Vùng bảo vệ & góc bảo vệ trong chống sét

Hiểu cách tính toán vùng bảo vệ và góc bảo vệ giúp tối ưu hiệu quả chống sét cho nhiều kiểu dạng công trình.

Vùng bảo vệ trong chống sét là gì?

Vùng bảo vệ được hiểu một cách đơn giản là thể tích mà trong giới hạn đó các bộ phận chống sét tạo ra một sự bảo vệ. Bằng việc thu tia sét vào các bộ phận chống sét, vùng bảo vệ giúp chống lại dòng điện phóng ra từ sét. Kích thước và hình dáng của vùng bảo vệ thay đổi theo chiều cao công trình. Hoặc thay đổi theo chiều cao của các thiết bị thu sét thẳng đứng. Với các công trình cao không quá 20 m, vùng bảo vệ của các bộ phận thu dẫn sét thẳng đứng từ dưới mặt đất lên được xác định là thể tích tạo bởi một hình nón. Đỉnh nón chính là đỉnh bộ phận thu sét và đáy nằm dưới mặt đất. Với những kết cấu cao hơn 20 m, xác định vùng bảo vệ như trên có thể không áp dụng được. Cần có thêm các thiết bị giúp chống lại các cú sét đánh bên cạnh công trình. Vùng bảo vệ của các bộ phận thu sét ngang cũng được xác định bởi không gian hình nón. Trong đó, đỉnh nón nằm trên dây thu sét ngang chạy từ điểm đầu đến điểm cuối.

Góc bảo vệ trong chống sét

Đối với các kết cấu chiều cao không quá 20 m về chiều cao, góc giữa cạnh của hình nón với phương thẳng đứng tại đỉnh của hình nón gọi là góc bảo vệ. Độ lớn góc bảo vệ không xác định được một cách chính xác. Vì phụ thuộc vào độ lớn của cú sét đánh. Bên cạnh đó, còn phụ thuộc vào sự hiện diện của các vật thể có khả năng dẫn điện. Chúng có thể tạo nên các đường nối đất độc lập với hệ thống chống sét. Khả năng bảo vệ của hệ thống chống sét sẽ tăng lên khi lấy góc bảo vệ giảm đi. Đối với các kết cấu cao hơn 20 m, góc bảo vệ của bất kỳ một bộ phận dẫn sét nào cao tới 20 m cũng sẽ tương tự như đối với các bộ phận thu dẫn sét của các kết cấu thấp hơn 20 m. Công trình cao hơn 20 m có khả năng bị sét đánh vào phía bên cạnh. Bởi vậy, cần xác định thể tích được bảo vệ theo phương pháp hình cầu lăn.

Về phương pháp "hình cầu lăn"

Phương pháp "hình cầu lăn" là gì?

Phương pháp "hình cầu lăn" có thể được sử dụng để nhận biết các phần không được bảo vệ sét đánh của công trình cao nhiều mô đun phức tạp. Phương pháp này dựa trên nguyên lý quá trình tiếp xúc của đầu tích điện sét tới công trình.

Nguyên lý tiếp xúc của đầu tích điện sét tới công trình

Trước khi xảy ra sét, đầu tích điện sét hướng xuống đất (hình thành trên các đám mây dông) và cách nhánh tích điện của nó hạ thấp dần. Khi đầu tích điện sét hạ xuống thì xảy ra quá trình điện ngược dấu ở trên mặt đất (cũng hình thành đầu tích điện sét hướng lên trên) và tạo ra trường điện giữa hai mảng tích điện trái dấu. Cường độ của trường điện này tăng dần tới khi đủ lớn thì đầu tích điện hướng lên ở phía dưới phóng lên trên để gặp đầu tích điện sét hướng xuống phóng xuống dưới và tạo thành tia sét. Tia sét sẽ đánh trên mặt đất hoặc trên công trình tại nơi mà đầu tích điện hướng lên được phóng đi. Do phóng lên tại các điểm có cường độ điện trường cao nhất và có thể phóng thẳng lên trời mà không bị cản nên chúng có thể phóng theo bất cứ hướng nào để gặp đầu tích điện sét từ mây phóng xuống. Ví dụ thực tế cho tình huống này là sét vẫn đánh vào mặt bên của công trình cao. Mặc dù thông thường, sét không đánh vào phần công trình nằm dưới góc 45 độ từ điểm bảo vệ cao nhất của công trình.