Tư vấn thiết lập hệ thống chống sét trực tiếp

Do hạn chế về những hiểu biết, do hạn chế về thông tin và do hạn chế về nguồn cung cấp thông tin hỗ trợ đúng đắn dẫn đến coi thường chủ quan các rủi ro trên hoặc do nhận định chủ quan từ việc thiếu thông tin hỗ trợ chính thống dẫn đến quan niệm chi phí xây dựng đắt đỏ hoặc thực hiện không đúng phương pháp dẫn đến các thiệt hại vẫn xảy ra và cho rằng các rủi ro này là không thể ngăn chặn, phụ thuộc hoàn toàn vào may rủi thiên nhiên hoặc số mệnh!

Hàng năm mưa dông kèm sét đánh gây ra những thiệt hại về người và tài sản như gia súc, nhà cửa tại các địa phương, việc trang bị một thi công hệ thống chống sét trực tiếp bảo vệ con người và tài sản cho các đối tượng kể trên có thể thực hiện một cách rất đơn giản và hiệu quả với chi phí cực kỳ hạn chế.Từ những suy nghĩ và nhận định trên chúng tôi quyết định công bố các phương pháp xây dựng, các thiết kế cơ bản hệ thống chống sét trực tiếp đúng kỹ thuật, phù hợp tiêu chuẩn và tiết kiệm chi phí nhất phù hợp với điều kiện kinh tế và nhu cầu của nông thôn cũng như các hộ gia đình tại việt nam. Việc chi phí xây dựng lắp đặt một hệ thống tùy thuộc vào vật liệu, tính thẩm mỹ mà có mức chi phí khác nhau từ chòi canh giữa cánh đồng, chuồng gia súc đến các lán trại nằm giữa khu vực trống trải hay các căn nhà nhỏ, căn hộ liền kề hoặc các biệt thự với diện tích từ vài mét vuông đến vài trăm mét vuông, phương pháp này hoàn toàn có thể mở rộng áp dụng cho các tòa cao ốc, tòa nhà chọc trời bởi tính khả dụng và hoàn toàn áp dụng theo các phương pháp tính toán theo tiêu chuẩn IEC 62305-1..4.

Trong các phương pháp và trường hợp chúng tôi đề cập dưới đây, mục tiêu hỗ trợ cho các đối tượng hạn chế về nguồn thông tin kỹ thuật cũng như khả năng trang bị một cách sơ sài nhất mà vẫn đảm bảo an toàn phục vụ cho các đối tượng tự xây dựng, lắp đặt bảo vệ cho các công trình quy mô nhỏ, công trình tạm với mức kinh phí hạn chế tối thiểu tại các vùng nông thông VN.

Thành phần và phương pháp tính toán xây dựng:

Câp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Giá trị lớn nhất của dòng đánh trực tiếp Giá trị nhỏ nhất của dòng đánh trực tiếp Bán kính của quả cầu lăn
I 200 kA 3 kA 20 m
II 150 kA 5 kA 30 m
III 100 kA 10 kA 45 m
IV 100 kA 16 kA 60 m
Bảng giá trị năng lượng xung sét theo các cấp bảo vệ.

Một hệ thống chống sét trực tiếp cơ bản gồm có các thành phần sau:

  • Hệ thông kim thu sét (có thể riêng rẽ hoặc kết hợp gồm dây dẫn liên kết trên mái công trình với kim thu sét).
  • Hệ thống dây dẫn xuống.
  • Hệ thống tiếp địa ( gồm cọc tiếp địa và dây dẫn liên kết các cọc tiếp địa dưới đất.

Phương pháp xây dựng: Để xây dựng một hệ thống chống sét cho công trình quy mô nhỏ có kích thước cỡ diện tích từ vài chục đến vài trăm mét vuông với điển hình kiến trúc mái như hình minh họa dưới dây có thể thực hiện theo phương pháp sau:

1. Kim chống sét và dây liên kết kim chống sét:

Độ cao của kim thu sét (Lightning Rod) có thể từ vài cm trở lên tùy thuộc vào độ cứng của vật liệu, có đường kính từ Ø16mm hoặc lớn hơn (bằng sắt hoặc đồng hoặc dùng chính dây dẫn liên kết làm kim chống sét tùy thuộc vào khả năng kinh tế).

Dây dẫn liên kết (conductor) trên mái kết nối đến các đỉnh của mái nhà, được cố định trên mái bằng kẹp hoặc vít nở, gắn trực tiếp lên phần ngoài cùng của mái công trình. Các điểm đan chéo giữa các dây dẫn và kết nối với dây dẫn xuống (down conductor) được liên kết với nhau bằng kẹp hoặc hàn hồ quang.

Đối với những ngôi nhà mà mái nhà được làm bằng các chất liệu dễ cháy (mái lá, rơm rạ ..), yêu cầu việc lắp đặt các kim thu sét và các dây dẫn xuống cho ngôi nhà này cần phải có khoảng cách cách ly an toàn với bề mặt mái. Khoảng cách cách ly yêu cầu tối thiểu giữa kim thu sét với đỉnh của mái là 0.6m, giữa dây dẫn thoát sét với bề mặt mái là 0.4m và xuống dưới cách chân mái là 0.15m.

  • Vật liệu dùng để cách ly dây dẫn với mái có thể sử dụng cột bằng tre, gỗ được đóng đinh hoặc buộc cố định bằng dây thép vào các vỉ kèo, thanh xà của mái.
  • Lựa chọn sử dụng vật liệu làm dây dẫn sét là loại thép đặc Ø8mm hoặc lớn hơn, các dây dẫn được bắt cố định trên các cột cách ly bằng các đai giữ, gông inox đảm bảo chắc chắn.
  • Trong trường hợp này, chỉ cần sử dụng các kim thu sét bằng thép Ø16mm cao từ 10 – 20cm, được hàn nối hoặc kẹp chắc chắn với dây dẫn sét gắn ở 2 đầu hồi nhà là đảm bảo an toàn với giá thành chi phí hợp lý, phù hợp với điều kiện thực tế của ngôi nhà cần bảo vệ.
  • Cần lưu ý khi sử dụng phương pháp này vì các cột đỡ bằng tre, gỗ đều phơi ngoài mưa nắng không có biện pháp che chắn, theo thời gian sẽ bị mục nát gây mất an toàn cho người và nhà cửa khi bị gẫy đổ, vì vậy cần định kỳ kiểm tra các cột đỡ xem có đảm bảo an toàn hay không nhất là trong mùa mưa bão, nếu không đảm bảo cần thay thế ngay bằng cột đỡ khác.

Đối với các công trình mái bằng có diện tích lớn (không có nhiều hình khối phức tạp), diện tích mặt bằng mái từ vài trăm đến hàng nghìn mét vuông, khi đó nếu chỉ sử dụng kim thu sét tại các góc mái sẽ không đảm bảo an toàn công trình khi sét đánh vào những điểm ở vị trí giữa mái, vì vậy phương án tối ưu là sử dụng hệ thống thu sét dạng mắt lưới (Mesh).

Căn cứ theo các bảng tra về kích thước, chủng loại lựa chọn vật liệu làm dây dẫn, có thể lựa chọn loại dây dẫn là thép đặc hoặc dây cáp đồng Ø8 – 16mm tùy thuộc vào khả năng kinh tế. Các dây dẫn được bố trí theo chiều ngang và dọc theo bề mặt mái của công trình. Những vị trí dây dẫn đan chéo và liên kết giữa các dây dẫn với nhau được hàn nối chắc chắn bằng mối hàn hồ quang hoặc sử dụng kẹp cáp.

Với phương pháp này, toàn bộ hệ thống thu sét kết hợp với các dây dẫn xuống phủ kín bao quanh tòa nhà tương tự lồng Faraday, bảo vệ toàn bộ công trình an toàn trước các nguy cơ bị sét đánh.

Phương pháp quả cầu lăn (Rolling sphere) được sử dụng để nhận biết các phần không được bảo vệ sét đánh của các công trình cao có nhiều hình khối phức tạp. Bằng cách lăn một quả cầu tưởng tượng với bán kính xác định qua toàn bộ bề mặt tường bao của công trình, khi nó tiếp xúc với bề mặt công trình có thể tạo ra các cú sét đánh và những vị trí này cần phải lựa chọn phương pháp lắp đặt hệ thống thu sét với số lượng kim thu hoặc kích thước mắt lưới thu sét phù hợp với hình dạng bề mặt mái để đảm bảo an toàn cho tòa nhà.

Phương pháp này thường được sử dụng để kiểm tra vùng bảo vệ của bất cứ một thiết kế hệ thống chống sét nào. Nhìn chung, kích thước cầu càng nhỏ thì khả năng bảo vệ chống sét càng tốt nhưng sẽ tốn kém trong quá trình xây lắp hệ thống. Cỡ cầu được khuyến nghị có bán kính từ 20 – 60m, thông thường nên sử dụng cầu có bán kính 60m, còn cầu có bán kính 20m chỉ nên sử dụng bảo vệ cho các công trình dễ cháy.

2. Hệ thống dây dẫn xuống đất:

Chức năng của dây dẫn xuống là dây liên kết từ bộ phận thu sét xuống các cực nối đất. Hệ thống dây dẫn xuống đất có đường kính Ø8-10mm hoặc lớn hơn (bằng sắt hoặc đồng) được hàn hoặc kẹp cố định, liên kết vào kim hoặc dây dẫn liên kết trên mái và được dẫn xuống tối thiểu tại hai vị trí đối xứng nhau của công trình tùy thuộc vào kích thước công trình (chiều dài và rộng mặt bằng).

Sử dụng các đai kẹp, gông inox, để bắt cố định dây xuống vào tường và mái nhà bằng vít nở đảm bảo chắc chắn. Vị trí lựa chọn tùy thuộc vào điều kiện thực tế mặt bằng thi công đóng cọc tiếp địa tại các vị trí tương đối đối xứng nhau nối vào cọc tiếp địa. Thông thường, khoảng cách giữa các dây dẫn xuống quanh tường bao không vượt quá 20m.

Lưu ý, lắp đặt các dây dẫn xuống phải đảm bảo mỹ quan cho công trình và tránh những vị trí có thể gây nguy hiểm cho con người.

3. Hệ thống tiếp địa:

Hệ thống tiếp địa gồm tối thiểu 2 hay nhiều cọc tiếp địa bằng thanh thép xoắn đường kính Ø16 trở lên hoặc thanh thép chữ V có độ dài từ 1m – 2m, có độ cứng đủ lớn để có thể chịu lực đóng xuống nền đất trong rãnh sâu tối thiểu 80-100cm. Vị trí các cọc tiếp địa được đóng tại hai điểm đối xứng nhau cách móng công trình 1m và tối thiểu phải có một sợi dây liên kết chạy trong rãnh nối hai cọc này với nhau theo 2 cạnh của công trình (hai cạnh còn lại có thể không cần chạy dây) bởi dây liên kết đẳng thế tiếp địa có kích thước tối thiểu Ø8 hoặc lớn hơn bằng sắt hoặc đồng tùy thuộc khả năng kinh tế.

4. Tính toán xây dựng hệ thống tiếp địa:

Ví dụ: Tính toán số lượng cọc tiếp địa cho một ngôi nhà nền đất nông nghiệp, sử dụng các cọc thép có đường kính phi 16 (r = 8.10-2m), dài 2m, đóng sâu cách mặt đất 0,5m (chiều dài của cọc l1 = 2.5m), đóng cách nhau 3m (dây dẫn l2 = 3m), dây dẫn được sử dụng là sắt tròn phi 8 (r = 4.10-2m) chôn sâu 0,5m dưới đất.

Căn cứ theo bảng tra, điện trở suất của nền đất nông nghiệp từ: 90 – 150 Ωm. Tính toán ta chia làm 2 trường hợp:

4.1 . TH1 ( ρE = 90 Ωm) :

a. Điện trở nối đất của 1 cọc tiếp địa được tính theo công thức tính gần đúng: Rc1 = 90/(2×3,14×2,5) x ln (2.5/8.10-2) = ~ 19Ω
b. Điện trở nối đất của dây dẫn được tính theo công thức tính gần đúng: Rd1  = 90/(3,14×3) x ln (3/4.10-2) = ~ 39Ω
c. Như vây điện trở tương đương của 1 cọc: Rtd1 = (Rc1 x Rd1) / (Rc1 + Rd1)   = ~ 12Ω

4.2 TH2 ( ρE = 150 Ωm) :

a. Điện trở nối đất của 1 cọc tiếp địa được tính theo công thức tính gần đúng: Rc2  = 150/(2×3,14×2,5) x ln (2.5/8.10-2) = ~ 32Ω
b. Điện trở nối đất của dây dẫn được tính theo công thức tính gần đúng: Rd2   = 150/(3,14×3) x ln (3/4.10-2) = ~ 68Ω
c. Như vây điện trở tương đương của 1 cọc: Rtd2  =(Rc2 x Rd2) / (Rc2 + Rd2) ~ 22Ω

Theo TCVN, điện trở đất đảm bảo an toàn cho hệ thống chống sét trực tiếp phải đảm bảo nhỏ hơn 10Ω. Khi đóng 2 cọc tiếp địa có cùng một giá trị điện trở thì điện trở tương đương của hệ thống tiếp địa sẽ giảm đi ½ giá trị : Rtd= Rtđ1/2

Vì vậy: 

  • Số lượng cọc cần cho TH1 ( ρE = 90 Ωm): Rtd = 12 / 2 = 6 Ω  → N = 2 cọc.
  • Số lượng cọc cần cho TH2 ( ρE = 150 Ωm): Rtd = 22 / 2 = 11 Ω → N = 3 cọc

Tóm lại, đối với trường hợp trên thì bãi cọc tiếp địa cần phải đóng từ 2 – 3 cọc là đảm bảo yêu cầu. Với cách tính toán tương tự, ta sẽ xác định được số cọc cần sử dụng cho hệ thống tiếp địa tại các nơi có địa hình đất khác nhau.

Ví dụ: Hướng dẫn thi công hệ thống chống sét cho công trình nhà cao 3 tầng, nhà mái bằng hình vuông với chiều dài mỗi cạnh mái khoảng 10m, nhà được xây dựng trên nền đất nông nghiệp.

  • Căn cứ theo bảng tra góc bảo vệ α, đối với công trình này sẽ sử dụng 4 kim thu sét cao 1m, đặt tại 4 góc của mái.
  • Sử dụng dây dẫn sét để chạy dọc trên các cạnh bờ tường mái để liên kết các kim thu sét với nhau và 2 dây dẫn xuống bố trí tại 2 góc mái chéo nhau để kết nối dây dẫn sét trên mái với hệ thống tiếp địa.
  • Căn cứ theo các bảng tra về kích thước, chủng loại lựa chọn vật liệu làm dây dẫn, lựa chọn vật liệu làm kim thu sét bằng thép đặc có đường kính Ø16mm và dây thép đặc đường kính Ø8mm làm dây liên kết chung cho toàn bộ hệ thống, với giá thành và chi phí hợp lý mà vẫn đảm bảo an toàn cho toàn bộ công trình. Các dây dẫn được cố định chắc chắn trên tường, các điểm liên kết dây dẫn, liên kết với cọc tiếp địa đảm bảo chắc chắn, đúng yêu cầu kỹ thuật.
  • Hệ thống tiếp địa được sử dụng bao gồm 3 cọc tiếp địa bằng thép phi 16, mỗi cọc dài 2m, được đóng sâu 0,8m dưới mặt đất, các cọc được bố trí gần với dây dẫn xuống, cách tường bao nhà khoảng 1m. Dây liên kết các cọc tiếp địa được chôn ngầm dưới đất và được kết nối với 2 dây dẫn xuống.

Nguồn: (Internet) – Biên soạn bởi: Công ty Công Hùng

0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

Leave a Reply