NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHỐNG SÉT, LIÊN KẾT VÀ TIẾP ĐẤT HIỆU QUẢ BẢO VỆ CÁC CÔNG TRÌNH VIỄN THÔNG CỦA VNPT

LỜI CẢM ƠN!
Sau quá trình học tập, nghiên cứu trong suốt khoá đào tạo Thạc sỹ chuyên
ngành kỹ thuật Điện tử tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông tôi đã
hoàn thành luận văn “Nghiên cứu xây dựng mô hình chống sét, liên kết và tiếp
đất hiệu quả bảo vệ các công trình Viễn thông của VNPT”. Cảm nghĩ đầu tiên
của tôi là sự vui mừng vì đã hoàn thành quyển luận văn này mà ngay từ ngày bắt
tay vào làm tôi đã xác định đây là công việc khó khăn. Tôi cũng hiểu rằng kết
quả này không chỉ là sự nỗ lực của riêng bản thân tôi mà còn nhờ sự giúp đỡ
của rất nhiều người.
Trước hết tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến TS. Nguyễn Văn Dũng, người đã
tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình làm luận văn này.
Xin trân trọng cám ơn Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, khoa Quốc tế
và đào tạo sau Đại học đã tạo những điều kiện tốt nhất cho tôi trong ba năm học
cao học tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.
Xin chân thành cám ơn tất cả các thầy cô ở Học viện công nghệ Bưu chính Viễn
thông và những thầy cô đã tham gia giảng dạy lớp cao học Kỹ thuật Điện tử
khoá 7 đã truyền đạt kiến thức và giúp đỡ tôi trong những ngày học tại trường.
Tôi cũng xin cảm ơn lãnh đạo Viện KHKT Bưu điện, các đồng nghiệp của tôi ở
Phòng NCKT Tương thích Môi trường - Viện khoa học kỹ thuật Bưu điện đã
giúp đỡ, tạo điều kiện trong suốt thời gian học tập và làm luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và những người thân đã luôn
giành sự ủng hộ nhiệt tình và động viên tôi trong suốt thời gian qua.
Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2008
VŨ HỒNG SƠN
- 1 -
Mục lục
Chơng I. Nguyên lý hình thành sét và tác động của sét
đến công trình viễn thông 10
1.1 Sét và nguyên lý hình thành 10
1.2 Các dạng tác động của sét đến công trình và thiết bị viễn thông 14

1.2.1. Các dạng tác động của sét 14
1.2.1.1 Tác động tĩnh điện 14
1.2.1.2 Tác động điện từ 14
1.2.1.3 Tác động của dòng sét 14
1.2.1.4 Tác động galvanic 14
1.2.1.5 Tác động thứ cấp (Tạp âm thứ cấp) 15
1.2.2. Các con đờng chính sét xâm nhập có thể gây ảnh hởng đến công trình
viễn thông 15
1.3. Phân vùng sét nguy hiểm 16
1.4 Phân vùng chống sét bảo vệ 17
1.4.1 Vùng LPZO (Lightning protection zone O) 17
1.4.1.1 Vùng LPZOA (Lightning protection zone OA) 18
1.4.1.2 Vùng LPZOB (Lightning protection zone OB) 18
1.4.2 Vùng LPZ1 (Lightning protection zone 1) 18
1.4.3 Các vùng chống sét LPZ2 . . . (Lightning protection zone 2 . . .) 18
Chơng II. chống sét đánh trực tiếp cho các công trình
Viễn thông 20
2.1 Hệ thống chống sét Franklin 20
2.1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin 20
2.1.1.1. Nguyên lý phóng điện điểm 20
2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin 20
2.1.2 Cấu trúc của hệ thống Franklin 21
2.1.3 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin 23
- 2 -
2.1.3.1 Phơng pháp hình nón 23
2.1.3.2 Phơng pháp quả cầu lăn 23
2.1.4 Mô hình sử dụng điện cực Franklin bảo vệ cho các công trình Viễn thông.
24
2.1.4.1 Đối với các cột anten 25
2.1.4.2 Đối với nhà trạm 26

2.1.4.3 Đối với các công trình dạng tuyến 27
2.2 Hệ thống chống sét phát tiên đạo sớm 27
2.2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phát tiên đạo sớm 27
2.2.2 Cấu trúc của hệ thống phát tiên đạo sớm 28
2.2.3 Vùng bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm 29
2.2.4 Mô hình sử dụng điện cực phát tiên đạo sớm bảo vệ cho các công trình
Viễn thông 29
2.3 Hệ thống phân tán năng lợng sét 30
2.3.1 Đặc điểm, chức năng, thành phần của hệ thống phân tán năng lợng sét.30
2.2.1.1 Bộ tập trung điện tích trong đất (ground charge collector (GCC)) 31
2.3.1.2 Dây dẫn điện tích 32
2.3.1.3 Bộ tạo ion (Ionizer) 32
2.3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phân tán năng lợng sét 33
2.3.3 Vùng bảo vệ của hệ thống phân tán năng lợng sét 34
2.3.4 Mô hình sử dụng hệ thống phân tán năng lợng sét bảo vệ cho các công
trình Viễn thông 35
2.4 Khuyến nghị áp dụng 35
Chơng III. chống sét lan truyền cho các công trình Viễn
thông 38
3.1 Chống sét lan truyền trên đờng điện lới 38
3.1.1 Thiết bị cắt sét 38
3.1.2 Thiết bị cắt lọc sét 39
3.1.3 Mô hình lắp đặt thiết bị chống sét trên đờng điện lới 41
- 3 -
3.1.3.1 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét nhiều cấp 41
3.1.3.2 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt lọc sét 42
3.1.4 Khuyến nghị 43
3.2 Chống sét lan truyền trên đờng cáp viễn thông 44
3.2.1 Chống sét lan truyền trên đờng cáp anten feeder 44
3.2.1.1 Nối đất vỏ che chắn cáp feeder 44

3.2.1.2 Lắp đặt bị chống sét trên cáp feeder 46
3.2.2 Chống sét lan truyền trên đờng cáp thuê 46
Chơng IV. cấu hình đấu nối và tiếp đất cho trạm viễn
thông 48
4.1 Tiếp đất cho trạm viễn thông 48
4.1.1 Phân loại tiếp đất trong viễn thông 48
4.1.2 Bố trí tổ tiếp đất 49
4.1.3 Lựa chọn loại hệ thống tiếp đất 50
4.2 Cấu hình đấu nối 52
4.2.1 Mạng liên kết chung CBN 52
4.2.1.1 Xây dựng mạng liên kết chung đối với trạm xây dựng mới 52
4.2.1.2 Xây dựng mạng liên kết chung đối với trạm có sẵn 53
4.2.1.3 Đấu nối mạng liên kết chung với mạng tiếp đất của nhà trạm 53
4.2.2 Liên kết cho các khối thiết bị bên trong nhà trạm Viễn thông 54
4.2.2.1 Mạng M-BN 54
4.2.2.2 Mạng liên kết cách ly mắt lới (M-IBN) 55
4.2.2.3 Mạng liên kết cách ly mắt lới (M-IBN) 55
4.2.2.4 Đấu nối cầu cáp 56
Chơng V. Kết luận và khuyến nghị 57
Phụ lục A. Vùng bảo vệ của điện cực franklin theo phơng
pháp hình nón 59
phụ lục B. Phơng pháp tính toán rủi ro do sét gây ra đối
với các công trình Viễn thông 61
- 4 -
B.1 Các diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào công trình viễn thông 61
B.1.1 Diện tích rủi ro tơng đơng do sét đánh trực tiếp vào nhà ( Ad ) 61
B.1.2 Diện tích rủi ro do sét đánh xuống đất gần trạm (nhà) viễn thông An 62
B.1.3 Diện tích rủi ro do sét đánh xuống các đờng dây dẫn vào trạm viễn thông
AS 63
B.1.4 Diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào Anten Aa 64

B.2 Tính rủi ro thiệt hại do sét gây ra tại một trạm viễn thông có cột anten kề
bên 64
B.2.1 Tần suất thiệt hại, N 64
B.2.2 Các hệ số xác suất h hỏng p 66
phụ lục C. Số liệu về mật độ sét đánh tại các địa danh của
Việt Nam 71
Tài liệu tham khảo 79
- 5 -
Danh mục bảng biểu
Bảng 1.1 Các dạng tác động của dông sét đến độ ổn định
của công trình viễn thông 16
Bảng 2.1 Thông số mức bảo vệ của hệ thống chống sét
đánh trực tiếp 24
Bảng 2.2 Đặc điểm của hệ thống Franklin 24
Bảng 2.3 Đặc điểm của hệ thống phát tiên đạo sớm 30
Bảng 2.4 Đặc điểm của hệ thống phân tán năng lợng sét 35
Bảng 4.1 Các dạng mạch tiếp đất cơ bản cho các thiết bị
viễn thông 48
Bảng A.1 Các vùng bảo vệ của thu lôi khi hT(M) 150 m và
hx h0 59
Bảng A.2 Các vùng bảo vệ của thu lôi khi hT(M) 150 m và
hx h0 (tiếp theo) 60
Bảng B.1 Các trị số p đối với các vật liệu khác nhau 67
Bảng B.2.a Các trị số p đối với các biện pháp bảo vệ riêng ở
bên ngoài nhà 67
Bảng B.2.b Các trị số p đối với các biện pháp bảo vệ riêng
bên trong nhà 68
Bảng B.3 Các trị số p cho các biện pháp bảo vệ trên cáp
dẫn vào trạm 69
Bảng B.4 Các trị số p cho các lớp phủ bề mặt khác nhau để

giảm điện áp bớc và điện áp chạm 70
- 6 -
Danh mục hình vẽ
Hình 1.1 Sự phân bố điện tích trong đám mây dông 11
Hình 1.2 Quá trình phóng điện của đám mây dông 13
Hình 1.3 Cơ cấu sét đợc ghi lại nhờ Camera tự xoay (a) và
sự biến đổi của dòng điện đối với sét lặp (b) 14
Hình 1.4 Các con đờng chính sét xâm nhập gây ảnh hởng
đến thiết bị viễn thông 16
Hình 1.5 Phân vùng sét theo mức độ nguy hiểm 17
Hình 1.6 Các vùng chống sét khác nhau tại một trung tâm
viễn thông 19
Hình 2.1 Các loại thu lôi cơ bản và các phần tử của thu lôi
Franklin 23
Hình 2.2 Vùng bảo vệ của một thanh thu lôi (theo phơng
pháp quả cầu lăn) 23
Hình 2.3 Mô hình chống sét đánh trực tiếp cho cột anten
sử dụng điện cực Franklin với chiều cao cột lớn hơn
khoảng cách phóng điện Ds > 45 m 26
Hình 2.4 Bố trí điện cực Franklin trên mái nhà 26
Hình 2.5 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin đối với nhà
trạm 27
Hình 2.6 Một số loại điện cực phát tiên đạo sớm: 28
Hình 2.7 Bán kính bảo vệ của điện cực phát tiên đạo sớm 29
Hình 2.8 Chống sét đánh trực tiếp theo nguyên lý phân
tán năng lợng 31
Hình 2.9 Một số bộ tạo Ion đang đợc sử dụng 33
Hình 2.10 Lắp đặt thiết bị phân tán năng lợng sét trên cột
anten 37
Hình 3.1 Đặc tuyến của MOV 38

Hình 3.2 Cấu tạo cơ bản của thiết bị cắt sét 3 pha 39
Hình 3.3 Cấu tạo cơ bản của thiết bị cắt lọc sét 3 pha với
mắt lọc LC nối tiếp 40
Hình 3.4 Các loại bộ lọc và tác dụng hạn chế xung sét 40
- 7 -
Hình 3.5 Vùng chống sét và các loại thiết bị cắt sét lắp
đặt 41
Hình 3.6 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét nhiều cấp bảo vệ
đờng điện nguồn cung cấp cho thiết bị Viễn thông tại các
trung tâm Viễn thông của VNPT 42
Hình 3.7 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt
lọc sét trong trờng hợp cáp từ phòng máy nổ đến nhà
trạm không đi nổi bên ngoài 43
Hình 3.8 Mô hình lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị cắt
lọc sét trong trờng hợp cáp từ phòng máy nổ đến nhà
trạm đi nổi bên ngoài 43
Hình 3.9 Mô hình nối đất vỏ che chắn cáp feeder và lắp
đặt thiết bị chống sét 45
Hình 3.10 Nối đất vỏ che chắn cáp feeder trớc khi đi vào
nhà trạm qua tấm tiếp đất 45
Hình 3.11 Cấu tạo của thiết bị chống sét trên cáp anten
feeder 46
Hình 3.12 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi
đồng loại chỉ chống quá áp 47
Hình 3.13 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi
đồng loại chỉ chống quá dòng 47
Hình 3.14 Thiết bị chống sét trên đờng dây thuê bao sợi
đồng loại chống cả quá áp và quá dòng 47
Hình 4.1 Bố trí điện cực tiếp đất thành vòng rinh bao
quanh nhà trạm 50

Hình 4.2 Mô hình cân bằng thế các tổ tiếp đất trong khu
vực trạm Viễn thông 50
Hình 4.3 Mạng liên kết chung 54
Hình 4.4 Mạng liên kết chung cho nhà trạm Viễn thông
Long Thành - Đồng Nai 55
Hình 4.5 Nối liên tục các đoạn cầu cáp 56
Hình B.1 Diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào nhà 63
Hình B.2 Các diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào
một trạm viễn thông 65
- 8 -
Mở đầu
Sét là một hiện phóng điện tự nhiên xảy ra trong các cơn ma, dông. Năng lợng
chứa trong một lần sét đánh rất lớn và nó gây nhiều tác hại và phá huỷ các công
trình trên mặt đất trong đó có các công trình và thiết bị Viễn thông. Các thiết bị
Viễn thông là các thiết bị điện tử rất nhạy cảm với dòng điện và điện áp nhiễu từ bên
ngoài. Bộ thông tin và truyền thông, tập đoàn Bu chính Viễn thông Việt Nam
(VNPT) đã nghiên cứu và xây dựng nhiều tiêu chuẩn, quy phạm có liên quan đến
công tác tiếp đất, chống sét. Hàng năm các đơn vị của VNPT phải đầu t nhiều tỷ
đồng cho công tác xây dựng tiếp đất và chống sét cho các trạm Viễn thông. Tuy
nhiên, nhiều công trình thiết kế không hiệu quả và hậu quả là vẫn có nhiều công
trình bị sét đánh thờng xuyên và h hỏng nhiều thiết bị làm mất liên lạc, tổn thất dịch
vụ và thiết bị.
Các nghiên cứu về dông sét cũng nh các giải pháp về chống sét, tiếp đất và xây
dựng cầu hình đấu nối để hạn chế rủi ro do sét gây ra cha đợc đầy đủ và cha hiệu
quả. Vì những lý do trên tôi quyết định chọn đề tài Nghiên cứu xây dựng mô hình
chống sét, liên kết và tiếp đất hiệu quả bảo vệ các công trình Viễn thông của VNPT
làm luận văn tốt nghiệp của mình nhằm đa ra giải pháp, mô hình chống sét, tiếp đất
hiệu quả để áp dụng cho các đơn vị của VNPT.
Về bố cục, luận văn đợc cấu trúc thành 4 chơng nh sau:
Chơng I có tiêu đề Nguyên lý hình thành sét và tác động của sét đến công trình

viễn thông: Chơng này trình bày tóm tắt nguyên lý hình thành sét, các dạng tác
động của sét đến công trình Viễn thông, các con đờng sét xâm nhập vào thiết bị viễn
thông và phân vùng chống sét.
Chơng II có tiêu đề Chống sét đánh trực tiếp cho các công trình Viễn thông:
Chơng này trình bày các giải pháp chống sét đánh trực tiếp bao gồm hệ thống
Fraklin, hệ thống phát tiên đạo sớm và hệ thống phân tán năng lợng sét. Đa ra mô
hình áp dụng từng giải pháp vào công trình Viễn thông.
Chơng III có tiêu đề Chống sét lan truyền cho các công trình Viễn thông: Ch-
ơng này trình bày các giải pháp chống sét lan truyền trên đờng điện lới, cáp feeder,
cáp thuê bao. Đa ra mô hình chống sét trên đờng điện lới, trên cáp feeder, trên cáp
thuê bao.
- 9 -
Chơng IV có tiêu đề Cấu hình đấu nối và tiếp đất cho trạm viễn thông: Ch-
ơng này trình bày mô hình xây dựng các tổ tiếp đất, mạng liên kết chung và đấu nối
tiếp đất cho công trình và thiết bị Viễn thông.
Cuối luận văn là phần Kết luận và khuyến nghị: tóm tắt những phần việc
nghiên cứu đã trình bày trong luận văn và những đề xuất hớng nghiên cứu tiếp
theo của đề tài.
Luận văn này đợc nghiên cứu và hoàn thành dới sự hớng dẫn của TS. Nguyễn Văn
Dũng, Viện khoa học kỹ thuật Bu điện. Do thời gian và khả năng có hạn nên không
tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận đợc những ý kiến đóng góp của các thầy
cô giáo và các bạn đồng nghiệp.
- 10 -
Chơng I. Nguyên lý hình thành sét và tác động của sét
đến công trình viễn thông
1.1 Sét và nguyên lý hình thành
Sét (hay còn gọi là sự phóng điện dông) là một nguồn điện từ mạnh phổ biến nhất
xảy ra trong tự nhiên. Nguyên nhân làm xuất hiện sét là do sự hình thành các điện
tích khối lớn. Nguồn sét chính là các đám mây ma dông mang điện tích dơng và âm
ở các phần trên và dới của đám mây, chúng tạo ra xung quanh đám mây này một

điện trờng có cờng 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 ngng tụ do làm lạnh hơi n-
ớc của luồng không khí nóng đi lên, tạo ra các ion dơng và âm (các trung tâm ngng
tụ) và liên quan đến cả sự phân chia các giọt nớc mang điện trong đám mây dới tác
dụng mạnh của luồng không khí nóng đi lên.
Trong quá trình tích luỹ các điện tích có phân cực khác nhau, một điện trờng có c-
ờng độ luôn đợc 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 thờng, khoảng 3.10
6
V/m) ở đó xảy ra sự đánh xuyên
hay sét tiên đạo.
Theo ớc tính trong mỗi giây đồng hồ có khoảng một trăm sét đánh xuống mặt đất.
Sét gây ra các tác hại tĩnh điện, điện từ, nhiệt, động lực đến các đối tợng xung quanh
nh thiết bị kỹ thuật điện, đờng dây thông tin, tín hiệu, truyền số liệu, đờng dây điện
lực, các phơng tiện thông tin, Vô tuyến điện tử và thờng gây ra các thiệt hại lớn.
Theo dấu hiệu phía ngoài sét đợc phân ra thành một số loại. Loại phổ biến nhất là
sét vạch với các dạng khác nhau nh: sét dải, sét dạng tên lửa, sét dạng chữ chi và
dạng nhánh, loại hiếm thấy nhất là sét cầu.
Sét vạch thờng gặp nhất trong thiên nhiên và cũng chính là nguồn điện từ mạnh
phổ biến nhất.
Sét vạch gồm có các loại nh sau:
- Sét vạch Đám mây - Đất;
- Sét vạch Đám mây - Lớp khí quyển phía trên;
- Sét vạch bên trong đám mây (Đám mây);
- Sét vạch Đám mây - Đám mây.
- 11 -
Trong các dạng sét vạch thì sét vạch Đám mây - Đất thờng hay gặp nhất.
Trên hình 1.1 trình bày sự phân bố các điện tích trong đám mây dông.

Hình 1.1 Sự phân bố điện tích trong đám mây dông
Hầu hết các đám mây dông điện tích dơng P = + (24 ữ 40) C đa lên phần trên,
điện tích âm N = - (24 ữ 40) C đa xuống dới. ở phần thấp nhất của đám mây có thể
đợc phân bố một vùng thứ 3 không lớn lắm là các điện tích dơng p = + (4 ữ 10) C.
Ngoài sự phân cực âm của đám mây dông nh đã mô tả ở trên, trong những trờng
hợp hãn hữu ta gặp cả đám mây phân cực dơng, tức là các điện tích âm đợc đa lên
phần trên của đám mây.
Chiều cao của đám mây dông điển hình khoảng (8 ữ 12) km. Với đám mây có
chiều rộng vừa phải, tâm của điện tích khối âm phân bố ở độ cao (2 ữ 5) km, còn
tâm của điện tích khối dơng phân bố ở độ cao (6 ữ 10) km.
Trong quá trình tích luỹ các điện tích có phân cực khác nhau, một trờng điện có c-
ờng độ gia tăng đợc hình thành xung quanh đám mây.
h
=
(8
ữ
12
)
k
m
- 12 -
Khi Gradien 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 thờng, khoảng 3.10
6
V/m) ở
đó xảy ra sự phóng điện hay sét tiên đạo.
Sự phóng điện bắt đầu ở gần đám mây sẽ đợc truyền với tốc độ khoảng 5.10
4
km/s
theo hớng mặt đất (xem hình 1.2 - a). Nhng sự phóng điện này không tới đợc mặt

đất mà sẽ tạm dừng chuyển động ở cách đám mây một khoảng cách (50 ữ 60) m.
Sự phóng điện mới bắt đầu phát triển có cùng tốc độ và cùng con đờng với sự
phóng điện thứ nhất sau một khoảng thời gian gần 10 às cũng hớng xuống đất và
dừng lại ở cách đám mây một khoảng cách (100 ữ 120) m (xem hình 1.2 - b). Sau
khi kết thúc sự phóng điện lần thứ hai bắt đầu sự phóng điện lần thứ ba cũng theo
cùng đờng và dừng lại ở cách xa đám mây thêm một khoảng cách là (50 ữ 60) m v.v
(xem hình 1.2 - c).
Các phóng điện mới (xem hình 1.2 - d,e ) lại xuất hiện cho đến khi cách mặt đất 1
bớc phóng điện cuối cùng tới mặt đất (xem hình 1.2 - g). Tại các vật thể trên mặt đất
sẽ xuất hiện sự Ion hoá không khí tại các điểm nhọn và khi tiên đạo đi xuống từ đám
mây cách các vật thể trên mặt đất một khoảng cách phòng điện thì tại các điểm nhọn
sẽ tạo ra dòng ion (dòng tiên đạo) đi lên và gặp dòng tiên đạo đi xuống tạo thành
tiên đạo hoàn chỉnh.
Quá trình hình thành kênh sét từ đám mây tới mặt đất xảy ra kiểu từng cấp và để
kết thúc đòi hỏi một khoảng thời gian chừng một nghìn microgiây. Số lợng các xung
phụ thuộc vào khoảng cách giữa đám mây tích điện và mặt đất. Sự phóng điện ban
đầu này gọi là sự phóng điện dẫn đờng hay còn gọi là tiên đạo sét và có hiệu ứng
phát sáng không đáng kể. Sau khi tiên đạo tới mặt đất, bắt đầu sự phóng điện phát
sáng từ mặt đất tới đám mây với tốc độ trung bình là 3,5 km/s và đợc gọi là sự
phóng điện chính (xem hình 1.2 - h).
a
a
c
c
b
b
d
d
e
e

f
f
g
g
h
h
i
i
v = 5.10
4
km/s
s = (50 60) m
v = 5.10
4
km/s
s = (100 120) m
s = (150 180) m
v = 3,5 km/s
- 13 -
Hình 1.2 Quá trình phóng điện của đám mây dông
Cơ cấu sét ghi lại nhờ máy Camera tự xoay đợc trình bày trên hình 1.3 - a và sự
biến đổi của dòng điện đối với sét lặp đợc trình bày trên hình 1.3 - b.
Từ hình 1.3 ta thấy rằng sét thứ hai cũng nh sét thứ nhất, gồm có tiên đạo hớng từ
đám mây tới mặt đất và sét chính (sét ngợc) hớng ngợc lại sau khi tiên đạo đến mặt
đất, nhng khác với sét thứ nhất là ở chỗ tiên đạo không phân cấp và có tốc độ đều,
lớn hơn hoặc nhỏ hơn một ít, khoảng 2.10
3
km/s. Tiên đạo lặp này gọi là tiên đạo
dạng mũi tên. Số lợng sét lặp trên cùng một kênh từ 2 đến 10 hoặc có thể lớn hơn.
Nếu khoảng thời gian giữa 2 sét chính liên tiếp tơng đối lớn và sự ion hoá trong

kênh sét giảm nhỏ hơn trị số tới hạn thì tiên đạo lặp mất khả năng chuyển động dạng
mũi tên và bắt đầu truyền lan kiểu phân cấp.
a)




20000 às
1000 às
1000 às
Đám mây
Tiên đạo
phân cấp
Tiên đạo
dạng mũi tên
Tiên đạo
dạng mũi tên
Sột ngc
Sột ngc
Mặt đất
100 às
100 às
100 às
0,03 s
0,03 s
i
s
- 14 -
b)

t
Hình 1.3 Cơ cấu sét đợc ghi lại nhờ Camera tự xoay (a)
và sự biến đổi của dòng điện đối với sét lặp (b)
1.2 Các dạng tác động của sét đến công trình và thiết bị
viễn thông
1.2.1. Các dạng tác động của sét
Các công trình viễn thông trong quá trình khai thác chịu các dạng tác động chính
của sét nh sau :
1.2.1.1 Tác động tĩnh điện
Tác động tĩnh điện của sét đến các công trình viễn thông có liên quan đến sự ảnh
hởng của trờng điện ở giai đoạn trớc lúc xảy ra sét, giai đoạn tiên đạo, giai đoạn sét
cha kết thúc hoặc sét giữa các đám mây (bên trong đám mây).
1.2.1.2 Tác động điện từ
Tác động điện từ của sét đến các công trình viễn thông có liên quan đến ảnh hởng
cảm ứng của dòng điện kênh sét lên các mạch của thiết bị viễn thông khi ở gần vùng
ảnh hởng, ở khoảng cách tơng ứng với chiều dài của kênh sét hoặc ảnh hởng của các
xung điện từ dông sét ở các khoảng cách lớn.
1.2.1.3 Tác động của dòng sét
Tác động của dòng sét có liên quan đến sét đánh trực tiếp các công trình viễn thông
hoặc các bộ phận của công trình viễn thông và đồng thời có dòng điện lớn chảy qua
nó.
1.2.1.4 Tác động galvanic
Tác động galvanic có liên quan đến dòng sét chảy trong đất và đồng thời một bộ
phận của dòng sét rẽ nhánh đi vào thiết bị viễn thông qua hệ thống tiếp đất.
- 15 -
1.2.1.5 Tác động thứ cấp (Tạp âm thứ cấp)
Tác động thứ cấp có liên quan đến ảnh hởng của tạp âm điện từ lên các mạch thứ
cấp của thiết bị viễn thông mà nguồn tạp âm là từ các mạch sơ cấp chịu ảnh hởng
trực tiếp của một trong các dạng tác động đã nêu ở trên .
1.2.2. Các con đờng chính sét xâm nhập có thể gây ảnh hởng đến công trình

viễn thông
Các công trình thông tin bị h 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 mời.
Các con đờng chính (xem hình 1.4) sét xâm nhập có thể gây ảnh hởng đến công
trình viễn thông bao gồm :
Sét xâm nhập qua thiết bị anten - phi đơ;
Sét xâm nhập qua các đờng dây thông tin treo nổi ( dây trần và cáp treo );
Sét xâm nhập qua cáp thông tin ngầm;
Sét xâm nhập qua cáp, dây nối giữa các thiết bị viễn thông;
Sét xâm nhập qua các mạch cung cấp điện cho thiết bị viễn thông;
Sét xâm nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung ;
Sét xâm nhập qua các vỏ che chắn của các thiết bị viễn thông.
Tác động của dông sét đến công trình viễn thông là do các ảnh hởng tĩnh điện,
ảnh hởng điện từ, ảnh hởng của dòng sét, ảnh hởng galvanic và ảnh hởng thứ cấp.
Các dạng tác động của dông sét đến độ ổn định của công trình viễn thông qua các
con đờng sét xâm nhập khác nhau đợc trình bày trong bảng 1.1.
- 16 -
Hình 1.4 Các con đờng chính sét xâm nhập gây ảnh hởng đến thiết bị viễn
thông
Bảng 1.1 Các dạng tác động của dông sét đến độ ổn định của công trình viễn
thông
Các con đờng chính sét xâm nhập gây
ảnh hởng đến công trình viễn thông
Các dạng tác động của dông sét
Tĩnh
điện
Điện
từ
Dòng
sét

Galvanic
Thứ
cấp
Thiết bị anten phi đơ + + + +
Đờng dây treo nổi (Dây trần và cáp treo) + + + + +
Cáp thông tin ngầm + + +
Cáp nối giữa các thiết bị viễn thông + + + +
Các mạch cung cấp nguồn + + + +
Các hệ thống tiếp đất và các điểm chung +
Vỏ che chắn của các thiết bị viễn thông + + + + +
Ghi chú :
Dấu + biểu hiện dạng tác động của sét xảy ra đối với loại công trình viễn thông xem xét.
1.3. Phân vùng sét nguy hiểm
Theo mức độ nguy hiểm, ngời ta có thể phân ra 2 vùng sét là:
1. Thiết bị
antenphi đơ
2. Cáp treo
4. Cáp nối 5. Dây hạ áp
3. Cáp thông tin ngầm
E, H
6. Hệ thống tiếp đất
7. Vỏ thiết bị
- 17 -
Vùng sét nguy hiểm ít (1);
Vùng sét nguy hiểm cao (2).
Cách phân vùng nh vậy đợc minh hoạ trên hình 1.5 Trong đó các vùng có mức
Keraunic (số ngày dông) cao và có điện trở suất của đất lớn là các vùng sét nguy
hiểm cao và ngợc lại là các vùng sét nguy hiểm ít.
Nh vậy, vùng sét nguy hiểm là vùng có mức Keraunic D 100 ngày dông và điện
trở suất của đất

đ
100 m.
Hình 1.5 Phân vùng sét theo mức độ nguy hiểm
1.4 Phân vùng chống sét bảo vệ
Phụ thuộc vào đặc tính bảo vệ tự nhiên, mức độ khắt nghiệt của xung điện từ do
sét gây ra và xuất phát từ nhu cầu bảo vệ, ngời ta có thể thiết lập ra các vùng chống
sét bảo vệ nhằm hạn chế đến mức thấp nhất trờng điện và trờng từ do điện tích đám
mây dông (trớc khi xuất hiện sét) hay dòng điện trong kênh sét gây ra.
Theo cách phân vùng chống sét bảo vệ của tổ chức liên minh viễn thông quốc
tế (ITU), có thể phân ra thành các vùng chống sét nh sau :
1.4.1 Vùng LPZO (Lightning protection zone O)
Vùng LPZO là vùng hoàn toàn trống trãi, không có khả năng làm yếu đi các
trạng thái điện từ dông sét. Để thuận tiện trong phân tích nguy cơ sét đánh trực tiếp
ta có thể tiếp tục chia vùng LPZO ra thêm các vùng khác là LPZOA và LPZOB.
1
20
50
100
10
2
10
10
10
3
10
4
- 18 -
1.4.1.1 Vùng LPZOA (Lightning protection zone OA)
Các công trình viễn thông đợc xây dựng trong vùng này phải chịu sét đánh trực
tiếp, có nghĩa là phải hứng chịu toàn bộ dòng sét đánh xuống đất. Trờng điện từ

dông sét xảy ra trong vùng này không hề bị yếu đi.
1.4.1.2 Vùng LPZOB (Lightning protection zone OB)
Các công trình viễn thông đợc xây dựng trong vùng này không bị sét đánh trực
tiếp, nhng trờng điện từ dông sét xảy ra trong vùng này cũng không hề bị yếu đi.
1.4.2 Vùng LPZ1 (Lightning protection zone 1)
Các công trình viễn thông đợc xây dựng trong vùng này không bị sét đánh trực tiếp.
Trờng điện từ dông sét trong vùng này có thể bị yếu đi phụ thuộc vào các biện pháp
che chắn khi lắp đặt các nhà trạm viễn thông. Dòng sét trên các bộ phận dẫn điện ở
trong vùng này sẽ bị giảm đi so với khi ở trong vùng LPZO.
1.4.3 Các vùng chống sét LPZ2 . . . (Lightning protection zone 2 . . .)
Trong điều kiện cần tăng cờng bảo vệ cho các hệ thống viễn thông, cần thiết giảm
các dòng dẫn cũng nh giảm nhỏ trờng điện từ dông sét ta có thể tiếp tục tạo ra thêm
các vùng chống sét LPZ2
Trên đờng ranh giới của các vùng chống sét khác nhau (LPZO, LPZ1, LPZ2 )
phải thực hiện liên kết toàn bộ các vật dẫn vào bằng kim loại với nhau (các đờng
ống nớc, vỏ kim loại bảo vệ cáp viễn thông cũng nh cáp điện lực v.v). Việc liên kết
tại các đờng ranh giới phải là liên kết cân bằng thế.
Trên hình 1.6 trình bày một ví dụ về các vùng chống sét khác nhau tại một trung
tâm viễn thông có cột anten kề bên và có các đờng dây điện lực cũng nh đờng dây
viễn thông vào trạm tại cùng một điểm.
Thanh liên kết 1 tại đờng ranh giới LPZO và LPZ1 để liên kết vỏ kim loại cáp
điện lực và cáp viễn thông.
Vỏ kim loại của các cáp này lại đợc liên kết tại thanh liên kết 2 trên đờng ranh
giới LPZ1 và LPZ2.
Giữa các vùng chống sét khác nhau ta đặt các lới chắn, thờng dới dạng vòng dây
liên kết khép kín theo đờng ranh giới dọc chu vi của nhà trạm hoặc phòng đặt thiết
bị viễn thông.
Các lới chắn (hoặc các vòng liên kết) ở các đờng ranh giới giữa các vùng chống
sét khác nhau phải đợc liên kết với nhau.
- 19 -

H×nh 1.6 C¸c vïng chèng sÐt kh¸c nhau t¹i mét trung t©m viÔn th«ng
LPZ1
Líi ch¾n 1 ®èi víi
c«ng tr×nh x©y dùng
Thang liªn kÕt 2 t¹i ®êng ranh
giíi LPZ1 vµ LPZ2
HÖ thèng chèng sÐt
cét anten ë bªn
ngoµi
Thang liªn kÕt 1 t¹i ®-
êng ranh giíi LPZ0 vµ
LPZ1
Phßng m¸y
LPZ2
LPZ0A
LPZ0B
C¸p ®iÖn lùc, viÔn
th«ng
Liªn kÕt c¸c líi ch¾n 1 víi
líi ch¾n 2
HÖ thèng tiÕp
®Êt
- 20 -
Chơng II. chống sét đánh trực tiếp cho các công trình
Viễn thông
Hiện nay đang tồn tại 3 loại công nghệ chống sét đánh trực tiếp bao gồm:
- Hệ thống chống sét thụ động cổ điển Franklin;
- Hệ thống phát tiên đạo sớm;
- Hệ thống phân tán năng lợng sét.
Chơng này sẽ trình bày nguyên lý hoạt động của các hệ thống chống sét đánh trực

tiếp và khuyến nghị mô hình hệ thống chống sét đánh trực tiếp cho các công trình
Viễn thông.
2.1 Hệ thống chống sét Franklin.
Năm 1752 B. Franklin đã tiến hành thí nghiệm dẫn thoát điện tích của đám mây
dông bằng cách thả 1 chiếc diều có dây bằng kim loại trong lúc ma dông để thu
dòng sét theo dây diều xuống đất.
Dần dần lý thuyết dẫn thoát dòng sét từ đám mây đi xuống đất dùng điện cực thu sét
là thanh kim loại đợc hoàn thiện và đợc đặt tên là hệ thống Franklin.
2.1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin.
2.1.1.1. Nguyên lý phóng điện điểm
Nếu có 1 vật dẫn có đầu nhọn ngoặc hơi tù đợc đặt trong môi trờng điện từ có cờng
độ mạnh và vật dẫn đợc nối với một cực của trờng điện đó thì tại đầu nhọn (hoặc hơi
tù) sẽ xuất hiện các điện tử (hoặc lỗ trống) ion hoá không khí và bứt phá ra ngoài
không gian điện từ và đợc di chuyển theo hớng trái dấu trong trờng điện từ.
Lợng điện tử (hoặc lỗ trống) bứt phá ra ngoài qua điểm nhọn (hoặc hơi tù) tỷ lệ
thuận với cờng độ điện trờng.
2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Franklin.
Hệ thống Franklin hoạt động theo nguyên lý phóng điện điểm nh trình bày ở trên.
Mỗi điện cực Franklin là một thanh kim loại có đầu nhọn (hoặc hơi tù) đợc gắn ở
các điểm cao nhất của công trình, thanh kim loại đợc nối xuống đất bằng dây thép
hoặc đồng và nối vào tổ tiếp đất. Khi cờng độ điện trờng của đám mây dông và mặt
đất hình thành tại các điểm nhọn của thanh Franklin ion hoá không khí và bứt phá
Ion dơng (hoặc Ion âm) ra ngoài không gian. Khi cờng độ điện trờng của đám mây
dông đạt đến ngỡng phóng điện, quá trình tiên đạo bắt đầu từ đám mây hớng xuống
- 21 -
mặt đất nh trình bày ở chơng I. Cùng với quá trình tiên đạo đi xuống là cờng độ điện
trờng của đám mây dông và mặt đất tăng lên đột biến và quá trình ion hoá không khí
và bứt phá Ion dơng (hoặc âm) ra ngoài không gian tại các điểm nhọn (hoặc hơi tù)
của điện cực Franklin cũng tăng theo tơng tự. Khi tiên đạo gần chạm đến mặt đất
(cách mặt đất khoảng 100 ữ 300 m) thì dòng Ion từ điện cực Franklin hớng lên trên

tạo ra tia tiên đạo ngợc. Nếu tia tiên đạo ngợc của điện cực Franklin tạo ra gặp tiên
đạo từ đám mây đi xuống sẽ khép kín quá trình tiên đạo từ đám mây xuống mặt đất
(tạo thành đờng dẫn có điện trở thấp) và quá trình phóng điện từ mặt đất (hoặc đám
mây) đến đám mây (hoặc mặt đất) xảy ra và dòng sét đi qua hệ thống Franklin
xuống đất.
2.1.2 Cấu trúc của hệ thống Franklin
Hệ thống Franklin gồm có các bộ phận sau:
1) Điện cực thu sét
Điện cực thu sét là một phần tử của thu lôi, chịu sét đánh trực tiếp, nó gồm có các
dạng nh sau :
a) Dạng thanh:
Cái thu sét dạng thanh chế tạo bằng đồng hoặc thép cán, hình dáng khác nhau, có
tiết diện không nhỏ hơn 100 mm
2
và chiều dài không nhỏ hơn 200 mm;
b) Dạng dây:
Cái thu sét dạng dây đợc chế tạo bằng đồng hoặc nhiều sợi dây thép mạ kẽm, có
tiết diện không nhỏ hơn 35 mm
2
(đờng kính khoảng 7 mm);
c) Dạng lới:
Cái thu sét dạng lới chế tạo thờng bằng thép tròn hoặc dẹt có diện tích tiết diện
không nhỏ hơn 35 mm
2
. Diện tích mỗi mắt lới không lớn hơn 36 m
2
.
Nối cái thu sét với dây dẫn sét bằng cách hàn hoặc nối bằng đinh ốc, nhng phải
bảo đảm sao cho điện trở tiếp xúc của mối nối không lớn hơn 0,05 .
2) Dây dẫn sét

Dây dẫn sét là một phần tử của thu lôi, dùng để dẫn dòng sét xuống đất.
Dây dẫn sét thờng dùng bằng đồng hoặc thép cán có các dạng khác nhau và cả
dây thép bện. Tiết diện của dây dẫn sét đợc xác định bởi độ bền nhiệt, nghĩa là dây
dẫn sét không bị hỏng (chảy) khi dòng sét chảy qua nó. Cũng có thể sử dụng cốt
thép dọc các kết cấu đỡ bằng bê tông cốt thép và cột kim loại dùng làm dây dẫn sét.
- 22 -
3) Kết cấu đỡ (cột)
Kết cấu đỡ là một phần tử của thu lôi dùng để đặt cái thu sét. Có thể dùng gỗ, bê
tông cốt thép và kim loại làm kết cấu đỡ.
4) Tiếp đất của thu lôi
Tiếp đất là một bộ phận của thu lôi, dùng để tản dòng sét vào trong đất và đảm
bảo tiếp xúc trực tiếp cái thu sét và dây dẫn sét với đất.
Để thực hiện tiếp đất thu lôi, ngời ta dùng các tiếp đất có dạng thẳng đứng, nằm
ngang và hỗn hợp.
Tiếp đất thu lôi dạng thẳng đứng có cấu hình là ống, thanh bằng đồng hoặc thép
(thanh dẹt hoặc thép góc) chôn thẳng đứng trong đất;
Tiếp đất nằm ngang có cấu hình là thép (đồng) dẹt hay tròn chôn ở một độ sâu
nào đó dọc theo bề mặt đất;
Tiếp đất hỗn hợp là một kết cấu phức tạp gồm các tiếp đất đứng và nằm ngang.
Tiếp đất thu lôi có thể cho phép dùng cả móng cột bê tông cốt thép.
(1 - cái thu sét; 2 - dây dẫn sét; 3 - kết cấu đỡ; 4 - tiếp đất; 5 - đối tợng bảo vệ)
1
2
4
3
5
1
2
4
3

5
2
3
4
1
2
3
5
4
4
1
2
3
5
2
3
4
1
5
a) Thu lôi dạng thanh b) Thu lôi dạng dây
c) Thu lôi dạng l ới d) Thu lôi dạng hỗn hợp (dây và thanh)
- 23 -
Hình 2.1 Các loại thu lôi cơ bản và các phần tử của thu lôi Franklin
2.1.3 Vùng bảo vệ của điện cực Franklin
2.1.3.1 Phơng pháp hình nón
Phơng pháp xác định vùng bảo vệ của diện cực Franklin theo dạng hình nón xem
trong phụ lục 1.
Với phơng pháp hình nón dễ nhận thấy là vùng bảo vệ chủ yếu phụ thuộc vào độ cao
của điện cực Franklin và trong vùng bảo vệ vẫn có khả năng bị sét đánh với một xác
suất nhất định.

2.1.3.2 Phơng pháp quả cầu lăn
Nếu coi mũi tiên đạo sét ở điểm giữa (tâm) một quả cầu có bán kính bằng độ dài
của khoảng cách phóng điện (D
S
), khi lăn quả cầu 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. Vùng bề mặt cầu không chạm tới đợc, có thể ngăn cản sét gọi
là vùng bảo vệ của thu lôi.
Khoảng cách phóng điện D
S
phụ thuộc vào biên độ dòng sét (xem hình 2.2) đợc
xác định bằng công thức:
D
S
= 6,7.I
2/3
, (m);
Trong đó :
I - biên độ dòng sét, kA.
Chú thích:
D
S
- Khoảng cách phóng điện, phụ thuộc vào biên độ dòng sét, m;
Hình 2.2 Vùng bảo vệ của một thanh thu lôi (theo phơng pháp quả cầu lăn)
D
D
D
D
s
s

D
D
s
s
D
D
s
s
D
D
s
s
N
N
E
E
G
G
H
H
Vùng bảo vệ
- 24 -
Nh vậy vùng bảo vệ của điện cực Franklin phụ thuộc chủ yếu vào biên độ của dòng
sét, với biên độ dòng sét càng lớn thì vùng bảo vệ càng rộng và ngợc lại, biên độ
dòng sét càng nhỏ thì vùng bảo vệ càng hẹp.
Với các công trình cao hơn D
s
thì vùng bảo vệ của điện cực Franklin không còn phụ
thuộc vào độ cao lắp đặt điện cực nữa. Đối với các cột cao hơn D
s

nếu chỉ lắp đặt
điện cực Franklin trên đỉnh thì sẽ không bảo vệ đợc các thiết bị lắp trên cột từ độ
cao D
s
đến đỉnh cột.
Bảng 2.1 Thông số mức bảo vệ của hệ thống chống sét đánh trực tiếp
Biên độ dòng
sét, kA
Khoảng cách phóng
điện, D
S
xác suất xuất
hiện, %
Mức bảo vệ
2,8 20 98 I
9,5 45 95 II
14,7 60 80 III
Chống sét cho các công trình Viễn thông thì lựa chọn mức bảo vệ II với biên độ
dòng sét 9,5 kA và khoảng cách phóng điện là 45 m.
2.1.4 Mô hình sử dụng điện cực Franklin bảo vệ cho các công trình Viễn thông.
- Hệ thống chống sét sử dụng điện cực Franklin làm chống sét đánh trực tiếp có
vùng bảo vệ hạn chế và vẫn có xác suất sét đánh vào vùng đợc bảo vệ.
- Chi phí xây dựng hệ thống Franklin rẻ và dễ thực hiện.
- Điện cực Franklin đợc khuyến nghị sử dụng để bảo vệ cho nhà trạm Viễn thông,
các công trình dạng tuyến nh tuyến cáp thông tin, tuyến cáp điện lực, các cột anten
có chiều cao không quá 45 m.
Bảng 2.2 Đặc điểm của hệ thống Franklin
Đăc điểm Đánh giá
- Diện tích vùng bảo vệ hạn chế
- Xác suất sét đánh vào vùng bảo vệ còn

- Số lợng điện cực sử dụng nhiều