Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________

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.
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

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.
2
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
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
÷ 10
6
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 10
13
÷10
14
ion/m
3
.
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).
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

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
÷ 10
19
ion/m
3
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
÷ 1,5.10
8
m/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):
i
s
= 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

+ Thời gian đầu sóng (τ
đs
): là thời gian mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trò cực đại.
+ Độ dốc dòng điện sét: a = di
s
/dt.
+ Độ dài dòng sét (τ
s
): là thời gian từ đầu dòng sét đến khi dòng sét giảm ½ biên độ.
Hình 5.1: Dạng sóng dòng điện sét.
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:
V
I
= e
-is/60
= 10
-is/60
, hay lgV
I
= -i
s
/60 (đường cong1).
+ Cho vùng núi cao:
V
I
= 10

Điện áp đầu ra của khung: U = M(di
s
/dt)
max
.
Độ dốc lớn nhất của dòng điện sét chạy qua cột: a = (di
s
/dt)
max
, (KA/µs).
* Xác suất xuất hiện độ dốc có thể tính theo:
+ Cho vùng đồng bằng: V
a
= e
-a/15,7
= 10
-a/36
+ Cho vùng núi cao: V
a
= 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:
(S + 3h

> - 100
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 Đòa phương Ngày
dông/năm
T
T
Đòa phương Ngày
dông/năm
1
2
3
4
Bà ròa - Vũng tàu
Bắc thái - Thái nguyên
Bình đònh - Qui nhơn
Bình thuận - Phan thiết
77,8
96,9
52,1
80,7
26
27

22
23
24
25
Cao bằng
Đắc lắc
Đồng tháp - Cao lãnh
Gia lai - Pleiku
Hà bắc - Bắc giang
Hà giang
Hà nội - Láng
Hà tây (Sơn tây)
Hà tónh
Hải hưng - Hải dương
Hưng yên
T.P Hồ Chí Minh
Khánh hòa - Nha trang
Kiên giang - Rạch giá
Phú quốc
Lai châu
Lạng sơn
Lào cai
Lâm đồng - Đà lạt
Minh hải - Cà mau
Nam hà - Nam đònh
93,7
112,2
129,9
96,8
101,3

44
45
46
47
48
49
50
Quảng ngãi
Quảng ninh - Hòn gai
Quảng trò - Đông hà
Sông bé - Phước long
Sơn la
Tây ninh
Thái bình
Thanh hóa
Thừa thiên - Huế
Tiền giang - Mỹ tho
Trà vinh - Càng long
Tuyên quang
Yên bái
Côn đảo
Trường sa
Phú liễn
Mống cái
Tam đảo
Phú thọ
Điện biên
Sapa
75,2
87,1

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)
7
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
+ Cột gắn kim thu sét (2)
+ Dây dẫn truyền năng lượng sét xuống đất (3)
+ Bộ phận nối đất (4).
Hình 6.1: Cột thu sét.

Kim thu được làm bằng thép cán với nhiều loại tiết diện khác nhau, đỉnh kim không nhỏ hơn
100mm

2
(theo TCN - 46 - 71).
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 biên đô dòng sét có thể xác
đònh bằng công thức : Ds = 6,7.I
0,8
,m
Với I : là biên độ dòng sét (KA) phụ thuộc vào mức bảo vệ.
9
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
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

______________________________________________________________________________________________________________________
2
- Ở độ cao h
x
> h thì:
3
h
x
r
x
= 0,75h(1 - ) p
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:
a a
h - h
o
= ⇒ h
o
= - h
o
7 7
8
Các phần bên ngoài giống như trường hợp 1 cột, còn phần bên trong được giới hạn bởi

ngang cắt đường sinh của cột h
1
tại một điểm, điểm này xem như là
đỉnh của cột thu sét giả tưởng .
h
1
’ = h
2
và khu vực bảo vệ giữa 2 cột h
2
và h
1
’ 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 h
x
sẽ nằm trong vùng được bảo
vệ nếu thỏa mãn điều kiện :
D ≤ 8(h - h
x
) với h ≤ 30m
D ≤ 8(h - h
x
)p với h > 30m
Hình 14.1: Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét .
12
Đồ n Tốt Nghiệp

mức cao tới :
h
o
= h - S/4p.
13
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
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 h
DD
được bảo vệ là
khoảng cách S giữa 2 DCS phải thỏa điều kiện :
S < 4p (h
DCS
- h
DD
)
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 h
DD

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.
14
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
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.

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.
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.
16
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
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.

+ 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:
17
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
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. (K
I
/K
m
). l
Trong đó:
+ n : là hệ số phụ thuộc vào số dây dẫn sét của kim thu sét.
n = 1 : khi có 1 dây dẫn sét.
n = 0,6 : khi có 2 dây dẫn sét.

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:
Loại điện cực
18
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
S3000 ESE Phóng xạ Thông thường
Chỉ cần một điện cực Chỉ cần một điện cực nhưng
loại bảo vệ này hiện nay
cấm dùng ở nhiều nước
Cần nhiều điện cực trên nóc
tòa nhà
Chỉ cần một điện cực bảo
vệ cho toàn bộ gồm nhà và
các vùng phụ cận
Giống S3000. Tuy nhiên
bán kính thu hút sét còn bò
nghi ngờ.
Chỉ cho nhà được bảo vệ.
Không bảo vệ được cho các
vùng công cộng

được nẹt điện biên gây
chết người, hư hỏng thiết bò
Dây dẫn xuống cũ, kỹ thuật
không tiên tiến bằng
ERICORE
Dây dẫn xuống thông thường
không có hiệu quả
Dễ lắp đặt, không tốn kém,
dây dẫn xuống không gây
trở ngại có thể đặt bên
trong
Giống S3000 Rất khó lắp đặt, đắt tiền, dây
đặt bên ngoài không có mỹ
quan, bò oxy hóa
Yêu cầu bảo dưỡng ít Phải kiểm tra hàng năm để
bảo đảm nguồn phóng xạ
không nguy hiểm. Một vài
điện cực có nguồn cung cấp
riêng đòi hỏi bảo dưỡng và
thay thế thường xuyên
Hầu như không thể bảo
dưỡng xem như hệ thống
trong điều kiện làm việc
Có thiết bò đếm sét Không có thiết bò đếm Không có thiết bò đếm
Mỗi dự án S3000 khách
hàng sử dụng một CAD
chương trình, nhờ đó việc
tính toán bán kính thu sét
của Dynasphere nhanh
chóng, dễ dàng, chính xác.

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:
20
Đồ n Tốt Nghiệp
______________________________________________________________________________________________________________________
- Đầu thu sét Dynasphere: là điểm đầu tiên để bắt sét đánh vào cấu trúc mà nó bảo vệ.
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.

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 300mm
2
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:
- Điện cực sẽ phản ứng một cách động học với sự xuất hiện của luồng sét bằng cách tạo
ra các điện tử tự do và hiện tượng quang ion hóa giữa bề mặt quả cầu và mũi nhọn của cọc tiếp
đất.
-Vầng quang chỉ xảy ra khi có sự đến gần của tia chớp.Vầng quang không xảy ra do
trường tónh điện của cơn dông ở phía trên trừ khi có sự hoạt động của luồng điện phóng trong
vùng.
- Đầu thu không gây ra nhiễu sóng vô tuyến tần số cao, ngoại trừ khoảng miligiây sự tiến
đến của tia tiên đạo.
- Đầu thu không phóng xạ nên không cần xin giấy phép sử dụng.
- Hìng dạng bên ngoài của đầu thu nhằm giảm nhỏ sự hình thành vầng quang dưới trường
tónh điện của cơn dông.
- Đầu thu không cần pin hay nguồn cấp năng lượng nào bên ngoài cho bất kỳ bộ phận nào

2 2.4. Nguyên lý hoạt động:
Ở dạng đơn giản Dynasphere gồm một thanh kim loại nhọn đầu được nối đất và một
quả cầu kim loại bọc lấy thanh. Một trở kháng cao nối quả cầu và thanh nhọn.
Trong điện trường tương đối ổn đònh xảy ra dưới một cơn dông. Dynasphere là một
thiết bò thụ động. Trong trường tónh điện này quả cầu được nối đất qua trở kháng và gây ra
corona cực tiểu do dạng hình học của nó.
Trong trường điện động, khi có sự gia tăng nhanh chóng và đột
ngột của điện trường khí quyển, qúa trình qúa độ xày ra,việc
tiếp cận một tia phóng xuống tạo thành một điện dung ghép
giữa tia phóng xuống và mặt cầu.
Mặt cầu sẽ phản ứng lại sự tăng nhanh điện trường bằng
cách tăng thế do hằng số thời gian dài tạo bởi kênh tónh trở
kháng cao. Một khe phóng điện được hình thành do sự chênh
lệch thế giữa quả cầu và thanh. Tác động này làm thiết bò giải
phóng năng lượng đã tích luỹ dưới dạng ion, tạo ra mộït đường
dẫn tiên đạo về phía trên chủ động dẫn sét.
Hình 2.2
2.2.5. Nguyên lý xác đònh vùng bảo vệ :
Vùng bảo vệ được xây dựng từ một bán cầu phóng điện và một parabol giới hạn bán
cầu đó. Tùy theo mức độ bảo vệ công trình, tương ứng với điện lượng hay cường độ sét, mà ta
xác đònh được vùng bảo vệ khác nhau .
Kim thu sét Dynasphere được đặt trên công trình sao cho vùng bảo vệ của nó phủ
khắp vùng thu sét của các điểm cạnh tranh của cấu trúc ( đỉnh nhọn nhô ra, góc nhọn, gờ
mái, ) hay nói cách khác bán kính vùng bảo vệ R
bv
của Dynasphere phải bao trùm bán kính
vùng cạnh tranh R
ct
của các điểm cạnh tranh .
Bán kính vùng bảo vệ tùy thuộc vào độ cao công trình, độ cao thanh đỡ và mức độ bảo

Dạng sóng xung được chọn tương đối chậm, có thời gian tăng 200 microgiây. Dạng này
gần giống với độ tăng điện trường nhận được khi một điểm phóng tiếp cận đất. Dạng sóng
1,2/50s thường được dùng biểu diễn dạng sóng quá điện áp khí quyển.
Do khoảng cách phóng điện rất ngắn trong phòng thí nghiệm cần tạo xung gần với
ngưỡng chọc thủng để tìm sự khác biệt giữa các đầu thu thử nghiệm và đối chứng.
Thí nghiệm 1: 2 Dynasphere được đặt ở các vò trí thử nghiệm. Mục đích của thử nghiệm là
xem xét một Dynasphere tích cực có ưu điểm gì hơn một thiết bò thụ động. Đảo ngược các thiết
bò tích cực và thụ động mà không phải thay đổi bất kỳ thông số vật lý nào. Kết quả lấy trung
bình theo cách loại bỏ các mâu thuẩn trong sơ đồ thử nghiệm vật lý.
Trước khi thử nghiệm một chuỗi điện tích được tạo ra để đánh giá ngưỡng phóng điện.
Điện áp nạp 65,7KV xấp xỉ một xung áp 1314KV, độ ẫm 70%, áp suất 1012mB, nhiệt độ 30
o
C.
Kết quả:
Thí nghiệm Đầu thu tích cực Đầu thu thụ động Không phóng
A
B
(Đảo ngược các
đầu thu)
Tổng cộng
15
6
21
6
5
11
9
9
18
Quả cầu tích cực chứng tỏ hiệu quả gần gấp đôi quả cầu thụ động.

xuống) dòng sét trở về có thể có biên độ 100KA sẽ phá hủy thiết bò đo. Tuy nhiên nhờ thiết bò
chụp hình và quay video hiện đại mà không nhất thiết phải ghi nhận một cú sét đánh trực tiếp.
- Vật đối chứng là cột Franklin được so sánh với một đầu thu thử nghiệm ở cùng chiều cao.
Dây thu lôi được tiếp đất qua một điện trở, một dòng điện ghi nhận được tại chân tiếp đất và
được truyền tới máy biến đổi điện A/D (Analoque / Digital).
-
Nguồn điện từ xa đến máy A/D được cung cấp bởi pin mặt trời. Dây cáp bằng sợi quang
học được dùng để truyền tải thông tin đến một bộ số hóa cao tốc lưu trữ thông tin trong bộ nhớ
256KB. Sau đó thông tin biến đổi được truyền đến một máy tính IBM có đóa cứng 30MB. Chiều
cao của các cột là 6m và đặt cách 20m để đảm bảo không có nhiễu điện trường do tác dụng
tương hổ.
Kết quả sơ bộ cho thấy thời gian bắt đầu tia phóng lên của một cột Franklin sau quả cầu
thử nghiệm là 50microgiây và dòng phóng lên của quả cầu lớn hơn 2 - 3 lần tại mọi thời điểm kể
từ lúc mở đầu.
2 2.7. Ưu điểm của đầu thu:
- Tính chủ động tạo đường dẫn sét:
Tất cả các cấu trúc trên công trình đều có khả năng tạo ra kênh dẫn về phía trên. Tuy
nhiên, vấn đề thời gian

tạo ra chúng mới là quan trọng. Một đầu thu sét tạo tia tiên đạo có thể
tạo một đường dẫn sét về phía trên sớm hơn một khoảng thời gian T so với loại kim thu sét
thông thường. Đại lượng này được xác đònh trong phòng thí nghiệm cao áp và ngoài hiện trường
25