TIÊu chuẩn ngành tcn 68 135: 2001 chống sét bảo vệ CÁc công trình viễn thôNG

YÊU CẦU KỸ THUẬT

(Ban hành kèm theo Quyết định số 1061/2001/QĐ-TCBĐ ngày 21 tháng 12 năm 2001 của Tổng cục trưởng Tổng cục Bưu điện)

MỤC LỤC

* Lời nói đầu

* Quyết định ban hành của Tổng cục trưởng Tổng cục Bưu điện

* TCN 68 - 135: 2001 (Soát xét lần 1)

1. Phạm vi

2. Thuật ngữ - định nghĩa và chữ viết tắt

3. Quy định chung

4. Yêu cầu kỹ thuật

4.1 Chống sét bảo vệ nhà trạm viễn thông

4.2 Chống sét bảo vệ cột cao anten viễn thông

4.3 Chống sét bảo vệ đường dây thông tin

Phụ lục A - Các phương pháp tính toán tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với các công trình viễn thông và các biện pháp bảo vệ

Phụ lục B - Xác định dòng gây hư hỏng cho cáp kim loại và cáp quang có thành phần kim loại

Phụ lục C - Tính toán hệ số che chắn của dây chống sét ngầm bảo vệ cáp thông tin chôn ngầm

Phụ lục D - Đặc tính xung và phương pháp tính toán điện trở tiếp đất xung

Phụ lục E - Xác định vị trí lắp đặt điện cực thu sét theo phương pháp quả cầu lăn

Phụ lục F - Đặc điểm dông sét của Việt Nam

Phụ lục G - Cơ sở xác định giá trị tần suất thiệt hại cho phép do sét gây ra đối với công trình viễn thông

Phụ lục H - Các nội dung kiểm tra chất lượng của hệ thống chống sét viễn thông của công trình viễn thông

Phụ lục I - Tài liệu tham khảo

TCN 68 - 135: 2001 (soát xét lần 1) "Chống sét bảo vệ các công trình viễn thông - Yêu cầu kỹ thuật" được bổ sung, sửa đổi trên cơ sở các Khuyến nghị mới nhất của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU), có tham khảo tiêu chuẩn của một số nước trên thế giới, một số tiêu chuẩn, quy phạm của các Ngành khác.

TCN 68 - 135: 2001 do Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện (RIPT) biên soạn. Nhóm biên soạn do kỹ sư Nguyễn Thị Hiền chủ trì với sự tham gia tích cực của tiến sỹ Nguyễn Văn Dũng, kỹ sư Nguyễn Mậu Xuân, kỹ sư Nguyễn Thị Tâm và một số cán bộ kỹ thuật khác trong Ngành.

TCN 68 - 135: 2001 do Vụ Khoa học Công nghệ và Hợp tác Quốc tế đề nghị và được Tổng cục Bưu điện ban hành theo Quyết định số 1061/2001/QĐ - TCBĐ ngỡy 21 tháng 12 năm 2001.

1.1 Tiêu chuẩn này được áp dụng cho các công trình viễn thông nhằm hạn chế các thiệt hại do sét gây ra, đảm bảo an toàn cho con người và các công trình viễn thông.

1.2 Tiêu chuẩn này quy định:

- Tần suất thiệt hại cho phép do sét gây ra đối với các công trình viễn thông;

- Các biện pháp chống sét bảo vệ các công trình viễn thông;

- Phương pháp tính toán tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với các công trình viễn thông.

1.3 Tiêu chuẩn này là sở cứ để kiểm định công trình viễn thông về mặt chống sét.

1.4 Tiêu chuẩn này là một trong những sở cứ để lập dự án đầu tư, thiết kế, thi công, nghiệm thu, quản lý và phục vụ quá trình khai thác, bảo dưỡng các hệ thống chống sét bảo vệ các công trình viễn thông.

2. Thuật ngữ - định nghĩa và chữ viết tắt

2.1 Diện tích rủi ro - A. Risk area

Diện tích rủi ro là diện tích của miền bao quanh công trình viễn thông, khi sét đánh vào diện tích này có thể gây nguy hiểm cho công trình viễn thông.

2.2 Dòng xung sét - A. Lightning impulse current

Dòng xung sét là xung dòng điện dải tần số thấp, xuất hiện không có chu kỳ nhất định, tăng vọt đến giá trị đỉnh, rồi giảm xuống đến giá trị không. Các đặc trưng của dòng xung sét là:

- Giá trị đỉnh (biên độ) xung, I;

- Thời gian sườn trước đạt giá trị đỉnh, T1;

- Thời gian sườn sau giảm đến nửa giá trị đỉnh, T2;

- Dạng sóng dòng xung, T1/T2;

TCN 68 - 135: 2001

Hình 1 trình bày dạng sóng dòng sét chuẩn và cách xác định các thông số dòng sét.

Hình 1. Dạng sóng dòng sét chuẩn

2.3 Điện áp xung - A. Impulse voltage

Điện áp xung có các đặc điểm đặc trưng theo cách tương tự như dòng xung. Hình 2 trình bày dạng sóng điện áp sét chuẩn và cách xác định các thông số điện áp sét.

Hình 2. Dạng sóng điện áp sét chuẩn

2.4 Điện trở tiếp đất xung - A. Impulse earthing resistance

Điện trở tiếp đất xung là điện trở tiếp đất đối với dòng xung (Rx), được tính theo công thức:

R_x =  R₅₀

Trong đó:

 : Hệ số xung;

R₅₀ : Điện trở tiếp đất đối với dòng điện tần số công nghiệp.

Phương pháp tính toán giá trị điện trở tiếp đất xung, xem phụ lục B.

2.5 Dòng gây hư hỏng (cho cáp) - A. Failure current

Dòng gây hư hỏng là dòng sét nhỏ nhất gây hư hỏng cho cáp viễn thông, gây ra gián đoạn dịch vụ.

2.6 Dòng đánh thủng vỏ (cáp) - A. Sheath breakdown current

Dòng đánh thủng vỏ là dòng điện nhỏ nhất chạy trong vỏ kim loại của cáp, gây ra điện áp đánh xuyên giữa các thành phần kim loại trong lõi cáp và vỏ kim loại cáp, dẫn đến hư hỏng cáp.

2.7 Dòng thử - A. Test current

Dòng thử là dòng điện nhỏ nhất chạy trong vỏ kim loại của cáp, gây ra hư hỏng cho cáp do các tác động cơ hoặc nhiệt.

2.8 Dòng điện mối nối (đối với cáp quang) - A. Connection current

Dòng điện mối nối là dòng điện nhỏ nhất chạy trong các thành phần kết nối của cáp quang, gây ra hư hỏng cho cáp do các tác động của cơ hoặc nhiệt.

2.9 Điện áp đánh xuyên - A. Breakdown voltage

Điện áp đánh xuyên là điện áp xung đánh thủng giữa các thành phần kim loại trong lõi cáp và vỏ kim loại của cáp.

2.10 Hệ thống tiếp đất - A. Grounding system

Hệ thống tiếp đất là hệ thống bao gồm tổ tiếp đất và dây dẫn đất.

2.11 Liên kết đẳng thế - A. Equipotential bonding

Liên kết đẳng thế là sự liên kết về điện giữa các thành phần kim loại không

được cách điện bên trong nhà trạm với những thành phần kim loại từ ngoài dẫn vào. Việc liên kết có thể được thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua các thiết bị liên kết cân bằng thế. Liên kết này có tác dụng làm mất sự chênh lệch điện thế do dòng sét gây nên.

2.12 Mật độ sét - A. Lightning density

Mật độ sét là số lần sét đánh xuống một đơn vị diện tích mặt đất trong một năm (lấy bằng 1 km2).

2.13 Mức Keraunic - A. Keraunic level

Mức Keraunic là giá trị ngày dông trung bình trong một năm, lấy từ tổng số ngày dông trong một chu kỳ hoạt động 12 năm của mặt trời, tại một trạm quan trắc khí tượng.

2.14 Ngày dông - A. Thunder day

Ngày dông là ngày mà về đặc trưng khí tượng, người quan trắc có thể nghe rõ tiếng sấm.

2.15 Sét - A. Lightning strike, flash

Sét là hiện tượng phóng điện có tia lửa kèm theo tiếng nổ trong không khí, nó có thể xảy ra bên trong đám mây, giữa hai đám mây mang điện tích trái dấu hoặc giữa đám mây tích điện với đất. Các công trình viễn thông trong quá trình khai thác, chịu tác động của sét như sau:

- Tác động do sét đánh trực tiếp: là tác động của dòng sét đánh trực tiếp vào công trình viễn thông;

- Tác động do sét lan truyền và cảm ứng: là tác động thứ cấp của sét do các ảnh hưởng tĩnh điện, điện từ, galvanic...

2.16 Tần suất thiệt hại - A.Frequency of damage

Tần suất thiệt hại do sét là số lần sét đánh trung bình hàng năm gây thiệt hại cho công trình viễn thông.

2.17 Thiết bị bảo vệ xung - A. Surge protective device (SPD)

Thiết bị bảo vệ xung là phương tiện hạn chế quá áp đột biến và rẽ các dòng xung.

2.18 Nhà trạm viễn thông - A. Telecommunication building

Nhà trạm viễn thông là những nhà trạm trong đó có chứa các thiết bị viễn thông, bao gồm thiết bị chuyển mạch, thiết bị truyền dẫn và một số loại trang thiết bị khác.

2.19 Trở kháng truyền đạt (trở kháng ghép) của vỏ che chắn kim loại của cáp - A. Transfer (coupling) impedance of metal cable sheath

Trở kháng truyền đạt (trở kháng ghép) của vỏ che chắn kim loại của cáp là tỉ số giữa điện áp sụt từ mặt trong ra mặt ngoài vỏ che chắn kim loại của cáp trên toàn bộ dòng điện chảy trong vỏ che chắn kim loại.

2.20 Vùng chống sét - A. Lightning Protection Zone (LPZ)

Vùng chống sét là vùng được phân chia trong một khu vực trạm viễn thông, được đặc trưng bởi mức độ khắc nghiệt của trường điện từ và ảnh hưởng do sét gây nên.

2.21 Xác suất thiệt hại - A.Probability of damage

Xác suất thiệt hại do sét là xác suất một lần sét đánh gây thiệt hại cho công trình viễn thông.

3. Quy định chung

3.1 Phân cấp chống sét cho các công trình viễn thông

Tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của công trình viễn thông, các công trình viễn thông được chia làm hai cấp chống sét như sau:

- Cấp đặc biệt: Các công trình viễn thông có tầm quan trọng đặc biệt, phục vụ thông tin quốc tế, liên tỉnh và các đầu mối trung tâm của tỉnh;

- Cấp thông thường: Các công trình viễn thông còn lại.

Ghi chú: Tiêu chuẩn này chỉ quy định tiêu chuẩn chống sét đối với công trình viễn thông cấp thông thường. Đối với công trình viễn thông cấp đặc biệt, có thể quy định tiêu chuẩn khắt khe hơn, tuỳ thuộc vào yêu cầu bảo vệ của chủ đầu tư.

3.2 Phân loại công trình viễn thông

Tuỳ thuộc vào đặc điểm lắp đặt, các công trình viễn thông được chia làm hai loại:

- Công trình viễn thông dạng tuyến: Các công trình viễn thông dạng tuyến có đặc điểm là có thể được lắp đặt qua nhiều vùng có giá trị điện trở suất của đất, mức Keraunic, đặc điểm địa hình khác nhau. Công trình viễn thông dạng tuyến bao gồm các đường cáp thông tin kim loại, cáp quang.

- Công trình viễn thông dạng điểm: Các công trình viễn thông dạng điểm có đặc điểm là được tập trung trong một khu vực đồng nhất về điện trở suất của đất, mức Keraunic và đặc điểm địa hình. Công trình viễn thông dạng điểm bao gồm các trạm viễn thông, cột cao anten vô tuyến, viba.

3.3 Phân vùng chống sét cho trạm viễn thông

Tuỳ thuộc vào đặc tính bảo vệ tự nhiên, mức độ khắc nghiệt của xung điện từ do sét gây ra và nhu cầu bảo vệ, trạm viễn thông được phân thành các vùng bảo vệ chống sét LPZ 0, LPZ 1, LPZ 2... như minh họa trên hình 3.

Đặc điểm các vùng chống sét được trình bày trong bảng 1.

Bảng 1. Phân vùng bảo vệ chống sét (LPZ)

1. Vùng LPZ 0 được chia thành vùng LPZ 0A và LPZ 0B

LPZ 0A: Các đối tượng trong vùng nỡy chịu sét đánh trực tiếp và bởi vậy có thể phải chịu hoỡn toỡn dòng điện sét.

LPZ 0B: Các đối tượng trong vùng nỡy không chịu sét đánh trực tiếp nhưng trường điện từ do sét gây ra không bị yếu đi.

2. Các vùng LPZ 0, LPZ 1, LPZ 2 tương đương với các vùng Cat C, Cat B, Cat A theo cách phân vùng của IEEE 587.

Hình 3. Minh họa phân vùng chống sét LPZ tại trạm viễn thông

3.4 Cơ sở trang bị chống sét bảo vệ

Trang bị chống sét bảo vệ các công trình viễn thông phải dựa trên cơ sở đánh giá tần suất hư hỏng do sét gây ra, có chú ý đến chi phí và tầm quan trọng của công trình viễn thông, môi trường điện từ, dông sét tại khu vực xây dựng công trình viễn thông.

4. Yêu cầu kỹ thuật

4.1 Chống sét bảo vệ nhà trạm viễn thông

4.1.1 Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với nhà trạm viễn thông phải thoả mãn biểu thức sau:

(F_d + F_a).0,8 + (F_s + F_n).0,2 ≤ 10^-3 (1)

Trong đó:

F_d : Tần suất thiệt hại do sét đánh trực tiếp vào nhà trạm;

F_a : Tần suất thiệt hại do sét đánh trực tiếp vào vật cao lân cận có liên kết kim loại với nhà trạm;

F_s : Tần suất thiệt hại do sét đánh vào đường dây đi vào nhà trạm;

F_n : Tần suất thiệt hại do sét đánh gần nhà trạm;

Phương pháp tính toán tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với trạm viễn thông được trình bày trong phụ lục A1.

4.1.2 Để đảm bảo tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với nhà trạm viễn thông không vượt quá quy định ở mục 4.1.1, phải áp dụng các giải pháp chống sét như sau:

- Chống sét đánh trực tiếp cho nhà trạm viễn thông;

- Chống sét lan truyền và cảm ứng điện từ;

- Thực hiện cấu hình đấu nối và tiếp đất bên trong nhà trạm.

Các biện pháp bảo vệ cụ thể nhằm giảm nhỏ tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với nhà trạm viễn thông được trình bày trong phụ lục A1.

4.2 Chống sét bảo vệ cột anten viễn thông

4.2.1.Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với cột anten viễn thông phải thoả mãn biểu thức:

F ≤ 1,25.10^-2 (2)

Phương pháp tính toán tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với cột anten viễn thông được trình bày trong phụ lục A2.

4.2.2 Để đảm bảo tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với cột anten viễn thông không vượt quá quy định ở mục 4.2.1, phải áp dụng các biện pháp bảo vệ như sau:

- Lựa chọn loại cột anten có trở kháng truyền đạt nhỏ;

- Chống sét đánh trực tiếp cho cột anten.

Các biện pháp bảo vệ cụ thể nhằm giảm thiệt hại do sét gây ra đối với cột anten viễn thông được trình bày trong phụ lục A2.

4.3 Chống sét bảo vệ đường dây thông tin

4.3.1 Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với một tuyến cáp kim loại phải thoả mãn biểu thức sau:

2,1.F_pa + 3,1(F_pb+ F_ps) ≤ 1 (3)

Trong đó:

F_pa : Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với các đoạn cáp treo; Fpb : Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với các đoạn cáp chôn;

F_ps : Tần suất thiệt hại do sét đánh vào cấu trúc mà tuyến cáp đi vào.

Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với tuyến cáp kim loại được tính toán theo công thức trình bày trong phụ lục A3.

4.3.2 Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với một tuyến cáp quang có thành phần kim loại phải thoả mãn biểu thức sau:

F_pa + F_pb+ F_ps ≤ 0,1 (4)

Trong đó:

F_pa : Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với các đoạn cáp treo; F_pb : Tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với các đoạn cáp chôn;

F_ps : Tần suất thiệt hại do sét đánh vào cấu trúc mà tuyến cáp đi vào.

Phương pháp tính toán dự báo tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với tuyến cáp quang có thành phần kim loại được trình bày trong phụ lục A3.

4.3.3. Để đảm bảo tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với tuyến cáp kim loại và cáp quang có thành phần kim loại không vượt quá các quy định ở mục 4.3.1 và

4.3.2, phải áp dụng các biện pháp bảo vệ như sau:

- Lựa chọn môi trường lắp đặt hợp lý;

- Lựa chọn loại cáp có giá trị dòng gây hư hỏng lớn;

- Thực hiện tiếp đất cho cáp treo;

- Sử dụng các thiết bị bảo vệ xung;

- Dùng dây che chắn cho cáp chôn ngầm.

Các biện pháp bảo vệ cụ thể nhằm giảm nhỏ tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với cáp kim loại và cáp quang có thành phần kim loại được trình bày trong phụ lục A3.

(Quy định)

CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TẦN SUẤT THIỆT HẠI DO SÉT GÂY RA ĐỐI VỚI CÁC CÔNG TRÌNH VIỄN THÔNG VÀ CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ

A.1. Phương pháp tính toán tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với nhà trạm viễn thông và các biện pháp bảo vệ

A.1.1 Phương pháp tính toán tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với khu vực nhà trạm viễn thông

Tần suất thiệt hại (F) tại một trung tâm viễn thông với mật độ sét của khu vực đặt trạm (Ng) khi xét đến hiệu quả của các biện pháp bảo vệ vốn có hoặc bổ sung, được xác định bằng công thức:

F = Ng (A_d..p_d + A_n..p_n + A_s.p_s + A_a..p_a) (A.1.1)

Hay:

Trong đó:

Ng: Mật độ sét đánh tại khu vực đặt trạm, được tính tuỳ theo khu vực địa lý, công thức xem trong bảng F1, phụ lục F “Các đặc điểm khí tượng của Việt Nam".

p: Các hệ số xác suất khác nhau phụ thuộc vào các biện pháp bảo vệ hiện có nhằm làm giảm tần suất thiệt hại (F), xem mục A.1.2;

F_d = N_g.A_d.p_d - Tần suất thiệt hại do sét đánh trực tiếp vào nhà trạm (d);

F_n = N_g.A_n.p_n - Tần suất thiệt hại do sét đánh xuống đất gần khu vực trạm (n);

F_s = N_g.A_s.p_s - Tần suất thiệt hại do sét đánh vào cáp hoặc vùng lân cận cáp dẫn vào trạm (s);

F_a = N_g.A_a.p_a - Tần suất thiệt hại do sét đánh trực tiếp vào các vật ở gần, ví dụ cột anten có liên kết bằng kim loại với nhà trạm viễn thông (a).

A_d - Diện tích rủi ro sét đánh trực tiếp vào nhà trạm viễn thông: Ad = (9h2 + 6ah + 6bh +ab).10^-6, km²;

Trong đó:

a: Chiều rộng của nhà trạm viễn thông, m;

b: Chiều dài của nhà trạm viễn thông, m;

h: Chiều cao của nhà trạm, m.

Trong trường hợp diện tích rủi ro sét đánh trực tiếp vào cột anten che phủ một phần diện tích rủi ro sét đánh trực tiếp vào nhà trạm, diện tích A_d được giảm đi phần bị che phủ đó.

A_n - Diện tích rủi ro do sét đánh xuống đất cạnh nhà trạm làm tăng thế đất ảnh hưởng đến trung tâm viễn thông. A_n được tính bằng diện tích của một miền tạo bởi một đường cách nhà một khoảng cách d = 500 m, trừ đi diện tích rủi ro do sét đánh trực tiếp vào nhà A_d.

Nơi nào có các vật ở gần như các công trình xây dựng cao khác (ví dụ; cột anten, nhà cao tầng v.v) và các cáp dẫn vào thì diện tích An sẽ được giảm đi bởi phần diện tích rủi ro che phủ của các công trình đó, như trình bầy trên hình A1.

A_S - Diện tích rủi ro do sét đánh xuống các đường cáp (thông tin, điện lực) dẫn vào trạm.Trường hợp tổng quát, cáp dẫn vào nhà trạm viễn thông gồm các loại treo và chôn, diện tích As được tính bằng công thức:

As = 2.

Trong đó:

L_i: Chiều dài của mỗi đoạn đường dây, m;

d_i: Khoảng cách tương ứng của mỗi đoạn, m;

- Đối với cáp treo, di = 1000 m;

- Đối với cáp ngầm, di = 250 m;

n: Số đoạn đường dây chôn ngầm hoặc treo nổi;

A_a: Diện tích rủi ro sét đánh trực tiếp vào cột anten có liên kết bằng kim loại với nhà trạm.

- Đối với cột anten có dạng tháp, diện tích A_a được tính tương tự như Ad;

- Đối với cột anten là cột trụ tròn, cột tam giác, cột tứ giác có dây co và kích thước nhỏ, A_a được tính bằng diện tích hình tròn bán kính 3h (h là chiều cao cột anten) A_a = (3h)² .

Các diện tích rủi ro do sét đánh vào khu vực trạm viễn thông được minh hoạ trên hình A1.

Hình A1: Mô tả các diện tích rủi ro sét đánh trực tiếp vào khu vực trạm viễn thông

Xác định các hệ số xác suất p

Mỗi hệ số xác suất p thể hiện khả năng làm giảm số thiệt hại do sét của đặc tính bảo vệ tự nhiên của công trình lắp đặt (vật liệu nhà, mạng cáp treo nổi hoặc ngầm) và các biện pháp bảo vệ cho nhà hoặc tại các giao diện cũng như các biện pháp bảo vệ khác cả bên trong và bên ngoài (các thiết bị chống sét, lưới che chắn cáp, kỹ thuật cách điện v.v). Trong thiết kế chống sét, khi áp dụng một biện pháp bảo vệ sẽ giảm nhỏ xác suất hư hỏng do sét đánh tương ứng, thể hiện qua các hệ số p.

Nếu áp dụng một vài biện pháp bảo vệ cho một đối tượng thì hệ số xác suất thực sự sẽ bằng tích các giá trị riêng rẽ, có nghĩa là:

p_tt =  p_i , (với p_i ≤ 1).

Các giá trị hệ số xác suất p được trình bày trong các bảng A1.1 ÷ A1.4 (xem phần A.1.2 - Các biện pháp bảo vệ chống sét cho nhà trạm viễn thông). A.1.2. Các biện pháp bảo vệ chống sét cho nhà trạm viễn thông

Chú ý: Khi thiết kế bảo vệ chống sét cho nhà trạm viễn thông, phải lưu ý đến đặc tính bảo vệ vốn có của công trình, được thể hiện qua bảng A.1.1.

Bảng A1.1. Các trị số p cho các vật liệu làm nhà khác nhau

Các vật liệu làm nhà, cột và tường bao xung quanh	pd, pa, pn
Không có tính che chắn (gỗ, gạch, bê tông không có thép gia cường)	1
Bê tông cốt thép có kích thước lưới chuẩn	0,1
Kim loại	0,01

1. Chống sét đánh trực tiếp cho nhà trạm viễn thông

Đề phòng sét đánh trực tiếp gây hư hỏng cho trạm viễn thông, có thể áp dụng một trong các biện pháp chống sét đánh trực tiếp như sau:

- Dùng điện cực Franklin;

- Dùng hệ thống chống sét phát tiên đạo sớm;

- Dùng hệ thống phân tán năng lượng sét.

1.1 Hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực Franklin và hệ thống phát tiên đạo sớm phải bao gồm các thành phần cơ bản sau:

- Hệ thống điện cực thu sét;

- Hệ thống dây dẫn sét;

- Hệ thống tiếp đất;

- Kết cấu đỡ.

a) Hệ thống điện cực thu sét

- Các điện cực thu sét phải được bố trí, lắp đặt ở các vị trí sao cho nó tạo ra vùng bảo vệ che phủ hoàn toàn đối tượng cần bảo vệ. Vị trí lắp đặt của các điện cực thu sét được xác định bằng phương pháp quả cầu lăn như trình bày ở phụ lục E.

- Các điện cực thu sét Franklin có thể sử dụng các dạng: thanh, dây, mắt lưới và kết hợp.

- Có thể dùng các thành phần bằng kim loại của công trình như tấm kim loại che phủ vùng cần bảo vệ, các thành phần kim loại của cấu trúc mái, các ống, bình chứa bằng kim loại làm các điện cực thu sét Franklin “tự nhiên”, miễn là chúng thoả mãn các điều kiện sau:

+ Có tính dẫn điện liên tục bền vững;

+ Không bị bao phủ bởi các vật liệu cách điện;

+ Không gây ra các tình huống nguy hiểm khi bị thủng hay bị nung nóng do sét đánh.

- Các điện cực thu sét phát tiên đạo sớm có thể sử dụng các loại: tạo, phát ion hoặc loại tạo phát điện tử.

- Không cho phép sử dụng các điện cực thu sét dạng phát xạ để bảo vệ các công trình viễn thông.

- Các điện cực thu sét có thể có kết cấu đỡ là bản thân đối tượng cần bảo vệ; Nếu dùng kết cấu đỡ bằng cột, phải làm bằng vật liệu đảm bảo độ bền cơ học, phù hợp với điều kiện khí hậu.

b) Hệ thống dây dẫn sét

- Các dây dẫn sét phải được phân bố xung quanh chu vi của công trình cần bảo vệ sao cho khoảng cách giữa hai dây không vượt quá 30 m. Trong mọi trường hợp, cần ít nhất hai dây dẫn xuống.

- Các dây dẫn sét phải được nối với hệ thống điện cực tiếp đất.

- Các dây dẫn sét phải được lắp đặt thẳng, đứng, sao cho chúng tạo ra đường dẫn ngắn nhất, thẳng nhất xuống đất và tránh tạo ra các mạch vòng. Không lắp đặt các dây dẫn sét ở các vị trí gây nguy hiểm cho con người.

c) Hệ thống tiếp đất

- Hệ thống tiếp đất bao gồm các điện cực, dây nối các điện cực và cáp nối đất.

- Hệ thống tiếp đất phải được thiết kế và có giá trị điện trở tiếp đất theo quy định trong TCN 68 - 141: 1999.

- Phải chú ý lựa chọn dạng điện cực tiếp đất, cấu trúc bố trí các điện cực sao cho phù hợp với điều kiện địa hình thực tế nơi trang bị tiếp đất.

- Khi tính toán thiết kế hệ thống tiếp đất chống sét, phải chú ý đến đặc tính xung của điện trở tiếp đất (xem phụ lục D) và phải bảo đảm giá trị điện trở tiếp đất đối với dòng xung theo yêu cầu trong mọi trường hợp.

- Hệ thống điện cực tiếp đất phải được liên kết với các hệ thống tiếp đất khác theo quy định trong TCN 68 - 141:1999.

d) Vật liệu và kích thước vật liệu được lựa chọn làm hệ thống chống sét đánh trực tiếp phải đảm bảo sao cho hệ thống này không bị hư hỏng do ảnh hưởng điện, điện từ của dòng sét, ảnh hưởng của hiện tượng ăn mòn và các lực cơ học khác.

e) Các điện cực thu sét, dây dẫn sét phải được cố định và liên kết với nhau một cách chắc chắn, đảm bảo không bị gãy, đứt hoặc lỏng lẻo do các lực điện động hoặc các lực cơ học khác. Các mối nối phải được đảm bảo bằng các phương pháp hàn, vặn vít, lắp ghép bằng bu lông và có số lượng càng nhỏ càng tốt.

1.2. Chống sét đánh trực tiếp dùng hệ thống phân tán năng lượng sét

Hệ thống phân tán năng lượng sét phải bao gồm các thành phần cơ bản sau:

- Hệ thống điện cực tạo ion trung hoà;

- Hệ thống dây dẫn điện tích lên điện cực;

- Hệ thống tập trung điện tích cảm ứng trong đất.

Bảng A1.2. Các trị số p cho các biện pháp bảo vệ bên ngoài nhà trạm

Các thiết bị điện tử bên trong nhà trạm viễn thông có thể bị hư hỏng do sét lan truyền và cảm ứng qua các đường dây thông tin, điện lực bằng kim loại dẫn vào nhà trạm. Để hạn chế các ảnh hưởng đó, phải áp dụng các biện pháp sau:

2.1 Biện pháp bảo vệ đối với đường dây thông tin đi vào trạm

- Lựa chọn loại cáp viễn thông dẫn vào và đi ra khỏi nhà trạm có vỏ che chắn với trở kháng truyền đạt nhỏ hoặc cáp quang không có thành phần kim loại; vỏ che chắn cáp phải được liên kết đẳng thế theo quy định trong tiêu chuẩn Ngành TCN 68 - 141: 1999 “Tiếp đất cho các công trình viễn thông”.

- Lắp đặt các thiết bị bảo vệ xung trên đường dây thông tin tại giao diện dây - máy theo quy định trong TCN 68 - 174:1999.

2.2 Biện pháp bảo vệ đối với đường dây điện lực đi vào nhà trạm

- Lắp đặt thiết bị bảo vệ xung trên đường dây điện lực, nơi đường dây dẫn vào trạm theo quy định trong TCN 68 - 174:1999.

- Dùng máy biến thế hạ áp riêng để cung cấp nguồn điện cho nhà trạm.

Chú ý: Thiết bị được lựa chọn lắp đặt bảo vệ trên đường dây thông tin và điện lực phải thoả mãn các quy định trong TCN 68 - 167:1998 Thiết bị chống quá áp quá dòng do sét và đường dây tải điện.

Bảng A1.3. Các trị số p cho các biện pháp bảo vệ trên cáp dẫn vào trạm

3.1 Liên kết đẳng thế

Thực hiện liên kết đẳng thế tại ranh giới giữa các vùng chống sét (LPZ) đối với các thành phần và hệ thống kim loại (các đường ống dẫn kim loại, các khung giá cáp, khung giá thiết bị).

3.2 Thực hiện các biện pháp che chắn bên trong nhà trạm:

- Liên kết các thành phần kim loại của toà nhà với nhau và với hệ thống chống sét đánh trực tiếp, ví dụ mái nhà, bề mặt bằng kim loại, cốt thép và các khung cửa bằng kim loại của tòa nhà.

- Dùng các loại cáp có màn chắn kim loại hoặc dẫn cáp trong ống kim loại có trở kháng thấp. Vỏ che chắn hoặc ống dẫn bằng kim loại phải được liên kết đẳng thế ở hai đầu và tại ranh giới giữa các vùng chống sét (LPZ). ống dẫn cáp phải được chia làm hai phần bằng vách ngăn bằng kim loại, một phần chứa cáp thông tin, một phần chứa cáp điện lực và các dây dẫn liên kết.

3.3 Thực hiện cấu hình đấu nối và tiếp đất trong nhà trạm viễn thông

Phải thực hiện các quy định về cấu hình đấu nối và tiếp đất bên trong nhà trạm theo tiêu chuẩn Ngành TCN 68 - 141: 1999 “Tiếp đất cho các công trình viễn thông”.

Bảng A1.4. Các trị số p cho các biện pháp bảo vệ bên trong nhà trạm

Các biện pháp bảo vệ bên trong nhà trạm	pd, pa, pn
Thực hiện các cấu hình đấu nối và tiếp đất theo TCN 68 - 141:1999 (theo biện pháp bảo vệ 3.3)	0,5
áp dụng đồng thời các kỹ thuật lắp đặt bên trong nhà trạm theo các biện pháp bảo vệ 3.2 và 3.3)	0,1

A.2. Phương pháp tính toán tần suất thiệt hại do sét đánh vào cột anten và các biện pháp bảo vệ

A.2.1 Phương pháp tính toán tần suất thiệt hại do sét đánh vào cột anten

Tần suất thiệt hại do sét đánh vào cột anten được tính bằng công thức:

F_T(S) = 100N_g(C.H + h)². exp(-9,2.10^-2/Z_T) . p_d (A.2.1)

Trong đó:

N_g : Mật độ sét đánh trong khu vực, xem phụ lục G;

H : Chênh lệch trung bình giữa mức của điểm đặt cột anten và địa thế xung quanh, (xem hình A.2);

H : Chiều cao cột, (xem hình A.2);

C : Trị số được xác định bằng thực nghiệm, xét tới các đặc tính địa hình núi, có giá trị được trình bày trong bảng A.2.1.

Z_T : Trở kháng truyền đạt của cột anten, có giá trị phụ thuộc tần số, được xác định bằng tỉ số điện áp sụt trên cột (giữa đỉnh và chân cột) với dòng sét chảy từ đỉnh cột đến đất. Giá trị trở kháng truyền đạt của cột anten, ZT được xác định bằng đo đạc, nếu không đo được có thể lấy giá trị gần đúng bằng điện trở một chiều của cột.

P_d : Hệ số xác suất, thể hiện hiệu quả bảo vệ của biện pháp chống sét đánh trực tiếp:

P_d = 1 nếu không có biện pháp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp;

P_d = 1 nếu có biện pháp bảo vệ chống sét đánh trực tiếp (xem mục A.2.2).

Bảng A2.1. Các giá trị của C

Hình A2. Sơ đồ xác định H và h của cột anten đặt trên núi cao

A.2.2 Các biện pháp bảo vệ cột cao anten

1. Lựa chọn loại cột anten có trở kháng truyền đạt nhỏ

Phải lựa chọn loại cột anten có trị số trở kháng truyền đạt nhỏ trong trường hợp xây dựng cột anten trong vùng có điều kiện dông sét khắc nghiệt.

2. Chống sét đánh trực tiếp bảo vệ cột anten

Thực hiện chống sét bảo vệ cột cao anten theo hướng dẫn ở mục 1, phần A.1.2, với một số lưu ý sau:

- Khi dùng điện cực Franklin để chống sét đánh trực tiếp cho cột anten, nếu cột cao hơn 60 m, phải bổ sung thêm các điện cực tại các vị trí dọc theo thân cột, ở độ cao 30m và tại các khoảng cách 20 m tiếp theo.

- Có thể dùng thân cột bằng kim loại hoặc bê tông cốt thép thay cho dây dẫn xuống của hệ thống chống sét đánh trực tiếp, với điều kiện phải hàn nối về mặt điện khí các đốt cột với nhau qua tất cả các mặt bích cột.

- Hệ thống điện cực tiếp đất chống sét đánh trực tiếp cho cột cao anten phải tuân theo các quy định trong TCN 68-141: 1999 Tiếp đất cho các công trình viễn thông.

- Các thành phần kim loại của cột anten viễn thông phải được liên kết điện liên tục với nhau và với các thành phần vỏ kim loại của thiết bị kỹ thuật.

- Anten phải được nối với một bệ kim loại rồi nối bệ kim loại với cốt thép của cột và dây dẫn xuống của hệ thống chống sét đánh trực tiếp.

- Cáp fiđơ dẫn từ anten xuống phải đặt trong lòng tháp và phải được tiếp đất vỏ cáp ở hai đầu.

- Cầu cáp, vỏ kim loại của cáp viễn thông, các đường ống và vỏ kim loại của cáp điện lực phải được nối với hệ thống tiếp đất chống sét ở cả hai phía nhà trạm và cột cao anten.

A.3. Tính toán tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với tuyến cáp viễn thông và các biện pháp bảo vệ

A.3.1 Tính toán tần suất thiệt hại do sét gây ra đối với tuyến cáp viễn thông

Xét trường hợp tổng quát, tuyến cáp (cáp kim loại hoặc cáp quang có thành phần kim loại) bao gồm các đoạn chôn ngầm và treo, tần suất thiệt hại đối với tuyến cáp, Fp, được xác định bằng công thức:

F_p = F_pb + F_pa + F_ps; (thiệt hại/năm) (A.3.1)

Trong đó:

F_pb : Tần suất thiệt hại đối với đoạn cáp chôn ngầm; Fpa : Tần suất thiệt hại đối với đoạn cáp treo;

F_ps : Tần suất thiệt hại do sét đánh trực tiếp vào kết cấu nơi cáp đi vào.

1. Tính toán tần suất thiệt hại dự báo đối với đoạn cáp treo và chôn ngầm

F_pa = 2 N_g L D p(I_a) Ke 10^-3 , (thiệt hại/năm) (A.3.2)

F_pb = 2 N_g L D p(I_a) K_e K_d 10^-3 , (thiệt hại/năm) (A.3.3)

Trong đó:

L : Độ dài đường dây, (km);

p(I_a) : Hệ số xác suất dòng gây hư hỏng, được tính bằng công thức:

p(i) = 10-2 e(a-bi) với i ≥ 0

a = 4,605 và b = 0,0117 với i ≤ 20 kA

a = 5,063 và b = 0,0346 với i > 20 kA

K_e : Hệ số môi trường, (xem mục 1, phần A.3.2);

N_g : Mật độ sét, (km-2. năm-1) (xem phụ lục G);

D : Khoảng cách sét đánh, (m);

* Với cáp chôn:

D = 0,482 ()^1/2 với  ≤ 100 .m;

D = 2,91 + 0,191 ()^1/2 với 100 .m < < 1000 .m;

D = 0,283 ()^1/2 với  > 1000 .m;

* Với cáp treo:

D = 3 H, (m); H là độ cao treo cáp;

I_a : Dòng gây hư hỏng, (kA); (xem phụ lục B.1)

K_d : Hệ số hiệu chỉnh thiệt hại;

K_d = 2,5 với cáp chôn không được che chắn; Kd = 1,0 với cáp chôn được che chắn;

2. Tần suất thiệt hại do sét đánh trực tiếp vào kết cấu mà cáp đi vào (F_ps).

Tần suất thiệt hại do sét đánh trực tiếp vào kết cấu gây ra cho cáp khi cáp đi vào được tính bằng công thức:

F_ps = N_g.A_d.pIa (thiệt hại/năm); (A.3.4)

Trong đó:

A_d: Diện tích rủi ro sét đánh vào kết cấu, được tính bằng công thức:

A_d = (9h² + 6ah + 6bh + ab) 10^-6, (km²);

Trong đó: ]

a = chiều dài, (m);

b = chiều rộng, (m);

c = chiều cao, (m);

pI_a : Xác suất biên độ dòng sét đánh vào kết cấu tạo ra dòng điện gây hư hỏng cáp;

I_as : Dòng gây hư hỏng cáp, xem phụ lục B.2.

A.3.2 Các biện pháp bảo vệ cáp thông tin

1. Lựa chọn môi trường lắp đặt

Khi thiết kế tuyến cáp, phải chú ý xem xét, lựa chọn môi trường lắp đặt sao cho có thể lợi dụng được yếu tố che chắn sẵn có của môi trường xung quanh. Hiệu quả che chắn của môi trường được thể hiện bởi hệ số môi trường (Ke) như sau:

- Vùng đô thị có các toà nhà cao tầng (6 tầng trở lên): K_e = 0,01;

- Vùng đô thị có các toà nhà cao trung bình (3 ÷ 6 tầng): K_e = 0,1;

- Vùng ven đô có nhà cửa (1 hoặc 2 tầng): K_e = 0,5;

- Vùng nông thôn không có nhà cửa (đất bằng): K_e = 1;

- Vùng nông thôn không có nhà cửa (trên đỉnh đồi): K_e = 2;

2. Lựa chọn cáp có giá trị dòng gây hư hỏng lớn

Đối với cáp nằm trong vùng nguy hiểm và hay bị sét đánh, phải lựa chọn cáp có giá trị dòng gây hư hỏng lớn để giảm tần suất gây thiệt hại.

3. Thực hiện tiếp đất cho tuyến cáp

Thực hiện tiếp đất cho cáp treo sẽ làm tăng giá trị dòng đánh thủng vỏ của cáp, do vậy sẽ tăng giá trị dòng sét gây hư hỏng cáp nếu dòng này được xác định bằng dòng đánh thủng vỏ (xem công thức tính dòng đánh thủng vỏ cáp Is - phụ lục B.3).

- Phải thực hiện tiếp đất màn chắn kim loại của cáp treo tại hai đầu tuyến cáp và dọc theo tuyến cáp theo quy định trong TCN 68 - 141: 1999 “Tiếp đất cho các công trình viễn thông”.

- Có thể tăng số lần tiếp đất dây treo cáp (giảm nhỏ khoảng cách giữa các điểm tiếp đất) ở những vùng hay bị sét đánh.

4. Trang bị dây chống sét ngầm cho cáp chôn

Để giảm nhỏ dòng sét đánh vào cáp chôn, dùng dây chống sét ngầm bằng kim loại chôn phía trên, dọc theo tuyến cáp để thu hút một phần dòng sét. Như vậy, dây chống sét ngầm có tác dụng làm tăng dòng gây hư hỏng (Ia) và làm giảm tần suất thiệt hại. Dây chống sét ngầm phải được bố trí dọc theo toàn bộ chiều dài đoạn cáp cần được bảo vệ và kéo dài thêm một đoạn Y, với Y được tính bằng công thức:

Y ≥ 5. ()^1/2 , (m) (A.3.5)

Trong đó:

 = Điện trở suất của đất, .m.

Giá trị dòng gây hư hỏng mới (I’a) được tính bằng công thức:

I’_a = I_a/ , (kA); (A.3.6)

Trong đó,  là hệ số che chắn, xem phụ lục C.

5. Lắp đặt thiết bị bảo vệ xung

Lắp đặt thiết bị bảo vệ xung tại các điểm cáp nhập trạm để làm giảm tần suất thiệt hại F_ps. Thiết bị bảo vệ xung phải được lựa chọn tuân theo quy định trong TCN 68 - 174: 1998 và TCN 68 - 167:1997. Thiết bị bảo vệ xung phải được nối giữa các dây dẫn kim loại của cáp với thanh liên kết đẳng thế (EBB) của nhà trạm.

Tại độ dài cáp chôn Lp = 5.()^1/2 (với  là điện trở suất của đất, .m) tính từ nhà trạm, phải lắp thêm các thiết bị bảo vệ xung giữa các dây dẫn kim loại của cáp và vỏ cáp (hoặc ống kim loại).

Việc lắp đặt thiết bị bảo vệ xung như trên sẽ làm tăng giá trị dòng đánh thủng vỏ cáp như sau:

I_s = 8. S_c. (m + R_c/R) , kA; (A.3.7)

Trong đó:

m : Số sợi kim loại trong lõi cáp;

S_c : Tiết diện ngang của dây dẫn, mm²;

R_c : Điện trở trên một đơn vị độ dài của sợi kim loại, /km;

R : Điện trở trên một đơn vị độ dài của vỏ cáp (hoặc ống kim loại), /km;

Giá trị dòng đánh thủng vỏ Is tăng dẫn đến dòng gây hư hỏng Ia tăng (xem phụ lục B.2).