Nguyên lý làm việc của chống sét trực tiếp

Sấm sét là hoạt động thường xuyên xuất hiện trong những cơn mưa giông do các đám mây tích điện gây ra. Khi gặp điều kiện thuận lợi sẽ truyền xuống mặt đất bằng con đường đánh thẳng hoặc đánh lan truyền.

Dòng điện trong những tia sét có thể đạt tới vài vạn ampe với công suất cực kỳ lớn. Sét khi đánh trực tiếp thường làm chết người và phá hủy, cháy nổ công trình, nhà cửa. Sóng điện từ tia sét còn gây tác hại từ xa lên các mạch điện gọi là sét đánh cảm ứng. Đây là nguyên nhân gây hỏng hóc các thiết bị điện – điện tử như tivi, máy tính, các thiết bị kỹ thuật, máy móc, đài ở các khu dân cư,... Do đó, giông sét là một trong số những hiểm họa thiên tai vô cùng nguy hiểm đối với tính mạng con người và gây ra những thiệt hại rất lớn về tài sản vật chất.

Để bảo vệ các toà nhà, các công trình xây dựng khỏi bị sét đánh, người ta thường lắp cột thu sét. Cột thu sét được phát minh vào năm 1752 bởi nhà khoa học người Mỹ tên là Franklin với ưu điểm lợi dụng vị trí trên cao nhằm thu sét vào mình rồi truyền xuống đất, đem lại sự an toàn cho con người và các vật khác. 

Chống sét trực tiếp có thể thực hiện theo 3 phương pháp: cổ điển, phát xạ sớm và phân tán điện.  

1. Chống sét trực tiếp theo phương pháp cổ điển.

Năm 1753 Benjamin Franklin là người đầu tiên trên thế giới phát minh ra hệ thống chống sét. Hệ thống chống sét này rất đơn giản: dùng những thanh kim loại làm kim thu sét, kim thu sét này được đặt trên đỉnh các cột đỡ bằng gỗ, kim loại hay bê tông, đặt nhô cao lên khỏi công trình. Dùng dây dẫn bằng kim loại nối các kim thu sét này với nhau và nối xuống hệ thống tiếp địa cũng làm bằng kim loại chôn trong đất. Khi có dòng sét xảy ra, kim thu sét và dây dẫn truyền dòng điện sét xuống hệ thống tiếp địa. Dòng điện sét sẽ được giải toả tiêu tán vào trong đất. Đảm bảo an toàn cho công trình. Hàng trăm năm nay đã và đang áp dụng phương pháp chống sét này.            

Các bộ phận cơ bản của 1 hệ thống chống sét bao gồm:    

- Bộ phận kim thu sét ( kim thu sét )  

  - Bộ phận dây xuống    

- Các loại mối nối  

  - Điểm kiểm tra, đo đạc    

- Bộ phận dây dẫn nối đất    

- Bộ phận cực nối đất ( các cọc tiếp địa )

Chống sét theo phương pháp Franklin (thường được gọi là phương pháp cổ điển) có ưu điểm là đơn giản, giá thành rẻ. Nhược điểm là phạm vi bảo vệ hẹp, độ tin cậy không cao, sẽ phải tính toán sử dụng rất nhiều kim, khối lượng dây dẫn liên kết các kim dẫn xuống đất nhiều ảnh hưởng đến mỹ quan và kiến trúc công trình, các loại kim này thường bị rỉ sét, đứt gãy, tuổi thọ của hẹ thống thấp. Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học công nghệ, con người đã nghiên cứu, chế tạo ra nhiều thiết bị và phương pháp chống sét ưu việt hơn.

2. Chống sét trực tiếp theo nguyên lý điện từ phát xạ sớm - (ESE)

Giải pháp chống sét theo nguyên lý điện từ phát xạ sớm -ESE được các chuyên gia nghiên cứu chống sét hàng đầu thế giới đề xuất vào năm 1967 dựa trên cơ sở chống sét cổ điển của Benjamin Franklin, bổ sung thêm đầu thu sét phát xạ sớm, nhằm kéo dài khoảng cách đón dòng điện sét làm cho phạm vi bảo vệ của kim thu sét được mở rộng hơn.          

  Nguyên lý cấu tạo của đầu thu sét phát xạ sớm chủ yếu nhằm làm giảm hiệu ứng CORONA ( hiện tượng phóng tia lửa hay tiếp đất ) tăng cường độ điện trường tại đầu kim thu, tạo điều kiện tối ưu để tập trung năng lượng kích phát dòng tiên đạo từ đầu kim hướng về đám mây dông để đón bắt dòng tiên đạo của sét từ đám mây dông đánh xuống. Phương pháp này có nhiều nổi trội :

-   Độ tin cậy cao.

-   Vùng bán kính bảo vệ rộng.

-   Đẹp, mĩ quan.

-   Tuổi thọ bền lâu.      

   Đây là phương pháp chống sét được các nước tiên tiến áp dụng. Ở Việt Nam, những năm gần đây đa số các nhà máy, công trình và nhiều nhà dân cũng áp dụng phương pháp này.

3.  Chống sét trực tiếp theo Công nghệ phân tán tích điện - (DAS)

Hệ thống phân tán điện tích ( Hệ thống năng lượng sét ) - DAS nhằm ngăn ngừa sự hình thành tia sét. Hệ thống này hoạt động theo nguyên lý phóng điện điểm dựa trên hiện tượng CORONA, với hàng ngàn điểm nhọn bằng kim loại tạo ra ion bên trên hệ thống và ngăn ngừa sự hình thành tiên đạo sét.    

 Khác với hệ thống chống sét đánh trực tiếp dùng điện cực FranKlin hay điện cực phát tia tiên đạo  sớm(ESE), hệ thống này thực hiện bằng cách liên tục giảm chênh lệch hiệu điện thế giữa mặt đất và đám mây dông tích điện xuống dưới mức khả năng xuất hiện tiên đạo sét, do đó không xảy ra sét.