Chứng nhận nhóm điện, điện tử theo Tiêu chuẩn Quốc gia CVN 9888-1:2013 IEC 62305-1:2010

Lời nói đầu

TCVN 9888-1:2013 hoàn toàn tương đương với IEC 62305-1:2010;

TCVN 9888-1:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E1 Máy điện và khí cụ điện biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 9888 (IEC 62305) Bảo vệ chống sét gồm các phần sau:

TCVN 9888-1:2013 (IEC 62305-1:2010), Phần 1: Nguyên tắc chung

TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010), Phần 2: Quản lý rủi ro

TCVN 9888-3:2013 (IEC 62305-3:2010), Phần 3: Thiệt hại vật chất đến kết cấu và nguy hiểm tính mạng

TCVN 9888-4:2013 (IEC 62305-4:2010), Phần 4: Hệ thống điện và điện tử bên trong các kết cấu

Lời giới thiệu

Không có thiết bị hoặc phương pháp nào có khả năng biến đổi các hiện tượng thời tiết tự nhiên đến mức mà chúng có thể ngăn chặn việc phóng sét. Sét đánh vào, hoặc gần các kết cấu (hoặc các đường dây được nối tới các kết cấu) gây nguy hiểm cho con người, bản thân các kết cấu, kiến trúc và các trang bị chúng cũng như cho các đường dây. Đây là lý do tại sao việc áp dụng các biện pháp chống sét là cần thiết.

Nhu cầu bảo vệ, các lợi ích kinh tế của các biện pháp bảo vệ đang lắp đặt và việc lựa chọn các biện pháp bảo vệ thích hợp phải được xác định trong mục về quản lý rủi ro. Quản lý rủi ro là chủ       đề của TCVN 9888-2 (IEC 62305-2).

Các biện pháp bảo vệ được xem xét trong IEC 62305 được chứng minh là có hiệu quả trong giảm thiểu rủi ro.

Tất cả các biện pháp bảo vệ chống sét tạo thành bảo vệ chống sét tổng thể. Với các lý luận thực tiễn các tiêu chuẩn thiết kế, lắp đặt và bảo trì của các biện pháp bảo vệ chống sét được xem xét ở hai nhóm riêng:

- Nhóm đầu tiên liên quan đến các biện pháp bảo vệ để giảm thiệt hại vật chất và nguy hiểm tính mạng trong một kết cấu được đưa ra trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3);

- Nhóm thứ hai liên quan đến các biện pháp bảo vệ để giảm hư hỏng các hệ thống điện và điện tử trong một kết cấu được đưa ra trong TCVN 9888-4 (IEC 62305-4).

BẢO VỆ CHỐNG SÉT – PHẦN 1: NGUYÊN TẮC CHUNG

Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này đưa ra các nguyên tắc chung cần tuân thủ để bảo vệ chống sét cho các kết cấu, bao gồm các hệ thống lắp đặt và các phần bên trong, cũng như con người.

Các trường hợp sau đây không thuộc phạm vi của tiêu chuẩn này:

- hệ thống đường sắt;

- xe cộ, tàu thủy, máy bay và hệ thống lắp đặt ngoài khơi;

- đường ống áp lực cao chôn ngầm;

- ống dẫn, đường dây điện và đường dây viễn thông nằm bên ngoài kết cấu.

CHÚ THÍCH: Các hệ thống này thường thuộc phạm vi điều chỉnh của các qui định do các cơ quan có thẩm quyền ban hành.

Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu có ghi năm công bố, chỉ áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố, áp dụng bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010), Bảo vệ chống sét - Phần 2: Quản lý rủi ro

TCVN 9888-3:2013 (IEC 62305-3:2010), Bảo vệ chống sét - Phần 3: Thiệt hại vật chất đến kết cấu và nguy hiểm tính mạng

TCVN 9888-4:2013 (IEC 62305-4:2010), Bảo vệ chống sét - Phần 4: Hệ thống điện và điện tử bên trong các kết cấu

Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau đây.

Sét đánh xuống đất (lightning flash to earth)

Phóng điện bắt nguồn từ khí quyển giữa các đám mây và đất gồm một hoặc nhiều cú sét.

Sét hướng xuống (downward flash)

Sét đánh bắt đầu từ một tiên đạo hướng từ đám mây xuống đất.

CHÚ THÍCH: Sét hướng xuống gồm một xung đầu tiên và có thể có một chuỗi xung tiếp theo. Một hoặc nhiều xung có thể theo sau bởi cú sét dài.

Sét hướng lên (upward flash)

Sét đánh bắt đầu từ một tiên đạo hướng từ một kết cấu nối đất lên đám mây.

CHÚ THÍCH: Sét hướng lên gồm một cú sét đầu tiên và có hoặc không có các xung xếp chồng. Một hoặc nhiều xung có thể theo sau bởi cú sét dài.

Cú sét (lightning stroke)

Phóng điện đơn nằm trong chùm sét đánh xuống đất.

Cú sét ngắn (short stroke)

Phần của sét ứng với một dòng điện xung.

CHÚ THÍCH: Dòng điện này có thời gian T₂ tới giá trị nửa đỉnh trên sườn sau thường nhỏ hơn 2 ms (xem Hình A.1).

Cú sét dài (long stroke)

Phần của sét ứng với một dòng điện liên tục.

CHÚ THÍCH: Khoảng thời gian T_LONG (thời gian từ giá trị 10 % trên sườn trước đến giá trị 10 % trên sườn sau) của dòng điện liên tục này thường lớn hơn 2 ms và nhỏ hơn 1 s (xem Hình A.2).

Cú sét chùm (multiple strokes)

Sét có trung bình từ 3 đến 4 cú sét, mà khoảng thời gian điển hình giữa chúng thường vào cỡ 50 ms. CHÚ THÍCH: Đã ghi lại các trường hợp có tới một vài chục cú sét với các khoảng thời gian giữa chúng kéo dài từ 10 ms đến 250 ms.

Điểm sét đánh (point of strike)

Điểm mà một sét đánh xuống đất hoặc đánh vào kết cấu nhô ra (ví dụ kết cấu, hệ thống LPS, đường dây, cây, v.v...).

CHÚ THÍCH: Một sét có thể có nhiều điểm đánh.

Dòng điện sét (lightning current)

i

Dòng điện tại điểm sét đánh.

Giá trị đỉnh của dòng điện (current peak value)

l

Giá trị lớn nhất của đòng điện sét.

Độ dốc trung bình của sườn trước dòng điện xung (average steepness of the front of impulse current)

Tốc độ thay đổi trung bình của dòng điện trong khoảng thời gian Dt = t₂ – t₁.

CHÚ THÍCH: Độ dốc được biểu diễn bằng chênh lệch Di = i(t₂)- i(t₁) của các giá trị dòng điện tại thời điểm bắt đầu và kết thúc khoảng thời gian này, chia cho khoảng thời gian Dt = t₂ – t₁ (xem Hình A.1).

Thời gian sườn trước của dòng điện xung (front time of impulse current)

T₁

Tham số thực được định nghĩa là 1,25 lần khoảng thời gian tính từ thời điểm dòng điện xung đạt đến 10 % đến thời điểm dòng điện xung đạt đến 90 % giá trị đỉnh xung (xem Hình A.1).

Điểm gốc thực của dòng điện xung (virtual origin of impulse current)

O₁

Giao điểm giữa trục thời gian và đường thẳng đi qua các điểm tương ứng với 10 % và 90 % trên sườn trước của dòng điện sét (xem Hình A.1); điểm này đứng trước điểm 0,1T₁ là thời điểm tại đó dòng điện đạt được 10 % giá trị đỉnh.

Thời gian tới một nửa giá trị trên sườn sau của xung dòng điện (time to half value on the tail of impulse current)

T₂

Tham số thực được xác định theo khoảng thời gian giữa điểm gốc thực O₁ và thời điểm tại đó dòng điện đã giảm xuống bằng một nửa giá trị đỉnh trên sườn sau (xem Hình A.1).

 Thời gian tồn tại sét (flash duration)

T

Thời gian có dòng điện sét tại điểm sét đánh.

Thời gian của dòng điện cú sét dài (duration of long stroke current)

T_LONG

Khoảng thời gian giữa thời điểm dòng điện trong cú sét dài đạt đến 10 % giá trị đỉnh khi tăng dòng liên tục và thời điểm đạt đến 10 % giá trị đỉnh khi giảm dòng liên tục (xem Hình A.2).

Điện tích sét (flash charge)

Q_FLASH

Tích phân theo thời gian của dòng điện sét trong toàn bộ thời gian sét đánh.

Điện tích xung sét (impulse charge)

Q_SHORT

Tích phân theo thời gian của dòng điện sét trong một xung.

Điện tích cú sét dài (long stroke charge)

Q_LONG

Tích phân theo thời gian của dòng điện sét trong một cú sét dài.

Năng lượng riêng (specific energy)

W/R

Tích phân theo thời gian của bình phương dòng điện sét trong toàn bộ thời gian sét đánh.

CHÚ THÍCH: Năng lượng riêng biểu diễn năng lượng tiêu tán bởi dòng điện sét trong một đơn vị điện trở.

Năng lượng riêng của dòng điện xung (specific energy of impulse current)

Tích phân theo thời gian của bình phương dòng điện sét trong độ rộng xung sét.

CHÚ THÍCH: Năng lượng riêng của một dòng điện cú sét dài là không đáng kể.

Kết cấu cần bảo vệ (structure to be protected)

Kết cấu được yêu cầu bảo vệ chống lại các ảnh hưởng của sét phù hợp với tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH: Kết cấu cần bảo vệ có thể là một phần của kết cấu lớn hơn.

Đường dây (line)

Đường dây tải điện hoặc đường dây viễn thông nối tới kết cấu cần bảo vệ.

Đường dây viễn thông (telecommunication lines)

Các dây được dùng cho việc truyền thông giữa thiết bị có thể được đặt trong các kết cấu riêng biệt ví dụ như đường dây điện thoại và đường dây dữ liệu.

Đường dây điện (power lines)

Đường dây phân phối đưa năng lượng điện vào một kết cấu để cấp nguồn cho thiết bị điện và điện tử đặt trong đó, ví dụ như các lưới điện hạ áp (LV) hoặc cao áp (HV)

Sét đánh vào kết cấu (lightning flash to a structure)

Sét đánh vào kết cấu cần bảo vệ.

Sét đánh gần kết cấu (lightning flash near a structure)

Sét đánh đủ gần kết cấu cần bảo vệ có thể gây quá điện áp nguy hiểm.

Hệ thống điện (electrical system)

Hệ thống có các thành phần cáp điện hạ áp.

Hệ thống điện tử (electronic system)

Hệ thống có các thành phần điện tử nhạy như thiết bị viễn thông, máy vi tính, hệ thống đo lường và điều khiển, hệ thống vô tuyến điện, hệ thống điện tử công suất.

Hệ thống bên trong (internal systems)

Hệ thống điện và điện tử nằm bên trong kết cấu.

Thiệt hại vật chất (physical damage)

Thiệt hại tới một kết cấu (hay các phần bên trong) do các hiệu ứng về cơ, nhiệt, hóa hoặc nổ từ sét.

Tổn thương sinh vật (injury to living beings)

Các tổn thương vĩnh viễn kể cả tổn thất sinh mạng về người hoặc động vật khi bị điện giật do điện áp tiếp xúc và điện áp bước gây ra bởi sét.

CHÚ THÍCH: Mặc dù sinh vật có thể bị thương theo các cách khác nhau, trong tiêu chuẩn này thuật ngữ “tổn thương sinh vật" được giới hạn ở các mối đe dọa do điện giật (kiểu thiệt hại D1).

Hỏng hệ thống điện và điện tử (failure of electrical and electronic systems)

Thiệt hại vĩnh viễn của các hệ thống điện và điện tử do xung sét điện từ (LEMP).

Xung sét điện từ (lightning electromagnetic impulse)

LEMP

Tất cả các hiệu ứng điện từ của dòng điện sét từ sự ghép nối kiểu điện trở, điện cảm và điện dung sinh ra các đột biến và trường điện từ bức xạ.

Đột biến (surge)

Quá độ gây ra bởi LEMP xuất hiện như một quá điện áp và/hoặc quá dòng điện.

3.36. Vùng bảo vệ chống sét (lightning protection zone)

LPZ

Vùng mà trong đó môi trường sét điện từ được xác định.

CHÚ THÍCH: Ranh giới của vùng bảo vệ chống sét không nhất thiết là ranh giới vật lý (ví dụ như tường, sàn và trần).

Rủi ro (risk)

R

Giá trị tổn thất trung bình hàng năm có thể xảy ra (về người và hàng hóa) do sét, liên quan đến tổng giá trị (về người và hàng hóa) của kết cấu cần bảo vệ.

Rủi ro cho phép (tolerable risk)

R_T

Giá trị rủi ro tối đa có thể chấp nhận được đối với kết cấu cần bảo vệ.

Mức bảo vệ chống sét (lightning protection level)

LPL

Chữ số liên quan đến một tập hợp các giá trị tham số dòng điện sét ứng với xác suất để các giá trị tối đa và tối thiểu kết hợp theo thiết kế sẽ không bị vượt quá khi sét xuất hiện tự nhiên.

CHÚ THÍCH: Mức bảo vệ chống sét được sử dụng để thiết kế các biện pháp bảo vệ theo tập hợp tương ứng của các tham số dòng điện sét.

Biện pháp bảo vệ (protection measures)

Biện pháp cần được áp dụng trong kết cấu cần bảo vệ nhằm giảm rủi ro.

Bảo vệ chống sét (lightning protection)

LP

Hệ thống bảo vệ chống sét hoàn chỉnh cho các kết cấu, bao gồm hệ thống lắp đặt và các phần bên trong, cũng như con người, nói chung gồm một LPS và SPM.

Hệ thống bảo vệ chống sét (lightning protection system)

LPS

Hệ thống hoàn chỉnh được sử dụng để giảm thiệt hại vật chất do sét đánh vào kết cấu.

CHÚ THÍCH: Hệ thống bảo vệ chống sét bao gồm hệ thống bảo vệ chống sét bên trong và bên ngoài.

Hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài (external lightning protection system)

Phần của hệ thống bảo vệ chống sét gồm hệ thống đầu thu sét, hệ thống dẫn sét và hệ thống đầu tiếp đất.

Hệ thống bảo vệ chống sét bên trong (internal lightning protection system)

Phần của hệ thống bảo vệ chống sét gồm liên kết đẳng thế chống sét và/hoặc cách điện của hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài.

Hệ thống đầu thu sét (air-termination system)

Bộ phận của hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài sử dụng các phần tử kim loại như các thanh kim loại, lưới kim loại hoặc dây chống sét để thu sét.

Hệ thống dẫn sét (down-conductor system)

Bộ phận của hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài dùng để dẫn dòng điện sét từ hệ thống đầu thu sét xuống hệ thống đầu tiếp đất.

Hệ thống đầu tiếp đất (earth-termination system)

Bộ phận của hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài dùng để dẫn và phân tán dòng điện sét vào đất.

Phần dẫn điện bên ngoài (external conductive parts)

Các phần kim loại kéo dài đi vào hoặc đi ra khỏi kết cấu cần bảo vệ ví dụ như hệ thống đường ống, phần tử cáp bằng kim loại, ống kim loại, v.v... có thể mang một phần dòng điện sét.

Liên kết đẳng thế chống sét (lightning equipotential bonding)

EB

Liên kết đến LPS của các bộ phận kim loại riêng rẽ bằng cách ghép nối dẫn điện trực tiếp hoặc thông qua các thiết bị bảo vệ đột biến, để giảm chênh lệch điện thế do dòng điện sét.

Trở kháng đất quy ước (conventional earthing impedance)

Tỷ số giữa giá trị đỉnh của điện áp đầu tiếp đất và dòng điện đầu tiếp đất, thông thường chúng không xuất hiện đồng thời.

Biện pháp bảo vệ chống xung sét điện từ (LEMP protection measures)

SPM

Các biện pháp thực hiện để bảo vệ các hệ thống bên trong chống lại các ảnh hưởng của LEMP.

CHÚ THÍCH: Hệ thống bảo vệ chống xung sét điện từ là một phần của bảo vệ chống sét toàn phần.

Màn chắn từ (magnetic shield)

Màn khép kín, bằng kim loại, dạng lưới hoặc dạng tấm bao phủ kết cấu cần bảo vệ, hoặc một phần của kết cấu, được sử dụng để giảm các hỏng hóc của hệ thống điện và điện tử.

Thiết bị bảo vệ chống đột biến (surge protective device)

SPD

Thiết bị được dùng để hạn chế các quá điện áp quá độ và thoát dòng đột biến; chứa tối thiểu một phần tử phi tuyến.

Hệ thống SPD phối hợp (coordinated SPD system)

Các SPD được lựa chọn, phối hợp và lắp đặt thích hợp tạo thành một hệ thống nhằm giảm hỏng hóc của hệ thống điện và điện tử.

Điện áp chịu xung danh định (rated impulse withstand voltage)

U_w

Điện áp chịu xung do nhà chế tạo ấn định cho thiết bị hoặc một phần của thiết bị, đặc trưng cho khả năng chịu đựng quy định chống quá điện áp của cách điện.

CHÚ THÍCH: Tiêu chuẩn này chỉ xét đến điện áp chịu đựng giữa vật dẫn mang điện và đất.

[IEC 60664-1:2007, định nghĩa 3.9.2]^[1]1

Giao diện cách ly (isolating interfaces)

Thiết bị có khả năng làm giảm đột biến dẫn trên các đường đây đi vào LPZ.

CHÚ THÍCH 1: Giao diện cách ly bao gồm cả máy biến áp cách ly có màn chắn nối đất giữa các cuộn dây, cáp sợi quang phi kim loại và bộ cách ly quang.

CHÚ THÍCH 2: Các đặc tính chịu đựng của cách điện trong thiết bị có thể phù hợp cho ứng dụng này do tự nó hoặc thông qua SPD.

Tham số dòng điện sét

Các tham số dòng điện sét được sử dụng trong bộ tiêu chuẩn TCVN 9888 (IEC 62305) được nêu trong Phụ lục A.

Hàm số thời gian dòng điện sét được sử dụng cho các mục đích phân tích được nêu trong Phụ lục B.

Thông tin mô phỏng dòng điện sét cho các mục đích thử nghiệm được nêu trong Phụ lục C.

Các tham số cơ bản được sử dụng trong các phòng thí nghiệm để mô phỏng các ảnh hưởng của sét lên các thành phần của LPS được nêu trong Phụ lục D.

Thông tin về các đột biến do sét tại các điểm lắp đặt khác nhau được nêu trong Phụ lục E.

Thiệt hại do sét

Thiệt hại tới kết cấu

Sét ảnh hưởng đến kết cấu có thể gây thiệt hại cho chính kết cấu, người cư ngụ và các phần bên trong của kết cấu, kể cả hỏng hệ thống bên trong. Các thiệt hại và hỏng hóc cũng có thể lan rộng đến các vùng xung quanh kết cấu và thậm chí liên quan đến môi trường cục bộ. Quy mô lan rộng này phụ thuộc vào các đặc trưng của kết cấu và các đặc tính của sét.

Ảnh hưởng của sét lên kết cấu

Các đặc trưng chính của kết cấu liên quan đến ảnh hưởng của sét bao gồm:

- kiểu kết cấu (ví dụ như kết cấu gỗ, kết cấu gạch, kết cấu bê tông, kết cấu bê tông cốt thép, kết cấu khung thép);

- chức năng (nhà ở, văn phòng, trang trại, nhà hát, khách sạn, trường học, bệnh viện, bảo tàng, nhà thờ, nhà tù, cửa hàng bách hóa, ngân hàng, nhà máy, khu công nghiệp, khu thể thao);

- cư dân và các phần bên trong (con người và động vật, có các vật liệu dễ cháy hoặc không cháy, vật liệu nổ hoặc không nổ, hệ thống điện và điện tử có điện áp chịu đựng thấp hoặc cao);

- đường dây được nối vào (đường dây tải điện, đường dây viễn thông, đường ống);

- biện pháp bảo vệ được trang bị hoặc sẵn có (biện pháp bảo vệ để giảm thiệt hại vật chất và nguy hiểm đến sinh mạng, biện pháp bảo vệ để giảm hỏng hóc các hệ thống bên trong);

- quy mô lan rộng nguy hiểm (kết cấu có khó khăn trong việc sơ tán hoặc kết cấu trong đó có thể xảy ra hoảng loạn, kết cấu nguy hiểm cho các vùng xung quanh, kết cấu nguy hiểm cho môi trường).

Bảng 1 ghi lại các ảnh hưởng của sét lên các loại kết cấu khác nhau.

Bảng 1 - Ảnh hưởng của sét lên các kết cấu điển hình

Nguồn và các kiểu thiệt hại cho một kết cấu

Dòng điện sét là nguồn gây thiệt hại. Phải tính đến các trường hợp dưới đây, tùy thuộc vào vị trí của điểm sét đánh liên quan đến kết cấu được xét:

a) S1: sét đánh vào kết cấu;

b) S2: sét đánh gần kết cấu;

c) S3: sét đánh vào đường dây nối với kết cấu;

d) S4: sét đánh gần đường dây nối với kết cấu

a) Sét đánh vào kết cấu có thể gây ra:

- thiệt hại tức thời về cơ, cháy và/hoặc nổ do bản thân hồ quang plasma nóng từ sét, do dòng điện dẫn đến đốt nóng dây dẫn (dây dẫn quá nóng), hoặc do tích điện dẫn đến ăn mòn hồ quang (kim loại nóng chảy);

- cháy và/hoặc nổ được kích hoạt bằng tia lửa điện do quá điện áp gây ra bởi ghép nối kiểu điện trở và điện cảm và dẫn một phần dòng điện sét chạy qua;

- tổn thương sinh vật vì điện giật do điện áp bước và điện áp tiếp xúc sinh ra bởi ghép nối kiểu điện trở và điện cảm;

- hỏng hoặc hoạt động sai của hệ thống bên trong do LEMP.

b) Sét đánh gần kết cấu có thể gây ra:

- Hỏng hay hoạt động sai hệ thống bên trong do LEMP.

c) Sét đánh vào các đường dây nối tới kết cấu có thể gây ra:

- cháy và/hoặc nổ được kích hoạt bởi các tia lửa do quá điện áp và có dòng điện sét truyền qua đường dây nối;

- tổn thương sinh vật vì điện giật do điện áp tiếp xúc bên trong kết cấu khi dòng điện sét truyền qua đường dây nối;

- hỏng hoặc hoạt động sai hệ thống bên trong do quá điện áp xuất hiện trên các đường dây nối và truyền tới kết cấu.

d) Sét đánh gần đường dây nối tới kết cấu có thể gây ra:

- Hỏng hoặc hoạt động sai hệ thống bên trong do quá điện áp cảm ứng trên các đường dây nối và truyền tới kết cấu.

CHÚ THÍCH 1: Hoạt động sai hệ thống bên trong không được đề cập trong bộ tiêu chuẩn TCVN 9888 (IEC 62305). Cần tham khảo IEC 61000-4-5 ^[2].

CHÚ THÍCH 2: Chỉ các tia lửa mang dòng điện sét (toàn bộ hoặc một phần) được coi là có thể kích hoạt cháy.

CHÚ THÍCH 3: Sét đánh trực tiếp vào hoặc gần đường ống đi vào không gây thiệt hại cho kết cấu, với    điều kiện là chúng được nối liên kết với thanh đẳng thế của kết cấu (xem TCVN 9888-3 (IEC 62305-3)).

Tóm lại, sét có thể gây ra ba kiểu thiệt hại cơ bản:

- D1: tổn thương sinh vật đo điện giật;

- D2: thiệt hại vật chất (cháy, nổ, phá hủy cơ khí, thất thoát hóa chất) do ảnh hưởng của dòng điện sét kể cả việc đánh lửa;

- D3: hỏng hóc các hệ thống bên trong do LEMP.

Kiểu tổn thất

Mỗi kiểu thiệt hại liên quan đến kết cấu cần bảo vệ, riêng lẻ hoặc kết hợp với những loại khác, có thể dẫn đến hậu quả tổn thất khác nhau. Phụ thuộc vào các đặc trưng của chính kết cấu có thể có các kiểu tổn thất.

Trong bộ tiêu chuẩn IEC 62305, các kiểu tổn thất sau đây được xem xét, có thể xuất hiện như hậu quả của thiệt hại liên quan đến kết cấu:

- L1: tổn thất về sự sống của con người (bao gồm tổn thương vĩnh viễn);

- L2: tổn thất về dịch vụ công cộng;

- L3: tổn thất về di sản văn hóa;

- L4: tổn thất về giá trị kinh tế (kết cấu, các phần bên trong kết cấu, và tổn thất về hoạt động).

CHÚ THÍCH: Trong tiêu chuẩn này chỉ các tiện ích như nguồn khí đốt, nguồn nước, truyền hình, viễn thông và nguồn điện được coi là dịch vụ công cộng.

Tổn thất kiểu L1, L2 và L3 có thể được coi là tổn thất về các giá trị xã hội, trong khi kiểu tổn thất L4 có thể được coi hoàn toàn là tổn thất kinh tế.

Mối quan hệ giữa nguồn gây thiệt hại, kiểu thiệt hại và kiểu tổn thất được nêu trong Bảng 2.

Bảng 2 - Thiệt hại và tổn thất liên quan đến kết cấu theo các điểm sét đánh khác nhau

Nhu cầu và luận chứng kinh tế đối với bảo vệ chống sét

Nhu cầu bảo vệ chống sét

Phải đánh giá nhu cầu bảo vệ chống sét của kết cấu cần bảo vệ nhằm giảm tổn thất về các giá trị xã hội L1, L2 và L3.

Để đánh giá xem có cần bảo vệ chống sét cho kết cấu hay không, thực hiện đánh giá rủi ro theo các qui trình có trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2). Phải tính đến các rủi ro sau đây, ứng         với các kiểu tổn thất nêu trong 5.2:

- R1: rủi ro tổn thất hoặc tổn thương vĩnh viễn cuộc sống của con người;

- R2: rủi ro tổn thất các dịch vụ công cộng;

- R3: rủi ro tổn thất di sản văn hóa.

CHÚ THÍCH 1: Rủi ro R₄ rủi ro tổn thất các giá trị kinh tế, cần được đánh giá bất cứ khi nào thực hiện luận chứng kinh tế đối với bảo vệ chống sét (xem 6.2).

Bảo vệ chống sét là cần thiết nếu các rủi ro R (từ R₁ đến R₃) cao hơn mức cho phép R_T

R > R_T

Trong trường hợp này, các biện pháp bảo vệ được áp dụng để giảm thiểu rủi ro R (từ R₁ đến R₃) ở mức cho phép R_T

R ≤ R_T

Nếu có thể xuất hiện nhiều kiểu tổn thất, các điều kiện R ≤ R_T được đáp ứng đối với mỗi kiểu tổn thất (L1, L2 và L3).

Ở những nơi sét có thể dẫn đến tổn thất các hạng mục có giá trị xã hội, thì các giá trị rủi ro cho phép R_T cần có sự tham gia của các cơ quan chức năng nhà nước có thẩm quyền.

CHÚ THÍCH 2: Một cơ quan có thẩm quyền có thể quy định sự cần thiết phải bảo vệ chống sét cho các ứng dụng cụ thể mà không cần phải đánh giá rủi ro. Trong những trường hợp này, mức độ chống sét cần thiết sẽ được quy định bởi cơ quan có thẩm quyền. Trong một số trường hợp, đánh giá rủi ro có thể được thực hiện như một kỹ thuật mà theo đó giải thích cho việc miễn các yêu cầu này.

CHÚ THÍCH 3: Thông tin chi tiết về đánh giá rủi ro và quy trình lựa chọn các biện pháp bảo vệ được nêu trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2).

Luận chứng kinh tế đối với bảo vệ chống sét

Bên cạnh nhu cầu bảo vệ chống sét cho kết cấu cần bảo vệ, có thể cần đánh giá lợi ích kinh tế của việc trang bị các biện pháp bảo vệ nhằm giảm tổn thất kinh tế L4.

Trong trường hợp này, rủi ro R₄ về tổn thất các giá trị kinh tế cần được đánh giá. Đánh giá rủi ro R₄ cho phép đánh giá các chi phí về tổn thất kinh tế khi có và không có các biện pháp bảo vệ.

Chống sét có hiệu quả về chi phí nếu tổng chi phí về tổn thất tồn dư C_RL khi có các biện pháp bảo vệ và chi phí của các biện pháp bảo vệ C_PM thấp hơn so với chi phí về tổng tổn thất C_L khi không có biện pháp bảo vệ:

C_RL + C_PM <>_L

CHÚ THÍCH: Thông tin chi tiết về luận chứng kinh tế bảo vệ chống sét được nêu trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2).

Biện pháp bảo vệ

Qui định chung

Các biện pháp bảo vệ có thể được áp dụng nhằm giảm rủi ro theo từng kiểu thiệt hại.

Biện pháp bảo vệ để giảm tổn thương sinh vật do điện giật

Các biện pháp bảo vệ có thể bao gồm:

- cách ly thích hợp cho các bộ phận dẫn điện để hở;

- đẳng thế bằng một hệ thống tiếp đất dạng mắt lưới;

- hạn chế vật lý và thông báo cảnh cáo;

- liên kết đẳng thế chống sét (EB).

CHÚ THÍCH 1: Đẳng thế và việc tăng điện trở tiếp xúc của bề mặt đất bên trong và bên ngoài kết cấu có thể giảm nguy hiểm đến sự sống (xem Điều 8 của TCVN 9888-3:2013 (IEC 62305 3:2010)).

CHÚ THÍCH 2: Các biện pháp bảo vệ chỉ có hiệu quả trong các kết cấu được bảo vệ bằng LPS.

CHÚ THÍCH 3: Việc sử dụng máy phát hiện bão và thực hiện các dự phòng liên quan có thể giảm nguy hiểm đến sự sống.

7.3. Biện pháp bảo vệ để giảm thiệt hại vật chất

Bảo vệ được thực hiện bởi hệ thống bảo vệ chống sét (LPS) có các thành phần sau:

- hệ thống đầu thu sét;

- hệ thống dẫn sét;

- hệ thống đầu tiếp đất;

- liên kết đẳng thế chống sét (EB);

- cách điện (và do đó có khoảng cách ly) với LPS bên ngoài.

CHÚ THÍCH 1: Khi một hệ thống LPS được lắp đặt, đẳng thế là một biện pháp rất quan trọng để giảm nguy hiểm đến sự sống và nguy hiểm cháy và nổ. Để biết thêm chi tiết, xem TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

CHÚ THÍCH 2: Các dự phòng hạn chế sự phát triển và lan truyền cháy như các trang bị khoang chống cháy, bình chữa cháy, vòi nước, báo cháy và chữa cháy có thể làm giảm thiệt hại vật chất.

CHÚ THÍCH 3: Các lối thoát hiểm có bảo vệ để cung cấp bảo vệ cho nhân viên.

Biện pháp bảo vệ để giảm việc hỏng hệ thống điện và điện tử

Các biện pháp bảo vệ (SPM) có thể có bao gồm:

· biện pháp nối đất và liên kết,

· màn chắn từ,

· định tuyến đường dây,

· giao diện cách ly,

· hệ thống SPD phối hợp.

Các biện pháp này có thể được sử dụng riêng lẻ hoặc kết hợp.

CHÚ THÍCH 1: Khi xem xét nguồn gây thiệt hại S1, các biện pháp bảo vệ chỉ có hiệu quả trong cấu trúc được bảo vệ bằng LPS.

CHÚ THÍCH 2: Việc sử dụng máy phát hiện bão và thực hiện các dự phòng liên quan có thể làm giảm việc hỏng hệ thống điện và điện tử.

Lựa chọn các biện pháp bảo vệ

Các biện pháp bảo vệ được liệt kê trong 7.2, 7.3 và 7.4 cùng tạo thành bảo vệ chống sét tổng thể.

Nhà thiết kế các biện pháp bảo vệ và chủ sở hữu kết cấu cần bảo vệ thực hiện lựa chọn các biện pháp bảo vệ thích hợp nhất theo các loại và số lượng của từng kiểu thiệt hại, các khía cạnh kỹ thuật và kinh tế của các biện pháp bảo vệ khác nhau và các kết quả đánh giá rủi ro.

Các tiêu chí để đánh giá rủi ro và lựa chọn các biện pháp bảo vệ thích hợp nhất được đưa ra trong TCVN 9888-2 (IEC 62305-2).

Các biện pháp bảo vệ được trang bị có hiệu quả khi chúng tuân thủ các yêu cầu của tiêu chuẩn liên quan và có thể chịu được ứng suất dự kiến có ở những nơi lắp đặt chúng.

Tiêu chí cơ bản để bảo vệ các kết cấu

Qui định chung

Một bảo vệ lý tưởng cho các kết cấu là bọc kết cấu cần bảo vệ trong một vỏ bảo vệ liền đủ dày dẫn điện lý tưởng và được nối đất, và cung cấp nối liên kết thích hợp, cho các đường dây được nối tới kết cấu tại điểm đầu vào bên trong vỏ bảo vệ.

Điều này sẽ ngăn chặn sự xâm nhập của dòng điện sét và trường điện từ liên quan vào trong kết cấu cần bảo vệ và ngăn chặn các nguy hiểm của hiệu ứng nhiệt và điện động của dòng điện, cũng như nguy hiểm đánh lửa và quá điện áp cho các hệ thống bên trong.

Trong thực tế, thường là không thể và cũng không hiệu quả chi phí để tiến hành biện pháp như vậy nhằm trang bị bảo vệ đầy đủ như vậy.

Vỏ bảo vệ thiếu liên tục và/hoặc không đủ dày sẽ làm cho dòng điện sét xâm nhập vào vỏ bảo vệ gây ra:

- thiệt hại vật chất và nguy hiểm đến sự sống;

- hỏng hệ thống bên trong.

Áp dụng để giảm các thiệt hại như vậy và hậu quả tổn thất liên quan, các biện pháp bảo vệ được thiết kế để xác định bộ các tham số dòng điện sét đối với mỗi bảo vệ được yêu cầu (mức bảo vệ chống sét).

Mức bảo vệ chống sét (LPL)

Tiêu chuẩn này đưa ra bốn mức bảo vệ chống sét (từ I đến IV). Đối với mỗi mức LPL, cố định một bộ các tham số dòng điện sét tối đa và tối thiểu.

CHÚ THÍCH 1: Bảo vệ chống sét có các tham số dòng điện sét tối đa và tối thiểu vượt quá các tham số liên quan đến mức LPL I cần các biện pháp hiệu quả hơn cần được chọn và xây dựng trên cơ sở riêng.

CHÚ THÍCH 2: Xác suất xuất hiện sét có các tham số dòng tối thiểu hoặc tối đa vượt ra ngoài phạm vi của các giá trị được định nghĩa cho mức LPL I nhỏ hơn 2%.

Các giá trị tối đa của các tham số dòng điện sét liên quan đến mức LPL I không được bị vượt quá, với xác suất 99 %. Theo tỷ số phân cực được giả định (xem Điều A.2), các giá trị lấy từ các sét mang điện dương sẽ có xác suất dưới 10 %, trong khi các giá trị từ các sét mang điện âm sẽ vẫn dưới 1 % (xem Điều A.3).

Giá trị tối đa của các tham số dòng điện sét liên quan đến mức LPL I giảm xuống tới 75 % đối với mức LPL II và 50 % đối với mức LPL III và IV (tuyến tính đối với I, Q và di/dt, nhưng bình phương đối với W/R). Các tham số thời gian không thay đổi.

CHÚ THÍCH 3: Các mức bảo vệ chống sét có các tham số dòng điện sét tối đa thấp hơn so với các tham số liên quan đến mức LPL IV cho phép xem xét các giá trị xác suất thiệt hại cao hơn so các giá trị trình bày trong Phụ lục B của TCVN 9888-2:2013 (IEC 62305-2:2010), nhưng không được định lượng và hữu ích để điều chỉnh tốt hơn các biện pháp bảo vệ nhằm tránh các chi phí vô lý.

Giá trị tối đa của các tham số dòng điện sét đối với các mức bảo vệ chống sét khác nhau được đưa ra trong Bảng 3 và được sử dụng để thiết kế các thành phần chống sét (ví dụ như tiết diện của dãy dẫn, độ dày của tấm kim loại, khả năng hiện tại của các thiết bị SPD, khoảng cách tách biệt chống đánh lửa nguy hiểm) và để xác định các tham số thử nghiệm mô phỏng những ảnh hưởng của sét trên thành phần như vậy (xem Phụ lục D).

Các giá trị tối thiểu của biên độ dòng điện sét đối với mức bảo vệ LPL khác được sử dụng để suy ra bán kính quả cầu lăn (xem Điều A.4) nhằm xác định vùng bảo vệ chống sét LPZ 0_B mà sét không thể đánh trực tiếp vào được (xem 8.3 và Hình 3 và Hình 4). Các giá trị tối thiểu của các tham số dòng điện sét cùng với bán kính quả cầu lăn liên quan được đưa ra trong Bảng 4. Chúng được sử dụng cho việc định vị hệ thống thu sét và để xác định vùng bảo vệ chống sét LPZ 0_B (xem 8.3).

Bảng 3 - Các giá trị tối đa của tham số sét theo mức bảo vệ LPL

Bảng 4 - Các giá trị tối thiểu của tham số sét và bán kính quả cầu lăn ứng với mức bảo vệ LPL

Từ các phân bố thống kê cho trong Hình A.5, xác suất có trọng số có thể được xác định để các tham số dòng điện sét nhỏ hơn giá trị tối đa và lớn hơn giá trị tối thiểu được xác định cho mỗi mức bảo vệ (xem Bảng 5).

Bảng 5 - Xác suất cho các giới hạn của các tham số dòng điện sét

Các biện pháp bảo vệ quy định trong TCVN 9888-3 (IEC 62305-3) và TCVN 9888-4 (IEC 62305-4) có hiệu quả chống sét khi các tham số dòng điện trong phạm vi được quy định bởi mức bảo vệ LPL được giả định cho thiết kế. Do đó hiệu quả của một biện pháp bảo vệ được giả thiết bằng xác suất mà có các tham số dòng điện sét nằm trong phạm vi đó. Đối với các tham số vượt ngoài phạm vi này, thì vẫn còn rủi ro tồn dư của thiệt hại.

Vùng bảo vệ chống sét (LPZ)

Các biện pháp bảo vệ như LPS, đi dây chống nhiễu, màn chắn từ và SPD sẽ xác định các vùng bảo vệ chống sét (LPZ).

Vùng bảo vệ chống sét (LPZ) về phía sau của các biện pháp bảo vệ đặc trưng bằng sự giảm đáng kể xung sét điện từ (LEMP) so với vùng bảo vệ chống sét (LPZ) về phía trước .

Với các đe dọa của sét, các vùng bảo vệ chống sét LPZ sau đây được xác định (xem Hình 3 và Hình 4):

LPZ 0_A vùng mà đe dọa có sét đánh trực tiếp và trường điện từ sét toàn phần. Các hệ thống bên trong có thể phải chịu toàn bộ hoặc một phần dòng đột biến sét;

LPZ 0_B vùng được bảo vệ chống sét đánh trực tiếp nhưng tại đó có đe dọa trường điện từ sét toàn phần. Các hệ thống bên trong có thể phải chịu một phần dòng đột biến sét;

LPZ 1 vùng mà dòng đột biến bị hạn chế bằng cách chia dòng và bằng các giao diện cách ly và/hoặc bằng thiết bị SPD ở đường biên. Màn chắn không gian có thể giảm trường điện từ sét;

LPZ 2,.... n vùng mà dòng đột biến có thể được tiếp tục hạn chế bằng cách chia dòng và bằng các giao diện cách ly và/hoặc các thiết bị SPD bổ sung cho đường biên. Màn chắn không gian bổ sung có thể được sử dụng để tiếp tục giảm trường điện từ do sét.

CHÚ THÍCH 1: Nói chung, chỉ số của vùng riêng càng cao thì các tham số trường điện từ môi trường càng thấp.

Theo nguyên tắc bảo vệ chung, kết cấu cần bảo vệ phải nằm trong một vùng LPZ có các đặc trưng điện từ phù hợp với khả năng của kết cấu để chịu được áp lực gây thiệt hại giảm đi (thiệt hại vật chất, hỏng hóc hệ thống điện và điện tử do quá điện áp).

CHÚ THÍCH 2: Đối với hầu hết các hệ thống và thiết bị điện và điện tử, thông tin về mức độ chịu được có thể được cung cấp bởi nhà chế tạo.

Ñ cao độ mặt đất

○  liên kết đẳng thế chống sét bằng thiết bị SPD

LPZ 0_A              đánh trực tiếp, dòng điện sét toàn phần

LPZ 0_B              đánh gián tiếp, dòng cảm ứng hoặc dòng điện sét riêng phần

LPZ 1               đánh gián tiếp, dòng cảm ứng hoặc dòng điện sét có giới hạn

thể tích được bảo vệ bên trong LPZ 1 phải có khoảng cách ly s thích hợp

LPZ 0_A          đánh trực tiếp, dòng điện sét toàn phần, từ trường toàn phần

LPZ 0_B          đánh gián tiếp, dòng cảm ứng hoặc dòng điện sét riêng phần, từ trường toàn phần

LPZ 1           đánh gián tiếp, dòng cảm ứng hoặc dòng điện sét có giới hạn, từ trường tắt dần

LPZ 2           đánh gián tiếp, dòng cảm ứng, từ trường tắt dần thêm

các thể tích được bảo vệ bên trong vùng LPZ 1 và LPZ 2 có khoảng an toàn d_s thích hợp.

Bảo vệ các kết cấu

Bảo vệ để giảm thiệt hại vật chất và nguy hiểm sự sống

Kết cấu cần bảo vệ phải nằm trong một vùng LPZ 0_B hoặc cao hơn. Điều này đạt được bằng các phương tiện của một hệ thống bảo vệ chống sét (LPS).

Một hệ thống LPS bao gồm cả hệ thống bảo vệ chống sét bên ngoài và bên trong.

Các chức năng của hệ thống LPS bên ngoài là

- để chặn sét đánh vào kết cấu (có hệ thống đầu thu sét),

- dẫn an toàn dòng điện sét xuống đất (có hệ thống dẫn sét),

- để phân tán dòng điện sét vào đất (có hệ thống đầu tiếp đất).

Chức năng của hệ thống LPS bên trong là ngăn chặn các nguy hiểm đánh lửa trong kết cấu, sử dụng liên kết đẳng thế hoặc một khoảng cách ly s, (và do đó là cách điện) giữa các thành phần hệ thống LPS và các phần tử dẫn điện khác bên trong tới kết cấu.

Bốn mức của hệ thống LPS (I, II , III và IV) được định nghĩa như  một bộ các quy tắc xây dựng, dựa trên mức LPL tương ứng. Mỗi bộ gồm các quy tắc xây dựng            phụ thuộc vào mức (như bán kính quả cầu lăn, độ rộng mắt lưới, v.v...) và quy tắc xây dựng không phụ thuộc vào mức (như các tiết diện, vật liệu, v.v...).

Trong trường hợp điện trở suất bề mặt của đất ở bên ngoài và của sàn ở bên trong kết cấu được giữ ở mức thấp, nguy hiểm sự sống do điện áp tiếp xúc và điện áp bước được giảm:

- ở bên ngoài kết cấu, bằng việc cách điện các bộ phận dẫn điện để hở, bằng đẳng thế đất, bằng một hệ thống tiếp đất mắt lưới, bằng các thông báo cảnh báo và bằng các hạn chế vật lý;

- ở bên trong kết cấu, bằng cách liên kết đẳng thế các đường dây tại điểm đi vào kết cấu.

Các hệ thống LPS phải phù hợp với các yêu cầu của TCVN 9888-3 (IEC 62305-3).

Bảo vệ để giảm hư hỏng hệ thống bên trong

Bảo vệ chống xung sét điện từ LEMP để giảm rủi ro hư hỏng hệ thống bên trong sẽ giới hạn:

- đột biến do sét đánh vào kết cấu gây ra do ghép nối kiểu điện trở và điện cảm,

- đột biến do sét đánh gần kết cấu gây ra do ghép nối kiểu điện cảm,

- đột biến được truyền qua các đường dây nối tới kết cấu gây ra do sét đánh vào hoặc đánh gần các đường dây,

- từ trường cảm ứng trực tiếp với thiết bị.

CHÚ THÍCH: Hỏng do trường điện từ bức xạ trực tiếp vào thiết bị được bỏ qua với điều kiện máy móc phù hợp với các thử nghiệm miễn trừ và phát bức xạ tần số vô tuyến điện (RF) được xác định theo các tiêu chuẩn sản phẩm EMC liên quan (xem TCVN 9888-2 (IEC 62305-2) và TCVN 9888-4 (IEC 62305-4)).

Hệ thống được bảo vệ được đặt trong một vùng bảo vệ chống sét LPZ 1 hoặc cao hơn. Điều này đạt được bằng các hệ thống biện pháp bảo vệ điện và điện tử (SPM) gồm màn chắn từ làm suy giảm từ trường cảm ứng và/hoặc tuyến dây phù hợp để giảm kín mạch cảm ứng. Liên kết được trang bị tại các ranh giới một vùng LPZ cho các bộ phận và hệ thống bằng kim loại giao cắt ranh giới. Liên kết này có thể được thực hiện bằng các dây dẫn liên kết, hoặc khi cần thiết bằng các thiết bị chống đột biến (SPD).

Các biện pháp bảo vệ cho bất kỳ vùng LPZ phải phù hợp với TCVN 9888-4 (IEC 62305-4).

Hiệu quả bảo vệ chống quá điện áp, gây hư hỏng hệ thống bên trong, cũng có thể được đạt được bằng các giao diện cách ly và/hoặc một hệ thống thiết bị SPD phối hợp, hạn chế quá điện áp dưới điện áp xung chịu đựng danh định của hệ thống được bảo vệ.

Các giao diện cách ly và thiết bị SPD phải được chọn và lắp đặt theo các yêu cầu của TCVN 9888-4 (IEC 62305-4).