguồn thấp từ năng lượng xông cao hơn nhiều lần so với xung điện từ của sét. Vì thế cường độ hay điện áp cảm kháng, cảm ứng cung cấp các thông số cơ bản cho việc đánh giá và chỉ dẫn cho thiết bị bảo vệ.

Hệ thống chống sét có thể bảo vệ chống lại điện áp cao từ sét đánh.

Để thiết bị chống sét đạt được thành công thì các điều kiện sau phải được thỏa mãn:

a) Sự tồn tại. Thiết bị bảo vệ có thể cứu được toàn bộ hệ thống khỏi xung điện áp cao thuộc phạm vi của nó.

b) Mức khống chế xung. Sự bảo vệ phải có tác dụng ở mức khống chế xung, thấp hơn mức xung thiết kế của thiết bị. Thiết bị bảo vệ chống quá điện áp đó nối tới đường dẫn nối đất có thể tăng đáng kể mức khống chế xung tác dụng.

c) Tương thích hệ thống. Bất cứ dạng bảo vệ nào được thêm vào phải không phá vỡ sự hoạt động chung của hệ thống đang được bảo vệ.

Sự quan tâm quan tâm bảo vệ phải được lưu ý đối với hệ thống truyền dữ liệu tốc độ cao.

C.10. Ví dụ tính toán điện áp cảm ứng trong thiết bị

Ví dụ tính toán điện áp cảm ứng bao gồm cả việc sử dụng lớp bọc như là bộ phận nối đất của đường cáp nhiều sợi rải tới công trình.

Lấy ví dụ có tuyến 100 đường cáp bọc nhôm, mỗi đường cáp gồm 65 sợi đường kính 1 mm với điện trở suất 3 x 10-8 Wm, cáp dài 100 m.

Điện trở của mỗi đường cáp sẽ là:

 

trong đó:

r là điện trở suất

L là chiều dài cáp

A là diện tích tiết diện của lớp bọc

Đối với 100 cáp chạy song song mỗi cáp chịu 1 phần trăm dòng tổng là 100 kA từ phòng máy tính tới thiết bị, dòng trong mỗi cáp là 1 kA.

Bởi thế điện áp chung được tính:

V

= R x I

= 59 x 10-3 x 1 x 103

= 59 V

Trong thực tế, dòng phân bố trong các cáp là không đều nhưng với sự có mặt của cáp tiếp địa chạy song song, cũng như là cáp nguồn cũng được bọc thì dòng trong cáp của thiết bị sẽ không vượt quá 1 kA với biên độ lớn.

C.11. Ví dụ tính toán việc bảo vệ lõi trong của cáp đồng trục

VÍ DỤ:

Với 20 m cáp bọc được nối hai đầu, 10 % cường độ dòng sét đi qua cáp và bọc cáp có điện trở là 5 W/km.

Đối với cú sét 200 kA thì điện áp sinh ra được tính:

V = R x I

= 0,1 x 200 x 103 x 0,1

= 2 000 V

Đối với cú sét 20 kA thì điện áp sinh ra được tính:

V = R x I

= 0,1 x 20 x 103 x 0,1

= 200 V

Điện áp cảm kháng này được dẫn hoàn toàn tới dây bên trong.

Nếu như cáp được đặt trong máng cáp thì dòng điện sẽ chạy trong máng cáp. Trong trường hợp riêng chỉ có 10 % cường độ chạy trong cáp mà thôi.

Đối với cú sét 200 kA thì điện áp sinh ra được tính:

V = R x I

= 0,1 x 200 x 103 x 0,1 x 0,1

= 200 V

Đối với cú sét 20 kA thì điện áp sinh ra được tính:

V = R x I

= 0,1 x 200 x 103 x 0,1 x 0,1

= 20 V

Sự phá hủy đường cáp có thể xảy ra hoặc không theo các ví dụ sau:

- Nếu như đường cáp là đường dẫn của radio đến ăng ten thì điện áp lớn hơn 2 000 V cũng khó có thể gây phá hủy;

- Nếu như đường cáp là một phần của đường truyền mạng máy tính, điện áp 2 000 V có thể gây hư hại, điện áp 200 V hoặc 20 V có thể không;

- Nếu đường cáp là đường nối RS232 thì chỉ chịu được 20 V, điện áp 200 V hay 2 000 V đều có thể gây hư hại.

C.12. Ví dụ tính toán điện áp cảm ứng trong dây dẫn

VÍ DỤ:

Hình 13 cho thấy các giá trị tương đối của dòng trong các cáp riêng lẻ dọc theo hoặc bên trong ống (bình) hoặc các đường dẫn thông thường. Như đã thấy, dòng là hàm của vị trí tương đối tới tháp hoặc các bộ phận kim loại khác. Giá trị của điện áp cảm ứng xấp xỉ các vị trí thay đổi có thể được tính bằng công thức sau:

Đối với cáp được bảo vệ bởi máng, tổng dòng là 400 A, tháp cao 30 m và điện trở suất của cáp là 10 W/m:

Tổng điện trở = 30 x 10 x 10-3

                     = 0,3 W

Điện áp cảm ứng chung:

V = R x I

= 0,3 x 400

= 120 V

Đối với cáp được bảo vệ trong máng cáp và trong ống và tổng dòng bằng 100 A

Điện áp cảm ứng chung:

V = R x I

= 0,3 x 100

= 30 V

Đối với cáp đi trong bình hoặc trong xi lanh kim loại thì điện áp cảm ứng là không đáng kể

C.13. Thiết bị bảo vệ chống xung, vị trí lắp đặt và thử

C.13.1. Vị trí lắp đặt

C.13.1.1. Giới thiệu chung

Như xung chính được mô tả là dao động điện áp 1,2/50 ms sinh ra trong công trình, cường độ dòng điện có thể được giảm bớt. Nó được mô tả bởi ba loại vị trí C, B, và A. Loại C là đặt ở bảng điện cấp vào, loại B là đặt ở mạng phân phối chính, loại A là đặt ở phía phụ tải tiêu thụ.

Trong các vị trí đưa ra ở trên, mức độ nghiêm trọng của xung được tính đến là sẽ tăng dần theo nguy cơ rủi ro tăng cao. Điều này được mô tả là bởi đại lượng mức độ phá hủy hệ thống xuất phát từ việc đánh giá rủi ro.

C.13.1.2. Cáp truyền tín hiệu dữ liệu

Tất cả các thiết bị chống xung đường truyền dữ liệu đều thuộc loại vị trí C như là một cái làm giảm thấp xung điện áp 10/700 ms được dùng tương ứng với xung của đường dữ liệu không được làm giảm nhẹ bởi đường cáp ở vùng tương tự như xung chính.

C.13.1.3. Nguồn chính

C.13.1.3.1. Loại vị trí C

Thiết bị bảo vệ chống xung được lắp đặt ở các vị trí như sau đây thì thuộc loại C:

- Trên đầu cấp của nguồn vào bảng phân phối;

- Trên đầu tải đi ra;

- Phía ngoài công trình.

C.13.1.3.2. Loại vị trí B

Thiết bị bảo vệ chống xung được lắp đặt ở các vị trí như sau đây thì thuộc loại B:

- Trên hệ thống phân phối, giữa bên phụ tải từ bảng phân phối chính tới và phía cấp tới các đầu nối, ổ cắm;

- Trong thiết bị;

- Phía phụ tải của ổ cắm, cầu chì không quá 20 m so với loại vị trí C.

C.13.1.3.3. Loại vị trí A

Thiết bị bảo vệ được lắp ở phía phụ tải từ cầu chì, ổ cắm với khoảng cách nối trên 20 m so với loại C.

C.13.2. Độ mạnh xoay chiều đại diện cho thiết bị quá điện áp thử nghiệm

Mức xấp xỉ của phép thử được cho trong các bảng C.8, C.9, C.10 cho các loại vị trí khác nhau và mức độ thử của thiết bị bảo vệ chống quá áp trong phép thử.

Bảng C.8 - Loại vị trí (trục)

Mức độ thử

Điện áp (kV)

Dòng (A)

Thấp

2

166,7

Trung bình

4

333,3

Cao

6

500

Bảng C.9 - Loại vị trí B (trục)

Mức độ thử

Điện áp (kV)

Dòng (kA)

Thấp

2

1

Trung bình

4

2

Cao

6

3

Bảng C.10 - Loại vị trí C (trục)

Mức độ thử

Điện áp (kV)

Dòng (A)

Thấp

6

3

Trung bình

10

5

Cao

20

10

C.13.3. Thử thiết bị bảo vệ quá điện áp

Máy phát thử cho loại vị trí B và C là máy phát xoay chiều liên hợp, có thể phát được điện áp 1,2/50 ms và dòng xoay chiều 8/20 ms. Đối với loại vị trí A, một bộ ngăn không cảm ứng đầu ra được lắp để giới hạn dòng ở giá trị hợp lý. Dòng ngắn sẽ không nhỏ hơn 8/20 ms.

Phương pháp thử đối với thiết bị chống quá áp được đề cập ở Điều 23 của UL 1449:1985.

C.13.4. Cường độ xoay chiều đại diện cho ngưỡng thử đường dữ liệu

Mức thử hợp lý được lựa chọn theo Bảng C.11 cho độ thử và thiết bị được chọn.

Bảng C.11 - Loại vị trí C (đường dữ liệu)

Mức độ thử

Dòng thử xung cao

kA

Thử xông qua điện áp

Điện áp (kV)

Dòng (A)

Thấp

2,5

1,5

37,5

Trung bình

5

3

75

Cao

10

5

125

C.13.5. Thử nghiệm thiết bị chống quá điện áp đường truyền dữ liệu

C.13.5.1. Phép thử sóng xung dòng cao

Máy phát sóng hỗn hợp mô tả ở C.13.3 là phù hợp cho các phép thử này.

Phương pháp thử cho trong 5.6 của tiêu chuẩn ITU-T K.12 (2000).

C.13.5.2. Thử xông qua điện áp

Phương pháp thử tham khảo trong 23.3 của UL 1449:1985.

C.13.6. Thông tin được cung cấp bởi nhà sản xuất cho sản phẩm thiết bị chống quá điện áp

C.13.6.1. Thông tin về dạng xung

Nhà sản xuất thiết bị được yêu cầu cung cấp các thông tin về dạng xung như sau:

- Điện áp xông, như là 850 V, tất cả các chế độ, thử 6 kV, 1,2/50 ms, 3 kA 8/20 ms;

- Chế độ bảo vệ, ví dụ như đường nối đất, đường nối trung tính, trung tính tới đất đối với trục hay đường tới đường hay đường tới đất đối với cáp dữ liệu;

- Dòng xung cực đại, ví dụ như 20 000 A , 8/20 ms;

CHÚ THÍCH: Giá trị thử đối với thiết bị là thực chứ không dùng giá trị lý thuyết.

Làm yếu hệ thống. Nếu như thiết bị này làm yếu sự hoạt động của hệ thống sau khi bị xung đã đi qua thì tất cả các hiệu ứng của nó phải được ghi rõ.

Đường đường ống cấp gas được sử dụng như thiết bị chống quá điện áp được nối tắt với nguồn chính thì nó bị ngắn mạch khi hoạt động. Dòng điện cường độ lớn đi qua có thể phá hủy đường cấp điện cũng như đường ống cấp gas.

C.13.6.2. Thông tin ở trạng thái tĩnh

Nhà sản xuất thiết bị chống quá điện áp được yêu cầu cung cấp các thông tin dạng tĩnh như sau:

- Điện áp làm việc;

- Điện áp làm việc tối đa;

- Dòng hở;

- Chỉ số dòng;

- Các yếu tố làm yếu hệ thống.

- Bất cứ yếu tố nào có thể gây ảnh hưởng, ví dụ như:

- Trở kháng trên mạch;

- Điện dung phân nhánh;

- Độ rộng dải tần;

- Tỷ số sóng điện áp;

- Hệ số phản xạ.

C.13.7. Máy phát sóng hỗn hợp

C.13.7.1. Giới thiệu chung

Sơ đồ đơn giản của máy phát minh họa ở Hình C.18

Giá trị các thành phần vi phân Rs1, Rs2, Rm, Lr và Cc được xác định khi máy phát mang một xung điện áp 1,2/50 ms, và một xung dòng 8/20 ms tới mạch ngắn, nghĩa là máy đã có trở kháng hiệu quả là 2 W.

Để thuận tiện thì một trở kháng đầu ra hiệu quả được định nghĩa cho máy phát xung dựa trên việc tính toán tỷ số của điện áp cực trị mạch hở và dòng cực trị ngắn mạch. Một máy phát như thế có điện áp mở là 1,2/50 ms và dòng ngắn mạch là 8/20 ms được coi là máy phát xoay chiều liên hợp.

Bảng C.12 - Định nghĩa thông số xoay chiều 1,2/50 ms

Định nghĩa

Theo BS 923-2

Theo BS 5698-1

Thời gian trước ms

Thời gian của giá trị bán phần ms

Thời gian tăng từ 10 % lên 90 % ms

Khoảng thời gian 50 % đến 50 % ms

Điện áp mạch hở

12

50

1

50

Dòng ngắn mạch

8

20

6,4

16

CHÚ THÍCH: Các dạng sóng 1,2/50 ms và 8/20 ms được định nghĩa trong BS 923-2 và minh họa ở Hình C.19 và C.20. Nhiều khuyến cáo gần đây lại dựa trên định nghĩa về dạng sóng theo BS 5698-1 như thể hiện trên Bảng C.12. Cả hai định nghĩa trên đều áp dụng được đối với tiêu chuẩn này và đều tham chiếu đến máy phát sóng đơn.

C.13.7.2. Đặc tính và định dạng của máy phát sóng hỗn hợp

Điện áp ra mạch hở: từ 0,5 kV đến 6 kV thử cho loại B, 20 kV thử cho loại C

Biểu đồ: xem hình C.19, Bảng C.12

Dòng ngắn: từ 0,25 đến 3,0 kA thử cho loại B, 10 kA thử cho loại C

Biểu đồ dòng: xem Hình C.20 và Bảng C.12

Cực: dương/âm

Pha chuyển: trong dải từ 0o đến 360o

Chỉ số lặp: ít nhất 1 lần mỗi phút

 

CHÚ THÍCH: U là nguồn cao áp RC là điện trở thay đổi

                     CC là tụ điện tích điện       Rs là điện trở định dạng độ dài xung

                     Rm là điện trở phối hợp trở kháng    Lr là cuộn cảm định dạng thời gian nâng

Hình C.18 - Sơ đồ mạch điện đơn giản của máy phát điện trộn sóng điện từ

 

Hình C.19 - Dạng sóng của điện áp mạch hở

 

Hình C.20 - Dạng sóng của dòng ngắn mạch

 

Phụ lục D

(Tham khảo)

Một số ví dụ tính toán

D.1. Ví dụ tính toán xác suất sét đánh tổng hợp

VÍ DỤ 1:

Một bệnh viện thuộc tỉnh Nam Định cao 10 m và chiếm một diện tích là 10 x 12 (m). Bệnh viện xây dựng ở vùng đồng bằng, ở khu vực có ít công trình khác hoặc cây xanh có chiều cao tương đương. Kết cấu công trình bằng Bê tông cốt thép với mái không phải bằng kim loại.

Để xác định rằng liệu có cần đến hệ thống chống sét hay không, tính hệ số rủi ro tổng hợp như sau:

a) Số vụ sét đánh trên 1 km2 trong 1 năm: Trên cơ sở bản đồ mật độ sét đánh cho ở Hình 2 và hướng dẫn ở 7.2 xác định được giá trị Ng là 8,2 lần sét đánh xuống đất trên 1 km2 trong một năm.

b) Diện tích thu sét: Sử dụng công thức (1) ở 7.2, diện tích thu sét Ac (m2) được tính như sau:

Ac = LW + 2LH + 2WH + pH2

= (70 x 12) + 2(10 x 10) + 2(12 x 10) + (p x 100)

= 840 + 1 400 + 240 + 314

= 2 794 m2

c) Xác suất sét đánh: Sử dụng công thức (2) trong 7.2 xác suất sét đánh trong một năm, p là:

P = Ac x Ng x 10-6

= 2 794 x 8,2 x 10-6

= 22,9 x 10-3

d) Sử dụng các hệ số điều chỉnh: Các hệ số sau lần lượt được áp dụng:

- Hệ số A = 1,7

- Hệ số B = 0,4

- Hệ số C = 1,7

- Hệ số D = 1,0

- Hệ số E = 0,3

Tích các hệ số = A x B x C x D x E

= 1,7 x 1,0 x 1,7 x 2,0 x 0,3

= 0,35

Xác suất sét đánh tổng hợp là: 22,9 x 0,35 x 10-3 = 8,0 x 10-3

Kết luận: Cần lắp đặt hệ thống chống sét.

D.2. Ví dụ tính toán về liên kết các chi tiết kim loại với hệ thống chống sét

Dưới đây là ví dụ tính toán để quyết định có hay không liên kết các chi tiết kim loại với hệ thống chống sét.

VÍ DỤ 2:

Tình huống: một ống thép đúc thẳng đứng được bố trí cách dây xuống của hệ thống chống sét 2 m được lắp đặt ở chung cư cao 15 m tại thị xã Bắc Ninh, trong 1 năm có 8,2 lần sét đánh xuống/km2. Diện tích của tòa nhà là 40 x 20 (m) (xem Hình D.1).

 

Hình D.1 - Mặt bằng vùng thu sét

Giả thiết: giả thiết rằng mức rủi ro chấp nhận p0 = 10-5, điện trở của cực nối đất là 10 W, và số lượng dây xuống là 6.

Vấn đề đặt ra: Hãy quyết định có hay không nên liên kết cái ống thép đó có chiều cao lớn nhất là 12 m với hệ thống chống sét.

Trình tự: mặt bằng vùng được chọn đã cho là:

L = 40 m, W = 20 m, H = 15 m.

Diện tích thu sét: Xác định theo phương trình (1):

Ae = LW + 2LH + 2WH + pH2

= (40 x 20) + 2(40 x 15) + 2(20 x 15) + (p x 225)

= 800 + 1 200 + 600 + 707

Ae = 3 307 m2 (làm tròn 3 300 m2)

Xác suất bị sét đánh. Xác định theo phương trình (2):

P = Ae x Ng x 10-6

= 3 300 x 8,2 x 10-6

P = 27,06 x 10-3 lần bị sét đánh trong 1 năm

(làm tròn 27 x 10-3 hoặc 1 lần trong 37 năm)

Xác định dòng điện trong tia sét

https://vanbanphapluat.co/data/2017/08/286427/image119.gif

= 27 x 102

= 2 700

Vì p lớn hơn 100p0 nên giả thiết dòng điện sét lớn nhất là 200 kA (xem Hình 25).

CHÚ THÍCH: Với giá trị  nhỏ hơn 100, cường độ dòng điện đó sẽ là 100 log10 như thể hiện trong Hình 25.

Điện áp giữa hệ thống chống sét và ống nối đất ở chiều cao 12 m. Có 2 trường hợp xảy ra, với ống kim loại có liên kết và với ống kim loại không liên kết với cực nối đất, như sau:

A) Ống liên kết với cực nối đất. Điện áp kháng có thể được bỏ qua và điện áp giữa hệ thống chống sét và ống nối đất bằng điện áp tự cảm (V = VL).

Giả thiết có 6 dây xuống (n = 6), mỗi dãy xuống có kích thước 25 x 3 (mm), bán kính hiệu dụng re = 0,008 m, chiều dài mạch l = 12 m và S = 2 m, nếu các giá trị này được đưa vào phương trình (4) và (6) thì VL được tính như sau:

VL = 200 x 103 x 12 x  = 440 kV

Theo Hình 27, khoảng cách 0,85 m là cần thiết, cộng với 30 % khi tính đến vị trí góc sẽ ra tổng là 1,1 m. Khoảng cách thực tế là 2 m, do đó việc liên kết là không cần thiết ở điểm cao nhất của ống.

B) Ống nối đất nhưng không liên kết ống và cực nối đất. Tổng điện áp duy trì bởi hệ thống chống sét (V) được tính như sau:

V = VR + VL

Trong đó

VR là điện áp kháng phát sinh trong hệ thống mạng nối đất.

VL được lấy giá trị như trong trường hợp a) mà VR được tính thêm vào như sau:

VR = x 10 x 6 (do mỗi cực nối đất có thể có một điện trở (W) là n x 10)

VR = 2 MV

V = 2+0,44 = 2,44 MV

Từ Hình 27, khoảng cách 6 m là cần thiết với điện áp như trên và do đó ống cần được liên kết với hệ thống chống sét ở điểm cao nhất hoặc thấp nhất để khử điện áp kháng. Phần tính toán ở trên chứng tỏ điện áp tạo ra bởi hiệu ứng lan truyền sét phụ thuộc chủ yếu vào số lượng dây xuống và độ lớn điện trở đất.

Khi khoảng cách 2 m (bằng khoảng cách ly S) được sử dụng để đánh giá điện áp phóng điện từ Hình 27, nó có nghĩa là cự ly gần nhất của chi tiết kim loại kết nối với ống đến các chi tiết kim loại kết nối với dây xuống là 2 m. Nếu ống có khoảng cách ly 2 m với dây xuống như trong trường hợp này nhưng thêm vào đó nó có nhánh đi gần với điểm cao nhất của dây xuống trong phạm vi 1 m, thì khoảng cách 1 m phải được kiểm tra theo Hình 27 với điện áp do sét tạo ra để bảo đảm rằng có khoảng cách ly thích hợp.

 

Phụ lục E

(Tham khảo)

Hướng dẫn sử dụng bản đồ mật độ sét trên lãnh thổ Việt Nam

(Chú giải của Viện Vật lý Địa cầu - Cơ quan ban hành Bản đồ mật độ sét trên lãnh thổ Việt Nam)

Để lấy giá trị mật độ sét tại một điểm trước tiên phải xác định tọa độ, tên gọi của điểm trên bản đồ. Sau đó tìm hiểu vị trí tương đối của điểm cần xác định với vị trí các trạm khí tượng. Giá trị mật độ sét tra theo Bảng E.1. Các địa danh ở đây là tên tỉnh thành phố và tên trạm khí tượng. Khi lấy mật độ sét càng xa các điểm đặt trạm khí tượng thì độ chính xác càng giảm. Trong trường hợp điểm cần lấy mật độ sét không có trong bảng thì xem trên bản đồ (Hình 2). Các mức đồng mức được sử dụng trên bản đồ này là:

Đường đồng mức

1,4

3,4

5,7

8,2

10,9

13,7

CHÚ THÍCH:

- Khu vực đường đồng mức > 8,2 thì giá trị mật độ sét được coi là từ 8,2 đến 10,9.

- Khu vực đường đồng mức < 8,2 thì giá trị mật độ sét được coi là từ 5,7 đến 8,2.

- Khu vực đường đồng mức > 13,7 thì giá trị mật độ sét được coi là từ 13,7 đến 16,7.

Ở các hải đảo không có tên ở bảng dưới, mật độ sét có thể lấy dao động từ 2,5 đến 7.

Bảng E.1 - Mật độ sét trên lãnh thổ Việt Nam

TT

Tỉnh, Thành phố

Địa điểm

(Tên trạm khí tượng)

Mật độ sét

(Số lần/km2/năm)

1

An Giang

Châu Đốc

4,5

2

Bình Định

Quy Nhơn

4,7

3

Bình Dương

Không có số liệu trạm

Xác định theo bản đồ

4

Bình Phước

Đồng Phú

14,9

5

Bình Thuận

Phan Thiết

7,9

6

Bà Rịa Vũng Tàu

Vũng Tàu

7,1

7

Bắc Cạn

Bắc Cạn

8,6

8

Bắc Giang

Bắc Giang

7,5

9

Bắc Ninh

Không có số liệu trạm

Xác định theo bản đồ

10

Bạc Liêu

Bạc Liêu

11

11

Bến Tre

Ba Tri

11,4

12

Cà Mau

Cà Mau

11,9

13

Cao Bằng

Cao Bằng

9,2

14

Cần Thơ

Cần Thơ

9,2

15

Đà Nẵng

Đà Nẵng

7,3

16

Đắk Lắk

Buôn Mê Thuột

13

17

Đắc Nông

Đắc Nông

12,2

18

Đồng Nai

Xuân Lộc

10,6

19

Đồng Tháp

Cao Lãnh

12,4

20

Gia Lai

P-lây Cu

9,4

21

Hà Giang

Bắc Quang

10,2

22

Hà Giang

Hà Giang

10,5

23

Hà Nam

Hà Nam

8,9

24

Hà Nội

Hà Nội

8,9

25

Hà Tây

Sơn Tây

9,1

26

Hà Tĩnh

Hà Tĩnh

8,2

27

Hà Tĩnh

Kỳ Anh

6,1

28

Hải Dương

Hải Dương

8,2

29

Hải Phòng

Phù Liễn

9,0

30

Hưng Yên

Hưng Yên

7,6

31

Hòa Bình

Hòa Bình

10,1

32

Khánh Hòa

Cam Ranh

3,7

33

Khánh Hòa

Nha Trang

3,2

34

Kiên Giang

Phú Quốc

7,3

35

Kiên Giang

Rạch Giá

12,2

36

Kon Tum

Kon Tum

6,8

37

Lâm Đồng

Đà Lạt

8,3

38

Lào Cai

Sa Pa

7,3

39

Lào Cai

Lào Cai

8,4

40

Lạng Sơn

Lạng Sơn

8,4

41

Lai Châu

Lai Châu

8,8

42

Lai Châu

Tuần Giáo

6,5

43

Long An

Mộc Hóa

16,2

44

Nam Định

Nam Định

7,4

45

Nghệ An

Quỳ Châu

12,4

46

Nghệ An

Quỳ Hợp

10,2

47

Ninh Bình

Ninh Bình

6,5

48

Ninh Thuận

Phan Rang

1

49

Phú Thọ

Việt Trì

9,1

50

Phú Yên

Tuy Hòa

3,4

51

Quảng Bình

Tuyên Hóa

9

52

Quảng Nam

Tam Kỳ

7,9

53

Quảng Ngãi

Quảng Ngãi

7,4

54

Quảng Ninh

Cô Tô

6,4

55

Quảng Ninh

Móng Cái

10,1

56

Quảng Ninh

Uông Bí

9,2

57

Quảng Trị

Đông Hà

7,2

58

Sơn La

Quỳnh Nhai

8,4

59

Sơn La

Sơn La

10,3

60

Sóc Trăng

Sóc Trăng

9,3

61

Tây Ninh

Tây Ninh

13

62

Thái Bình

Thái Bình

5,1

63

Thái Nguyên

Thái Nguyên

8,7

64

Thanh Hóa

Thanh Hóa

8

65

Thừa Thiên Huế

Huế

9,8

66

Thừa Thiên Huế

Nam Đông

13,6

67

Thừa Thiên Huế

A Lưới

10

68

Tiền Giang

Mỹ Tho

11,4

69

Tp. Hồ Chí Minh

Tp. Hồ Chí Minh

12

70

Trà Vinh

Càng Long

13,1

71

Tuyên Quang

Tuyên Quang

9,3

72

Vĩnh Long

Không có số liệu trạm

Xác định theo bản đồ

73

Vĩnh Phúc

Tam Đảo

7,9

74

Vĩnh Phúc

Vĩnh Yên

8,3

75

Yên Bái

Yên Bái

9,7

CHÚ THÍCH: Số liệu trong Bảng E.1 và bản đồ có thể không khớp nhau do số liệu trên bản đồ được trung bình hóa và làm trơn.

 

MỤC LỤC

1 Phạm vi áp dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

4 Quy định chung

5 Chức năng của hệ thống chống sét

6 Vật liệu và kích thước

7 Sự cần thiết của việc phòng chống sét

8 Vùng bảo vệ

9 Các lưu ý khi thiết kế hệ thống chống sét

10 Các bộ phận cơ bản của hệ thống chống sét

11 Bộ phận thu sét

12 Dây xuống

13 Mạng nối đất

14 Cực nối đất

15 Kim loại ở trong hoặc trên công trình

16 Kết cấu cao trên 20 m

17 Công trình có mái che rất dễ cháy

18 Nhà chứa các vật có khả năng gây nổ hoặc rất dễ cháy

19 Nhà ở

20 Hàng rào

21 Cây và các kết cấu gần cây

22 Các công trình có ăng ten vô tuyến truyền thanh và truyền hình

23 Các công trình khác

24 Sự ăn mòn

25 Lắp dựng kết cấu

26 Dây điện trên cao

27 Kiểm tra

28 Đo đạc

29 Lưu trữ hồ sơ

30 Bảo trì

Phụ lục A (tham khảo): Các khía cạnh kỹ thuật của hiện tượng sét

Phụ lục B (tham khảo): Giải thích một số điều khoản của tiêu chuẩn

Phụ lục C (tham khảo): Hướng dẫn chung chống sét cho thiết bị điện trong và trên công trình

Phụ lục D (tham khảo): Một số ví dụ tính toán

Phụ lục E (tham khảo): Hướng dẫn sử dụng Bản đồ mật độ sét trên lãnh thổ Việt Nam

 

MỜI CÁC BẠN XEM CÁC PHẦN KHÁC CỦA TIÊU CHUẨN:

Tiêu chuẩn chống sét công trình TCVN 9385:2012 - Phần 1

Tiêu chuẩn chống sét công trình TCVN 9385:2012 - Phần 2

 MỜI BẠN BẤM VÀO LINK ĐỂ QUAY TRỞ LẠI >>>> GIÁM SÁT CÔNG TRÌNH