1. Lý thuyết tính toán : tài liệu [3]
Việt Nam là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm nên rất thuận lợi cho việc phát sinh và phát triển dông sét. Thiệt hại do sét gây ra là rất lớn, ảnh hưởng đến nhiều hoạt động kinh tế xã hội thậm chí cả tính mạng con người. Vì vậy việc đề ra các giải pháp phòng chống sét và lựa chọn các thiết bị chống sét phù hợp là hết sức cần thiết.
Công trình bảo vệ được phân loại theo nhiều cách khác nhau
Theo tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng thì công trình cần được bảo vệ được chia làm 3 cấp:
o Cấp I là các công trình trong đó có tỏa ra các chất khí hay hơi dễ cháy cũng như các bụi hay sợi dễ cháy, dễ chuyển sang trạng thái lơ lửng và có khả năng kết hợp với không khí hay các chất oxy hóa khác tạo thành các hỗn hợp nổ có thể xảy ra trong điều kiện bình thường. Khi xảy ra nổ sẽ gây thiệt hại lớn, có thể gây chết người.
o Cấp II là các công trình giống như cấp I nhưng khi xảy ra cháy nổ chỉ gây hư hỏng nhỏ, không làm chết người.
o Cấp III là các công trình còn lại. Tuy nhiên một số công trình cấp III có tầm quan trọng về chính trị, kinh tế và nguy hiểm cho người thì được phép nâng lên cấp II.
Theo tiêu chuẩn lắp đặt các hệ thống chống sét thì công trình cần bảo vệ được chia làm 2 cấp:
o Cấp I là các công trình có chiều cao không vượt quá 23m.
o Cấp II là các công trình có chiều cao trên 23m.
2. Chọn kim thu sét: tham khảo website :WWW.vtech-electric.com Để bảo vệ chống sét cho cao ốc SAILING TOWER có chiều cao lớn nhất của tòa nhà tại tầng mái là 91 m nên có thể sử dụng kim phóng điện sớm ESE (Early Streamer Emission) loại STORMASTER do công ty LPI của Úc sản xuất.
Nguyên lý của kim phóng điện sớm là tạo ra tia phóng điện đi lên sớm hơn bất kỳ điểm nào trong khu vực bảo vệ, từ đó tạo nên điểm chuẩn để sét đánh vào chính nó và như vậy sẽ kiểm soát được đường dẫn sét và bảo
Kim STORMASTER ESE sử dụng điện trường tự nhiên xuất hiện giữa kim thu sét và đám mây vào thời điểm trước khi có tia sét đánh xuống, đây gọi là phát tia tiên đạo hay phát xạ sớm, chủ động tạo đường dẫn cho sét đánh xuống tại một đỉểm duy nhất là đầu kim và nhanh chóng tản dòng sét xuống đất.
Thông số kỹ thuật của kim STORMASTER ESE:
o Tên sản phẩm : Stormaster ESE 60 o Chiều cao kim : 3m
o Bán kính bảo vệ của kim ESE được xác định theo công thức:
(2 ) (2 )
RP = h D h− + ΔL D+ ΔL
* RP: bán kính bảo vệ (m)
* h: chiều cao đặt kim ESE so với mặt phẳng được bảo vệ (m)
* ΔL: độ lợi khoảng cách (m)
* D: khoảng cách phóng điện tùy thuộc vào mức bảo vệ (D=60m đối với mức 1, I=15kA; D=45m đối với mức 2, I=10kA; D=20m đối với mức 3, I=6kA), chọn khoảng cách phóng điện là D=45m.
L V T Δ = × Δ Với:
• V là tốc độ phát triển của tia tiên đạo đi lên và thường có giá trị là 1,1m/
• thời gian phóng điện sớm tùy thuộc vào loại đầu kim (10 , 25 , 40 , 50 , 60 ), chọn = 40
* Độ lợi khoảng cách:
Δ = × Δ =L V T 1,1 40 44× = m
o Bán kính bảo vệ của kim ESE ở độ cao tính từ đỉnh kim đến mặt phẳng tầng mái:
* h=91m
m x
x L
D L h D h
RP = (2 − )+Δ (2 +Δ ) = 3(2 45−3)+44(2 45+44) =78,5 o Bán kính bảo vệ của kim ESE ở độ cao tính từ đỉnh kim đến mặt đất:
* h=91+3= 94m
m x
x L
D L h D h
RP = (2 − )+Δ (2 +Δ ) = 94(2 45−94)+44(2 45+44) =74,3
Chọn số lượng kim và vị trí đặt kim:
o Ta có sơ đồ mặt bằng với tỉ lệ 1/100 sau :
o Với vị trí đặt kim tại đỉnh cột sắt sẵn có của tòa nhà
Theo số liệu tính toán trên ta thấy RP = 79,5 m (độ cao mái 91m) mà khoảng cách lớn nhất từ đỉnh kim tới điểm xa nhất trên mặt phẳng bảo vệ là : 57,56m.
Ta có thể chọn 1 kim chống sét đã có thể bảo vệ toàn bộ diện tích mặt phẳng bảo vệ
Như vậy với bán kính bảo vệ của kim STORMASTER ESE là 74,3m thì công trình được bảo vệ hoàn toàn.
Dây thoát sét được sử dụng là 2 dây cáp đồng trần 50mm2 do chiều cao của tòa nhà là 91m.
Đồng thời tại trên tầng 23 bổ xung thêm hệ thống lưới cáp đồng S
=25mm2 nhằm tản mác bớt dòng sét 3. Thiết kế hệ thống nối đất chống sét:
Yêu cầu chung của hệ thống nối đất:
o Tản nhanh và an toàn năng lượng sét đánh trực tiếp vào đất.
o Tản an toàn xung quá áp và xung đột biến do sét lan truyền vào đất.
o Bảo vệ an toàn cho người và thiết bị khỏi nguy hiểm do điện áp bước.
o Duy trì các chức năng vận hành của hệ thống điện.
o Vận hành tin cậy, hạn chế việc bảo trì.
o Tuổi thọ cao.
o Điện trở nối đất:Rnđ < 10 Ω
Hệ thống nối đất để tản dòng sét gồm 5 cọc thép mạ đồng dài L=3m, đường kính d=16mm, khoảng cách giữa 2 cọc liên tiếp là a=6m và cọc được chôn cách mặt đất 0,8m, điện trở suất của đất đo vào mùa khô là đất
= 100 Ωm điện trở của đất vào mùa khô là đất = 1,4x100 = 140Ωm. Để nối 5 cọc lại với nhau ta sử dụng dây cáp đồng trần.
o Điện trở nối đất của một cọc:
4 2 140 4 3 2 0,8 3
ln ln 34,8
2 1,36 4 2 3,14 3 1,36 0,016 4 0,8 3
c
L h L
r L d h L
ρ π
+ × × +
⎛ ⎞ ⎛ ⎞
= ⎜⎝ × ⎟⎠× + = × × ⎜⎝ × ⎟⎠× × + = Ω
* Với số cọc là n=5; c = 0,81. Điện trở của hệ thống 5 cọc là:
34,8 8,6 5 0,81
c c
c
R r
n η
= = = Ω
× ×
o Điện trở xung của hệ thống cọc với c = 0.7(bảng 7.4 trong tài liệu An Toàn Điện của TS.Quyền Huy Ánh trang 133):
0,7 8,6 6,02
cx c c
R =α ×R = × = Ω
Để nối 5 cọc với nhau ta sử dụng cáp đồng trần tiết diện 50mm2, đường kính d=8mm.
o Điện trở nối đất của dây cáp đồng trần nối với cọc với tổng chiều dài là Ld=4x6=24m:
4 140 4 24
ln 1 ln 1 11,31
3,14 24 0,8 0,008
d d d
r L
L h d
ρ π
⎡ ⎛ ⎞ ⎤
⎡ ⎛ ⎞ ⎤ ×
= ⎢⎣ ⎜⎝ × ⎟⎠− =⎥⎦ × ⎢⎢⎣ ⎜⎝ × ⎟⎠− =⎥⎥⎦ Ω
o Hệ số sử dụng của dụng của dây là ηd = 0,86. Điện trở nối đất của dây cáp đồng nối 5 cọc khi xét đến hệ số sử dụng của dây là:
11,31
2, 63 5 0,86
d d
d
R r
n η
= = = Ω
× ×
o Điện trở xung của hệ thống dây cáp nối 5 cọc với d = 1,2 là:
Rdx =αd×Rd =1,2 2,63 3,156× = Ω o Điện trở nối đất xung của toàn hệ thống:
6, 02 3,156
2, 07 10 6, 02 3,156
cx dx
HTX
cx dx
R R
R R R
× ×
= = = Ω < Ω
+ +
Bản vẽ sơ đồ nguyên lý chi tiết, bản vẽ bố trí kim thu sét và hệ thống nối đất xem trong bản vẽ số TN 01 – 02 -03 - 04.