Hệ thống chống sét là gì? Các loại hệ thống chống sét

Hệ thống chống sét là gì?

Hệ thống chống sét (A Lighting Protection System) là hệ thống cung cấp phương tiện mà tia sét có thể đi vào hoặc rời khỏi trái đất mà không đi qua và làm hư hại người, thiết bị điện và các cấu trúc không dẫn điện như tòa nhà.

Hệ thống chống sét không ngăn được sét đánh; nó chỉ cung cấp một phương tiện để kiểm soát nó và ngăn ngừa thiệt hại bằng cách cung cấp một đường dẫn điện trở thấp để phóng điện năng lượng sét.

Hệ thống chống sét đáng tin cậy phải bao gồm cả bảo vệ tia sét và bảo vệ quá áp thoáng qua (hệ thống điện tử). Nói một cách đơn giản, hệ thống chống sét kết cấu không thể và sẽ không bảo vệ các hệ thống điện tử trong tòa nhà khỏi thiệt hại do quá áp thoáng qua.

Tại sao nên sử dụng Hệ thống chống sét?

Chống sét là cần thiết để bảo vệ con người, công trình, nội dung bên trong cấu trúc, đường dây truyền tải và thiết bị điện bằng cách kiểm soát nhiều rủi ro do các nguy cơ về nhiệt, cơ học và điện của dòng điện chớp. Những rủi ro này có thể được phân loại như sau:

1- Rủi ro đối với người (và động vật) bao gồm:

• Sét đánh trực tiếp,

• Điện áp bước

• Điện áp tiếp xúc,

• Sét đánh lan truyền thứ cấp,

• Các hiệu ứng phụ, chẳng hạn như: ngạt thở do khói hoặc bị thương do lửa, các mối nguy hiểm về kết cấu chẳng hạn như khối xây rơi xuống từ điểm va chạm, các điều kiện không an toàn như nước xâm nhập từ mái nhà xuyên thủng gây ra các nguy cơ về điện hoặc các nguy cơ khác, sự cố hoặc sự cố của các quy trình, thiết bị và hệ thống an toàn.

2- Rủi ro đối với kết cấu & thiết bị bên trong bao gồm:

• Cháy hoặc nổ gây ra bởi sức nóng của tia chớp, điểm gắn của nó hoặc phóng điện của dòng sét trong các cấu trúc,

• Cháy hoặc nổ gây ra bởi sự gia nhiệt ohmic của các dây dẫn hoặc phóng điện hồ quang do các dây dẫn bị nóng chảy,

• Các vết thủng của mái kết cấu do nhiệt plasma tại điểm sét đánh,

• Hỏng hóc hệ thống điện và điện tử bên trong,

• Thiệt hại cơ học bao gồm các vật liệu bị vỡ ra tại điểm va chạm.

Định nghĩa về các Rủi ro Phổ biến

1- Sét đánh lan truyền:

Tất cả các dây dẫn sét đều có điện trở và quan trọng hơn là điện cảm. Trong quá trình chớp nhoáng, tốc độ dòng điện tăng nhanh có thể làm tăng điện áp cảm ứng của vật dẫn đạt đến độ lớn tại đó điện áp đủ tồn tại để vật dẫn phóng điện bề mặt đối với một vật dẫn điện và được nối đất gần đó.

Sét đánh lan truyền có thể được điều khiển bằng cách:

• Sử dụng một số dây dẫn sét song song để giảm dòng điện trong mỗi dây

• Đảm bảo khoảng cách tách biệt giữa hai đối tượng đủ để không phá vỡ phương tiện can thiệp; hoặc là

• Liên kết với đối tượng để loại bỏ sự khác biệt tiềm năng (đối tượng có thể mang một phần dòng sét)

2- Điện áp bước:

• Khi dòng điện sét được đưa vào trái đất, một gradient điện áp lớn hình thành xung quanh điện cực đất liên quan đến một điểm xa hơn.

• Sự chênh lệch điện áp này do một người trải qua khi bắc cầu cách chân một khoảng cách 1 mét mà không tiếp xúc với bất kỳ vật thể nối đất nào khác được gọi là điện áp bước .

• Tại thời điểm phóng điện gần với điện cực đất có nghĩa là sự chênh lệch điện áp trên khoảng cách này có thể đủ lớn để gây chết người tùy thuộc vào các trường hợp như tình trạng của giày dép, v.v., dòng điện đáng kể có thể chạy qua chân này sang chân kia.

Mối nguy được coi là giảm xuống mức có thể chịu được nếu:

• Xác suất có người đến gần hoặc khoảng thời gian hiện diện trong vòng 3 mét của dây dẫn sét là rất thấp - hạn chế tiếp cận khu vực có thể là một giải pháp,

• Điện áp bước được giảm bằng cách sử dụng hàng rào cách điện ≥ 5 k ohm.m như 50 mm nhựa đường hoặc 150 mm sỏi trong vòng 3 m của điện cực,

• Hệ thống nối đất đẳng thế như hệ thống lưới được sử dụng đúng cách.

Hình 2- Điện áp bước và điện áp tiếp xúc

3- Điện áp tiếp xúc:

• Điện áp tiếp xúc là do một lý do tương tự như điện áp bước, nhưng chênh lệch điện áp đang được xem xét là điện áp tồn tại giữa bàn tay và (nói chung) chân.

• Nguy cơ điện giật do điện áp tiếp xúc lớn hơn điện áp bước, vì dòng điện chạy gần vùng tim.

Mối nguy được coi là giảm xuống mức có thể chịu được nếu:

• Xác suất có người đến gần, hoặc thời gian hiện diện rất thấp, hạn chế tiếp cận khu vực có thể là một giải pháp,

• Các dây dẫn sét tự nhiên được sử dụng khi khung kim loại hoặc thép mở rộng được kết nối với nhau,

• Sử dụng lớp bề mặt có rào cản cách điện ≥ 5 k ohm như 50 mm nhựa đường hoặc 150 mm sỏi,

• Dây dẫn sét được cách điện với cách điện xung ít nhất 100 kV 1,2 / 50 μs (3 mm PVC).

Hệ thống chống sét hiệu quả sẽ mang lại lợi ích gì?

Hệ thống chống sét hiệu quả giúp loại bỏ các rủi ro trên phải được thiết kế để:

• Đánh chặn tia chớp (tức là tạo ra điểm tấn công ưu tiên) ,

• Tiến hành cuộc tấn công tiếp đất an toàn thông qua các dây dẫn được thiết kế có mục đích,

• Phân tán năng lượng sét xuống đất với điện áp mặt đất tăng lên tối thiểu,

• Loại bỏ các vòng nối đất và chênh lệch tiềm năng nguy hiểm giữa Hệ thống chống sét, cấu trúc và các phần tử / mạch bên trong bằng cách tạo trở kháng thấp, hệ thống nối đất đẳng thế,

• Bảo vệ thiết bị khỏi dòng điện tăng và quá độ trên đường dây điện đến để tránh hư hỏng thiết bị và thời gian ngừng hoạt động tốn kém,

• Bảo vệ thiết bị khỏi các xung đột và quá độ trên các đường truyền tín hiệu và viễn thông đến để ngăn ngừa hư hỏng thiết bị và thời gian ngừng hoạt động tốn kém,

• Không gây ra thiệt hại về nhiệt hoặc cơ học cho cấu trúc,

• Không gây ra tia lửa điện có thể gây cháy nổ,

• Hạn chế điện áp bước và điện áp chạm để kiểm soát nguy cơ gây thương tích cho người ngồi trong xe.

Các loại hệ thống chống sét

Hệ thống chống sét cho các tòa nhà và hệ thống lắp đặt có thể được chia thành ba loại chính như sau:

1) Hệ thống chống sét để Bảo vệ cho các tòa nhà và hệ thống lắp đặt chống lại sét đánh trực tiếp,

2) Hệ thống chống sét để Bảo vệ chống quá áp trên dây dẫn đến và hệ thống dây dẫn,

3) Hệ thống chống sét để Bảo vệ chống lại xung điện từ của sét.

1- Hệ thống chống sét để bảo vệ cho các tòa nhà và hệ thống lắp đặt chống lại sét đánh trực tiếp

Hệ thống này bảo vệ tòa nhà khỏi bị hư hại do sét đánh trực tiếp nhưng không ngăn được sét đánh vào tòa nhà. Loại này có thể được chia thành: 1) Hệ thống chống sét thông thường, 2) Hệ thống chống sét phi thông thường.

Loại hệ thống này có thể được chia thành:

1) Hệ thống chống sét thông thường,

2) Hệ thống chống sét phi thông thường.

1- Các loại hệ thống chống sét thông thường

Hệ thống chống sét thông thường bao gồm (2) loại khác nhau như sau:

• Hệ thống cột Franklin,
• Hệ thống lồng Franklin / Faraday.

2- Các loại hệ thống chống sét phi thông thường

Hệ thống chống sét phi thông thường bao gồm (2) loại khác nhau như sau:

a- Hệ thống thu hút chủ động, bao gồm:

• Hệ thống cột buồm đơn được cải tiến (Thanh kết thúc cùn),

• Hệ thống phát thải của streamer sớm.

b- Hệ thống Phòng ngừa /Loại bỏ chủ động, bao gồm:

• Hệ thống chuyển phí (CTS),

• Hệ thống mảng phân tán (DAS).

1- Hệ thống chống sét thông thường

Hệ thống chống sét truyền thống được thiết kế phù hợp cho các kết cấu trên mặt đất nhằm cung cấp các điểm và đường dẫn sét để dòng sét đi theo từ các điểm gắn vào đất mà không gây hại cho kết cấu được bảo vệ.

Hệ thống chống sét thông thường

Các hệ thống như vậy về cơ bản bao gồm ba yếu tố:

1) Các đầu cuối không khí tại các điểm thích hợp trên cấu trúc để chặn sét,

2) Dây dẫn xuống để mang dòng sét từ các đầu cuối không khí về phía mặt đất, và

3) Nối đất các điện cực để truyền dòng sét vào đất.

Ba thành phần hệ thống phải được kết nối tốt về điện.

Ghi chú:

• Nhiều tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như NFPA 780 mô tả các hệ thống chống sét thông thường và hiệu quả của cách tiếp cận thông thường đã được chứng minh trong thực tế.
• Kỹ thuật chống sét thông thường đã chứng minh hiệu quả của nó bằng chứng là số liệu thống kê so sánh về thiệt hại do sét gây ra đối với các cấu trúc được bảo vệ và không được bảo vệ.

Các tên khác của Hệ thống chống sét thông thường:

1- Hệ thống trung lập thụ động:

Các truyền thống chống sét bảo vệ hệ thống được dán nhãn là Neutral Hệ thống thụ động từ các thiết bị đầu cuối không khí hoặc chấm dứt đình công tự không được coi là bất kỳ hấp dẫn hơn hoặc không hấp dẫn đến đột quỵ sét sau đó cấu trúc xung quanh. Chúng được đặt ở vị trí mà chúng phải là vật dẫn đầu tiên trong bất kỳ đường dẫn nào mà tia sét đi đến kết cấu.

2- Hệ thống chống sét truyền thống:

Các truyền thống chống sét bảo vệ hệ thống được dán nhãn là hệ thống bảo vệ truyền thống chống sét từ các hệ thống này là những người đã qua sử dụng trong ngành công nghiệp hơn 200 năm về trước.

Các loại hệ thống chống sét thông thường

Hệ thống chống sét thông thường bao gồm (2) loại khác nhau như sau:

1- Hệ thống cột Franklin

Các tên khác cho loại Hệ thống chống sét thông thường này là:

1) Cột thu lôi nhọn,

2) Hệ thống cột đơn,

3) Franklin hình nón/ nón góc bảo vệ.

Phương pháp cột Franklin

• Một cột thu lôi nhọn hoặc thiết bị đầu cuối không khí hoặc một cột buồm duy nhất sẽ giúp ngăn chặn sét đánh ở vùng lân cận vì nó sẽ giúp giảm sự khác biệt về điện thế giữa đất và mây bằng cách "chảy máu" điện tích và do đó giảm khả năng bị sét đánh trực tiếp.

• Cột thu lôi hoặc thiết bị đầu cuối không khí hoặc một cột buồm duy nhất sẽ cung cấp một vùng bảo vệ hình nón với góc 45 độ tạo thành một đế tròn trên mặt đất xung quanh một tòa nhà hoặc một phần của tòa nhà.

• Nhiều thập kỷ kinh nghiệm cho thấy rằng bằng cách kết hợp các thanh Franklin đặt tại các điểm quan trọng trên cấu trúc với hệ thống dây dẫn sét và tiếp đất thích hợp, thiệt hại do sét có thể giảm đáng kể.

Ghi chú:

Hệ thống này thường được giới hạn cho các tòa nhà cao dưới 20 m.

2- Hệ thống lồng Franklin / Faraday

Lồng faraday là một bao vây được cố định bên ngoài tòa nhà làm bằng các dây dẫn được đặt trên một mô hình lưới để tạo ra một con cá bên ngoài. Nếu tòa nhà được làm bằng thép, công việc có thể được thực hiện dễ dàng hơn đáng kể vì bản thân khung thép có thể được sử dụng như một phần của lồng, nhưng các thiết bị đầu thu sét là cần thiết nếu bề mặt bên ngoài phía trên của mái không phải là kim loại và liên tục với thép khung.

Phương pháp lồng Franklin / Faraday

Ưu điểm của Hệ thống lồng faraday:

1) Lồng faraday, nếu được thiết kế đúng cách, sẽ tạo thành một lá chắn điện từ. Điều này có nghĩa là sẽ không có điện trường bên trong lồng do các dòng điện chạy tới trái đất trên bề mặt của lồng.

2) Mỗi một trong nhiều dây dẫn sét sẽ được nối đất.

3) Mạng lưới đầu thu sét có thể dễ dàng được thực hiện trên diện rộng một cách thích hợp.

4) Đây là loại bảo vệ có thể là đáng tin cậy nhất về chống sét.