Sét là một hiện tượng phóng điện tự nhiên có năng lượng rất lớn, xảy ra khi có sự chênh lệch điện thế mạnh giữa đám mây và mặt đất hoặc giữa các đám mây với nhau. Mỗi cú sét có thể mang theo dòng điện hàng chục đến hàng trăm kiloampere, kèm theo nhiệt độ rất cao và trường điện từ mạnh. Khi sét đánh xuống khu vực có công trình, hệ thống điện hoặc con người, nó có thể gây ra cháy nổ, hư hỏng thiết bị, gián đoạn hoạt động và thậm chí đe dọa trực tiếp đến tính mạng.
Trong thực tế, không chỉ những công trình cao tầng hay nằm trên đồi núi mới chịu rủi ro từ sét. Các nhà ở dân dụng, nhà xưởng, văn phòng, trạm điện, trung tâm dữ liệu hay hệ thống hạ tầng kỹ thuật đều có thể bị ảnh hưởng bởi sét theo nhiều cách khác nhau. Nguy hiểm nhất không chỉ là cú đánh trực tiếp mà còn là các xung điện áp lan truyền theo đường dây điện, dây tín hiệu và cáp truyền thông đi sâu vào bên trong hệ thống.
Chính vì vậy, chống sét không còn là hạng mục “nên có” mà đã trở thành yêu cầu bắt buộc trong thiết kế và vận hành công trình hiện đại.
1. Chống sét là gì?
Chống sét là hệ thống các biện pháp và thiết bị được thiết kế nhằm giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra đối với con người, kết cấu xây dựng và hệ thống điện – điện tử, thông qua việc kiểm soát dòng điện sét và các hiệu ứng điện từ liên quan.
Chống sét không nhằm ngăn cản sét xảy ra, mà nhằm định hướng nơi sét đánh vào, dẫn dòng sét theo con đường an toàn xuống đất và hạn chế các xung quá điện áp lan truyền vào bên trong công trình. Nói cách khác, chống sét là quá trình quản lý tác động của sét lên công trình và hệ thống lắp đặt, chứ không phải là triệt tiêu hiện tượng sét.
Về mặt cấu trúc, một hệ thống chống sét đầy đủ bao gồm hai phần chính: hệ thống chống sét bên ngoài để bảo vệ khỏi sét đánh trực tiếp vào kết cấu và hệ thống chống sét bên trong để bảo vệ hệ thống điện – điện tử khỏi xung điện áp và nhiễu điện từ do sét gây ra.
Do đó, chống sét là một giải pháp kỹ thuật tổng thể, bao gồm kim thu sét, dây dẫn sét, hệ thống tiếp địa, liên kết đẳng thế và bảo vệ chống xung quá áp, được thiết kế theo tiêu chuẩn nhằm đảm bảo an toàn cho con người, công trình và thiết bị khi có hiện tượng sét xảy ra.
2. Vì sao phải tuân thủ tiêu chuẩn chống sét TCVN 9888?
TCVN 9888 là bộ tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tiêu chuẩn quốc tế IEC 62305. Bộ tiêu chuẩn này quy định các nguyên tắc, phương pháp và yêu cầu kỹ thuật để bảo vệ công trình và hệ thống lắp đặt khỏi tác động của sét. TCVN 9888 gồm 4 phần:
- Phần 1: Nguyên tắc chung – TCVN 9888-1:2013 (IEC 62305-1:2010)
- Phần 2: Quản lý rủi ro – TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010)
- Phần 3: Thiệt hại vật chất đến kết cấu và nguy hiểm tính mạng – TCVN 9888-3:2013 (IEC 62305-3:2010)
- Phần 4: Hệ thống điện và điện tử bên trong các kết cấu – TCVN 9888-4:2013 (IEC 62305-4:2010)
Trong đó, TCVN 9888-1:2013 (IEC 62305-1:2010) là phần nền tảng, đưa ra các nguyên tắc chung, thuật ngữ, phạm vi áp dụng và định nghĩa chuẩn cho toàn bộ hệ thống chống sét.
Phạm vi và phạm trù áp dụng
Tiêu chuẩn này áp dụng cho:
-
Kết cấu xây dựng, các hệ thống lắp đặt và đường dây nối vào kết cấu
-
Nội dung bảo vệ khỏi tác động của sét và các xung điện từ do sét tạo ra
Không áp dụng cho:
-
Hệ thống đường sắt
-
Xe cộ, máy bay, tàu thủy và hệ lắp đặt ngoài khơi
-
Đường ống áp lực cao chôn ngầm, đường dây điện/viễn thông nằm ngoài kết cấu
3. Nguyên tắc cốt lõi trong tiêu chuẩn chống sét TCVN 9888
Một nguyên tắc quan trọng của tiêu chuẩn là: không có giải pháp nào có thể loại bỏ hoàn toàn sét, nhưng có thể giảm thiểu thiệt hại đến mức chấp nhận được nếu áp dụng đúng các biện pháp bảo vệ.
Tiêu chuẩn yêu cầu tiếp cận chống sét theo hướng hệ thống, tức là phải kết hợp giữa chống sét bên ngoài và chống sét bên trong.
- Chống sét bên ngoài nhằm bảo vệ kết cấu khỏi sét đánh trực tiếp.
- Chống sét bên trong nhằm hạn chế xung điện áp và nhiễu điện từ xâm nhập vào hệ thống điện – điện tử.
Ngoài ra, tiêu chuẩn nhấn mạnh việc phải đánh giá rủi ro trước khi quyết định mức độ bảo vệ. Việc lựa chọn giải pháp chống sét không dựa trên cảm tính mà phải dựa trên phân tích nguy cơ, mức độ thiệt hại tiềm ẩn và giá trị của công trình.
4. Quản lý rủi ro và lựa chọn mức bảo vệ chống sét (LPL) theo TCVN 9888
Theo TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2), trước khi thiết kế bất kỳ hệ thống chống sét nào, bắt buộc phải thực hiện đánh giá rủi ro. Mục tiêu của quản lý rủi ro là xác định xem công trình có cần lắp hệ thống chống sét hay không và nếu có thì cần mức bảo vệ đến đâu là hợp lý về mặt kỹ thuật và kinh tế.
4.1. Các loại thiệt hại do sét cần đánh giá
Tiêu chuẩn phân loại các loại tổn thất do sét thành bốn nhóm chính:
-
Tổn thất về con người: nguy hiểm tính mạng, chấn thương do điện giật hoặc cháy nổ.
-
Tổn thất về dịch vụ công cộng: gián đoạn hoạt động của các hệ thống thiết yếu như điện, viễn thông, điều khiển, dữ liệu.
-
Tổn thất về di sản văn hóa: hư hỏng công trình, hiện vật có giá trị lịch sử.
-
Tổn thất về kinh tế: thiệt hại tài sản, thiết bị, gián đoạn sản xuất – kinh doanh.
Việc đánh giá rủi ro không chỉ xem xét khả năng sét đánh trực tiếp vào công trình mà còn bao gồm sét đánh vào đường dây, khu vực lân cận và các xung điện từ lan truyền vào hệ thống bên trong.
4.2. Các thành phần rủi ro
TCVN 9888-2 xác định nhiều thành phần rủi ro, tiêu biểu như:
-
Rủi ro do sét đánh trực tiếp vào kết cấu.
-
Rủi ro do sét đánh vào khu vực gần kết cấu.
-
Rủi ro do sét đánh vào đường dây nối vào công trình.
-
Rủi ro do sét đánh gần đường dây.
Mỗi thành phần rủi ro được tính toán dựa trên mật độ sét khu vực, đặc điểm công trình, môi trường xung quanh, loại kết cấu và hệ thống lắp đặt bên trong.
4.3. So sánh với mức rủi ro chấp nhận được
Sau khi tính toán, tổng rủi ro sẽ được so sánh với mức rủi ro chấp nhận được do tiêu chuẩn quy định.
Nếu rủi ro thực tế lớn hơn mức cho phép, thì bắt buộc phải áp dụng các biện pháp bảo vệ chống sét.
4.4. Mức bảo vệ chống sét – LPL
TCVN 9888 quy định bốn mức bảo vệ chống sét:
-
LPL I – Mức bảo vệ cao nhất
-
LPL II – Cao
-
LPL III – Trung bình
-
LPL IV – Cơ bản
Mỗi mức LPL tương ứng với các thông số dòng điện sét thiết kế khác nhau (biên độ, dạng sóng, xác suất), từ đó ảnh hưởng đến:
-
Khoảng cách an toàn
-
Bán kính bảo vệ
-
Mật độ dây dẫn sét
-
Yêu cầu đối với hệ thống tiếp địa và thiết bị chống sét lan truyền – SPD
Việc lựa chọn LPL phải dựa trên kết quả quản lý rủi ro, không lựa chọn theo cảm tính hoặc theo thói quen.
5. Hệ thống chống sét theo tiêu chuẩn TCVN 9888 – Cấu trúc và yêu cầu kỹ thuật
Theo TCVN 9888-3 và TCVN 9888-4, hệ thống bảo vệ chống sét gồm hai phần liên kết chặt chẽ: hệ thống chống sét bên ngoài (LPS) và hệ thống chống sét bên trong.
5.1. Hệ thống chống sét bên ngoài – LPS
Hệ thống chống sét bên ngoài có nhiệm vụ:
• Thu sét
• Dẫn sét
• Phân tán dòng sét xuống đất an toàn
LPS gồm ba bộ phận chính:
a) Bộ phận thu sét
Là các thanh kim loại, dây hoặc lưới kim loại đặt trên phần cao nhất của kết cấu nhằm tạo điểm ưu tiên để sét đánh vào. Việc bố trí dựa trên:
-
Phương pháp góc bảo vệ
-
Phương pháp lưới thu sét
b) Bộ phận dẫn sét
Dẫn dòng điện sét từ đầu thu sét xuống hệ thống tiếp đất. Yêu cầu:
-
Có nhiều đường dẫn song song
-
Phân bố đều quanh công trình
-
Giảm điện cảm và vòng lặp
c) Hệ thống tiếp địa
Có nhiệm vụ phân tán dòng sét vào đất một cách an toàn, giảm điện áp bước và điện áp chạm.
Hệ tiếp địa phải:
-
Có điện trở thấp
-
Liên kết tốt với hệ kim loại công trình
-
Kết hợp với tiếp địa hệ thống điện
5.2. Hệ thống chống sét bên trong
Hệ thống chống sét bên trong có nhiệm vụ hạn chế xung quá điện áp và nhiễu điện từ do sét gây ra đối với các mạch điện – điện tử trong công trình.
Về bản chất, hệ này tập trung vào ba nội dung chính: liên kết đẳng thế, thiết bị chống sét lan truyền – SPD và phân vùng bảo vệ sét – LPZ.
- Liên kết đẳng thế mục tiêu là đưa tất cả các phần kim loại và thiết bị về cùng một mức điện thế để tránh phát sinh chênh lệch nguy hiểm khi có sét. Các kết cấu kim loại, vỏ thiết bị, khung tủ, đường ống và máng cáp đều phải được nối vào hệ thống đất chung của công trình.
- Thiết bị chống sét lan truyền – SPD được lắp tại các điểm nguồn và tín hiệu đi vào công trình như tủ điện tổng, tủ phân phối, tủ điều khiển và các tuyến mạng, viễn thông. Chức năng của SPD là cắt xung quá điện áp, giới hạn điện áp dư và bảo vệ thiết bị điện – điện tử khỏi bị phá hủy. Theo tiêu chuẩn, SPD được bố trí theo từng cấp: Type 1 cho dòng sét trực tiếp, Type 2 cho xung lan truyền và Type 3 để bảo vệ thiết bị đầu cuối.
- Phân vùng bảo vệ sét – LPZ công trình được chia thành các vùng từ ngoài vào trong, bắt đầu từ LPZ 0 ở môi trường ngoài trời đến các LPZ bên trong có mức nhiễu điện từ thấp dần. Ở mỗi vùng, các biện pháp như SPD và liên kết đẳng thế được bố trí tương ứng để đảm bảo xung sét được suy giảm từng bước trước khi đến thiết bị nhạy cảm.
Chống sét không đơn giản là lắp một cây kim thu sét trên mái nhà. Theo TCVN 9888, chống sét là một hệ thống kỹ thuật tổng thể, bao gồm đánh giá rủi ro, thiết kế đồng bộ, thi công đúng chuẩn và bảo trì định kỳ.
Khi hiểu đúng bản chất của chống sét và áp dụng đúng tiêu chuẩn, công trình không chỉ an toàn hơn trước sét mà còn ổn định hơn cho toàn bộ hệ thống điện – điện tử bên trong.
Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn và hỗ trợ tốt nhất về các giải pháp phòng chống sét toàn diện.
- Văn phòng Hồ Chí Minh: 21 D3A, KDC Kiến Á, Phước Long B, Thủ Đức, TP HCM.
- Văn phòng Hà Nội: Tòa nhà Resco (B15), Đường Nguyễn Cảnh Dị – Quận Hoàng Mai – Tp. Hà Nội.
- Website: dhk.com.vn
- Hotline: 0985 251 385
- Facebook: Giải pháp và thiết bị Chống sét DHK
- LinkedIn: DHK JSC E&S
Cấp độ thiết bị chống sét lan truyền và nguyên tắc phân vùng bảo vệ chống sét – LPZ
