THUYẾT MINH TÍNH TOÁN hệ THỐNG CHỐNG sét KHU CHUNG cư CAO TẦNG

CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ THƯƠNG MẠI GIA ANH

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

HỆ THỐNG CHỐNG SÉT

GAC
Cong ty Chong Set Ha Noi
8/2015


CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ THƯƠNG MẠI GIA ANH

THUYẾT MINH TÍNH TOÁN

HỆ THỐNG CHỐNG SÉT

Khu dÞch vô c«ng céng, th-¬ng m¹i, nhµ trÎ kÕt hîp

DỰ ÁN :

KHU DỊCH VỤ CÔNG CỘNG, THƯƠNG MẠI, NHÀ TRẺ, KẾT HỢP
CHUNG CƯ CAO TẦNG – HÒA BÌNH GREEN CITY

ĐỊA ĐIỂM:

SỐ 505 ĐƯỜNG MINH KHAI, PHƯỜNG VĨNH TUY,
QUẬN HAI BÀ TRƯNG, TP HÀ NỘI

Cán bộ tham gia:
- Chủ trì:

1. Đoàn Thanh Trà
2. Vũ Minh Khánh
3. Nguyễn Văn Cao

HÀ NỘI, NĂM 2015


B - HỆ THỐNG CHỐNG SÉT:
1. XÁC ĐỊNH NHÓM CÔNG TRÌNH
Công trình xây dựng thuộc nhóm III với những lý do sau đây:
 Chiều cao công trình >35mét.
 Dự án “Khu dịch vụ công cộng, thương mại, nhà trẻ kết hợp chung cư cao tầng
Hòa Bình green city” được thiết kế hiện đại với trang thiết bị hiện đại do Công ty TNHH
Hòa Bình làm chủ đầu tư.

2. CƠ SỞ ĐỂ LẬP THIẾT KẾ
 Căn cứ vào số liệu thiết kế kỹ thuật công trình.
 Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất công trình.
 Căn cứ vào các tiêu chuẩn chống sét hiện hành như sau:
+ TCN 68-174/1998 tiêu chuẩn chống sét của Tổng Cục Bưu Điện.
+ 20 TCN 46-84 tiêu chuẩn chống sét của Bộ Xây Dựng.
+ NF C17-102/1995 tiêu chuẩn chống sét an toàn Quốc gia Pháp(tham khảo).
+ UNE 21186 tiêu chuẩn chống sét an toàn quốc gia Tây Ban Nha (tham khảo).
+ TCXDVN 9385:2012 tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng Việt Nam.
+ TCVN 5506-86 tiêu chuẩn nối đất an toàn điện hiện hành của Việt Nam.
+ Các tiêu chuẩn chung về chống sét lan truyền & chống sét cảm ứng của Đức
VDE 0675, P6, 11.89; VDE 0675, P6/A1, 03.96; DIN VDE 0675, P2, 08.75; .v.v...
3. LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP
Hiện nay có nhiều phương pháp, thiết bị mới có hiệu quả cao hơn hệ thống cũ.

Qua phân tích đánh giá ở đề án này chọn các phương pháp dùng thiết bị chống sét
đánh thẳng theo nguyên lý phát xạ sớm (E.S.E) chế tạo. Tính toán thiết kế phạm vi bảo
vệ căn cứ vào tiêu chuẩn chống sét NFC 17-102, 1995 Pháp, tiêu chuẩn TCN 68174/1998 tiêu chuẩn chống sét của Tổng Cục Bưu Điện.
Dưới đây là bảng phân tích và so sánh ba phương pháp chống sét trực tiếp để
chọn hệ thống chống sét tiên tiến hiện đại cho công trình:
Phương pháp chống sét cổ điển kiểu Franklin
Phương pháp điện hình học
Phương pháp chống sét hiện đại theo công nghệ phát xạ sớm
3.1 Bản chất dông sét
Sét là hiện tượng phóng điện có tia lửa điện (chớp) xảy ra trong tầng đối lưu
của khí quyển kèm theo tiếng nổ chói tai và tiếng sấm rền vang.
Sét xảy ra do sự tích điện trong các đám mây dông (Cucumlo-Nimbus). Sở dĩ có
sự tích điện trong các đám mây dông là do mặt trời nung nóng mặt đất, làm cho không
khí ẩm tại chỗ đó nóng lên tạo ra dòng không khí nóng ẩm bốc mạnh lên cao với tốc


độ 120m/h. Hơi nước trong không khí nóng ẩm đó bay lên với tốc độ lớn, cọ sát với
nhau và với không khí gây ra quá trình tích điện trong các đám mây. Điện tích dương
“+” nhẹ được đẩy lên trên đỉnh đám mây; điện tích âm“-” nặng hơn nên lắng xuống
dưới chân đám mây. Đám mây dông có chiều cao từ 8-12 km, các khối điện tích dương
nằm ở độ cao 6-10km, các khối điện tích âm nằm ở độ cao 2-5km, chân đám mây dông
ở độ cao trên dưới 1km. Đôi khi có một vùng nhỏ điện tích dương nằm ở đáy đám mây
dông. Chính vì vậy mà có nơi, có lúc xuất hiện sét mang tính cực dương; còn thông
thường sét mang tính cực âm.
Do đám mây dông mang điện tích nên cảm ứng xuống mặt đất một điện tích
ngược dấu với nó, tạo ra giữa mây và đất một trường tĩnh điện. Khi Gradian điện thế
giữa chân mây dông và mặt đất đạt đến giá trị 3.106V/m thì bắt đầu hình thành sự
đánh xuyên không khí để xuống đất. Lúc đầu một dòng electron từ chân mây phóng
xuống về phía mặt đất, tạo ra tia tiên đạo ( tia dẫn đường) phóng xuống. Khi tia tiên
đạo phóng xuống càng gần mặt đất, lực tĩnh điện tăng lên càng mạnh sẽ hút các phần

tử không khí bị iôn hoá ở đầu các mũi nhọn tại mặt đất, kích thích các mũi nhọn này
phóng ra tia tiên đạo đi lên. Hai tia tiên đạo xuống và lên vì trái dấu nên hút nhau. Khi
chúng gặp nhau, một kênh dẫn dạng iôn được tạo thành. Dòng phóng điện chính từ
mặt đất phóng lên đám mây có dạng một tia lửa điện sáng chói kèm theo tiếng nổ chói
tai tiếp theo là sấm rền vang.
Cường độ dòng xung sét biến đổi từ 2-250KA, thông thường 30kA trở xuống.
Tốc độ tăng dòng xung của sóng xung sét di/dt cực kỳ cao, nó lên tới 1010
A/s. Do tốc độ dòng xung sét tăng cực kỳ nhanh này sẽ sinh tốc độ điện áp còn nhanh
hơn du/dt=12kV/s, nên gây ra hư hỏng các thiết bị điện tử nhạy cảm và thiết bị điện
thông thường như: biến thế, ổn áp - UPS, ATS bị hư hỏng do không phản ứng kịp.
Khoảng cách xuất hiện sự phóng điện từ đầu tia tiên đạo phóng xuống đến mặt
đất gọi là “ Khoảng cách phóng điện D”. D phụ thuộc vào cường độ dòng điện phóng
theo công thức thực nghiệm trong phòng thí nghiệm cao áp là: D=6,7.I0.8
Tính ra các giá trị tương ứng là:
I ( kA )

3

10

30

100

D(m)

16

40

100

250

Trải qua hơn hai thế kỷ, con người đã bổ xung và phát minh ra các loại mô hình
chống sét sau:
3.2 Các mô hình chống sét:
a. Mô hình hình học:
- Cột thu sét Franklin hay mô hình hình học cổ điển có phạm vi bảo vệ là một
hình nón úp, với chiều cao là chiều cao đặt cực thu sét góc bảo vệ là 450 lập giữa


chiều cao và đường sinh. Với số liệu thống kê và kinh nghiệm tích luỹ được, các nhà
khoa học thế giới đã đi đến kết luận: Cột thu sét Franklin chỉ chống được sét đánh trực
tiếp có hiệu quả tốt cho các toà nhà, công trình có chiều cao từ 15-20m.
- Bán kính bảo vệ phụ thuộc vào hàm số
f(Rs)=f(h) hay Rs=1,5(h-1,5hx) (m)
Công thức tính bán kính bảo vệ Rx theo chiều cao vật bảo vệ (hx)

R x =h x

1,6
h
1+ x
h

- Vùng bảo vệ của kim thu sét này cần phải chú ý đến những số liệu thống kê sự
cố và cường độ đỉnh dòng xung của từng vùng; nó còn phụ thuộc chủ yếu vào qui định
trong tiêu chuẩn chống sét của từng quốc gia. Xem bảng dưới đây:
Quốc gia

Bình thường

Góc bảo vệ

Quan trọng

Góc bảo vệ

Mỹ

2:1

-

1:1

450

Anh

1:1

450

(0,58:1)

300

Balan

1,5:1

-

-

-

Nam Phi

1:1

450

-

-

úc

1:1

45

0

(0,58:1)

300

Việt nam

1,5:1

-

-

300


Vì vậy, sự hạn chế của mô hình chống sét B.Franklin là chỉ áp dụng an toàn cho
những toà nhà có chiều cao từ 15-20m.
Khi chiều cao của bản thân toà nhà lớn hơn 20m, lúc này phải áp dụng Mô hình
điện hình học với phương pháp quả cầu lăn.
b. Mô hình điện hình học
- Đối với những toà nhà hay công trình xây dựng có chiều cao lớn hơn 20m
người ta ứng dụng mô hình điện hình học với phương pháp quả cầu lăn. Người ta hình
dung ra các quả cầu có đường kính 20-45-60mét ( tương ứng với các mức bảo vệ cao,
thấp, khác nhau) được lăn theo phía ngoài những bức tường và trên đỉnh mái của toà
nhà để xác định vùng bảo vệ, đồng thời xác định những vị trí, chiều cao và số lượng
những kim thu sét và mạng dây thu sét nằm ngang cần thiết để bảo vệ toà nhà khỏi sét
đánh.(Hình 3).
- Một lý do chính của việc sử dụng phương pháp quả cầu lăn là vì đôi khi sét
không đánh thẳng góc từ trên xuống mà theo một góc nghiêng nào đó, nên nó có thể
đánh vào bất kỳ vùng nào không được bảo vệ như là dọc theo tường cao hoặc mái toà
nhà có mái rộng. Vì vậy, phải đặt mạng lưới dây dẫn thu sét làm nhiệm vụ thu sét bao
phủ trên các vùng đó, để thu và dẫn năng lượng sét trực tiếp xuống đất theo một đường định trước.
Công thức tính bán kính bảo vệ phụ thuộc vào hàm số:

Rbv= f(h,I) hay
Rbv  h(2 D  h)

Trong đó: D=6,72. I0.8 (ne) - Khoảng cách đánh xuyên không khí


I- Cường độ đỉnh dòng xung sét tại địa phương xây dựng
I tiêu chuẩn=13kA
Xem hình dưới đây:

- Tuy vậy, mô hình điện hình học với phương pháp Quả cầu lăn cũng chỉ có thể
bảo vệ tốt cho những toà nhà cao đến 45m. Khi chiều cao toà nhà lớn hơn 45 m người
ta áp dụng mô hình phát xạ sớm.
c. Mô hình phát xạ sớm
- Mô hình phát xạ sớm là một giải pháp tổng thể toàn diện hơn, nó có thể bảo vệ
chống sét trực tiếp cho các toà nhà cao ốc có chiều cao lên tới 300m. Vùng bảo vệ có
dạng hình chuông, bán kính rất rộng với một cực thu sét ít hơn rất nhiều. Mức bảo vệ


có thể lên đến 98% tỷ lệ xác suất dòng sét đánh.
- So với mô hình nói trên của công thức tính bán kính bảo vệ của mô hình phát
xạ sớm phụ thuộc vào hàm số:
R p  h(2 D  h)  L(2 D  L)

Trong đó :
Rp

: Bán kính bảo vệ mặt phẳng ngang tính từ chân đặt kim thu sét

h

: Chiều cao kim thu sét ở trên bề mặt được bảo vệ

D

: Chiều cao ảo tăng thêm khi chủ động phát xung theo tiêu chuẩn
cấp bảo vệ dựa vào tiêu chuẩn NFC 17-102/1995 Pháp. Như sau:
- 20m dùng cho cấp I (Công trình: xăng dầu, kho đạn, khí gas)
- 45m dùng cho cấp II (Công trình: Triển lãm, khu di tích lịch
sử xếp hạng quốc gia; VP chính phủ; Toà nhà quốc hội….)
-60m dùng cho cấp III (Công trình: Tòa nhà VP, CT dân dụng, công

nghiệp..)
T (s): thời gian phát tia tiên đạo theo thực nghiệm 
L

: 106 . T


d. Kết luận
- Mô hình điện từ phát xạ sớm tia tiên đạo: là mô hình chống sét hiện đại và tiên
tiến nhất hiện nay. Nó tiên tiến hơn mô hình điện hình học là vì nó ứng dụng loại kim
chủ động phát xạ sớm. Nó có phạm vi bảo vệ hình chuông cao rộng hơn chứ không
phải hình nón có đường sinh thẳng hay lõm như các mô hình chống sét cổ điển.
- Cũng vì thế, nên với một phạm vi cần bảo vệ, số cực thu sét phát xạ sớm sẽ
cần ít hơn nhiều số cực thu sét Franklin. Hơn nữa, nó mỹ quan và lắp đặt nhanh chóng.
Trong từng công trình cụ thể tổng kinh phí cho việc lắp đặt cực thu sét phát xạ sớm thường ít hơn tổng chi phí lắp đặt cực thu sét Franklin.

4. THIẾT BỊ THU SÉT PHÁT XẠ SỚM TIA TIÊN ĐẠO PDC E60

Sản phẩm INGESCO PDC E60 được ứng dụng công nghệ hiện đại nhất trong thiết
kế, chế tạo và sản xuất của Hãng INGESCO. Giải pháp thiết kế và kỹ thuật của Hãng
INGESCO được tính toán sử dụng công thức theo Tiêu chuẩn an toàn Quốc gia Pháp NFC
17-102/1995 và tiêu chuẩn chống sét Tây Ba Nha UNE 21185-86 , Hệ thống chống sét PDC
E60 gồm 3 bộ phận chính:
 Thiết bị thu sét PDC E60
 Cáp đồng dẫn sét và thoát sét
 Hệ thống tiếp đất chống sét và an toàn điện
4.1 Thiết bị thu sét PDC E60
4.1.1 Nguyên tắc hoạt động
- Đầu thu sét PDC E nhận năng lượng cần thiết trong khí quyển để tích trữ các điện
tích trong bầu hình trụ. PDC E sẽ thu năng lượng từ vùng điện trường xung quanh trong thời
gian giông bão khoảng từ 10 tới 10.000 v/m. Đường dẫn chủ động bắt đầu ngay khi điện
trường xung quanh vượt quá giá trị cực đại để bảo đảm nguy cơ sét đánh là nhỏ nhất.
- Phát ra tín hiệu điện cao thế với một biên độ, tần số nhất định tạo ra đường dẫn sét
chủ động về phía trên đồng thời trong khi đó làm giảm điện tích xung quanh Đầu thu sét tức
là cho phép giảm thời gian yêu cầu phát ra đường dẫn sét chủ động về phía trên liên tục.
- Điều khiển sự giải phóng ion đúng thời điểm: thiết bị ion hoá 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 kịp thời, chính xác và an toàn.
- PDC E là thiết bị chủ động không sử dụng nguồn điện nào, không gây ra bất kỳ
tiếng động, chỉ tác động trong vòng vài s trước khi có dòng sét thực sự đánh xuống và có
hiệu quả trong thời gian lâu dài.
4.1.2 So sánh với các hệ thống chống sét cổ điển, phương pháp này có các ưu điểm sau:
Stt

Đặc tính

Hệ thống Đầu thu sét công nghệ tiên tiến PDC E series

1

Thiết kế

PDC E series thế hệ IV năm 2010 được sản xuất, kiểm tra và test thí
nghiệm tại Hãng Cirprotec từng sản phẩm trên dây truyền công nghệ
hiện đại với thiết kế đặc biệt để giảm thiểu cường độ sét đánh, thời
gian thực phát tia tiên đạo khi có sét và đảm bảo an toàn cho công trình
trong phạm vi bán kính bảo vệ của thiết bị.

2

Công nghệ Sử dụng công nghệ hiện đại thiết bị điện tử có bên trong kim thu sét
Chế tạo

thu hút và bắt giữ từ xa tia sét phóng xuống từ đám mây dông.
-Thường chỉ cần 1 đến 3 thiết bị thu sét PDC E cho mỗi công trình.

3

Cấu tạo và

Thích hợp với mọi công trình đặc biệt là: TTTM-VP giao dịch,

lắp đặt

Chung cư, Khách sạn, Khu Resort, Kho bạc, Ngân hàng, Khu đô thị,
Khu công nghiệp-Chế xuất, Kho xăng dầu, Dầu Khí, Trường Đại
học.v.v...

-Tạo cho kiến trúc công trình có thẩm mỹ.


-Dễ dàng lắp đặt trong thời gian ngắn, không gây thấm dột
mái sau này khi đưa công trình vào sử dụng.
-Rất dễ bảo trì.

4

Độ an

Độ an toàn cao do vùng bảo vệ rộng lớn (có bán kính bảo vệ thấp nhất

toàn

là 54m và cao nhất là 113m). Bảo vệ cho các vùng lân cận. Chống sét
đánh tạt, đánh xuyên.
-Chống được sét đánh trực tiếp có hiệu quả tốt cho các toà nhà cao ốc,

5

Đối tượng
bảo vệ

kho bạc, ngân hàng, trạm viễn thông, khách sạn, đài phát sóng, kho
xăng dầu, khí đốt, khu công nghiệp, khu chế xuất ….v.v.
-Những nơi được trang bị các thiết bị điện, điện tử máy móc hiện đại
có giá trị lớn, trung tâm công nghệ thông tin, các kho chứa tiền...

4.1.3 Vùng bảo vệ

Bán kính bảo vệ Rp của Đầu thu sét được tính theo tiêu chuẩn an toàn quốc gia pháp
NFC17-102 năm 1995 & tiêu chuẩn chống sét Tây Ba Nha UNE 21186-96.
4.1.4 Kết cấu thu sét PDC E
- Bầu kim PDC E60 có đường kính 83mm, chiều cao 410mm chứa thiết bị phát tia
tiên đạo tạo đường dẫn sét chủ động.
- Đặt 01 bộ thiết bị thu sét PDC E60 có chiều dài tiêu chuẩn 410cm là một khối bằng
thép không gỉ siêu bền. Kết cấu PDC E60 này được liên kết với bộ ghép nối bằng Inox &
chân trụ đỡ do vậy chịu mọi hoàn cảnh thời tiết khắc nghiệt và được đặt trên mái công trình
có bán kính bảo vệ cấp III Rbv=102m. Thiết bị thu sét được đặt tại vị trí cao nhất của công
trình và bán kính bảo vệ được tính theo công thức sau đây:
R p = h(2D-h)+ΔL(2D+ΔL)

Trong đó :
Rp

: Bán kính bảo vệ mặt phẳng ngang tính từ chân đặt kim thu sét

h

: Chiều cao đầu thu sét ở trên bề mặt được bảo vệ

D

: Chiều cao ảo tăng thêm khi chủ động phát xung theo tiêu chuẩn cấp
bảo vệ dựa vào tiêu chuẩn NFC 17-102/1995.
H=5m

Thay vào công thức trên với:

D=60m

L= 106
T=60s=60. 106s

PDC E 60:

=102m


4.1.5 Bộ đếm sét CDR-UNIVERSAL
Đếm số lần sét đánh và đánh giá hiệu quả hoạt động của kim thu sét. Bộ đếm sét được lắp bên trong hộp kiểm tra để theo dõi sự hoạt động của hệ thống chống sét mà không
cần pin hoặc nguồn điện nào cung cấp. Thiết bị này sẽ được kích hoạt khi có dòng xung sét
từ 250A.