Nghiên cứu chiều cao đặt lưới thu sét trên công trình theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 nhằm tăng hiệu quả bảo vệ

Nội dung text: Nghiên cứu chiều cao đặt lưới thu sét trên công trình theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 nhằm tăng hiệu quả bảo vệ

1. J. Sci. & Devel. 2015, Vol. 13, No. 5: 790-796 Tạp chí Khoa học và Phát triển 2015, tập 13, số 5: 790-796 www.vnua.edu.vn NGHIÊN CỨU CHIỀU CAO ĐẶT LƯỚI THU SÉT TRÊN CÔNG TRÌNH THEO TIÊU CHUẨN TCXDVN9385:2012 NHẰM TĂNG HIỆU QUẢ BẢO VỆ Ngô Quang Ước*, Đào Xuân Tiến, Nguyễn Ngọc Kính, Nguyễn Hữu Thuần Khoa Cơ Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam Email*: [email protected] Ngày gửi bài: 22.12.2014 Ngày chấp nhận: 30.07.2015 TÓM TẮT Chiều cao tối thiểu của lưới thu sét theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 chưa được đề cập cụ thể. Mục đích của nghiên cứu này là đề xuất chiều cao của lưới thu sét theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 nhằm đạt được hiệu quả bảo vệ cao. Khi chiều cao công trình không quá 20m, sử dụng lưới 5m x 10m và lưới 10m x 20m đặt chiều cao lưới tối thiểu tương ứng là 16 cm và 21 cm. Nếu chiều cao lớn hơn 20m, áp dụng phương pháp quả cầu lăn với 4 dạng lưới là 5m x 5m, 10m x 10m, 15m x 15m và 20m x 20m tương ứng chiều cao tối thiểu là 5cm, 10cm, 15cm và 20cm. Từ khóa: Phương pháp lưới chống sét, phương pháp quả cầu lăn, tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012. Determining the Height of Mesh - Type Air - Termination Installment above The Flat Roof According to Standard TCXDVN9385:2012 to Increase Interception Efficiencies ABSTRACT The minimum height of mesh according to standard TCXDVN9385:2012 was not clearly defined. The aim of this study was to propose the height of mesh-type air - termination according to the standard TCXDVN9385: 2012 to achieve high protection. When buildings not higher than 20m, a mesh width of 5m x 10m and 10m x 20m can be installed at a height 16cm and 21cm, respectively. If the height of buildings greater than 20 m rolling - sphere method, with 4 mesh type are 5m x 5m, 10m x 10m, 15m x 15m and 20m x 20m at minimum height of 5cm, 10cm, 15cm, and 20cm, respectively, can be used Keywords: mesh method, standard TCXDVN9385:2012, the rolling - sphere method. Phương pháp lưới bảo được đề cập với 2 1. ĐẶT VẤN ĐỀ dạng lưới chính là lưới 5m x 10m áp dụng cho Chống sét cho các công trình xây dựng là các công trình dễ cháy nổ và lưới 10m x 20m áp rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho công trình. dụng các công trình mái bằng khác. Tiêu chuẩn Vì vậy, ở mỗi quốc gia đã soạn thảo một tiêu trình bày một cách khá chi tiết với một số dạng chuẩn để áp dụng. Ở Việt Nam, tiêu chuẩn mới công trình cụ thể, tuy nhiên chưa đề cập đến nhất được đưa vào sử dụng trong lĩnh vực chống việc đặt lưới thu sét cao bao nhiêu so với mái sét cho các công trình xây dựng là công trình. Vì vậy, khi thiết kế chống sét sử TCXDVN9385:2012. Trong tiêu chuẩn này, các dụng phương pháp lưới bảo vệ sẽ nhiều gặp khó biện pháp chống sét trực tiếp cho công trình dựa khăn. Nhận thấy sự cần thiết cho việc thiết kế trên 3 phương pháp chính: phương pháp góc bảo chống sét theo phương pháp lưới bảo vệ, nghiên vệ; phương pháp lưới bảo vệ; phương pháp quả cứu xác định chiều cao của lưới nhằm nâng cao cầu lăn. hiểu quả bảo vệ chống sét cho công trình. 790
2. Ngô Quang Ước, Đào Xuân Tiến, Nguyễn Ngọc Kính, Nguyễn Hữu Thuần 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP các công trình dễ cháy nổ, lưới 10m x 20m được áp dụng cho các công trình khác. Ngoài Nghiên cứu dựa trên các dạng lưới thu sét ra tiêu chuẩn cũng đề cập bổ sung thêm các của tiêu chuẩn chống sét TCXDVN9385:2012, kim thu sét quanh công trình để nâng cao khả áp dụng phương pháp quả cầu lăn theo tiêu năng bảo vệ. chuẩn IEC (IEC 62305, 2010) và kết quả nghiên cứu lưới chống sét theo phương pháp mô hình Với công trình cao hơn 20 m, áp dụng điện hình học (Alexander, 2012) để đề xuất phương pháp quả cầu lăn để tính toán, và chiều cao tối thiểu của lưới nhằm đảm bảo an khuyến nghị dùng bán kính quả cầu lăn 20m toàn cho công trình. đối với các công trình có nguy cơ cháy cao, còn bình thường dùng bán kính 60m. 2.1. Phương pháp lưới bảo vệ theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 2.2. Phương pháp quả cầu lăn theo IEC62305 (2010) Phương pháp này được đề cập theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCXDVN9385:2012) áp Phương pháp này là dùng một quả cầu có dụng để bảo vệ cho các công trình mái bán kính r cho lăn quanh công trình cần bảo vệ nghiêng lớn, và mái bằng có chiều cao không (Hình 3), nếu bộ phần nào quả cầu chạm vào thì quá 20 m. Tiêu chuẩn đề cập đến 2 dạng lưới sẽ bị sét đánh vào. Căn cứ vào đó, đưa ra thu sét là 5m x 10m (Hình 1) và 10m x 20m phương pháp đặt hệ thống thu sét thích hợp để (Hình 2). Với dạng lưới 5m x 10m áp dụng cho quả cầu không chạm vào công trình. 5 m 10 m 10 m 20 m Hình 1. Lưới thu sét 5m x10 m Hình 2. Lưới thu sét 10m x 20 m Hình 3. Phương pháp quả cầu lăn 791
3. Nghiên cứu chiều cao đặt lưới thu sét trên công trình theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 nhằm tăng hiệu quả bảo vệ Bảng 1. Lưới thu sét theo cấp bảo vệ Cấp bảo vệ Dòng điện sét min Bán kính Hiệu quả bảo vệ Ô lưới (kA) quả cầu lăn r (m) (%) (m x m) I 3 20 99 5 x 5 II 5 30 97 10 x 10 III 10 45 91 15 x 15 IV 16 60 84 20 x 20 Bán kính quả cầu lăn được tính theo công thức: 1 PI(min ) 2,6 *100 (2) 0,65 r 10 I (m) (1) I min 1 24 Trong đó: I là dòng điện đỉnh (kA) Theo tiêu chuẩn IEC (IEC 62305, 2010) đề cập 4 cấp bảo vệ tương ứng với 4 dòng điện sét 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN bé nhất, và tính được bán kính quả cầu lăn 3.1. Tính toán chiều cao tối thiểu để đặt tương ứng với từng cấp theo công thức (1), tính lưới thu sét hiệu quả bảo vệ của từng cấp theo công thức (2). Độ sâu nhất của quả cầu lăn so mới mặt Với 4 cấp bảo vệ này IEC đã giới thiệu 4 dạng lưới được tính theo công thức (IEC 62305, 2010): lưới phù hợp cho từng cấp tương ứng thể hiện trong bảng 1. 2 2 a Hiệu quả bảo vệ được tính theo công thức p r r (3) sau (Sen, 2001): 2 Bảng 2. Giá trị p phụ thuộc các cạnh ô lưới và bán kính quả cầu Độ sâu nhất p (m) Bán kính của quả cầu r (m) a (m) 20m (Cấp I) 30m (Cấp II) 45m (Cấp III) 60m (Cấp IV) 1 0,01 0,00 0,00 0,00 2 0,03 0,02 0,01 0,01 3 0,06 0,04 0,03 0,02 4 0,10 0,07 0,04 0,03 5 0,16 0,10 0,07 0,05 6 0,23 0,15 0,10 0,08 7 0,31 0,20 0,14 0,10 8 0,40 0,27 0,18 0,13 9 0,51 0,34 0,23 0,17 10 0,64 0,42 0,28 0,21 11 0,77 0,51 0,34 0,25 12 0,92 0,61 0,40 0,30 13 1,09 0,71 0,47 0,35 14 1,27 0,83 0,55 0,41 15 1,46 0,95 0,63 0,47 16 1,67 1,09 0,72 0,54 17 1,90 1,23 0,81 0,61 18 2,14 1,38 0,91 0,68 19 2,40 1,54 1,01 0,76 20 2,68 1,72 1,13 0,84 792
4. Ngô Quang Ước, Đào Xuân Tiến, Nguyễn Ngọc Kính, Nguyễn Hữu Thuần Trong đó: Theo tiêu chuẩn IEC (IEC 62305, 2010) ta p là độ sâu nhất của mặt cầu so với lưới thu có 4 cấp tương ứng với 4 dạng ô lưới và độ sâu sét (m) nhất p được thể hiện qua các hình 4 đến hình 7. r là bán kính quả cầu lăn (m) Từ hình 4 đến hình 7 ta thấy chỉ có 1 điểm a là cạch của lưới (dạng hình vuông) hoặc của quả cầu nằm sâu nhất so với mặt lưới đó là cạnh bé của lưới (dạng chữ nhật) (m) điểm nằm ở tâm của lưới. Tùy thuộc vào ô lưới và cấp bảo vệ mà ta có Theo tiêu chuẩn Việt Nam độ sâu nhất của mặt cầu so với mặt bằng lưới sẽ (TCXDVN9385:2012) ta có độ sâu nhất p so với khác nhau, được tính toán trong bảng 2. mặt lưới được thể hiện trên hình 8 và hình 9. r = 20m r = 30m p = 0,16 m p = 0,42 m 5 m 10 m 5 m 10 m Hình 4. Giá trị p của lưới 5m x 5m Hình 5. Giá trị p của lưới 10m x 10m r = 45m r = 60m p = 0,63 m p = 0,84 m 15 m 20 m 15 m 20 m Hình 6. Giá trị p của lưới 15m x 15m Hình 7. Giá trị p của lưới 20m x 20m 793
5. Nghiên cứu chiều cao đặt lưới thu sét trên công trình theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 nhằm tăng hiệu quả bảo vệ r r p p 5 m 10 m 5 m 10 m 10 m 20 m Hình 8. Độ sâu p của lưới 5m x 10m Hình 9. Độ sâu p của lưới 10m x 20m Qua hình 8 và hình 9 nhận thấy: khi áp dụng chiều cao tối thiểu của lưới này khi thiết kế phương pháp quả cầu lăn vào 2 dạng lưới thu sét không thấp hơn 21cm. theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 thì độ sâu Các công trình có kiến trúc phức tạp có nhất p của quả cầu so với mặt lưới không chỉ là 1 chiều cao lớn hơn 20m theo tiêu chuẩn Việt điểm mà là 1 đường thẳng tương ứng với ô lưới 5m Nam (TCXDVN9385:2012) áp dụng phương x 10m là 5m và ô lưới 10m x 20m là 10m. pháp quả cầu lăn để tính toán. Như vậy, nếu Theo khuyến cáo của tiêu chuẩn Việt Nam sử dụng ô lưới 5m x 5m thì chiều cao tối thiểu (TCXDVN9385:2012), khi áp dụng quả cầu lăn của ô lưới so với công trình là 16cm, sử dụng ô bảo vệ cho các công trình dễ cháy nổ thì dùng lưới 10m x 10m thì 42cm, sử dụng ô lưới 15m bán kính quả cầu r = 20m, như vậy lưới 5m x x 15m thì 63cm và sử dụng ô lưới 20m x 20m 10m có độ sâu nhất p bằng 16cm. Có nghĩa là thì 84cm. khi thiết kế lưới 5m x 10m bảo vệ cho công Tuy nhiên nếu sử dụng mô hình điện hình trình, phải đặt lưới trên công trình ít nhất là học (Alexander, 2012), ta có kết quả về hiệu quả 16cm (Bảng 2). Với lưới 10m x 20m áp dụng bán ngăn chặn sét của 4 dạng lưới theo độ cao đặt kính quả cầu lăn 60m như vậy theo bảng 2 ta có lưới trên công trình được thể hiện trong bảng 3. Bảng 3. Sự phụ thuộc của hiệu quả ngăn chặn sét vào chiều cao lưới Hiệu quả ngăn chặn sét P (%) Chiều cao lưới so với mái Dạng lưới (m) h (cm) 5m x 5m 10m x 10m 15m x 15m 20m x 20m 5 99,11 85,97 69,36 57,85 10 99,86 97,87 83,65 71,60 15 99,96 98,29 90,89 80,17 20 99,99 99,09 94,69 85,89 25 99,99 99,47 96,69 89,84 35 99,99 99,79 98,40 94,50 45 99,99 99,90 99,08 96,76 50 99,99 99,93 99,29 97,43 794
6. Ngô Quang Ước, Đào Xuân Tiến, Nguyễn Ngọc Kính, Nguyễn Hữu Thuần P (%) 100 95 90 85 80 75 lưới 5mx5m 70 lưới 10mx10m 65 lưới 15mx15m 60 55 lưới 20mx20m 50 h (cm) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Hình 10. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa chiều cao lưới và hiệu quả ngăn chặn sét của các dạng lưới theo IEC Qua bảng 3 cho thấy với hiệu quả ngăn có cơ sở. Vì trong tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 chặn sét có được, so sánh với hiệu quả ngăn không nói rõ hiệu quả ngăn chặn sét của 2 dạng chặn ở bảng 1, cho ta chiều cao treo lưới so với lưới này là bao nhiêu. Vì vậy ta sử dụng phương mặt công trình lúc này sẽ giảm đi đáng kế: Nếu pháp quả cầu lăn đã tính ở bảng 2 áp dụng cho lưới 5m x 5m (cấp I) chiều cao lưới so trên công 2 dạng lưới này. trình là 5cm thì hiệu quả ngăn chặn sét đã đạt trên 99%; nếu lưới là 10m x 10m (cấp II) với 3.2. Tính toán chiều cao kim thu sét phối chiều cao bố trí lưới là 10cm thì đạt được hiệu hợp với lưới thu sét quả ngăn chặn sét là 97%; lưới 15m x 15m (cấp Nếu chỉ sử dụng các dạng lưới chống sét III) chiều cao của lưới so với công trình là 15cm trên để chống sét cho công trình, muốn đảm bảo thì đạt được hiệu quả ngăn chặn là 91%. Cuối an toàn cho công trình thì cần đặt độ cao của cùng là lưới 20m x 20m (cấp IV) chiều cao tối lưới khá cao, nhiều công trình thấp sẽ không thiểu là 20cm đã đặt được hiệu quả ngăn chặn đảm bảo mỹ quan. Vì vậy, cần bổ sung thêm là trên 84%. kim thu sét quanh công trình nhằm đảm bảo sét Tuy nhiên sử dụng bảng 3 áp dụng cho không đánh vào cạnh của công trình và giảm dạng lưới 5m x 10m, và lưới 10m x 20m không được chiều cao đặt lưới. c Kim thu sÐt d h C«ng tr×nh L­íi a x b a b Hình 11. Kết hợp giữa kim thu sét và lưới thu sét 795
7. Nghiên cứu chiều cao đặt lưới thu sét trên công trình theo tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 nhằm tăng hiệu quả bảo vệ Bảng 4. Chiều cao kim thu sét với lưới 5m x 10m, r = 20m, a = 5m c (m) 1 2 3 4 5 h (cm) 23,3 25,2 28,4 32,8 38,5 Bảng 5. Chiều cao kim thu sét với lưới 10m x 20m, r = 60m, a =10m c (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 h (cm) 36 36,6 37,6 39,1 41 43,3 46 49,1 52,7 56,7 Công thức tính chiều cao của kim thu sét không lớn hơn 20m theo tiêu chuẩn phụ thuộc vào độ cao của lưới thu sét khi bố trí TCXDVN9385:2012 thì chiều cao của lưới so với kim theo hình 11 là [5]: công trình nên đặt là không thấp hơn 16cm đối với lưới 5m x 10m và 21cm đối với lưới 10m x 2 c2 h r r2 a 2 rd d 2 (m) (4) 20m. 4 Với các công trình có chiều cao lớn hơn 20 Trong đó: m, tiêu chuẩn TCXDVN9385:2012 khuyến cáo r là bán kính quả cầu (m) áp dụng phương pháp quả cầu lăn. Phương pháp này có 4 cấp với 4 dạng lưới là: lưới 5m x 5m a: cạnh của ô lưới (dạng hình vuông) hoặc (cấp I), lưới 10m x 10m (cấp II), lưới 15m x 15m cạnh bé của lưới (hình chữ nhật) (m) (cấp III), và lưới 20m x 20m (cấp IV). Tương ứng d: độ cao của lưới so mái công trình (m), giá nên đặt chiều cao của lưới không thấp hơn 5 cm, trị d p thì không theo công thức (4). cần kim thu sét vì lưới thu sét đã đảm bảo an toàn cho công trình. TÀI LIỆU THAM KHẢO Qua công thức (4) nếu sử dụng lưới 5m x Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN9385:2012 (2012). 10m và 10m x 20 m, khi chiều cao của lưới là 10 Chống sét cho công trình xây dựng - hướng dẫn cm, hệ thống kim thu sét bố trí như hình 11, thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống, Hà Nội. chiều cao của kim thu sét tính được cho trong IEC 62305 - 3 Edition 2.0 (2010). Protection against bảng 4, bảng 5 lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard. Như vậy nếu sử dụng lưới 5m x 10m đặt cao Alexander Kern, Christof Schelthoff, Moritz Mathieu 10cm thì cần bố trí kim thu sét chiều cao tối (2012). Calculation of interception efficiencies for thiểu là 39cm và khoảng cách giữa 2 kim là 5 m. mesh - type air - terminations according to IEC Với lưới 10m x 20m đặt ở độ cao 10cm thì cần bố 62305 - 3 using a dynamic electro - geometrical trí kim thu sét với chiều cao tối thiểu là 41cm model, 2012 International Conference on nếu khoảng cách 2 kim cách nhau 5m và 57cm Lightning Protection (ICLP), Vienna, Austria. nếu 2 kim cách nhau 10m. Sen P.K. (2001). P.E: Understanding Direct Lightning Stroke Shielding of Substations. Ngô Quang Ước, Đào Xuân Tiến, Vũ Hải Thuận, 4. KẾT LUẬN Nguyễn Thị Huyền Thanh, Nguyễn Hữu Thuần (2014). Nghiên cứu và thiết kế hệ thống chống sét Khi áp dụng 2 dạng lưới thu sét 5m x 10m và tiêu chuẩn cho khu vực Học viện Nông nghiệp Việt 10m x 20m bảo vệ cho công trình có chiều cao Nam, Đề tài cấp Học viện, Mã số T2013-05-20. 796