thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp cho trường đh sư phạm kỹ thuật tp. hcm

Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________

LỜI MỞ ĐẦU
Trong công cuộc đổi mới, xây dựng và phát triển của đất nước ta, ngày càng có nhiều công
trình xây dựng, nhà máy mọc lên nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho nhân dân. Bên
cạnh sự ưu đãi của thiên nhiên cho con người cũng kèm theo sự khắc nghiệt của nó. Trong đó sét
là một hiện tượng tự nhiên có thể gây nguy hiểm đến tính mạng con người và tài sản. Vì vậy,
ngoài việc xây dựng các công trình chúng ta cần phải có biện pháp bảo vệ tránh được thiệt hại
do sét gây ra.
Năm 1752 nhà bác học người Mỹ là Benjamin Franklin đã khám phá ra nguyên tắc cơ bản
trong việc phòng chống sét trực tiếp là dùng cột nhọn (kim Franklin) để thu sét và dẫn sét xuống
đất, bảo vệ các công trình xây dựng.
Tuy nhiên, kim Franklin cũng có nhượt điểm là phạm vi bảo vệ hẹp , làm việc không tin cậy
và không hiệu quả. Ngày nay, với sự phát triển của KHKT, các nhà khoa học đã nghiên cứu và
chế tạo được các thiết bò thu sét hiệu quả hơn. Trong tập kuận án này xin trình bày các lý luận cơ
bản về sét và các phương pháp phòng chống sét trực tiếp sử dụng công nghệ mới bao gồm nội
dung là:
- Tổng quan về sét và các phương pháp phòng chống sét trực tiếp.
- Giới thiệu hệ thống chống sét System 3000 (của hãng GLT – c) và các phần mềm liên
quan.
- Thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp cho trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ SÉT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
PHÒNG CHỐNG SÉT .
A. TỔNG QUAN:
Nước Việt Nam ta thuộc vùng khí hậu nhiệt đới, nóng và ẩm thuận lợi cho việc hình thành
mây dông và sét. Ngày nay, khi nền kinh tế đất nước phát triển tình hình xây dựng cũng phát
triển rầm rộ, nhiều toà cao ốc, khu công nghiệp ra đời, do đó việc phòng chống sét là một
vấn đề cần được quan tâm.
Để thiết kế được hệ thống chống sét cho một công trình cần phải có sự hiểu biết cơ bản về
điện khí quyển, các hiện tượng phóng điện trong khí quyển (cũng như các hiện tượng phóng

điện giữa đám mây với mặt đất).
1/ Quá trình phóng điện của sét:
1.1/ Sự hình thành mây dông và sét:
Dông là hiện tượng xãy ra chủ yếu vào mùa hạ liên quan đến sự phát triển mạnh mẽ của
đối lưu nhiệt và các nhiễu động khí quyển. Dông được đặt trưng bởi sự xuất hiện những đám
1
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
mây dông hay mây tích vũ (Cumulonimbus) có độ dầy từ 10 ÷ 16 Km, tích tụ một lượng nước
và tạo ra những điện thế cực mạnh.
Trong thực tế sự hình thành các cơn dông gắn liền với sự xuất hiện của những luồng không
khí khổng lồ từ mât đất bốc lên. Các luồng không khí này được hình thành do sự đốt nóng bởi
ánh sáng mặt trời, đặc biệt ở các vùng cao (dông nhiệt) hoặc do sự gặp nhau của những luồng
không khí nóng ẩm với không khí lạnh (dông Front). Sau khi đã đạt được độ cao nhất đònh
(khoảng vài ki-lô- met trở lên – vùng nhiệt độ âm), luồng không khí ẩm này bò lạnh đi – hơi
nước ngưng tụ thành những giọt nhỏ li ti hay các tinh thể băng và tạo thành những đám mây
dông.
Đã từ lâu người ta khẳng đònh về nguồn tạo ra điện trường giữa các đám mây dông và
mặt đất chính là những điện tích tích tụ trên các hạt nước li ti và các tinh thể băng của các
dám mây dông đó. Qua nhiều lần đo đạt thực nghiệm, người ta thấy rằng khoảng 80 ÷ 90%
phần dưới các đám mây dông chủ yếu chứa điện tích âm, từ đó cảm ứng trên mặt đất những
điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ.
Hình 1.1: Sự phân bố điện tích giữa các đám mây và mặt đất.
Hình trên (hình 1.1) cho ta thấy sự phân bố điện tích trong một đám mây và trên mặt đất.
Khi phần dưới của đám mây mang điện tích âm bò hút về phía mây mang điện tích dương trên
mặt đất, vật nào trên mặt đất càng cao thì khoảng cách giữa vật và đám mây càng nhỏ và lớp
không khí ngăn cách giữa vật và mây càng nhỏ cũng như lớp ngăn cách các điện tích trái dấu
càng mỏng. những nơi này sét dễ đánh xuống mặt đất. Khi đến gần nhà cao, cây cao thì mây
dông mang điện tích âmhút các điện tích dương làm cho chúng tập trung lại ở một điểm cao nhất:
trên mái nhà, ngọn cây,…(còn gọi là hiệu ứng mũi nhọn). Nếu điện tích mây lớn thì trên mái nhà,

ngọn cây,… cũng tập trung một điện tích lớn. Đến một mức độ nào đó độ lớn của các điện tích
trái dấu nói trên sẽ tạo nên một sự chênh lệch điện thế để đánh thủng lớp không khí ngăn cách
nó với mặt đất (cường độ điện trường ở mặt đất lúc này khoảng 25 ÷ 30kV/cm), lúc này xãy ra
hiện tượng phóng điện giữa đám mây dông và mặt đất.
Hình 2.1 : Sự phát sinh của sét trong đám mây dông.
Sét thực chất là một dạng phóng tia lửa điện trong không khí với khoảng phóng đện rất lớn.
Chiều dài trung bình của kênh sét khoảng từ 3 ÷ 5 Km. Phần lớn chiều dài đó phát triển trong
đám mây dông. Quá trình phóng điện của sét tương tự quá trình phóng điện tia lửa trong điện
trường rất không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn.
2
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
1.2/ Các giai đoạn phóng điện của sét:
Ban đầu xuất phát từ mây dông một dãi sáng mờ kéo dài từng đợt gián đoạn về phía mặt
đất với tốc độ trung bình khoảng 10
5
÷ 10
6
m/s , đó là giai đoạn phóng điện tiên đạo theo từng
đợt. Kênh tiên đạo là một dòng Plasma mật độ điện tích không cao lắm, khoảng 10
13
÷10
14
ion/m
3
.
Một phần điện tích âm của mây dông tràn vào kênh vàphân bố tương đối đều dọc theo chiều dài
của nó (Hình 1.3a).
Thời gian phát triển của kênh tiên đạo mỗi đợt kéo dài khoảng 1s (mỗi đợt kênh tiên đạo
kéo dài thêm trung bình vài chục mét). Thời gian tạm ngưng phát triển giữa hai đợt liên tiếp

khoảng từ 30 ÷ 90 m.
Hình 3.1: 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 hoá mãnh liệt.
c. Giai đoạn phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu.
d. Phóng điện chủ yếu kết thúc.
Điện tích âm tổng từ mây tràn vào kênh tiên đạo bằng: Q = σ.L
Với: σ là mật độ điện tích.
L là chiều dài kênh.
Điện tích này thường chiếm khoảng 10% lượng điện tích chạy vào đất trong một lần phóng
điện sét. Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây dông và điện tích trong
kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu (thường là điện tích dương) trên vùng mặt đất
phía dưới đám mây dông. Nếu vùng đât phía dưới bằng phẳng và có điện dẫn đồng nhất thì nơi
điện tích cảm ứng tập trung sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo. Nếu vùng đất phía dưới có điện
dẫn khác nhau thì điện tích sẽ 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 nhà cao
tầng, cột điện, cây cao bò ướt,… những nơi đó sẽ là nơi đổ bộ của sét.
3
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Cường độ điện trường ở đầu kênh tiên đạo trong phần lớn giai đoạn phát triển của nó (trong
mây dông) được xác đònh bởi điện tích bản thân của kênh và của điện tích tích tụ ở đám mây.
Đường đi của kênh tiên đạo này không phụ thuộc vào tình trạng của mặt đất. Chỉ khi kênh tiên
đạo còn cách mặt đất một độ cao đònh hướng nào đó thì mới thấy rõ dần ảnh hưởng sự tập trung
điện tích ở mặt đất và ở các vật thể dẫn điện nhô khỏi mặt đất với hướng phát triển tiếp tục của
kênh theo hướng có cường độ điện trường lớn nhất.
những nơi vật dẫn có độ cao (nhà cao tầng, cột ăng ten, đài phát thanh,…) từ đỉnh của nó
nơi điện tích trái dấu tập trung nhiều sẽ đồng thời xuất hiện ion hóa tạo nên dòng tiên đạo phát
triển hướng lên đám mây dông. Chiều dài của kênh tiên đạo từ dưới lên trên tăng theo độ cao
của vật dẫn và tạo điều kiện dễ dàng cho sự đònh hướng của sét vào vật dẫn đó.

Khi kênh tiên đạo xuất phát từ mây dông tiếp cận mặt đất hay tiếp cận kênh tiên đạo ngược
chiều thì bắt đầu giai đoạn phóng điện ngược lại hay phóng điện chủ yếu (tương tự như các quá
trình phóng điện ngược trong chất khí ở điện trường không đồng nhất (Hình 1.3b) . Trong khoảng
cách khí còn lại giữa đầu kênh tiên đạo và mặt đất, cường độ điện trường tăng cao gây nên ion
hóa mãnh liệt dẫn đến hình thành một dòng Plasma có mật độ điện tích từ 10
16
÷ 10
19
ion/m
3
cao
hơn nhiều so với mật độ điện tích của tia tiên đạo, điện dẫn của nó tăng lên hàng trăm lần điện
tích cảm ứng từ mặt đất tràn vào dòng ngược và thực tế đầu dòng 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 tiếp tục phát triển ngược lên trên theo đường chọn sẵn của kênh tiên đạo. Tốc độ phát triển
của kênh tiên đạo phóng ngược rất cao vào khoảng 0,5.10
7
÷ 1,5.10
8
m/s (bằng 0,05 ÷ 0,5 lần
vận tốc ánh sáng) tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của kênh tiên đạo hướng
xuống. Vì mật độ điện tích cao đốt nóng mãnh liệt nên tia phóng điện chủ yếu sáng chói còn gọi
là chớp. Đặt điểm quan trọng nhất của phóng điện chủ yếu là cường độ dòng điện lớn.
Gọi V là tốc độ của phóng điện , σ là mật độ điện tích thì dòng điện sét sẽ đạt giá trò cao
nhất (Hình 1.3c):
i
s
= σV.
Khi kênh phóng điện chủ yếu lên tới đám mây thì số điện tích còn lại của mây sẽ theo kênh
phóng điện chạy xuống đất và cũng tạo nên ở chỗ sét đánh một dòng điện có trò số nhất đònh

giảm nhanh tương ứng với phần đuôi sóng (Hình 1.3d).
Kết quả quan trắc sét cho thấy phóng điện sét thường xãy ra nhiều lần kế tục nhau (trung
bình là 3 lần, nhiều nhất có thể đến vài chục lần). Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát
triển liên tục (không theo từng đợt như lân đầu), không phân nhánh và theo đúng q đạo của lần
đầu nhưng với tốc độ cao hơn (2.10
6
m/s).
Qua nghiên cứu về sét, người ta lý giải được sự phóng điện nhiều lần của sét như sau: trong
đám mây dông có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau được hình thành do những luồng
không khí xoáy. Lần phóng điện đầu đưọc xãy 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
điện tích này với trung tâm điện tích đầu tiên thực tế không thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại
với nhau. 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 làm cho hiệu điện thế giữa trung tâm đã phóng với
trung tâm điện tích lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện với nhau. Khi đó thì kênh
phóng điện cũ vẫn còn một điện thế dẫn nhất đònh do sự khử ion chưa hoàn toàn nên phóng điện
tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ cao hơn lần đầu.

4
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Hình 4.1: Quá trình phát triển của phóng điện sét.
a. Hình dáng quang học ; b. Đồ thò dòng điện.
2/ Các thông số của sét:
Dòng điện sét được xem như một sóng xung có dạng đường cong (Hình 5.1). Thường trong
khoảng vài ba µs dòng điện tăng nhanh đến trò số cực đại tạo thành phần đầu sóng, sau đó giảm
chậm từ 20 ÷ 100 µs tạo nên phần đuôi sóng.
- Các tham số chủ yếu:

+ Biên độ dòng sét: là giá trò lớn nhất của dòng điện sét.

+ Thời gian đầu sóng (τ
đs
): là thời gian mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trò cực đại.
+ Độ dốc dòng điện sét: a = di
s
/dt.
+ Độ dài dòng sét (τ
s
): là thời gian từ đầu dòng sét đến khi dòng sét giảm ½ biên độ.
Hình 5.1: Dạng sóng dòng điện sét.
2.1/ Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện:
Dòng điện sét có trò số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu đến trung tâm điện tích của
đám mây dông.
Xác suất xuất hiện dòng điện sét có thể tính gần đúng theo công thức:
+ Cho vùng đồng bằng:
V
I
= e
-is/60
= 10
-is/60
, hay lgV
I
= -i
s
/60 (đường cong1).
+ Cho vùng núi cao:
V
I
= 10

-is/30
, hay lgV
I
= -i
s
/30 (đường cong 2)
(V
I
là xác suất xuất hiện dòng điện sét, có biên độ lớn hơn hoặc bằng i
s
).
Chẳng hạn, xác suất phóng điện sét có biên độ dòng sét i
s
≥ 60KA :
lgV
I
= -60/60 = -1 ⇒ V
I
= 0,1 = 10%.
Có nghóa là trong tổng số lần sét đánh chỉ có 10% số lần sét có biên độ dòng điện sét từ 60KA
trở lên.
5
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
2.2/ Độ dốc đầu sóng dòng điện sét và xác suất xuất hiện:
Để đo độ dốc dòng điện sét người ta dùng một khung bằng dây dẫn nối vào một hoa điện kế.
Khi sét đánh vào cột thu sét với độ dốc a thì trong khung sẽ cảm ứng lên một sức điện động bằng
Mdi
s
/dt (M là hệ số hổ cảm giữa dây dẫn dòng điện sét của cột thu sét với khung).

Điện áp đầu ra của khung: U = M(di
s
/dt)
max
.
Độ dốc lớn nhất của dòng điện sét chạy qua cột: a = (di
s
/dt)
max
, (KA/µs).
* Xác suất xuất hiện độ dốc có thể tính theo:
+ Cho vùng đồng bằng: V
a
= e
-a/15,7
= 10
-a/36
+ Cho vùng núi cao: V
a
= 10
-a/18

2.3/ Cường độ hoạt động của sét:
Cường độ hoạt động của dông sét được xác đònh bằng số ngày dông trong một năm và xem
như trò số trung bình qua nhiều năm quan sát và đo đạt ở những đòa phương khác nhau. Số lần sét
đánh luôn thay đổi trong một ngày.
Theo tài liệu “Hướng dẫn thiết kế bảo vệ chống sét cho nhà ở và công trình – CH 305 – 69”
của Liên Xô củ ,số lần sét đánh trong một năm vào công trình (khi chưa có hệ thống bảo vệ
chống sét) được xác đònh theo công thức sau:
(S + 3h

x
)(L + 3h
x
)n
N =

10
6

trong đó: S – chiều rộng của nhà(công trình) , m.
L – chiều dài của nhà(công trình), m.
h
x
– chiều cao tính toán của nhà(công trình), m.
n – số lần sét đánh trung bình trên 1Km
2
trong một năm xãy ra ở đòa phương xây dựng
nhà(công trình).
* Số lần sét đánh trung bình trên 1Km
2
trong một năm:
Bảng 1.1:
Số giờ dông
trong năm.
Số lần sét đánh
Trung bình.
20 – 40
40 – 60
60 – 80
80 – 100

> - 100
2,5
3,8
5
6,3
7,5
* Số ngày dông trung bình trong năm ở một số đòa phương của Việt Nam (theo số liệu của tổng
cục khí tượng thủy văn thống kê):
Bảng 2.1 :

TT Đòa phương Ngày
dông/năm
T
T
Đòa phương Ngày
dông/năm
1
2
3
4
Bà ròa - Vũng tàu
Bắc thái - Thái nguyên
Bình đònh - Qui nhơn
Bình thuận - Phan thiết
77,8
96,9
52,1
80,7
26
27

28
29
Nghệ an - Vinh
Phú yên - Tuy hòa
Quảng bình - Đồng hới
Quảng nam - Đà nẵng
88,4
37,6
71,7
76,0
6
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

22
23
24
25
Cao bằng
Đắc lắc
Đồng tháp - Cao lãnh
Gia lai - Pleiku
Hà bắc - Bắc giang
Hà giang
Hà nội - Láng
Hà tây (Sơn tây)
Hà tónh
Hải hưng - Hải dương
Hưng yên
T.P Hồ Chí Minh
Khánh hòa - Nha trang
Kiên giang - Rạch giá
Phú quốc
Lai châu
Lạng sơn
Lào cai
Lâm đồng - Đà lạt
Minh hải - Cà mau
Nam hà - Nam đònh
93,7
112,2
129,9
96,8
101,3

103,1
93,6
87,2
92,8
72,3
78,6
78,6
45,0
110,4
99,4
97,0
89,5
77,6
89,8
118,9
72,2
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43

44
45
46
47
48
49
50
Quảng ngãi
Quảng ninh - Hòn gai
Quảng trò - Đông hà
Sông bé - Phước long
Sơn la
Tây ninh
Thái bình
Thanh hóa
Thừa thiên - Huế
Tiền giang - Mỹ tho
Trà vinh - Càng long
Tuyên quang
Yên bái
Côn đảo
Trường sa
Phú liễn
Mống cái
Tam đảo
Phú thọ
Điện biên
Sapa
75,2
87,1

72,4
104,1
105,5
126,3
53,8
99,0
93,9
123,8
118,1
88,2
83,6
57,3
52,3
104,1
111,9
95,8
111,3
110,3
90,8
3/ Tác hại của dòng điện sét:
- Khi một công trình bò sét đánh trực tiếp dòng sét sẽ gây tác hại về cơ , nhiệt và điện từ.
- Nếu các công trình nối liền với các vật dẫn điện kéo dài như : đường dây điện, dây điện
thoại, đường rây, ống nước gas bằng kim loại, những vật dẫn ấy có thể mang điện thế cao từ xa
đến khi chúng bò sét đánh, gây nguy hiểm cho người và các thiết bò nối với nó.
- Cần chú ý là điện áp có thể cảm ứng trên các vật dẫn (cảm ứng tónh điện, hoặc các dây
dẫn điện tạo thành những mạch vòng cảm ứng điện từ). Khi có phóng điện sét ở gần điện áp này
có thể lên đến hàng chục kV và do đó rất nguy hiểm.
Như vậy, sét có thể gây nguy hiểm trực tiếp và gián tiếp cần phải có các phương pháp
phòng chống sét trực tiếp và gián tiếp hữu hiệu, giảm thiểu các rủi ro do sét gây ra.
B. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP :

1/ Khái niệm chung:
Để chống sét đánh trực tiếp cho đến nay thường dùng hệ thống thu sét bằng cột thu lôi,
đối với các tòa nhà công nghiệp, trạm, kiến trúc cao tầng, bộ phận thu sét có thể dùng kim,
dây, đai hoặc lưới thu sét. Yêu cầu của việc chống sét là toàn bộ công trình được bảo vệ cần
phải nằm trong vùng bảo vệ của hệ thống thu sét, hệ thống này có thể nằm ngay trên kết cấu
công trình hay đặt cách ly tùy thuộc vào hoàn cảnh và điều kiện cụ thể. Song song với việc chọn
lựa hệ thống thu sét còn lưu ý đến vấn đề nối đất chống sét, nối đất bảo vệ và nối đất chống sét
cảm ứng. Phương án chống sét được chọn phải có hiệu qủa chống sét cao, chi phí đầu tư xây
dựng ít nhất và yếu tố mỹ quan cũng cần được xem xét.
Hệ thống chống sét cơ bản gồm có các điện cực (kim thu sét) được nối với dây dẫn
xuống, dây dẫn xuống lại được nối với lưới tiếp đất. Vai trò của các điện cực trở thành điểm mục
tiêu sét chọn đánh. Mạng dây dẫn xuống sẽ truyền năng lượng sét xuống đất, còn lưới tiếp đất
có nhiệm vụ tản năng lượng sét vào trong đất.
2/ Chống sét theo phương pháp cổ điển:
2.1. Kim thu sét Franklin:
- Vào năm 1752 nhà khoa học người Mỹ Benjamin Franklin đã phát hiện ra các nguyên tắc
chống sét cơ bản này. Các điện cực Franklin có độ cao thay đổi từ 2m đến 3m hoặc cao hơn. Các
thanh Franklin này được đặt ở nhiều điểm trên nóc nhà hoặc đỉnh cột cao. Cột thu sét có nhiều
kiểu khác nhau, về cấu tạo bao gồm các bộ phận sau:
+ Kim thu sét (1)
7
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
+ Cột gắn kim thu sét (2)
+ Dây dẫn truyền năng lượng sét xuống đất (3)
+ Bộ phận nối đất (4).
Hình 6.1: Cột thu sét.

Kim thu được làm bằng thép cán với nhiều loại tiết diện khác nhau, đỉnh kim không nhỏ hơn
100mm

2
. Nếu thép dẹp bề dày không được nhỏ hơn 3,5mm. Nếu thép ống bề dày thành ống
không nhỏ hơn 3mm. Chiều dài hiệu dụng của kim không được nhỏ hơn 200mm. Kim thu có thể
mạ kẽm, thiếc, sơn dẫn điện.
Nếu cột làm bằng kim loại có thể dùng thân cột để làm dây dẫn sét, cột làm bê tông lõi
thép có thể dùng thép trong cột làm dây dẫn sét, và đối với những nhà, công trình có những cấu
kiện bằng thép hoặc bê tông cốt thép thì có thể dùng các phần kim loại của cấu kiện để làm dây
dẫn sét.Trong các trường hợp trên, phần kim loại dùng vào việc truyền dẫn dòng điện sét phải có
tiết diện từ 100mm trở lên (với thép) và phải bảo đảm liên tục về mặt dẫn điện.
2.2. Đai và lưới thu sét:
Đai và lưới thu sét dùng để chống sét đánh thẳng có thể làm bằng thép dẹp hay tròn với
tiết diện không được nhỏ hơn 35mm
2
. Đai hoặc lưới cho phép đặt bên dưới lớp chống thấm hay
lớp cách nhiệt của nó.
Cũng có thể đặt kết hợp kim ngắn lên lưới thu sét, khoảng cách trung bình giữa các kim
trên lưới từ 6 ÷ 12m (viền theo chu vi mái), kim dùng thép tròn 12 ÷16mm có chiều cao khoảng
0,5m.
Hình 7.1: Lưới thu sét.
2.3. Dây thu sét:
8
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Dây thu sét được dùng để bảo vệ cho những công trình có dạng hẹp và kéo dài cụ thể
như các đường dây dẫn điện trên không, có chiều dài đáng kể.
Dây thu sét cũng có thể kết hợp với cột thu sét để bảo vệ cho các trạm phân phối điện.
Dây thu sét phải làm bằng thép, tiết diện dây không được nhỏ hơn 50mm
2
và không được lớn hơn
75mm

2
(theo TCN - 46 - 71).
Hình 8.1: Dây thu sét.
2.4. Cách xác đònh vùng bảo vệ:
+ Phương pháp quả cầu lăn:
Giữa điện tích và cường độ điện trường tại mũi tiên đạo sét cũng như giữa điện tích và
biên độ dòng sét có một mối quan hệ. Từ mối quan hệ này một phương pháp được đưa ra vào
cuối thập niên 70 nhằm xác đònh điểm sét đánh dựa trên cơ sở của độ dài khoảng cách phóng
điện, gọi là phương pháp “Quả cầu lăn” và phương pháp này đã được đưa vào tiêu chuẩn của c
AS 1768 - 1991.
Người ta giả thiết mũi tiên đạo sét ở điểm giữa (tâm) một quả cầu có bán kính bằng độ
dài của khoảng cách phóng điện, như vậy sẽ có những điểm bề mặt quả cầu chạm với mặt đất
hoặc các bộ phận trên bề mặt đất, những điểm chạm đó có thể là những điểm sét đánh, cũng có
các vùng bề mặt quả cầu không thể chạm đến, điều này được minh họa trên hình 9.1
Quả cầu này có bán kính khoảng 45m đối với mức bảo vệ tiêu chuẩn (dòng điện sét đánh
10KA và hơn nữa). Đối với các công trình quan trọng (dễ cháy, nổ), người ta thiết kế quả cầu có
bán kính 20m.
Vùng bề mặt cầu không chạm tới được có thể ngăn cản sét gọi là vùng bảo vệ.
Khoảng cách phóng điện Ds (độ dài cản sét) phụ thuộc vào biên đô dòng sét có thể xác
đònh bằng công thức : Ds = 6,7.I
0,8
,m
Với I : là biên độ dòng sét (KA) phụ thuộc vào mức bảo vệ.
9
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Hình 9.1 : Mô tả vùng bảo vệ theo phương pháp quả cầu lăn.
+ Phương pháp hình nón:
a. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét
Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét là một hình nón tròn xoay có đường sinh dạng

hyperbol, có tiết diện ngang là những hình tròn với bán kính rx được xác đònh:
h - h
x

r
x
= 1,6h p.
h + h
x
Với p = 1 khi h ≤ 30m
30 1
p = = 5,5
h h
Khi 30m < h < 100m
Hình 10.1 : Phạm vi bảo vệ của cột thu sét
Để đơn giản trong thiết kế người ta thường thay thế đường cong bậc hai (đường sinh) của hình
nón tròn xoay này bằng một đoạn đường gãy khúc vơí các phương trình đơn giản sau:
2
- Ở độ cao hx ≤ h thì :
3
phạm vi bảo vệ được xác đònh:
h
x

r
x
= 1,5h (1 - ) p
0,8h
10
Đồ n Tốt Nghiệp

______________________________________________________________________________________________________________________
2
- Ở độ cao h
x
> h thì:
3
h
x
r
x
= 0,75h(1 - ) p
h
Hình 11.1 : Phạm vi bảo vệ của cột thu sét với cách vẽ đơn giản hóa
Thực nghiệm cho thấy là nên dùng nhiều cột với độ cao không lớn để bảo vệ thay cho
một cột có độ cao lớn ; phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng
số phạm vi bảo vệ của 2 cột đơn.
Hình 12.1: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao bằng nhau.
- Khi 2 cột thu sét đặt cách nhau một khoảng a = 7h thì bất kỳ điểm nào trên mặt đất
trong khoảng giữa 2 cột sẽ không bò sét đánh, từ đó suy ra nếu 2 cột thu sét đặt cách
nhau một khoảng a < 7h thì sẽ bảo vệ được độ cao ho xác đònh bởi:
a a
h - h
o
= ⇒ h
o
= - h
o
7 7
8
Các phần bên ngoài giống như trường hợp 1 cột, còn phần bên trong được giới hạn bởi

vòng cung đi qua 3 điểm : 2 đỉnh cột và một điểm ở giữa có độ cao h
o
, (h
o
được xem như độ cao
của cột thu sét giả tưởng nằm giữa 2 cột).
h
o
- h
x

r
ox
= 1,6h
o
p
h
o
+ h
x
11
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
- Nếu 2 cột thu sét có độ cao khác nhau, ví dụ: h
1
< h
2
phạm vi bảo vệ giữa 2 cột có được
bằng cách nối hình cột h
2

ngang cắt đường sinh của cột h
1
tại một điểm, điểm này xem như là
đỉnh của cột thu sét giả tưởng .
h
1
’ = h
2
và khu vực bảo vệ giữa 2 cột h
2
và h
1
’ cách nhau a’ đã được trình bày như 2 cột thu có độ
cao bằng nhau.
Hình13.1: Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét có độ cao không bằng nhau
Khi công trình cần được bảo vệ có phạm vi rộng lớn sẽ dùng nhiều cột phối hợp bảo vệ.
Phần ngoài của phạm vi bảo vệ được xác đònh như của từng đôi cột. Cần phải kiểm tra điều kiện
bảo vệ an toàn cho toàn diện tích cần được bảo vệ. Vật có độ cao h
x
sẽ nằm trong vùng được bảo
vệ nếu thỏa mãn điều kiện :
D ≤ 8(h - h
x
) với h ≤ 30m
D ≤ 8(h - h
x
)p với h > 30m
Hình 14.1: Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét .
12
Đồ n Tốt Nghiệp

______________________________________________________________________________________________________________________
Hình 15.1: Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét.
b. Phạm vi bảo vệ của dây chống sét (DCS ) :
Dây chống sét thường dùng để bảo vệ cho đường dây tải điện trên không. Để bảo vệ
người ta treo dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây. Tùy theo cách bố trí dây dài trên cột,
có thể treo 1 hay 2 dây chống sét sao cho dây dẫn điện của 3 pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ
của DCS.
- Dải bảo vệ b
x
của cột treo 1 DCS được tính theo công thức:
+ Ở độ cao h
x
> 2/3 h thì:
b
x
= 0,6h (1-h
x
/h) p
+ Ở độ cao h
x
< 2/3 h thì:
b
x
= 1,2h (1-h
x
/0,8h) p
Hình 16.1: Phạm vi bảo vệ của 1 dây chống sét.
- Phạm vi bảo vệ của 2 DCS :
Khi 2 DCS đặt cách nhau một khoảng S = 2B = 4h thì mọi điểm trên mặt đất nằm giữa 2
dây này sẽ được bảo vệ an toàn và nếu S < 4h thì có thể bảo vệ cho các điểm (giữa 2 dây) có

mức cao tới :
h
o
= h - S/4p.
13
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Hình 17.1: Phạm vi bảo vệ của 2 dây chống sét
Khi dây dẫn bố trí ngang thì điều kiện để dây nằm giữa với độ cao h
DD
được bảo vệ là
khoảng cách S giữa 2 DCS phải thỏa điều kiện :
S < 4p (h
DCS
- h
DD
)
Giới hạn phạm vi bảo vệ ở phía ngoài ở 2 DCS cũng giống như từng DCS riêng lẻ, còn
khu vực bảo vệ giữa 2 DCS được giới hạn bởi cung tròn vẽ qua 2 điểm, ở giữa có độ cao h
o
.
- Phạm vi bảo vệ của DCS trong thực tế:
Độ treo trung bình của dây dẫn thường hơn
2h/3, do đó trong trường hợp này chỉ cần xác đònh đúng
góc bảo vệ α là đủ (α : góc tạo bởi đường thẳng nối liền
điểm treo dây CS với dây dẫn và đường thẳng góc với
mặt đất qua điểm treo DCS (hình 18.1), α càng bé thì
xác suất sét đánh vào DD càng bé.
Trường hợp giới hạn h
DD

= 2h
DCS
/3 thì
α
gh
= 31
o
(tgα
gh
= 0,6)
Để tăng mức an toàn (giảm xác suất sét đánh vòng qua
DCS vào DD) .Thường chọn α = 20
o
÷ 25
o
cho các đường
dây tải điện quan trọng .


Hình:18.1
3. Chống sét theo phương pháp hiện đại:
Trong những thập niên vừa qua nhiều cuộc nghiên cứu vàthử nghiệm được tiến hành
nhiều nơi trên thế giới như ở c, Pháp, Mỹ nhằm tạo ra một đầu thu đặc biệt có đặc tính tốt
hơn đầu thu sét thông thường và có phạm vi bảo vệ rộng hơn. Vào năm 1914 nhà vật lý người
Hungari là Sziza đặt ra câu hỏi nếu cột Franklin có được cải tiến hay không khi thêm vật liệu
phóng xạ tạo ra các ion tăng sự thu hút của sét ? Vài vật liệu phóng xạ đã được dùng là Uranium
và Thyradium, cường độ của vật liệu phóng xạ được giới hạn là 1mili Curie là mức an toàn đối
với con người. Ngoài ra, năm 1964 Ball đề xuất việc dùng tia Laze để phóng điện vào các đám
mây dông, nó có thể chặn một tiên đạo khi tia tiên đạo phát triển hướng xuống đất. Tia Laze có
tác dụng như một dây dẫn từ đám mây đến đất và kết thúc bằng một dây dẫn xuống và nối với

một hệ thống nối đất. Và một số phương pháp nữa Tuy nhiên nhiều cuộc tranh luận và thử
nghiệm xoay quanh các đề tài đó đi tới một kết cục là nhiều ý tưởng khó mà thực hiện được và
khó mà chứng minh được tính hiệu quả của nó.
Qua quan sát 30 năm trở lại đây, có các loại điện cực thu sét được cải tiến như:loại điện
cực phóng xạ, loại điện cực phát xạ sớm đã được ứng dụng vào thực tiễn.
14
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Trên thò trường Việt Nam hiện nay đang dùng các loại đầu thu phát xạ sớm (ESE), gồm
có Prevectron của hãng Indelec (Pháp), EF của hãng EF Carrich System (Thụy Sỉ), Dynasphere,
Interceptor của hãng Global (c)
3.1. Kim thu sét phát xạ sớm:
Về cơ bản thiết bò chống sét tạo tia tiên đạo bao gồm:
- Kim thu sét trung tâm bằng đồng điện phân hoặc thép, hợp kim không rỉ. Kim này có tác
dụng tạo một đường dẫn dòng sét liên tục từ tia tiên đạo và dẫn xuống đất theo dây dẫn sét.
- Thiết bò tạo ion, giải phóng ion và tạo tia tiên đạo. Đây là tính năng đặc biệt của đầu thu
sét phát xạ sớm. Nhờ thiết bò này mà đầu thu sét có thể tạo ra vùng bảo vệ rộng lớn với mức độ
an toàn cao.
Về nguyên tắc hoạt động trong trường hợp dông bão xảy ra điện trường khí quyển gia
tăng khoảng vài ngàn Vôn/mét, đầu thu sét sẽ thu năng lượng điện trường khí quyển, năng lượng
này được tích trữ trong thiết bò ion hóa. Trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện sét có một sự gia
tăng nhanh chóng và đột ngột của điện trường khí quyển, ảnh hưởng này tác động làm thiết bò
ion hóa giải phóng năng lượng đã tích lũy dưới dạng ion tạo ra một đường dẫn tiên đạo về phía
trên, chủ động dẫn sét.
- Quá trình ion hóa được đặc trưng bởi:
+ Thiết bò ion hóa cho phép ion phát ra trong khoảng thời gian rất ngắn và tại thời điểm thích hợp
đặc biệt, chỉ vài phần của giây trước khi có phóng điện sét, do đó đảm bảo dẫn sét kòp thời chính
xác.
+ Sự xuất hiện một số lượng lớn các electron tiên đạo cùng với sự gia tăng của điện trường có
tác dụng rút ngắn thời gian tạo hiệu ứng Corona.

+ Đầu thu ESE phát ra một đường dẫn sét chủ động về phía trên nhanh hơn bất cứ điểm nhọn
nào gần đó.
3.2 . Cách xác đònh vùng bảo vệ :
Tùy theo công nghệ chế tạo của từng loại đầu thu mà các nhà sản xuất đưa ra công thức
tính toán phạm vi bảo vệ.
+ Phạm vi bảo vệ của kim thu Prevectron được tính theo công thức:
Rp =  h(2D - h) + [L(2D + L)] (với h>5m )
Trong đó : L = 10
6
.T , (m)
với T : độ lợi về thời gian của từng đầu kim.
h : chiều cao thực kim thu tính từ mặt bằng bảo vệ .
D = 20m vơiù cấp bảo vệ cao nhất.
D = 45m với cấp bảo vệ trung bình.
D = 60m với cấp bảo vệ tiêu chuẩn.
chú thích: với h ≤ 5m tra theo bảng của nhà sản xuất.
15
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Hình 19.1 : Vùng bảo vệ của đầu thu Prevectron
+ Phạm vi bảo vệ của đầu thu Dynasphere được xây dựng trên phương pháp Collection
Volume của tiến só A.J.Eriksow.Phương pháp này được mô tả như sau:
Điện tích Q phân bổ dọc theo luồng điện phóng xuống gây sự tăng nhanh điện trường
giữa nó và điểm tiếp đất. Khi đạt đến giá trò điện trường tớái hạn, điểm tiếp đất phóng một luồng
tiếp nhận lên trên. Khoảng cách ở nơi xảy ra sự kiện này gọi là “khoảng cách sét đánh”. Điện
trường tớái hạn tùy thuộc vào cả điện tích phóng xuống và cả khoảng cách đến điểm tiếp đất.
Hình 20.1, cho thấy sự hình thành bán cầu khoảng cách sét xung quanh một điểm tiếp đất đơn
độc , điện tích phóng càng lớn khoảng cách này càng lớn. Nếu luồng phóng xuống gần đến chu
vi của hình cầu, vận tốc của nó có thể mang nó tiến đến trước để tiếp nhận một luồng điện
phóng lên khác. Như vậy, có thể có trường hợp luồng điện phóng xuống đi vào trong bán cầu

phóng sét mà không có sự tiếp nhận (vì khoảng cách từ tia tiên đạo đến điểm phóng lên khác,
nhỏ hơn từ tia tiên đạo đến điễm đang xét ) . Trong hình 20.1 một hình Parabol giới hạn được đặt
trên bán cầu. Đường Parabol này được hình thành trên các yếu tố vận tốc và hoàn chỉnh thể tích
thu (Collection Volume). Vậy chắn có sự tiếp nhận bởi một điểm liên hệ trên mặt đất
.
Hình 20.1
cũng cho thấy thể tích thu trở nên rộng hơn với sự tăng điện tích luồng có thể nói rằng luồng
phóng xuống đi vào một thể tích như thế thì về lý thuyết chắc phóng xuống. Có nghóa là dòng
điện sét càng lớn thể tích thu càng lớn.
Hình 20.1: Vùng thu sét,bán cầu được bao bởi một parabola giới hạn
Một chương trình máy tính BENJI do Lightning Protection
International Ply Ltd xây dựng. Nó tính toán mật độ điện trường
tương ứng ở mỗi giai đoạn và so sánh sự gia tăng điện trường
của các điểm đối diện (các góc và cạnh tòa nhà, ăng ten, thiết
bò ). Sau đó chương trình tính ra điểm nào tạo ra tiên đạo
hướng lên đầu tiên gặp tiên đạo hướng xuống. Sự phóng điện
chính phóng trở lại theo đường tiên đạo phóng lên / phóng
xuống. Có thể tính toán bán kính thu cho mỗi điểm thích ứng.
Các đầu thu của hãng Global đã chứng minh khả năng tạo
ra nhiều

thể tích thu lớn hơn cột Franklin.
16
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Hình 21.1
Một hay nhiều đầu thu như vậy được đặt trên cấu trúc cần bảo vệ để các thể tích thu của
chúng phủ lắp trên các thể tích thu nhỏ tự nhiên ở các điểm nhô ra của cấu trúc.
Phương pháp này tỏ ra thuận tiện và hấp dẫn cho các chuyên viên áp dụng vào thiết kế
chống sét.

4. Dây thoát sét:
Có nhiệm vụ dẫn dòng sét từ đầu thu sét đến hệ thống nối đất. Dây dẫn sét có 3 dạng
chính là dẹp, tròn hay bện nhiều sợi. Tiết diện thực của chúng phải lớn hơn hoặc bằng 50mm.
Tùy theo điều kiện môi trường và công trình mà các loại dây dẫn được chọn :
- Dây đồng trần điện phân mạ thiếc có tính dẫn tốt.
- Dây thép không rỉ dùng trong môi trường ăn mòn cao.
- Dây nhôm gắn trên bề mặt công trình bằng nhôm.
Có thể dùng cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép của công trình ,các vỏ bọc bằng kim
loại bên ngoài công trình , các ống kim loại, làm dây dẫn sét ( đối với công trình có bảo vệ
chống sét cấp 2, 3 )
Gần đây, còn dùng một dây xuống có bọc cách điện (dây Ericore). Thuận lợi chính của
loại vật dẫn này cho phép người thiết kế hướng dòng sét đi vòng qua các vùng nhạy cảm, cáp
này có thể đi ngầm bên trong của kết cấu công trình. Trong hầu hết trường hợp chỉ cần một dây
dẫn xuống có bọc.
5 . Hệ thống nối đất:
5.1 .Nối đất chống sét
Thiết bò nối đất thường là các cọc, thanh bằng kim lọai hay băng đồng phẳng có hình
dạng và kích thước khác nhau chôn trong đất. Cọc thường được chế tạo bằng các loại thép ống,
thép tròn thép góc.Thanh được chế tạo bằng các băng thép dẹt, thép tròn .
Hệ thống nôí đất phải đãm bảo yêu cầu chi phí kim loại nhỏ nhất, bảo đảm độ bền cơ,
bảo đảm về chống ăn mòn khi đặt trong đất.
Có thể xử dụng các kết cấu kim loại của công trình để làm nối đất tự nhiên như móng ,
ống dẫn nước bằng kim loại chôn trong đất, vỏ cáp ngầm, nhằm mục đích giảm gía thành xây
dựng hệ thống nối đất cho công trình.
Trò số điện trở nối đất càng bé tác dụng tản dòng điện sét càng cao. Đối với vùng đất có
độ dẫn điện

xấu có thể dùng muối, than để cải thiện độ dẩn điện của đất. Hiện nay người ta còn
dùng hóa chất cải tạo đất để làm giảm điện trở suất của đất.
Trong hệ thống nối đất còn có các bộ phận khác với mục đích kiểm tra và an toàn :

+ Nối kiểm tra : dùng để tách riêng dây dẫn xuống và hệ thống nối đất, nhờ đó có thể đo
chính xác điện trở hệ thống nối đất.
+ Hộp quan sát : dùng để kiểm tra sự kết nối giữa dây dẫn xuống và hệ thống nối đất.
+ Ống bảo vệ: bảo vệ khoảng dây dẫn xuống nối kiểm tra và mặt đất tránh khỏi các va
chạm có thể gây hư hỏng cho dây dẫn xuống.
+ Máy đếm sét: để đếm những cú sét thực sự xảy ra cho một kiến trúc hay cho một hệ
thống dây dẫn xuống.
5.2. Nối đất đẳng thế:
17
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Khi dòng điện sét đi qua dây dẫn sét, có một sự chênh lệch điện thế giữa dây dẫn này và
các cấu trúc kim loại đặt nối đất bên cạnh. Sự phóng điện nguy hiểm có thể xảy ra giữa dây dẫn
sét và những bộ phận kim loại này.
Tùy thuộc vào khoảng cách giữa dây dẫn sét với những bộ phận kim loại nối đất khác mà
việc nối đẳng thế cần hay không cần thiết. Khoảng cách tối thiểu không xảy ra sự phóng điện
nguy hiểm gọi là khoảng cách an toàn. Khoảng cách này phụ thuộc vào cấp bảo vệ, số dây dẫn
sét, khoảng cách từ điểm nối đất đến các bộ phận kim loại đó
Sự phóng điện nguy hiểm sẽ không xảy ra khi khoảng cách d giữa các bộ phận kim loại của
hệ thống chống sét với các cấu trúc kim loại nối đất khác lớn hơn giá trò S. Với S là khoảng cách
an toàn và được tính :
S = n. (K
I
/K
m
). l
Trong đó:
+ n : là hệ số phụ thuộc vào số dây dẫn sét của kim thu sét.
n = 1 : khi có 1 dây dẫn sét.
n = 0,6 : khi có 2 dây dẫn sét.

n = 0,4 : khi có 3 hay nhiều hơn dây dẫn sét.
+ K
I
: là hệ số phụ thuộc vào vùng bảo vệ.
K
I
= 0,1 đối với công trình có cấp an toàn cao nhất.
K
I
= 0,075 đối với công trình có cấp an toàn trung bình.
K
I
= 0,05 đối với công trình có cấp an toàn tiêu chuẩn.
+K
m
: là hệ số phụ thuộc vào vật liệu giữa dây dẫn sét và các phần kim loại nối đất liên
quan.
K
m
= 1 khi giữa chúng là không khí.
K
m
= 0,5 khi giữa chúng là vật liệu cứng (không phải là kim loại).
+l : là chiều dài dọc theo dây dẫn sét từ điểm tính khoảng cách đến điểm nối đẳng thế gần
đó nhất.
Chú ý:
- Khi phần kim loại bên cạnh hệ thống chống sét không nối đất thì không nhất thiết phải nối
đẳng thế chúng với dây dẫn sét.
- Trong trường hợp công trình có cấu trúc thép tăng cường hoặc hệ thống màn thép bao che

thì yêu cầu cân bằng thế giữa hệ thống chống sét với các cấu trúc kim loại luôn đạt được.
Thông thường rất khó khăn trong khi thực hiện việc đảm bảo khoảng cách an toàn các bộ
phận kim loại này với dây dẫn sét. Do đó lựa chọn phương án nối đẳng thế chúng với nối đất
chống sét là ưu việt hơn. Nối đẳng thế là yêu cầu cực kỳ quan trọng đối với các hệ thống
chống sét. Hỏng bất kỳ bộ phận liên kết nào đều có thể dẫn đến phá hủy thiết bò và gây nguy
hiểm cho con người khi có hiện tượng quá độ sét. Nguy hiểm do chênh lệch điện thế thường
xảy ra do các tiếp đất chống sét, tiếp đất điện lực, tiếp đất cho các máy tính và các thiết bò
viễn thông ở trong tòa nhà và công trình lắp đặt cách biệt nhau.
Việc nối đẳng thế không được thực hiện với loại ống dẫn các chất gây cháy nổ,
6. So sánh các loại đầu thu sét:
Bảng 3.1:
Loại điện cực
18
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
S3000 ESE Phóng xạ Thông thường
Chỉ cần một điện cực Chỉ cần một điện cực nhưng
loại bảo vệ này hiện nay
cấm dùng ở nhiều nước
Cần nhiều điện cực trên nóc
tòa nhà
Chỉ cần một điện cực bảo
vệ cho toàn bộ gồm nhà và
các vùng phụ cận
Giống S3000. Tuy nhiên
bán kính thu hút sét còn bò
nghi ngờ.
Chỉ cho nhà được bảo vệ.
Không bảo vệ được cho các
vùng công cộng

Có mỹ quan Giống S3000 Không được mỹ quan do có
nhiều thanh trên mái nhà
Có nhiều hiệu quả vì sử
dụng công nghệ mới
Công nghệ lỗi thời, bò cấm
dùng
Kém hiệu quả do áp dụng
công nghệ có từ trước năm
1763
Chi phí thấp so với các hệ
thống bảo vệ khác
Chi phí vừa phải Rất đắt
Không có các phần động,
tuổi thọ không giới hạn
Có các phần động, có nguồn
cung cấp bên trong, có
nguồn phóng xạ, có các tụ
điện cần thay thế. Nếu
không bảo quản điện cực có
thể không có hiệu quả
Tuổi thọ giới hạn do các
thành phần bò ăn mòn hoặc bò
phá hoại
Dễ lắp đặt, chỉ cần một
dây dẫn xuống (dây
ERICORE)
Giống S3000 Cần nhiều dây dẫn xuống. Cứ
30m theo chu vi nhà cần một
dây dẫn xuống
Dây ERICORE loại trừ

được nẹt điện biên gây
chết người, hư hỏng thiết bò
Dây dẫn xuống cũ, kỹ thuật
không tiên tiến bằng
ERICORE
Dây dẫn xuống thông thường
không có hiệu quả
Dễ lắp đặt, không tốn kém,
dây dẫn xuống không gây
trở ngại có thể đặt bên
trong
Giống S3000 Rất khó lắp đặt, đắt tiền, dây
đặt bên ngoài không có mỹ
quan, bò oxy hóa
Yêu cầu bảo dưỡng ít Phải kiểm tra hàng năm để
bảo đảm nguồn phóng xạ
không nguy hiểm. Một vài
điện cực có nguồn cung cấp
riêng đòi hỏi bảo dưỡng và
thay thế thường xuyên
Hầu như không thể bảo
dưỡng xem như hệ thống
trong điều kiện làm việc
Có thiết bò đếm sét Không có thiết bò đếm Không có thiết bò đếm
Mỗi dự án S3000 khách
hàng sử dụng một CAD
chương trình, nhờ đó việc
tính toán bán kính thu sét
của Dynasphere nhanh
chóng, dễ dàng, chính xác.

Khách hàng không có CAD
thiết kế. Các bán kính thu
sét hkông được chứng minh
bằng các số liệu khoa học
hoặc nghiên cứu.
Khách hàng không có CAD
chương trình để xác đònh sự
bố trí các điện cực và các dây
dẫn xuống. Thiết kế bằng
tay, mất thời gian và đắt tiền
19
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
CHƯƠNG
Ι

Ι
: HỆ THỐNG CHỐNG SÉT SYSTEM 3000 (GTL)
VÀ CÁC PHẦN MỀM LIÊN QUAN.
A. HỆ THỐNG CHỐNG SÉT SYSTEM 3000:
GLT(Global Lightning Technologies Pty.Ltd.) là công ty chuyên chế tạo các thiết bò
chống sét hàng đầu của c . GLT thành lập vào năm 1978 tiền thân là viện chống sét (LPI)
thành lập năm 1955
1. Những thành phần cơ bản của lắp đặt chống sét:
• Đầu thu sét : Đầu thu sét trên không có khả năng thu hút luồng sét về nó hơn là phần dễ bò
tấn công khác của kiến trúc cần bảo vệ. Vùng bảo vệ rộng thì cần đến nhiều đầu thu hơn.
• Dây thu lôi : Dây thu lôi dẫn dòng sét xuống đất mà không có nguy cơ phóng điện biên hay
điện hóa tòa nhà. Phóng điện biên là từ dùng mô tả dòng sét rời khỏi dây thu lôi và phóng
vào một vật ở cạnh đó.
• Tiếp đất: Hệ thống tiếp đất phải có trở kháng thấp đểï phân tán dòng sét được an toàn.

Mạng lưới tiếp đất thay đổi từ công trình này đến công trình khác tùy theo đòa hình của
công trình.Trong nhiều vùng có thể dùng cột đóng sâu cho một tiếp đất hiệu quả. Ở vùng
đất đá, ưu tiên dùng tiếp đất rẽ quạt.
2. Hệ thống chống sét 3000:
2.1. Giới thiệu hệ thống chống sét 3000:
Hệ thống chống sét S3000 là một tiến bộ trong việc phòng chống sét. Hệ thống được thiết
kế để thu sét từ một thể tích vùng thu được quyết đònh trước và dẫn dòng sét xuống đất một cách
an toàn.
Hệ thống chống sét gồm các bộ phận sau:
20
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
- Đầu thu sét Dynasphere: là điểm đầu tiên để bắt sét đánh vào cấu trúc mà nó bảo vệ.
Dynasphere hoàn toàn cách điện khỏi cấu trúc và được nối với dây thu lôi Ericore, để
cung cấp một hệ thống cách điện toàn diện.
- Thanh chống (kết cấu đỡ): dùng để gắn đầu Dynasphere và làm Dynasphere cách điện
khỏi cấu trúc.
- Dây dẫn xuống (ERICORE): tải điện xuống đất không làm điện hóa cấu trúc cần bảo vệ.
Việc này đảm bảo an toàn cho người và cho thiết bò. Dây dẫn loại bỏ rủi ro phóng điện biên vì
bộ phận truyền điện ở trung tâm được che chắn khỏi các vật khác.
- Thiết bò đếm sét : theo dỏi số lần đầu Dynasphere đã thu sét
- Hệ thống nối đất : gồm các cọc đất, băng đồng và hóa chất làm giảm điện trở đất.
Việc thiết kế các bộ phận đã được nghiên cứu theo dõi trong phòng thí nghiệm và thực tế
ngoài tự nhiên.
2.2. Đầu Dynasphere:
2.2.1. Quan điểm thiết kế :
Từ lý thuyết và thực nghiệm cho biết khoảng thời gian mà điểm nhọn của cột thu lôi
có thể sinh ra một khoảng điện tích ngay trên nó. Sự hiện diện của khoảng điện tích sẽ bổ sung
cho điện trường ở đỉnh và gây khó khăn cho điều kiện phóng điện tự duy trì hay nói cách khác
làm giảm cơ hội sinh ra tia phóng lên.

Mô hình của cơ chế này như sau:
- Mây dông tiến đến điện trường tăng.
- Hiện tượng vầng quang (vầng corona) bắt đầu bao quanh đỉnh cột khi điện trường ở đỉnh
cột vượt mức đánh thủng không khí.
- Điện tích vầng quang xen vào giữa cột nhọn và điện tích trung tâm ở mây dông .Vầng
quang làm thay đổi điện trường ở đỉnh cột.
- Tia tiên đạo phóng xuống, điện trường tăng, vầng quang tăng, điện trường đỉnh bò che
kín. Điện trường gần đỉnh không tăng tuyến tính với điện trường trung gian ở xa hơn.
- Quá trình tiếp tục cho đến khi tia phóng xuống trở nên khá gần đến lúc nào đó cột phát
ra một tia phóng lên dương tính (xuất phát từ cực thanh dương).
- Tia phóng lên vượt qua vầng điện quang tìm đến tia phóng xuống.
Vì điện trường ở gần đỉnh cột bò hiệu chỉnh trong tình huống trên, một tia sét có thể tiến
đến khoảng vài mươi mét trước khi có sự phát ra tia đi lên từ cột thu lôi.
Tác dụng trên có thể giải thích cho hiện tượng , sét đi vòng qua cột thu lôi đánh vào cấu
trúc bên dưới
Các thí nghiệm mô hình ( standler R “ Response of elevated conductors to lightning “ ms
thesis New Mexico Institute of technology april 1975 ) đưa ra nhận xét khoảng điện tích trên cột
nhọn làm cho sự phóng điện xuyên qua có thời gian trì hoãn lên đến 500s. Điều này đưa đến sự
đề xuất dạng hình học của các đầu tiếp điện trên không có một hiệu quả quan trọng khi các điểm
cạnh tranh trên cấu trúc cũng cố gắng cho ra đồng thời một tia phóng lên. Các nghiên cứu từ
phòng thí nghiệm và hiện trường cho thấy điện trường trung gian giữa tia phóng xuống và mặt
đất khoảõng 500KV/m cần thiết cho tiến trình đi lên của tia phóng lên. Dòng đi lên mà cuối cùng
sẽ mở rộng đến tia tiên đạo hướng xuống đòi hỏi sự phát sinh điện trường gần bằng 3MV/m ở
một điểm trên mặt đất.
Thảo luận trên dẫn đến việc xem xét một đầu thu lý tưởng sẽ cực tiểu hóa corona ở chế
độ tónh (khi chưa có sự xuất hiện của tia tiên đạo) nhưng làm tăng sự tập trung điện trường trong
điều kiện động xảy ra trong khi có một tia phóng xuống làm cho nó có độ lợi thời gian tạo đường
21
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________

dẫn chủ động về phía trên của đầu thu so với các loại kim thu sét thông thường trong cùng điều
kiện.
Ba điều kiện cơ bản phải đạt được với một đầu thu là:
- Cường độ điện trường của đầu thu : 3MV/m để phóng lên một dòng.
- Các điện tử tự do vượt mức 108electron / sec ở điểm nối đất để đảm bảo mở đầu “thác
điện tử”.
- Điện trường trung gian giữa đầu thu và điểm phóng xuống vượt mức 400KV/m để đảm
bảo sự tự kích ( Self Propagation) điểm phóng lên sau mở đầu thác.
2.2.2. Vật liệu và kích thước:
Hình 1.2
Vật liệu của đầu Dynasphere không bò ăn mòn trong không khí bình thường.
- Đầu tiếp đất có tiết diện 300mm
2
được làm bằng vật liệu không chứa sắt.
- Quả cầu bọc bên ngoài đầu tiếp đất được làm bằng nhôm anod hóa có kích thước :
Dài (L) x Rộng(R) = 335mm x 280mm
- Trọng lượng toàn bộ của Dynasphere trên 4kg.
2.2.3. Đặc điểm kỹ thuật:
- Điện cực sẽ phản ứng một cách động học với sự xuất hiện của luồng sét bằng cách tạo
ra các điện tử tự do và hiện tượng quang ion hóa giữa bề mặt quả cầu và mũi nhọn của cọc tiếp
đất.
-Vầng quang chỉ xảy ra khi có sự đến gần của tia chớp.Vầng quang không xảy ra do
trường tónh điện của cơn dông ở phía trên trừ khi có sự hoạt động của luồng điện phóng trong
vùng.
- Đầu thu không gây ra nhiễu sóng vô tuyến tần số cao, ngoại trừ khoảng miligiây sự tiến
đến của tia tiên đạo.
- Đầu thu không phóng xạ nên không cần xin giấy phép sử dụng.
- Hìng dạng bên ngoài của đầu thu nhằm giảm nhỏ sự hình thành vầng quang dưới trường
tónh điện của cơn dông.
- Đầu thu không cần pin hay nguồn cấp năng lượng nào bên ngoài cho bất kỳ bộ phận nào

của nó hoạt động. Đầu thu không chứa phần động.
- Đầu thu được làm bằng vật liệu không bò ăn mòn trong điều kiện khí quyển bình thường.
- Đầu thu được cách điện khỏi cấu trúc bảo vệ. Thể tích vùng thu và bán kính hấp dẫn
của đầu thu, được đưa ra từ thống kê và những nghiên cứu về sét được chấp nhận và biết đến.
- Đầu thu được đặt tối thiểu 10m từ mặt đất.
- Đầu thu phải được lắp đặt nghiêm ngặt theo hướng dẫn của nhà sản xuất.
- Vùng bảo vệ được qui đònh bởi điện cực phải thích hợp với điểm sét đánh cho tất cả
các sét vượt quá biên độ của dòng điện sét xxKA theo mức bảo vệ yy . Thiết kế phải
22
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
tính toán đến sự phóng một tia đi lên của các điểm cạnh tranh (mũi nhọn, gỡ mái ) từ
công trình cần bảo vệ.
Bảng 1.2
Dòng sét ( xx ) Mức bảo vệ (yy ) Khả năng xuất hiện
3KA
6KA
10KA
15KA
20KA
Rất cao
Cao
Trung bìng
Chuẩn
Thấp
99%
98%
93%
85%
75%

2 2.4. Nguyên lý hoạt động:
Ở dạng đơn giản Dynasphere gồm một thanh kim loại nhọn đầu được nối đất và một
quả cầu kim loại bọc lấy thanh. Một trở kháng cao nối quả cầu và thanh nhọn.
Trong điện trường tương đối ổn đònh xảy ra dưới một cơn dông. Dynasphere là một
thiết bò thụ động. Trong trường tónh điện này quả cầu được nối đất qua trở kháng và gây ra
corona cực tiểu do dạng hình học của nó.
Trong trường điện động, khi có sự gia tăng nhanh chóng và đột
ngột của điện trường khí quyển, qúa trình qúa độ xày ra,việc
tiếp cận một tia phóng xuống tạo thành một điện dung ghép
giữa tia phóng xuống và mặt cầu.
Mặt cầu sẽ phản ứng lại sự tăng nhanh điện trường bằng
cách tăng thế do hằng số thời gian dài tạo bởi kênh tónh trở
kháng cao. Một khe phóng điện được hình thành do sự chênh
lệch thế giữa quả cầu và thanh. Tác động này làm thiết bò giải
phóng năng lượng đã tích luỹ dưới dạng ion, tạo ra mộït đường
dẫn tiên đạo về phía trên chủ động dẫn sét.
Hình 2.2
2.2.5. Nguyên lý xác đònh vùng bảo vệ :
Vùng bảo vệ được xây dựng từ một bán cầu phóng điện và một parabol giới hạn bán
cầu đó. Tùy theo mức độ bảo vệ công trình, tương ứng với điện lượng hay cường độ sét, mà ta
xác đònh được vùng bảo vệ khác nhau .
Kim thu sét Dynasphere được đặt trên công trình sao cho vùng bảo vệ của nó phủ
khắp vùng thu sét của các điểm cạnh tranh của cấu trúc ( đỉnh nhọn nhô ra, góc nhọn, gờ
mái, ) hay nói cách khác bán kính vùng bảo vệ R
bv
của Dynasphere phải bao trùm bán kính
vùng cạnh tranh R
ct
của các điểm cạnh tranh .
Bán kính vùng bảo vệ tùy thuộc vào độ cao công trình, độ cao thanh đỡ và mức độ bảo

vệ .
Bảng 2.2 :
Cường độ sét (kA) Điện lượng (C) Mức bảo vệ Phần trăm bảo vệ
23
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
6 0,5 cao 98
10 1 Trung bình 93
15 1,5 Tiêu chuẩn 85
2.2.6. Kiểm tra đánh giá đầu thu:
Mục đích của cuộc thử nghiệm này kiểm tra tính hiệu quả của Dynasphere tích
cực với thiết bò thụ động, đánh giá khả năng của nó khi cạnh tranh với cột Franklin và so
sánh thời gian tạo ra đường dẫn tiên đạo so với kim thu sét thông thường.
Với mục đích đó cả hai loại dẫn sét (tạo tia tiên đạo và thông thường) được đánh giá
và kiểm nghiệm trong cùng một điều kiện.
a. Thí nghiệm trong phòng:
Mô phỏng quá trình phóng điện sét trong tự nhiên ở phòng thí nghiệm là rất khó. Các
vấn đề cụ thể được tóm tắt như sau:
- Điện trường có mặt khi có sét trong tự nhiên là 520KV/m trong phòng thí nghiệm
trường 500KV/m là cần thiết để mở đầu một sự phóng điện.
- Các tia phóng lên dài 100  500m trước khi chặn một tia phóng xuống. Trong phòng thí
nghiệm khoảng cách phóng chỉ có thể đạt được vài mét.
- Trước khi có sự phóng điện tự nhiên xảy ra, tồn tại một điện trường gây ra corona trên
tất cả các phần hình học và góc nhọn. Mô phỏng phòng thí nghiệm của hiệu ứng này là khó vì
thiết bò tạo ra trường có thể bò máy phát xung phá hủy.
So sánh chất lượng của một đầu thu thí nghiệm với cột Franklin đối chứng. Mây nhân
tạo là một lưới kim loại nằm ngang tiết diện 5 x 5m. Nằm trên đầu thu thử nghiệm và cột
Franklin đối chứng được nối đất và có cùng độ cao.
Một máy phát phân cực DC được nối vào đám mây nhân tạo qua điện trở và mạng
bảo vệ. Một máy phát xung cũng được nối vào đám mây nhân tạo.

Dạng sóng xung được chọn tương đối chậm, có thời gian tăng 200 microgiây. Dạng này
gần giống với độ tăng điện trường nhận được khi một điểm phóng tiếp cận đất. Dạng sóng
1,2/50s thường được dùng biểu diễn dạng sóng quá điện áp khí quyển.
Do khoảng cách phóng điện rất ngắn trong phòng thí nghiệm cần tạo xung gần với
ngưỡng chọc thủng để tìm sự khác biệt giữa các đầu thu thử nghiệm và đối chứng.
Thí nghiệm 1: 2 Dynasphere được đặt ở các vò trí thử nghiệm. Mục đích của thử nghiệm là
xem xét một Dynasphere tích cực có ưu điểm gì hơn một thiết bò thụ động. Đảo ngược các thiết
bò tích cực và thụ động mà không phải thay đổi bất kỳ thông số vật lý nào. Kết quả lấy trung
bình theo cách loại bỏ các mâu thuẩn trong sơ đồ thử nghiệm vật lý.
Trước khi thử nghiệm một chuỗi điện tích được tạo ra để đánh giá ngưỡng phóng điện.
Điện áp nạp 65,7KV xấp xỉ một xung áp 1314KV, độ ẫm 70%, áp suất 1012mB, nhiệt độ 30
o
C.
Kết quả:
Thí nghiệm Đầu thu tích cực Đầu thu thụ động Không phóng
A
B
(Đảo ngược các
đầu thu)
Tổng cộng
15
6
21
6
5
11
9
9
18
Quả cầu tích cực chứng tỏ hiệu quả gần gấp đôi quả cầu thụ động.

24
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
Thí nghiệm 2:
Trong thí nghiệm này, Dynasphere được so sánh với chất lượng của một cột Franklin. Các
cột Franklin được dùng là các thanh nhọn đầu lõi của Dynasphere để không có sự thay đổi hình
học cột Franklin khi quả cầu được gắn vào, chuổi phóng điện hướng vào 2 cột Franklin để xác
đònh cái nào hiệu quả hơn. Sau đó quả cầu được gắn vào cột Franklin kém hiệu quả hơn ,để đánh
giá sự cải thiện chất lượng.
Các điều kiện khí quyển: độ ẩm 67%, áp suất 1012mB, nhiệt độ 30
o
C
Kết quả:
Thử nghiệm Cột A Cột B Hiệu quả cột B
2 cột Franklin 8 2 20%
Cột Franklin (A) quả cầu
được đặt vào cột B
4 6 60%
Việc thêm quả cầu vào cột Franklin làm việc kém (B) cải thiện 40% hiệu quả của nó.
b. Thí nghiệm ngoài tự nhiên:
Hai dạng thử nghiệm được coi là phù hợp cho đánh giá chất lượng đầu thu:
- Dạng thứ nhất bao gồm thử nghiệm thống kê lâu dài, bằng cách xen kẽ các đầu thu thử
nghiệm và các cột Franklin theo dạng 1 cánh đồng anten.Mỗi vật dẫn xuống có thiết bò ghi sự
phóng điện và biên độ dòng đỉnh của chúng.
- Dạng thứ 2: bao gồm thử nghiệm so sánh tốc độ cao. Yếu tố quan trọng nhất trong đo
lường hiệu quả của một đầu thu là khả năng bắt đầu và lan truyền các dòng phóng lên của nó.
Bằng chứng chất lượng tương đối chỉ có thể đạt được bằng việc đo thời gian phát triển và dòng
phóng lên so với một tiêu chuẩn đối chứng.
- Vì sét xuất hiện ngẫu nhiên và thời gian để phóng lên vào cỡ microgiây. Nhiệm vụ đo
lường thường là gặp khó khăn. Hơn nữa nếu sự ngăn chặn (Tia phóng lên đón lấy tia phóng

xuống) dòng sét trở về có thể có biên độ 100KA sẽ phá hủy thiết bò đo. Tuy nhiên nhờ thiết bò
chụp hình và quay video hiện đại mà không nhất thiết phải ghi nhận một cú sét đánh trực tiếp.
- Vật đối chứng là cột Franklin được so sánh với một đầu thu thử nghiệm ở cùng chiều cao.
Dây thu lôi được tiếp đất qua một điện trở, một dòng điện ghi nhận được tại chân tiếp đất và
được truyền tới máy biến đổi điện A/D (Analoque / Digital).
-
Nguồn điện từ xa đến máy A/D được cung cấp bởi pin mặt trời. Dây cáp bằng sợi quang
học được dùng để truyền tải thông tin đến một bộ số hóa cao tốc lưu trữ thông tin trong bộ nhớ
256KB. Sau đó thông tin biến đổi được truyền đến một máy tính IBM có đóa cứng 30MB. Chiều
cao của các cột là 6m và đặt cách 20m để đảm bảo không có nhiễu điện trường do tác dụng
tương hổ.
Kết quả sơ bộ cho thấy thời gian bắt đầu tia phóng lên của một cột Franklin sau quả cầu
thử nghiệm là 50microgiây và dòng phóng lên của quả cầu lớn hơn 2 - 3 lần tại mọi thời điểm kể
từ lúc mở đầu.
2 2.7. Ưu điểm của đầu thu:
- Tính chủ động tạo đường dẫn sét:
Tất cả các cấu trúc trên công trình đều có khả năng tạo ra kênh dẫn về phía trên. Tuy
nhiên, vấn đề thời gian

tạo ra chúng mới là quan trọng. Một đầu thu sét tạo tia tiên đạo có thể
tạo một đường dẫn sét về phía trên sớm hơn một khoảng thời gian T so với loại kim thu sét
thông thường. Đại lượng này được xác đònh trong phòng thí nghiệm cao áp và ngoài hiện trường
25