Một cây kim thu sét chỉ mới là điểm bắt đầu của hệ thống chống sét.
Dòng sét sau khi được tiếp nhận vẫn phải có một đường dẫn an toàn xuống đất. Đây chính là phần việc của hệ thống tiếp địa chống sét.
Nói đơn giản, nếu kim thu sét là nơi tiếp nhận dòng sét thì dây dẫn sét là đường đưa dòng điện xuống, còn hệ thống tiếp địa là phần tiếp nhận và phân tán dòng điện đó vào đất.
Vì vậy, một công trình có kim thu sét nhưng phần tiếp địa làm không đúng thì chưa thể xem là có một hệ thống chống sét hoàn chỉnh. Hệ thống chống sét bên ngoài về bản chất gồm phần thu sét, dây dẫn và hệ thống tiếp địa phối hợp với nhau.
I. Hệ thống tiếp địa chống sét là gì?
Hệ thống tiếp địa chống sét là phần nằm ở phía dưới của hệ thống chống sét, có nhiệm vụ tiếp nhận dòng sét từ dây dẫn xuống và phân tán dòng điện vào đất.
Có thể hình dung toàn bộ đường đi như sau:
Điểm quan trọng là tiếp địa không chỉ đơn giản là “đóng vài cây cọc xuống đất”.
Cách bố trí điện cực, dây dẫn, mối nối và sự liên kết giữa các bộ phận phải phù hợp với đặc điểm công trình và điều kiện đất thực tế. Các yêu cầu kỹ thuật hiện hành về hệ thống chống sét cũng xem hệ thống tiếp địa là một phần được thiết kế, lắp đặt, kiểm tra và bảo trì của toàn bộ hệ thống.
II. Hệ thống tiếp địa chống sét có tác dụng gì?
1. Tiếp nhận dòng sét từ hệ thống dẫn sét
Sau khi được thu vào công trình, dòng sét được dẫn xuống thông qua các dây dẫn sét.
Hệ thống tiếp địa là nơi tiếp nhận dòng điện ở cuối đường dẫn này.
Nếu đường dẫn từ trên xuống dưới không được kết nối với một hệ thống tiếp địa phù hợp, dòng sét sẽ không có đường đi được kiểm soát như mong muốn.
2. Phân tán dòng điện vào đất
Mục tiêu của hệ thống tiếp địa là đưa dòng điện vào khối đất xung quanh các điện cực và phân tán nó trong đất.
Đây là lý do hệ thống tiếp địa không thể chỉ đánh giá bằng việc:
“Có bao nhiêu cây cọc?”
Số lượng cọc chỉ là một phần của bài toán.
Hiệu quả còn phụ thuộc vào loại đất, điện trở suất của đất, cách bố trí điện cực, khoảng cách giữa các điện cực và cấu hình tổng thể của hệ thống.
3. Giúp kiểm soát chênh lệch điện áp quanh công trình
Dòng sét tạo ra sự thay đổi điện áp rất lớn trong thời gian rất ngắn.
Một hệ thống tiếp địa được thiết kế phù hợp không chỉ nhằm đưa dòng điện vào đất mà còn góp phần kiểm soát sự phân bố điện thế quanh công trình và giảm các nguy cơ liên quan đến điện áp bước, điện áp chạm. Đây cũng là một trong những mục tiêu của các yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống chống sét.
III. Hệ thống tiếp địa gồm những gì?
Một hệ thống tiếp địa chống sét thường có nhiều bộ phận liên kết với nhau.
1. Điện cực tiếp địa
Đây là những bộ phận tiếp xúc trực tiếp với đất để truyền dòng điện vào đất.
Tùy công trình, có thể sử dụng:
- Cọc tiếp địa
- Dây hoặc băng tiếp địa chôn trong đất
- Vòng tiếp địa
- Lưới tiếp địa
- Các điện cực phù hợp khác
Không phải công trình nào cũng sử dụng cùng một cấu hình.
Nhà ở, nhà xưởng, trang trại hay công trình diện tích lớn có thể có cách bố trí hoàn toàn khác nhau.
2. Dây dẫn tiếp địa
Các điện cực cần được liên kết với hệ thống dẫn sét bằng dây hoặc vật dẫn phù hợp.
Nói đơn giản, đây là phần tạo thành đường nối giữa dây dẫn sét và hệ thống điện cực nằm trong đất.
3. Mối nối và phụ kiện
Các bộ phận của hệ thống tiếp địa phải được liên kết chắc chắn và duy trì khả năng dẫn điện ổn định.
Đây là một chi tiết thường bị bỏ qua khi chỉ nhìn vào số lượng cọc.
Một hệ thống có nhiều cọc nhưng mối nối kém, bị ăn mòn hoặc bị đứt thì hiệu quả thực tế vẫn có thể bị ảnh hưởng.
Các thành phần dẫn điện và điện cực dùng trong hệ thống chống sét hiện cũng có yêu cầu kỹ thuật riêng về vật liệu, cấu hình và thử nghiệm.
IV. Cọc tiếp địa có phải là toàn bộ hệ thống tiếp địa không?
Không.
Đây là một hiểu nhầm khá phổ biến.
Nhiều người nghe “tiếp địa” là nghĩ ngay đến một vài cây cọc đóng xuống đất.
Nhưng cọc chỉ là một loại điện cực tiếp địa.
Một hệ thống hoàn chỉnh còn liên quan đến:
Điện cực → dây liên kết → mối nối → dây dẫn sét → toàn bộ cấu hình tiếp địa
Với công trình lớn, hệ thống có thể được bố trí thành vòng hoặc lưới thay vì chỉ sử dụng một nhóm cọc riêng lẻ.
Vì vậy, khi khảo sát hệ thống tiếp địa, không nên chỉ hỏi:
“Có bao nhiêu cọc?”
Mà phải xem cả cấu hình của hệ thống và tình trạng thực tế của từng bộ phận.
V. Vì sao cùng một số cọc nhưng điện trở tiếp địa có thể khác nhau?
Đây là phần khách hàng rất hay gặp.
Hai công trình có cùng số lượng cọc chưa chắc có kết quả tiếp địa giống nhau.
Lý do là đất ở mỗi vị trí có thể có đặc tính khác nhau.
Ví dụ, đất có thể khác nhau về:
- Thành phần đất
- Độ ẩm
- Điện trở suất
- Điều kiện địa chất
- Mức độ thay đổi theo mùa
Một hệ thống tiếp địa được làm ở khu vực đất thuận lợi có thể cho kết quả khác với hệ thống có cùng cấu hình nhưng nằm trên nền đất có điện trở suất cao.
Vì vậy, không nên áp dụng máy móc kiểu:
“Nhà bên kia dùng 6 cọc thì nhà này cũng đóng 6 cọc.”
Thiết kế tiếp địa phải dựa trên điều kiện thực tế của công trình và đất tại vị trí lắp đặt.
VI. Điện trở tiếp địa là gì?
Đây là thông số thường được nhắc đến khi kiểm tra hệ thống tiếp địa.
Hiểu đơn giản, điện trở tiếp địa cho biết mức độ cản trở dòng điện khi dòng điện đi từ hệ thống điện cực vào đất.
Thông thường:
Điện trở càng thấp → dòng điện càng dễ đi vào đất.
Nhưng điều đó không có nghĩa chỉ cần nhìn vào một con số điện trở là có thể kết luận toàn bộ hệ thống chống sét tốt hay xấu.
Còn phải xem:
- Hệ thống được bố trí như thế nào
- Các điện cực có liên kết tốt không
- Dây dẫn có nguyên vẹn không
- Mối nối có đảm bảo không
- Công trình có thay đổi không
- Hệ thống có đáp ứng yêu cầu thiết kế hay không
Phần điện trở tiếp địa bao nhiêu là đạt sẽ được tách thành bài riêng để tránh nhập nhằng giữa các loại hệ thống và yêu cầu kỹ thuật khác nhau.
VII. Có phải cứ đóng thêm cọc là điện trở sẽ giảm?
Không phải lúc nào cũng vậy.
Đóng thêm cọc có thể giúp cải thiện hệ thống trong một số trường hợp, nhưng hiệu quả phụ thuộc vào cách các điện cực được bố trí và đặc tính của đất.
Nếu các điện cực đặt quá gần nhau hoặc cách bố trí không hợp lý, hiệu quả bổ sung có thể không như kỳ vọng.
Trong một số trường hợp, giải pháp không đơn giản là “đóng thêm thật nhiều cọc”, mà cần xem lại toàn bộ cấu hình tiếp địa.
Các tài liệu kỹ thuật về hệ thống điện cực tiếp địa cũng xem việc lựa chọn giữa điện cực dạng cọc, điện cực ngang và các cấu hình khác là vấn đề phải xét theo đặc tính đất và điều kiện thực tế của công trình.
VIII. Hệ thống tiếp địa cho nhà ở có khác nhà xưởng không?
Có thể khác khá nhiều.
1. Nhà ở
Một ngôi nhà có thể có cấu hình tiếp địa tương đối đơn giản nếu công trình nhỏ và điều kiện đất thuận lợi.
Nhưng vẫn phải xem xét toàn bộ hệ thống, không nên mặc định rằng chỉ vài cây cọc là đủ.
2. Nhà xưởng
Nhà xưởng thường có diện tích lớn hơn, nhiều thiết bị điện và có thể có nhiều vị trí cần bảo vệ.
Hệ thống tiếp địa vì vậy có thể cần cấu hình phức tạp hơn, đồng thời phải xem xét sự phối hợp với hệ thống điện, máy móc và các kết cấu kim loại trong công trình.
3. Trang trại và công trình ngoài trời
Đây là nhóm thường có diện tích rộng và nhiều thiết bị nằm ngoài trời.
Khoảng cách giữa các khu vực, điều kiện đất và vị trí của các thiết bị có thể làm cho phương án tiếp địa khác đáng kể so với nhà dân dụng.
4. Công trình có điện năng lượng mặt trời
Công trình có hệ thống điện mặt trời thường có thêm nhiều thiết bị và phần tử kim loại ở ngoài trời.
Khi đó, hệ thống chống sét và tiếp địa cần được xem xét đồng bộ với hệ thống điện mặt trời, thay vì thi công từng phần hoàn toàn độc lập.
IX. Hệ thống tiếp địa có liên quan gì đến chống sét lan truyền?
Có.
Nhưng cần phân biệt hai vấn đề.
Hệ thống tiếp địa là một phần của chống sét trực tiếp, giúp dòng sét được đưa xuống và phân tán vào đất.
Trong khi đó, chống sét lan truyền sử dụng các thiết bị như SPD để hạn chế các xung quá điện áp trên hệ thống điện và đường tín hiệu.
Hai giải pháp không phải một, nhưng chúng phải được xem xét phối hợp với nhau trong một hệ thống bảo vệ tổng thể.
Ở các công trình có nhiều thiết bị điện tử, chỉ có kim thu sét và tiếp địa tốt vẫn chưa đồng nghĩa với việc thiết bị bên trong đã được bảo vệ đầy đủ khỏi xung quá điện áp.
Phần SPD đã được giải thích ở bài:
Thiết bị chống sét lan truyền SPD là gì?
X. Khi nào hệ thống tiếp địa cần được kiểm tra?
Không nên chỉ đo một lần lúc mới thi công rồi bỏ qua trong nhiều năm.
Hệ thống tiếp địa có thể bị ảnh hưởng bởi:
- Ăn mòn
- Mối nối xuống cấp
- Dây dẫn bị hư hỏng
- Cọc hoặc điện cực bị ảnh hưởng bởi môi trường
- Thay đổi nền đất
- Cải tạo công trình
- Mở rộng hệ thống điện
Đặc biệt, với công trình đã sử dụng lâu năm hoặc vừa trải qua sự kiện sét lớn, việc kiểm tra lại hệ thống là điều nên được xem xét.
Việc kiểm tra và bảo trì hệ thống chống sét nằm trong phạm vi quản lý của hệ thống chống sét, không phải chỉ là công việc thực hiện một lần sau khi lắp đặt.
XI. Dấu hiệu nào cho thấy hệ thống tiếp địa có thể đang có vấn đề?
Không phải lúc nào hệ thống tiếp địa có vấn đề cũng nhìn thấy ngay bằng mắt.
Một số dấu hiệu đáng chú ý gồm:
1. Kết quả đo điện trở thay đổi bất thường
Nếu kết quả đo có xu hướng tăng hoặc khác nhiều so với trước đó, cần kiểm tra nguyên nhân.
2. Mối nối bị ăn mòn
Đây là vấn đề cần đặc biệt quan tâm với những hệ thống nằm ngoài trời hoặc trong môi trường có độ ẩm cao.
3. Dây hoặc bộ phận liên kết bị hư hỏng
Một đường dẫn bị đứt hoặc liên kết kém có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.
4. Công trình vừa thay đổi kết cấu
Ví dụ mở rộng nhà xưởng, thay đổi nền, cải tạo sân hoặc xây thêm khu vực mới.
Khi đó, hệ thống tiếp địa cũ cần được đánh giá lại thay vì mặc định vẫn phù hợp.
XII. Một hệ thống tiếp địa tốt cần quan tâm điều gì?
Không có một công thức kiểu:
“Nhà này phải dùng đúng X cây cọc.”
Thay vào đó, cần xem xét đồng thời:
Đó mới là cơ sở để đánh giá một hệ thống tiếp địa có phù hợp với công trình hay không.
XIII. Kết luận
Hệ thống tiếp địa chống sét là phần cuối của đường dẫn sét, có nhiệm vụ tiếp nhận dòng điện từ hệ thống dẫn sét và phân tán dòng điện vào đất.
Nhưng tiếp địa không đơn giản là vài cây cọc đóng xuống đất.
Một hệ thống thực tế còn liên quan đến điện cực, dây dẫn, mối nối, đặc tính đất, cách bố trí và kết quả kiểm tra.
Vì vậy, khi đánh giá một hệ thống tiếp địa, đừng chỉ hỏi:
“Có bao nhiêu cọc?”
Mà nên hỏi:
“Hệ thống được thiết kế thế nào, điện cực bố trí ra sao và kết quả đo thực tế như thế nào?”
Đó mới là cách nhìn đúng về tiếp địa chống sét.
Ở bài tiếp theo, mình sẽ đi thẳng vào câu hỏi mà rất nhiều chủ công trình quan tâm:
Điện trở tiếp địa chống sét bao nhiêu là đạt?