Giải pháp Chống Sét cho Hệ Thống Báo Cháy Tự Động

Hệ thống báo cháy tự động đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc phát hiện và cảnh báo sớm sự cố cháy nổ, góp phần bảo vệ tính mạng và tài sản. Tuy nhiên, một trong những rủi ro thường bị xem nhẹ nhưng lại rất nguy hiểm là tác động của sét và quá áp lan truyền. Những tia sét đánh trực tiếp hoặc lan truyền qua đường điện, tín hiệu có thể phá hỏng tủ báo cháy, làm mất kết nối cảm biến hoặc khiến hệ thống mất hoàn toàn chức năng.

Trong bài viết này, TAEC trình bày toàn diện về chống sét cho hệ thống báo cháy, bao gồm nguyên lý, phương án kỹ thuật và thiết bị đề xuất theo các tiêu chuẩn quốc tế như IEC, UL và các yêu cầu PCCC tại Việt Nam.

1. Giới thiệu về hệ thống báo cháy

1. Hệ thống báo cháy là gì?

Hệ thống báo cháy (Automatic Fire Alarm System) là một tập hợp các thiết bị có chức năng phát hiện, cảnh báo và hỗ trợ xử lý sự cố cháy nổ một cách tự động. Tùy theo loại hình công trình, hệ thống có thể được cấu hình từ đơn giản (cho hộ gia đình, văn phòng nhỏ) đến phức tạp (nhà máy, cao ốc, sân bay…).

Các thành phần của của một hệ thống báo cháy (HTBC) gồm: cảm biến (đầu báo nhiệt, khói, khí gas …), tủ báo cháy điều khiển, thiết bị báo động (chuông, đèn, còi…), đường kết nối Loop, nguồn điện chính và dự phòng.

2. Vai trò của hệ thống

Hệ thống báo cháy giữ vai trò cốt lõi trong các giải pháp an toàn phòng cháy chữa cháy (PCCC) như:

• Phát hiện sớm: Giúp phát hiện cháy ngay từ giai đoạn khởi phát, giảm nguy cơ lan rộng.
• Cảnh báo kịp thời: Kích hoạt chuông, đèn hoặc truyền thông tín về phòng điều khiển, giúp sơ tán người và huy động xử lý.
• Kích hoạt hệ thống chữa cháy (nếu tích hợp): Như van xả nước, bình khí chữa cháy tự động.
• Hạn chế thiệt hại tài sản và con người: Giảm tối đa tác động của cháy nổ đến thiết bị và cơ sở hạ tầng.

Vai trò quan trọng của HTBC như:

• Phát hiện sớm các nguy cơ cháy nổ: Giúp nhận biết và cảnh báo nhanh chóng khi có dấu hiệu của cháy, giúp ngăn ngừa sự lan rộng và gây thiệt hại lớn.
• Cảnh báo và kích hoạt hệ thống phòng cháy chữa cháy: Hệ thống không chỉ cảnh báo qua các thiết bị âm thanh và ánh sáng mà còn có thể kích hoạt các hệ thống phòng cháy chữa cháy như bình chữa cháy tự động hoặc ngắt nguồn điện trong tòa nhà.
• Bảo vệ liên tục: HTBC vận hành 24/24, đảm bảo rằng luôn có sự bảo vệ dù trong điều kiện bình thường hay khẩn cấp, thậm chí cả lúc mất điện lưới.

3. Các thành phần chính của hệ thống

Hệ thống thường bao gồm các phần chính như sau

1. Tủ báo cháy Fire Alarm Control Panel - FACP) là trung tâm xử lý và hiển thị trạng thái của toàn bộ hệ thống. Nó thu nhận thông tin từ các cảm biến đầu vào và gửi lệnh điều khiển đến các thiết bị cảnh báo đầu ra. Tủ báo cháy có thể là loại địa chỉ (addressable) hoặc thường (conventional).

2. Đầu cảm biến: Đây là các thiết bị cảm biến đầu vào của FACB, truyền tín hiệu về tủ qua đường dây cáp điện hoặc cáp RS485, 4-20mA như:

• Đầu báo khói: Phát hiện nồng độ khói trong không khí.
• Đầu báo nhiệt: Cảnh báo khi nhiệt độ vượt ngưỡng.
• Đầu báo khí gas: Cảnh báo rò rỉ khí cháy.

3. Thiết bị đầu ra: Bao gồm các thiết bị báo động nhu chuông, còi, đèn báo cháy, rơ le điều khiển van, bơm chữa cháy .v.v.

4. Dây kết nối: Là mạng lưới dây dẫn truyền tín hiệu và nguồn điện. Có thể bao gồm cáp đôi xoắn, cáp chống nhiễu, dây điều khiển... Trong các hệ thống phức tạp, có thể có các chuẩn giao tiếp như RS485, Ethernet, hoặc Modbus.

5. Hệ thống kết nối: Nguồn điện: Hệ thống sử dụng nguồn 220V kết hợp với nguồn dự phòng như ắc quy để đảm bảo hoạt động liên tục.

2. Vì sao cần chống sét cho hệ thống báo cháy?

1. Tác động của giông sét

Giông sét là hiện tượng thiên nhiên có năng lượng cực lớn, có thể gây ra dòng điện lên đến hàng trăm kiloampere và điện áp hàng triệu volt. Trong khi đó, HTBC là một tổ hợp gồm nhiều thiết bị điện tử nhạy cảm, được kết nối bởi dây dẫn kéo dài khắp công trình — chính những yếu tố này làm cho hệ thống cực kỳ dễ bị tổn thương bởi:

• Sét đánh trực tiếp vào công trình hoặc các vị trí gần cột thu lôi.
• Sét lan truyền thông qua đường dây cấp nguồn hoặc mạng truyền thông.

Khi sét tấn công, dòng xung sẽ gây quá áp, phóng điện đánh thủng, làm cháy mạch in, làm hỏng bo mạch, làm treo hệ thống, gây mất tín hiệu hoặc lỗi báo cháy giả.

>>>Xem thêm: Sét là gì, sét tác động như thế nào ?

Ngoài ra, HTBC thường được lắp đặt trải rộng trên phạm vi lớn, đặc biệt là trong các công trình lớn như nhà máy, khu thương mại, bệnh viện, và tòa nhà cao tầng. Các thành phần của hệ thống gồm cảm biến, nút nhấn khẩn cấp, và thiết bị đầu ra, được nối đến tủ báo cháy (FACP) thông qua nhiều đường dây.

Vì các thành phần này được bố trí ở nhiều vị trí khác nhau trong công trình, chúng dễ dàng trở thành mục tiêu của sét và quá áp chuyển mạch. Điều này đòi hỏi phải có cách bảo vệ hệ thống một cách toàn diện.

2. Tác hại do xung lan truyền và quá áp công nghiệp

Ngoài sét tự nhiên, quá áp nội bộ do đóng cắt thiết bị công suất lớn (máy bơm, biến tần, thang máy...) cũng có thể sinh ra xung điện có tính chất tương tự, ảnh hưởng đến thiết bị đầu cuối của HTBC:

• Làm mất nguồn tủ báo cháy.
• Làm ngắt kết nối các cảm biến.
• Làm hư bo mạch đầu ra, gây lỗi rơ le điều khiển, đèn, còi...

Do đó, bảo vệ khỏi giông sét không chỉ để phòng tránh các sự cố nghiêm trọng mà còn đảm bảo duy trì sự liên tục của hệ thống.

3. Các sự cố thực tế thường gặp

• Hệ thống cho kết quả báo hiệu sai lệch, mất liên lạc với các thiết bị đầu báo khi trời mưa giông.
• Tủ báo cháy bị hỏng nguồn, chết vi xử lý hoặc báo lỗi không rõ nguyên nhân sau khi có sét gần công trình.
• Cảm biến đầu vào như đầu báo khói hoặc báo nhiệt bị hư do xung quá áp lan truyền từ hệ thống điện.

HTBC tê liệt vì sét đánh hỏng các tủ báo cháy

Đã có những trường hợp HTBC tại các tòa nhà cao tầng bị hư hỏng do sét đánh thẳng hoặc cảm ứng lan truyền. Sự cố này có thể dẫn đến việc không thể phát hiện sớm đám cháy, gây thiệt hại lớn về tài sản và nguy hiểm đến tính mạng của những người trong tòa nhà.

4. Nguyên tắc lắp đặt bảo vệ cho hệ thống báo cháy

Giải pháp chống sét cho HTBC cần tuân thủ nguyên tắc bảo vệ đồng bộ, đa tầng và không can thiệp vào chức năng vận hành. Cụ thể:

1. Không làm ảnh hưởng sự vận hành của hệ thống

Thiết bị chống sét SPD (Surge Protective Device) cần được thiết kế phù hợp để không gây ảnh hưởng đến đường truyền tín hiệu, không làm suy giảm điện áp hoặc gây mất dữ liệu giao tiếp như RS485, 4-20mA, Ethernet.

Các SPD chuyên dụng cho tín hiệu cần có:

• Điện dung thấp (Low Capacitance).
• Điện áp phù hợp
• Dải tần rộng phù hợp với chuẩn tín hiệu.
• Độ trễ thời gian phản ứng cực nhanh (<25 ns).

2. Bảo vệ toàn diện theo các hướng tác động

Bảo vệ hệ thống không chỉ giới hạn ở tủ điều khiển, mà phải mở rộng theo các hướng:

• Đường nguồn: Là nơi sét lan truyền chủ yếu.
• Đường tín hiệu cảm biến: Rất nhạy cảm với xung quá áp.
• Đường kích hoạt đầu ra: Còi, đèn, rơ le...
• Kết nối tiếp đất: Giúp thoát xung sét nhanh chóng và hiệu quả.

3. Bảo vệ đầy đủ cho các thiết bị của hệ thống

Mỗi thiết bị đều có vai trò riêng và thường cách xa nhau về vị trí vật lý. Do đó, không thể chỉ lắp SPD tại tủ báo cháy mà cần bảo vệ cụ thể cho từng khu vực:

• Tủ báo cháy: SPD nguồn và SPD tín hiệu chính.
• Đầu báo: Bảo vệ mạch vòng loop và nguồn cấp của cảm biến.
• Thiết bị đầu ra: Đặc biệt là các tải kích điện như còi điện, đèn chớp.

4. Chọn thiết bị bảo vệ đúng chuẩn

SPD sử dụng phải đạt các tiêu chuẩn quốc tế như:

• IEC 61643-11: Cho SPD AC, DC và tín hiệu.
• UL 1449: Cho SPD công nghiệp.
• Phù hợp với điện áp làm việc, loại tín hiệu truyền dẫn (RS485, analog, Ethernet...), dòng xung chịu được (Imax, Iimp...).

Ví dụ:

• Tủ báo cháy thường cần SPD Type 2 hoặc Type 1+2 nếu đặt ở đầu nguồn.
• Đầu cảm biến cần SPD nhỏ gọn với khả năng lọc tín hiệu tốt.
• Thiết bị truyền tín hiệu 2 dây như 4-20mA cần SPD có trở kháng khớp mạch.

5. Tuân thủ quy định lắp đặt và tiêu chuẩn tiếp đất

Một SPD dù tốt đến đâu cũng mất hiệu lực nếu không được tiếp đất đúng cách. Vì vậy:

• Tiếp đất hệ thống phải nhỏ hơn 10 Ohm theo tiêu chuẩn.
• Tiếp đất an toàn điện, tiếp đất chống sét cần được liên kết chung hoặc phải nối qua thiết bị đẳng thế (nếu cần cách ly)
• Cáp nối từ SPD đến điểm tiếp đất nên ngắn nhất có thể và tránh gấp khúc.

>>> Xem thêm: Chống Sét là gì? Tầm Quan Trọng và Giải Pháp Bảo Vệ An Toàn

3. Cách chống sét lan truyền cho hệ thống báo cháy

Giải pháp phải bao phủ đồng thời cả ba đường chính:

• Bảo vệ đường nguồn AC/DC cấp cho tủ báo cháy, đầu báo, và thiết bị đầu ra.
• Bảo vệ đường tín hiệu truyền thông như RS485, Loop, 4-20mA.
• Bảo vệ đường điều khiển thiết bị kích hoạt như còi, đèn, rơ le.

1. Sơ đồ nguyên lý

• Lắp đặt SPD Type 1/2 tại đầu vào tủ điện cấp nguồn chính.
• Lắp đặt SPD Type 2 hoặc Type 3 tại nguồn cấp cho tủ báo cháy.
• Lắp đặt SPD gần cổng RS485 hoặc đầu Loop.
• Lắp đặt SPD đường tín hiệu điều khiển cho thiết bị đầu ra.
• Lắp đặt tiếp đất liên kết và đồng mức.

2. Chống sét lan truyền cho tủ báo cháy

Để bảo vệ an toàn cho các bảng mạch điện tử trong tủ, cần thực hiện ngăn chặn và triệt tiêu các xung điện áp lan truyền theo các đường dây kết nối đi vào.

1. Bảo vệ nguồn AC tủ báo cháy

1. Vị trí bảo vệ: Lắp đặt thiết bị chống sét AC (SPD) trên đường nguồn cấp cho hệ thống tủ báo cháy, trước UPS hoặc acquy.

2. Yêu cầu chung:

• SPD phải có khả năng báo hiệu tình trạng hư hỏng, có thể thay thế dễ dàng mà không phải ngắt kết nối.
• SPD phải có dòng cắt đủ mạnh, có điện áp bảo vệ nhỏ hơn 1kV, phải đáp ứng type bảo vệ
• Nếu dây nguồn đi từ ngoài trời vào: Chọn SPD Type 1+2 có tác dụng với dạng xung sét đánh thẳng (10/350µs) và xung lan truyền (8/20µs).
• Nếu dây nguồn ở trong nhà hoặc đã có SPD Type 1 trước đó: Chọn SPD Type 2+3.
• Chọn SPD Type 1+2+3 là tối ưu nhất cho các HTBC lớn, giá trị cao và yêu cầu an toàn rất cao. SPD phải có tác dụng với cả 3 dạng xung điện áp trực tiếp, lan truyền và cả sóng kết hợp (8/20µs + 1,2/50 µs).

>>>Xem thêm: Type thiết bị chống sét lan truyền là gì?

3. Sản phẩm đề xuất

• PDS251-52VG-32A: Bảo vệ đa cấp Type 1+2+3 kết hợp mạch lọc L/C, tối ưu cho hệ tủ báo cháy quy mô lớn, yêu cầu độ an toàn rất cao.
• DAC1-13VG-20-275: Bảo vệ nguồn 1 pha 220V, Type 1+2+3, phù hợp cho các tủ báo cháy bình thường, chi phí vừa phải
• DAC50VG-20-275: Cho nguồn 1 pha 220V, Type 2-3, phù hợp cho các tủ báo cháy trong nhà hoặc trước đó đã có SPD type 1.

2. Bảo vệ đường nguồn DC

1. Vị trí bảo vệ: Lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền DC trên đường cấp nguồn một chiều từ FACP ra (đèn, còi, Aux, NAC, Relay).
2. Yêu cầu chung:

• Chọn SPD cho DC cũng cần có dòng cắt đủ lớn, bảo vệ cho cả 2 dây (+ và -), Up nhỏ.
• Chọn SPD Type 1: Nếu đường dây DC đi ngoài trời hoặc tủ báo cháy đặt ngoài trời.
• Chọn SPD Type 2: Nếu đường dây DC và tủ báo cháy ở trong nhà.
• Chọn SPD có mức điện áp danh định bằng với nguồn DC, không được thấp hoặc cao hơn 10%.
• Khả năng nhận dạng SPD bị hư hỏng, thay thế dễ dàng mà không phải tháo ra khỏi tủ.

3. Sản phẩm đề xuất:

• DDC20C-20-24 Bảo vệ đường DC 12V Type 2 (2P, Uc 24V, Imax 20kA),
• DDC20CS-20-38 DC 24V Type 2 (2P, Uc 38V, Imax 20kA),
• DDCN03-21YG-30: Nguồn 24Vdc (max 30Vdc), Type 2-3, dòng cắt Imax (8/20µs) 3kA/p, Up 0,2kV (+/-), 0,8kV (+/G, -/G), sóng kết hợp Uoc 3kV.

3. Bảo vệ đường tín hiệu báo cháy

1. Vị trí bảo vệ: Gắn các thiết bị chống sét đường tín hiệu ngay trước tủ báo cháy, bảo vệ cho các đường dây tín hiệu Loop / zone từ các đầu báo hay cảm biến đi về trung tâm FACP.

2. Yêu cầu chung: Các chuẩn truyền thông tùy theo loại FACP sẽ có các thông số điện áp và dòng làm việc khác nhau, cần tham chiếu các thông số này để chọn SPD phù hợp.

• Chọn SPD tương thích với điện áp của đường tín hiệu (12V, 24Vdc, 32Vdc hay 48Vdc)
• Chọn SPD đáp ứng cường độ dòng tối đa của tín hiệu.
• Điện áp dư Up không quá 70V để phù hợp với các mạch điện tử nhạy cảm.
• SPD phải có tác dụng với các dạng xung trực tiếp (10/350µs) và lan truyền (8/20µs).
• Không làm mất kết nối với đầu báo cháy dù SPD bị hỏng, đảm bảo các loop hoặc zôn khác không bị ảnh hưởng.
• Khả năng thay thế dễ dàng với tính năng cắm rút đơn giản và nhanh chóng mà không cần phải tháo dây.
• SPD được thiết kế nhỏ gọn, phù hợp trong không gian nhỏ của hộp đấu nối

>>>Xem thêm:

• Tổng quan về tín hiệu Số và Tương tự
• Tín hiệu RS232, RS422, RS485 là gì?
• So sánh các thiết bị cho đường truyền công nghiệp

3. Sản phẩm đề xuất:

Đây là bảng tổng hợp các thiết bị chống sét cho các đường tín hiệu Loop hay tín hiệu cảm biến đến tủ trung tâm, cần chọn SPD có thông số kỹ thuật phù hợp:

4. Bảo vệ đường tín hiêu điều khiển

1. Vị trí bảo vệ: trên đường RS485 nối với FACP và bảng điều khiển hiển thị phụ.
2. Yêu cầu chung:

• Tương thích RS485, điện áp : 12Vdc.
• Cắt được dạng xung trực tiếp (10/350µs) và lan truyền (8/20µs), điệp áp dư Up ≤ 30V.
• Không làm mất kết nối điện ngay cả khi SPD bị hỏng.
• Khả năng thay thế dễ dàng và nhanh chóng tức thì mà không phải tháo dây dẫn.

3. Sản phẩm đề xuất:

• DLA-12D3: Cho 1 đường RS232/RS485, dòng cắt Imax (8/20µs) 20kA/dây; Iimp (10/350 µs) 5kA, Up 30V.

3. Bảo trì và kiểm tra định kỳ thiết bị

Để đảm bảo cho HTBC luôn ổn định và hiệu quả thì công tác kiểm tra và bảo trì là không thể bỏ qua, cần lưu ý:

1. Tần suất kiểm tra

• Tối thiểu 1 lần/năm.
• Sau mỗi mùa mưa bão hoặc sự cố hệ thống.

2. Dấu hiệu nhận biết thiết bị hỏng

• Đèn báo trạng thái trên SPD chuyển sang đỏ.
• Thiết bị SPD bị cháy xém hoặc có mùi khét.
• Tủ báo cháy không hiển thị lỗi nguồn hay tín hiệu.

3. SPD có cảnh báo trạng thái

• Nên chọn SPD có contact cảnh báo đưa về tủ báo cháy.
• Có thể kết nối về hệ thống quản lý để theo dõi từ xa.

4. Lợi ích của việc bảo vệ chống sét cho tủ báo cháy

Việc triển khai giải pháp bảo vệ cho hệ thống PCCC mang lại nhiều lợi ích thiết thực cả về kỹ thuật lẫn kinh tế. Dưới đây là những lợi ích nổi bật:

• Đảm bảo hoạt động ổn định và liên tục của hệ thống

HTBC chỉ phát huy giá trị khi hoạt động chính xác, liên tục và kịp thời. Bằng cách trang bị thiết bị chống sét, bạn giảm nguy cơ hệ thống bị lỗi, treo, hoặc mất tín hiệu khi có hiện tượng giông sét. Điều này đặc biệt quan trọng với các công trình không được phép xảy ra gián đoạn như datacenter, nhà máy sản xuất, bệnh viện...

• Ngăn ngừa hư hỏng và giảm chi phí sửa chữa

Các thành phần trong HTBC — như tủ báo cháy, đầu cảm biến, đường tín hiệu — đều nhạy cảm với xung điện áp cao. Một lần sét lan truyền có thể gây hỏng loạt thiết bị, dẫn đến chi phí sửa chữa và thay thế lớn. Thiết bị chống sét như “lá chắn” giúp cô lập và triệt tiêu xung áp, giảm thiểu thiệt hại đáng kể.

• Đáp ứng yêu cầu kiểm định và tiêu chuẩn kỹ thuật

Các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 61643, IEC 62305 và tiêu chuẩn quốc gia như QCVN 06:2022/BXD, TCVN 9385 đều có nội dung yêu cầu bảo vệ quá áp cho các thiết bị PCCC. Việc trang bị đầy đủ SPD sẽ giúp công trình được nghiệm thu thuận lợi bởi cơ quan phòng cháy chữa cháy, tăng uy tín và minh bạch hồ sơ kỹ thuật đối với nhà đầu tư.

• Tăng tuổi thọ thiết bị và độ tin cậy của hệ thống

Xung điện hoặc dao động quá áp trong quá trình sử dụng, dù không gây hỏng ngay lập tức, cũng sẽ làm thiết bị điện tử xuống cấp dần theo thời gian. Lắp đặt hệ thống chống sét giúp chúng vận hành bền bỉ hơn, giảm số lần bảo trì, và tránh các sự cố “đột tử” bất ngờ.

• Tăng uy tín công trình và điểm đánh giá kỹ thuật

Trong các công trình trọng điểm như tòa nhà cao tầng, sân bay, trung tâm dữ liệu hay nhà máy xuất khẩu, hệ thống chống sét đầy đủ là một điểm cộng trong đánh giá công trình đạt chuẩn quốc tế. Điều này giúp tăng khả năng đạt chứng chỉ LEED, Green Building hoặc ISO về an toàn.

• Hỗ trợ bảo hiểm và giảm thiểu tổn thất tài chính

Đây là lợi ích thường bị bỏ qua nhưng rất quan trọng:

- Các công ty bảo hiểm cháy nổ, đặc biệt là với các công trình công nghiệp, thường yêu cầu hệ PCCC phải có giải pháp bảo vệ chống tác động của giông sét mới đủ điều kiện cấp bảo hiểm.

- Trong trường hợp xảy ra sự cố cháy nổ do tác động của sét đánh, hồ sơ bồi thường có thể bị từ chối nếu công trình không có biện pháp bảo vệ phù hợp theo quy định.

- Trang bị SPD đúng chuẩn giúp tăng khả năng được bồi thường đầy đủ, giảm mức phí bảo hiểm định kỳ, và đặc biệt giảm thiểu tổn thất tài chính gián tiếp do gián đoạn vận hành, mất dữ liệu, chi phí thay thế thiết bị...

5. Kết luận

Sự cố do sét đánh và quá áp lan truyền là một nguy cơ tiềm ẩn nhưng hoàn toàn có thể phòng ngừa được bằng các giải pháp kỹ thuật đúng đắn. Do vậy, việc trang bị chống sét lan truyền cho tủ báo cháy và hệ thống báo động là hạng mục không nên bỏ qua.

Việc áp thực hiện chống sét lan truyền cho hệ thống báo cháy sẽ giúp:

• Bảo vệ thiết bị, tránh hư hỏng đột ngột.
• Đảm bảo vận hành liên tục, không gián đoạn trong các tình huống khẩn cấp.
• Đáp ứng yêu cầu pháp lý và kiểm định an toàn.
• Gia tăng độ tin cậy và giá trị của công trình.

Nếu bạn là đơn vị thiết kế, nhà thầu thi công, hoặc chủ đầu tư đang tìm kiếm hệ thống chống sét lan truyền đảm bảo an toàn cho công trình cũng như thiết bị PCCC, hãy liên hệ với đội ngũ kỹ thuật của công ty chống sét ThyAn để được tư vấn sản phẩm, sơ đồ bảo vệ và hướng dẫn lắp đặt chi tiết, phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế và yêu cầu thực tế từng công trình

Hình ảnh thi công lắp đặt chống sét cho tủ báo cháy ở nhà máy

Quý khách hàng và kỹ thuật viên hãy liên hệ với chúng tôi theo số điện thoại hotline để được tư vấn chi tiết hoặc lựa chọn sản phẩm đề xuất bên dưới để nhận báo giá.