Lựa chọn hệ thống chống sét cho nhà cao tầng
Khi thiết kế chống sét đánh thẳng sử dụng kim thu sét, chống sét phóng điện sớm, nhà thiết kế cần dựa vào lý thuyết và các yếu tố địa lý tại công trình để đưa ra các thiết kế đúng đắn cho một hệ thống chống sét, sau đây là những lưu ý mà chúng tôi sẽ tư vấn giúp bạn gải quyết các vần đề nêu trên và kiểm định hệ thống chống sét đánh thẳng một cách tốt nhất.
1. Các lưu ý về vùng bảo vệ: Khi tính toán cần xem xét vị trí công trình, độ cao và kiến trúc để tính đủ 3 cấp bán kính bảo vệ bao gồm: Cấp 1 ( Leve 1), cấp 2 ( Leve 2), cấp 3 ( Leve 3), cấp 4 ( lever 4). Sử dụng tiêu chuẩn NF C 17-102 Pháp hoặc IEC 21186-96 để tính toán kết hợp với các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam. Chú ý về việc chọn vị trí, độ cao đặt kim và chiều cao cột kim tối thiểu, khoảng cách không khí giữa cột kim và các vật lân cận vì những điều này quyết định đến vùng bảo vệ an toàn cho công trình.
Được áp dụng các phương pháp tiêu chuẩn chống sét
2. Kết cấu công trình liên quan đến hệ thống chống sét. Phải xem xét khung nhà tiếp xúc với hệ thống chống sét là sắt hay bê tông. Trường hợp khung và mái là sắt hoặc tôn, nên tham khảo thêm về công năng sử dụng của công trình để quyết định cách điện hay đẳng thế hệ thống chống sét với công trình. Nên tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong lĩnh vực chống sét để có quyết định phù hợp.
Thi công hoàn thiện chống sét
Nói chung trong những yêu cầu khắt khe, phương án cách điện sẽ được yêu thích hơn nhưng chi phí sẽ cao, việc thi công lắp đặt sẽ khó khăn hơn. Bên cạnh đó, nhà thiết kế cần chú ý đến vị trí của các vật dẫn điện như bồn nước, Anten, đường ống nước trên mái. Khoảng cách lắp đặt của chúng phải được thiết kế đúng quy phạm. Thông thường, các thiết bị trên luôn bị ảnh hưởng, thậm chí là hỏng hóc trong quá trình diễn ra sét đánh tại vùng lân cận. Hơn nữa, nếu không thiết kế cẩn thận, chúng là những vật dẫn điện vào công trình gây nguy hiểm cho con người.
3. Dây dẫn sử dụng cho thoát sét: chúng tôi khuyên nên sử dụng dây đồng tròn bện vì chúng có độ dẫn điện tốt. Dây ít chắp nối và có kích thước lớn hơn quy chuẩn. Nên sử dụng dây có tiết diện 50mm2 trở lên. Trong quá trình thi công, hãy chọn lộ trình cho dây đi thẳng nhất.
4. Hệ thống tiếp đất có tổng trở nhỏ và ổn định trong nhiều năm là điều rất quan trọng. Chúng giúp cho việc tản năng lượng sét xuống đất nhanh và an toàn. Hệ thống tiếp đất, cáp thoát sét và kim thu sét là 3 thành phần mấu chốt của hệ thống chống sét và phải đồng bộ với nhau. Trong thiết kế hệ tiếp đất, tùy từng vùng đất mà bố trí số lượng cọc và kiểu cho phù hợp, đảm bảo điện trở nối đất theo quy định. Trên đồi cao hoặc núi thiết kế tiếp đất cần khảo sát cẩn thận trước khi đi đến quyết định đầu tư. Nếu có nhiều hệ thống nối đất gần nhau, phải đẳng thế chúng bằng van đẳng thế.
GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT CHO CÔNG TRÌNH:
a – Căn cứ thiết kế
Căn cứ vào số liệu thiết kế thi công công trình.
Căn cứ vào tài liệu khảo sát địa chất công trình.
Căn cứ vào các tiêu chuẩn chống sét hiện hành như sau:
TCN 68-174/1998 tiêu chuẩn chống sét của Tổng Cục Bưu Điện.
TCXD 46-1984 tiêu chuẩn chống sét của Bộ Xây Dựng.
NF C17-102/1995 tiêu chuẩn chống sét an toàn Quốc gia Pháp.
TCVN 4756-89 tiêu chuẩn nối đất an toàn điện hiện hành của Việt Nam.
Xếp hạng bảo vệ của c/t: Thuộc hạng 3 căn cứ theo tiêu chuẩn hiện hành
Xung quanh khu đất xây dựng đã có nhiều nhiều công trình cao tầng, không có công trình thải hoá chất, khói lò. Nhà 25 tầng có độ cao 92 m. Căn cứ chức năng, nhiệm vụ, địa hình khu vực nhà trường thuộc nhóm chống sét cấp II (theo điều I.2 TCXD -46-84).
b – Thiết bị thu sét phát xạ sớm tia tiên đạo
Đây là hệ thống chống sét trực tiếp tiên tiến nhất trên Thế Giới hiện nay hệ thống chống sét tia tiên đạo gồm 3 bộ phận chính:
+ Thiết bị thu sét tia tiên đạo
+ Cáp đồng dẫn sét
+ Hệ thống nối đất chống sét
b.1 Thiết bị thu sét
* Nguyên tắc hoạt động
Đầu thu sét PULSAR nhận năng lượng cần thiết trong khí quyển để tích trữ các điện tích trong bầu hình trụ. Pulsar sẽ thu năng lượng từ vùng điện trường xung quanh trong thời gian giông bão khoảng từ 10 tới 20.000 v/m. Đường dẫn chủ động bắt đầu ngay khi điện trường xung quanh vượt quá giá trị cực đại để bảo đảm nguy cơ sét đánh là nhỏ nhất.
Phát ra hiệu điện thế cao với một biên độ, tần số nhất định làm ion hoá không gian phía trên kim thu sét để tạo ra đường dẫn sét chủ động về phía trên kim thu sét đồng thời trong khi đó làm giảm điện tích xung quanh đầu thu sét tức là cho phép giảm thời gian yêu cầu phát ra đường dẫn sét chủ động liên tục về phía trên kim thu sét. Một lưu ý là cần phải kiểm định hệ thống chống sét định kỳ hàng năm để đảm bảo an toàn lao động.
Điều khiển sự giải phóng ion đúng thời điểm: thiết bị ion hoá 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 kịp thời, chính xác và an toàn.
Pulsar là thiết bị chủ động không sử dụng nguồn điện nào, không gây ra bất kỳ tiếng động, chỉ tác động trong vòng vài s trước khi có dòng sét thực sự đánh xuống và có hiệu quả trong thời gian lâu dài
Như vậy hệ thống chống sét tia tiên đạo sớm rất đơn giản mà hiệu qủa bảo vệ cao hơn hẳn hệ thống chống sét cổ điển.
b.2 Vùng bảo vệ
Bán kính bảo vệ Rp của Đầu thu sét được tính theo tiêu chuẩn an toàn quốc gia pháp NFC17-102 năm 1995.
b.3 Thiết bị thu sét tia tiên đạo PULSAR30
Kết cấu:
+ Đầu thu dài 750mm, đường kính dài 18mm.
+ Đĩa thu với đường kính 85mm.
+ Bầu hình trụ 160mm chứa thiết bị phát tia tiên đạo tạo đường dẫn sét chủ động.
+ Đường kính phía ngoài ống Pulsar 30mm.
+ Kẹp nối dây để đưa dây thoát sét xuống đất.
Đầu thu sét tia tiên đạo có chiều dài 2m là một khối bằng thép không gỉ siêu bền. Kết cấu này được liên kết với bộ ghép nối bằng Inox dài 3m do vậy chịu mọi hoàn cảnh thời tiết khắc nghiệt, cùng tồn tại với toà nhà và được đặt trên mái công trình có bán kính bảo vệ Rbv=65m. Đầu thu sét được đặt tại vị trí cao nhất của công trình
Chọn loại có Rp = 65m
Chú ý: Để đảm bảo an toàn cho công trình khi thiết bị chống sét được lắp đặt cần lưu ý mỗi thiết bị chống sét tia tiên đạo phải có Test thử nghiệm ít nhất từ 5 đến 10 lần với điện áp 30 kV tại hãng sản xuất trước khi xuất xưởng, mỗi khối nhà chọn 1 kim thu sét Pulsar30 lắp ở vị trí cao nhất của mái.
b.4 Dây dẫn sét
Mỗi kim thu sét gồm 02 đường dẫn sét xuống hệ thốgn cọc tiếp địa: Dây dẫn sét bằng thép mạ kẽm 16(18) từ kim thu sét đi ngầm dưới sàn mái tới cốt thép lõi thang, hàn với 1 thanh thép lõi thang 16(18). Thanh thép này phải liên tục và xuống tầng hầm 2, tại tầng hầm 2 (Cách sàn tầng hầm 2 là 800mm) dây thép lõi thang này sẽ nối với thép 16(18) dẫn tới kẹp kiểm tra điển trở và nối với hệ thống cọc tiếp địa.
Chú ý khi thi công thanh thép lõi thang máy phải liên tục từ trên xuống. Tất cả các mối nối đều phải hàn điện, chiều dài mối hàn tối thiểu là 100mm.
b.5 Hệ thống nối đất chống sét
Hệ thống nối đất chống sét: Cọc thép bọc đồng tiếp đất, băng đồng liên kết và phụ kiện đầu nối được bố trí theo hệ thống nối đất gồm nhiều điện cực có tác dụng tản năng lượng sét xuống đất an toàn và nhanh chóng. Cọc nối đất bằng thép bọc đồng 16 dài 2500mm chôn cách nhau 6000mm và liên kết với nhau bằng băng đồng trần 50x3mm. Đầu trên của cọc được đóng sâu dưới mặt đất 1000mm và băng đồng trần được đặt trong các rãnh rộng 500mm sâu 1100mm. Việc liên kết giữa cọc đồng, băng đồng và cáp đồng thoát sét bằng hàn hoá nhiệt, tuân theo tiêu chuẩn chống sét TCXD 46-84 hiện hành của Bộ Xây Dựng và tiêu chuẩn H.S của Singapore có tác dụng tải dòng điện hiệu quả do khả năng tiếp xúc giữa cọc, băng đồng và cáp thoát sét rất cao, vì vậy đạt độ bền và tuổi thọ không cần phải bảo dưỡng định kỳ hệ thống nối đất như trong các hệ thống cũ trước đây. Điện trở nối đất chống sét 10 tuân theo tiêu chuẩn TCXD 46-84 của Bộ Xây Dựng.
Hộp kiểm tra tiếp địa chỗ nối đất dùng để theo dõi và kiểm tra định kỳ giá trị điện trở nối đất hàng tháng, hàng quý và hàng năm.
Lắp đặt hệ thống nối đất
Đào đất rãnh, hố tiếp đất.
Xác định vị trí làm hệ thống tiếp đất. Kiểm tra cẩn thận trước khi đào để tránh các công trình ngầm khác như cáp ngầm hay hệ thống ống nước.
Đào rãnh sâu từ 1200 đến 1500mm, rộng từ 400 đến 500mm có chiều dài và hình dạng theo bản vẽ thiết kế hoặc mặt bằng thực tế thi công.
Chôn các điện cực xuống đất.
Đóng cọc sâu đến khi đỉnh cọc cách đáy rãnh từ 100 đến 150 mm.
Riêng cọc nối với kẹp điện trở được đóng cạn hơn so với các cọc khác, sao cho đỉnh cọc cách mặt đất từ 150 đến 250 mm để dễ hàn hoá nhiệt với băng đồng tiếp địa.
Rải băng đồng 50x3mm dọc theo các rãnh đã đào để liên kết với các cọc đã đóng. Liên kết các cọc với băng đồng bằng hàn hoá nhiệt.
Hoàn trả mặt bằng hệ thống tiếp đất, kiểm tra lần cuối các liên kết hàn hoá nhiệt giữa băng đồng, cọc thép bọc đồng & thu dọn dụng cụ.
Lấp đất vào các hố và rãnh, nện chặt và hoàn trả mặt bằng.
Đo điện trở tiếp đất của hệ thống, nếu lớn hơn giá trị nêu trên này thì phải đóng thêm cọc, xử lý thêm hoá chất giảm điện trở đất để giảm tới giá trị cho phép.
Chú ý: – Hiện nay hệ thống tiếp địa chống sét để đảm bảo đủ điện trở và không cần thường xuyên bảo dưỡng các công trình thường chỉ sử dụng 02 cọc tiếp địa 2.5m đóng sâu dưới mực nước ngầm (khoảng 20-25m tùy địa chất từng khu vực). Hệ thống tiếp địa truyền thống chỉ đóng ngập sâu 0.8m so với mặt đất nên hay phải Kiểm tra điện trở để đảm bảo đủ điện trở chống sét và tiếp địa an toàn nhất là đối với mùa khô.
– Nếu chỉ dùng hệ thống kim thu sét tia tiên đạo thì chỉ bảo vệ được sét đánh thẳng xuống công trình còn không thể bảo vệ hệ thống chống sét đánh ngang công trình (nhất là đối với công trình cao trên 45m). Vì vậy tùy từng vị trí công trình xem xung quanh có nhà cao tầng và hệ thống chống sét hay không mà quyết định thêm vòng tròn chống sét bằng thanh đồng chạy xung quanh nhà để chống sét đánh ngang, khoảng 10m một vòng tròn (vòng tròn bao quanh nhà – khoảng 3 tầng một và liên kết với nhau thành một hệ thống thu sét)
