Khi kinh tế - xã hội ngày càng phát triển thì các công trình cao tầng được xây dựng càng nhiều, phục vụ cho các yêu cầu về kinh tế, xã hội. Các nhà cao tầng như vậy cũng rất dễ bị ảnh hưởng bởi sét đánh, do đó cần có các biện pháp chống sét cho nhà và công trình.
Trang 112 TẠP CHÍ KHOA HỌC
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG CHỐNG SÉT
ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO NHÀ VÀ CÔNG TRÌNH
Th.S Lương Anh Tuấn
Khoa phòng cháy - Trường Đại học PCCC
Email: anhtuank2pccc@gmail.com
Tóm tắt: Khi kinh tế - xã hội ngày càng phát triển thì các công trình cao tầng được xây dựng càng nhiều, phục vụ cho các yêu cầu về kinh tế, xã hội Các nhà cao tầng như vậy cũng rất dễ bị ảnh hưởng bởi sét đánh, do đó cần có các biện pháp chống sét cho nhà và công trình
Từ khóa: Chống sét, sét, dông sét, phóng điện dông, sét đánh trực tiếp, phòng chống
I BỔ SUNG
Sét (hay còn gọi là sự phóng điện dông)
là một nguồn điện từ mạnh phổ biến nhất xảy
ra trong tự nhiên Nguyên nhân làm xuất hiện
sét là do sự hình thành các điện tích khối
lớn Nguồn sét chính là các đám mây mưa
dông mang điện tích dương và âm ở các
phần trên và dưới của đám mây, chúng tạo ra
xung quanh đám mây này một điện trường có
cường độ lớn
Sự hình thành các điện tích khối với các
cực tính khác nhau trong đám mây (hay còn
gọi là sự phân cực của đám mây) có liên quan
đến sự ngưng tụ do làm lạnh hơi nước của
luồng không khí nóng đi lên, tạo ra các ion dương và âm (các trung tâm ngưng tụ) và liên quan đến cả sự phân chia các giọt nước mang điện trong đám mây dưới tác dụng mạnh của luồng không khí nóng đi lên
Trong quá trình tích luỹ các điện tích có phân cực khác nhau, một điện trường với cường độ luôn được gia tăng hình thành xung quanh đám mây Khi Gradient điện thế ở một điểm bất kỳ của đám mây đạt giá trị tới hạn về tính chất cách điện của không khí (với áp lực khí quyển bình thường, khoảng 3.106 V/m) ở
đó xảy ra sự đánh xuyên hay sét tiên đạo Sét có thể gây thương tích cho con người
và phá hủy nhà cửa qua nhiều cách thức khác nhau Thứ nhất, sét có thể đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống Cách thứ hai, khi nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh, sét có thể phóng qua khoảng cách không khí giữa người và vật Trong trường hợp này gọi
là sét đánh tạt ngang Ngoài ra, sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh Cách thứ tư là điện thế bước, khi người tiếp xúc với
Trang 2TẠP CHÍ KHOA HỌC
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
mặt đất ở một vài điểm trong khi sét lan truyền
trên mặt đất Cuối cùng, sét có thể lan truyền
qua đường dây cáp tới các vật như điện thoại,
tivi, ổ cắm
Sét có thể đánh trực tiếp phá huỷ nhà cửa
và công trình Tác dụng nhiệt sẽ nguy hiểm
trong trường hợp tại vị trí tiếp xúc có những
vật dễ cháy, có thể xảy ra hoả hoạn
Qua số liệu khảo sát của Viện khoa học
khí tượng thủy văn và biến đổi khí hậu thấy
rằng trung bình dông sét trên 3 miền Bắc –
Trung – Nam kết quả đã lập được bảng phân
vùng dông sét toàn Việt Nam
Bảng 1 – Bảng phân vùng dông sét.
Từ các số liệu về ngày giờ dông số lượng
đo lường nghiên cứu đã thực hiện qua các
giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu
2 quả đã lập được bảng phân vùng dông sét toàn Việt
Nam
Bảng 1 – Bảng phân vùng dông sét
Vùng Ngày dông
trung bình (ngày/
năm )
Giờ dông trung bình (giờ/
năm)
Mật
độ sét trung bình
Thán
g dông cực đại
Đồng bằng
ven biển 81.1 215.6 6.47 8
Miền núi
trung du
Bắc Bộ
61,6 219,1 6.33 7
Cao
nguyên
miền trung
47,6 126,2
1 3.31 5.8
Ven biển
miền trung
44 95,2 3.55 5.8
đồng bằng
miền Nam
60.1 89.32 5.37 5.9
Từ các số liệu về ngày giờ dông số lượng đo
lường nghiên cứu đã thực hiện qua các giai đoạn có
thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ
phóng điện xuống các khu vực
Bảng 2 : Mật độ phóng điện xuống các
khu vực
Số ngày
dông Khuv ực
đồng bằng ven biển miền bắc
Khuvực miền núi trung du miền bắc
Khu vực cao nguyên miền trung
Khu vực ven biển miền trung
Kh
u vực đồn
g bằn
g miề
n na
m
20 40 2,43
4,68
2,1 4,2 1,2
2,4 1,22
2,44
1,26
2,52 4o 60 4,86
7,92
4,2 6,3 2,4
3,6 2,44
3,65
2,52
3,78
80 100 9,72
12,1
8,4 10,5 6,0 4,8 4,87
6,09
5,04
6,3
100 120 12,15
14,5
8
10,5
12,6 7,2 6,0 6,09
7,31
6,3
5,76
Hình 1 – Bản đồ mật độ sét trung bình năm của
Việt Nam
Qua những nghiên cứu tính hình giông sét ở Việt Nam và những tác hại của sét, việc bảo vệ chống sét cho nhà và công trình là không thể thiếu được Vì vậy việc đầu tư lắp đặt hệ thống chống sét
là cần thiết để nâng cao độ an toàn nhằm bảo vệ cho người và công trình Sau đây tác giả xin giới thiệu một số phương pháp phòng chống sét hiện nay:
dự kiến về mật độ phóng điện xuống các khu vực
Bảng 2 : Mật độ phóng điện xuống các khu vực
Hình 1 – Bản đồ mật độ sét trung bình năm của Việt Nam
2 quả đã lập được bảng phân vùng dông sét toàn Việt Nam
Bảng 1 –
Bảng phân vùng dông sét.
trung bình (ngày/
năm )
Giờ dông trung bình (giờ/
năm)
Mật
độ sét trung bình
Thán
g dông cực đại
Đồng bằng ven biển 81.1 215.6 6.47 8 Miền núi
trung du Bắc Bộ
61,6 219,1 6.33 7
Cao nguyên miền trung
47,6 126,2
1 3.31 5.8
Ven biển miền trung
44 95,2 3.55 5.8
đồng bằng miền Nam
60.1 89.32 5.37 5.9
Từ các số liệu về ngày giờ dông số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện qua các giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống các khu vực
Bảng 2 : Mật độ phóng điện xuống các
khu vực
Hình 1 – Bản đồ mật độ sét trung bình năm của
Việt Nam
Qua những nghiên cứu tính hình giông sét ở Việt Nam và những tác hại của sét, việc bảo vệ chống sét cho nhà và công trình là không thể thiếu được Vì vậy việc đầu tư lắp đặt hệ thống chống sét
là cần thiết để nâng cao độ an toàn nhằm bảo vệ cho người và công trình Sau đây tác giả xin giới thiệu một số phương pháp phòng chống sét hiện nay:
Số ngày
đồng bằng ven biển miền bắc
Khu vực miền núi trung du miền bắc
Khu vực cao nguyên miền trung
Khu vực ven biển miền trung
Khu vực đồng bằng miền nam
20 40 2,43
4,68
2,1 4,2 1,2
2,4 1,22
2,44
1,26 2,52 4o 60 4,86
7,92
4,2 6,3 2,4
3,6 2,44
3,65
2,52 3,78
60 80 7,92
9,72
6,3 8,4 3,6
4,8 3,65
4,87
3,78 5,04
80 100 9,72
12,1
8,4 10,5 6,0 4,8 4,87
6,09
5,04 6,3
100 120 12,15
14,5
8
10,5
12,6 7,2 6,0 6,09
7,31
6,3 5,76
Trang 314 TẠP CHÍ KHOA HỌC
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
Qua những nghiên cứu tính hình giông sét
ở Việt Nam và những tác hại của sét, việc bảo
vệ chống sét cho nhà và công trình là không
thể thiếu được Vì vậy việc đầu tư lắp đặt hệ
thống chống sét là cần thiết để nâng cao độ
an toàn nhằm bảo vệ cho người và công trình
Sau đây tác giả xin giới thiệu một số phương
pháp phòng chống sét hiện nay:
II CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÒNG
CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP CHO NHÀ
VÀ CÔNG TRÌNH
Hiện nay, trên thế giới có nhiều phương
pháp và thiết bị phòng chống sét được áp
dụng
Một hệ thống chống sét sử dụng kim
chống sét cổ điển hay hiện đại đều phải có
đầy đủ ba phần chính: kim chống sét, dây dẫn
sét và hệ thống tiếp địa (nối đất)
Hình 2 – Cấu tạo của một hệ thống
chống sét
- Kim chống sét là điểm đầu tiên tiếp nhận
tia sét Tùy vào yêu cầu của từng công trình
cụ thể ta sẽ chọn loại kim phù hợp Trên thị
trường có nhiều loại kim thu sét phóng điện
sớm của các hãng như Ingesco, Liva, LPI,…
- Dây dẫn sét có tác dụng chuyển tải dòng
sét xuống đất dễ dàng và phải chịu được nhiệt
độ phát nóng cục bộ để không bị biến dạng
Ta có thể chọn cáp đồng thoát sét loại có tiết
diện 50mm² trở lên hoặc cáp thoát sét chống
nhiễu chuyên dụng
- Hệ thống nối đất đóng vai trò rất quan trọng trong việc trung hòa dòng sét, đảm bảo hiệu quả bảo vệ của hệ thống chống sét Các thiết bị của hệ thống nồi đất bao gồm các cọc nối đất bằng thép bọc đồng, cáp đồng thoát sét và hóa chất làm giảm điện trở đất Để kết nối các cọc đồng tiếp đất và dây đồng trần thoát sét, ta sử dụng các mối hàn hóa nhiệt Mối hàn này có tác dụng dẫn dòng điện (tốt hơn cả dây dẫn), không bị lão hóa, bị ăn mòn trong một thời gian dài Hóa chất làm giảm điện trở được pha trộn lẫn nhau trong nước
và đổ lên vùng chôn các điện cực để tạo ra một lớp khô cứng đồng nhất Lớp hóa chất này sẽ có tác dụng làm giảm thấp điện trở hệ thống tiếp đất; không bị rửa trôi và bền vững ( không đòi hỏi phải bảo trì) trong nhiều năm; giúp hệ thống cọc tiếp đất chống lại sự ăn mòn của môi trường tự nhiên Sử dụng hóa chất giảm điện trở đất và hàn hóa nhiệt, các
hệ thống tiếp đất chống sét phải đảm bảo yếu
tố có tổng trở nhỏ hơn10 Ohm đối với chống sét trực tiếp và nhỏ hơn 4 Ohm đối với chống sét lan truyền
Ngoài các thành phần như trên, một hệ thống chống sét trực tiếp có thể trang bị thêm các thiết bị đếm sét và hộp kiểm tra điện trở Trước hết là phương pháp dùng lồng Farađây - lồng kim loại bao kín khu vực bảo
vệ Giải pháp này tạo ra một hệ thống bảo
vệ được hình thành từ một mạng lưới kim loại dày bao quanh khu vực cần bảo vệ (lồng Faraday) Mạng lưới kim loại này được nối bởi các dây dẫn đến khu vực tiếp địa Khi sét đánh vào lồng bảo vệ này thì sẽ được thoát xuống bãi tiếp địa thông qua các dây dẫn để trung hòa dòng sét Giải pháp này thích hợp cho các khu vực thường xuyên có tia sét xuất hiện hoặc các khu bảo tàng, lịch sử… Tuy nhiên, phương pháp này khá tốn kém và không khả thi khi áp dụng cho tất cả các công trình
Trang 4
Hình 3 – Công trình được bảo vệ bằng
phương pháp dùng lồng Faraday
Tiếp đến là phương pháp chống sét truyền
thống do Benjamin Franklin (1752) Giải pháp
này tạo ra một hệ thống bảo vệ cho một khu
vực nằm trong bán kính tương đương với
chiều cao từ mặt bằng cần bảo vệ đến đầu
của kim thu sét Kim thu sét loại cổ điển là một
thanh kim loại dẫn điện tốt có đầu nhọn dài,
được lắp tại những nơi cao nhất trong khu
vực cần bảo vệ Kim thu sét này tạo ra một
vùng điện trường lớn hơn những vùng xung
quanh để chủ động thu hút dòng sét tiên đạo
từ đám mây đi xuống Thông qua dây dẫn,
dòng sét sẽ được thoát xuống bãi tiếp địa để
trung hòa và tiêu tán năng lượng, tạo ra sự
an toàn cho công trình cần bảo vệ Giải pháp
này thích hợp cho các khu vực cần bảo vệ có
chiều cao vượt hơn hẳn so với mặt bằng xung
quanh Kiểm chứng trong 250 năm qua cho
thấy phương pháp chống sét của Franklin và
những hệ tương đương phương pháp này có
thể giảm thiệt hại về nhà cửa nhưng lại không
phân tán điện tích và không ngăn chặn tia sét
Hình 4 – Hệ thống chống sét cổ điển
Franklin
Bên cạnh đó, còn có những phương pháp chống sét khác nổi lên trong hàng chục năm gần đây như hệ phát xạ sớm, hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán năng lượng sét), phương pháp hút sét bằng tia laser để chống sét cho các công trình hiện đại như kho chất nổ đạn dược, hạt nhân, các trung tâm máy tính quan trọng (trung tâm điều khiển bay, trung tâm điều hành mạng, ) Giải pháp này cũng là giải pháp chủ động thu hút sét nhưng sử dụng kim thu sét
là loại hiện đại, có khả năng phóng điện sớm Đặc tính của các loại kim này là nó phát ra dòng mồi khá sớm khi điện trường khí quyển chưa đạt đến trị số tới hạn Điều này có nghĩa
là nó chủ động đón bắt dòng sét ở một điểm nào đó trong không gian cách xa công trình
mà nó bảo vệ Tùy từng loại kim thu sét, chiều cao lắp đặt của kim so với mặt bằng cần bảo
vệ mà ta có thể tính được bán kính bảo vệ của kim thu sét (bán kính của khu vực được bảo vệ) Đây là giải pháp hiện tại thường được sử dụng để bảo vệ các nhà máy và các tòa nhà cao tầng
Cuối cùng, cần phải kể đến một dạng phương pháp được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây là dự báo dông sét sớm Nhờ vào các thiết bị hiện đại như ra đa, vệ tinh, các hệ thống định vị phóng điện, người
ta có thể dự báo được khả năng có dông sét xảy ra tại khu vực trong khoảng thời gian từ
30 phút đến vài giờ Các phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong ngành hàng không, điện lực và bảo vệ an toàn cho con người
III Một số nguyên nhân dẫn đến hệ thống phòng chống sét không đảm bảo yêu cầu
Theo khảo sát của Trung tâm đo lường miền Bắc đối với 943 hệ thống phòng chống sét Kết quả cho thấy, hệ thống chống sét không đạt yêu cầu chiếm 11,94% Nguyên nhân: do điện trở tiếp đất không đạt yêu cầu chiếm tỉ lệ 0,75%, kim thu sét bị xuống cấp,
Trang 516 TẠP CHÍ KHOA HỌC
QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ
phạm vi bảo vệ công trình không đảm bảo
chiếm tỉ lệ 1,49%, dây thoát sét bị xuống cấp
, hư hỏng chiếm tỉ lệ 9,7% Sau đây là các
nguyên nhân dẫn đến hệ thống chống sét
không đảm bảo yêu cầu:
- Đơn vị thiết kế không khảo sát điện trở
suất của đất, do đó chưa thiết kế hệ thống
phòng sét phù hợp vì vậy điện trở tiếp đất
không đảm bảo yêu cầu
- Công trình sử dụng lâu năm, bị sự tác
động của mưa bão, hệ thống chống sét bị han
rỉ, xuống cấp, nhưng không được bảo dưỡng
định kỳ nên nhiều công trình không đạt yêu
cầu về kim thu sét và dây xuống Mặt khác,
các cọc nối đất cũng bị hoen rỉ làm tăng điện
trở tiếp đất
- Một số nhà dân, tuy có điều kiện làm nhà
cao tầng, nhưng khi thi công hệ thống phòng
chống sét lại không có thiết kế trên cơ sở
các chỉ tiêu kỹ thuật, thi công hệ thống phòng
chống sét lại phụ thuộc vào sự tư vấn của
người thợ thi công Do đó, phạm vi bảo vệ của
kim thu sét không đủ để bảo vệ toàn bộ ngôi
nhà, dây thoát sét có đường kính nhỏ không
đảm bảo để thoát sét Đặc biệt, điện trở tiếp
đất lại phụ thuộc hoàn toàn vào giá trị điện trở
suất của đất, vì vậy nếu điện trở suất của đất
thấp thì điện trở đạt yêu cầu nhưng ngược lại
thì không đạt yêu cầu
- Một số nhà dân không hiểu biết về cách
phòng chống sét nên không thi công hệ thống
chống sét, nếu có lắp đặt thì chỉ làm qua loa,
hoặc chỉ thi công phần kim để trang trí chứ
không thi công phần mạng tiếp đất Đối với
các cồng trình này thì hoàn toàn không có khả
năng phòng chống sét
Một hệ thống chống sét được tạo ra để bảo vệ kiến trúc một công trình xây dựng, nhằm tránh những thiệt hại bởi dòng sét gây
ra (một dòng sét lên tới 200KA) Một hệ thống chống sét bảo vệ công trình bằng cách nó di chuyển dòng sét xuống dưới đất một cách nhanh chóng, thông qua một đường trở kháng thấp nhất (mà không đi qua một vật dẫn nào khác) Vì vậy, việc lắp đặt hệ thống chống sét rất quan trọng và cấp bách cho công trình
Để chọn được phương pháp cũng như vật tư chống sét phù hợp nhất, đòi hỏi bạn phải hiểu
rõ, nắm về quy luật của hệ thống chống sét
và cần tính toán sao cho hợp lý nhất cho từng công trình
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Chính phủ (2014), Nghị định số 79/2014/NĐ-CP ngày 31/07/2014 quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật PCCC và Luật sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật PCCC
2 TCVN 9385-2012: Chống sét cho công trình xây dựng – Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra
và bảo trì hệ thống
3 NFC 17-102-2011: Protection of structures and of open areas against lightning using early streamer emission air terminals
4 Lê Quang Hải, Lê Thanh Bình, Nguyễn Thanh Hải(2017), Giáo trình phòng cháy các thiết bị điện, Hà Nội
