Hệ thống giải pháp chống sét (Bảo vệ chống sét): Kế hoạch bảo vệ tổng hợp bên ngoài và bên trong

2yrs + staff 1000+m² US$300,000,000+ China

1. Bối cảnh và Mục tiêu của Giải pháp

Sự hoạt động của sét là một yếu tố đáng kể đe dọa an toàn của các tòa nhà, nhân viên và thiết bị nội bộ. Sét đánh tạo ra dòng điện trực tiếp cường độ cao và quá áp tức thời. Điều này không chỉ gây hư hại cho công trình và phá hủy vật lý thiết bị mà còn xâm nhập qua các đường dây kim loại như đường dây điện và tín hiệu, dẫn đến sự cố thiết bị điện tử, mất dữ liệu và thậm chí là thảm họa thứ cấp như cháy nổ. Giải pháp này nhằm mục đích xây dựng một hệ thống bảo vệ toàn diện bao gồm Hệ thống Bảo vệ Sét Ngoài (ELPS) và Thiết bị Bảo vệ Chống Sét (SPDs), chặn, hướng dẫn, thải và hạn chế năng lượng sét để tối đa hóa an toàn cấu trúc của tòa nhà và đảm bảo tính liên tục và ổn định của hoạt động thiết bị và hệ thống nội bộ.

2. Tổng quan về Thành phần của Hệ thống Bảo vệ Sét (LPS)

Một Hệ thống Bảo vệ Sét tích hợp hiệu quả bao gồm hai thành phần cốt lõi không thể thiếu và hỗ trợ lẫn nhau:

Hệ thống Bảo vệ Sét Ngoài (ELPS): Chủ yếu được thiết kế để phòng chống sét đánh trực tiếp.
Hệ thống Bảo vệ Sét Nội Bộ (Hệ thống Bảo vệ Chống Sét, SPD System): Chủ yếu được thiết kế để phòng chống quá áp tức thời (sóng chấn) do Xung Điện Từ Sét (LEMP) xâm nhập vào thiết bị thông qua các đường dây.

3. Phương án Lắp đặt Cầu Chắn Sét Ngoài (Bảo vệ Chống Sét Đánh Trực Tiếp)

Chức năng chính: Để chặn sét đánh trực tiếp và dẫn dòng điện sét lớn vào đất, ngăn ngừa thiệt hại vật lý (như xuyên thủng, cháy, hư hỏng kết cấu) mà sét đánh trực tiếp có thể gây ra cho kết cấu tòa nhà.
Thành phần chính:

Hệ thống Chấm Dứt Không Khí (đỉnh sét, lưới, dải): Được lắp đặt trên mái nhà hoặc điểm cao nhất để thu hút và nhận sét đánh. Chọn loại phù hợp (ví dụ: đỉnh, lưới, dải) và bố trí theo hình dạng và diện tích của tòa nhà, đảm bảo phạm vi bảo vệ đáp ứng yêu cầu của nguyên tắc "hình cầu lăn".
Các Đường Dẫn Điện: Dùng để dẫn dòng điện sét từ hệ thống chấm dứt không khí đến hệ thống chấm dứt đất. Nên đi theo đường ngắn và thẳng nhất, với số lượng đủ và phân bố đều (khoảng cách tuân thủ quy định). Vật liệu thường là thép phẳng mạ kẽm hoặc thép tròn. Tránh lắp đặt gần đường đi của người hoặc áp dụng các biện pháp bảo vệ cách điện.
Hệ thống Chấm Dứt Đất: Thải dòng điện sét vào đất. Đây là cốt lõi và nền tảng của hệ thống bảo vệ; chất lượng (giá trị kháng đất) rất quan trọng. Thường bao gồm các điện cực đất (thanh dọc, thanh ngang) và các dây dẫn nối. Sử dụng vật liệu chống ăn mòn (ví dụ: thép mạ kẽm, đồng), đảm bảo độ chôn sâu đủ và tạo thành một vòng nối điện thế hiệu quả (đất nền) xung quanh tòa nhà. Kháng đất nên được giảm thiểu (thường yêu cầu ≤10Ω, yêu cầu cụ thể theo các tiêu chuẩn liên quan).

Vị trí Lắp đặt:

Điểm cao nhất của mái nhà và vị trí dễ bị sét đánh (góc, mái hiên, lan can, ống thông gió, ống khói, v.v.).
Các cấu trúc đặc biệt (ví dụ: tháp, ăng ten, giá đỡ tấm pin mặt trời) cần được xem xét riêng hoặc tổng hợp.

Điểm then chốt của phương án:

Tuân thủ Tiêu chuẩn: Tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn thiết kế bảo vệ sét quốc gia và ngành (ví dụ: GB 50057 "Quy chuẩn Thiết kế Bảo vệ Sét cho Tòa nhà", tương đương với IEC 62305 series).
Chất lượng Vật liệu: Sử dụng vật liệu chất lượng cao, chống ăn mòn đáp ứng tiêu chuẩn.
Nối điện thế: Tất cả các thành phần kim loại (ví dụ: ống, vỏ thiết bị, mái kim loại, kết cấu thép) phải được nối đáng tin cậy với đường dẫn điện gần nhất hoặc hệ thống chấm dứt đất để ngăn chặn sét đánh bên hông.
Khoảng cách An toàn: Đảm bảo khoảng cách an toàn đầy đủ giữa hệ thống chấm dứt không khí và cấu trúc, cũng như giữa các đường dẫn điện và đường ống/dịch vụ.
Kết nối Đáng tin cậy: Tất cả các điểm kết nối phải chắc chắn (hàn hoặc kẹp đã được phê duyệt) để đảm bảo tính liên tục điện tốt.

4. Phương án Lắp đặt Cầu Chắn Sét Nội Bộ (SPD) (Bảo vệ Chống Sóng Chấn Sét)

Chức năng chính: Để hạn chế quá áp tức thời (sóng chấn) do sét gây ra xâm nhập qua đường dây điện, tín hiệu, truyền thông, v.v., kẹp chúng xuống mức an toàn mà thiết bị có thể chịu đựng, ngăn chặn thiệt hại do quá áp/quá dòng.
Thành phần chính: Thiết bị Bảo vệ Chống Sét (SPD), còn được gọi là thiết bị kìm hãm sét hoặc cầu chắn sét:

Thiết bị Kìm Hãm Quá Áp Tức Thời (TVS): Thường được sử dụng để bảo vệ thiết bị tinh vi hoặc đường tín hiệu.
Thiết bị Bảo vệ Quá Áp: Thuật ngữ chung bao gồm các công nghệ khác nhau (ví dụ: Biến trở Oxy Kim loại MOV, Ống Xả Khí GDT, thiết bị bảo vệ bán dẫn).
SPD Điện: Được lắp đặt ở các cấp của hệ thống phân phối điện (phân phối chính, phụ, trước thiết bị cuối).
SPD Tín hiệu/Dữ liệu: Được lắp đặt tại các cổng vào cho đường dây điện thoại, mạng (ví dụ: RJ45), cáp đồng trục (ví dụ: video CCTV, tín hiệu vệ tinh), đường điều khiển, v.v.
Kết nối Đất: SPD phải được nối đất tốt qua đường dẫn có trở kháng thấp để thải hiệu quả dòng điện sóng chấn. Dây dẫn nối đất nên càng ngắn, thẳng và dày càng tốt (Nguyên tắc "Ngắn-Thẳng-Dày").

Vị trí và Cấp độ Lắp đặt (Bảo vệ Phân cấp - Hài hòa):

Bảo vệ Cấp Độ Một (SPD Loại I / Loại 1):

Vị trí: Bảng Phân phối Chính Tòa nhà/Bảng Phân phối Đầu vào (thường ở ranh giới LPZ 0A/0B → LPZ 1).
Chức năng: Thải hầu hết năng lượng lớn (dạng sóng 10/350μs) từ sét đánh trực tiếp hoặc gần, hạn chế điện áp dư thừa xuống mức thấp hơn. Thường sử dụng SPD kiểu khe lửa có khả năng thải lớn. Yêu cầu nối đất đáng tin cậy.

Bảo vệ Cấp Độ Hai (SPD Loại II / Loại 2):

Vị trí: Bảng Phân phối Tầng, Bảng Phân phối Khu vực, Bảng Phân phối Chính trong Phòng Thiết bị (ở ranh giới LPZ 1 → LPZ 2).
Chức năng: Hạn chế thêm điện áp dư thừa vượt qua cấp độ một và quá áp do hoạt động chuyển mạch nội bộ (dạng sóng 8/20μs), cung cấp bảo vệ thiết bị khu vực. Thường sử dụng SPD kiểu hạn chế điện áp (ví dụ: dựa trên MOV).

Bảo vệ Cấp Độ Ba (SPD Loại III / Loại 3 SPD / Bảo vệ Điểm sử dụng):

Vị trí: Ngay trước thiết bị, trong ổ cắm/phích cắm, hoặc mạch nội bộ của thiết bị (ở ranh giới LPZ 2 → LPZ 3).
Chức năng: Kẹp điện áp dư thừa (dạng sóng kết hợp) tại các cổng thiết bị, cung cấp bảo vệ tinh vi cuối cùng. Rất quan trọng cho thiết bị điện tử nhạy cảm (ví dụ: máy chủ, máy trạm, PLC, thiết bị y tế, thiết bị truyền thông). Cũng được sử dụng tại các cổng vào đường tín hiệu.

Điểm then chốt của phương án:

Hài hòa: Các SPD ở các cấp độ khác nhau phải đạt được sự hài hòa về năng lượng và điện áp (sử dụng các yếu tố ghép/khách quan giữa các cấp độ hoặc các đặc tính giải ghép tự nhiên của SPD), đảm bảo năng lượng được thải dần và điện áp được giảm từng bước. Điều này ngăn chặn các SPD cấp độ thấp hơn bị hỏng do năng lượng quá mức.
Chất lượng Nối đất: Nối đất hiệu quả của SPD là rất quan trọng đối với hiệu quả của toàn bộ phương án. Dây dẫn nối đất nên ngắn hơn 0,5 mét, với diện tích tiết diện đủ (theo lớp và vị trí SPD, thường ≥6-25mm² đồng xoắn).
Tuân thủ Lắp đặt: Lắp đặt theo hướng dẫn sản phẩm SPD và các tiêu chuẩn liên quan, đảm bảo kết nối pha và đất đúng.
Nối điện thế: Kết nối tủ kim loại, giá đỡ, khay cáp, v.v., để tạo hiệu ứng "lồng Faraday", giảm thiểu sự khác biệt điện thế nội bộ.
Bảo trì Định kỳ: Các SPD thường là thiết bị "hy sinh" yêu cầu kiểm tra định kỳ (chỉ báo trạng thái trực quan, giám sát báo động từ xa) và thử nghiệm. Các SPD hỏng phải được thay thế kịp thời.

5. Lợi ích và Giá trị Thực hiện của Giải pháp Toàn diện

Bảo vệ Toàn diện: Hệ thống ngoài bảo vệ chống sét đánh trực tiếp; hệ thống nội bộ bảo vệ chống sóng chấn gây ra (LEMP), tạo thành chuỗi bảo vệ hoàn chỉnh.
An toàn Tối đa: Bảo vệ kết cấu tòa nhà, mạng sống con người và tài sản thiết bị điện/điện tử quý giá khỏi thiệt hại.
Đảm bảo Tính Liên tục Hoạt động: Giảm thiểu rủi ro hỏng hóc thiết bị, ngừng hoạt động hệ thống và mất dữ liệu do sét, nâng cao độ tin cậy của hệ thống và tính liên tục kinh doanh.
Giảm Chi phí Sở hữu Tổng thể: Đầu tư phòng ngừa hiệu quả hơn nhiều so với chi phí trực tiếp do sét đánh (thay thế thiết bị) và chi phí gián tiếp (dừng sản xuất, mất dữ liệu, tác động danh tiếng).
Tuân thủ Quy định: Đáp ứng các yêu cầu và tiêu chuẩn quy định về an toàn xây dựng, an toàn điện và bảo vệ sét quốc gia.