Luận văn tốt nghiệp các lý luận cơ bản về sét và các phương pháp phòng chống set trực tiếp sử dụng công nghệ mới

Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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.

Sinh viên thực hiện

CAO MINH TRIẾT

1




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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 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.

2

Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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.

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 ÷ 106 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 1013÷1014 ion/m3. 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).

3

Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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.
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
4




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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 ÷ 1019 ion/m3 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 ÷ 1,5.108m/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):
is = 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
6

phân nhánh và theo đúng q đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn (2.10 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.
5

Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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 (τđs ): là thời gian mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trò cực đại.
+ Độ dốc dòng điện sét: a = dis/dt.
+ Độ dài dòng sét (τs): là thời gian từ đầu dòng sét đến khi dòng sét giảm ½ biên độ.

Hình 5.1: Dạng sóng dòng điện sét.

6




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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:
-is/60
-is/60
VI = e
= 10
, hay lgVI = -is/60 (đường cong1).
+ Cho vùng núi cao:
-is/30
VI = 10
, hay lgVI = -is/30 (đường cong 2)
(VI là xác suất xuất hiện dòng điện sét, có biên độ lớn hơn hoặc bằng
is). Chẳng hạn, xác suất phóng điện sét có biên độ dòng sét i s ≥ 60KA :

lgVI = -60/60 = -1 ⇒ VI = 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.
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
Mdis/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 = (dis/dt)max, (KA/µs).
*Xác suất xuất hiện độ dốc có thể tính theo:
-a/15,7
-a/36
+
Cho vùng đồng bằng: Va = e
= 10
+ Cho vùng núi cao: Va = 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:

N=

(S + 3hx)(L + 3hx)n
10

6

trong đó: S – chiều rộng của nhà(công trình) , m. L
– chiều dài của nhà(công trình), m.

hx – chiều cao tính toán của nhà(công trình), m.
2
n – số lần sét đánh trung bình trên 1Km trong một năm xãy ra
ở đòa phương xây dựng nhà(công trình).

2
* Số lần sét đánh trung bình trên 1Km trong một năm:
7




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

Bảng 1.1:
Số giờ dông

Số lần sét đánh

trong năm.
20 – 40
40 – 60
60 – 80
80 – 100
> - 100

Trung bình.
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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25

Đòa phương ày dông/na TT
Đòa phương ày dông/na
ròa - Vũng tàu 77,8 26 ệ an - Vinh
88,4
thái - Thái nguyên 96,9 27 ù yên - Tuy hòa 37,6
h đònh - Qui nhơn 52,1 28 ûng bình - Đồng hới 71,7
h thuận - Phan thiết 80,7 29 ûng nam - Đà nẵng 76,0
bằng
93,7 30 ûng ngãi
75,2
lắc
112,2 31 ûng ninh - Hòn gai 87,1
ng tháp - Cao lãnh 129,9 32 ûng trò - Đông hà 72,4
lai - Pleiku
96,8 33 g bé - Phước long 104,1
bắc - Bắc giang 101,3 34 la
105,5
giang
103,1 35 ninh
126,3
nội - Láng
93,6 36 i bình
53,8
tây (Sơn tây)
87,2 37 nh hóa
99,0
tónh
92,8 38 a thiên - Huế
93,9
hưng - Hải dương 72,3 39 giang - Mỹ tho

123,8
g yên
78,6 40 vinh - Càng long 118,1
Hồ Chí Minh
78,6 41 ên quang
88,2
ùnh hòa - Nha trang 45,0 42 bái
83,6
n giang - Rạch giá 110,4 43 đảo
57,3
ù quốc
99,4 44 ờng sa
52,3
châu
97,0 45 ù liễn
104,1
g sơn
89,5 46 ng cái
111,9
cai
77,6 47 đảo
95,8
đồng - Đà lạt 89,8 48 ù thọ
111,3
h hải - Cà mau 118,9 49 n biên
110,3
m hà - Nam đònh 72,2 50 a
90,8

8

Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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)
+ Cột gắn kim thu sét (2)
+ Dây dẫn truyền năng lượng sét xuống đất (3)
+ Bộ phận nối đất (4).

9




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

Hình 6.1: Cột thu sét.
Kim thu được làm bằng thép cán với nhiều loại tiết diện khác nhau, đỉnh

2
kim không nhỏ hơn 100mm . 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
2
bằng thép dẹp hay tròn với tiết diện không được nhỏ hơn 35mm . 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:
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 50mm2 và không được lớn hơn 75mm2 (theo TCN - 46 - 71).

10

Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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
0,8
biên đô dòng sét có thể xác đònh bằng công thức : Ds = 6,7.I ,m
Với I : là biên độ dòng sét (KA) phụ thuộc vào mức bảo vệ.

11




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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 - hx
rx = 1,6h p. h + hx
Với p = 1 khi h ≤ 30m
30
p=

1
= 5,5

h
Khi 30m < h < 100m

h

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:

- Ở độ cao hx ≤

2
h thì :
3

phạm vi bảo vệ được xác đònh:

hx
rx = 1,5h (1 -

)p

0,8h
12




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

2
h thì:
- Ở độ cao hx >

3
hx
)p
rx = 0,75h(1 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:

h - ho =
7
8

a
⇒ ho =

a
- ho
7

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 ho, (ho được xem như độ cao của cột thu sét giả tưởng nằm giữa 2 cột).

13




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

rox = 1,6ho

ho - hx
p

ho+ hx
- Nếu 2 cột thu sét có độ cao khác nhau, ví dụ: h 1< h2 phạm vi bảo vệ giữa
2 cột có được bằng cách nối hình cột h 2 ngang cắt đường sinh của cột h1 tại
một điểm, điểm này xem như là đỉnh của cột thu sét giả tưởng .

h1’ = h2 và khu vực bảo vệ giữa 2 cột h 2 và h1’ 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 hx sẽ nằm trong vùng được bảo vệ nếu thỏa mãn điều kiện :
D ≤ 8(h - hx) với h ≤ 30m
D ≤ 8(h - hx)p với h > 30m

14




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

Hình 14.1: Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét .

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 bx của cột treo 1 DCS được tính theo công thức:
+ Ở độ cao hx > 2/3 h
thì: bx = 0,6h (1-hx/h) p
+ Ở độ cao hx < 2/3 h thì:
bx = 1,2h (1-hx/0,8h) p

Hình 16.1: Phạm vi bảo vệ của 1 dây chống sét.
- Phạm vi bảo vệ của 2 DCS :
15

Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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 :

ho = h - S/4p.

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
hDD được bảo vệ là khoảng cách S giữa 2 DCS phải thỏa điều kiện :
S < 4p (hDCS - hDD)

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 hDD = 2hDCS/3 thì αgh = 31o (tgαgh = 0,6)
Để tăng mức an toàn (giảm xác suất sét đánh vòng qua DCS vào
o
o
DD) .Thường chọn α = 20 ÷ 25 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
16




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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.

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)]

17

(với h>5m )




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

Trong đó : ∆L = 106.∆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.

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.
18




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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.

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.

19




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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:

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.
(KI/Km). l Trong đó:

+ n : là hệ số phụ thuộc vào số dây dẫn sét của kim thu sét.
20




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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. +
KI : là hệ số phụ thuộc vào vùng bảo vệ.

KI = 0,1 đối với công trình có cấp an toàn cao nhất.

KI = 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.

+Km : là hệ số phụ thuộc vào vật liệu giữa dây dẫn sét và các
phần kim loại nối đất liên quan. Km = 1 khi giữa chúng là không khí.
Km = 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:

S3000 ESE
cần một điện cực

Loại điện cực
Phóng xạ
Thông thường
cần một điện cực nhưng l nhiều điện cực trên nóc
vệ này hiện nay cấm dùng

u nước
cần một điện cực bảo vệ c g S3000. Tuy nhiên b cho nhà được bảo vệ. Kho
bộ gồm nhà và các vu ø thu hút sét còn bò nghi ng vệ được cho các vùng co
cận
g
mỹ quan
g S3000
ng được mỹ quan do có nh
h trên mái nhà
21




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

nhiều hiệu quả vì sử dugï nghệ lỗi thời, bò cấm dùn hiệu quả do áp dụng co
nghệ mới
ệ có từ trước năm 1763
phí thấp so với các hệ tho phí vừa phải
đắt
vệ khác

ng có các phần động, t ác phần động, có nguồn cu thọ giới hạn do các tha
không giới hạn
bên trong, có nguồn phon bò ăn mòn hoặc bò phá hoa
có các tụ điện cần thay t
không bảo quản điện cực

ø

không có hiệu quả
ắp đặt, chỉ cần một dây d g S3000

nhiều dâydẫn xuống.
m theo chu vi nhà cần một d
ng (dây ERICORE)
xuống
ERICORE loại trừ được dẫn xuống cũ, kỹ th dẫn xuống thông thươ
biên gây chết người, ng tiên tiến bằng ERICORE ng có hiệu quả
g thiết bò
ắp đặt, không tốn kém, d g S3000
khó lắp đặt, đắt tiền, dây
ngoài không có mỹ quan,
xuống không gây trở n
hể đặt bên trong
hóa
i kiểm tra hàng năm để b như không thể bảo dươ
cầu bảo dưỡng ít
nguồn phóng xạ không ng như hệ thống trong điều k
. Một vài điện cực có ngu việc
cấp riêng đòi hỏi bảo dươ
hay thế thường xuyên

ng có thiết bò đếm
ng có thiết bò đếm
hiết bò đếm sét
dự án S3000 khách ha chø hàng không có CAD th ch hàng không có CAD chươ
ụng một CAD chương trìCác bán kính thu sét hkoh đểxác đònh sự bố trí
đó việc tính toán bán kc chứng minh bằng các số l cực và các dây dẫn xuố
kế bằng tay, mất thời g
sét của Dynasphere nha a học hoặc nghiên cứu.
ng, dễ dàng, chính xác.
ắt tiền
át

22

ø




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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:
- Đầu thu sét Dynasphere: là điểm đầu tiên để bắt sét đánh vào cấu trúc mà nó bảo vệ.

23

Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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 500µs. 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.

24




Do An Chong Set

______________________________________________________________________________________________________________________

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 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 300mm2 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:

25