Thiết kế chống sét lan truyền chuẩn cho kỹ sư điện công trình
Trong thời đại công nghệ cao, khi hệ thống điện trở nên phức tạp và thiết bị điện tử ngày càng nhạy cảm chống sét lan truyền không chỉ là lựa chọn mà là yêu cầu bắt buộc trong bất kỳ công trình nào. Đặc biệt với kỹ sư điện công trình, việc hiểu và thực hiện thiết kế hệ thống chống sét lan truyền đúng chuẩn là yếu tố then chốt để bảo vệ tài sản và tính mạng con người.
1. Vì sao cần thiết kế chống sét lan truyền cho công trình hiện đại ?
Nhiều người thường nhầm lẫn giữa chống sét đánh thẳng (hệ thống kim thu sét, cọc tiếp địa) và chống sét lan truyền. Chống sét đánh thẳng bảo vệ cấu trúc công trình khỏi tác động vật lý của cú sét. Trong khi đó, hệ thống chống sét lan truyền (Surge Protective Devices – SPD) lại tập trung vào việc bảo vệ các thiết bị điện và điện tử khỏi các xung quá áp đột biến lan truyền trên đường dây dẫn.
Nguyên lý chống sét lan truyền cốt lõi không phải là “hấp thụ” dòng sét, mà là “chuyển hướng” một cách an toàn dòng năng lượng khổng lồ này xuống hệ thống tiếp địa. Hãy hình dung thiết bị chống sét SPD như một van an toàn trên một đường điện . Khi điện áp tăng vọt đột ngột, van sẽ ngay lập tức mở ra, xả lượng áp tăng vọt (dòng điện sét) xuống hệ thống tiếp địa,
Sét lan truyền có thể xâm nhập vào công trình qua ba con đường chính:
- Đường cấp nguồn điện lực: Phổ biến và nguy hiểm nhất.
- Đường tín hiệu viễn thông: Cáp mạng, điện thoại, truyền hình cáp.
- Đường tiếp đất: Xung cảm ứng từ các cú sét đánh xuống đất gần đó.
Sự phá hủy do sét lan truyền gây ra không chỉ là thiệt hại về tài sản. Nó còn có thể gây gián đoạn hoạt động kinh doanh, mất mát dữ liệu không thể phục hồi và thậm chí là nguy hiểm đến tính mạng. Vì vậy, một giải pháp chống sét lan truyền toàn diện là nền tảng cho sự vận hành ổn định và an toàn của mọi công trình hiện đại.
2. Tiêu chuẩn thiết kế chống sét lan truyền phổ biến
Một số tiêu chuẩn thiết kế chống sét lan truyền đang được áp dụng rộng rãi gồm:
- IEC 61643: Chuẩn quốc tế về SPD cho hệ thống điện hạ áp
- IEC 62305: Tổng thể hệ thống bảo vệ chống sét
- TCVN 9385:2012: Tiêu chuẩn quốc gia Việt Nam về thiết kế, lắp đặt hệ thống chống sét
Tùy thuộc vào loại công trình và vị trí địa lý mà kỹ sư có thể áp dụng kết hợp các tiêu chuẩn này.
Hướng dẫn thiết kế chống sét lan truyền theo IEC
Bộ tiêu chuẩn quốc tế IEC 62305 (Protection against lightning) là kim chỉ nam toàn cầu. Bộ tiêu chuẩn này gồm 4 phần, trong đó Phần 4: “Hệ thống điện và điện tử bên trong các công trình” là phần trực tiếp liên quan đến thiết kế chống sét lan truyền.
Một trong những khái niệm cốt lõi của IEC 62305 là Vùng Bảo Vệ Chống Sét (Lightning Protection Zone – LPZ). Khái niệm này chia công trình thành các vùng với mức độ rủi ro khác nhau, từ đó xác định yêu cầu bảo vệ tương ứng.
- LPZ 0A: Vùng bên ngoài công trình, chịu nguy cơ bị sét đánh thẳng.
- LPZ 0B: Vùng được bảo vệ khỏi sét đánh thẳng (bởi hệ thống kim thu sét) nhưng vẫn chịu toàn bộ trường điện từ của sét.
- LPZ 1: Vùng bên trong công trình, nơi các dòng xung đã được suy giảm. Các thiết bị SPD Loại 1 (Type 1) được lắp đặt ở ranh giới giữa LPZ 0 và LPZ 1.
- LPZ 2, 3…: Các vùng sâu hơn bên trong, yêu cầu mức bảo vệ cao hơn cho các thiết bị nhạy cảm. SPD Loại 2 và 3 được lắp tại các ranh giới này.
Thiết kế hệ thống chống sét lan truyền theo TCVN
Theo TCVN 9385:2012, thiết kế hệ thống chống sét lan truyền cần được thực hiện dựa trên việc đánh giá rủi ro sét đánh đối với công trình. Các bước chính bao gồm:
- Đánh giá rủi ro: Xác định mức độ nguy cơ sét đánh dựa trên vị trí địa lý, mật độ sét, và đặc điểm công trình (nhà ở, tòa nhà cao tầng, nhà xưởng, v.v.).
- Lựa chọn thiết bị bảo vệ: Chọn các SPD phù hợp với dòng định mức, điện áp định mức và cấp độ bảo vệ (loại 1, loại 2, hoặc loại 3).
- Bố trí thiết bị chống sét lan truyền trong hệ thống điện: SPD cần được lắp đặt tại các điểm nhập nguồn (tủ điện chính), các nhánh phân phối, và gần các thiết bị nhạy cảm.
- Thiết kế hệ thống tiếp địa hiệu quả: đảm bảo trở kháng thấp (<10Ω tốt nhất < 4Ω)
- Kiểm tra và bảo trì: Hệ thống chống sét lan truyền cần được kiểm tra định kỳ để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
Bố trí thiết bị chống sét lan truyền trong hệ thống điện
Kỹ sư cần bố trí thiết bị chống sét lan truyền trong hệ thống điện theo nguyên tắc “bảo vệ nhiều lớp”:
- SPD Type 1: Gần đầu nguồn điện tổng (trong tủ điện chính) Ví dụ Thiết bị chống sét 1 pha 150kA Class 1+2 G50/385-S + G50/255NPE
- SPD Type 2: Tại các tủ phân phối (thường là tầng hoặc khu vực) Ví dụ Bộ cắt sét 1P+N DS50/385 (V+T)(-S)
- SPD Type 3: Bảo vệ đầu thiết bị (như máy tính, camera, router…) Ví dụ Bộ cắt lọc sét 25A DSF25/320-25A/3P/C-S
Khi kết hợp đúng các tầng SPD, dòng sét được triệt tiêu dần từ ngoài vào trong, giảm tối đa nguy cơ ảnh hưởng đến thiết bị.
Chống sét lan truyền cho tòa nhà cao tầng
Đây là trường hợp phức tạp và có rủi ro cao nhất. Thiết kế đòi hỏi:
- Bắt buộc phải có SPD Type 1 công suất lớn tại tủ MSB.
- SPD Type 2 cho mỗi tủ phân phối tầng.
- Đặc biệt quan tâm bảo vệ các hệ thống khác như thang máy, điều hòa trung tâm (chiller), hệ thống camera an ninh (CCTV), và đường truyền dữ liệu.
- Hệ thống tiếp địa phải theo TCVN và được liên kết đẳng thế chặt chẽ.
Chống sét lan truyền cho nhà ở
Mặc dù đơn giản hơn, nhưng chống sét lan truyền cho nhà ở ngày càng trở nên cần thiết do sự gia tăng của các thiết bị thông minh (smarthome) và đồ gia dụng đắt tiền.
- Một giải pháp chống sét lan truyền hiệu quả và kinh tế cho nhà ở là sử dụng thiết bị SPD kết hợp Type 1+2 lắp tại tủ điện tổng của gia đình.
- Khuyến khích sử dụng thêm các ổ cắm chống sét (SPD Type 3) cho các thiết bị nhạy cảm như TV thông minh, dàn âm thanh, máy tính.
