------

Đồ án tốt nghiệp
Sét và các giải pháp phòng
chống sét

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ban đầu xuất phát từ mây giông một tia tiên đạo sáng mờ, phát triển thành từng
đợt gián đoạn về phía mặt đất, với tốc độ trung bình khoảng 10
5
- 10
6
m/s. Kênh tiên
đạo là một dòng plasma mật độ điện khoảng 10
13
÷ 10
14
ion/m
3
, một phần điện tích âm
của mây giông tràn vào kênh và phân bố tương đối đều dọc theo chiều dài của nó.
Thời gian phát triển của tia tiên đạo mỗi đợt kéo dài trung bình khoảng 1μs.
Thời gian tạm ngưng phát triển giữa 2 đợt khoảng 30 - 90μs.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 11
Đường đi của tia tiên đạo trong thời gian này không phụ thuộc vào tình trạng
mặt đất và các vật trên mặt đất, do đó nó gần như hướng thẳng về phía mặt đất. Cho
đến khi tia tiên đạo đạt đến độ cao đònh hướng thì mới bò ảnh hưởng bởi các vùng điện
tích tập trung dưới mặt đất.
b) Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa :

Dưới tác dụng của điện trường tạo nên bởi điện tích của mây giông và điện tích
trong kênh tiên đạo, sẽ có sự tập trung điện tích trái dấu trên vùng mặt đất phía dưới
đám mây giông. Nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn đồng nhất thì nơi điện tích tập
trung sẽ nằm trực tiếp dưới kênh tiên đạo, nếu vùng đất phía dưới có điện dẫn khác
nhau thì điện tích chủ yếu tập trung ở vùng kế cận nơi có điện dẫn cao như vùng quặng

chủ yếu sáng chói ( đó chính là chớp ).
Tốc độ phát triển của kênh phóng điện ngược vào khoảng 1,5 . 10
7
÷ 1,5.10
8
m/s
tức là nhanh gấp trên trăm lần tốc độ phát triển của kênh tiên đạo. Khi kênh phóng
điện chủ yếu lên tới đám mây thì số điện tích còn lại của đám mây sẽ theo kênh phóng
điện chạy xuống đất và tạo nên dòng điện có trò số nhất đònh.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 12
Kết quả quan trắc cho thấy rằng: phóng điện sét thường xảy ra nhiều lần kế
tiếp nhau trung bình là 3 lần. Các lần phóng điện sau có dòng tiên đạo phát triển
liên tục ( không phải từng đợt như lần đầu ), không phân nhánh và theo đúng qũy
đạo của lần đầu nhưng với tốc độ cao hơn ( 2. 10
6
m/s). Điều này được giải thích:
đám mây giông có thể có nhiều trung tâm điện tích khác nhau hình thành do các
dòng không khí xoáy trong mây. Lần phóng điện đầu tiên dó nhiên sẽ xảy ra giữa
đất và trung tâm điện tích có cường độ điện trường cao nhất. Trong giai đoạn phóng
điện tiên đạo thì hiệu điện thế giữa các trung tâm này vơí các trung tâm khác không
thay đổi và ít có ảnh hưởng qua lại. Nhưng khi kênh phóng điện chủ yếu đã lên đến
mây thì trung tâm điện tích đầu tiên của đám mây thực tế mang điện thế của đất,
điều này làm cho hiệu thế giữa trung tâm điện tích đã phóng tới trung tâm điện thế
lân cận tăng lên và có thể dẫn đến phóng điện giữa chúng với nhau. Trong khi đó
thì kênh phóng điện cũ vẫn còn một điện dẫn nhất đònh do sự khử ion chưa hoàn
toàn, nên phóng điện tiên đạo lần sau theo đúng quỹ đạo đó, liên tục và với tốc độ
lớn hơn lần đầu.


ds
t
s
Is

i
Dòng điện sét có dạng một sóng xung. Thường trong khoảng vài ba micro giây
dòng điện tăng nhanh đến trò số cực đại tạo thành phần đầu sóng, sau đó giảm chậm
trong khoảng 20 - 100 μs tạo nên phần đuôi sóng.
Các thông số chủ yếu :
♦ Biên độ dòng sét : là giá trò lớn nhất của dòng điện sét.
♦ Thời gian đầu sóng (t
ds
) : là thời gian dòng sét tăng từ 0 đến giá trò cực đại.
♦ Độ dốc dòng điện sét : a = di
s
/dt
♦ Độ dài dòng điện sét (t
s
) : là thời gian từ đầu dòng điện sét đến khi dòng
điện giảm bằng 1/2 biên độ.
a) 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 giông.
Để đo biên độ dòng sét người ta dùng rộng rãi hệ thống điện thiết bò ghi từ.
Xác suất xuất hiện dòng sét có thể tính gần đúng theo công thức :
♦ Cho vùng đồng bằng : V
I
= e
-Is/26

x
)(L+3h
x
)n
N = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
10
6
trong đó :
W:chiều rộng của công trình
L:chiều dài của công trình
h
x
:chiều cao tính toán của công trình
n:số lần sét đánh trung bình trên 1km
2
trong năm xảy ra ở đòa phương
Mật độ của sét là số lần sét đánh trung bình trên một đơn vò diện tích mặt đất
(1km
2
) trong một ngày sét.
Cường độ sét cũng như mật độ sét thay đổi theo vùng lãnh thổ.
4. Các tác hại do sét :
a) Khi sét đánh trực tiếp :
Do năng lượng của một cú sét lớn nên sức phá hoại của nó rất lớn khi một công
trình bò sét đánh trực tiếp có thể bò ảnh hưởng đến độ bền cơ khí, cơ học của các thiết bò
trong công trình, nó có thể phá hủy công trình, gây cháy nổ...trong đó :
• Biên độ dòng sét ảnh hưởng vấn đề quá điện áp xung và ảnh hưởng đến độ
bền cơ khí của các thiết bò trong công trình.
• Thời gian xung sét ảnh hưởng đến vấn đề quá điện áp xung trên các thiết bò.
• Thời gian tồn tại của xung sét thì ảnh hưởng đến độ bền cơ học của các

♦ Kim thu sét gắn trên đỉnh của một cột nâng đặt trên đỉnh cao nhất của tòa nhà được
bảo vệ.
♦ Một hay hai dây dẫn xuống nối từ kim xuống đất.
♦ Một hay hai hệ thống nối đất để tản dòng điện sét vào đất.
a. Kim Franklin (kim đơn giản) :
Có phạm vi bảo vệ nhỏ, hình dáng bên ngoài không hấp dẫn, khó khăn và
tốn nhiều thời gian để đặt trang thiết bò, ít tin tưởng trong vận hành, mức độ hiệu
quả không rõ rệt, khá đắt tiền.
b. Kim với thiết bò kích :
Có nhiều loại của nhiều hãng khác nhau, trong phạm vi đề tài này chỉ đề cập
đến kim PREVECTRON một sản phẩm của hãng INDELEC (Pháp).
PREVECTRON là một thiết bò thu sét tạo tia tiên đạo, với một thiết bò tự động kích
phóng điện tích. Nó được dùng khi đòi hỏi một vùng bảo vệ rộng.
B. Đai và lưới chống sét :
Hệ thống bảo vệ này được thành lập từ một mạng lưới kim nhỏ (30 - 50cm)
và các dây dẫn dọc hay ngang được nối với một số điện cực đất. Hệ thống này chỉ
bảo vệ khép kín cho một tòa nhà.
2. Chống ảnh hưởng của sét lan truyền :
Để chống ảnh hưởng lan truyền từ dây điện lực hay thông tin, người ta lắp đặt
một hệ thống cắt và lọc sét trước khi các đường dây này đi vào công trình.

ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP

TRANG 16

TRANG 18
Chương 2
TIÊU CHUẨN CHỐNG SÉT NFC 17-102
( Dùng loại thiết bò thu sét tạo tia tiên đạo )

Tiêu chuẩn này cung cấp thông tin cho các nhà thiết kế hệ thống bảo vệ
chống sét cho các công trình ( nhà máy, cao ốc...) và các khu vực rộng dùng loại thu
và dẫn sét tạo tia tiên đạo.
Hiện tượng sét là hiện tượng thiên nhiên, do đó không thể đảm bảo độ an
toàn tuyệt đối cho các cấu trúc cần bảo vệ. Tuy nhiên, hệ thống bảo vệ chống sét
thiết kế và lắp đặt đúng theo tiêu chuẩn này sẽ đảm bảo độ an toàn cao nhất cho
công trình, giảm đến mức thấp nhất các tác hại của sét.
Việc quyết đònh thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét cho công trình phụ thuộc
vào yếu tố sau: khả năng sét tại vùng đó và tác hại của sét đối với công trình. Một
số công trình cần có hệ thống bảo vệ chống sét là:
• Công trình công cộng thường xuyên có nhiều người.
• Các tháp cao, ống khói...
• Công trình chứa vật liệu dễ cháy, dễ nổ.
Trong giai đoạn thiết kế, thi công công trình cần phải đặc biệt chú ý các vấn
đề sau đây:
• Cân nhắc, lựa chọn các cấu trúc trong công trình cần phải bảo vệ chống
sét, trong đó phải có ý kiến của các nhà chuyên môn: kiến trúc sư, kỹ sư,
nhà lắp đặt...
• Cân nhắc, lợi dụng các kết cấu tự nhiên có sẵn trong công trình để lắp đặt
hệ thống chống sét.
I.
CÁC QUY ĐỊNH VÀ KHÁI NIỆM CHUNG
:
1. Phạm vi áp dụng và đối tượng :
a. Phạm vi áp dụng :

• Một hay nhiều dây dẫn sét .
• Một hộp kiểm tra cho mỗi dây dẫn sét .
• Một khớp nối có thể cách ly giữa hệ thống nối đất chống sét với các hệ thống
nối đất khác trong công trình .
• Một đầu nối đất cho mỗi dây dẫn sét .
• Một hay nhiều dây dẫn nối các đầu nối đất với nhau .
• Một hay nhiều thanh cân bằng thế .
• Một hay nhiều thanh cân bằng thế nối với chống sét của trụ angten.
* Các thành phần bên trong hệ thống chống sét :
♦ Một hay nhiều dây cân bằng thế .
♦ Một hay nhiều thanh cân bằng thế .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 20
♦ Nối đất của hệ thống nối đất của công trình .
♦ Dây nối đất chính .
♦ Một hay nhiều thiết bò chống quá điện áp xung .
II
. SỰ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CHỐNG SÉT NẰM BÊN NGOÀI CÔNG
TRÌNH
1. Tổng quan :
+ Giai đoạn thiết kế :
Giai đoạn này bao gồm các công việc lựa chọn cấp bảo vệ dự trù, vò trí đặt
đầu kim thu sét, đường đi của dây dẫn sét, vò trí và kiểu của hệ thống nối đất.
Các yêu cầu về kiến trúc, mỹ thuật phải được chú ý khi thiết kế hệ thống
chống sét. Tuy nhiên, đôi khi điều này làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu quả
của hệ thống chống sét.
+ Giai đoạn khảo sát :
Giai đoạn này chia làm 2 phần :
a/ Đánh giá khả năng sét đánh vào công trình và lựa chọn cấp bảo vệ cho

a. Nguyên tắc chung :
Một đầu thu sét tạo tia tiên đạo bao gồm một kim thu sét trung tâm có đầu
nối với dây dẫn sét, một thiết bò ion hóa để tạo tia tiên đạo.
Vùng bảo vệ của loại đầu thu sét tạo tia tiên đạo được tính toán ở phần sau .
Độ lợi về thời gian tạo đường dây dẫn sét tiên đạo của loại đầu thu sét tạo tia tiên
đạo được trình bày ở phần b.
b. Độ lợi về thời gian tạo đường dẫn sét (ΔT):
Một đầu thu sét loại tạo tia tiên đạo được đặc trưng bằng độ lợi về thời gian
tạo ra đường dẫn sét chủ động của nó. Đại lượng này được xác đònh khi so sánh thời
gian tạo ra đường dẫn sét về phía trên của một đầu thu sét tạo tia tiên đạo và một
kim thu sét thông thường ở trong cùng một điều kiện sét.
ΔT = T
SK
- T
ESE

Trong đó :
T
SK
: là thời gian tạo ra đường dẫn sét về phía trên của một kim thu sét
thông thường.
T
ESE
: là thời gian tạo ra đường dẫn sét về phía trên của một đầu thu sét loại tạo
tia tiên đạo.
c. Kiểm tra đánh giá đầu thu sét tạo tia tiên đạo :
Quá trình kiểm tra đòi hỏi xác đònh độ lợi về thời gian tạo ra đường dẫn sét
của chúng.
Các điều kiện giông bão thực tếø được tạo nên trong phòng thí nghiệm cao áp.
d. Xác đònh vò trí đặt đầu thu sét :

Dây dẫn sét được nối với đầu thu sét bằng những khớp nối đặc biệt có khả
năng tiếp xúc tốt và chống ăn mòn cao.
Nếu một công trình cần nhiều đầu thu sét thì có thể nối chúng với nhau bằng
những vật liệu thích hợp trong bảng dây dẫn sét, ngoại trừ vò trí của chúng yêu cầu
phải vòng lớn hơn 1,5m.
3. Trụ đỡ :
Độ cao của đầu dây dẫn sét so với công trình phụ thuộc vào trụ đỡ. Nếu trụ
đỡ của đầu thu sét có dây neo bằng loại dây dẫn điện, thì phải nối điểm cuối cùng
của dây neo với dây dẫn sét bằng những vật liệu trình bày trong bảng dây dẫn sét.
4. Dây dẫn sét :
a. Nguyên tắc chung :
Dây dẫn sét có tác dụng dẫn dòng sét xuống hệ thống nối đất. Dây dẫn sét
nên đặt bên ngoài công trình, ngoại trừ các trường hợp đặc biệt.
b. Số lượng dây dẫn sét :
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TRANG 23
Một đầu thu sét tối thiểu phải có một dây dẫn sét. Trong các trường hợp sau
đây thì yêu cầu phải có hai dây dẫn sét.
• Khi hình chiếu đứng của dây dẫn sét lớn hơn hình chiếu bằng của nó.
• Khi đầu thu sét được lắp trên cấu trúc cao hơn 28m.

c. Đường đi của dây dẫn sét :
A

Dây dẫn sét trước khi tiếp xúc với hệ thống nối đất phải được bọc bằng vỏ
kim loại hay vật liệu chòu nhiệt cao trong khoảng 2m kể từ mặt đất.
d. Trường hợp dây dẫn sét đặt bên trong công trình :
Khi dây dẫn sét không thể đặt bên ngoài công trình thì có thể đặt chúng trong
những ống cách ly bằng vật liệu chống cháy có tiết diện lớn hơn 2000 mm
2
và đặt
chúng nằm hoàn toàn hay một phần trong công trình. Trong trường hợp này phải
tuân theo các tiêu chuẩn ở phần 2 hay 3 của tiêu chuẩn này.
e. Trường hợp công trình được bao bọc bằng những tấm kim loại hay đá hay
các loại vật liệu khác :
Dây dẫn sét nên đặt phía sau các tấm bao bọc đó và gắn chắc chắn vào
tường hay cột. Trong trường hợp các tấm bao bọc là kim loại thì phải nối chúng vào
dây dẫn sét một cách chắc chắn.
* Vật liệu làm dây dẫn sét và kích thước yêu cầu:
Dây dẫn sét có thể là cáp tròn hay dẹp hay cáp nhiều sợi. Tiết diện thực của
chúng phải lớn hơn hay bằng 50 mm
2
và được trình bày trong bảng:
DÂY DẪN SÉT
Vật liệu Tính chất, gợi ý khi dùng Kích thước tối thiểu
Dây đồng trần điện phân
mạ thiếc
Tính dẫn tốt và chống ăn
mòn cao
Dây dẹp 30x2mm . Dây
tròn đường kính 8mm .
Cáp nhiều sợi 30 x3,5mm
Thép không rỉ 18/10-304 Chống ăn mòn cao Dây dẹp 30x2mm
Dây tròn đường kính 8mm