Tài liệu KỸ THUẬT PHÒNG CHỐNG SÉT pdf

KỸ THUẬT PHÒNG CHỐNG SÉT
Mô hình chống sét trực tiếp
Để chống sét một cách có hiệu quả và toàn diện phải tuân theo giải pháp chống sét
bao gồm
1. Chống sét đánh thẳng trực tiếp cho công trình
2. Chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn và đường truyền tín hiệu
3. Hệ thống tiếp đất có tổng trở thấp và đảm bảo an toàn cao.
CHỐNG SÉT ĐÁNH THẲNG BẰNG KIM THU SÉT PHÁT TIA TIÊN ĐẠO
Để giảm bớt những rủi ro mà cột thu lôi không đáp ứng được vì sự thụ động của
chúng, FRANKLIN FRANCE (Pháp) với nhiều năm nghiên cứu đã trở thành
chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực bảo vệ chống sét đánh thẳng bởi một sản phẩm
mới, khắc phục tính thụ động của cột thu lôi cổ điển: kim thu sét tạo tia tiên đạo –
SAINT ELMO.
Mô hình chống sét gián tiếp
1. Cấu tạo
• Đầu thu
Một đầu thu gắn cố định phía trên dùng thu sét và và che chắn cho đầu phát xạ ion
ở bên trong. Nó được thiết kế để tạo ra dòng chuyển động không khí xuyên qua
đầu phát ion, phân tán các ion này ra không gian xung quanh, tạo môi trường thuận
lợi để kích hoạt sớm sự phóng điện (hiện tượng Corona), hạn chế thiệt hại do sét
gây ra.
• Thân kim
Thân kim được làm bằng đồng xử lý hoặc inox, phía trên có một hoặc nhiều đầu
nhọn dùng phát xạ ion. Các đầu họn này được nối với bộ phát xạ ion thông qua dây
dẫn luồng bên trong ống cách điện.
• Bộ kích thích phát xạ ion
Được làm bằng vật liệu Ceramic áp điện, đặt phía dưới thân kim, trong buồng cách
điện, nối với các đầu phát xạ nhờ dây dẫn chịu được điện thế cao. Khi có dông,
dưới tác động của một lực, bộ phận này sẽ phát ra các điện tích.
2. Nguyên tắc hoạt động
a - Sự kích thích áp điện

Một sự dao động nhỏ của kim thu sét so với cột đỡ cùng với áp lực được tạo ra
trước trong bộ kích thích sẽ sinh ra những áp lực biến đổi ngược nhau. Theo đó,
chúng tạo ra điện thế cao tại các đầu nhọn phát xạ ion, sinh ra một lượng lớn ion
xung quanh kim thu sét. Những ion này sẽ ion hóa dòng khí quyển xung quanh và
phía trên đầu thu nhờ hệ thống lưu chuyển không khí VENTURI ngay đầu thu.
Tính lưỡng cực của Vật liệu áp điện tạo cho kim thu sét SAINT-ELMO khả năng
hoạt động với cả sét dương và âm.
b- Giảm thời gian kích thích hiệu ứng CORONA và giảm điện áp ngưỡng
Sự tăng cưỡng bức mật độ ion của không khí chung quanh một điện cực đều làm
giảm điện áp ngưỡng. Điều này được thực hiện nhờ bộ phát xạ ion. Khả năng này
khiến cho nó có tính hiệu quả hơn trong vai trò của điểm thu sớm nhất so với các
điểm khác của tòa nhà mà nó bảo vệ.
3. Vùng bảo vệ của đầu thu sét :
Bán kính bảo vệ của đầu kim thu sét phát xạ sớm được xác định bởi tiêu chuẩn
Pháp NFC 17-102 (tháng 07/1995).
CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN
Sự tăng đột biến điện áp trên đường cấp điện có thể gây nguy hiểm cho người và
làm gián đoạn công việc do hư hỏng thiết bị. Nó gây ra nhiều phí tổn như: chi phí
sữa chữ và thay thế, chi phí để khôi phục lại dữ liệu, sự hao tổn do ngưng hoạt
động và mất các cơ hội làm ăn. Ngoài ra, con người có thể bị nguy hiểm do hệ
thống thiếu an toàn.
Có nhiều nguyên nhân gây nên quá áp trên hệ thống
-Tác nhân bên ngoài: sét là một trong những nguyên nhân gây quá áp. Sét không
nhất thiết phải đánh trực tiếp đến đường năng lượng mới gây nguy hiểm, một sét
đánh cách xa vài trăm mét có thể gây ra vùng nguy hiểm rộng lớn, ảnh hưởng ngay
cả đến cáp dưới đất.
-Tác nhân bên trong: Hầu hết những quá áp phát ra bên trong hệ thống do việc
đóng ngắt các tải điện công suất lớn như hệ thống nhiệt, động cơ v.v… Nó chiếm
từ 70 – 80% trong tất cả những sự cố quá áp. Do đó, bảo vệ quá áp là việc cần
được lưu tâm và khuyến khích.

Xung quá áp đột biến (Transient overvoltage): Xung quá áp đột biến là sự tăng vọt
điện áp trong thời gian ngắn khoảng một phần triệu giây hay một phần ngàn giây
và được đo lường giữa hai hoặc nhiều dây dẫn. Điện áp tăng vọt từ vài vôn cho tới
hàng ngàn vôn. Điện áp này tồn tại giữa hai hoặc nhiều dây dẫn tức giữa các dây
pha/pha, pha/ trung tính, pha/đất, trung tính/đất.
CÁC DẠNG ĐỒ THỊ XUNG
Hình 1: Đồ thị xung hình Sin chuẩn
Hình 2: Power cut: Xung điện áp bị ngắt hoàn toàn và kéo dài trong nhiều mili giây
cho
tới nhiều giờ.
Hình 3: Udervoltage : Là sự giảm điện áp liên tục trên nguồn điện và kéo dài trong
vài
giây.
Hình 4: Overvoltage : Là sự tăng điện áp liên tục trên nguồn điện và kéo dài quá
vài giây.
Hình 5: Sag : Là sự giảm điện áp trên nguồn điện và kéo dài không quá một hoặc
hai giây.
Hình 6: Swell : Là sự tăng điện áp trên nguồn điện và kéo dài không quá một hoặc
hai
giây.
Hình 7: Transient overvoltge : Là xung quá áp đột biến là sự tăng vọt điện áp cực
nhanh
không lâu hơn một mili giây.
a/ CHỐNG SÉT CÁP ĐỒNG TRỤC AN-TEN PHI ĐƠ
Để chống sét trên cáp đồng trục an-ten phi đơ, ta dùng các thiết bị bảo vệ tần số
cao (High frequency protection). Thiết bị này được thiết kế để chống sét và chống
nhiễu do các xung cảm ứng điện từ trên cáp đồng trục. Thường tần số sử dụng là
HF, VHF, UHF.
Các thiết bị chống sét cho cáp đồng trục thường dùng các kiểu đầu nối N, BNC.
Các yêu cầu chính khi chọn lựa thiết bị bảo vệ:

Tương thích về đầu nối.
Chắc chắn về cơ học.
Thỏa mãn về dãi tần số và băng thông. Suy hao xen vào và suy hao phản xạ nhỏ.
Thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật khác.
b/ CHỐNG SÉT CHO MẠNG MÁY TÍNH
Để chống sét cho mạng máy tính, ta cần quan tâm đến kiểu mạng và thiết bị nối
mạng, bao gồm:
Kiểu mạng: thông dụng nhất là mạng kết nối hình sao , kết nối hỗn hợp thông qua
HUB (thiết bị kết nối và truy xuất mạng).
Kiểu đầu nối cáp mạng : kiểu UTP hay BNC.
Tốc độ truyền dữ liệu của card mạng.
Lưu ý: Để bảo vệ đầy đủ cho mạng máy tính, cần thiết lập nguồn cung cấp duy
nhất cho các máy đơn lẻ trong cùng một khu vực và lắp đặt các thiết bị cắt sét
nguồn.
c/ CHỐNG SÉT CHO MẠNG TRUYỀN DỮ LIỆU
Kiểu tín hiệu truyền: dạng nguồn áp hay nguồn dòng ( 4 - 20mA)
Kiểu đầu nối : RS232, RS485 v.v
Các kiểu khác: Token Ring …
d/ CHỐNG SÉT CHO MẠNG ĐIỆN THOẠI , TỔNG ĐÀI PABX
Phụ thuộc số line vào, ta có thể chọn loại bảo vệ đơn hay bảo vệ dãy (các thiết bị
KRONE).
e/ CHỐNG SÉT CHO CÁC MẠNG KHÁC
Các hệ thống có thiết bị chuyên dụng để bảo vệ:
Hệ thống báo cháy và camera quan sát.
Hệ thống cân công nghiệp ( dùng Load cell)
Hệ thống điều khiển công nghiệp, SCADA v.v
CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG DÂY CẤP NGUỒN
Các thiết bị điện tử dễ bị phá hỏng do các xung sét đột biến hay do quá điện áp lan
truyền trên dây cấp điện nguồn. Khả năng cắt giảm biên độ và lọc dòng sét trên
đường cấp điện nguồn được thực hiện bằng cách lắp song song một thiết bị cắt sét

1 hoặc 3 pha ngay cầu dao tổng (ở điểm dẫn vào toà nhà) và sau đó lắp thiết bị cắt
và lọc sét nối tiếp với hệ thống cấp điện nguồn gần thiết bị điện tử nhạy cảm cần
bảo vệ. Cách này sẽ giảm được sự phá hoại các trang thiết bị, giảm tổn thất trong
vận hành và thiệt hại về kinh tế.
LỢI ÍCH CỦA BỘ LỌC SÉT ( FILTER DEVICE)
Bảo vệ những mạch nhạy cảm đòi hỏi không phải chỉ đơn giản giới hạn mức quá
áp. Nó cũng vô cùng quan trọng để làm giảm thấp sự đột biến của dòng và điện áp
hiện hữu do tác động của nhiễu sóng sinh ra.
Thiết bị cần có tầng lọc để giúp hạn chế sự thay đổi các dạng thức kỹ thuật của
Sine Wave, loại bỏ các hài bậc cao, như thế sẽ bảo vệ tốt hơn cho các thiết bị điện
nhạy cảm. Nó được mắc nối tiếp với thiết bị cần bảo vệ.
Hiệu quả của việc sử dụng thiết bị lọc sét:
Chỉnh sữa lại tỉ lệ đỉnh xung, điều chỉnh lại cạnh nhọn dư sau tầng cắt bằng thiết bị
SPD .
Làm giảm quá áp đến thiết bị.
Làm giảm nhiễu RFI/EMI.
NHỮNG LỢI ÍCH CỦA KỸ THUẬT TD
Kỹ thuật này đã tăng thêm một bậc về sáng tạo trong thiết bị bảo vệ quá áp. Nó
phân biệt giữa tình trạng quá áp khác thường được duy trì liên tục và những quá áp
đột ngột tạm thời, quá áp do sét gây ra hay do công tắc đóng ngắt. Khi tần số quá
áp được dò ra, Quick-Switch (được cung cấp bằng sáng chế) đưa ra một sự bảo vệ
mạnh mẽ đến giới hạn quá áp đưa đến. Nó cho phép thiết bị vẫn hoạt động, cung
cấp an toàn, và bảo vệ quá áp được tin cậy ngay cả sau một tình trạng quá áp bất
thường xảy ra. Điều này không chỉ bảo đảm được an toàn cho những ứng dụng
thiết thực mà còn kéo dài tuổi thọ của thiết bị nhờ cách thức bảo vệ khônng phải
ngắt thường xuyên. Kỹ thuật TD đặc biệt chỉ ra nơi được duy trì liên tục mà quá áp
xảy ra và nơi mà kỹ thuật SPD cũ bị hư không có khả năng chịu đựng.(theo thử
nghiệm những chế tạo SPD để thiết kế cho những sản phẩm ngắt cố định màTVSS
vẫn hoạt động ở mức trên điện áp danh định 10%. Và hầu hết những thiết kế của
những chế tạo danh tiếng cho phép quá áp 25%,nhưng với kỹ thuật TD có thể cao

hơn. Chứng tỏ kỹ thuật TD có sức chịu quá áp cao với tỷ lệ điện áp triệt thấp.
SỰ CẦN THIẾT CỦA BẢO VỆ PHỐI HỢP
Để bảo vệ tốt nhất cho con người và thiết bị, cần có sự hiểu biết đầy đủ về các
nguy cơ do sét gây ra. Phương pháp kết nối tiếp đất chống sét và bảo vệ quá áp là
rất quan trọng, đòi hỏi sự nghiên cứu và hiểu biết đầy đủ về nó. Việc sử dụng các
thiết bị bảo vệ đắt tiền nhưng thiết kế yếu kém, điện trở đất không đạt yêu cầu sẽ
đưa đến hiệu quả bảo vệ không cao.
Có nhiều loại và nhiều mức bảo vệ quá áp khác nhau. Việc phối hợp chọn lựa thiết
bị và các sơ đồ bảo vệ phù hợp sẽ đem lại hiệu quả an toàn cao nhất.
Chống sét lan truyền cho một thiết bị bao gồm hai hướng chính:
- Chống sét trên đường cung cấp nguồn điện của thiết bị.
- Chống sét trên đường tín hiệu vào/ra của thiết bị.
Chống sét trên đường nguồn thường có 3 tầng chính:
- Chống sét tầng sơ cấp, được áp dụng cho lối vào tủ điện chính hoặc nơi cần cắt
sét với cường độ cao ( >= 100 kA).
- Chống sét tầng thứ cấp, được lắp đặt phía sau tầng sơ cấp, có cấp cắt sét thấp
hơn, dùng bảo vệ cho các mạch nhánh và các thiết bị nhạy cảm.
- Chống xung nhiễu tần số cao bằng các bộ lọc thích hợp.
Chống sét trên đường tín hiệu:
Thiết bị bảo vệ được lựa chọn phải phù hợp về đặc tính tần số, điện áp làm việc,
dạng đầu nối v.v
CÁC KIỂU MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP THƯỜNG GẶP
Các mạng điện hạ áp thường gặp nhất trong thực tế là các mạng TN-C, TN-S, TN-
C-S và TT. Các mạng điện này tùy theo các quy định ở địa phương, nó mô tả mối
quan hệ giữa nguồn cung cấp, các bộ phận hở hoặc dẫn điện của việc lắp đặt hoặc
nối đất.
Mạng TN-C: Trong mạng TN-C dây trung tính và tiếp đất bảo vệ dùng chung một
dây từ đầu cuối đến hệ thống.
Các bộ phận dẫn điện bị hở được nối với dây của mạng tiếp đất bảo vệ (PEN –
Protection Earthing Network).

Mạng TN-S: Trong mạng điện TN-S, dây trung tính và dây tiếp đất bảo vệ riêng
biệt từ đầu đến cuối hệ thống. Dây tiếp đất bảo vệ (PE) có thể là vỏ kim loại của
cáp điện lực hoặc một dây dẫn riêng.
Các bộ phận dẫn điện bị hở trong lắp đặt được nối với dây tiếp đất bảo vệ.
Mạng điện TN-C-S: Trong mạng điện TN-C-S dùng một dây PEN cho các chức
năng trung tính và tiếp đất bảo vệ.
Mạng điện này là mạng có trung tính được nối đất tại nhiều điểm (MEN) và dây
bảo vệ được xem như dây tiếp đất trung tính phối hợp (CNE).
Dây PEN được nối đất tại một số các điểm khắp cả mạng và nói chung càng gần
với bộ tiêu thụ điện càng tốt. Các bộ phận dẫn điện bị hở được nối với dây CNE.
Mạng điện TT: Mạng điện TT có một điểm của nguồn cung cấp điện được nối đất
và các bộ phận dẫn điện bị hở trong lắp đặt được nối với các điện cực tiếp đất độc
lập.
Mạng điện IT:
CÁC THIẾT BỊ CHỐNG SÉT TRÊN MẠNG ĐIỆN HẠ ÁP
Các thiết bị chống sét trên mạng điện hạ áp thường sử dụng công nghệ MOV
( Metal Oxide Varistor), MOV kết hợp với các ống phóng điện có khí hoặc SAD
( Silicon Avalanche Diode) có hoặc không có lọc.
KẾT LUẬN
Sét là hiện tượng tự nhiên đa dạng có nhiều ảnh hưởng đến đời sống con người.
Việc chế ngự sét là vấn đề đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới quan
tâm nghiên cứu. Phòng chống tác hại của sét phải là vấn đề mang tính tổng thể.
Với các giải pháp được nêu bên trên nếu được thực hiện một cách đầy đủ và chính
xác sẽ nâng cao hiệu qủa trong việc phòng chống sét.Với kinh nghiệm cao trong
việc bảo vệ an toàn cho các thiết bị điện nhạy cảm, tự động hóa, mạng tin học,
trạm viễn thông, trạm cân, cân điện tử…