báo cáo bảo vệ hệ thống thông tin viễn thông ở vùng có mật độ dông sét lớn và điện trở suất cao

P a g e | 1
LỜI NÓI ĐẦU
Sự hội tụ trong lĩnh vực viễn thông cùng với sự phát triển của xã hội, nhu
cầu sử dụng và truyền dữ liệu của con người cũng tăng lên theo hàm số mũ. Ngành
viễn thông đã đóng góp vai trò lớn lao trong việc vẫn chuyển đưa tri thức của loài
người đến mỗi người, thúc đẩy quá trình sáng tạo đưa thông tin khắp nơi về các
ngành lĩnh vực khoa học, các thông tin giải trí cũng như thời sự khác.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành viễn thông không ngừng
đổi mới cả về công nghệ lẫn chất lượng.Vì thế mà hàng loạt các công trình, hệ
thống và các thiết bị đã được xây dựng phục vụ cho các dịch vụ viễn thông. Tuy
nhiên, vấn đề được đặt ra là phải làm sao để bảo vệ an toàn cho các công trình, thiết
bị đó dưới tác động của thiên nhiên – đặc biệt là sét.
Sau một thời gian tìm hiểu nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo, Ths.
Lưu Đức Thuấn nhóm chúng em gồm Trần Văn Chung, Nguyễn Thị Hiền Phương,
Nguyễn Thị Ngọc, Nguyễn Thành Long lớp kỹ thuật viễn thông A K50 đã hoàn
thành xong đề tài nghiên cứu khoa học của mình. Đề tài “ Bảo vệ hệ thống thông
tin viễn thông ở vùng có mật độ dông sét lớn và điện trở suất cao” đã đặc biệt
nghiên cứu về dông sét, sự ảnh hưởng của dông sét lên các công trình và thiết bị
viễn thông, các phương pháp phòng chống tác hại của dông sét và các biện pháp
nâng cao chất lượng hệ thống tiếp đất chống sét ở vùng có điện trở suất cao.
Đề tài gồm có 3 chương:
• Chương 1: Nguyên nhân và quá trình hình thành sét.
• Chương 2: Các phương pháp chống sét cho công trình viễn thông.
• Chương 3: Tiếp đất và các phương pháp bảo vệ hệ thống thông tin viễn
thông ở vùng có điện trở suất cao.
Do thời gian ngắn,kiến thức còn hạn chế và tài liệu tham khảo không nhiều
nên trong quá trình thực hiện đề tài vẫn còn tồn tại nhiều thiếu sót. Rất mong được
sự đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn nữa.
Hà Nội, ngày 25, tháng 3, năm 2012.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 2

MỤC LỤC
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 3
Danh mục các kí hiệu và thuật ngữ viết tắt
LPL Lightning Protection Level Mức bảo vệ chống sét
LPS Lightning Protection System Hệ thống bảo vệ chống
sét
LPZ Lightning Protection Zone Vùng bảo vệ chống sét
SPD Surge Protective Device Thiết bị bảo vệ xung
BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc
GAF Grounding Augmentation Fill Chất độn làm tăng khả
năng tiếp đất
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 4
Danh mục bảng biểu và hình vẽ
Hình 1.1 Hình ảnh về sấm sét Trang 7
Hình 1.2 Hình minh họa tia sét Trang 8
Hình 1.3 Hiện tượng đối lưu mùa hè gây mưa giông Trang 11
Hình 1.4 Minh họa không gian hình thành sét Trang 12
Hình 1.5 Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng
điện sét theo thời gian
Trang 15
Hình 2.1 Các con đường chính sét thâm nhập gây ảnh hưởng cho
các công trình viễn thông
Trang 18
Hình 2.2 Minh họa phân vùng chống sét LPZ tại trạm viễn thông Trang 21
Hình 3.1 Các vùng xuất hiện dòng sét trong quá trình truyền lan Trang 30
Hình 3.2 Tiếp đất dạng thanh chôn thẳng đứng trong đất Trang 36
Hình 3.3 Tiếp đất dạng dây dài nằm ngang Trang 38
Hình 3.4 Hệ thống tiếp đất trong đất có điện trở suất của đất cao Trang 40

Hình 3.5 Hệ thống tiếp đất có cải tạo bằng muối ăn Trang 42
Hình 3.6 Biểu đồ xác định lượng RES- LO câng thiết Trang 44
Hình 3.7 Bán cầu giao diện và hố được sử lý bằng GAF Trang 46
Hình 3.8 Điện cực tiếp đất hóa học Trang 47
Hình 3.9 Lắp đặt điện cực tiếp đất hóa học Trang 48
Hình 3.10 Các kết cấu cốt cơ bản Trang 49
Bảng 2.1 Giá trị tham số dòng sét theo LPL Trang 20
Bảng 3.1 Điện trở suất và điện dẫn suất của đất và nước Trang 28
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 5
Chương 1: Nguyên nhân và quá trình hình thành sét.
1. Khái quát chung về sét.
Sét (Thunder) là một hoặc nhiều chùm tia lửa điện dài có điện áp cực kỳ lớn từ
các đám mây mùa hè phóng xuống đất. Ánh sáng do các phân tử nước bị kích thích
tạo ra các tia chớp (Lighting) với thời gian tồn tại chừng 1/4 giây và không khí bị
giãn nở đột ngột ngây ra tiếng sấm.
Hình 1.1 : Hình ảnh sấm sét.
Đặc điểm của sét :
- Điện thế của sự phóng điện từ sét có thể đạt từ vài chục đến hàng trăm triệu
Vôn.
- Chiều cao của rãnh sét khoảng 500 – 2000m.
- Chiều dài của sét đo được trung bình 5km, có khi đến 10km.
- Vận tốc phóng điện khoảng 15.000 - 150.000 km/s.
- Đường kính của tia sét từ 40 - 50 cm, phần lõi của tia sét chừng 15cm.
- Nhiệt độ trong tia sét có thể đạt đến 18.000 – 20.000 °C.
Nhiều nơi trên thế giới còn ghi nhận hiện tượng sét hòn (Ball lighting), có
hình dạng như một quả cầu lửa có đường kính chừng 10 – 30cm, di chuyển
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 6
chậm trên không trung hoặc là dưới mặt đất trước khi nổ tung. Hiện tượng này

rất kì quái, có nhiều điều chưa giải thích rõ và chưa được tạo ra trong phòng thí
nghiệm vật lý. Sét hòn di chuyển qua ống khói nhà, theo các đường dây kim loại
hoặc vật dẫn điện mà đôi khi không đốt cháy vật dẫn hoặc đốt rất ít. Sét hòn khá
hiếm gặp ở Việt Nam.
2. Nguyên nhân hình thành sét.
Hình 1.2 : Hình minh họa tia sét.
Trong những năm qua, cứ mỗi khi mùa mưa đến, ngoài việc chuẩn bị các
biện pháp phòng chống bão lụt chúng ta còn phải quan tâm đến một hiện tượng
thiên nhiên khác có tác hại nghiêm trọng đến cơ sở vật chất và con người - đó là
dông sét. Có thể hiểu nôm na rằng sét là sự phóng điện giữa đám mây dông và một
điểm nào đó trên mặt đất khi điện trường khí quyển đạt đến một giá trị tới hạn. Việt
Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nên dòng điện sét thường rất lớn khoảng 30kA,
do đó nếu một công trình nào đó bị sét đánh thì phần kiến trúc của công trình đó có
thể bị phá vỡ do ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ phát tán cao, các thiết bị điện
trong công trình có thể bị hỏng do trường điện từ của dòng sét cảm ứng và con
người có thể bị tổn thương nếu ở gần điểm phóng điện sét. Sét (hay còn gọi là sự
phóng điện dông) là một nguồn điện từ mạnh phổ biến nhất xảy ra trong tự nhiên.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 7
Nguyên nhân làm xuất hiện sét là do sự hình thành các điện tích khối lớn. Nguồn
sét chính là các đám mây mưa dông mang điện tích dương và âm ở các phần trên và
dưới của đám mây, chúng tạo ra xung quanh đám mây này một điện trường có
cường độ lớn.
Sự hình thành các điện tích khối với các cực tính khác nhau trong đám mây
(hay còn gọi là sự phân cực của đám mây) có liên quan đến sự ngưng tụ do làm lạnh
hơi nước của luồng không khí nóng đi lên, tạo ra các ion dương và âm (các trung
tâm ngưng tụ) và liên quan đến cả sự phân chia các giọt nước mang điện trong đám
mây dưới tác dụng mạnh của luồng không khí nóng đi lên. Trên mặt đất bên dưới
đám mây sẽ tập trung các điện tích trái dấu với ion tập trung bến dưới đám mây.
Trong quá trình tích luỹ các điện tích có phân cực khác nhau, một điện

trường có cường độ luôn được gia tăng hình thành xung quanh đám mây. Khi
Gradient điện thế ở một điểm bất kỳ của đám mây đạt giá trị tới hạn về tính chất
cách điện của không khí (với áp lực khí quyển bình thường, khoảng 3.10
6
V/m) ở
đó xảy ra sự đánh xuyên hay sét tiên đạo.
Cơ chế hình thành một cơn sét nói chung khá phức tạp, có nhiều công trình
nghiên cứu về quá trình nhiễm điện của một đám mây dông cũng như cơ chế phát
triển của tia sét hướng xuống đất, ngoài ra cũng còn nhiều vấn đề khác liên quan
đến sét và chúng em mong rằng sẽ có dịp được trình bày chi tiết hơn trong các bài
báo khác.Ở đây chúng em chỉ xin đề cập đến một giả thuyết phổ biến nhất để giải
thích nguyên nhân tạo dông sét như sau:
Dông là hiện tượng khí quyển liên quan với sự phát triển mạnh mẽ của đối
lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển, nó thường xảy ra vào mùa hè là thời điểm
mà sự trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí rất lớn. Những luồng không khí
nóng mang theo hơi nước bay lên đến một độ cao nào đấy và nguội dần, lúc đó hơi
nước tạo thành những giọt nước nhỏ hay gọi là tinh thể băng chúng tích tụ trong
không gian dưới dạng những đám mây. Trái đất càng bị nóng thì không khí nóng
càng bay lên cao hơn, mây càng dày hơn đến một lúc nào đó thì các tinh thể băng
trong mây sẽ lớn dần và rơi xuống thành mưa. Mây càng dày thì màu của nó càng
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 8
đen hơn. Sự va chạm của các luồng khí nóng đi lên và các tinh thể băng đi xuống
trong đám mây sẽ làm xuất hiện các điện tích mà ta gọi là đám mây bị phân cực
điện hay đám mây tích điện. Các phần tử điện tích âm có khối lượng lớn nên nằm
dưới đáy đám mây còn các phần tử điện tích dương nhẹ hơn nên bị đẩy lên phần
trên của đám mây.
Như vậy trong bản thân đám mây đã hình thành một điện trường cục bộ của
một lưỡng cực điện và dưới tác dụng của điện trường cục bộ này các phần tử sẽ di
chuyển nhanh hơn, điện tích được tạo ra nhiều hơn và điện trường càng mạnh

hơn. Quá trình này tiếp diễn cho đến lúc điện trường đạt giá trị tới hạn và gây ra
phóng điện nội bộ trong đám mây mà ta gọi là chớp.
Ngoài ra khoảng không gian bên dưới đám mây thường có một lớp điện tích
dương gọi là điện tích không gian vì vậy giữa phần đáy đám mây mang điện âm và
lớp điện tích dương này lại hình thành một điện trường riêng và chính điện trường
này làm phát sinh một tia sét ban đầu gọi là dòng tiên đạo di chuyển xuống đất với
tốc độ khoảng 150km/s. Trong quá trình phát triển xuống đất, dòng tiên đạo mang
theo một điện thế rất lớn sẽ ion hóa lớp không khí trên đường đi của nó, nơi nào có
cách điện không khí yếu thì dòng tiên đạo sẽ phát triển về hướng đó vì vậy ta thấy
dòng tia sét đi xuống không phải là đường thẳng mà thường có dạng ngoằn ngoèo,
phân nhánh. Ngoài ra do hiệu ứng cảm ứng điện nên phần mặt đất nằm bên dưới
đám mây dông sẽ mang một lượng điện dương. Lượng điện này sẽ phân bố trên các
vật có khả năng dẫn điện như nhà cửa, cây cối, công trình, trụ điện, tháp anten ,
vật nào dẫn điện càng tốt thì điện tích phân bố trên vật đó càng lớn và điện trường
của nó càng mạnh so với các vật xung quanh. Vì vậy, khi dòng tiên đạo phát triển
xuống gần mặt đất thì nó sẽ chọn vật có điện trường mạnh nhất để đánh vào mà ta
gọi là phóng điện sét, nơi tiếp xúc của chúng gọi là kênh sét. Đây là thời điểm trao
đổi điện tích giữa đám mây và mặt đất được gọi là giai đoạn trung hòa điện tích,
dòng điện trong kênh sét lúc này rất lớn có thể đến 200kA nên bị nóng lên rất mạnh
khoảng 20.000 °C và do đó ta thấy nó sáng chói lên (cũng được gọi là chớp). Dưới
tác dụng của nhiệt độ này, lớp không khí chung quanh kênh sét bị giãn nỡ mạnh gây
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 9
ra tiếng nổ lớn mà ta gọi là sấm. Do ánh sáng có vận tốc lớn hàng triệu lần so với
âm thanh nên ta thấy ánh chớp trước rồi sau đó một lúc mới nghe thấy tiếng sấm.
Hiện tượng sét đánh được minh họa ở hình 1.3 dưới đây
Hình 1.3 : Hiện tượng đối lưu mùa hè gây mưa dông (trái).
Mây dông mang điện tích âm và mặt đất mang điện tích dương (giữa).
Hai khối điện tích gặp nhau tạo ra tia sét đánh (phải)
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012

P a g e | 10
Hình 1.4 : Minh họa không gian hình thành sét.
3. Các giai đoạn hình thành và phát triển của sét.
a. Giai đoạn phóng tia tiên đạo.
Ban đầu xuất phát từ mây giống một tia tiên đạo sáng mờ, phát triển thành từng
đợt gián đoạn về phía mặt đất,tốc độ trung bình khoảng 10
5
– 10
6
m/s. Kênh tiên đạo
là một dòng plasma mật độ điện khoảng 10
13
– 10
14
ion/m
3
,một phần điện tích âm
của mây giông tràn vào kênh và phân bố tương đối đều dọc theo chiều dài của nó.
Thời gian phát triển của tia tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1µs.
Thời gian tạm ngưng giữa 2 đợt khoảng 30 – 90 µs.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 11
Đường đi của tia tiên đạo trong khoảng thời gian này không phụ thuộc vào tình
trạng mặt đất và các vật trên mặt đất, do đó nó gần như hướng thẳng về phía mặt
đất. Cho đến khi tia tiên đạo đạt đến độ cao định hướng thì mới bị ảnh hưởng bởi
các vùng điện tích tập trung dưới mặt đất.
b. Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa.
Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây giông và điện tích
trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu trên vùng mặt đất phía dưới
đám mây giông. Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích tập

trung sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo, nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khác
nhau thì điện tích tập trung chủ yếu ở vùng kế cận nơi có điện dẫn cao như vùng
quặng kim loại, vùng đất ẩm, ao hồ, sông ngòi, vùng nước ngầm, kết cấu kim loại
các tòa nhà cao tầng, cột điện, cây cao bị nước trong mưa… Chính các vùng điện
tích tập trung này sẽ định hướng phát triển của tia tiên đạo hướng xuống khi nó đạt
đến độ cao định hướng, tia tiên đạo sẽ phát triển theo hướng có điện trường lớn
nhất. Do đó các vùng tập trung điện tích sẽ là nơi sét đánh vào.
Ở những vật dẫn có độ cao như các nhà cao tầng, cột anten các đài phát từ đỉnh
của nó nơi các điện tích trái dấu tập trung nhiều cũng sẽ đồng thời xuất hiện dòng
tiên đạo phát triển hướng lên đám mây giông. Chiều dài của kênh tiên đạo từ dưới
lên này tăng theo độ cao của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự đính hướng
của sét vào vật dẫn đó.
Người ta lợi dụng tính chất chọn của sét để bảo vệ chống sét đánh thẳng cho các
công trình bằng cách dùng các thanh kim loại hay dây thu sét bằng kim loại được
nối đất tốt, đặt cao hơn công trình cần bảo vệ để hướng sét đánh vào đó mà không
phóng vào công trình.
Khi tia tiện đạo hướng xuống gần mặt đất hay tia tiên đạo hướng lên, thì trong
khoảng cách khí ở giữa do cường độ điện trường tăng cao gây lên ion hóa mãnh liệt,
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 12
dẫn đến sự hình thành một dóng plasma có mật độ dòng điện tích cao hơn nhiều so
với mật độ điện tích của tia tiên đạo, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần.
c. Giai đoạn phóng điện ngược
Do điện dẫn của nó tăng cao như vậy nên điện tích cảm ứng tràn vào dòng
ngược mang điện thế của đất làm cho cường độ trường đầu dòng tăng lên gây ion
hóa mãnh liệt và cứ như vậy dòng plasma điện dẫn cao 10
16
– 10
19
ion/m

3
tiếp tục
phát triển ngược lên trên dòng dọn sẵn bởi kênh tiên đạo. Đây là sự phóng điện
ngược hay phóng điện chủ yếu. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt cho nên
tia phóng điện chủ yếu sang chói (đó chính là chớp).
Tốc độ phát triển của kênh phóng điện ngược vào khoảng 1,5.10
7 –
1,5.10
8
m/s
tức là nhanh gấp trăm lần tốc độ phát triển của kênh tiện đạo. Khi kênh phóng điện
chủ yếu lên tới đám mây thì số điện tích còn lại của đám mây sẽ theo kênh phóng
điện chạy xuống đât và tạo nên dòng có trị số nhất định.
Kết quả quan trắc cho thấy rằng: Phóng điện sét thường xảy ra nhiều lần kế tiếp
nhau,trung bình là 3 lần. Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển liên tục
( không phải từng đợt như lần đầu), không phân nhánh và theo quỹ đạo của lần đầu
nhưng với tốc độ cao hơn (2.10
6
m/s). Điều này giải thích: đám mây giông có thể có
nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các dòng không khí xoáy trong
mây. Lần phóng điện đầu tiên dĩ nhiên sẽ xảy ra giữa đất và trung tâm điện tích có
cường độ điện trường cao nhất.Trong giai đoạn phóng điện tiên đạo thì hiệu điện
thế giữa các trung tâm này với các trung tâm khác không thay đổi và ít có các ảnh
hưởng qua lại. Nhưng khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến mây thì trung tâm
điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điện thế của đất, điều này làm cho
hiệu điện thế giữa các trung tâm điện tích đã phóng đến trung tâm điện thế lân cận
tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa chugns với nhau. Trong khi đó thì kênh
phóng điện cũ vẫn còn một số điện dẫn nhất định do sử khử ion chưa hoàn toàn, nên
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 13

phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ lớn hớn
ban đầu.
Hình 1.5 : Các giai đoạn phóng điện sét và biến thiên của dòng điện sét theo
thời gian.
a- Giai đoạn phóng điện tiên đạo.
b- Tiên đạo đến gần mặt đất hình thành khu vực ion hóa mãnh liệt.
c- Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu.
d- Phóng điện chủ yếu kết thúc.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 14
Chương 2:Các phương pháp chống sét cho công trình viễn thông
1. Các con đường sét thâm nhập vào công trình và thiết bị viễn thông
Các công trình thông tin bị hư hỏng do sét gây ra chủ yếu vào các thời gian dông
sét trong năm, từ tháng ba đến tháng chín, đôi khi kéo dài sang cả tháng mười. Các
con đường chính sét xâm nhập có thể gây ảnh hưởng đến công trình và thiết bị viễn
thông bao gồm:
- Sét thâm nhập qua thiết bị anten – phi đơ.
- Sét thâm nhập qua đường dây thông tin treo nổi (dây trần và cáp treo).
- Sét thâm nhập qua cáp thông tin ngầm.
- Sét thâm nhập qua cáp, dây nối giữa các thiết bị viễn thông.
- Sét thâm nhập qua các mạch cung cấp điện cho thiết bị viễn thông.
- Sét thâm nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung.
- Sét thâm nhập qua vỏ che chắn của các thiết bị viễn thông.
Hình 2.1: Các con đường chính sét thâm nhập gây ảnh hưởng cho các công trình
viễn thông.
2. Tác hại do sét
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 15
Thông thường phóng điện sét gồm hàng loạt phóng điện kế tiếp nhaudo sự dịch
chuyển điện tích từ các phần khác nhau của đám mây. Sự phóng điện chủ yếu đặc

trưng bởi dòng điện sét lớn đi qua chỗ sét đánh( có thể đạt tới 200 và sự
lóe sáng mãnh liệt của dòng điện.Không khí trong vùng có dòng phóng điện có thể
đạt tới 1000
0
C và dãn nở rất nhanh, do đó sét có thể gây ra những đám cháy lớn
và có sức công phá rất mạnh về mặt cơ học.
Khi sét đánh trực tiếp thì năng lượng của dòng sét lớn nên sức phá hoại của nó
cũng rất lớn.Khi một công trình viễn thông bị sét đánh trực tiếp sẽ ảnh hưởng đến
độ bền cơ khí, cơ học, gây cháy nổ Biên độ dòng sét ảnh hưởng đến vấn đề quá áp
và quá xung, ảnh hưởng đến độ bền cơ khí của các thiết bị trong công trình.Thời
gian tồn tại của xung sét ảnh hưởng tới quá điện áp xung trên các thiết bị và độ bền
cơ học của thiết bị.Đây là loại sét nguy hiểm nhất vì nó có thể gây thiệt hại nặng nề
cho công trình hoặc gây chết người.
Khi sét đánh gián tiếp thì sét đánh vào đường dây điện thoại, đường dây tải điện
cao thế hoặc hạ thế ở một nơi nào đó rồitheo đường dây truyền vào công trình làm
hư hỏng thiết bị điện đang sử dụng.
Khi xảy ra sự phóng điện thì sét gây nên một sóng điện từ tỏa ra xung quanh với
tốc độ rất lớn, trong không khí tốc độ của nó tương đương với tốc độ ánh sáng.
Sóng điện từ truyền vào các đường dây thông tin gây quá điện áp tác dụng lên các
thiết bị trong công trình, làm hư hỏng đặc biệt đối với các thiết bị nhạy cảm như
máy tính, mạng máy tính, thiết bị điện tử… gây tác hại rất lớn.
3. Tiêu chí chống sét
a. Mức bảo vệ chống sét (LPL)
Quy chuẩn này quy định 4 mức bảo vệ chống sét.Với mỗi mức LPL, một tập
hợp các tham số dòng sét được ấn định.Giá trị lớn nhất của tham số dòng sét tương
ứng với mức LPL I sẽ không bị vượt quá với xác suất là 99%.Giá trị lớn nhất của
tham số sét tương ứng với LPL I sẽ giảm xuống tới 75% đối với LPL II và 50% đối
với các mức III và IV.
LPL I II III IV
Dòng đỉnh lớn nhất, kA 200 150 100 100

Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 16
Dòng đỉnh nhỏ nhất, kA 3 5 10 16
Bảng 2.1- Giá trị tham số dòng sét theo LPL
Các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của các tham số dòng sét đối với các mức
bảo vệ chống sét khác nhau được cho trong bảng 2.1 và được sử dụng để thiết kế
các thành phần của hệ thống bảo vệ chống sét(ví dụ, thiết diện dây dẫn, độ dày của
vỏ kim loại, khả năng chịu dòng của thiết bị bảo vệ xung SPD, khoảng cách cách ly
để tránh đánh lửa gây nguy hiểm).
b. Vùng bảo vệ chống sét
Các biện pháp bảo vệ như LPS, các dây che chắn, che chắn điện từ và SPD
sẽ quyết định các vùng bảo vệchống sét.Việc phân biệt các vùng bảo vệ chống sét
được đặc trưng bởi sự chênh lệch đáng kể của xung điện từ do sét tại các vùng bảo
vệ. Tuỳ theo mức độ ảnh hưởng của sét, các vùng bảo vệ chống sét sau đây được
định nghĩa:
- LPZ 0A Là vùng có nguy cơ chịu sét đánh trực tiếp và toàn bộ
trường điện từ do sét.
- Các hệ thống trong đó có thể chịu toàn bộ hoặc một phần dòng xung
sét.
- LPZ 0 Là vùng đã được bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp nhưng vẫn
chịu sự đe doạ của toàn bộ trường điện từ do sét. Các hệ thống trong
đó có thể chịu một phần dòng xung sét.
- LPZ 1 Là vùng trong đó dòng xung được hạn chế do sự chia dòng và
các SPD tại vị trí ranh giới. Việc che chắn không gian có thể làm suy
giảm trường điện từ do sét.
- LPZ 2,…, n Là vùng trong đó dòng xung được hạn chế hơn nữa
do sự chia dòng và các SPD bổ sung tại vị trí ranh giới. Việc
che chắn không gian bổ sung có thể làm suy giảm hơn nữa trường
điện từ do sét.
Nói chung, mức của một LPZ càng cao thì các tham số môi trường điện từ

càng thấp. Nguyên tắc chung của việc bảo vệ là, đối tượng cần bảo vệ phải nằm
trong vùng LPZ có các đặc tính về điện từ tương thích với khả năng của chịu đựng
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 17
của đối tượng với tác động do sét gây ra thiệt hại cần phải giảm bớt(thiệt hại vật lý,
hư hỏng các hệ thống điện và điện tử do quá áp).
Hình 2.2: Minh họa phân vùng chống sét LPZ tại trạm viễn thông
4. Cấu tạo chung của một hệ thống chống sét
Cấu hình chung của một hệ thống chống sét gồm có 3 phần: đầu kim thu sét, dây
dẫn thoát sét và hệ thống tiếp đất.
a. Các đầu kim thu sét
Thường làm bằng thép mạ đồng, đồng thau đúc hoặc bằng inox. Lựa chọn chiều
dài của kim còn phụ thuộc vào cấu trúc của công trình cần được bảo vệ .
Các điện cực thu sét phải được bố trí, lắp đặt ở các vị trí sao cho nó tạo ra vùng
bảo vệ che phủ hoàn toàn đối tượng cần bảo vệ. Các điện cực thu sét Frnaklin có thể
sử dụng các dạng thanh, dây, mắt lưới và kết hợp.
Các điện cực thu sét phát hiện tiên đạo sớm có thể sử dụng các loại: tạo, phát ion
hoặc loại tạo phát điện tử. Các điện cực thu sét có thể có kết cấu đỡ là bản thân đối
tượng cần bảo vệ. Nếu dùng kết cấu đỡ bằng cột, phải làm bằng vật liệu đảm bảo độ
bền cơ học, phù hợp với điều kiện khí hậu.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 18
b. Dây dẫn sét
Dùng để dẫn dòng sét từ các đầu kim thu đến hệ thống tiếp đất. Thường làm
bằng đồng lá hoặc cáp đồng trần, tiết diện của dây dẫn được quy định theo tiêu chẩn
quốc tế từ 50 đến 75 .
Các dây dẫn sét phải được phân bố xung quanh chu vi của công trình cần bảo vệ
sao cho, khoảng cách giữa hai dây không vượt quá 30m. Trong mọi trường hợp, cần
ít nhất hai dây dẫn xuống.
Các dây dẫn sét phải được lắp đặt thẳngđứng sao cho chúng tạo ra đường dẫn

ngắn nhất, thẳng nhất xuống đất và tránh tạo ra các mạch vòng. Không lắp đặt các
dây dẫn sét ở các vị trí gây nguy hiểm cho con người.
c. Hệ thống tiếp đất
Dùng để tản dòng điện sét trong đất. Cấu hình của hệ thống tiếp đất này gồm:
- Các cọc tiếp đất : thường dài từ 2,4 mét đến 3 mét. Đường kính ngoài
thường là 14 – 16mm. Được chôn thẳng đứng & cách mặt đất từ 0,5 đến 1 mét.
Khoảng cách cọc với cọc từ 3 đến 15 mét.
- Dây tiếp đất : thường là cáp đồng trần có tiết diện từ 50 đến 75

dùng để liên kết các cọc tiếp đất này lại với nhau. Cáp này nằm âm dưới mặt đất từ
0,5 đến 1 mét.
- Ốc siết cáp hoặc mối hàn hóa nhiệt CADWELD : dùng để liên kết dây tiếp đất &
các cọc tiếp đất với nhau.
Phải chú ý lựa chọn dạng điện cực tiếp đất, cấu trúc bố trí các điện cực sao cho
phù hợp với điều kiện địa hình thực tế nới trang bị tiếp đất. Khi tính toán thiết kế hệ
thống tiếp đất chống sét, phải chú ý đến đặc tính xung của điện trở tiếp đất và phải
bảo đảm giá trị điện trở tiếp đất đới với dòng xung theo yêu cầu trong mọi trường
hợp.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 19
Vật liệu và kích thước vật liệu được lựa chọn là hệ thống chống sét đánh trực
tiếp phải đảm bảo sao cho hệ thống này không hư hỏng do ảnh hưởng điện, điện từ
của dòng sét, ảnh hưởng của hiện tượng ăn mòn và các lực cơ học khác.
Các điện cực thu sét, dây dẫn sét phải được cố định và liên kết với nhau một
cách chắc chắn, đảm bảo không bị gãy, đứt hoặc lỏng lẻo do các lực điện động hoặc
các lực cơ học khác. Các mối nối phải được đảm bảo bằng các phương pháp
hàn,vặn vít,lắp ghép bằng bulông và có số lượng càng nhỏ càng tốt.
5. Các phương pháp phòng chống sét
a. Phương pháp dùng lồng Faraday
Là lồng kim loại bao kín khu vực bảo vệ. Theo lý thuyết sóng điện từ thì đây

là phương pháp lí tưởng để phòng chống sét. Phương pháp này được sử dụng để bảo
vệ một số khu vực như : nơi chứa thuốc nổ,hạt nhân. Tuy nhiên phương pháp này
tốn kém và không khả thi trên thực tế áp dụng cho tất cả các công trình.Có một số
phương pháp dạng này cần quan tâm khi tạo lồng Faraday không lí tưởng nhưng
khá tốt trong phòng chống sét.
b. Phương pháp dùng kim thu sét cổ điển Franklin
Có nhiều biện pháp kỹ thuật phòng chống sét nhưng cho tới nay thì chưa có
một thiết bị hoặc hệ thống chống sét nào đạt được hiệu quả tuyệt đối. Một mô hình
chống sét thông dụng đã được công nhận là có hiệu quả trong một phạm vi giới hạn
nhất định vẫn còn được sử dụng rộng rãi nhiều nơi trên thế giới đó là hệ thống dùng
kim thu sét cổ điển Franklin vì nó đã chứng minh khả năng bảo vệ với một độ tin
cậy cho phép đã tồn tại hàng trăm năm qua.
Kim thu sét Franklin là một thanh kim loại có đầu nhọn dài khoảng 3m được
lắp tại nơi cao nhất trong trạm BTS hoặc anten cần bảo vệ, nó hoạt động theo
nguyên lý phóng điện điểm, nghĩa là trong điện trường khí quyển của dông bão, kim
thu sét này sẽ liên tục nhả điện tích vào vùng không gian do đó quanh đầu kim thu
sét sẽ có điện trường cục bộ mạnh so với các điểm xung quanh và hình thành một
tia lửa điện mồi (dòng mồi) nên nó dễ dàng thu hút dòng sét tiên đạo từ mây đi
xuống, dòng điện sét này sẽ truyền từ kim qua hệ thống dây dẫn để đi xuống đất và
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 20
tản nhanh trong đất nhờ bãi tiếp địa tản sét. Như vậy hệ thống chống sét sẽ tạo ra
một phạm vi an toàn cho công trình mà nó bảo vệ. Ngoài kim thu sét còn có phần
dẫn sét và bãi tiếp địa tản dòng sét trong đất. Dây dẫn sét có tác dụng chuyển tải
dòng sét xuống đất dễ dàng, nó phải chịu được nhiệt độ phát nóng cục bộ để không
bị biến dạng. Bãi tiếp địa có nhiệm vụ tản nhanh dòng sét trong đất để tránh điện áp
cao tồn tại trên hệ thống chống sét tức là phòng tránh hiện tượng phóng điện thứ
cấp và ảnh hưởng của điện áp bước, đó là các yếu tố nguy hiểm có thể làm hư hỏng
công trình và gây chết người.
c. Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ phát tia tiên đạo sớm

Đó là phương pháp sử dụng kim thu sét có đặc tính phát ra dòng mồi khá
sớm khi điện trường khí quyển chưa đạt đến trị số tới hạn nghĩa là nó chủ động đón
bắt dòng phóng điện sét ở một điểm nào đó trong không gian cách xa công trình mà
nó bảo vệ. Chúng ta có thể hình dung là khi hoạt động thì kim thu sét như được kéo
dài ra một đoạn gấp hàng chục lần chiều dài thực của chúng, đoạn này được gọi là
độ cao ảo của kim thu sét và như thế chúng có phạm vi bảo vệ lớn hơn rất nhiều so
với kim thu sét cổ điển ở cùng một độ cao.
Cấu hình của loại này gồm có 3 phần :
- Đầu thu lôi: Dùng để phát tia tiên đạo đi lên thu hút sét về nó. Đầu thu lôi
được gắn trên trụ đỡ có độ cao trung bình là 5 mét so với đỉnh của công
trình cần được bảo vệ.
- Dây dẫn sét: Dùng để dẫn dòng sét từ đầu thu lôi đến hệ thống tiếp đất.
Thường làm bằng đồng lá hoặc cáp đồng trần, tiết diện của dây dẫn từ 50
đến 75 .
- Hệ thống tiếp đất: Dùng để tản dòng điện sét trong đất. Cấu hình của hệ
thống tiếp đất này gồm:
+ Các cọc tiếp đất: thường dài từ 2,4 mét đến 3 mét. Đường kính ngoài
thường là 14 – 16mm. Được chôn thẳng đứng & cách mặt đất từ 0,5 đến
1 mét. Khoảng cách cọc với cọc từ 3 đến 15 mét.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 21
+ Dây tiếp đất: thường là cáp đồng trần có tiết diện từ 50 đến 75
dùng để liên kết các cọc tiếp đất này lại với nhau. Cáp này nằm âm dưới
mặt đất từ 0,5 đến 1 mét.
d. Phương pháp phân tán năng lượng sét
Hệ thống phân tán năng lượng sét nhằm ngăn ngừa sự hình thành tia sét,hệ
thống này thực hiện bằng cách liên tục giảm chênh lệch hiệu điện thế giữa mặt đất
và đám mây dông tích điện xuống dưới mức khả năng xuất hiện tia tiên đạo sét
(không có tiên đạo từ mặt đất đi lên) do đó không xảy ra sét. Hệ thống này họa động
theo nguyên lý phóng điện điểm dựa trên hiện tượng corona, với hàng nghìn điểm

nhọn bằng kim loại tạo ra ion bên trên hệ thống và ngăn ngừa sự hình thành tiên đạo
sét.
Hệ thống liên tục dẫn điện tích cảm ứng trren bề mặt đất lên các đầu kim loại
nhọn để tạo ion vào khoảng không bên trên và tạo ra một không gian điện tích che
chắn giữa đám mây dông và công trình cần bảo vệ. Nhờ có không gian điện tích bên
trên mà cường độ điện trường cục bô bên dưới được giảm xuống dẫn đến ngăn ngừa
hiện tượng tiên đạo do đó không gây ra sét đánh vào công trình trong phạm vi bảo
vệ của hệ thống phân tán năng lượng.
e. Hút sét bằng tia laser
Ngày nay chúng ta cần chống sét cho các công trình hiện đại đòi hỏi phương
pháp phòng chống có hiệu quả cao,ví dụ như kho chất nổ đạn dược, hạt nhân, các
trung tâm máy tính quan trọng (điều khiển bay, trung tâm điều hành mạng…).
Nhằm tìm kiếm giải pháp chống sét 100%, các công ty hàng năm đầu tư
hàng triệu đôla cho công việc nghiên cứu hút sét bằng tia laser. Các nhóm nghiên
cứu mạnh về vẫn đề này là giáo sư Bazelyan (Nga), giáo sư Zen Kawazaki ( Nhật).
Đã có những kết quả bước đầu. Tại Nhật, năm 1997 sau rất nhiều lần thử nghiệm
người ta đã 2 lần thu được tia sét bằng cách này. Theo ý kiến chuyên gia, về kỹ
thuật có thể thực hiện được.Khó khăn ở chỗ đồng bộ hóa và chi phí cho một cú
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 22
chống sét bằng phương pháp này có thể nói đắt hơn vàng.Hướng nghiên cứu này
đang được tiếp tục.
Chương III: Tiếp đất và các phương pháp bảo vệ hệ thống
thông tin viễn thông ở vùng có điện trở suất cao
1.Khái quát chung về dòng sét trong đất
a. Điện trở suất của đất
Điện trở suất của đất ở gần lớp bề mặt thay đổi trong một phạm vi rộng từ
0,2Ωm đến Ωm,thường là các loại đất đặc trưng như đất sét pha và đất oxit
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 23

nhôm có giá trị điện trở suất từ 10Ωm đến Ωm.Điện trở suất của đất phụ thuộc
vào thành phần cấu tạo,độ ẩm,lượng muối và nhiệt độ của đất.Các giá trị điện trở
suất và điện dẫn suất của một số loại đất và nước được trình bày trong bảng 3.1
Đặc điểm của vùng
Điện trở suất , (Ωm)
Điện dẫn suất , =
Vùng ven biển cát khô
(5,0 ). (0,1 ).
Vùng đồng bằng,đầm
lầy,rừng
(1,2 ). (3,0 8,0).
Vùng đất trồng trọt, đất
đen
(1,0 2,0). (5,0 10,0).
Vùng đất có đá
(0,5 1,0). (1,0 2,0).
Vùng núi
(1,0 2,0). (0,5 1,0).
Nước sông và hồ
(0,04 1,0). (1,0 24).
Nước biển
(0,25 1,0) (1,0 4,0)
Bảng 3.1: Điện trở suất và điện dẫn suất của đất và nước
Kết quả nghiên cứu dã chứng minh rằng điện trở suất của đất đá ở một nhiệt
độ nào đó sẽ giảm khi độ ẩm và nhiệt đô tăng.Độ ẩm của đất thay đổi theo thời gian
trong năm và sự thay đổi càng lớn chủ yếu đối với các lớp đất càng gần với bề mặt
trái đất.
b. Các tham số điện cơ bản của đất
Các tham số điện đặc trưng cho tính chất dẫn điện và xác định sự truyên flan
của dòng sét trong các lớp đất bao gồm:

- Điện trở bề mặt,
- Hệ số truyền lan sóng điện từ ,
- Độ thấm sâu của dòng điện trong đất,
c. Sự lan truyền của dòng sét trong đất
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 24
Khi dòng sét phóng xuống đất,ở điểm sét chạm đất thường cường độ điện
trường lớn gấp nhiều lần giá trị cường độ điện trường đánh xuyên đất.Tại điểm sét
chạm đất sẽ hình thành các vùng tia lửa và tia phun .
Vùng tia lửa được xác định như là vùng có độ dẫn cao.Kích thước của vùng
tia lửa phụ thuộc vào tính chất điện của đất,biên độ dòng sét và được xác địn bởi
cường độ điện trường đánh xuyên cực đại của dòng sét lan truyền.Đồng
thời các tia riêng rẽ bắn ra ngoài phạm vi vùng tia lửa để hình thành vùng tia
phun,có kích thước được xác định bởi cường độ điện trường đánh xuyên trung bình
.Hình dưới đây mô tảcác vùng xuất hiện dòng sét trong quá trình truyền lan.
Hình 3.1: Các vùng xuất hiện dòng sét trong quá trình truyền lan
2. Tiếp đất
a. Mục đích và phân loại tiếp đất trong viễn thông
 Mục đích của tiếp đất
Tiếp đất là một trong các biện pháp cơ bản và phổ biến nhất để chống sét bảo
vệ các công trình và thiết bị viễn thông.Có 2 mục đích chính của tiếp đất là:
- Chống quá áp xuất hiện trên vỏ che chắn của các thiết bị viễn
thông,các khung của nhà và công trình khi bị sét đánh.
- Giảm mức điện áp và dòng điện bên trong và bên ngoài các mạch
của thiết của bị viễn thông và thiết bị kỹ thuật do tác động của sét
 Phân loại tiếp đất trong viễn thông
Theo chức năng ta có thể phân ra ba loại tiếp đất như sau:
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012
P a g e | 25
- Tiếp đất chống sét: Tiếp đất chống sét nhằm để dẫn dòng sét (từ

các bộ phóng điện bảo vệ,từ thanh và dây thu lôi hoặc các kết cấu
khác do sét hoặc có thể và sét đánh) xuống đất.
- Tiếp đất bảo vệ: Tiếp đất bảo vệ nhằm đảm bảo an toàn cho các
nhân viên khai thác,nhờ tiếp đất các bộ phận bằng kim loại của
công trình và thiết bị viễn thông mà bình thường chúng có điện thế
không,nhưng có thể xuất hiện điện áp khi bề mặt phá hủy hoặc
chất cách điện bị đánh thủng.
- Tiếp đất công tác: Tiếp đất công tác để tạo ra mức điện thế tương
đương chuẩn của các mạch và hệ thống thông tin nhằm đảm bảo
các chế độ chức năng làm việc bình thường của các thiết bị viễn
thông.
b. Ý nghĩa của các tiếp đất
 Tiếp đất chống sét
Các tiếp đất chống sét và bảo vệ thường có điện thế của đất,trong khi các hệ
thống tiếp đất công tác không được phép có điện thế của đất.Trong nhiều trường
hợp,một tiếp đất có thể thực hiện hai hoặc ba chức năng. Tiếp đất chống sét thường
hiểu là tiếp đất cho các hệ thống chống sét đánh trực tiếp (sử dụng điện cực
Franklin,phát tia tiên đạo sớm,phân tán năng lượng sét).
 Tiếp đất bảo vệ:
Các tiếp đất bảo vệ nhằm để :
- Bảo vệ cho các nhân viên khai thác không bị điệp áp nguy hiểm do lưới điện tần
số công nghiệp cung cấp cho các thiết bị viễn thông.
- Bảo vệ thiết bị trạm không bị hoảng do sét.
Để đảm bảo an toàn cho công trình và thiết bị viễn thông,vỏ che chắn của
chúng phải được tiếp đất một cách chắc chắn ,nhờ đó sẽ loại trừ điện thế chạm cao
xuất hiện trên vỏ che chắn,gây nguy hiểm cho công nhân khi công trình thông tin bị
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2012