GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP CHO CÔNG TRÌNH

Theo các số liệu thống kê của ERICO, tòa nhà Skytower ở Auckland, New Zealand ngày 21/7/1999 đã chịu 16 tia sét đánh trực tiếp trong vòng 30 phút trong một cơn bão sét. Tòa nhà The Bank of China, Hong Kong cũng đã hứng chịu hơn 100 tia sét trực tiếp kể từ năm 1989. Tháp truyền thông Mt. Tangkuban Perahu ở West Java, Indonesia từng chịu 56 tia sét trong vòng 3 năm. Hệ thống ERITECH SYSTEM3000 lắp đặt trên Centerpoint Tower, Sydney đã ghi lại hơn 40 tia sét kể từ tháng 11 năm 1995.

Theo ước tính của các nhà chuyên môn, trên khắp mặt địa cầu, cứ mỗi giây có khoảng 100 cú sét đánh xuống mặt đất. Sét không những có thể gây thương vong cho con người, mà còn có thể phá hủy những tài sản của con người như các công trình xây dựng, công trình cung cấp năng lượng, hoạt động hàng không, các thiết bị dùng điện, các đài truyền thanh truyền hình, các hệ thống thông tin liên lạc... và làm gián đoạn công việc.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

Nguyên lý hình thành sét

Sét là một nguồn điện từ rất mạnh, xuất hiện do sự hình thành các điện tích khối lớn, từ các đám mưa giông mang điện tích dương - ở phần trên của đám mây - và điện tích âm - ở phần dưới của đám mây. Chúng tạo một điện trường có cường độ lớn chung quanh đám mây. Trong quá trình tích lũy các điện tích trái dấu, một điện trường có cường độ gia tăng liên tục được hình thành. Khi điện thế tại một nơi nào đó trong đám mây vượt quá ngưỡng cách điện của không khí, thì xảy ra hiện tượng sét đánh xuyên, hay còn gọi là sét tiên đạo.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

Con đường mà sét có thể đi qua, làm thiệt hại cho tài sản của con người trên mặt đất, có thể kể ra như sau:
- Sét đánh trực tiếp vào công trình.
- Sét lan truyền qua các đường cáp cung cấp nguồn cho các thiết bị điện, qua các đường cáp tín hiệu giữa các thiết bị điện.

Dựa trên đặc tính trên, các giải pháp chống sét sẽ phân biệt thành hai loại thiết bị chống sét: thiết bị chống sét trực tiếp và thiết bị chống sét lan truyền.

Hệ thống chống Sét Trực Tiếp

Phương pháp này có thể có 2 loại hệ thống: hệ thống chống sét chủ động (cấp tiến) và hệ thống chống sét thụ động (truyền thống).

a) Hệ thống chống sét thụ động

Đây là hệ thống không kích thích cú sét đánh thủng, không làm tăng thêm khả năng phóng điện có thể xảy ra tại khu vực cần bảo vệ như phương pháp chủ động.

Một trong những hệ thống chống sét thụ động đáng tin cậy nhất được biết dưới tên gọi lồng Faraday (Faraday Cage). Với phương pháp này, một công trình kiến trúc sẽ được bao phủ bởi một mạng lưới gồm những thanh kim loại và sau đó các thanh kim loại này sẽ được dẫn qua hệ thống cáp xuống đất.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

b) Hệ thống chống sét chủ động

Phương pháp này được Benjamin Franklin phát minh năm 1760 và là phương pháp thu sét phổ biến nhất và có lẽ là nổi tiếng nhất trong lịch sử. Hệ thống chủ động này dùng thu lôi phóng trực tiếp một luồng ion về phía đám mây, làm tăng thêm khả năng phóng điện có thể xảy ra trong đám mây.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

Dựa trên lý thuyết của Benjamin Franklin, ERICO đã sản xuất hệ thống chống sét chủ động ERITECH® SYSTEM3000 phù hợp hoàn toàn với hơn 12 tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như Mỹ, Úc…

Bố trí hệ thống ERITECH® SYSTEM 3000 theo phương pháp CVM

Việc bố trí các kim thu sét trên công trình trước đây thường được thực hiện bằng phương pháp quả cầu lăn (RSM) dựa trên mô hình điện đơn giản (Electro Geometric Model - EGM) theo khoảng cách sét đánh. EGM đơn giản không tính đến quá trình phóng tia sét tiên đạo hướng lên và sự quan trọng của chiều cao công trình hay hình dạng của vật thể trên công trình. RSM sử dụng khoảng cách phóng sét cố định, thường là 45m, không quan tâm đến chiều cao hay chiều rộng công trình. Điều này có nghĩa là công trình có độ cao 5m được gán cho vùng bắt sét và xác suất sét đánh cũng giống như tháp viễn thông cao 100m.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

Một mô hình cải tiến đã được phát triển ban đầu bởi Dr A.J. Eriksson (1979, 1980, 1987). Bắt đầu từ cuối những năm 1980, mô hình cơ bản của Eriksson được phát triển sâu hơn bởi các nhà khoa học và kĩ sư của ERICO nhằm ứng dụng cho các công trình thực nghiệm. Việc nghiên cứu này được thực hiện qua mô hình mô phỏng bằng máy tính vùng điện trường quanh mô hình 3D của công trình và áp dụng khái niệm “điểm cạnh tranh” để xác định công trình có được bảo vệ hay không. Phương pháp mới này đã được biết đến trên toàn thế giới qua nhiều năm với tên gọi CVM. CVM xem xét điều kiện vật lý của sự phóng điện qua không khí kết hợp với kiến thức về sự gia tăng điện trường tạo bởi các điểm khác nhau trên công trình. Sau đó CVM sử dụng thông tin này để cung cấp hệ thống chống sét tối ưu cho công trình, tức là vị trí đặt kim thu sét hiệu quả nhất cho mức bảo vệ đã chọn.

Sử dụng phương pháp thống kê phân phối chuẩn của cường độ dòng điện cao nhất do sét đánh, ERICO cho thấy với phương pháp CVM, mức bảo vệ thông thường nằm trong khoảng 84-99%.

ERITECH SYSTEM3000 bao gồm các thành phần:
• Phần mềm trợ giúp thiết kế BENJI
• Kim thu sét ERITECH® DYNASPHERE
• Cáp truyền dẫn ERITECH® ERICORE.
• Máy đếm sét LEC.
• Hệ thống đất trở kháng thấp.
• Hóa chất cải thiện điện trở đất GEM.

Các thành phần này tạo nên giải pháp chống sét 6 điểm ERICO®.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

1. Phần mềm thiết kế BENJI

Các ứng dụng và vị trí lắp đặt ERITECH® SYSTEM 3000 được tối ưu hóa bởi phần mềm thiết kế của Erico. Tùy theo từng ứng dụng, phần mềm sẽ cung cấp các thông số cụ thể, đảm bảo hiệu suất bảo vệ tối ưu. Ngoài ra BENJI còn cung cấp bảng kê vật liệu, hình chiếu không gian ba chiều, các bản vẽ lắp đặt mẫu và các đặc tính kỹ thuật.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

2. Kim thu sét ERITECH® DYNASPHERE

Chức năng cơ bản của kim thu sét hoặc hệ thống thu sét là bắt các tia sét vào điểm ưu tiên, sau đó dẫn tia sét qua cáp truyền dẫn đến hệ thống đất. Trong suốt quá trình xảy ra sét, ở điểm gần kim, bán cầu ERITECH® DYNASPHERE sẽ gia tăng điện thế qua cặp điện dung. Khi điện thế đủ cao, một tia hồ quang điện sẽ được kích hoạt.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

Tia hồ quang kích hoạt có hai hiệu ứng:
(i) Sinh ra một lượng lớn các electron tự do để tạo ra tia sét tiên đạo hướng lên.
(ii) Gia tăng điện trường trên kim thu sét, tạo năng lượng bổ sung để mồi và chuyển thành tia sét tiên đạo.

Hai hiệu ứng này làm tăng độ tin cậy của kim thu sét ERITECH® DYNASPHERE. Kích thước của vùng bảo vệ được tối ưu hóa sao cho tia hồ quang kích hoạt chỉ xuất hiện khi điện trường bao quanh đủ lớn, đảm bảo tia sét đánh vào kim ổn định, có thể được phát triển đủ lớn để cắt thành công tia sét đánh xuống.

ERITECH DYNASPHERE được thiết kế phù hợp với các tiêu chuẩn cần thiết cho sự phóng điện “có điều khiển”. Khái niệm “có điều khiển” là rất quan trọng bởi vì nếu phóng điện quá sớm sẽ không hiệu quả do điện trường bao quanh không đủ lớn để chuyển đổi tia điện thành dòng sét hướng lên.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

Kim thu sét ERITECH® DYNASPHERE được cấp bằng sáng chế là loại kim thu sét tiên tiến với các đặc tính:
• Được chế tạo từ các vật liệu có khả năng chống ăn mòn cao.
• Không yêu cầu nguồn cấp năng lượng bên ngoài.
• Không có bộ phận gây dịch chuyển trong kim.
• Tạo vùng bảo vệ rộng lớn với mức an toàn cao.
• Dễ lắp đặt và bảo trì.

3. Cáp truyền dẫn

Chức năng của cáp truyền dẫn xuống đất là cung cấp đường dẫn trở kháng thấp từ kim thu sét xuống hệ thống đất để dẫn dòng điện do sét tạo ra xuống đất an toàn mà không phát sinh điện thế quá lớn. ERICO sử dụng loại cáp 6 lớp, tăng khả năng tản sét, giảm thiểu tác dụng cảm ứng và hiện tượng sét đánh tạt ngang.

Đặc tính của cáp thoát sét 6 lõi ERICO:

• Xung xét chỉ có thể truyền đi trong cáp với vỏ bọc bằng chất bán dẫn, do đó tránh được rủi ro phóng điện bề mặt.
• Đặc tính trở kháng thấp của dây cáp giúp giảm thiểu hư hỏng điện môi bên trong.
• Dây cáp có thể dễ dàng dẫn đi tránh xa các thiết bị nhạy cảm, dây điện, thép kết cấu và khu vực làm việc của con người.
• Sử dụng cáp dẫn đơn.
• Dễ dàng lắp đặt, giảm thiểu bảo trì.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

4. Máy đếm sét LEC

Máy đếm sét được sử dụng để theo dõi, ghi nhận lại số lần sét đánh trong thời gian hoạt động của hệ thống chống sét.

Máy đếm sét LEC IV có đặc tính sau:
• Hiển thị 6 số.
• Không cần cấp nguồn bên ngoài.
• Dễ dàng lắp đặt cho bất kỳ hệ thống chống sét trực tiếp đã có hay đang lắp đặt.
• Độ kín cấp IP67.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

5. Hệ thống đất

Hệ thống đất có trở kháng thấp để phân tán năng lượng sét. Hệ thống đất rất khác nhau giữa các công trình tùy theo điều kiện địa chất. Hệ thống đất bao gồm các cọc thép bọc đồng, bảng đồng nối đất và lưới cáp đồng trần. Hệ thống lưới cọc tiếp đất tốt giúp giảm tối thiểu nguy cơ gia tăng điện áp đất và gây chấn thương cho người hoặc phá hủy thiết bị.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

6. Hóa chất cải thiện điện trở đất GEM

Tại một số khu vực có điện trở đất cao hoặc không ổn định, Erico sử dụng hóa chất cải thiện điện trở đất GEM. Để tối ưu hóa khả năng cải thiện điện trở đất, Erico sử dụng phần mềm GEM để xác định số lượng hóa chất cần sử dụng và thiết kế hệ thống đất.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình

Đặc tính của hóa chất GEM:
• Giảm điện trở nối đất từ 50% - 90%.
• Tăng độ kết nối giữa điện cực và đất.
• Bảo vệ điện cực và ổn định điện trở nối đất.
• An toàn, không độc hại.
• Có thể sử dụng cho cả hệ thống nối đất cũ hay mới.

Giải pháp chống sét Toàn diện cho công trình This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 800x600.


Lê Thanh Liêm (liemlt@toancau.vn)
Global Electrical Technology Corporation
2nd floor, ITD Building, No. 1, Sang Tao Street,
E.Office Tan Thuan Export Processing Zone, Dist. 7, HCMC, SR. Vietnam
Tel: 08-3770 1055 (3160) Fax: 08-3770 1056
Mob: 0989 167 776 Web: www.toancau.vn