Chống sét cho trạm BTS, viễn thông: cấu hình và thi công

Chống sét trạm BTS là hạng mục bắt buộc phải làm kỹ, vì cột anten luôn là điểm cao nhất khu vực và thiết bị thu phát bên dưới lại rất nhạy với quá áp. Một hệ thống đầy đủ gồm kim thu sét trên đỉnh cột, đường thoát sét, hệ tiếp địa liên kết đẳng thế giữa ba tổ công tác – bảo vệ – chống sét, tiếp đất cho feeder và các tầng thiết bị chống sét lan truyền cho nguồn điện, đường truyền dẫn.

Vì sao trạm BTS dễ bị sét đánh và dễ hỏng thiết bị?

• Cột cao, vị trí trống trải: cột anten tự đứng, cột dây co hoặc cột trên nóc nhà đều vươn cao hơn hẳn công trình xung quanh; nhiều trạm đặt trên đồi núi, giữa cánh đồng, ven biển.
• Nhiều đường dẫn xung sét vào thiết bị: feeder từ anten xuống, cáp nguồn AC từ lưới điện nông thôn đi trên không, cáp truyền dẫn, cáp cảnh báo.

Tại Việt Nam, yêu cầu chống sét cho các trạm viễn thông được quy định trong quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 32:2020/BTTTT. Khi thiết kế, thi công và đo kiểm cần bám theo quy chuẩn này, tiêu chuẩn kỹ thuật riêng của từng nhà mạng và các tiêu chuẩn chống sét chung như TCVN 9385:2012, bộ TCVN 9888 (IEC 62305).

Cấu hình chống sét trạm BTS: tổng quan các hạng mục

Hạng mục	Chức năng	Vật tư thường dùng
Thu sét trực tiếp	Nhận sét tại đỉnh cột, bảo vệ anten và nhà trạm	Kim thu sét cổ điển hoặc kim ESE, khớp nối, gá lắp đỉnh cột
Thoát sét	Dẫn dòng sét từ kim xuống đất	Cáp đồng trần hoặc cáp bọc PVC từ 50 mm², kẹp cố định dọc thân cột
Tiếp địa	Tản dòng sét, làm điểm chuẩn điện thế cho trạm	Cọc mạ đồng D16 dài 2,4 m, cáp đồng trần, băng đồng, hàn hóa nhiệt, hóa chất giảm điện trở
Liên kết đẳng thế	Triệt tiêu chênh lệch điện thế giữa các khối kim loại và thiết bị	Bảng đồng tiếp địa trong và ngoài phòng máy, cáp vàng xanh, đầu cốt
Tiếp đất feeder	Xả dòng cảm ứng trên vỏ cáp trước khi vào phòng máy	Bộ tiếp đất feeder (grounding kit), thiết bị cắt sét cho cáp đồng trục
Chống sét lan truyền	Cắt xung quá áp trên nguồn AC, DC và đường tín hiệu	SPD Type 1, Type 2, SPD cho nguồn DC, SPD đường truyền

Thu sét trực tiếp trên cột anten

Kim thu sét được lắp tại đỉnh cột, đầu kim phải cao hơn anten và mọi thiết bị gắn trên cột để các thiết bị này nằm trong vùng bảo vệ. Với cột anten, kim cổ điển (Franklin) bằng đồng hoặc thép mạ được dùng rất phổ biến vì bản thân cột đã đủ cao; vùng bảo vệ kiểm tra theo phương pháp góc bảo vệ hoặc quả cầu lăn. Bạn có thể đọc thêm về cách xác định vùng bảo vệ chống sét theo góc bảo vệ, quả cầu lăn.

Các dòng kim cổ điển và kim ESE có tại danh mục kim thu sét.

Dây thoát sét dọc thân cột

• Thân cột thép liên tục về điện có thể tham gia dẫn sét, nhưng thực tế thi công vẫn nên có một tuyến cáp thoát sét riêng bằng đồng tiết diện từ 50 mm², đi thẳng từ kim xuống bãi tiếp địa.
• Cáp thoát sét được kẹp cố định vào thân cột theo khoảng cách đều, đi ở mặt cột đối diện với thang cáp feeder nếu điều kiện cho phép, để giảm cảm ứng sang cáp tín hiệu.

Hệ tiếp địa: công tác, bảo vệ, chống sét và liên kết đẳng thế

Trạm viễn thông truyền thống phân biệt ba tổ tiếp đất:

1. Tiếp đất công tác: điểm chuẩn điện thế cho hệ thống nguồn DC và thiết bị viễn thông.
2. Tiếp đất bảo vệ: nối vỏ tủ, giá máy, khung kim loại, bảo vệ người vận hành khi chạm vỏ.
3. Tiếp đất chống sét: tản dòng sét từ kim thu sét và các thiết bị cắt sét.

Điểm mấu chốt là ba tổ này không được để tách rời hoàn toàn. Khi sét đánh vào cột, điện thế tại bãi tiếp địa chống sét dâng lên rất cao trong thời gian ngắn; nếu tiếp đất công tác và bảo vệ không được liên kết, chênh lệch điện thế sẽ đặt trực tiếp lên thiết bị và gây phóng điện đánh thủng. Vì vậy các tiêu chuẩn hiện hành đều định hướng liên kết đẳng thế các hệ tiếp đất thành một mạng thống nhất, thường dưới dạng mạch vòng quanh chân cột và quanh nhà trạm, nối với nhau bằng cáp đồng trần chôn ngầm.

• Bên ngoài phòng máy, ngay dưới lỗ cáp nhập trạm, đặt một bảng đồng tiếp địa ngoài để đấu các bộ tiếp đất feeder.
• Bên trong phòng máy đặt bảng đồng tiếp địa chính; mọi tủ thiết bị, tủ nguồn, thang cáp, khung giá, vỏ điều hòa đều nối về đây theo hình tia, dây ngắn và thẳng.

Bảng đồng và băng đồng cho hạng mục này xem tại danh mục băng đồng, bảng đồng tiếp địa.

Điện trở tiếp địa và xử lý đất khó

TCVN 9385:2012 khuyến nghị điện trở nối đất chống sét không lớn hơn 10 Ω, nối đất an toàn điện thông thường yêu cầu không lớn hơn 4 Ω. Với trạm BTS, giá trị yêu cầu cụ thể lấy theo QCVN 32:2020/BTTTT và quy định của nhà mạng trong hồ sơ thiết kế.

Trạm trên đồi núi, nền đá, đất sỏi khô thường rất khó đạt điện trở yêu cầu chỉ bằng vài cọc. Các biện pháp thường dùng gồm kéo dài tia tiếp địa theo sườn đồi, tăng số cọc với khoảng cách cọc từ 2 lần chiều dài cọc, dùng hóa chất giảm điện trở quanh cọc và dọc rãnh cáp, hoặc khoan giếng tiếp địa. Phân tích từng phương án có trong bài cách giảm điện trở tiếp địa. Mối nối chôn ngầm nên dùng hàn hóa nhiệt.

Tiếp đất feeder và cáp nhập trạm

Feeder chạy dọc thân cột nên khi sét đánh, vỏ ngoài của cáp mang một phần dòng sét và điện áp cảm ứng lớn. Thông lệ thi công là tiếp đất vỏ feeder bằng bộ tiếp đất chuyên dụng tại tối thiểu ba vị trí: gần anten ở đỉnh cột, tại chân cột trước khi cáp rẽ ngang sang cầu cáp, và ngay trước lỗ cáp vào phòng máy.

• Dây của bộ tiếp đất feeder đi hướng xuống dưới, không uốn ngược lên, nối vào thân cột hoặc bảng đồng bằng mối nối chắc chắn, có chống ẩm.

Chống sét lan truyền cho nguồn điện và đường truyền

Đường nguồn AC là lối vào quen thuộc của xung sét ở trạm viễn thông, nhất là với trạm lấy điện từ đường dây hạ thế đi trên không kéo dài. Cấu hình bảo vệ nhiều tầng nên có:

1. SPD Type 1 (thử với dạng sóng 10/350 µs) hoặc thiết bị cắt lọc sét tại tủ điện AC đầu vào, vì trạm có hệ chống sét trực tiếp.
2. SPD Type 2 (8/20 µs) tại tủ phân phối AC trước tủ nguồn chỉnh lưu.
3. SPD cho nguồn DC cấp lên thiết bị trên cột, lắp ở cả đầu tủ nguồn và, nếu thiết bị chưa tích hợp, ở đầu thiết bị.
4. SPD cho đường tín hiệu: cáp truyền dẫn đồng, cáp cảnh báo, camera giám sát.

Khi chọn SPD cần xem đủ các thông số Uc, Up, In, Imax, Iimp và bố trí dây nối ngắn nhất có thể. Nguyên tắc phối hợp giữa các tầng được giải thích trong bài phối hợp SPD Type 1–2–3; thiết bị tham khảo tại danh mục thiết bị chống sét lan truyền.

Quy trình thi công chống sét trạm BTS

1. Khảo sát: loại cột, chiều cao, mặt bằng trạm, điện trở suất đất, nguồn điện vào trạm, hiện trạng tiếp địa nếu là trạm cải tạo.
2. Thiết kế: mặt bằng mạng tiếp địa, sơ đồ liên kết đẳng thế, sơ đồ SPD, bảng khối lượng vật tư theo mẫu của chủ đầu tư.
3. Thi công tiếp địa đồng thời với móng cột, móng nhà trạm nếu là trạm xây mới; đo điện trở trước khi lấp rãnh.
4. Lắp kim và cáp thoát sét trên cột: công việc trên cao, nhân công phải có dây an toàn toàn thân, không thi công khi trời mưa giông, gió lớn.
5. Lắp bảng đồng, đấu nối đẳng thế, tiếp đất feeder, lắp SPD.
6. Đo kiểm, nghiệm thu: đo điện trở tiếp địa, kiểm tra thông mạch các mối nối, lập biên bản theo mẫu.

Các yếu tố ảnh hưởng đến chi phí

Chi phí phụ thuộc vào chiều cao và loại cột; địa chất tại vị trí trạm (đồi đá, đất khô tốn nhiều vật tư tiếp địa hơn hẳn đồng bằng); số lượng feeder cần tiếp đất; cấu hình SPD; điều kiện vận chuyển vật tư lên trạm; yêu cầu hồ sơ, đo kiểm của chủ đầu tư. Tham khảo trang báo giá thi công lắp đặt chống sét trọn gói và liên hệ để nhận báo giá theo khối lượng thực tế.

Câu hỏi thường gặp

Trạm BTS nên dùng kim thu sét cổ điển hay kim ESE?

Cả hai đều dùng được. Kim cổ điển phổ biến vì cột đã cao, vùng cần bảo vệ tập trung quanh chân cột. Kim ESE phù hợp khi cần mở rộng vùng bảo vệ cho các hạng mục phụ trợ nằm xa chân cột.

Có nên tách riêng tiếp địa chống sét với tiếp địa thiết bị?

Không nên để tách rời hoàn toàn. Các tổ tiếp đất cần được liên kết đẳng thế để khi sét đánh, điện thế của toàn trạm dâng lên đồng đều, không tạo chênh lệch đặt lên thiết bị.

Feeder cần tiếp đất ở mấy điểm?

Thông lệ là tối thiểu ba điểm: đỉnh cột gần anten, chân cột và trước khi vào phòng máy. Cột cao hơn có thể bổ sung điểm giữa theo quy định kỹ thuật của nhà mạng.

Điện trở tiếp địa trạm BTS bao nhiêu là đạt?

Giá trị yêu cầu lấy theo QCVN 32:2020/BTTTT và hồ sơ thiết kế của nhà mạng; mức khuyến nghị chung theo TCVN 9385:2012 là không lớn hơn 10 Ω. Nên đo lại ít nhất mỗi năm một lần trước mùa mưa giông, cách đo xem bài đo điện trở tiếp địa.

Chống sét trạm BTS chỉ hiệu quả khi làm đồng bộ từ kim thu sét, tiếp địa, liên kết đẳng thế đến SPD và tiếp đất feeder. Công ty TNHH Thương mại và Xây lắp SET Toàn Cầu cung cấp vật tư và nhận thi công, cải tạo tiếp địa, đo kiểm cho trạm viễn thông trên toàn quốc, khảo sát theo lịch hẹn. Liên hệ hotline 0975 599 666 – 0972 299 666 để được tư vấn và báo giá.