Các bộ phận của hệ thống chống sét đánh thẳng?

Chống sét đánh thẳng có nhiệm vụ thu năng lượng của dòng điện sét và dẫn dòng điện sét tản vào trong đất, do đó các bộ phận cấu thành phải bao gồm: bộ phận thu sét (kim thu sét, quả cầu thu sét,…), bộ phận dẫn sét (dây thép, dây đồng,…) và bộ phận tản dòng điện sét (nối đất).

Kim thu sét xuất hiện đầu tiên trên thế giới vào năm 1760 do phát minh của Franklin và ngày nay người ta gọi là hệ thống chống sét thụ động Franklin. Khi sét đánh vào đầu kim thu sét Franklin, dòng điện sét được đưa xuống hệ thống nối đất thông qua dây dẫn sét. Kim thu sét Franklin đã tồn tại hàng trăm năm nay và phát huy hiệu quả, ngày nay nó vẫn được sử dụng phổ biến do kết cấu đơn giản, tính toán dễ dàng, giá thành rẻ, tuy nhiên việc lắp đặt không có tính thẩm mỹ.

Một dạng khác của hệ thống thu sét Franklin là dây thu sét. Loại này có tính năng tương tự như kim thu sét nhưng dưới dạng dây kim loại căng ngang phía trên công trình tạo thành một hệ thống lưới thu sét.

Thời gian gần đây trên thị trường xuất hiện hệ thống chống sét tiên tiến, phi truyền thống gọi là chống sét chủ động. Hệ thống này có 2 công nghệ khác nhau: một loại làm việc theo nguyên lý phóng tia tiên đạo sớm, còn loại kia làm việc theo nguyên lý loại trừ sét (phân tán điện tích đám mây).

Bộ phận thu sét

Bộ phận thu sét thường được đặt cao hơn công trình để bán kính bảo vệ của nó phủ kín toàn bộ phạm vi công trình. Độ cao tính toán của kim phải tính gộp cả độ cao của công trình.

Cần lưu ý là một số công trình không cho phép đặt kim lên công trình như: kho thuốc nổ,… vì có thể phát sinh tia lửa điện nguy hiểm.

Kim thu sét Franklin

Kim thu sét Franklin thực chất là một thanh thép mạ kẽm, hoặc thanh đồng mạ thiếc, đường kính tối thiểu Φ16. Chiều dài kim có các loại phổ biến là 300, 500, 600, 1000, 1500, 2000mm. Một đầu kim được mài nhọn để hút sét, đầu còn lại được thiết kế phù hợp để lắp đặt lên kết cấu xây dựng (dạng bulon hoặc tấm đế).

Kim Franklin là loại kim có giá thành chế tạo rẻ nhất, được chế tạo sẵn hàng loạt để bán trên thị trường và thậm chí mỗi công trình có thể thiết kế chủng loại kim riêng.

Các kim Franklin lắp trên mái công trình được liên kết với nhau thành hệ thống bằng đai thu sét.

Dây thu sét

Dây thu sét cũng là một kiểu kim thu sét Franklin và được sử dụng trong các trường hợp sau đây:

• Nhà có mái bằng rất rộng dùng lưới thu sét khẩu độ 10mx20m.
• Công trình đường dây tải điện trên không cần bảo vệ dọc theo tuyến dây.

Dây thu sét là dây đồng trần có tiết diện tối thiểu 25mm2 được lắp ngang qua công trình, cao hơn điểm cao nhất của công trình là 0,1 lần chiều cao công trình.

Kim thu sét tích cực

Đây là loại kim thu sét mới xuất hiện trên thị trường khoảng hơn chục năm trở lại đây với hình dáng, kích thước, mẫu mã và phạm vi bảo vệ khác nhau. Riêng tại thị trường Việt Nam đã có hơn chục hãng khác nhau cung cấp sản phẩm này.

Kim thu sét tích cực còn được gọi là kim thu sét chủ động hoặc là kim thu sét phi truyền thống. Loại kim này đang xâm nhập vào cuộc sống rất mạnh mẽ nhưng chưa thể có một lý thuyết nào kiểm chứng tính hiệu quả của nó, thậm chí một số nước (trong đó có Việt Nam) không công nhận khả năng chống sét của nó. Tuy nhiên một số nước tiên tiến vẫn công nhận và ban hành tiêu chuẩn áp dụng như tiêu chuẩn chống sét NFC-17-102 của Pháp, NFPA-781- F93-TCD của Mỹ,…. Ở Việt Nam tuy không công nhận trong tiêu chuẩn do nhà nước ban hành nhưng trong thực tế vẫn được sử dụng nhiều bằng cách áp dụng tiêu chuẩn nước ngoài để kiểm tra, tính toán.

Xét theo nguyên lý làm việc, có thể chia kim thu sét tích cực thành 2 dòng sản phẩm:

• Loại phóng điện sớm đó là các loại kim thu sét có đặc tính phát ra dòng điện tích mồi sớm khi điện trường khí quyển chưa đạt đến trị số để phóng điện nghĩa là nó chủ động đón bắt dòng phóng điện sét ở một điểm nào đó trong không gian cách xa công trình mà nó bảo vệ. Kim này còn được gọi với các tên khác là kim thu sét tiên đạo sớm, kim thu sét phát xạ sớm. Trên thị trường Việt Nam chủ yếu là loại kim tiên đạo.
• Loại phân tán điện tích (loại trừ sét) đó là các loại kim thu sét có đặc tính tạo ra một lớp điện tích không gian mang điện dương trong vùng khí quyển nằm bên trên đầu kim dựa trên nguyên lý phóng điện điểm. Trường tĩnh điện của đám mây dông càng mạnh thì dòng phóng điện càng mạnh và lớp điện tích không gian càng nhiều, nó tác dụng như một màn chắn tĩnh điện làm cho điện trường giữa đám mây dông và đất yếu đi nghĩa là loại bỏ nguy cơ phóng điện sét. Loại kim chống sét này là công nghệ mới, giá đắt hơn, dùng cho công trình quan trọng như viễn thông và không phổ biến đối với công trình dân dụng.

Bộ phận dẫn sét

Bộ phận dẫn sét còn gọi là dây thoát sét có nhiệm vụ dẫn dòng điện sét (rất lớn) đi xuống đất để không gây nguy hiểm cho công trình xây dựng. Dây dẫn sét có thể làm bằng đồng hoặc thép mạ kẽm nhúng nóng để chống rỉ với tiết diện ≥ 50mm2, thông thường là 70mm2.

Dây thoát sét có một đầu nối vào kim thu sét, một đầu nối vào hệ thống nối đất của công trình.

Dây thoát sét bằng thép thường dùng cho hệ thống kim thu sét Franklin. Với hệ thống chống sét tiên đạo sớm, dây thu sét làm bằng dây đồng không bọc, loại nhiều sợi có tiết diện 70mm2.

Với những công trình có lắp đặt thiết bị nhạy với điện từ trường như tổng đài viễn thông, hệ thống máy tính,… thì dây thoát sét phải là loại dây bọc chuyên dụng có lớp vỏ chống nhiễu. Loại dây thoát sét này có giá thành khá cao.

Lắp đặt dây thoát sét:

• Khi lắp đặt dây thoát sét không có vỏ bọc thì ở độ cao ≤ 3m so với mặt đất phải bọc trong ống cách điện để tránh người chạm phải.
• Với những công trình cao > 28m thì phải dùng 2 dây thoát sét xuống đất.
• Bán kính uốn cong của dây thoát sét > 20cm và tuyệt đối không được bẻ góc 900.
• Cách mặt đất 1m bố trí điểm nối dây (hộp kiểm tra) có thể tháo ra đo điện trở đất vì theo quy định mỗi năm phải kiểm tra điện trở tiếp đất một lần.

Bộ phận tản dòng điện sét

Bộ phận tản dòng điện sét thực chất là hệ thống nối đất có nhiệm vụ phân tán dòng điện sét đi vào các lớp đất xung quanh. Môi trường đất có vô số các điện tích tự do nên có thể trung hòa các điện tích của dòng điện sét thoát xuống.

Về cấu tạo, hệ thống nối đất chống sét cũng giống như hệ thống nối đất an toàn ở trong công trình xây dựng, tức là bao gồm hệ thống cọc và tia đóng theo mạch vòng hay đóng theo mạch thẳng .

Với dòng điện sét rất lớn, nếu không thoát kịp thì năng lượng sét sẽ phá huỷ công trình, do vậy giá trị điện trở nối đất càng bé càng tốt. Theo TCXDVN 9385 : 2012 giá trị điện trở nối đất chống sét phải nhỏ hơn hoặc bằng 10W khi đo ở bất kỳ thời điểm nào trong năm.

Hệ thống nối đất chống sét nên được thiết kế riêng, không nên chung với hệ thống nối đất an toàn của hệ thống điện công trình. Do dòng điện tản vào đất khá lớn nên hệ thống nối đất chống sét thường bố trí ở chỗ khuất, ít người qua lại (ví dụ phía sau nhà, dọc hàng rào,…)

Để đảm bảo sự làm việc chắc chắn của hệ thống nối đất chống sét thì các mối hàn liên kết giữa cọc và tia nên dùng mối hàn hóa nhiệt dạng liên kết phân tử. Với liên kết này thì các mối hàn rất chắc chắn và không bị oxy hóa. Không nên dùng loại mối nối bằng phương pháp kẹp dây.