PHẦN MỞ ĐẦU.

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ TÒA NHÀ CẦN BẢO VỆ.

Tính toán thiết kế chống sét cho tòa nhà, bảo vệ toàn bộ.

Với điều kiện:

Chiều dài kim ≤ 3m.

Vùng đất đó φ = 100Ωm.

Bãi tiếp địa có điện trở tiếp đất Rtđ < 5Ω.

Cọc tiếp đất sử dụng sắt L.50.50.5, với chiều dài l ≤ 3m.

Thanh tiếp địa liên kết Φ18.

Dây dẫn sét dung thép tròn Φ10 và liên kết của bãi tiếp địa bằng 2 dây.

Dựa vào mặt đứng của tòa nhà (hình 1) ta có:

Mái của dãy nhà thấp là mái dốc, chiều cao từ các đỉnh mái của dãy nhà so với mặt

đất là 10m (hx= 10m), chiều cao từ các mép mái ngoài cùng của dãy nhà so với

mặt đất là 8m (hx= 8m).

Mái của tòa nhà cao là mái bằng, chiều cao từ đỉnh mái của tòa nhà so với mặt đất

là 14m (hx= 14m).

Hình 1: mặt đứng tòa nhà.

Mặt bằng của tòa nhà (hình 2) có dạng hình chữ ”L” nên để bảo vệ toàn bộ tòa nhà ta

phải chia ra nhiều vị trí khác nhau để đặt kim thu sét.

Hình 2: mặt bằng của tòa nhà.

PHẦN 3: TÍNH TOÁN PHẠM VI BẢO VỆ TOÀN PHẦN.

3.1 Lựa chọn kim chống sét:

Sử dụng phương án kim thu sét cổ điển.

Số lượng: 3 kim có chiều dài 3m và 2 kim có chiều dài 2,5m

Bố trí kim như hình vẽ:

Hình 3: bố trí kim thu sét bảo vệ cho tòa nhà

Tính toán dựa trên các công thức:

rx= 0,75 (h – hx).P

ho= 4h – √9 h2+0,25 L2

R= 4h - ho

bx = 1,5 (ho – hx)

Rx = 1,5. hk

Trong đó :

h là độ cao từ đỉnh kim đến mặt đất (m)

hx là độ cao công trình cần bảo vệ(m)

hk là độ cao của kim thu sét (m)

P là hệ số bổ sung với: h ≤ 30m : P = 1

h >30m : P =5,5√h

rx là bán kính bảo vệ bất kì ứng với chiều cao bảo vệ bất kì hx(m).

ho là chiều cao bảo vệ theo mặt phẳng đứng giữa 2 kim thu sét(m).

bx là chiều rộng phạm vi bảo vệ (m).

Trường hợp 2 kim không cùng độ cao :

Về nguyên tắc phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét được xác định như sau:

Đầu tiên dựng phạm vi bảo vệ của cột thu sét có độ cao cao hơn, sau đó dựng phạm

vi bảo vệ của cột thứ hai. Tiếp theo kẻ một đường thẳng nằm ngang từ đỉnh cột thứ 2,

đường thẳng này cắt phạm vi bảo vệ của cột cao hơn tại một điểm. Điểm này có chiều

cao so với mặt đất bằng cột thứ 2 ( xem như đây là cột ảo). Cuối cùng vẽ đường cong

phạm vi bảo vệ bên trên cột thứ 2 và cột ảo theo phương pháp 2 cột cùng độ cao.

Nếu h2 ≤ 30m thì ho được xác định bằng công thức: ho= h2 - Lx

7

với: h2 là chiều cao cột thứ 2 (m)

Lx khoảng cách giữa cột thứ 2 và cột ảo (m)

Tính toán:

Cặp kim 1-2: trường hợp 2 kim cùng độ cao

h = 13 m , hx = 10m , L = 14m

Rx1= 1,5. hk = 1,5.3 = 4,5m

Vì độ cao kim số 2 so với mép mái là 2m nên:

Rx2= 1,5. (3+2) = 7,5m

ho= 4h – √9h2+0,25 L2 = 4.13 – √9.132+0,25.142= 12,37m.

bx = 1,5 (ho – hx) = 1,5.(12,37 - 10)= 3,55 m.

Cặp kim 2-3: trường hợp 2 kim cùng độ cao

h = 13 m , hx = 10m , L = 10,5m

Rx3 = 1,5. 3= 4,5m

ho= 4h – √9h2+0,25 L2 = 4.13 – √9.132+0,25.10,52= 12,64m.

bx = 1,5 (ho – hx) = 1,5.(12,64 - 10)= 3,96 m.

Cặp kim 4-5: trường hợp 2 kim cùng độ cao

h=16,5m, hx= 14m, L= 4 m.

Rx4= Rx5= 1,5. 2,5= 3,75m

ho= 4h – √9h2+0,25 L2 = 4.16,5 – √9.16,52+0,25.42=16,4 m.

bx = 1,5 (ho – hx) = 1,5.(16,4 - 14)= 3,6 m

Cột ảo cặp kim 4-5:khoảng cách từ đỉnh tòa nhà so với mái là 4 m

R = 1,5.(2,5 + 4) = 9,75m

Như vậy với 5 kim bố trí ở vị trí như trên thì tòa nhà được bảo vệ toàn bộ.

3.2 Tính toán tiếp địa:

Một hệ thống nối đất thông thường gồm nhiều cọc và thanh kết hợp với nhau. Nếu

dùng một cọc hoặc một thanh làm bộ phận nối đất thường không đạt trị số điện trở tiếp

đất theo yêu cầu.

Nói cách khác muốn giảm trị số điện trở nối đất thì ghép song song một số cọc với

nhau. Theo lý thuyết khi ghép song song n cọc lại với nhau, thì điện trở nối đất tương

đương có trị số giảm đi n lần nhưng đối với hệ thống nối đất không hẳn như thế vì khi có

dòng điện chạy vào trong đất qua các cọc sẽ có hiện tượng trường tương hỗ làm ngăn cản

dòng điện chạy vào trong đất giữa các cọc.

Nếu một bộ phận nối đất muốn phát huy hết tác dụng của nó thì bản thân giữa chúng

không chịu ảnh hưởng của trường tương hỗ, điều này làm cho khoảng cách các cọc lớn

hơn 20m rõ ràng trong thực tế không thực hiện được, hơn nữa do yêu cầu cân bằng điện

thế nên khoảng cách các cọc cần rút lại một khoảng cách tối ưu.

3.2.1 Các công thức sử dụng để tính toán:

3.2.1.1 Điện trở của một cọc dạng tròn chôn thẳng đứng trong đất (rc ) có thành phần cấu

tạo đồng nhất (ρ= const):

Công thức:

rc =

2,32. lπ .

ρ( log 2 ld

+ 12

log 4 t+14 t−1 )

Trong đó:

ρ: Điện trở suất của đất (Ω/m)

l: Chiều dài của cọc (m)

d: Đường kính ngoài của cọc (m)

t: Độ chôn sâu của cọc tính từ tâm cọc lên đến mặt đặt (m)

3.2.1.2 Điện trở của thanh đặt nằm ngang trong đất

Một thanh thép tròn đặt trong đất theo phương nằm ngang song song với mặt đất

cũng tạo thành bộ phận nối đất. Nếu các thanh kết hợp với các cột chôn thẳng đứng thì

chúng sẽ tạo thành một hỗn hợp của bộ phận nối đất cọc- thanh.

So với chiều dài thì đường kính của thanh tròn ít ảnh hưởng đến trị số nói đất của

nó. Độ chôn sâu ổn định từ 0,6 – 1m

Nếu dùng một thanh đơn thuần đặt nằm ngang để làm bộ phận nối đất thì hiệu quả

sử dụng sẽ thấp nhưng nếu kết hợp với các cọc chôn thẳng đứng, chúng tạo thành một bộ

phận nối đất cọc – thanh thì hiệu quả sử dụng sẽ cao.

Điện trở của một thanh đặt nằm ngang trong lòng đất được xác định theo công thức:

Với thanh dạng tròn:

rth = ρ 2,3

2 πllog l2

d . t

Trong đó:

l: chiều dài thanh (m)

d: Đường kính của thanh (m)

t: độ sâu của thanh (so với mặt đất) tính từ tâm (m)

Với thanh dạng dẹt:

rdet = ρ 2,3

2 . l .πlog 2 l2

b. t

Trong đó :

l : là chiều dài thanh (m)

b : là chiều rộng thanh (m)

t : độ chôn sâu của thanh (m)

3.2.1.3 Hệ số sử dụng của bộ phận nối đất ở những vùng đất có cấu tạo đồng nhất :

Trong một hệ thống tiếp đất thường gồm nhiều cọc thanh liên kết với nhau, số lượng

cọc, số lượng thanh càng nhiều, khoảng cách bố trí giữa chúng càng ngắn thì hiện tượng

do màn chắn tương hỗ càng lớn làm tăng điện trở tàn dòng điện trong đất của bộ phận nối

đất, giảm hiệu quả sử dụng.

Tỷ số điện dẫn G của bộ phận nối đất trên tổng điện dẫn của các cọc hoặc thanh nối

đất thành phần được gọi là hệ số sử dụng η của bộ phận nối đất

η =

Gn .go

=r o

n . Rnd

Trong đó :

Rnd và G lần lượt là điện trở và điện dẫn của bộ phận nối đất

go và ro là điện dẫn và điện trở của cọc hoặc thanh

n là số cọc hoặc thanh nối đất thành phần

Điện trở của một bộ phận nối đất gồm các thanh đặt nằm ngang

rt =

r t

n .η t

Điện trở của một bộ phận nối đất gồm một số cọc chôn thẳng đứng

rc =

rc

n .ηc

Trong đó :

rt là điện trở thanh nối đất. Ω

rc là điện trở một cọc nối đất chôn thẳng đứng. Ω

ηt là hệ số sử dụng của thanh đặt nằm ngang

ηc là hệ số sử dụng của các cọc nối đất chôn thẳng đứng

3.2.2 Tính toán số lượng cọc và dây cần sử dụng :

Ta lấy chiều dài của cọc là 3m và khoảng cách từ cọc đến mặt đất là 1m

Tính điện trở tiếp đất của cọc sắt (L.50.50.5) có chiều dài l và đường kính ngoài d đóng

sâu vào lòng đất, đầu cọc cách mặt đất 1 khoảng t được tính như sau :

rc =

2,32. l . π

ρ( log 2 ld

+ 12

log 4 t +l4 t−l )

Thay các trị số đã cho vào công thức :

l = 3m ( tự chọn)

= 3,14

d = 0,95b = 0,95 × 0,05= 0,0475 m

t =

l2

+ khoảng cách từ măt đất đến đầu cọc = 1,5+1 = 2,5 m

ρ = 100 Ωm

=>rc =

2,32×3×3 ,14

100( log 2×30 , 0475

+12

log 4×2,5+34×2,5−3 )

= 27,29Ω

Điện trở tiếp đất phải nhỏ hơn 5 Ω

Ta xem điện trở của hệ thống tiếp đất chỉ bao gồm điện trở của các cọc Rc, như vậy ta suy

ra được Rtđ = Rc < 5Ω

Điện trở của một bộ phận nối đất gồm một số cọc chôn thẳng đứng

Rc =

rc

n .ηc =>

rc

n .ηc < 5Ω =>

❑5 < n

Với:

rc= 27,29 Ω

ηc = 0.8

=>

27 ,295×0,8

< n => n > 6,8 cọc ( lấy 7 cọc)

Vậy n phải lớn hơn 7 cọc nên ta chọn n = 8 cọc.

Điện trở của một thanh đặt nằm ngang trong lòng đất được xác định theo công thức :

Với thanh dạng tròn nên ta có công thức:

rt = ρ 2,3

2 πllog l2

d . t

Trong đó:

l’ = (n-1)l = (8-1).3 = 21m (trong đó l’ là chiều dài của thanh )

d = 0,018 m

t = 1

ρ = 100 Ωm

rt =100 2,3

2×21×3 , 14log 212

0 , 018×1 = 7,65 Ω

Vì sử dụng một thanh n =1 nên điện trở của bộ phận nối đất là :

Rt =

rt

n .η t =

7 , 651. 0,8

= 9,65 Ω

Điện trở nối đất tương đương của thanh và cọc :

Rtc= rc rt

rc . ηt+rt . ηc . n = 27,29 .7,6527,29 .0,8+7,65 . 0,8 .8= 2,95 Ω

Vậy ta thiết kế 2 bãi tiếp địa :

mỗi bãi cần sử dụng 8 cọc sắt L.50.50.5 và 21m sắt tròn có Φ18 liên kết với dây

dẫn sét dùng thép tròn Φ10.