Bài giảng điện gia dụng chương 4 đh SPKT TP HCM

Đại học Sư phạm Kỹ thuật

Chương 4 :

CHỐNG SÉT CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Chương 4
4.1.Khái niệm về sét và những
nơi dễ bò sét đánh
1.Khái niệm

NỘI DUNG
CHỐNG SÉT CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

Va
n

Th

ai

Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện giữa hai đám mây tích điện trái dấu khi chúng lại gần
nhau, hoặc giữa đám mây với nhà cửa, với cây cối và quặng kim loại dưới lòng đất,…
Chớp là những tia lửa điện phóng ra khi có sét.
Sấm là tiếng nổ lớn gây ra do sự giãn nở đột ngột của không khí tại vùng không khí xung
quanh nơi sét đánh.
Cường độ dòng điện khi sét đánh có thể lên tới 200.000A.
Nhiệt độ không khí trong rãnh sét có thể lên tới 10.0000C, do đó khi sét đánh xuống đất sẽ
xuyên thủng một lớp đất và nung cát chảy thành thủy tinh có dạng hình ống dài mà thường
được gọi là lưỡi tầm sét.
- Vùng đồi núi cao.

- Vùng đất có mỏ kim loại, bờ sông, bờ suối,…
- Nóc nhọn của tòa nhà, ống khói cao, ống thông gió, chòi, cột cờ,…
Hệ thống chống sét có nhiệm vụ thu dòng điện sét đánh, dẫn và phân tán dòng sét thu
được vào trong lòng. Một hệ thống chống sét sẽ bao gồm 3 bộ phận chính sau:
- Bộ phận thu sét: có thể là kim thu sét (dùng cho những công trình có độ cao) hoặc
là lưới thu sét (dùng cho những công trình có diện tích rộng) có nhiệm vụ thu dòng
điện sét đánh.
- Bộ phận dẫn sét: có nhiệm vụ dẫn dòng điện sét thu được xuống đất.
- Bộ phận nối đất: có nhiệm vụ tản nhanh dòng điện sét thu được vào trong lòng
đất.

ye

n

2.Những nơi dễ bò sét đánh

pi

m

4.3.Phạm vò bảo vệ của kim thu
sét
1.Phạm vi bảo vệ của một kim
thu sét

le
d

by

N

gu

4.2.Hệ thống chống sét

Co

 : phạm vi bảo vệ của kim thu sét.
 : phạm vi bảo vệ tòa nhà.

h : chiều cao của kim tính từ
mặt đất đến đỉnh kim.
hx : chiều cao tòa nhà cần
bảo vệ.
rx : bán kính vùng cần bảo vệ
tương ứng chiều cao hx .



B
A

0,8h

h

hx
½r

rx

O

C

D

r = 1,5h



O


GV: Nguyễn Văn Thái

-1-


Đại học Sư phạm Kỹ thuật

NỘI DUNG
Biết hx và h, tính rx :
hx 2

1 ,5 h  1 ,25h x , if h  3
rx  
0 ,75h  h , if h x  2

x

h
3
Biết hx và rx , tính h:
h
 rx  1 ,9 h x
, if x  2 ,67

1
,
5
rx

h
 rx  0 ,75h x , if h x  2 ,67

0 ,75
rx
Một đài nước cao 20m, trên đỉnh có lắp một kim thu sét dài 2m. Đài nước đặt trong một
bồn nước tròn có bán kính 3m. Hỏi toàn bộ đài nước có bò sét đánh không, nếu có thì hãy
tính chọn lại chiều cao của kim?
Lời giải:
 h  20 m  2 m  22 m
hx
20 2


=>


m
h
22 3
 h x  20
r x  0 ,75h  h x 
=>
 0,7522 - 20   1,5 m 

Va
n

Th

ai

Ví dụ:

gu

ye

n

Do rx = 1,5m < 3m nên đài nước không an toàn khi có sét => tính chọn lại chiều cao của
kim:
 h x  20 m
hx 20
=>

 2 ,67


m
rx
3
 rx  3

Co

m

pi

le
d

by

N

rx  0 ,75hx
0 ,75
=>
3  0,75.20

 24m 
0 ,75
=> Chiều cao của kim thu sét:
24m – 20m = 4m
2.Phạm vi bảo vệ của hai kim thu sét cùng chiều cao
h

H = 4h

I
B1



A1

h 0,8h

B2

B
A2


B



A



0,8h0

hx
D1

C1
½r

rx

O1

O

O2

D2

C2
r = 1,5h

½ r0

O

C

h0

D

r0 = 1,5h0

a



bx
O1

GV: Nguyễn Văn Thái

O

O2

-2-


Đại học Sư phạm Kỹ thuật

NỘI DUNG
 : 2 kim thu sét cùng chiều cao.
 : cung tròn giới hạn phạm vi bảo vệ.
 : tòa nhà cần được bảo vệ.
 : vùng bảo vệ của 2 kim.
h : chiều cao kim tính từ mặt đất đến đỉnh kim.
hx : chiều cao tòa nhà cần bảo vệ.
rx : bán kính vùng cần bảo vệ tương ứng chiều cao hx .
a : khoảng cách giữa 2 kim.
h0 : chiều cao bảo vệ thấp nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim.
bx : bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim.
Tính h0 :

h0  4 h  9h 2  0 ,25a 2
Tính chiều cao mỗi kim:

Th

Co

m

pi

le
d

by

N

gu

ye

n

Va
n

Tính rx khi biết hx và h:
hx 2


1 ,5 h  1 ,25h x , if h  3
rx  
0 ,75h  h , if h x  2
x

h
3
Tính bx khi biết hx và h0:
hx 2

1 ,5 h0  1 ,25h x , if h  3

0
bx  
0 ,75h  h , if hx  2
0
x

h0
3
Tính h0 khi biết hx và bx :
h
 b x  1 ,9 h x
, if x  2 ,67

1
,
5
bx


h0  
 b x  0 ,75h x , if h x  2 ,67

0 ,75
bx
Tính h khi biết hx và rx :
h
 rx  1 ,9 h x
, if x  2 ,67

1
,
5
rx

h
 rx  0 ,75h x , if h x  2 ,67

0 ,75
rx

ai

h  0 ,571h0  0 ,183h02  0 ,0357a 2

Ví dụ:

Cho ngôi nhà như hình vẽ, tính chiều cao của 2 kim thu sét.
2m
9m

20m

6m
4,25m

GV: Nguyễn Văn Thái

-3-


Đại học Sư phạm Kỹ thuật

NỘI DUNG
Lời giải:
2 kim thu sét chỉ có thể bảo vệ được ngôi nhà khi đồng thời thỏa cả 3 điều kiện sau:
 h0  11m 1

m
 rx  4 ,25 2 

m
b x  3 3 
Xét điều kiện (1) :
Chiều cao bảo vệ thấp nhất h0 tối thiểu là 11m, như vậy có thể chọn h0 = 11m.
=>

h  0 ,571h0  0 ,183h02  0 ,0357a 2
 0,571.11 0,183.112  0 ,0357.20 2



12,32m 

Xét điều kiện (2) :
Chiều cao của toàn bộ ngôi nhà là 2 m  9 m  11m . Trong đó mái nhà là 2m, chỉ cần 2
kim bảo vệ được cho thân nhà cao 9m là có thể bảo vệ được toàn bộ tòa nhà, do đó có thể
chọn chiều cao cần bảo vệ là hx = 9m.
Bán kính vùng bảo vệ tương ứng chiều cao hx theo như hình vẽ là rx = 4,25m.
hx
9
=>

 2 ,11  2 ,67
rx
4 ,25



Th

ai



rx  1 ,9 hx
1 ,5
=>
4,25  1,9.9

 14,24m 

1 ,5
Xét điều kiện (3) :
Bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim tối thiểu phải bằng 3m, do đó
có thể chọn bx = 3m.
hx 9
=>
  3  2 ,67
bx
3

N

gu

ye

n

Va
n

h

by

 13m 

pi

le

d

=>

b x  0 ,75hx
0 ,75
3  0,75.9

0 ,75

h0 

Co

m

=>

h  0 ,571h0  0 ,183h02  0 ,0357a 2
 0,571.13 0,183.132  0 ,0357.20 2



14,14m 

Để thỏa đồng thời 3 điều kiện, chúng ta chọn h = max = 14,24m.
=> Chiều cao của mỗi kim:
14 ,24 m  2 m  9 m  3 ,24m 



GV: Nguyễn Văn Thái



-4-


Đại học Sư phạm Kỹ thuật

NỘI DUNG
CÂU HỎI ÔN TẬP

6.1. Giải thích hiện tượng sét đánh? Tại sao tác dụng phá hoại của sét lại lớn?
6.2. Những nơi nào dễ bò sét đánh trong thiên nhiên và trong các công trình xây dựng?
6.3. Hệ thống chống sét bao gồm những bộ phận chính nào?
6.4. Vẽ phạm vi bảo vệ của 1 kim thu sét.
6.5. Vẽ phạm vi bảo vệ của 2 kim thu sét cùng chiều cao.
6.6. Cho một cột cờ và một ngôi nhà như hình vẽ, tính chiều cao của kim thu sét để có
thể bảo vệ ngôi nhà khỏi bò sét đánh.
20m

20m
7m

N

gu

ye

n

Va
n

Th

ai

6.7. Cho một ngôi nhà 4 mái dốc như hình vẽ. Tùy theo cách bố trí kim thu sét, có thể
là 1 kim hoặc 2 kim, hãy chọn phương án nào kinh tế hơn, tính chiều cao kim thu
sét.

3m

22m

by

6m
5m

Co

m

pi

le

d

2m

GV: Nguyễn Văn Thái

-5-


Đại học Sư phạm Kỹ thuật

NỘI DUNG
6.6.

BÀI GIẢI CÂU HỎI ÔN TẬP

h  7 m
hx
7
2
x
=>

 0 ,35 

m
rx
20
3
rx  20

r  1 ,9 hx
h x
1 ,5
=>
20  1,9.7

 22 ,2 m
1 ,5
=> Chiều cao của kim thu sét:
22,2m – 20m = 2,2m

ai

22m

6m

Va
n

Th

6.7.
 Phương án 1: một kim thu sét đặt giữa nhà
Tính chiều dài của ngôi nhà:


l  22m  2. 5 2  3 2   30 m



=> bán kính vùng bảo vệ ngôi nhà tương ứng
với chiều cao của ngôi nhà sẽ là:
30 2  6 2
 15 ,29 m
2
Chiều cao ngôi nhà cần bảo vệ chính là

hx
3
2

 0 ,19 
rx 15 ,29
3

gu

=>

rx

ye

thân của ngôi nhà => hx  3m

5m

n

rx 

Co

m

pi

le
d

by

N

rx  1 ,9 hx
1 ,5
=>
15 ,29  1,9.3

 13 ,99m  14 m
1 ,5
=> Chiều cao của kim thu sét:
14m – 5m = 9m
 Phương án 2: hai kim thu sét đặt ở 2 đầu mái nhà
2 kim thu sét chỉ có thể bảo vệ được ngôi nhà khi đồng thời thỏa cả 3 điều kiện sau:
h  5 m 1
 0

m
rx  5 2 


b  3 m 3 
 x
h

Xét điều kiện (1) :
Chiều cao bảo vệ thấp nhất h0 tối thiểu là 5m, như vậy có thể chọn h0 = 5m.
=>

h  0 ,571h0  0 ,183h02  0 ,0357a 2
 0,571.5  0,183.52  0 ,0357.22 2

Xét điều kiện (2) :





7,52m 



Chiều cao của toàn bộ ngôi nhà là 2 m  3 m  5 m . Trong đó mái nhà là 2m, chỉ cần 2
m

kim bảo vệ được cho thân nhà cao 3 là có thể bảo vệ được toàn bộ tòa nhà, do đó có thể
chọn chiều cao cần bảo vệ là hx = 3m.
Bán kính vùng bảo vệ tương ứng chiều cao hx theo như hình vẽ là rx = 5m.
hx 3
=>

  0 ,6  2 ,67
rx
5

GV: Nguyễn Văn Thái

-6-


Đại học Sư phạm Kỹ thuật

=>

h  0 ,571h0  0 ,183h02  0 ,0357a 2



Th

 0,571.5,8 0,183.5,82  0 ,0357.22 2

ai

BÀI GIẢI CÂU HỎI ÔN TẬP

NỘI DUNG
rx  1 ,9 hx
h
1 ,5
=>

5  1,9.3

 7,13m 
1 ,5
Xét điều kiện (3) :
Bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim tối thiểu phải bằng 3m, do đó
có thể chọn bx = 3m.
hx 3
=>
  1  2 ,67
bx 3
b  1 ,9 h x
ho  x
1 ,5
=>
3  1,9.3

 5,8m 
1 ,5

8,15m 

m



Va
n

Để thỏa đồng thời 3 điều kiện, chúng ta chọn h = max = 8,15 .

=> Chiều cao của mỗi kim:



8 ,15 m  2 m  3 m  3 ,15m 

Co

m

pi

le
d

by

N

gu

ye

n

Xét cả 2 phương án 1 và 2 chúng ta thấy rằng phương án 2 có tính kinh tế cao hơn phương
án 1, hơn nữa chọn phương án 2 sẽ dễ thi công hơn, do đó chúng ta chọn phương án chống
sét cho ngôi nhà trên là dùng 2 kim thu sét đặt ở 2 đầu mái nhà, mỗi kim cao 3,15m.

GV: Nguyễn Văn Thái

-7-