Thuyết minh dự thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chống sét cho các trạm viễn thông và MẠng cáp ngoại VI viễn thôNG

M ỤC L ỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Không có một thiết bị nào hoặc một phương pháp nào có khả năng làm biến đổi các hiện tượng thời tiết tự nhiên đến mức có thể tránh được hiện tượng sét đánh. Sét đánh vào, hoặc đánh gần các công trình (trạm viễn thông hoặc các cáp ngoại vi viễn thông) sẽ gây nguy hiểm cho con người, công trình, các hệ thống lắp đặt trong công trình, cũng như các dịch vụ. Đó là lý do cần thiết phải áp dụng các biện pháp bảo vệ chống sét.

Việc cần thiết bảo vệ chống sét và việc lựa chọn các biện pháp bảo vệ thích hợp cần được quyết định dựa trên việc quản lý rủi ro sét đánh vào công trình viễn thông.

Việc bảo vệ chống sét là thoả đáng khi rủi ro tổn thất về con người và rủi ro tổn thất về dịch vụ đối với cộng đồng không vượt quá giới hạn cho phép. Các giới hạn cho phép này do cơ quản quản lý nhà nước quy định.

Các tiêu chí cho việc thiết kế, lắp đặt và duy trì các biện pháp bảo vệ chống sét cho công trình viễn thông được xem xét ở 3 nhóm riêng biệt sau:

• 
  nhóm 1: đề cập đến các biện pháp làm giảm thiệt hại vật lý và nguy hiểm đến tính mạng con người trong công trình;
  
• 
  nhóm 2: đề cập đến các biện pháp làm giảm hư hỏng của các hệ thống thiết bị viễn thông bên trong công trình;
  
• 
  nhóm 3: đề cập đến các biện pháp làm giảm thiệt hại vật lý và hư hỏng của các cáp viễn thông nối với công trình.
  

Hiện nay có hơn 100 tiêu chuẩn và quy phạm về bảo vệ chống sét đang được các nước sử dụng. Một số tài liệu bảo vệ chống sét chỉ bao gồm các yêu cầu an toàn tối thiểu. Một số khác lại rất chi tiết với những thông tin chuyên về công nghiệp và/hoặc ứng dụng. Dưới đây sẽ khái quát một số tiêu chuẩn quốc tế và một số quốc gia khu vực châu Âu, Mỹ liên quan đến bảo vệ chống sét…

Ủy ban Kỹ thuật điện tử Quốc tế (IEC) là tổ chức tiêu chuẩn quốc tế được các cộng đồng và các quốc gia tham chiếu nhiều nhất. IEC đã phát triển bộ tiêu chuẩn bảo vệ chống sét toàn diện IEC 62305, gồm 5 phần. Tiêu chuẩn này thể hiện được sự phát triển đáng kể của các nghiên cứu về kỹ thuật bảo vệ chống sét trong vòng 20 năm trở lại đây. IEC 62305 đề cập chi tiết đến các chủ đề sau:

• 
  Phần 1 - Bảo vệ chống sét cho các công trình xây dựng: Các nguyên tắc chung
  
• 
  Phần 2 - Quản lý rủi ro
  
• 
  Phần 3 - Thiệt hại vật chất và sự nguy hiểm đến tính mạng
  
• 
  Phần 4 - Các hệ thống điện và điện tử bên trong công trình xây dựng
  
• 
  Phần 5 - Các dịch vụ (viễn thông, đường dây điện lực…)
  

ITU-T đã phát hành nhiều khuyến nghị liên quan đến bảo vệ chống sét cho các công trình viễn thông. Các khuyến nghị của ITU đều được xây dựng trên cơ sở các tiêu chuẩn IEC.

Tiêu chuẩn NFPA-780 “Tiêu chuẩn lắp đặt hệ thống bảo vệ chống sét” lần đầu xuất hiện vào năm 1904 và từ đó đã có 26 lần sửa đổi. Mặc dù về mặt luật pháp, NFPA-780 không phải là bắt buộc, nhưng nó được công nhận là tài liệu bảo vệ chống sét cơ bản ở Mỹ. Phiên bản năm 2004 gần đây nhất của NFPA-780 có những cập nhật đáng kể so với lần xuất bản năm 2000.

Các tài liệu thực hành được khuyến nghị khác là “IEEE STD 1100, Cấp nguồn và tiếp đất cho thiết bị điện tử”, “IEEE STD 142, Tiếp đất cho các hệ thống điện công nghiệp và thương mại” và tiêu chuẩn mới tháng 12 năm 2005 “FAA STD 019E, Các yêu cầu về che chắn và kết nối, tiếp đất, bảo vệ chống sét và xung sét cho trang thiết bị điện tử”.

3.2. Các tiêu chuẩn chống sét của các quốc gia khác

Các tiêu chuẩn và khuyến nghị về bảo vệ chống sét của các quốc gia khác thường có thoả thuận chung và hài hòa với nhau. Rất nhiều tiêu chuẩn quốc gia, ví dụ CP 33 của Singapore, AS/ANZ-1768 của Australia, IS-2309 của Ấn Độ… có nguồn gốc từ tiêu chuẩn của Anh BS-6651. Song tiêu chuẩn BS-6651 của Anh đã được thay thế bởi BS EN 62305 trên cơ sở chấp thuận IEC 62305. Vì vậy, các quốc gia nói trên cũng đang trong tiến trình sửa đổi tiêu chuẩn của mình. Các tiêu chuẩn quốc gia khác, như tiêu chuẩn VDE-0815 của Đức, GB 50057 của Trung Quốc, RD 34.21.122-87 của Nga, và tiêu chuẩn PN-86/ E-05003/01 của Ba Lan là các tiêu chuẩn của quốc gia tự xây dựng, trên cơ sở tham chiếu các tiêu chuẩn của IEC. Hai tiêu chuẩn chống sét “ngoài luồng”, tiêu chuẩn của Pháp NF C 17-102 và Tây Ban Nha UNE-21186 - về hệ thống điện cực chống sét phát xạ sớm, đã được xác nhận là các hệ thống không được kiểm chứng và phi khoa học.

Các tiêu chuẩn IEC được xây dựng dựa trên những nguyên lý khoa học đã được chứng minh và các thực nghiệm kỹ thuật trên phạm vi toàn thế giới, với sự đóng góp của các chuyên gia phạm vi quốc tế trong lĩnh vực liên quan. Các tiêu chuẩn này đưa ra:

• 
  các yêu cầu về thiết kế và lắp đặt các hệ thống chống sét cho các công trình xây dựng, các toà nhà;
  
• 
  bảo vệ chống sét cho các dịch vụ đi vào tòa nhà
  
• 
  bảo vệ các hệ thống điện, điện tử bên trong tòa nhà.
  

IEC62305 -1 (2006) Protection against lightning – General principles được biên soạn và thay thế cho IEC 61024 -1-1

IEC62305 -2 (2006) Protection against lightning – Risk management được biên soạn và thay thế cho IEC 61662

IEC62305 -3 (2006) Protection against lightning – Physical damage to structures and life hazard được biên soạn và thay thế cho IEC 61024 -1 và IEC 61024-1-2

IEC62305- 4 (2006) Protection against lightning – Electrical and electronical systems within structrure được biên soạn và thay thế cho IEC 61312 -1, IEC 61312 -2, IEC 61312 -3 và IEC 61312 -4.

IEC 62305-5 (2007) Protection against lightning – Services, thay thế IEC 61663.

1. 
   IEC 62305-1 (2006) Protection against lightning – General principles
   

• 
  Thiệt hại do sét
  

+ Thiệt hại về dịch vụ cho cộng đồng;

+ Thiệt hại về di sản văn hóa;

+ Thiệt hại về các giá trị kinh tế (công trình và hệ thống bên trong, dịch vụ và gián đoạn hoạt động).

• 
  Sự cần thiết và lợi ích kinh tế của việc bảo vệ chống sét
  

- Nếu có nhiều loại tổn thất hiện diện trong đối tượng cần bảo vệ, điều kiện R≤ R_T phải được thỏa mãn đối với từng loại tổn thất (L₁, L₂ và L₃).

- Giá trị rủi ro cho phép R_T mà sét có thể gây ra tổn thất về các giá trị xã hội cần được quyết định bởi các cơ quan nhà nước có thẩm quyền.

- Bên cạnh sự cần thiết bảo vệ chống sét cho đối tượng, cũng nên đánh giá các lợi ích kinh tế của việc trang bị các biện pháp bảo vệ để làm giảm tổn thất kinh tế. Việc bảo vệ chống sét đạt hiệu quả kinh tế khi tổng giá trị C_RL của tổn thất còn lại khi đã trang bị các biện pháp bảo vệ và giá trị C_PM của chi phí trang bị các biện pháp bảo vệ bảo vệ thấp hơn giá trị của toàn bộ tổn thất C_L khi không có các biện pháp bảo vệ.

C_RL + C_PM < C_L

• 
  Các biện pháp bảo vệ
  

- cách điện các bộ phẫn dẫn điện dễ tiếp cận một cách hợp lý;

- thực hiện đẳng thế bằng hệ thống tiếp đất dạng lưới;

- giới hạn vật lý và các chú ý cảnh báo.

* Đối với công trình

- hệ thống bảo vệ chống sét (LPS)

* Đối với dịch vụ

- dây che chắn
Các biện pháp bảo vệ làm giảm hư hỏng của các hệ thống điện, điện tử

* Đối với công trình

Hệ thống các biện pháp bảo vệ chống xung điện từ do sét (LPMS) có thể là một hoặc nhiều trong số các biện pháp bảo vệ sau đây:

- các biện pháp kết nối và tiếp đất;

- che chắn từ;

- định tuyến cáp;

- bảo vệ bằng các SPD phối hợp.

* Đối với dịch vụ

- các thiết bị bảo vệ xung (SPD) tại các vị trí khác nhau dọc theo chiều dài tuyến và tại các điểm đầu cuối.

- các màn che chắn từ của cáp.

• 
  Các tiêu chí cơ bản của việc bảo vệ
  

Tiêu chuẩn này đặt ra 4 mức bảo vệ chống sét - LPL (I đến IV). Với mỗi mức LPL, một tập hợp các tham số dòng sét lớn nhất và nhỏ nhất được ấn định.

Các biện pháp bảo vệ như hệ thống chống sét, dây che chắn, các màn chắn điện từ và SPD sẽ quyết định các vùng bảo vệ chống sét LPZ. Vùng bảo vệ chống xét được đặc trưng bởi việc giảm đáng kể các xung điện từ do sét.

- Bảo vệ để giảm thiệt hại vật lý và nguy hiểm đến tính mạng

Công trình được bảo vệ phải nằm bên trong vùng LPZ 0_B hoặc cao hơn. Điều này có thể đạt được nhờ hệ thống bảo bệ chống sét, bao gồm hệ thống chống sét bên ngoài và hệ thống chống sét bên trong.

- Bảo vệ để giảm hư hỏng cho các hệ thống bên trong

Việc bảo vệ khỏi các xung điện từ do sét để giảm rủi ro gây hư hỏng cho các hệ thống bên trong cần hạn chế được:

+ quá áp từ hiện tượng ghép điện trở và điện cảm do các tia sét đánh xuống công trình;

+ quá áp từ hiện tượng ghép điện cảm do các tia sét đánh gần công trình;

+ quá áp truyền qua cáp nối với công trình do sét đánh vào cáp hoặc đánh gần cáp;

+ từ trường trực tiếp ghép với các hệ thống bên trong.

Bảo vệ chống sét cho các cáp viễn thông

Dịch vụ được bảo vệ cần phải:

• 
  nằm trong vùng bảo vệ chống sét LPZ 0_B hoặc cao hơn để giảm thiểu thiệt hại vật lý. Điều này được thực hiện bằng cách lựa chọn đặt tuyến ngầm thay vì treo hoặc dùng các dây che chắn đặt ở vị trí thỏa đáng;
  
• 
  nằm trong vùng bảo vệ chống sét LPZ 1 hoặc cao hơn, để bảo vệ khỏi các quá áp gây ra hư hỏng cho dịch vụ. Điều này thực hiện được bằng cách làm giảm mức quá áp cảm ứng do sét bằng cách che chắn từ hợp lý cho cáp, làm trệch hướng dòng sét và hạn chế quá áp bằng các thiết bị bảo vệ xung SPD thích hợp.
  

2. 
   IEC 62305-2 (2006) Protection against lightning – Risk management
   

• 
  xác định đối tượng cần bảo vệ và các đặc tính của nó;
  
• 
  xác định tất cả các loại tổn thất có trong đối tượng và rủi ro tương ứng;
  
• 
  đánh giá rủi ro đối với mỗi loại tổn thất;
  
• 
  đánh giá sự cần thiết trang bị bảo vệ, bằng cách so sánh giá trị rủi ro với giá trị rủi ro cho phép;
  

• 
  bản thân công trình;
  
• 
  hệ thống lắp đặt trong công trình;
  
• 
  con người bên trong công trình hoặc trong vòng 3 m bên ngoài công trình;
  
• 
  môi trường bị ảnh hưởng bởi thiệt hại của công trình.
  

Cáp viễn thông được xem xét để đánh giá rủi ro là kết nối vật lý giữa:

• 
  tổng đài viễn thông và nhà của người sử dụng dịch vụ hoặc giữa 2 tổng đài viễn thông, hoặc giữa 2 nhà thuê bao, với cáp viễn thông;
  
• 
  giữa tổng đài viễn thông hoặc nhà của người sử dụng dịch vụ và một nút phân phối, hoặc giữa 2 nút phân phối, với cáp viễn thông;
  
• 
  trạm biến thế cao áp và nhà của người sử dụng dịch vụ, đối với đường dây điện lực;
  

Trách nhiệm của cơ quan có thẩm quyền là xác định giá trị của rủi ro cho phép.

Các biện pháp bảo vệ được trang bị nhằm để giảm rủi ro cho các loại thiệt hại do sét gây ra. Các biện pháp bảo vệ được chia làm 3 nhóm sau:

• 
  nhóm 1: các biện pháp làm giảm thiệt hại vật lý và nguy hiểm đến tính mạng con người trong công trình;
  
• 
  nhóm 2: các biện pháp làm giảm hư hỏng của các hệ thống điện, điện tử bên trong công trình;
  
• 
  nhóm 3: các biện pháp làm giảm thiệt hại vật lý và hư hỏng của các dịch vụ (cáp viễn thông) nối với công trình.
  

Việc lựa chọn các biện pháp bảo vệ phù hợp nhất phải được thực hiện bởi người thiết kế, tùy theo mức độ rủi ro của từng thành phần rủi ro trong toàn bộ rủi ro R và theo các yếu tố kinh tế, kỹ thuật của các biện pháp bảo vệ khác nhau.

Với mỗi loại tổn thất, sẽ có một số các biện pháp bảo vệ, từng biện pháp hoặc kết hợp các biện pháp, sẽ làm thỏa mãn điều kiện R≤ R_T. Giải pháp được chấp nhận để lựa chọn phải phù hợp về các khía cạnh kỹ thuật và kinh tế.

3. 
   IEC 62305-3 (2006) Protection against lightning – Physical damage to structures and life hazard
   

Có 4 cấp hệ thống bảo vệ chống sét được định nghĩa trong tiêu chuẩn này tương ứng với 4 mức bảo vệ chống sét được định nghĩa trong IEC 62305-1.

Mức bảo vệ chống sét (LPL)	Cấp hệ thống bảo vệ chống sét (Class of LPS)
I	I
II	II
III	III
IV	IV

Hệ thống bảo vệ chống sét bên trong cần phải ngăn được hiện tượng đánh lửa gây nguy hiểm bên trong công trình được bảo vệ do dòng sét chạy trong LPS bên ngoài hoặc trong các bộ phận dẫn điện của công trình.

Có thể tránh được hiện tượng đánh lửa gây nguy hiểm bằng cách:

• 
  Kết nối đẳng thế, hoặc:
  
• 
  Cách điện với LPS bên ngoài
  

4. 
   IEC 62305- 4 (2006) Protection against lightning – Electrical and electronical systems within structrure
   

Việc bảo vệ chống xung điện từ do sét LEMP dựa trên cơ sở khái niệm vùng bảo vệ chống sét LPZ: không gian chứa hệ thống cần bảo bệ phải được chia thành các vùng bảo vệ LPZ. Về mặt lý thuyết, các vùng này chỉ định khoảng không gian trong đó mức độ khắc nghiệt của LEMP là tương đương với mức chịu đựng của các hệ thống bên trong đó. Các vùng nối tiếp nhau được đặc trưng bởi sự thay đổi đáng kể về mức độ khắc nghiệt của LEMP. Biên của một LPZ được xác định bởi các biện pháp bảo vệ được áp dụng.

• 
  Hệ thống điện cực tiếp đất
  
• 
  Mạng kết nối
  
• 
  Các thanh kết nối
  
• 
  Kết nối tại biên của một LPZ
  
• 
  Vật liệu và kích thước của các thành phần kết nối
  

• 
  Che chắn không gian
  
• 
  Che chắn các cáp bên trong
  
• 
  Định tuyến các cáp bên trong
  
• 
  Che chắn các cáp bên ngoài
  
• 
  Vật liệu và kích thước của màn che chắn từ
  

Các khuyến nghị của ITU-T về bảo vệ chống sét được xây dựng nhằm đưa ra các hướng dẫn áp dụng trong các trường hợp cụ thể của công trình viễn thông, được chia thành các đối tượng và chủ đề nhỏ thuộc vấn đề bảo vệ chống sét (đánh giá rủi ro, kết nối và tiếp đất cho trung tâm viễn thông, bảo vệ chống xung điện từ, bảo vệ cáp viễn thông...). Các đối tượng và chủ đề này đều được bao hàm trong series IEC 62305. Các khuyến nghị của ITU-T đều tham khảo và dựa trên các tiêu chuẩn IEC, trong đó đơn giản hoá và bổ sung các đặc trưng của các công trình viễn thông. Cụ thể:

1. 
   Sở cứ bổ sung, cập nhật và sửa đổi
   

• 
  TCN 68- 135: 2001 ban hành đã lâu và thể hiện một số bất cập về nội dung và khả năng áp dụng;
  
• 
  Các tiêu chuẩn và khuyến nghị quốc tế được viện dẫn đã có nhiều bổ sung, cập nhật so với các phiên bản cũ;
  
• 
  Nhu cầu quản lý của cơ quan nhà nước về vấn đề bảo vệ chống sét cho công trình viễn thông, nhằm đảm bảo an toàn và khả năng duy trì dịch vụ.
  

2. 
   Lựa chọn tài liệu viện dẫn
   

IEC 62305 - 1: 2006 Protection against lightning – Part 1: General principles

IEC 62305 - 2: 2006 Protection against lightning – Part 2: Risk management

IEC 62305 - 3: 2006 Protection against lightning – Part 3: Physical damage to structures and life hazard

ITU–T Recommendation K. 39 (1996) Risk assessment of damages to telecommunication sites due to lightning discharges

ITU-T Recommendation K.40 (1996) Protection against LEMP in telecommunication centers

ITU - T Recommendation K. 25 (1999) Protection of optical fibre cables

ITU -T Recommendation K. 47 (2008) Protection of telecommunication lines using metallic conductors against direct lightning discharges

TCN 68 - 141: 1999 Tiếp đất cho các công trình viễn thông – Yêu cầu kỹ thuật (đã được rà soát, cập nhật, chuyển đổi thành QCVN 9:2010/BTTTT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về tiếp đất cho các trạm viễn thông)

Trong đó, các tiêu chuẩn IEC được viện dẫn để xây dựng các quy định chung, các quy định về giá trị rủi ro thiệt hại cho phép, các phương pháp bảo vệ chống sét bên ngoài.

Các khuyến nghị ITU-T được viện dẫn để xây dựng các phương pháp tính toán rủi ro thiệt hại cho các công trình viễn thông, các biện pháp bảo vệ bên trong công trình viễn thông và các phương pháp bảo vệ cho cáp viễn thông. Phương pháp tính toán rủi ro thiệt hại theo ITU-T tuân thủ nguyên tắc của IEC, trong đó đơn giản hoá và điều chỉnh theo đặc điểm của công trình viễn thông.

3. 
   Nghiên cứu các nội dung cần bổ sung, cập nhật và sửa đổi
   

• 
  quy định chung về vấn đề bảo vệ chống sét;
  
• 
  quy định giá trị tần suất thiệt hại cho phép cho:
  

• 
  nhà trạm viễn thông;
  
• 
  cột cao anten;
  
• 
  cáp viễn thông (cáp kim loại, cáp quang).
  

• 
  quy định các biện pháp bảo vệ chống sét cho nhà trạm và cáp viễn thông;
  
• 
  phương pháp tính toán tần suất thiệt hại cho nhà trạm, cột cao anten và cáp viễn thông.
  

• 
  Các quy định chung cần được bổ sung, sửa đổi theo IEC 62305-1;
  
• 
  Việc quy định giá trị tần suất thiệt hại cho phép cần điều chỉnh, sửa đổi lại thành quy định rủi ro thiệt hại cho phép để có thể quản lý được rủi ro về tổn thất đến an toàn cho con người và tổn thất dịch vụ đối với cộng đồng) – theo IEC 62305-2;
  
• 
  Phương pháp tính toán rủi ro thiệt hại cho phép cần bổ sung sửa đổi theo IEC 62305-2 và ITU-T K.39 (đối với nhà trạm), K.25, K.46, K.47 (đối với cáp viễn thông);
  
• 
  Các biện pháp bảo vệ chống sét cần bổ sung sửa đổi theo IEC 62305-3, K.25, K47;
  
• 
  Bỏ một số phụ lục không cần thiết D, G, H và bổ sung cập nhật các phụ lục A, F theo dữ liệu mới cập nhật ;
  
• 
  Bố cục cần được điều chỉnh theo quy định về thể thức trình bày Quy chuẩn kỹ thuật.
  

Dự thảo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chống sét cho các công trình viễn thông được bố cục như sau: