Khoảng cách ly trong hệ thống chống sét là gì?

Những con số biết nói!
Theo thống kê của Cục Cảnh sát PCCC Bộ Công an, 9 tháng đầu năm 2020 cả nước xảy ra 2.224 vụ cháy cơ sở, nhà dân và phương tiện giao thông cơ giới, làm 56 người chết, bị thương 107 người và thiệt hại tài sản ước tính 416,15 tỷ đồng. Trong đó, nguyên nhân do sự cố về hệ thống - thiết bị điện chiếm khoảng 66,75%, nguyên nhân do sơ suất bất cẩn trong sử dụng nguồn nhiệt chiếm khoảng 21,96% và 11,29% là do các nguyên nhân khác. Rất nhiều chiến dịch đã được các cơ quan, tổ chức phát động nhằm kêu gọi người dân phòng tránh những tai nạn nguy hiểm về điện trên toàn quốc. Thái độ chủ quan của nhiều người vẫn phớt lờ và bỏ ngoài tai những lời cảnh báo khi hằng ngày đang phải sống chung với tử thần, dẫn đến những vụ hỏa hoạn thương tâm vẫn cứ hằng ngày tiếp diễn.
Sau mỗi vụ hỏa hoạn, các cơ quan ban ngành đều tham gia vào tìm hiểu và phân tích nguyên nhân nhưng hầu hết kết quả nhận được chỉ đơn thuần là do chập điện.
 
Đâu là nguyên nhân xảy ra những vụ chập điện?
Hư hỏng về điện và các thiết bị điện đang xảy ra hàng ngày, hằng giờ trong khi mọi người chỉ quan tâm đến việc khắc phục, sửa chữa mà không tìm hiểu rõ nguyên nhân tại sao lại dẫn đến tình trạng trên.
Chập điện (ngắn mạch hay đoản mạch) là hiện tượng mạch điện bị chập tải tại 1 thời điểm nào đó. Làm cho tổng trở trong mạch nhỏ đi, điện áp giảm xuống, dòng điện trong mạch tăng cao đột ngột khiến nhiệt độ trên dây dẫn cũng đột ngột tăng theo. Nhiệt độ này đạt đến nhiệt độ cháy sẽ phát sinh tia lửa hoặc hồ quang gây cháy. Hiểu một cách đơn giản đó là hiện tượng mà dây pha chạm vào dây trung tính (điện 1 pha) hoặc dây pha chạm dây pha (điện 3 pha) gây ra ngắn mạch. Thời gian để xuất hiện tia lửa hoặc hồ quang thường chỉ tính bằng mili giây (tích tắc đồng hồ), nếu không phát hiện kịp thì hậu quả để lại phía sau là rất khó lường, nhẹ thì hư hỏng thiết bị, nặng nề hơn thì có thể gây ra một vụ hỏa hoạn lớn.
Bản thân mỗi dây điện thông thường đều được che phủ bằng lớp vỏ cách điện bên ngoài, trong quá trình sử dụng bất cứ tác động nào gây đánh thủng lớp cách điện này đều có thể gây ra hiện tượng chập điện nói trên.
Rất nhiều các nguyên nhân được đưa ra để thảo luận nhưng đa số đều chỉ nhắc đến là do quá tải công suất, tiếp xúc không tốt, quá trình bảo dưỡng định kỳ chưa tốt. Tuy nhiên nếu xem xét lại một cách thấu đáo về các vụ hỏa hoạn trong thời gian qua thì phần lớn đều xảy ra trong đêm khuya, thời điểm xảy ra sự việc không có bất cứ hoạt động sản xuất, tiêu thụ điện nào thì việc đưa ra các nguyên nhân kể trên là chưa đủ sức thuyết phục.
 
Quy trình nghiệm thu một hệ thống phòng cháy chữa cháy là yêu cầu bắt buộc với bất cứ công trình nào hiện nay trước khi đưa vào sử dụng, tuy nhiên công tác nghiệm thu hệ thống chống sét theo tiêu chuẩn lại không hề được trú trọng. Sét cũng là một nguyên nhân gây ra các vụ cháy, các sự cố do sét gây ra cháy nổ, hư hỏng thiết bị mà mắt thấy tai nghe được gọi là thiệt hại tức thời, chúng có thể khắc phục bằng cách sửa chữa hoặc thay thế tại các vị trí hư hỏng. Nhưng nếu các thiệt hại này mà chúng ta không trực tiếp nhìn thấy hay nghe thấy thì hậu quả sẽ là gì? Đơn giản chỉ xét đến một yếu tố về khoảng cách ly an toàn giữa dây dẫn của hệ thống chống sét với các kết cấu lân cận theo tiêu chuẩn IEC62305-3 là có thể đánh giá được hệ thống chống sét này đã đảm bảo an toàn hay chưa.
Khoảng cách ly là khoảng cách tối thiểu để đảm bảo an toàn giữa dây dẫn của hệ thống chống sét với vật liệu dẫn điện bên trong trình, nếu khoảng cách này nhỏ hơn yêu cầu có thể gây ra hiện tượng phóng điện không kiểm soát do đánh thủng cách điện dẫn đến nguy cơ cháy nổ và hư hỏng đối với các thiết bị bên trong.Trong thực tế, hiện tượng chớp cháy mà chúng gây ra là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây nên các vụ hỏa hoạn.
 
Làm thế nào để xác định khoảng cách ly an toàn này?
Công thức đơn giản để xác định khoảng cách ly:
  s = (ki.kc.l)/km
Trong công thức trên các yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách ly s bao gồm: số dây dẫn (kc), cấp chống sét (ki), khoảng cách vị trí đang xét đến hệ thống tiếp địa (l), vật liệu lớp cách điện (km)
 
Làm thế nào để duy trì được khoảng cách ly theo yêu cầu?
Sau khi tính toán được khoảng cách ly cần thiết theo hệ số của công trình cần lựa chọn được phương thức để duy trì khoảng cách này, có 3 phương pháp phổ biến hiện nay để duy trì khoảng cách ly theo tiêu chuẩn:
 
Phương pháp cách ly bằng khoảng cách vật lý của kim thu sét: áp dụng cho các kết cấu có kích thước nhỏ như điều hòa không khí, ống thông hơi…Khi lắp đặt kim thu sét, khoảng cách giữa kim thu sét đến các kết cấu này không được nhỏ hơn khoảng cách s đã tính toán.
 
Phương pháp cách ly dây dẫn bằng vật liệu cách điện: khoảng cách ly được tạo ra nhờ các thanh đỡ làm bằng vật liệu GRP (thủy tinh gia cường) có chiều dài từ 300 đến 1000mm có thể lắp đặt trực tiếp lên bề mặt cần cách ly. Phương pháp này phù hợp với tất cả loại kim thu sét và dây dẫn hiện nay.
 
Phương pháp sử dụng dây dẫn HVI: dựa vào công nghệ dẫn điện trên lớp vỏ bán dẫn của của dây HVI mà dòng sét được dẫn đi một cách an toàn mà không gây nguy hiểm cho các kết cấu xung quanh. Phương pháp này cho phép lắp đặt dây dẫn trực tiếp lên các thiết bị cần bảo vệ.
 
Những trường hợp nào mà không cần xét đến khoảng cách ly?
 
Sử dụng cốt thép trong bê tông: Nếu cốt thép trong bê tông được sử dụng làm dây dẫn sét tự nhiên thì có thể bỏ qua yêu cầu về khoảng cách ly đối với dân dẫn. Trong thực tế bằng cách sử dụng thép cây thay thế dây dẫn tương đương tạo ra hàng nghìn đường dẫn song song và đi xuống hệ thống tiếp địa, do đó chỉ có một phần nhỏ cường độ dòng sét đi trong mỗi dây dẫn mà không làm ảnh hưởng tới các thiết bị bên trong công trình. Biện pháp này đã được hướng dẫn chi tiết trong tiêu chuẩn IEC 62305-3:2010 (TCVN9888-3:2013) và được áp dụng ở hầu hết các công trình xây dựng cao tầng hiện nay
 
Sử dụng kết cấu thép: tương tự như cốt thép trong bê tông, khi sử dụng kết cấu thép có thể bỏ qua yêu cầu về khoảng cách ly khi dòng sét được phân chia đều lên các kết cấu thép. Biện pháp này áp dụng ở các dạng công trình như nhà xưởng thép tiền chế, khu công nghiệp. Tuy nhiên nếu các kết cấu trên mái yêu cầu cần xét đến khoảng cách ly thì yếu tố này cần phải xem xét lại.
 
Sử dụng thiết bị chống sét: trong trường hợp khoảng cách ly không đảm bảo theo yêu cầu trong tính toán, thiết bị chống sét (SPD – Surge Protection Devices) được sử dụng để giải quyết vấn đề này. Biện pháp này chỉ áp dụng cho các cấu trúc trên mái được cấp nguồn điện, truyền tín hiệu, các cấu trúc có hệ thống đường ống dẫn từ ngoài đi vào trong công trình hoặc các tấm pin năng lượng mặt trời. Ngoài ra khi dụng SPD vẫn cần phải kết hợp tận dụng các yếu tố tự nhiên của cấu trúc để giảm hiệu ứng tác động của dòng sét lên công trình. Biện pháp này chỉ nên được sử dụng trong những trường hợp đặc biệt khi không đáp ứng được yêu cầu về khoảng cách ly.