Tính toán chống sét, tính bán kính bảo vệ chống sét, thiết kế chống sét

Cách tính bán kính bảo vệ theo công thức của NFC 17102

Trước tiên là một vài định nghĩa:

Tia sét xuống đất

Là sự phóng một luồng điện tích có nguồn gốc từ khí quyển  giữa các đám mây và mặt đất, bao gồm một hoặc nhiều dòng xung (đánh ngược).

Sét đánh

Một hoặc nhiều tia sét phóng xuống đất.

Điểm nổi bật

Là giao điểm giữa tia sét và mặt đất, công trình hay hệ thống chống sét.

Khối bảo vệ

Là khối – phạm vi ảnh hưởng của thiết bị dẫn phát tia tiên đạo sớm (ESE) trong đó bản thân thiết bị dẫn phát tia tiên đạo sớm chính là “điểm nổi bật”.

Mật độ sét – Ng

Số tia sét đánh xuống mặt đất hàng năm trên mỗi km2.

Mật độ đánh ngược – Na

Là số lượng sét đánh ngược hàng năm trên mỗi km2.  Xem bản đồ tại phụ lục B (NFC 17102)

Hệ thống chống sét

Hệ thống hoàn chỉnh được sử dụng để bảo vệ cấu trúc và các khu vực mở chống lại các tác động của sét. Nó bao gồm một cài đặt chống sét trực tiếp và một cài đặt bảo vệ chống sét lan truyền, nếu có.

Đầu phát xạ kim thu sét (ESE)

Một cột thu lôi được trang bị hệ thống kích hoạt sớm dòng ion hướng lên khi so sánh với cột thu lôi đơn giản (SR) ở cùng điều kiện.

Quá trình kích hoạt sớm

Hiện tượng vật lý với sự khởi đầu của vầng hào quang (corona) và tiếp tục lan truyền theo hướng lên trên.

Thời gian kích hoạt sớm (ΔT)

Thời gian của ESE đạt được tia hướng lên khi so sánh với một SR trong cùng điều kiện và phương pháp đánh giá. Giá trị này được diễn dải bằng  µs.

Thời gian kích hoạt sớm (ΔT) được dùng để xác định các bán kính bảo vệ. Điều này được thể hiện như sau:

∆T = T_SR – T_ESE

Trong đó:

T_SR là thời gian kích hoạt tia tiên đạo của kim thu sét cổ điển SR.

T_ESE là thời gian kích hoạt tia tiên đạo của kim thu sét ESE.

GIỚI HẠN ∆t LÊN TỐI ĐA 60µs TRONG TIÊU CHUẨN CHỐNG SÉT VỚI THIẾT BỊ ESE

Cấp bảo vệ (D)

Phân loại của một hệ thống bảo vệ chống sét thể hiện sự hiệu quả của nó. (level I: 98%)

Các thông số đặc trưng và các hiệu ứng liên quan của sét.

Các thông số đặc trưng:

Cường độ

Thời gian tăng

Thời gian suy giảm

Sự thay đổi tỷ lệ hiện tại (di/dt)

Phân cực (âm hay dương)

Năng lượng cụ thể

Số nhánh của tia sét

Các hiệu ứng liên quan:

Hiệu ứng quang

Hiệu ứng âm thanh

Hiệu ứng điện hóa học

ảnh hưởng nhiệt

bức xạ điện từ

hiệu ứng điện năng.

Phạm vi bảo vệ

Phạm vi bảo vệ được bao trùm bởi một vòng có trục là ESE và bán kính bảo vệ được xác định dựa trên độ cao h đang được xem xét.

Hình 1: mối quan hệ giữa bán kính bảo vệ R và chiều cao h

Độ cao h là khoảng cách của đỉnh ESE so với mặt phẳng ngang đi qua đỉnh phần tử được bảo vệ.

Bán kính R là bán kính bảo vệ của ESE ở độ cao đang được xem xét.

Bán kính bảo vệ (Rp)

Bán kính bảo vệ của ESE có liên quan đến chiều cao của nó so với các khu vực được bảo vệ, thời gian phát tia tiên đạo ∆T và cấp độ bảo vệ được lựa chọn (xem phụ lục A – NFC 17102). Mối quan hệ được thể hiện bằng công thức sau:

với h ≥5m. (CT 1)

Trong đó:

ΔL: là độ dài (quãng đường) của tia tiên đạo.

∆L_(m) = v_(m/µs)×∆T_(µs) (CT 2)

Giả định rằng v = v_up = v_down = 1 m/µs (vận tốc trung bình đo được của tia tiên đạo- tại trang 40 và 52 của NFC 17102).

∆T: xem tại phụ lục C – NFC 17102.(thông số này do nhà sản xuất công bố trong catalogues).

D (m): là khoảng cách nổi bật hay bán kính hình cầu lăn.
20m cho mức độ bảo vệ cấp I
30m cho cấp độ bảo vệ II
45m cho bảo vệ cấp III
60m cho cấp độ bảo vệ IV 
Ví dụ:

D của Kim ESE                                                                   D của Kim cổ điển (SR)

Như vậy, chúng ta có thể dễ dàng tìm được Rp.