Đồ án tốt nghiệp nghiên cứu thiết bị bảo vệ chống sét sử dụng thiết bị hãng indelec

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 1

Trường Đại CN TPHCM
Khoa Điện
Bộ Mơn Điện Cơng Nghiệp
Cộng HồX Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
NĂM HỌC – 2013 -2014

Tựa đề tài:
BẢO VỆ CHỐNG SÉT SỬ DỤNG THIẾT BỊ HÃNG INDELEC – PHÁP
1. Nhiệm vụ: Gồm 4 phần
a) Phần I: Giới thiệu.
Chương 1: Dẫn nhập.
Chương 2: Cơ sở lý luận.
b) Phần II: Nội dung
Chương 1 : Sét và các giải pháp phịng chống.
Chương 2 : Tiêu chuẩn chống sét NFC 17-102.
Chương 3 : Thiết bị chống sét của hãng INDELEC.
Chương 4 : Tính lựa chọn cấp bảo vệ dng phần mềm .
c) Phần III: Thiết kế chống sét cho một cơng trình cụ thể
Chương 1 : Giới thiệu sơ lược cơng trình
Chương 2 : Chọn phương án chống sét cho cơng trình.
Chương 3 : Tính tốn lựa chọn cấp bảo vệ.
- Theo lý thuyết .
- Sử dụng phần mềm.
Chương 4 : Lựa chọn, lắp đặt hệ thống chống sét.
d) Phần Kết luận

2. Ngày giao đề tài: 02/05/2014
3. Ngày hồn thành đề tài: 21/07/2014

Giáo viên hướng dẫn: Lâm Tấn Cơng

TP.HCM, ngày 02 tháng 05 năm 2014

Giáo viên hướng dẫn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 2

LỜI NĨI ĐẦU



Ngày nay cơng nghiệp điện lực giữ vai trò rất quan trọng trong cơng cuộc
xây dựng và bảo vệ đất nước. Khoa học kỹ thuật càng phát triển, đời sống con
người ngày càng cao. Bên cạnh đó với chính sách mở cửa của nhà nước đã tạo
điều kiện thúc đẩy sự phát triển ngày càng nhanh của các ngành cơng nghiệp như:
điện lực, cơng nghệ thơng tin, bưu chính viễn thơng… đã làm hàng loạt các khu
cơng nghiệp, khu chế xuất, nhà máy ra đời và phát triển theo dây chuyền sản xuất
khép kín và cơng nghệ hiện đại. Ngồi ra, còn có các cao ốc, tồ nhà chọc trời xuất
hiện. Để bảo vệ an tồn cho các thiết bị điện tử, các mạng máy tính, mạng viễn
thơng… và đặc biệt là con người bắt buộc chúng ta phải thiết kế chống sét.
Vì sét là hiện tượng thiên nhiên, khơng phải do con người tạo ra, do đó
vấn đề phòng chống sét rất khó. Việc thiết kế chống sét chỉ làm giảm bớt một
phần nào đó do sét đánh trực tiếp hay lan truyền gây ra.
Nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy Lâm Tấn Cơng mà chúng em hồn thành tốt đề
tài" BẢO VỆ CHỐNG SÉT SỬ DỤNG THIẾT BỊ HÃNG INDELEC" tính tốn,

lựa chọn, lắp đặt thiết bị, giảm bớt đến mức thấp nhất tác hại của sét.
Đề tài này bao gồm 4 phần:
 Phần I: giới thiệu.
 Phần II: nội dung.
 Phần III: thiết kế chống sét cho một cơng trình cụ thể.
 Phần IV: kết luận.
Do thời gian rất ngắn, kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa có, tài
liệu thu thập khơng nhiều nên trong q trình thực hiện khơng tránh được những
sai lầm và thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp và giúp đỡ của q thầy cơ và
các bạn.

Sinh Viên Thực Hiện
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 3




LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cám ơn toàn thể các thầy cô Khoa Điện Trường Đại Học
công nghiệp đã truyền thụ những kiến thức cơ bản, giúp em hoàn thành đề tài này.
Xin chân thành cám ơn thầy Lâm Tấn Công đã hết lòng hướng dẫn tận tình
cho em những kiến thức quý báu để thực hiện đề tài này.
Cuối cùng xin chân thành cám ơn toàn thể các bạn sinh viên đã tận tình giúp
đỡ tôi trong thời gian qua.


Sinh viên thực hiện

ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 4

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày ……… tháng ……… năm 2014
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 5


NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG





















Ngày ……… tháng ……… năm 2014

ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 6

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

LỜI CẢM ƠN 3

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 4

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG 5

Phần I:

Giới thiệu 8

Chương 1

DẪN NHẬP 9

I. ĐẶT VẤN ĐỀ : 9

II. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ : 10

III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU : 10

IV. THỂ THỨC NGHIÊN CỨU : 11

V- ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI : 11

VI- PHẦN LIÊN HỆ : 12

VII. XÁC ĐỊNH TỪ NGỮ : 12

Chương 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN 15

Phần II:

Nội Dung 19

CHƯƠNG 1

SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT 20

I. SÉT: 20

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG CHỐNG : 25

Chương 2

TIÊU CHUẨN CHỐNG SÉT NFC 17-102

( Dùng loại thiết bị thu sét tạo tia tiên đạo ) 27

I. CÁC QUY ĐỊNH VÀ KHÁI NIỆM CHUNG: 28

II. SỰ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CHỐNG SÉT NẰM BÊN NGOÀI CÔNG
TRÌNH 29

III. KIỂM TRA VÀ BẢO QUẢN HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT : . 44

Chương 3

THIẾT BỊ CHỐNG SÉT CỦA HÃNG INDELEC 46

I.

KIM THU SÉT : 46

II. DÂY DẪN SÉT : 49

III. THIẾT BỊ NỐI ĐẤT : 50

IV. MÁY ĐẾM SÉT : 52

V. THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN : 52

VI. HƯỚNG DẪN LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CHỐNG SÉT: 60

Chương 4

ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 7

TÍNH LỰA CHỌN CẤP BẢO VỆ DÙNG PHẦN MỀM MATLAB 64

I . GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB : 64

II.TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤP BẢO VỆ : 65

Phần III:

Thiết kế chống sét 87

Chương 1

CAO ỐC VĂN PHÒNG NAM SÔNG TIÊN TOWER 88

Chương 2
PHƯƠNG ÁN CHỐNG SÉT CHO
CAO ỐC VĂN PHÒNG NAM SÔNG TIÊN TOWER 89

I. CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP : 89

II. CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN : 89
Chương 3

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤP BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CAO ỐC
VĂN PHÒNG NAM SÔNG TIÊN TOWER 91

I. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤP BẢO VỆ CHO CAO ỐC VĂN PHÒNG
NAM SÔNG TIÊN TOWER: 91

Chương 4

TÍNH BÁN KÍNH BẢO VỆ

LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHỐNG SÉT CHO CAO ỐC VĂN PHÒNG
NAM SÔNG TIÊN TOWER 94

I. TÍNH BÁN KÍNH BẢO VỆ CHO CAO ỐC VĂN PHÒNG NAM SÔNG
TIÊN TOWER: 94

II. CHỌN THIẾT BỊ CHỐNG SÉT CHO CAO ỐC VĂN PHÒNG NAM
SÔNG TIÊN TOWER: 95

III. LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CHỐNG SÉT CHO CAO ỐC VĂN PHÒNG
NAM SÔNG TIÊN TOWER: 96

IV. HỆ THỐNG NỐI ĐẤT : 102

Phần IV: 105

KẾT LUẬN

VÀ
KIẾN NGHỊ 105

I. KẾT LUẬN 106

II. ĐỀ NGHỊ: 106

PHỤ LỤC 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 110







ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 8










Phần I:
Giới thiệu





ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 9

Chương 1
DẪN NHẬP

I. ĐẶT VẤN ĐỀ :

Con người xa xưa sợ sấm Sét, nó được xem là cơn giận của thần linh. Mãi
đến thế kỷ XIX, Sét mới được xem xét như là một hiện tượng thiên nhiên bằng
các phương pháp khoa học đã tìm ra bản chất điện của nó.
Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa
các đám mây mang điện tích trái dấu. Sét xuất hiện ngẫu nhiên và giải phóng
một năng lượng rất lớn. Nó luôn đe dọa tính mạng con người, phá hoại tài sản.
Trong khung cảnh rất nhiều công trình và thiết bị hiện đại, một tia Sét không
lường trước chỉ trong vài phần triệu giây, có thể gây nên những hư hỏng vật chất
lớn lao và các thiệt hại khủng khiếp. Nó có thể gây hại, làm hư hỏng các hệ thống
điện, điện thoại, máy tính và đồng thời gây nên thiệt hại về doanh thu đáng kể do
việc sản xuất hoặc cung ứng dịch vụ bị ngưng trệ
Do vậy, bảo vệ chống Sét trực tiếp cho công trình và chống Sét lan truyền
cho thiết bị của các công trình là yêu cầu bức thiết. Nhiều thiết bị chống Sét của
các chuyên gia khoa học đã lần lượt ra đời :
Năm 1752 : Benjamin Franklin khám phá ra kim thu Sét. Chứng minh rõ
tính chất điện của Sét.
Năm 1880 : Một nhà vật lý người Bỉ, Mell Seul nhận ra việc bảovệ các
lâu đài bằng hợp lại các thanh kim loại trên mái bằng, hay mái nhọn với nhiều
dây nối đất, bảo vệ lưới.
Năm 1914 : Thể nghiệm khả quan về kim chống Sét đơn giản của
Hongrois Ziliard và Francais Dozere.
Những thiết bị chống Sét cổ điển nêu trên phần nào đó đã hạn chế những

tác hại do Sét gây ra, tuy vậy mức độ an toàn tin cậy và tính thẩm mỹ khi lắp đặt
các thiết bị này cho các công trình còn ở mức hạn chế.
Năm 1986 : Các nhà khoa học - chuyên về lĩnh vực chống Sét đã không
ngừng áp dụng những tìm tòi hiểu biết rõ hơn hiện tượng vật lý của Sét,
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 10

mở ra một thời kỳ mới dùng việc bố trí các điện cực phát tăng cường ion hóa
mà tất cả các nguồn năng lượng là tự động.
Có nhiều loại thiết bị chống Sét của nhiều hãng khác nhau. Một trong
những thiết bị chống Sét mới nhất hiện nay đã đăng ký bản quyền trên tồn thế
giới là kim thu Sét PREVECTRON, một sản phẩm của hãng INDELEC (Pháp).
PREVECTRON là một thiết bị thu Sét tạo tia tiên đạo, với thiết bị tự động
kích phóng điện tích; hoạt động tin cậy đảm bảo cho một vùng bảo vệ rộng. Do
đó để bảo vệ chống sét, giảm tác hại của sét gây ra ta phải tính vùng tập trung
tương đương và lựa chọn cấp bảo vệ thích hợp.
Đề tài :”BẢO VỆ CHỐNG SÉT SỬ DỤNG THIẾT BỊ HÃNG
INDELEC”. Đây là đề tài thiết kế chống sét sử dụng thiết bị thu sét tạo tia tiên
đạo hiện đại nhất của Pháp PREVECTRON - INDELEC và dùng phần mềm
MATLAB để tính tốn lựa chọn cấp bảo vệ.
II. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ :
Đây là đề tài hồn tồn mới mẻ, người thực hiện đã cố gắng tìm tòi học
hỏi tiếp thu những cơng nghệ và thơng tin tiến bộ nhất của nước Pháp- một nước
đang chiếm vị trí hàng đầu trong lĩnh vực chống sét cùng với việc sử dụng phần
mềm MATLAB để tính tốn lựa chọn cấp bảo vệ cho cơng trình.
Với thời gian thực hiện đề tài rất ngắn chỉ trong vòng hai tháng, điều kiện
làm việc còn nhiều khó khăn, cho nên tài liệu thu thập để tham khảo khơng
nhiều, kinh nghiệm thực tế còn ít ỏi, tập đồ án này chỉ nghiên cứu vấn đề ở mức
độ sau:

 Lý thuyết chống sét.
 Giới thiệu phần mềm MATLAB .
 Tính tóan chống sét cho một cơng trình cụ thể.
III. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU :
Lĩnh hội những kiến thức khoa học mới mẻ, tiến bộ trên thế giới được
xem như là điều động viên kích động năng lực khám phá, tìm hiểu của giới trẻ
ngày nay, nhất là các tầng lớp sinh viên, cơng nhân kỹ thuật, các kỹ sư mới ra
trường
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 11

Tập đồ án này là một nỗ lực nhằm đáp ứng phần nào u cần nêu trên; mà
mục tiêu trước mắt là giúp cho bản thân và các đồng nghiệp tiếp cận thêm với
nền kỹ thuật chống Sét hiện đại của Pháp và sử dụng phần mềm MATLAB để
tính chọn cấp bảo vệ cho cơng trình; mục tiêu xa hơn là áp dụng vào đời sống
thực tiễn để tính chọn cấp bảo vệ cho cơng trình và các tồ nhà cao tầng
Tuy nhiên, đề tài này còn ở mức thơ sơ và mang tính chủ quan, chưa
nghiên cứu vấn đề một cách hồn thiện; ngồi ra phần mềm MATLAB này còn
rất mới mẻ đối với người nghiên cứu, chỉ được học rất ít trong chương trình, do
đó chưa đạt được mức độ hồn hảo. Hy vọng rằng trong tương lai, chúng ta sẽ
tìm ra được giải pháp chống Sét hiện đại hơn, đảm bảo an tồn cho nguời và thiết
bị.
IV. THỂ THỨC NGHIÊN CỨU :
Trước hết người thực hiện đi thu thập và khảo sát tất cả những tài liệu có
liên quan về lý thuyết chống Sét của Pháp. Trên cơ sở đó, người nghiên cứu biên
soạn lại tồn bộ lý thuyết chống Sét theo trình tự hệ thống và cách sử dụng phần
mềm MATLAB để tính vùng tập trung tương đương, lựa chọn cấp bảo vệ.
Khi đã hội đủ các giải pháp tiêu chuẩn, người nghiên cứu tiến hành tính
tốn thiết kế chống Sét cụ thể cho một cơng trình nhằm kiểm tra mối liên hệ giữa

lý thuyết với phần thực hành.
Đề tài được thực hiện theo kế hoạch phân bố thời gian như sau:
- Tuần 1 : Chọn đề tài
- Tuần 2 và tuần 3 : Soạn đề cương
- Tuần 4 : Thu thập dữ kiện
- Tuần 5 : Xử lý dữ kiện
- Tuần 6 đến tuần 7 : Viết nháp và sửa chữa
- Tuần 8 và tuần 9 : Viết và trình bày bảng chính
- Tuần 10 : Thời gian dự trữ.

V- ƯU ĐIỂM VÀ HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI :
* Ưu điểm :
Các tác giả viết đề tài này đã hệ thống hóa tồn bộ những kiến thức cơ bản
có liên quan về lĩnh vực chống Sét theo một hệ thống logic.
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 12

 Đề tài phi hợp lý với quy trình kế hoạch chống Sét của nước ta hiện nay.
 Đề tài được sử dụng cho đối tượng đang tìm hiểu nghiên cứu về chống Sét nhất là
các sinh viên thuộc các trường kỹ thuật, các kỹ sư, công nhân kỹ thuật
* Hạn chế :
Tác giả viết đề tài này mang nặng tính chủ quan. Hầu như không nói đến
tên tài liệu tham khảo nào, kể cả tài liệu ngoài nước để cho người đọc có thể
tham khảo mở rộng thêm kiến thức của mình.
VI- PHẦN LIÊN HỆ :
Người nghiên cứu đã sử dụng một số bảng tra cứu trong đề tài này như:
Bảng số 3:”Số ngày dông trung bình trong năm ở một số địa phương của
Việt Nam”.
Bảng số 4, “ Giá trị điện trở suất của một số loại đất”.

VII. XÁC ĐỊNH TỪ NGỮ :
1. Phóng điện Sét :
Là sự phóng điện trong khí quyển giữa đám mây với đất, bao gồm một
hay nhiều xung dòng (trong trường hợp phóng điện lặp lại).
2. Sét :
Là sự phóng điện Sét từ đám mây với đất, cường độ dòng Sét lên đến hàng
trăm KA.
3. Điểm Sét :
Là điểm nằm trên mặt đất bị phóng điện Sét, có thể là một điểm trên công
trình hoặc tiếng thu Sét
4. Vùng bảo vệ của hệ thống chống Sét :
Là vùng mà nếu bị phóng điện Sét thì điểm bị Sét đánh sẽ là kim thu Sét.
5. Mật độ phóng điện Sét Ng :
Là số lần phóng điện Sét trong một năm trên một Km
2
. Một lần phóng
điện Sét thông thường có vài lần phóng điện lặp lại.
6. Hệ thống bảo vệ chống Sét (LPS):
Là hệ thống đầy đủ được lắp đặt trên công trình hay trong một khu vực
rộng để bảo vệ chống Sét. Hệ thống này bao gồm các thiết bị đặt bên ngoài và
bên trong công trình (nếu cần thiết).
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 13

7. Lắp đặt hệ thống bảo vệ chống Sét bên ngoài (ELPI) :
Hệ thống này bao gồm các đầu thu Sét, một hoặc nhiều dây dẫn Sét, một
hay nhiều điểm tiếp đất.
8. Lắp đặt hệ thống bảo vệ chống Sét bên trong (ILPI) :
Hệ thống này bao gồm tất cả các thiết bị nhằm giảm thêm các ảnh hưởng

điện từ gây bởi dòng Sét.
9. Thiết bị dẫn Sét tạo tia tiên đạo (ESE):
Là loại đầu thu Sét bao gồm một kim thu Sét cùng với một loại thiết bị đặc
biệt có khả năng tạo ra một đường dẫn Sét chủ động về phía trên nhanh và cao
hơn các kim loại thông thường.
10. Quá trình phát ra đường dẫn Sét :
Là hiện tượng vật lý giữa sự khởi đầu của hiệu ứng Corona đầu tiên và sự
lan truyền một đường dẫn Sét về phía trên.
11. Độ lợi về thời gian tạo tia tiên đạo (T) :
Đại lượng T là độ lợi về thời gian tạo đường dẫn Sét chủ động về phía
trên của đầu thu Sét loại tia tiên đạo so với các loại kim thu Sét thông thường ở
trong cùng một điều kiện.
12. Các thành phần tự nhiên :
Đó là những cấu trúc nằm bên ngoài hoặc bên trong công trình hay nằm
sâu trong tường (cốt thép của bê tông, khung nhà thép ) mà có thể dùng thay thế
một phần hay tất cả dây dẫn Sét hay chỉ là phần dẫn Sét bổ sung.
13. Thanh nối cân bằng thế :
Là những thanh kim loại dùng để nối tất cả các thành phần kim loại tiếp
xúc với đất nằm trong công trình, các vỏ máy, vỏ cáp thông tin, điện lực với hệ
thống chống Sét.
14. Dây dẫn cân bằng thế :
Là những dây dẫn dùng để nối cân bằng thế.
15. Sự phóng điện nguy hiểm :
Là sự phóng điện phát sinh dòng Sét.
16. Khoảng cách an toàn :
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 14

Là khoảng cách tối thiểu mà không xảy ra sự phóng điện nguy hiểm.

17. Cấu trúc chịu lực :
Cấu trúc thép dùng trong nhà xưởng nếu có điện trở nhỏ hơn 0,01 Ohm
thì có thể dùng thay thế dây dẫn Sét.
18. Dây dẫn Sét :
Là một phần của hệ thống chống Sét dùng để dẫn dòng Sét vào đất qua
một hệ thống nối đất.
19. Điểm kiểm tra/đầu cách ly :
Đầu cách ly là một thiết bị có khả năng cách ly để kiểm tra hệ thống nối
đất tại điểm kiểm tra.
20. Điện cực đất :
Là một hàng, một nhóm các điện cực của hệ thống nối đất mà tiếp xúc
trực tiếp với đất và có tác dụng tản dòng Sét vào đất.
21. Hệ thống nối đất :
Là một hoặc nhóm các vật dẫn được chôn sâu trong đất nhằm tản dòng Sét
vào đất.
22. Điện trở của hệ thống nối đất :
Là điện trở giữa điểm kiểm tra của hệ thống nối đất và đất.
23. Thiết bị chống quá điện áp xung :
Là thiết bị giới hạn sự quá điện áp xung gây bởi dòng Sét.
24. Quá điện áp quá độ do phóng điện trong khí quyển :
Sự quá điện áp này chỉ tồn tại trong vài ms, dao động biên độ hoặc không
dao động, thường xảy ra trong môi trường ẩm ướt cao.
25. Cấp bảo vệ :
Là mức độ bảo vệ của hệ thống chống Sét đối với công trình.

* Ghi chú : Khái niệm cấp bảo vệ không áp dụng cho các loại chống Sét
van.
26. Vùng tập trung tương đương Ac :
Là diện tích mặt phẳng trên mặt đất có khả năng bị số lần Sét đánh giống
như công trình ở cùng một điều kiện.

ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 15

Chương 2
CƠ SỞ LÝ LUẬN


Việc quyết định thiết kế hệ thống bảo vệ chống Sét cho các công trình đòi
hỏi phải dựa vào hai yếu tố sau: đó là khả năng Sét tại vùng đó và tác hại của Sét
đối với công trình.
Hiện tượng Sét là hiện tượng thiên nhiên, do đó không thể đảm bảo độ an
toàn tuyệt đối cho các cấu trúc cần bảo vệ. Tuy nhiên, nếu một hệ thống bảo vệ
chống Sét được thiết kế và lắp đặt đúng theo một tiêu chuẩn nào đó, sẽ đảm bảo
độ an toàn cao nhất cho các công trình, giảm đến mức thấp nhất tác hại của Sét.
Khi đưa ra giải pháp phòng chống Sét bất kỳ một chuyên gia của một
quốc gia nào cũng phải thông qua việc nghiên cứu, tìm hiểu rõ bản chất, hiện
tượng vật lý, nguồn gốc xuất hiện của Sét; và các thông số của Sét như biên độ
dòng Sét, thời gian đầu sóng, độ dốc dòng điện Sét, độ dài dòng điện Sét, xác
suất xuất hiện biên độ và độ dốc dòng điện Sét, cũng như các tác hại do Sét đánh
trực tiếp hay do sự lan truyền sóng điện từ gây bởi dòng Sét. Từ đó đưa ra các
biện pháp phòng chống có hiệu quả.
Thiết bị hỗ trợ cho việc phòng chống Sét lại là những trang thiết bị cơ bản
chính yếu cho một hệ thống chống Sét của khu vực, công trình cần bảo vệ. Các
thiết bị này được các chuyên gia về lĩnh vực chống Sét sáng tạo ra, cần thiết phải
đảm bảo độ tin cậy an toàn, bền vững khi có hiện tượng dòng Sét xảy ra. Như
vậy các thiết bị này phải có những ưu điểm nổi bật riêng về cấu tạo, chức năng
hoạt động cũng như vấn đề thẩm mỹ khi lắp đặt chúng.
Có thể so sánh các thiết bị chống Sét cổ điển với thiết bị chống Sét hiện
đại ngày nay; và nhận thấy rằng, các hệ thống chống Sét cổ điển mặc dù hạn chế

được phần nào tác hại do Sét gây ra nhưng vẫn còn ở mức độ hạn chế. Cụ thể,
thực tế cho thấy phương pháp chống Sét theo kiểu Flanklin không tin cậy lắm.
Rất nhiều các trường hợp chứng minh sự không tin cậy của kim thu Sét kiểu
Franklin trong đó Sét không đánh vào cột mà đánh ngay bên cạnh. Một trong các
lý do là khi tính vùng bảo vệ chống Sét phương pháp Franklin chỉ chú ý đến độ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 16

cao của thiết bị thu Sét mà khơng kể đến ảnh hưởng của biên độ, tần suất xuất
hiện dòng Sét, cũng như điều kiện khí tượng khu vực. Mặt khác khi lắp đặt hệ
thống chống Sét theo kiểu Franklin phải cần nhiều kim thu Sét trên các độ cao
của cơng trình và nhiều hệ thống dây dẫn Sét chằng chịt gây mất thẩm mỹ và
khơng đảm bảo độ an tồn.
Trong những năm gần đây, cơ chế Sét đã được nghiên cứu hiểu biết tốt
hơn, nhiều phát minh ra những thiết bị bảo vệ có hiệu quả.
Nước Pháp một trong những quốc gia chiếm vị trí hàng đầu trong lĩnh
vực chống sét hiện đại. Thiết bị chống sét của INDELEC được khám phá, thành
lập năm 1955, mỡ đầu một kỷ ngun mới, đăng ký bản quyền trên tồn thế giới
về kỷ thuật chống sét bằng kim thu sét tạo tia tiên đạo PREVECTRON. Kết quả
thử nghiệm kim PREVECTRON tại hiện trường trong những năm 1993-1995 tại
Plorida Mỹ thu thập nhiều kết quả sau:
 Thời gian phát triển tia tiên đạo hướng lên của kim thu sét PREVECTRON sớm
hơn so với kim thu sét đơn giản Franklin trong cùng điều kiện sét thực .
 Hoạt động hiệu qủa của PREVECTRON dựa vào hệ thống kích dùng độ dốc
của điện trường, khi nó đạt giới hạn thì cho lệnh khởi động phóng tia tiên đạo
hướng lên.
 Chịu đựng được ngay cả đối với những cú sét có 8 lần phóng điện mỗi lần
10KA. Phương pháp này cho phép kiểm tra độ bền cơ khí, điện kháng, ảnh
hưởng hiệu ứng điện động, cảm ứng điện ra xung quanh.

Ngồi các thiết bị chống sét trực tiếp như kim thu sét, dây thốt sét, hệ
thống thiết bị nối đất. Các thiết bị sau đây khơng thể thiếu được trong một hệ
thống bảo vệ chống sét hồn hảo.
* Máy đếm sét được thiết kế để đếm và trình bày thơng số những cú sét
thật sự xảy ra cho một kiến trúc cơng trình.
* Thiết bị chống sét lan truyền được thực hiện theo ngun tắc chống q
điện áp bậc thang. Sóng q điện áp có dạng xung gia tăng đột ngột ( do sét hay
do các thao tác đóng cắt trên lưới), do đó có khả năng gây hư hỏng các thiết bị
điện đặc biệt là các thiết bị điện tử nhạy cảm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 17

Năng lượng trong một sóng dao động như vậy có thể giảm xuống nhờ 2
lớp cắt sóng và lọc sóng.
*Lớp cắt sóng năng lực cao đặt ở tuyến đầu làm giảm phần lớn năng
lượng của sóng.
*Điện áp dư sau khi qua lớp thứ nhất sẽ được giảm đến mức cho phép của
thiết bị phía sau nhờ lớp lọc sóng dùng thiết bị biến trở.
Do các thiết bị bảo vệ chống sét trực tiếp và chống sét lan truyền ln
được cải thiện hàng năm. Do đó cũng quan trọng trong việc cải thiện các dự báo
theo các tiêu chuẩn và quy định quốc tế; nhằm cung cấp thơng tin chính xác cho
các nhà thiết kế hệ thống chống sét cho các cơng trình và các khu vực cơng cộng.
Các tiêu chuẩn này phải đề ra các quy định và khái niệm chung bao gồm phạm vi
áp dụng và đối tượng cần bảo vệ, sự lắp đặt hệ thống chống sét nằm bên ngồi
cơng trình được thực hiện như thế nào. Nói chung tất cả vật liệu, kích thước, kiểu
mã của các thiết bị phục vụ cho cơng việc thiết kế hệ thống chống sét phải được
tính tốn, tra cứu, chọn lựa đúng theo tiêu chuẩn an tồn của quốc gia đó phát
hành.
Dùng phần mềm MATLAB nhập vào các thơng số cần thiết để tính tốn

lựa chọn cấp bảo vệ cho cơng trình, mật độ Sét hằng năm trong vùng diện tích
tập trung tương đương Ac của cơng trình cần được bảo vệ sẽ giúp xác định sự có
cần thiết phải bảo vệ cho cơng trình hay khơng.
Trong giai đoạn thiết kế thi cơng chống sét cho cơng trình, nhà máy cụ thể
dùng thiết bị của INDELEC và sử dụng phần mềm MATLAB cần phải đặc biệt
chú ý các vấn đề sau:
 Xác định vị trí của tất cả các thành phần trong hệ thống chống sét như kích
thước của cơng trình, vị trí địa hình, địa chất của cơng trình (nằm đơn độc trên
đồi cao,nằm cạnh các cơng trình khác cao hơn hay thấp hơn ).
 Tầm quan trọng của những dịch vụ trong cơng trình, có người thường xun
hay khơng, vật liệu loại gì, có giá trị hay khơng, có gây ảnh hưởng đối với mơi
trường khơng.
 Xác định những điểm dễ bị sét đánh nhất.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 18

 Hình dạng và độ dốc của mái, loại mái, tường và những cấu trúc kim loại khác
như các bồn nước, bồn chứa xăng dầu, bơm nước tháp angten.
 Xây dựng phương án chống sét trực tiếp và chống sét lan truyền cho cơng trình
bằng cách so sánh kinh tế kỹ thuật giữa các phương án với nhau để tiến hành
chọn một phương án thích hợp.
 Tính tốn lựa chọn cấp bảo vệ cho các bộ phận khu vực có khả năng sét đánh
vào, dùng phần mềm MATLAB để mơ phỏng, từ đó tính vùng bảo vệ cho cơng
trình.
 Chọn thiết bị và lắp đặt hệ thống chống sét cho cơng trình theo tiêu chuẩn an
tồn quốc gia PHÁP (NFC 17 –102 7/1995).
Việc lựa chọn các phần tử bảo vệ phải đảm bảo các tiêu chuẩn, độ tin cậy đảm bảo
tuổi thọ và khả năng làm việc trong mơi trường. Ngồi chỉ tiêu kỹ thuật các phần
tử bảo vệ được lựa chọn còn phải bảo đảm tính kinh tế, tùy thuộc

vào hồn cảnh kinh tế của địa phương, tầm quan trọng của cơng trình cần bảo vệ
mà tiến hành đầu tư trang thiết bị cho thỏa đáng.

ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 19


















Phần II:
Nội Dung
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 20

Chương 1
SÉT VÀ CÁC GIẢI PHÁP PHỊNG
CHỐNG SÉT

I. SÉT:
Sự hình thành sét
:
Sét khoảng cách rất lớn. Q trình phóng điện có
thể xảy ra trong đám mây giơng, giữa các đám mây
với nhau và giữa đám mây với đất. Ở đây ta chỉ xét sự
phóng điện giữa mây và đất.là một dạng phóng điện
tia lửa trong khơng khí với


H ìn h 1 :
Sư u hình thành sét

Có hai loại mây giơng :
+ Giơng nhiệt: Hình thành từ các luồng khí nóng ẩm bốc lên do sự đốt
nóng của ánh nắng mặt trời.
+ Giơng front: Hình thành do sự gặp nhau của những luồng khơng khí
nóng ẩm với luồng khơng khí năng.
Sau khi đạt độ cao nhất định (khoảng vài km trở lên, vùng nhiệt độ âm)
luồng khơng khí ẩm này bị lạnh đi, hơi nước ngưng tụ thành những giọt nước li
ti hoặc thành các tinh thể băng và tạo thành các đám mây dơng.
Theo kết quả quan trắc từ 80 - 90% các đám mây giơng tích điện tích âm
bên dưới.
2. Các giai đoạn phát triển của sét :
a) Giai đoạn phóng tia tiên đạo :
Ban đầu xuất phát từ mây giơng một tia tiên đạo sáng mờ, phát triển thành

từng đợt gián đoạn về phía mặt đất, với 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 giơng tràn vào kênh và phân bố tương đối đều dọc
theo chiều dài của nó.
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 21

Thời gian phát triển của tia tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng
1s.
Thời gian tạm ngưng phát triển giữa 2 đợt khoảng 30 - 90s.
Đường đi của tia tiên đạo trong 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 chủ yếu tập trung 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 ướt trong mưa
chính các vùng điện tích tập trung này sẽ định hướng 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 angten các đài phát
thì từ đỉnh của nó nơi các diện 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 định 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 tiên 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
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 22

mãnh liệt, dẫn đến sự hình thành một dòng plasma có mật độ 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 theo đường dọn sẵn bởi kênh tiên đạo. Đây là sự phóng
điện ngược hay phóng điện chủ yếu. Vì mật độ điện tích caođốt nóng mãnh liệt
cho nên tia phóng điện chủ yếu sáng 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 trên trăm lần tốc độ phát triển của kênh tiên 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 đất và tạo nên dòng điện 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
đúng qũy đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn ( 2. 10
6
m/s). Điều này được
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 vơí
các trung tâm khác không thay đổi và ít có 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 thế giữa trung tâm điện tích
đã phóng tới trung tâm điện thế lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện
giữa chúng với nhau. Trong khi đó thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 23

Ismax

0.
5Ismax

i
t
t
ds

t
s

Is

nhất định do sự khử ion chưa hồn tồn, nên phóng điện tiên đạo lần sau theo
đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ lớn hơn lần đầu.


Hình 2: 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.
3. Các thơng số sét :
Khi tính tốn bảo vệ chống sét thơng số
chính cần chú ý là dòng điện sét có phạm vi
giới hạn rất rộng, biên độ dòng sét có thể lên
đến 200-300 KA. Tuy nhiên phần lớn trường
hợp gặp sét đánh ở trị số 50 KA, sét có dòng
điện từ 100 KA trở lên rất hiếm xảy ra. Do đó
trong tính tốn thường lấy dòng điện sét bằng
50 KA.





Dòng điện sét có dạng một sóng xung. Thường trong khoảng vài ba micro giây
dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo thành phần đầu sóng, sau đó giảm
chậm trong khoảng 20 - 100 s tạo nên phần đi sóng.
ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP GVHD: LÂM TẤN CÔNG

Tìang 24

Các thông số chủ yếu :
 Biên độ dòng sét : là giá trị lớn nhất của dòng điện sét.
 Thời gian đầu sóng (t
ds
) : là thời gian dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực
đại.
 Độ dốc dòng điện sét : a = di

s
/dt
 Độ dài dòng điện sét (t
s
) : là thời gian từ đầu dòng điện sét đến khi dòng
điện giảm bằng 1/2 biên độ.
a) Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện :
Dòng điện sét có trị số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu đến
trung tâm điện tích của đám mây giông.
Để đo biên độ dòng sét người ta dùng rộng rãi hệ thống điện thiết bị ghi
từ.
Xác suất xuất hiện dòng sét có thể tính gần đúng theo công thức :
 Cho vùng đồng bằng : V
I
= e
-Is/26
= 10
-is/60

 Cho vùng núi cao : V
I
= 10
-Is/30

b) Độ dốc đầu sóng dòng điện sét (a) và xác suất xuất hiện :
Để đo độ dốc dòng điện sét người ta thường dùng một khung bằng dây
dẫn nối vào một hoa điện kế.
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
c) Cường độ hoạt động của sét :
Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày trung bình có
dông sét hàng năm hoặc bằng tổng số giờ trung bình có dông sét hàng năm.
Số lần sét đánh trong một năm vào công trình:

6
10
)3).(3(
XX
hLhW
N



trong đó :
W: chiều rộng của công trình
L: chiều dài của công trình
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: LÂM TẤN CƠNG

Tìang 25

h
x
: chiều cao tính tốn của cơng trình
n: số lần sét đánh trung bình trên 1km
2
trong năm xảy ra ở địa
phương
Mật độ của sét là số lần sét đánh trung bình trên một đơn vị diện tích mặt
đất (1km
2
) trong một ngày sét.
Cường độ sét cũng như mật độ sét thay đổi theo vùng lãnh thổ.


4. Các tác hại do sét:
a) Khi sét đánh trực tiếp:
Do năng lượng của một cú sét lớn nên sức phá hoại của nó rất lớn khi một
cơng trình bị sét đánh trực tiếp có thể bị ảnh hưởng đến độ bền cơ khí, cơ học của
các thiết bị trong cơng trình, nó có thể phá hủy cơng trình, gây cháy nổ trong
đó:
 Biên độ dòng sét ảnh hưởng vấn đề q điện áp xung và ảnh hưởng đến
độ bền cơ khí của các thiết bị trong cơng trình.
 Thời gian xung sét ảnh hưởng đến vấn đề q điện áp xung trên các
thiết bị.
 Thời gian tồn tại của xung sét thì ảnh hưởng đến độ bền cơ học của các
thiết bị hay cơng trình bị sét đánh.
 Ngồi ra, khả năng cháy nổ cũng xảy ra rất cao đối với cơng trình bị sét
đánh trực tiếp.
b) Ảnh hưởng do sự lan truyền sóng điện từ gây bởi dòng điện sét:
Khi xảy ra phóng điện sét sẽ gây nên một sóng điện từ tỏa ra xung quanh

với tốc độ rất lớn, trong khơng khí tốc độ của nó tương đương tốc độ ánh sáng.
Sóng điện từ truyền vào cơng trình theo các đường dây điện lực, thơng tin gây
q điện áp tác dụng lên các thiết bị trong cơng trình, gây hư hỏng đặc biệt đối
với các thiết bị nhạy cảm: thiết bị điện tử, máy tính cũng như mạng máy tính
gây ra những thiệt hại rất lớn.
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỊNG CHỐNG :