KIM CHỐNG SÉT LÀ GÌ? KIM CHỐNG SÉT CHỦ ĐỘNG VÀ BỊ ĐỘNG

Bảo vệ công trình trước thiên tai dông sét đòi hỏi một giải pháp đồng bộ và chuẩn xác từ điểm tiếp nhận dòng sét cho đến đường dẫn truyền xuống lòng đất. PKE Việt Nam tự hào cung ứng giải pháp chống sét trực tiếp toàn diện, bao gồm: Kim thu sét chủ động PDC (ESE) với bán kính che chắn mở rộng, Hệ thống thụ động Franklin – Lưới Faraday đa năng, cùng Hệ thống dây thoát sét chuyên dụng đạt chuẩn quốc tế. Đây chính là giải pháp bảo vệ 3 lớp hoàn chỉnh, giúp doanh nghiệp chủ động kiểm soát rủi ro sét đánh.

1. kim thu sét chủ động?

Tiêu chuẩn (Standards)

Các quy định áp dụng cho một hệ thống bảo vệ con người và tài sản hiệu quả:

• TCVN 9385:2012: Chống sét cho công trình xây dựng – Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống.
• TCVN 9888:2013 (Bộ tiêu chuẩn IEC 62305): Bảo vệ chống sét (gồm các phần: Nguyên tắc chung, Quản lý rủi ro, Thiệt hại vật chất và nguy hiểm tính mạng, Hệ thống điện và điện tử trong các công trình).
• TCVN 7447 (Bộ tiêu chuẩn IEC 60364): Hệ thống lắp đặt điện hạ áp – Yêu cầu an toàn và bảo vệ chống quá áp, chống sét lan truyền.

• UNE 21186:2011: Bán kính bảo vệ chống sét – Kim thu sét với thiết bị phát tia tiên phong (priming device).
• NF C 17-102:2011: Hệ thống chống sét phát tia tiên phong sớm (Early streamer emission).
• NP 4426:2013: Chống sét – Hệ thống với thiết bị ion hóa không phóng xạ.

Ngoài ra, cần cân nhắc các quy định pháp luật hoặc quy chuẩn riêng của từng quốc gia.

Tính toán chỉ số rủi ro (Risk Index Calculation)

Phụ lục A (phân tích rủi ro) của tiêu chuẩn UNE 21186:2011 xác định việc có cần thiết phải lắp đặt hệ thống chống sét bên ngoài hay không và cấp độ bảo vệ áp dụng để giảm thiểu rủi ro thiệt hại do sét gây ra.

PKE gợi ý một công cụ giúp tính toán rủi ro và triển khai các biện pháp bảo vệ một cách nhanh chóng và dễ dàng. Việc nhập các thông số về đặc tính công trình cần bảo vệ, vị trí địa lý, hoạt động,… sẽ đưa ra cấp độ bảo vệ cần áp dụng và xuất báo cáo thông tin chi tiết.

Tính toán bán kính bảo vệ (Protection Radius Calculation)

Kim thu sét sử dụng công nghệ phát tia tiên phong sớm (ESE) có bán kính bảo vệ phụ thuộc vào cấp bảo vệ cần thiết, đạt được thông qua các thử nghiệm đáp ứng tiêu chuẩn UNE 21186:2011 hoặc NFC 17102:2011, và phải được chứng nhận bởi phòng thí nghiệm điện áp cao độc lập.

Tiêu chuẩn UNE 21186:2011 (mục C.2.2) quy định rằng kim thu sét ESE phải đạt thời gian phát tia tiên phong sớm tối thiểu là ΔT > 10(μs)

Ngoài ra, giá trị tối đa cho phép là 60(μs), mặc dù các thử nghiệm đã thu được kết quả cao hơn.

Khu vực cần bảo vệ bởi kim thu sét ESE được giới hạn bởi một mặt tròn xoay, xác định bởi bán kính bảo vệ tương ứng với các độ cao khác nhau (h) đang xét, có trục trùng với trục của kim thu sét ESE.

Để tính bán kính bảo vệ của kim ESE, chúng ta cần biết các biến số trong công thức:

• Model INGESCO PDC 3.1 có ΔT = 15us, do đó Δ = 15 m.
• Áp dụng Cấp bảo vệ II, bán kính quả cầu lăn tương ứng là r = 30 m.
• Căn chỉnh độ cao h = 20m.

Mỗi bán kính Rpn được tính toán cho từng điểm tham chiếu bằng công thức:

Đối với model đã cho, bán kính tương ứng được thể hiện ở Bảng 3:

2. Hệ thống chống sét thụ động

Tiêu chuẩn (Standards)

Để thiết kế một hệ thống chống sét hiệu quả sử dụng kim thu sét Franklin hoặc lưới thu sét, các quy tắc sau sẽ được áp dụng:

• TCVN 9385:2012: Chống sét cho công trình xây dựng – Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống.
• TCVN 9888:2013 (tương đương IEC 62305): Bảo vệ chống sét (Phần 1: Nguyên tắc chung; Phần 2: Quản lý rủi ro; Phần 3: Thiệt hại vật chất và nguy hiểm tính mạng; Phần 4: Hệ thống điện và điện tử trong các công trình).
• TCVN 7447-4-44 (IEC 60364-4-44): Hệ thống lắp đặt điện hạ áp – Bảo vệ an toàn chống nhiễu điện áp và nhiễu điện từ.

• IEC 62305:2010: Bảo vệ chống sét (Phần 1, 2, 3 và 4).
• UNE – EN 62305:2011: Bảo vệ chống sét (Phần 1, 2, 3 và 4).
• NFPA 780:2020: Tiêu chuẩn cho việc lắp đặt các hệ thống chống sét.

Ngoài ra, luật pháp/quy định riêng của từng quốc gia cũng cần được cân nhắc và tuân thủ.

Tính toán rủi ro (Risk Calculation)

PKE có một công cụ cho phép tính toán rủi ro theo tiêu chuẩn IEC 62305, giúp tính toán rủi ro và triển khai các biện pháp bảo vệ một cách nhanh chóng và dễ dàng.

Phương pháp tính toán vùng bảo vệ (Calculation Methods of the Protection Zone)

Các phương pháp được chấp nhận để xác định khu vực bảo vệ của hệ thống thụ động theo tiêu chuẩn IEC 62305 bao gồm:

• Phương pháp góc bảo vệ (Protective Angle Method)

Đây là phương pháp phù hợp nhất cho các tòa nhà có hình dáng đơn giản, mặc dù phương pháp này bị giới hạn ở độ cao tối đa tùy thuộc vào cấp độ bảo vệ được áp dụng (Hình 4).

Thể tích bảo vệ thu được từ việc áp dụng phương pháp góc bảo vệ đối với kim thu sét được thể hiện trong (Hình 5)

.Sau khi tính toán, các góc bảo vệ khác nhau của các kim thu sét cấu thành hệ thống sẽ xác nhận xem công trình đã được bảo vệ hoàn toàn hay chưa (Hình 6).

• Phương pháp quả cầu lăn và phương pháp lưới thu sét (Rolling Sphere Method and the Mesh Method)

Áp dụng phương pháp quả cầu lăn: Vị trí của hệ thống thu sét (kim hoặc lưới) là đạt yêu cầu nếu không có bất kỳ điểm nào của công trình cần bảo vệ tiếp xúc với quả cầu lăn có bán kính r (Bảng 4).

Khi công trình có chiều cao vượt quá mức chỉ định trong Hình 5, phương pháp góc bảo vệ không còn áp dụng được nữa. Đối với các trường hợp này, tiêu chuẩn IEC 62305-3 chỉ định sử dụng: phương pháp quả cầu lăn (áp dụng cho mọi loại công trình) hoặc phương pháp lưới thu sét (chỉ định khi các bề mặt phẳng được bảo vệ) (Hình 9).

Các kết cấu cao hơn nhô lên khỏi lồng Faraday nên được bảo vệ bổ sung bằng các kim thu sét (Hình 10).

3. Dây dẫn xuống (dây thoát sét)

Dây thoát sét cho hệ thống ESE (ESE down conductors)

Dây dẫn xuống có nhiệm vụ dẫn dòng sét từ các thiết bị thu lôi xuống hệ thống tiếp địa.

• Bố trí: Kim thu sét được kết nối với đất bằng ít nhất hai dây dẫn xuống được bố trí ở hai mặt đối diện của tòa nhà bất cứ khi nào có thể (Hình 10).
• Vị trí lắp đặt: Dây thoát sét phải được lắp đặt bên ngoài công trình, tránh đi gần các đường cáp điện và đường ống dẫn khí gas.
• Đường đi của dây: Phải càng thẳng càng tốt, chọn đường ngắn nhất xuống đất, tránh các đoạn uốn cong gấp khúc hoặc vòng ngược lên trên.
• Dùng chung dây: Khi lắp đặt nhiều kim ESE trên cùng một tòa nhà, chúng có thể sử dụng chung các dây dẫn xuống.
• Quy chuẩn vật liệu: Do bản chất của dòng sét đánh, dây dẫn xuống phải tuân thủ đúng vật liệu và kích thước quy định trong tiêu chuẩn IEC 62561-2. Bảng 5 thể hiện các loại vật liệu được khuyến nghị sử dụng nhiều nhất:

• Cố định dây: Dây thoát sét tiếp địa phải được kẹp chặt và cố định chắc chắn, tiêu chuẩn khuyến nghị là 3 kẹp giữ trên mỗi mét dài.
• Bảo vệ cơ học: Bảo vệ phần chân dây thoát sét bằng ống bảo vệ có chiều dài tối thiểu 2 mét.
• Bảo trì: Khuyến nghị lắp đặt bộ đếm sét (lightning counter) phía trên ống bảo vệ để phục vụ công tác kiểm tra và bảo dưỡng công trình.

Dây thoát sét cho hệ thống thụ động LPS (LPS passive down conductors)

Để giảm thiểu nguy cơ hư hỏng do dòng sét chạy trong hệ thống chống sét (LPS), các dây dẫn xuống phải được bố trí sao cho khoảng cách từ điểm tiếp sét xuống hệ thống tiếp địa tuân theo:

• Góc tường công trình: Khuyến khích bố trí các dây thoát sét tại các góc lộ ra ngoài của tòa nhà bất cứ khi nào điều kiện kết cấu cho phép.
• Quy chuẩn: Kích thước và vật liệu của dây thoát sét tiếp địa phải đáp ứng các yêu cầu trong IEC 62561-2 (Bảng 5).
• Cố định lưới: Các dây dẫn tạo thành lưới phải được cố định đúng cách, tiêu chuẩn tham chiếu là 1 kẹp giữ trên mỗi mét dài.
• Bảo vệ ống luồn: Bảo vệ phần chân của dây dẫn xuống bằng ống bảo vệ dài tối thiểu 2 mét.
• Hộp kiểm tra: Lắp đặt các phụ kiện kiểm tra (hộp kiểm tra điện trở / mối nối phân đoạn) tại mỗi dây thoát sét để phục vụ việc đo đạc tiếp địa (Hình 12).

Đầu tư vào một hệ thống chống sét toàn diện, từ khâu lựa chọn công nghệ thu sét chủ động ESE, lưới thụ động cho đến giải pháp thi công tuyến thoát sét đạt chuẩn chính là giải pháp bảo vệ tài sản và tính mạng con người bền vững nhất trước thiên tai dông sét.

Với năng lực tư vấn chuyên sâu cùng hệ sinh thái thiết bị chính hãng đạt chuẩn quốc tế và TCVN, PKE Việt Nam luôn sẵn sàng đồng hành cùng các chủ đầu tư, nhà thầu trong việc khảo sát, tính toán bán kính bảo vệ tối ưu và triển khai trọn gói giải pháp chống sét an toàn cho từng dự án.

Liên hệ ngay với đội ngũ kỹ sư của PKE Việt Nam để được tư vấn kỹ thuật và nhận báo giá giải pháp chi tiết.