Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới nóng ẩm tại Việt Nam, mật độ dông sét hàng năm rất cao với hơn 100 ngày có sét mỗi năm. Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển mang năng lượng cực lớn, có khả năng gây thiệt hại nghiêm trọng về cơ học, gây cháy nổ, phá hủy công trình xây dựng, đe dọa trực tiếp đến tính mạng con người và phá hỏng các hệ thống viễn thông, mạng máy tính. Đồ án của tác giả Nguyễn Quốc Huy (dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Quốc Thịnh) tập trung giải quyết bài toán thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét toàn diện và an toàn điện cho công trình Tòa nhà FPT.
Bối cảnh thực tế của công trình nghiên cứu:
- Loại hình công trình: Tòa nhà văn phòng làm việc của Công ty FPT kiêm trung tâm dữ liệu chuyên biệt (Data Center), nơi đặt, vận hành và quản lý hệ thống máy chủ (server) và các phòng máy tính quan trọng.
- Vị trí địa lý: Khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7, Thành phố Hồ Chí Minh.
- Quy mô kiến trúc: Mặt bằng sàn $22\text{ m} \times 26\text{ m}$ (diện tích sàn $572\text{ m}^2$), gồm 10 tầng nổi và 04 tầng hầm; tổng chiều cao công trình tính từ mặt đất là $h_x = 48\text{ m}$.
Mục tiêu và 03 nhiệm vụ thiết kế kỹ thuật chính được xác định:
- Thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho toàn bộ kết cấu tòa nhà.
- Thiết kế hệ thống chống sét cảm ứng lan truyền nhằm bảo vệ an toàn cho hệ thống thiết bị điện tử, máy chủ và hạ tầng mạng máy tính nhạy cảm.
- Thiết kế hệ thống tiếp địa an toàn và phân tán năng lượng sét có tổng trở thấp, đảm bảo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về điện trở đất.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng: Công nghệ đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE), thiết bị cắt lọc sét cảm ứng (SRF), hệ thống bãi tiếp địa cọc - thanh kết hợp hóa chất giảm điện trở GEM, và các giải pháp bảo vệ an toàn điện hạ áp.
- Phạm vi không gian: Toàn bộ phạm vi kiến trúc Tòa nhà FPT tại Khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7.
- Phạm vi kỹ thuật: Tính toán bán kính bảo vệ chống sét trực tiếp cấp I, tính toán số lượng cọc và điện trở tản của bãi tiếp địa, xử lý hạ điện trở đất dưới $1\ \Omega$ cho trung tâm dữ liệu, và phân tích các thông số an toàn điện sinh học theo tiêu chuẩn quốc tế.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế
Cơ sở lý thuyết của đồ án được xây dựng dựa trên bản chất vật lý của hiện tượng sét và các nguyên lý an toàn điện:
- Lý thuyết phóng điện sét: Quá trình phân ly điện tích trong các đám mây dông, sự hình thành dòng tiên đạo (first leader) hướng xuống đất với cường độ điện trường cục bộ đạt mức tới hạn $20 - 30\text{ kV/cm}$, và sự xuất hiện dòng tiên đạo ngược từ các đỉnh nhọn công trình. Khi hai dòng gặp nhau tạo ra giai đoạn phóng điện chính với dòng điện cực đại đạt $200 - 300\text{ kA}$, nhiệt độ khe phóng $20.000 - 30.000^\circ\text{C}$ và tốc độ phát triển đạt $0,1 - 0,5$ vận tốc ánh sáng.
- Khung lý thuyết thu sét: Nguyên tắc bảo vệ trọng điểm, nguyên tắc bảo vệ toàn bộ; mô hình hình nón bảo vệ của kim Franklin truyền thống (1750/1753) và nguyên lý phát tia tiên đạo sớm (ESE - Early Streamer Emission) sử dụng vật liệu gốm áp điện (piezoelectric ceramic: chì zircotitanate phủ nickel) kích hoạt điện áp $20 - 25\text{ kV}$ nhằm phóng ion ($7,65 \times 10^{10}$ ion ở mức $2,5 - 6,5\text{ kV}$) theo tiêu chuẩn Pháp NF-C 17-102.
- Lý thuyết bảo vệ quá điện áp lan truyền: Nguyên lý kẹp điện áp bằng điện trở phi tuyến oxit kim loại (Movtec) kết hợp bộ lọc thông thấp LC và khe phóng điện giải phóng năng lượng sét trong thiết bị lọc sét tích hợp (SRF).
- Lý thuyết an toàn điện và tác động sinh lý học: Phân tích mạch tiếp xúc trực tiếp, tiếp xúc gián tiếp, điện áp tiếp xúc ($U_{tx}$), điện áp bước ($U_{bước}$), điện thế đất tăng cao (GPR), và các vùng tác động sinh học của dòng điện qua người ($I_{ng}$) theo tiêu chuẩn IEC 479-1, tiêu chuẩn IEC 364-4-4.1 và định nghĩa cách ly an toàn theo IEC 742.
Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật:
- Phương pháp giải tích và tính toán hình học: Áp dụng công thức thực nghiệm xác định bán kính bảo vệ $R_p$ của kim thu sét ESE Saint-Elmo ứng với độ cao công trình và cấp bảo vệ I.
- Phương pháp tính toán điện trở tản bãi tiếp địa: Sử dụng công thức tính điện trở tản của cọc chôn thẳng đứng ($R_c$) và thanh nối nằm ngang ($R_t$) có xét đến hệ số sử dụng cọc ($\eta$) và mạch vòng tiếp địa chu vi công trình.
- Phương pháp xử lý hóa chất giảm điện trở: Tính toán điện trở tương đương của bãi tiếp địa cọc sâu khi sử dụng hợp chất giảm điện trở GEM25A của hãng ERICO.
- Phương pháp mô hình hóa tương đương: Phân tích mạch tương đương tổng trở cơ thể người ($Z_{ng}$), điện trở lớp biểu bì da và các dung kháng nội sinh để xác định dòng điện qua tim theo các đường đi khác nhau.
Nguồn dữ liệu:
- Bản vẽ mặt bằng tầng 1 và mặt cắt đứng kiến trúc Tòa nhà FPT.
- Giáo trình An toàn điện của Th.S Phan Thị Thu Vân.
- Tiêu chuẩn Quy phạm trang bị điện, Quy phạm nối đất - nối không của Việt Nam.
- Tiêu chuẩn quốc gia về lắp đặt hệ thống nối đất cho công trình và các tiêu chuẩn quốc tế IEC 479-1, IEC 364-4-4.1, NF-C 17-102.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Tác giả đã triển khai phương án thiết kế hệ thống kỹ thuật chống sét và tiếp địa bảo vệ cho Tòa nhà FPT với các thông số cụ thể:
| Hạng mục hệ thống | Quy cách vật tư / Thiết bị lựa chọn | Thông số tính toán và lắp đặt | Tiêu chuẩn / Mục tiêu kỹ thuật |
|---|---|---|---|
| Kim thu sét trực tiếp | Đầu thu phát tia tiên đạo sớm ESE hiệu Saint-Elmo (Franklin France) | Chiều cao kim $5\text{ m}$; đỉnh kim đặt ở cao độ $h = 53\text{ m}$ (nóc tòa nhà $48\text{ m}$); dòng sét tính toán $I_s = 6\text{ kA}$ | Bán kính bảo vệ tính toán $R_p = 61,64\text{ m}$, bao phủ hoàn toàn mặt bằng $22\text{ m} \times 26\text{ m}$ theo NF-C 17-102 |
| Bãi tiếp địa chống sét trực tiếp | 80 cọc thép mạ đồng ($D = 16\text{ mm}$, $L = 2,4\text{ m}$) và cáp đồng trần $70\text{ mm}^2$ ($d = 11\text{ mm}$) | Cọc chôn sâu $0,8\text{ m}$, bố trí mạch vòng chu vi $L = 96\text{ m}$; khoảng cách giữa 2 cọc $1,6\text{ m}$ | Điện trở nối đất đạt yêu cầu $R \le 10\ \Omega$ (tổng trở xung kích thấp) |
| Thiết bị cắt lọc sét lan truyền | Thiết bị cắt lọc sét SRF 1 pha và SRF 3 pha | Tích hợp điện trở phi tuyến Movtec (MT-135K-A), mạch lọc LC, khe phóng điện | Cắt xung quá điện áp, lọc nhiễu tần số cao, bảo vệ thứ cấp cho hệ thống server |
| Bãi tiếp địa chống sét lan truyền | 12 cọc thép mạ đồng $D16 \times 2,4\text{ m}$ kết hợp 48 bao hóa chất GEM25A (ERICO - Mỹ) | Cọc chôn sâu $0,8\text{ m}$, khoảng cách cọc $4\text{ m}$; liên kết bằng cáp đồng trần $70\text{ mm}^2$ (mối hàn hóa nhiệt); lỗ khoan đường kính $120\text{ cm}$ | Điện trở sau khi đổ hóa chất giảm xuống $R_đ = 0,14\ \Omega$, đạt tiêu chuẩn $< 1\ \Omega$ cho Data Center |
| Đường cáp liên kết tiếp địa | Cáp đồng bọc cách điện Cu/PVC $240\text{ mm}^2$ | Luồn trong ống nhựa PVC chống cháy | Dẫn từ bãi tiếp địa về tủ kiểm tra và kết nối vào tủ phân phối tổng MSB |
| Hệ thống đẳng thế và an toàn | Đai san bằng điện áp bằng thép tròn hoặc thép dẹt, thiết bị chống dòng rò RCD | Lưới đẳng áp ô $5\text{ m} \times 5\text{ m}$; liên kết đẳng thế cốt thép móng và kết cấu kim loại | Triệt tiêu điện áp tiếp xúc và điện áp bước nguy hiểm |
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Giới thiệu
Chương mở đầu giới thiệu chi tiết về công trình Tòa nhà FPT tại Khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7, TP.HCM với diện tích sàn $572\text{ m}^2$, chiều cao $48\text{ m}$ (10 tầng nổi, 4 tầng hầm). Tác giả phân tích tác hại của các hiện tượng quá điện áp do sét đánh trực tiếp, sét cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ gây hư hỏng thiết bị điện tử, máy tính. Chương này xác lập các yêu cầu khắt khe đối với hệ thống tiếp đất công trình:
- Hệ thống tiếp đất cho điện nhẹ và chống sét lan truyền: $R \le 1\ \Omega$.
- Hệ thống tiếp đất cho chống sét trực tiếp: $R \le 10\ \Omega$.
- Hệ thống tiếp đất an toàn và chống sét lan truyền: $R \le 4\ \Omega$ (riêng đối với công trình này yêu cầu $< 1\ \Omega$). Đồng thời, chương quy định rõ các tiêu chuẩn kỹ thuật lắp đặt như: khoảng cách cách ly chống phóng điện ngược, tiết diện dây dẫn sét tối thiểu $50\text{ mm}^2$, quy cách nối đất mạch vòng và đai đẳng áp cho công trình cao trên $15\text{ m}$.
Chương II: Tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp
Chương II trình bày bản chất vật lý của tia sét, cơ chế hình thành các dòng tiên đạo và tác hại cơ học, nhiệt, điện thế bước đối với con người và công trình. Tác giả so sánh nguyên tắc bảo vệ trọng điểm và nguyên tắc bảo vệ toàn bộ, phân tích ưu nhược điểm giữa kim thu sét Franklin, dây chống sét và kim thu sét phát tia tiên đạo sớm ESE (Saint-Elmo).
Phần tính toán thực tế cho Tòa nhà FPT đưa ra các kết quả cụ thể:
- Lựa chọn kim ESE cao $5\text{ m}$ đặt tại tâm mái ($h = 53\text{ m}$). Với dòng sét $I_s = 6\text{ kA}$, khoảng cách phóng điện $d_s = 10 \cdot 6^{0,65} = 32\text{ m}$, bán kính bảo vệ ở cao độ nóc nhà ($h_x = 48\text{ m}$) đạt $R_p = 61,64\text{ m}$, đảm bảo bao bọc toàn bộ tòa nhà.
- Tính toán bãi tiếp địa trực tiếp: Sử dụng cọc thép mạ đồng $D = 16\text{ mm}$, dài $2,4\text{ m}$, chôn sâu $0,8\text{ m}$ ($R_c = 31\ \Omega$). Phân bố mạch vòng theo chu vi tòa nhà $L = 96\text{ m}$, khoảng cách giữa các cọc $a = 1,6\text{ m}$. Với hệ số sử dụng cọc $\eta = 0,8$ và thanh $\eta_t = 0,24$, số lượng cọc được tính toán và lựa chọn là 80 cọc liên kết bằng dây đồng trần $70\text{ mm}^2$, đảm bảo trị số điện trở tản thỏa mãn quy phạm.
Chương III: Bảo vệ chống sét cảm ứng
Chương này tập trung vào giải pháp triệt tiêu xung quá điện áp lan truyền trên đường nguồn cấp cho hệ thống máy chủ thông qua thiết bị cắt lọc sét SRF (1 pha và 3 pha) tích hợp công nghệ Movtec (MT-135K-A).
Phần thiết kế bãi tiếp địa cho hệ thống chống sét lan truyền sử dụng 12 cọc tiếp địa thép mạ đồng $D16 \times 2,4\text{ m}$ chôn sâu $0,8\text{ m}$, khoảng cách cọc $4\text{ m}$, hàn liên kết bằng cáp đồng trần $70\text{ mm}^2$. Do tính toán ban đầu điện trở tản của 12 cọc đạt $6,2\ \Omega$ (chưa đạt tiêu chuẩn $< 1\ \Omega$), tác giả đã tính toán bổ sung 48 bao hóa chất giảm điện trở GEM25A của hãng ERICO (Mỹ) với điện trở suất $\rho \le 2\ \Omega\cdot\text{m}$. Kết quả tính toán sau xử lý đạt điện trở tiếp địa $R_đ = 0,14\ \Omega$, đáp ứng yêu cầu cho trung tâm dữ liệu. Dây dẫn chính từ bãi tiếp địa về tủ kiểm tra và tủ điện tổng MSB sử dụng cáp Cu/PVC $240\text{ mm}^2$ luồn trong ống PVC chống cháy.
Chương IV: Thiết kế bảo vệ an toàn điện
Chương IV đi sâu vào lý thuyết an toàn điện tổng quát, nghiên cứu các cơ chế tiếp xúc điện trực tiếp và gián tiếp, cấu trúc mạng điện 1 pha, DC, 3 pha có trung tính nối đất và cách ly đất. Tác giả tổng hợp các ngưỡng tác động sinh học của dòng điện theo tiêu chuẩn quốc tế:
| Mức độ dòng điện ($I_{ng}$) | Tác hại đối với dòng AC ($50 - 60\text{ Hz}$) | Tác hại đối với dòng DC |
|---|---|---|
| 0,6 – 1,5 mA | Bắt đầu thấy tê | Chưa có cảm giác |
| 2 – 3 mA | Tê tăng mạnh | Chưa có cảm giác |
| 5 – 7 mA | Bắp thịt bắt đầu co | Đau như bị kim châm |
| 8 – 10 mA | Tay khó rời vật có điện (ngưỡng buông nhả $I_{cpAC} \approx 10\text{ mA}$) | Nóng tăng dần |
| 20 – 25 mA | Tay không rời vật có điện, bắt đầu khó thở | Bắp thịt co và rung |
| 50 – 80 mA | Tê liệt hô hấp, tim bắt đầu đập mạnh | Tay khó rời vật có điện, khó thở (ngưỡng buông nhả $I_{cpDC} \approx 50\text{ mA}$) |
| 90 – 100 mA | Nếu kéo dài $t \ge 3\text{ s}$, tim ngừng đập (nguy cơ rung thất tử vong) | Hô hấp tê liệt |
Chương này cũng phân tích sự phụ thuộc của tổng trở người ($Z_{ng}$) vào điện áp tiếp xúc theo tiêu chuẩn IEC 479, ảnh hưởng của đường đi dòng điện qua cơ thể (dòng đi từ tay phải qua chân nguy hiểm nhất với $6,7%$ dòng qua tim, so với tay trái - chân là $3,7%$, tay - tay là $3,3%$, chân - chân là $0,4%$), và giải thích cơ chế dòng điện tần số $50 - 60\text{ Hz}$ gây nguy hiểm sinh học cao nhất do va đập ion phá hủy màng tế bào. Cuối chương, tác giả trình bày các giải pháp kỹ thuật bảo vệ: thiết bị chống dòng rò RCD, hệ thống mạng điện hạ áp an toàn SELV/PELV, thiết bị cách điện cấp II, phòng đẳng thế và nối đất bảo vệ công trình ($R \le 4\ \Omega$).
Chương V: Kết luận
Chương tổng kết khẳng định tính khả thi của các giải pháp kỹ thuật đã tính toán, đảm bảo an toàn cho con người và hệ thống công nghệ thông tin tại Tòa nhà FPT. Phần cuối là danh mục tài liệu tham khảo gồm giáo trình chuyên ngành và các tiêu chuẩn, quy phạm trang bị điện hiện hành.
Kết quả và đóng góp kỹ thuật
Kết quả kỹ thuật chính đạt được:
- Xác lập cấu hình bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cấp I hoàn chỉnh cho Tòa nhà FPT ($48\text{ m}$) bằng kim ESE Saint-Elmo ($5\text{ m}$) đạt bán kính bảo vệ $R_p = 61,64\text{ m}$, che phủ hoàn toàn diện tích sàn $572\text{ m}^2$.
- Tính toán thành công bãi tiếp địa trực tiếp gồm 80 cọc mạ đồng $D16 \times 2,4\text{ m}$ bố trí mạch vòng chu vi $96\text{ m}$, đảm bảo điện trở đất $R \le 10\ \Omega$.
- Giải quyết triệt để bài toán hạ điện trở bãi tiếp địa chống sét lan truyền từ $6,2\ \Omega$ xuống còn $R_đ = 0,14\ \Omega$ nhờ phối hợp 12 cọc tiếp địa với 48 bao hợp chất GEM25A, đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khắt khe ($R < 1\ \Omega$) cho trung tâm dữ liệu FPT.
- Đề xuất hệ thống cắt lọc sét đa tầng SRF (kẹp quá áp Movtec, lọc thông thấp LC, xả sét) bảo vệ an toàn cho hệ thống máy chủ và mạng nội bộ.
Đóng góp của đồ án:
- Tác giả đã xây dựng một phương án thiết kế tích hợp và đồng bộ giữa chống sét trực tiếp (ESE), chống sét lan truyền (SRF) và hệ thống tiếp địa tổng trở thấp sử dụng hóa chất GEM chuyên dụng cho công trình có mật độ thiết bị điện tử cao.
- Hệ thống hóa các cơ sở lý thuyết, công thức tính toán và các bảng tra cứu tiêu chuẩn an toàn điện sinh học quốc tế (IEC 479, IEC 364-4-4.1, NF-C 17-102) áp dụng trực tiếp vào thực tế thiết kế công trình cao tầng.
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế:
- Theo tự nhận định của tác giả, đồ án thực hiện trong điều kiện thời gian và nguồn tài liệu tham khảo còn hạn chế.
- Đồ án chủ yếu tập trung vào phần tính toán lý thuyết và thiết kế nguyên lý bãi tiếp địa, chưa trình bày chi tiết số liệu đo đạc điện trở suất đất thực tế tại hiện trường Khu chế xuất Tân Thuận bằng các phương pháp đo 4 cọc (Wenner).
- Phần triển khai an toàn điện ở Chương IV mang tính lý thuyết tổng quan, chưa đi sâu vào bảng tính phối hợp bảo vệ chi tiết cho từng sơ đồ nối đất cụ thể (như TN-S, IT) trong nội bộ các tầng hầm và phòng server.
Hướng phát triển:
- Bổ sung quy trình kiểm tra, đo đạc định kỳ điện trở tiếp địa thực tế trước các mùa mưa bão theo khuyến nghị vận hành.
- Mở rộng nghiên cứu mô phỏng quá độ xung điện áp và dòng sét lan truyền trong mạng hạ áp nội bộ khi có xung sét đánh trực tiếp vào đầu kim ESE.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện, An toàn Lao động và Kỹ thuật Công trình: Cung cấp tài liệu mẫu chi tiết về các bước tính toán hệ thống chống sét trực tiếp theo tiêu chuẩn ESE (NF-C 17-102) và phương pháp tính toán bãi tiếp địa mạch vòng.
- Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) cho các tòa nhà văn phòng và trung tâm dữ liệu: Tham khảo giải pháp ứng dụng hợp chất giảm điện trở GEM25A để đạt trị số $R < 1\ \Omega$ trong điều kiện diện tích bãi tiếp địa bị giới hạn.
- Cán bộ quản lý an toàn điện: Tham khảo bảng tổng hợp chi tiết các ngưỡng an toàn sinh học, điện áp tiếp xúc cho phép theo thời gian và cơ chế bảo vệ chống chạm điện theo tiêu chuẩn IEC.
Câu hỏi thường gặp
1. Tòa nhà FPT có quy mô kiến trúc như thế nào và yêu cầu điện trở đất cho các hệ thống tiếp địa được quy định ra sao?
Tòa nhà FPT tại Khu chế xuất Tân Thuận (Quận 7, TP.HCM) có diện tích mặt sàn $22\text{ m} \times 26\text{ m} = 572\text{ m}^2$, gồm 10 tầng nổi và 4 tầng hầm, chiều cao tổng thể $h_x = 48\text{ m}$. Yêu cầu điện trở tiếp đất gồm 03 hệ thống: tiếp đất chống sét trực tiếp $R \le 10\ \Omega$; tiếp đất điện nhẹ và chống sét lan truyền $R \le 1\ \Omega$; tiếp đất an toàn và lan truyền $R \le 4\ \Omega$ (nhưng do tính chất đặc thù là trung tâm dữ liệu chứa nhiều server nên yêu cầu bắt buộc là $R < 1\ \Omega$).
2. Kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE) hiệu Saint-Elmo hoạt động dựa trên nguyên lý nào và bán kính bảo vệ tính toán cho tòa nhà là bao nhiêu?
Kim ESE Saint-Elmo hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng vật liệu gốm áp điện (piezoelectric ceramic - chì zircotitanate phủ nickel) để tạo điện áp kích thích rất cao ($20 - 25\text{ kV}$), phát xạ lượng lớn ion ($7,65 \times 10^{10}$ ion ở mức $2,5 - 6,5\text{ kV}$) làm ion hóa không khí xung quanh đầu thu, từ đó chủ động kích hoạt dòng tiên đạo sớm hơn kim thông thường. Với kim cao $5\text{ m}$ lắp ở độ cao $48\text{ m}$ (tổng chiều cao đỉnh kim $h = 53\text{ m}$, dòng sét $I_s = 6\text{ kA}$), bán kính bảo vệ tính toán tại cao độ nóc nhà đạt $R_p = 61,64\text{ m}$ theo tiêu chuẩn NF-C 17-102, bảo vệ an toàn cho toàn bộ mặt bằng công trình.
3. Tại sao bãi tiếp địa chống sét lan truyền phải sử dụng hợp chất GEM25A và kết quả điện trở sau xử lý đạt bao nhiêu?
Bãi tiếp địa chống sét lan truyền gồm 12 cọc thép mạ đồng $D16 \times 2,4\text{ m}$ liên kết bằng cáp đồng trần $70\text{ mm}^2$ có điện trở tản ban đầu tính toán là $6,2\ \Omega$, không đạt yêu cầu $R < 1\ \Omega$ cho trung tâm dữ liệu. Tác giả đã sử dụng 48 bao hóa chất giảm điện trở GEM25A của hãng ERICO (Mỹ) rải xung quanh điện cực (lỗ khoan đường kính $120\text{ cm}$) để hạ điện trở suất tiếp xúc. Kết quả sau xử lý hóa chất đạt điện trở nối đất $R_đ = 0,14\ \Omega$, hoàn toàn thỏa mãn tiêu chuẩn.
4. Dòng điện xoay chiều AC tần số công nghiệp ($50 - 60\text{ Hz}$) tác động lên cơ thể người theo các ngưỡng nguy hiểm nào theo tiêu chuẩn IEC 479-1?
Theo IEC 479-1, dòng điện AC ($50 - 60\text{ Hz}$) tác động theo các ngưỡng: $0,6 - 1,5\text{ mA}$ (bắt đầu thấy tê); $2 - 3\text{ mA}$ (tê tăng mạnh); $5 - 7\text{ mA}$ (bắp thịt co); $8 - 10\text{ mA}$ (ngưỡng dòng giới hạn nguy hiểm cho phép buông nhả $I_{cpAC} \le 10\text{ mA}$); $20 - 25\text{ mA}$ (không tự rời được vật có điện, khó thở); $50 - 80\text{ mA}$ (tê liệt hô hấp, tim đập mạnh); và từ $90 - 100\text{ mA}$ kéo dài $\ge 3\text{ s}$ sẽ gây rung thất (nghẹt tâm thất) làm ngừng tuần hoàn máu dẫn đến tử vong.
5. Vì sao dòng điện AC tần số $50 - 60\text{ Hz}$ lại gây nguy hiểm sinh học cao hơn dòng điện một chiều DC?
Khi đặt điện áp AC tần số $50 - 60\text{ Hz}$ lên tế bào sinh học, nguồn điện liên tục đổi chiều làm các ion trong tế bào dao động qua lại. Ở tần số này, vận tốc của ion vừa đủ để trong một chu kỳ điện chúng chuyển động được hai lần bề rộng của tế bào, tạo ra số lần va đập vào màng tế bào là lớn nhất. Sự va đập cực đại này phá hủy nghiêm trọng các chức năng hóa sinh của tế bào (đặc biệt là các tế bào điều khiển cơ tim và hệ hô hấp), làm cho ngưỡng nguy hiểm của dòng AC thấp hơn nhiều so với dòng DC (ngưỡng buông tay của AC là $10\text{ mA}$ trong khi DC là $50\text{ mA}$).
Kết luận
Đồ án "Thiết kế chống sét cho tòa nhà bộ môn An Toàn Điện" (nghiên cứu thực tế tại Tòa nhà FPT Tân Thuận) của tác giả Nguyễn Quốc Huy đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán bảo vệ kỹ thuật công trình trước hiểm họa thiên tai dông sét. Bằng việc ứng dụng đồng bộ đầu thu tiên đạo sớm ESE Saint-Elmo, thiết bị cắt lọc sét SRF và bãi tiếp địa hóa chất GEM25A đạt trị số điện trở tối ưu $0,14\ \Omega$, công trình đảm bảo an toàn tuyệt đối cho con người và hệ thống dữ liệu điện tử. Đồ án là tài liệu kỹ thuật có phương pháp luận rõ ràng, số liệu tính toán chi tiết và mang giá trị ứng dụng cao cho công tác thiết kế an toàn cơ điện công trình cao tầng.