Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sét là hiện tượng phóng điện tự nhiên trong khí quyển giữa các đám mây mang điện tích trái dấu hoặc giữa các đám mây với mặt đất. Khi công trình xây dựng bị sét đánh trực tiếp, dòng năng lượng sét cực lớn gây ra các tác hại nghiêm trọng về cơ học, cơ khí, nhiệt độ cao gây cháy nổ và đe dọa an toàn tính mạng con người. Đồng thời, sóng điện từ do dòng sét tạo ra lan truyền theo các đường dây điện lực và thông tin gây quá điện áp, phá hỏng các thiết bị điện - điện tử nhạy cảm. Do đó, công tác thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đồng bộ từ thu bắt sét, dẫn dòng đến tiêu tán năng lượng vào đất là yêu cầu kỹ thuật bắt buộc đối với các công trình cao tầng hiện đại.

Đề tài tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống chống sét chung cư Hoàng Huy Commerce Hải Phòng" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán bảo vệ an toàn cho tổ hợp công trình thực tế:

  • Tên công trình: Chung cư Hoàng Huy Commerce Hải Phòng.
  • Địa điểm xây dựng: Phường Kênh Dương và Phường Vĩnh Niệm, Quận Lê Chân, Thành phố Hải Phòng.
  • Chủ đầu tư: Hoang Huy Group.
  • Quy mô kiến trúc: Công trình gồm 3 khối tháp, chiều cao công trình đạt 120 m với 35 tầng nổi và 3 tầng hầm.
  • Phân nhóm công trình: Thuộc nhóm công trình III theo quy chuẩn thiết kế chống sét.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định gồm các nội dung chính:

  1. Nghiên cứu tổng quan về hiện tượng sét, cơ chế phóng điện, tác hại xung sét và các quy định, tiêu chuẩn chống sét của Việt Nam cũng như quốc tế.
  2. Phân tích, so sánh các phương pháp và công nghệ phòng chống sét trực tiếp hiện hành (kim Franklin, lồng Faraday, kim phóng xạ, công nghệ giải trừ sét DAS và kim phát tia tiên đạo sớm ESE).
  3. Lựa chọn công nghệ và tính toán thiết kế hệ thống thu bắt sét trực tiếp bằng kim phát tia tiên đạo sớm ESE cho 3 khối tháp của chung cư Hoàng Huy Commerce theo tiêu chuẩn NF C 17-102.
  4. Thiết kế hệ thống dây dẫn thoát sét bằng cáp đồng, hệ thống vòng đai san bằng điện áp đẳng thế, hộp kiểm tra điện trở, bộ đếm sét và hệ thống tiếp địa nối đất an toàn cho tòa nhà và trạm biến áp đạt điện trở tản theo quy định.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống chống sét đánh thẳng, hệ thống dây dẫn thoát sét và hệ thống tiếp địa nối đất an toàn điện cho công trình nhà cao tầng.
  • Phạm vi không gian: Toàn bộ tổ hợp 3 tòa tháp chung cư Hoàng Huy Commerce Hải Phòng và trạm biến áp nội khu.
  • Phạm vi tài liệu và thời gian: Dữ liệu thiết kế kỹ thuật kiến trúc, địa chất công trình năm 2023 và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành hiện hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hệ thống cơ sở pháp lý, tiêu chuẩn kỹ thuật và mô hình lý thuyết được sử dụng trong đồ án bao gồm:

  • Hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam:
    • TCXDVN 9385:2012: Tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng.
    • 20 TCN 46-84: Tiêu chuẩn chống sét do Bộ Xây dựng ban hành.
    • TCN 68-174/1998: Tiêu chuẩn chống sét của Tổng Cục Bưu Điện.
    • TCVN 5506-86: Tiêu chuẩn nối đất an toàn điện hiện hành của Việt Nam.
    • TCVN 5064:1994 và TCVN 5064:1994/SĐ1:1995: Tiêu chuẩn dây dẫn đồng trần xoắn nhiều sợi.
    • TCVN 5933:1995: Tiêu chuẩn quy định cho dây đồng cứng kéo nguội.
  • Hệ thống tiêu chuẩn quốc tế:
    • NF C 17-102:1995: Tiêu chuẩn an toàn quốc gia Pháp về tính toán vùng bảo vệ của đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE).
    • UNE 21186: Tiêu chuẩn chống sét an toàn quốc gia Tây Ban Nha.
    • NFPA 781-F93-TCD: Tiêu chuẩn tính toán vùng bảo vệ của Hiệp hội Phòng cháy Quốc gia Hoa Kỳ.
    • IEC 61024-1, BS 6651, AS 1768-1991: Các tiêu chuẩn quốc tế về phương pháp hình nón, phương pháp quả cầu lăn và lưới bảo vệ chống sét.
    • VDE 0675, P6, 11: Tiêu chuẩn của Đức về chống sét lan truyền và chống sét cảm ứng.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật:

  • Phương pháp phân tích lý thuyết: Khảo sát hiện tượng tích lũy điện tích trong khí quyển, cơ chế phát triển tia tiên đạo hướng xuống của đám mây dông và quá trình kích hoạt tia tiên đạo hướng lên từ các công trình trên mặt đất.
  • Phương pháp so sánh kỹ thuật: Phân tích đối chiếu ưu nhược điểm giữa phương pháp thụ động (Franklin, lồng Faraday), phương pháp tiêu tán điện tích (DAS), phương pháp ion hóa phóng xạ và phương pháp phát tia tiên đạo sớm (ESE) về hiệu quả bảo vệ, tính khả thi kinh tế và độ an toàn.
  • Phương pháp tính toán giải tích bán kính bảo vệ: Áp dụng công thức tính bán kính bảo vệ của kim ESE theo tiêu chuẩn NF C 17-102 dựa trên các tham số: độ cao kim so với mặt phẳng bảo vệ ($h$), cấp bảo vệ và khoảng cách phóng điện ($D$), độ lợi khoảng cách ($\Delta L$) suy ra từ thời gian phát tia tiên đạo sớm ($\Delta T$).
  • Phương pháp tính toán hệ thống tiếp địa: Xác định điện trở nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo, phương pháp đo điện trở tiếp địa 3 cực để kiểm soát trị số điện trở nối đất không vượt quá $10\Omega$.

Nguồn dữ liệu thực hiện đồ án:

  • Hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc, chiều cao và mặt bằng chung cư Hoàng Huy Commerce do đơn vị tư vấn cơ điện (M&E) cung cấp.
  • Tài liệu khảo sát địa chất công trình và điện trở suất đất tại khu vực thi công.
  • Catalog kỹ thuật dòng kim phát xạ sớm Stormaster ESE của hãng LPI (Úc) và phần mềm hỗ trợ tính toán BENJI Ver 2.0.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về chung cư Hoàng Huy Commerce Hải Phòng

Chương này mô tả chi tiết quy mô công trình: tọa lạc tại vị trí giáp hai tuyến đường Võ Nguyên Giáp và Thiên Lôi, trục đường Hồ Sen - Cầu Rào 2, phường Kênh Dương và Vĩnh Niệm, quận Lê Chân, TP Hải Phòng. Tòa nhà có chiều cao đỉnh 120 m, 35 tầng nổi và 3 tầng hầm, bao gồm 3 khối tháp. Công trình được xác định thuộc nhóm III theo yêu cầu chống sét. Tác giả tổng hợp đầy đủ các căn cứ lập thiết kế bao gồm tài liệu khảo sát địa chất, số liệu thiết kế kỹ thuật M&E và các tiêu chuẩn chống sét hiện hành của Việt Nam, Pháp, Tây Ban Nha và Đức. Từ các phân tích kỹ thuật, đồ án lựa chọn giải pháp bảo vệ chống sét đánh thẳng bằng công nghệ phát xạ sớm (ESE) căn cứ theo tiêu chuẩn NF C 17-102:1995 và TCN 68-174/1998.

Chương 2: Tổng quan về sét và các phương pháp phòng chống

Chương 2 trình bày bản chất vật lý của sét: tốc độ phóng điện trong khí quyển, nhiệt độ kênh dẫn sét đạt tới 30.000°C, dòng plasma phát sáng và vận tốc ánh sáng ($299.792\text{ km/s}$) so với tốc độ âm thanh ($1.230\text{ km/h}$). Tác giả làm rõ các dạng tác hại do sét: phá hủy cơ học, cháy nổ, ảnh hưởng xung dòng sét lên độ bền cách điện của thiết bị, sự xuất hiện của điện áp bước gây nguy hiểm cho người và gia súc, cũng như sóng điện từ lan truyền gây quá điện áp trên hệ thống điện lực - viễn thông.

Chương này trích dẫn chi tiết các yêu cầu kỹ thuật trong Tiêu chuẩn Việt Nam đối với các dạng công trình (mái bằng, mái dốc, nhà tranh tre, chuồng trại), quy định khoảng cách an toàn (trên mặt đất $\ge 1,5\text{ m}$, dưới đất $\ge 3\text{ m}$), quy định nối đất mạch vòng và đai san bằng điện áp bằng thép tròn $\ge 10\text{ mm}^2$ hoặc thép dẹt bề dày $\ge 4\text{ mm}$ (kích thước ô lưới $\le 5 \times 5\text{ m}$) cho công trình cao trên 15 m.

Tác giả phân tích sâu 5 yêu cầu kỹ thuật của hệ thống chống sét toàn diện:

  1. Đón bắt sét trên đầu thu không trung.
  2. Truyền dẫn dòng điện sét xuống đất an toàn bằng dây bọc chuyên dụng hoặc cáp đồng trần tiết diện tối thiểu $50\text{ mm}^2 - 70\text{ mm}^2$.
  3. Xây dựng hệ thống nối đất điện trở thấp ($R_{đ} \le 10\Omega$, hướng tới $< 1\Omega$) bằng cọc tiếp địa, mạch vòng và hợp chất tăng cường tiếp đất (chất keo gelatin dẫn điện).
  4. Loại trừ chênh lệch điện thế đất bằng liên kết đẳng thế qua van cân bằng thế T.
  5. Bảo vệ quá điện áp trên đường dây điện lực bằng bộ lọc giảm tăng cao SRF (Surge Reduction Filters) hoặc bộ lọc PLF.

Đồng thời, chương 2 tổng hợp nguyên lý hoạt động và công thức tính toán vùng bảo vệ của các công nghệ:

  • Kim cổ điển Franklin: tính bán kính bảo vệ $r_x = 1,5h(1 - \frac{2h_x}{3h})p$ cho trường hợp 1 kim, 2 kim (bề rộng $2b_x$) và nhiều kim ($D \le 8(h - h_x)p$).
  • Dây chống sét trên đường dây tải điện: độ rộng bảo vệ $b_x = 0,8(h - h_x)p$.
  • Lồng Faraday: đan lưới dây dẫn trên mái ($\le 6\text{ m}$) và dây xuống mỗi 30 m.
  • Kim phóng điện sớm ESE: nguyên lý tạo tia tiên đạo sớm, phân tích cấu tạo quả cầu kim loại kết hợp khe hở hồ quang mồi của kim Dynasphere (phóng điện khi điện trường đạt $300 - 500\text{ kV/m}$ đối với tia tiên đạo dương hoặc $1\text{ MV/m}$ đối với tia tiên đạo âm).
  • Kim phóng xạ (Preventor, Pulsar), công nghệ Laser và hệ thống phân tán năng lượng sét DAS (gồm bộ tạo ion Ionizer, bộ tập trung điện tích GCC và dây liên kết ICC).

Bảng so sánh tính năng kỹ thuật của các công nghệ chống sét trực tiếp được tác giả tổng hợp như sau:

Tiêu chí so sánh Hệ thống kim Franklin Hệ thống giải trừ sét DAS Hệ thống kim ESE Hệ thống kim phóng xạ
Nguyên lý hoạt động Thụ động, dựa vào mũi nhọn để tập trung điện trường đón sét Phát ion dương làm giảm cường độ điện trường giữa mây và đất Tích cực, phóng sớm tia tiên đạo đi lên để thu bắt sét Tích cực, dùng nguồn phóng xạ kích hoạt tia tiên đạo
Số lượng kim sử dụng Thường phải đặt nhiều kim trên công trình Thường dùng một hệ thống cho công trình Thường chỉ sử dụng một kim cho một vùng công trình Phải sử dụng nhiều kim trên công trình
Phạm vi bảo vệ Chỉ bảo vệ trực tiếp bề mặt công trình Vùng phân tán năng lượng xung quanh công trình Bao trùm công trình và mở rộng ra vùng lân cận Bao trùm công trình và vùng phụ cận
Tính thẩm mỹ Làm giảm mỹ quan do mật độ kim và dây nhiều Cấu trúc dàn ion phức tạp trên mái Đảm bảo tính thẩm mỹ, số lượng kim ít Đảm bảo thẩm mỹ nhưng cấu trúc phức tạp
Mức độ kiểm chứng & an toàn Công nghệ cổ điển từ 1752, độ tin cậy hạn chế với nhà cao tầng Chưa được tiêu chuẩn quốc gia/quốc tế công nhận chính thức Thử nghiệm đầy đủ, đạt chuẩn NF C 17-102, áp dụng rộng rãi Bị cấm tại nhiều quốc gia do nguy cơ mất an toàn phóng xạ
Hệ thống dây thoát & tiếp địa Dùng nhiều cáp đồng trần, mỗi 30 m cần 1 dây; $R_{đ} \le 10\Omega$ Cáp thoát không đặc biệt, nối đất phải trải rộng gom điện tích Cáp đồng $70\text{ mm}^2$ luồn ống bảo vệ; $R_{đ} \le 10\Omega$ Dùng cáp đồng trần; yêu cầu $R_{đ} \le 10\Omega$

Chương 3: Thiết kế hệ thống chống sét cho chung cư Commerce

Chương 3 trình bày các bước tính toán và thiết kế chi tiết:

  • Lựa chọn kim thu sét: Chọn dòng kim Stormaster-ESE-30 của hãng LPI (Úc). Vật liệu chế tạo bằng hợp kim nhôm, khớp nối đồng thau, kích thước dài 313.5 mm, đường kính 158 mm, thời gian phát tia tiên đạo sớm $\Delta T = 30\mu s$ ($30 \cdot 10^{-6}\text{ s}$). Kim được lắp đặt trên cột kẽm cao $h = 5\text{ m}$. Áp dụng tiêu chuẩn NF C 17-102 với cấp bảo vệ III ($D = 60\text{ m}$), bán kính bảo vệ tính toán đạt $R_p = 71\text{ m}$. Công trình gồm 3 tòa tháp nên bố trí 3 kim Stormaster-ESE-30 đặt tại tâm mái của 3 tòa tháp để bao phủ toàn bộ mặt bằng.
  • Dây dẫn thoát sét và đai đẳng thế: Sử dụng cáp đồng trần nhiều sợi xoắn đồng tâm hoặc cáp đồng bọc trong ống nhựa PVC D25 có tiết diện $70\text{ mm}^2$ (đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 5064:1994 và TCVN 5933:1995, độ bền kéo $300 - 400\text{ N/mm}^2$). Mỗi cánh của từng tòa tháp bố trí 1 đường cáp thoát sét độc lập. Hệ thống kết nối với vòng đai san bằng điện thế quanh công trình bằng đai kim loại kích thước $25 \times 4\text{ mm}$.
  • Hộp kiểm tra điện trở và bộ đếm sét: Bố trí hộp kiểm tra điện trở tiếp địa nối giữa cáp thoát sét và hệ thống cọc tiếp địa. Trình bày quy trình đo điện trở tiếp địa 5 bước: (1) Kiểm tra điện áp pin; (2) Cắm 2 cọc phụ cách nhau và cách điểm đo từ 5–10 m, đấu dây đo màu xanh lá (5 m), vàng (10 m), đỏ (20 m); (3) Kiểm tra điện áp đất; (4) Đo điện trở tiếp đất; (5) Đánh giá kết quả (yêu cầu $R_{đ} \le 10\Omega$). Bố trí bộ đếm sét để ghi nhận số lần sét đánh vào hệ thống.
  • Hệ thống tiếp địa và tính toán nối đất: Thiết kế bãi cọc tiếp địa đóng sâu kết hợp mạng dây đồng trần liên kết; tính toán nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo cho tòa nhà và trạm biến áp chung cư nhằm đạt trị số điện trở tản theo đúng tiêu chuẩn TCVN 5506-86.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Kiến trúc hệ thống chống sét cho chung cư Hoàng Huy Commerce được phân bổ thành 3 khối chức năng chính:

  1. Khối thu bắt sét chủ động (ESE Head): Gồm 03 đầu kim thu sét phát tia tiên đạo sớm Stormaster-ESE-30 lắp trên cột đỡ cao 5 m tại tâm mái của 3 khối tháp. Thiết bị tạo kênh dẫn chủ động thu bắt các tia tiên đạo sét đánh thẳng trong vùng bán kính 71 m quanh đỉnh mỗi tháp.

  2. Khối truyền dẫn và san bằng thế (Down-conductor & Equipotential Bonding):

    • Dây thoát sét chính: Cáp đồng bện $70\text{ mm}^2$ luồn trong ống bảo vệ PVC D25 đi thẳng từ chân kim xuống hệ thống tiếp địa dọc theo các cánh của tháp.
    • Vòng đẳng thế: Hệ thống đai đẳng thế tiết diện $25 \times 4\text{ mm}$ bao quanh chu vi các tầng kết nối các kết cấu kim loại không mang điện, triệt tiêu hiện tượng phóng điện ngược.
    • Giám sát: Mỗi tuyến dây xuống được gắn hộp đếm sét để theo dõi tần suất sét đánh và hộp kiểm tra điện trở tiếp địa.

  3. Khối tiêu tán năng lượng (Earthing System): Mạng tiếp địa liên hoàn gồm các cọc tiếp địa thép bọc đồng chôn sâu, liên kết bằng cáp đồng trần và rãnh tiếp địa có bổ sung hợp chất tăng cường tiếp đất dạng gel gelatin, kết nối đẳng thế với hệ thống nối đất trạm biến áp.

Bảng tổng hợp thông số thiết bị và vật tư chính của hệ thống:

Hạng mục thiết bị / Vật tư Chủng loại / Mã hiệu Thông số kỹ thuật chi tiết Vị trí / Quy cách lắp đặt
Kim thu sét ESE Stormaster-ESE-30 (LPI - Úc) $\Delta T = 30\mu s$; Hợp kim nhôm; Kích thước $\text{L}313,5\text{ mm} \times \varnothing 158\text{ mm}$; Chuẩn NF C 17-102 Đặt trên đỉnh 3 tháp chung cư (03 bộ)
Cột đỡ kim thu sét Cột thép mạ kẽm (GI Model) Chiều cao lắp đặt $h = 5\text{ m}$; khớp nối đồng thau chuyên dụng Lắp tại tâm sàn mái mỗi tháp
Dây thoát sét Cáp đồng nhiều sợi bện Tiết diện $70\text{ mm}^2$; độ bền kéo $300 - 400\text{ N/mm}^2$; tiêu chuẩn TCVN 5064:1994 Luồn trong ống PVC D25, mỗi cánh tháp 1 tuyến
Đai đẳng thế Đai thép/đồng dẹt Tiết diện $25 \times 4\text{ mm}$ Chạy vòng quanh chu vi các tầng theo trục đứng
Hộp kiểm tra tiếp địa Hộp nối kèm cầu đo Cầu nối có thể tháo rời để đo tách mạch độc lập Bố trí trên tuyến cáp thoát sét trước khi nối cọc
Bộ đếm sét Thiết bị đếm xung sét Cảm biến dòng xung sét, hiển thị số lần sét đánh Lắp đặt trên dây dẫn thoát sét chính
Cọc tiếp địa & Nối đất Cọc thép mạ đồng + Hợp chất GEM Điện trở nối đất yêu cầu $R_{đ} \le 10\Omega$; hợp chất giảm trở 2 thành phần tạo gel Chôn ngầm trong đất quanh chân đế công trình

Quy trình 5 bước đo kiểm tra điện trở hệ thống tiếp địa:

  • Bước 1 (Kiểm tra nguồn pin): Xoay công tắc máy đo sang vị trí "BATT.", nhấn giữ nút "PRESS TO TEST", kim đồng hồ nằm trong dải "BATT. GOOD" xác nhận thiết bị sẵn sàng.
  • Bước 2 (Bố trí cọc và đấu nối dây): Đóng cọc phụ 1 cách điểm đo $5 - 10\text{ m}$, cọc phụ 2 cách cọc 1 từ $5 - 10\text{ m}$ trên một đường thẳng; nối dây xanh lá (5 m) vào điểm đo của hộp tiếp địa, dây vàng (10 m) vào cọc phụ 1, dây đỏ (20 m) vào cọc phụ 2.
  • Bước 3 (Kiểm tra điện áp đất): Xoay chuyển mạch sang thang đo điện áp đất để xác nhận điện áp cảm ứng không vượt ngưỡng cho phép.
  • Bước 4 (Đo điện trở đất): Chuyển thang đo về giá trị điện trở ($\Omega$), nhấn nút đo và đọc giá trị điện trở tản trên mặt đồng hồ.
  • Bước 5 (Đánh giá kết quả): So sánh giá trị đo thực tế với tiêu chuẩn ($R_{đ} \le 10\Omega$). Nếu không đạt, tiến hành bổ sung cọc tiếp địa hoặc xử lý thêm hợp chất tăng cường tiếp đất.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật của đồ án:

  • Xác lập đầy đủ cấu hình kỹ thuật hệ thống chống sét trực tiếp cho tổ hợp chung cư Hoàng Huy Commerce cao 120 m (35 tầng nổi, 3 tầng hầm) thuộc nhóm III theo quy chuẩn chống sét.
  • Tính toán chính xác bán kính bảo vệ $R_p = 71\text{ m}$ của kim phát xạ sớm Stormaster-ESE-30 với chiều cao lắp đặt cột $h = 5\text{ m}$, thời gian tiên đạo $\Delta T = 30\mu s$ và cấp bảo vệ III ($D = 60\text{ m}$ theo chuẩn NF C 17-102), chứng minh 3 đầu kim đặt tại tâm 3 tháp bảo vệ bao phủ toàn bộ công trình.
  • Thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ dẫn dòng thoát sét sử dụng cáp đồng $70\text{ mm}^2$ luồn ống PVC D25 cho từng cánh tòa tháp, kết hợp mạng đai đẳng thế $25 \times 4\text{ mm}$ và thiết bị đo kiểm.
  • Đưa ra giải pháp tính toán nối đất kết hợp giữa nối đất tự nhiên và nhân tạo cho tòa nhà và trạm biến áp, đảm bảo điện trở nối đất $R_{đ} \le 10\Omega$.

Giải pháp và kiến nghị tác giả đề xuất:

  • Khuyến nghị sử dụng cáp đồng nhiều sợi bện bọc cách điện đi trong ống bảo vệ thay vì cáp đồng trần chạy lộ thiên ngoài tường nhằm hạn chế hiện tượng phóng điện cạnh, đảm bảo an toàn cơ học và giữ mỹ quan công trình cao tầng.
  • Đề xuất áp dụng hợp chất tăng cường tiếp đất 2 thành phần (dung dịch đồng và chất tạo gel) tại các vùng đất có điện trở suất cao hoặc diện tích thi công mương cáp bị giới hạn.
  • Sử dụng van cân bằng thế T để liên kết các hệ thống nối đất độc lập trong tòa nhà, ngăn ngừa chênh lệch điện thế xung quá độ gây hỏng thiết bị và mất an toàn cho người.

Đóng góp của đồ án:

  • Tổng hợp và đối chiếu có hệ thống các tiêu chuẩn chống sét của Việt Nam (TCXDVN 9385:2012, 20 TCN 46-84, TCN 68-174/1998, TCVN 5506-86) và quốc tế (NF C 17-102, UNE 21186, VDE 0675).
  • Chứng minh tính phù hợp, an toàn và tối ưu kinh tế của giải pháp kim ESE so với phương pháp cổ điển Franklin và lồng Faraday đối với kiến trúc nhà cao tầng nhiều khối tháp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Số liệu điện trở suất của đất trong đồ án chủ yếu dựa trên tài liệu khảo sát địa chất công trình ban đầu, chưa có chuỗi số liệu đo đạc thực tế biến thiên theo mùa khô và mùa mưa tại hiện trường.
  • Đồ án tập trung chính vào bài toán chống sét đánh thẳng và hệ thống nối đất; phần chống sét lan truyền qua đường nguồn điện lực và đường tín hiệu viễn thông mới dừng ở mức định hướng giải pháp (bộ lọc SRF/PLF), chưa tính toán chi tiết dung lượng cắt sét cho từng tủ phân phối tầng.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

  • Đo đạc thực nghiệm điện trở suất đất theo phương pháp 4 cực Wenner trên toàn bộ mặt bằng thi công để hiệu chỉnh số lượng cọc tiếp địa thực tế.
  • Xây dựng mô hình mô phỏng 3D sự phân bố trường điện từ trong các trục kỹ thuật của tòa nhà khi có dòng sét đỉnh nhọn $100\text{ kA}$ đánh vào kim ESE.
  • Thiết kế chi tiết hệ thống thiết bị cắt lọc sét lan truyền đa cấp (Type 1, Type 2, Type 3) bảo vệ tủ điện tổng trạm biến áp, hệ thống thang máy, máy chủ tòa nhà và trung tâm điều khiển BMS.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo chuyên ngành cho:

  • Đối tượng: Sinh viên chuyên ngành Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật Cơ điện công trình (M&E), Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp; kỹ sư thiết kế và giám sát thi công cơ điện tại các dự án nhà cao tầng.
  • Nội dung giá trị:
    • Trình tự và phương pháp luận tính toán bán kính bảo vệ đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE) theo tiêu chuẩn Pháp NF C 17-102.
    • Bảng tra cứu đối chiếu đặc tính kỹ thuật của 4 trường phái công nghệ chống sét (Franklin, DAS, ESE, Phóng xạ).
    • Bản quy chuẩn thông số kỹ thuật cáp đồng dẫn sét $70\text{ mm}^2$, đai san bằng điện áp $25 \times 4\text{ mm}$ và quy trình chuẩn 5 bước đo điện trở tiếp địa bằng máy đo chuyên dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Công trình chung cư Hoàng Huy Commerce có quy mô thế nào và được phân loại nhóm chống sét mấy? Công trình gồm 3 khối tháp với 35 tầng nổi và 3 tầng hầm, tổng chiều cao 120 m, xây dựng tại phường Kênh Dương và Vĩnh Niệm, quận Lê Chân, TP Hải Phòng. Công trình được xác định thuộc nhóm III theo yêu cầu thiết kế chống sét.

2. Đồ án lựa chọn loại kim thu sét nào và các thông số kỹ thuật cơ bản là gì? Tác giả lựa chọn kim phát tia tiên đạo sớm Stormaster-ESE-30 của hãng LPI (Úc), chế tạo bằng hợp kim nhôm, khớp nối đồng thau, kích thước dài 313.5 mm, đường kính 158 mm, thời gian phát tia tiên đạo sớm $\Delta T = 30\mu s$, tuân thủ tiêu chuẩn NF C 17-102.

3. Bán kính bảo vệ của kim thu sét Stormaster-ESE-30 trên công trình được tính toán như thế nào? Kim được lắp trên cột đỡ cao $h = 5\text{ m}$ tại tâm mái tháp. Với cấp bảo vệ III, khoảng cách phóng điện $D = 60\text{ m}$ và thời gian tiên đạo $\Delta T = 30\mu s$, áp dụng công thức $R_p = \sqrt{h(2D - h) + \Delta L(2D + \Delta L)}$ tính ra bán kính bảo vệ $R_p = 71\text{ m}$ cho mỗi kim, đủ bao phủ toàn bộ diện tích của từng khối tháp.

4. Dây thoát sét và đai đẳng thế của công trình sử dụng quy cách vật liệu gì? Dây thoát sét sử dụng cáp đồng trần hoặc cáp đồng nhiều sợi bện tiết diện $70\text{ mm}^2$ luồn trong ống PVC D25 (đáp ứng tiêu chuẩn TCVN 5064:1994, TCVN 5933:1995), bố trí mỗi cánh tháp 1 đường dây riêng. Vòng đai đẳng thế san bằng điện áp sử dụng đai kim loại kích thước $25 \times 4\text{ mm}$.

5. Tiêu chuẩn điện trở nối đất và các bước kiểm tra điện trở tiếp địa gồm những gì? Điện trở hệ thống tiếp địa yêu cầu đạt $R_{đ} \le 10\Omega$. Quy trình đo kiểm tra qua hộp tiếp địa gồm 5 bước: (1) Kiểm tra điện áp pin máy đo ở chế độ BATT. GOOD; (2) Cắm 2 cọc phụ cách điểm đo và cách nhau $5 - 10\text{ m}$, nối các dây màu xanh lá (5 m), vàng (10 m), đỏ (20 m); (3) Kiểm tra điện áp đất; (4) Đo giá trị điện trở đất; (5) Đánh giá kết quả đo theo quy chuẩn.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống chống sét chung cư Hoàng Huy Commerce Hải Phòng" của sinh viên Vũ Tuấn Anh đã giải quyết hoàn chỉnh nhiệm vụ thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét trực tiếp và tiếp địa an toàn cho tổ hợp công trình cao tầng 120 m. Bằng việc ứng dụng 03 đầu kim phát tia tiên đạo sớm Stormaster-ESE-30 đạt bán kính bảo vệ $71\text{ m}$ kết hợp cùng tuyến cáp thoát sét đồng $70\text{ mm}^2$ và mạng nối đất đẳng thế có điện trở $R_{đ} \le 10\Omega$, đề tài mang lại giải pháp kỹ thuật có tính an toàn cao, đảm bảo mỹ quan kiến trúc và tối ưu chi phí thi công. Toàn bộ nội dung tính toán bám sát hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam (TCXDVN 9385:2012, TCN 68-174/1998) và tiêu chuẩn quốc tế (NF C 17-102), tạo thành tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cho ngành Điện tự động công nghiệp.