Dưới đây là kiến thức chuyên ngành về chống sét (LPS – Lightning Protection System) được trình bày theo hệ thống và chuyên sâu, phù hợp cho học tập, thiết kế và thi công thực tế.
1. Tổng quan về hiện tượng sét
1.1 Bản chất của sét
- Sét là một phóng điện khí quyển giữa các đám mây hoặc giữa mây và đất.
- Dòng điện sét thường từ 5 kA đến 200 kA, xung ngắn vài trăm micro-giây.
- Điện áp có thể lên tới 100–200 MV, năng lượng đủ gây cháy nổ, phá hủy công trình.
1.2 Các loại phóng điện sét
- Sét đánh xuống đất (CG – Cloud to Ground)
- Sét đánh ngược từ mặt đất lên (Upward Lightning)
- Sét trong mây (IC – In Cloud)
2. Hệ thống chống sét theo tiêu chuẩn
Các tiêu chuẩn quốc tế phổ biến:
- IEC 62305 (chuẩn quốc tế – phổ biến nhất)
- NFPA 780 (Mỹ)
- TCVN 9385:2012 (Việt Nam, dựa trên IEC 62305)
Theo IEC 62305, chống sét gồm 4 phần:
- Đánh giá rủi ro (Risk Assessment)
- Chống sét trực tiếp (External LPS)
- Bảo vệ chống xung lan truyền (Internal LPS / SPD)
- Bảo vệ hệ thống điện tử, viễn thông
3. Hệ thống chống sét trực tiếp (External LPS)
Gồm 3 thành phần chính:
3.1 Hệ thống thu sét (Air Termination System – ATS)
Các dạng phổ biến:
- Kim thu sét truyền thống (Franklin rod)
- Dây căng (Catenary wire) – dùng cho bãi xăng, kho hóa chất
- Lưới thu sét (Mesh system) – cho mái bê tông, tòa nhà lớn
- Kim thu sét chủ động (ESE – Early Streamer Emission)
Chỉ dùng ở quốc gia chấp nhận, tùy theo quy chuẩn
Phạm vi bảo vệ tính theo:
- Góc bảo vệ (Protective angle method)
- Hình cầu lăn (Rolling sphere method)
- Lưới mặt phẳng đơn giản (Mesh method)
4. Hệ thống dẫn sét xuống (Down Conductor System)
Dẫn dòng sét từ kim thu xuống hệ thống tiếp địa.
4.1 Yêu cầu kỹ thuật
- Dùng thép mạ đồng, đồng trần hoặc cáp đồng mềm.
- Tiết diện tối thiểu theo chuẩn (VD: ≥ 50 mm² cho đồng).
- Đường đi thẳng, ngắn, ít gấp khúc; bán kính cong ≥ 20–30 cm.
- Bố trí nhiều đường xuống (≥ 2 đường), phân bố đều quanh công trình.
4.2 Liên kết đẳng thế (Equipotential Bonding)
- Nối tất cả kim loại lớn (ống thép, khung thép, mái tôn, lan can, MEP…) để giảm chênh áp.
5. Hệ thống tiếp địa chống sét (Earth Termination System)
Mục đích: tiêu tán dòng sét vào đất an toàn.
5.1 Cấu hình tiếp địa
- Tiếp địa vòng (Ring conductor) – bao quanh công trình
- Cọc tiếp địa (đồng hoặc thép mạ đồng)
- Lưới tiếp địa
- Hệ thống tiếp địa tự nhiên (cốt thép móng, ống nước kim loại…)
5.2 Điện trở tiếp địa
- Theo IEC: không yêu cầu giá trị cụ thể, chỉ cần đảm bảo phân tán dòng tốt.
- Thực tế ở Việt Nam: yêu cầu phổ biến ≤ 10 Ω.
- Mục tiêu tối ưu cho chống sét: 1–5 Ω nếu điều kiện đất tốt.
6. Bảo vệ chống xung lan truyền (SPD – Surge Protective Device)
SPD là thiết bị bảo vệ thiết bị điện – điện tử khỏi xung quá áp do sét hoặc sự cố lưới.
6.1 Phân cấp SPD theo IEC 61643
- Type 1 – chống sét đánh trực tiếp (gắn đầu nguồn tủ chính)
- Type 2 – chống xung lan truyền (gắn tủ phân phối)
- Type 3 – chống xung dư nhỏ (ổ cắm, thiết bị nhạy)
6.2 Các thông số kỹ thuật quan trọng
- Iimp (Impulse current)
- Imax (Maximum surge current)
- Up (Voltage protection level)
- Uc (Maximum continuous operating voltage)
7. Thiết kế chống sét theo IEC 62305
Bao gồm 3 bước lớn:
Bước 1 – Đánh giá rủi ro
Xác định LPL (Lightning Protection Level): I, II, III, IV
- LPL I: Bảo vệ cao nhất
- LPL IV: Mức thấp nhất
Bước 2 – Thiết kế External LPS
- Chọn phương pháp thu sét (góc – hình cầu – lưới)
- Tính số kim
- Tính đường dẫn xuống
- Tính hệ thống tiếp địa
Bước 3 – Thiết kế Internal LPS
- Xác định vị trí SPD Type 1–2–3
- Tính toán khoảng cách an toàn S (Safety distance)
8. Các lỗi phổ biến trong thi công chống sét
- Gấp khúc dây xuống < 90° hoặc bán kính cong quá nhỏ
- Chỉ dùng 1 đường xuống
- Không nối đẳng thế các kim loại
- Kim thu sét không được neo chắc chắn
- Tiếp địa rời rạc, không nối vòng
- Không lắp SPD hoặc lắp sai cấp
- Không kiểm định đo điện trở đất định kỳ
9. Kiểm định – Bảo trì hệ thống chống sét
- Kiểm định lần đầu sau lắp đặt
- Đo điện trở đất 6–12 tháng/lần
- Kiểm tra liên kết, mối nối, ăn mòn
- Kiểm tra SPD (nhiều SPD có đèn báo hỏng)
10. Ứng dụng chuyên ngành
- Công trình dân dụng
- Tòa nhà cao tầng
- Nhà xưởng, kho hóa chất
- Trạm viễn thông, BTS
- Trạm điện 22–500 kV
- Nhà máy năng lượng (solar, wind)
Bạn muốn đi sâu vào phần nào?
- Thiết kế kim thu sét?
- Tính toán theo IEC 62305?
- Sơ đồ bố trí thực tế?
- Lựa chọn SPD?
- Hướng dẫn thi công chuẩn?