Tìm hiểu về cột chống sét và hệ thống chống sét

Sét là hiện tượng thiên nhiên thường xuất hiện vào mùa giông bão. Nguồn điện từ tia sét có công suất rất lớn và có khả năng gây nguy hiểm tới sức khỏe, tính mạng con người. Ngoài ra, nó còn có thể gây hư hại tài sản. Để phòng tránh những nguy cơ do sét gây ra, nhiều hộ gia đình cũng như chủ đầu tư, công trình đã lắp đặt hệ thống chống sét giúp bảo vệ an toàn cho công trình, các thiết bị trong nhà, và đảm bảo an toàn cho con người. Vậy cột chống sét là gì, nó được làm như thế nào? Sau đây hãy cùng EvnBamBo tìm hiểu thông tin về cột chống sét nhé!

Khái niệm cột chống sét

Cột chống sét hay còn gọi là cột thu lôi, là 1 thanh kim loại hoặc vật bằng kim loại được gắn trên đỉnh của 1 tòa nhà, điện ngoại quan bằng cách dùng 1 dây dẫn điện để giao tiếp với mặt đất hoặc “đất” thông qua 1 điện cực. Nó được thiết kế để bảo vệ tòa nhà trong trường hợp bị sét tấn công. Khi sét đánh xuống mục tiêu là công trình xây dựng và sẽ đánh vào cột thu lôi rồi truyền tải xuống đất thông qua dây dẫn thay vì chạy qua tòa nhà. Bởi nếu nó chạy qua tòa nhà thì dễ gây chập, cháy điện. Hơn hết, nó còn giúp giảm nguy cơ từ sét

Sự ra đời của cột chống sét

Cột chống sét được ra đời vào năm 1752 bởi 1 nhà khoa học người mỹ tên là Benjamin Franklin. Khi ông đang làm 1 thì nghiệm về điện trong khí quyển rất nổi tiếng. Ông đã buộc 1 chiếc diều vào 1 chiếc cột nhà. Ở đó ông cũng buộc thêm 1 chiếc chìa khóa. Khi cơn giông ập tới, mưa bắt đầu rơi xối xả, thấm ướt vào chiếc diều. Sấm sét khi đó rất đáng sợ, nó đánh vào con diều. Do diều bị ẩm nên nó có khả năng dẫn điện. Franklin đã sờ vào chìa khóa và cảm thấy bị điện giật rất đáng sợ. Sau đó, ông sử dụng chai Leyden (hình thức ban đầu của tụ điện) để tích điện và đã tích được 1 lượng lớn điện.

Benjamin Franklin thực hiện thí nghiệm này cùng với con trai mình là William Franklin. May mắn cho Benjamin vì chỉ sau đó 1 năm, nhà vật lý người Nga gốc Đức  Georg Wilhelm Richmann trong 1 thì nghiệm tương tự đã bị sét đánh chết.

Nhờ có thí nghiệm trên, Benjamin Franklin đã mạnh dạn sử dụng cột thu lôi đầu tiên tại Philadelphia. Sau nhiều ngày dông bão, căn nhà của ông, nơi đặt chiếc cột thu lôi đó không bị ảnh hưởng gì. Thấy vậy, dân chúng quanh vùng Philadelphia cũng làm theo. Dần dần thì cột thu lôi đã trở lên phổ biến.

Sau này, Benjamin Franklin đã cho thấy sự hữu ích của cột thu lôi trong cuốn sách The Poor Richard Almanach.

Cấu tạo cột thu lôi

Cột thu lôi gồm 1 thanh kim loại dài nối từ đỉnh công trình tới mặt đất.Trên cùng của cột thu lôi có 1 đầ nhọn để tập trung tia sét. Sau này, để tăng thêm độ an toàn, người ta lắp thêm vỏ ngòa bằng sứ, để ngăn chặn ảnh hưởng của sét tới các công trình

Nguyên lý hoạt động của cột thu lôi

Cột chỉ hoạt động khi có giông bão. Khi đó, các đám mây đã tích điện tích âm và mặt đất tích điện tích dương. Giữa mây và mặt đất có hiệu điện thế rấy lớn. Khi đó, sét được hình thành. Những chỗ nhô cao trên mặt đất như những mũi nhọn là nói có điện trường mạnh nhất. Sau khi hình thành, sét sẽ đánh vào những chỗ đó nhiều nhất (vì thế mà khi có sét chúng ta không nên đứng tại những chỗ đất nhô cao hoặc trú mưa dưới gốc cây mà nên nằm xuống). Khi đó, mui nhọn của cột thu lôi sẽ phát huy tác dụng. Do ở trên cao và nhọn, cột thu lỗi sẽ có điện trường lớn nên sét sẽ đánh vào đó.

Sau khi bị sét đánh, nó sẽ dẫn dòng điện xuống dưới mặt đất, dòng điện sẽ được trung hòa về điện do lúc này, đất mang điện tích dương còn dòng điện trong cột thu lôi mang điện tích âm

Tác dụng của cột thu lôi

Phạm vi bảo vệ của cột thu lôi đó là khoảng không gian quanh cột thu lôi, bao bọc và bảo vệ về mặt chống sét cho các công trình mà người ở bên trong, không xác định bằng thực nhiệm. Phạm vi bảo vệ của hệ thu lôi phụ thuộc vào chiều cao của cột thu lôi (độ cao đỉnh kim). Cột thu lôi càng cao thì phạm vi bảo vệ của nó càng lớn.

Lưu ý khi làm cột thu lôi

• Cột chống sét cần được lắp ở vị trí cao để tăng phạm vi bảo vệ. Nhưng, cũng không nên lắp quá cao vì nó có thể bị bão làm cho nghiên hay đổ, làm mất tác dụng và sức chịu đựng của cột.
• Đế và trụ đỡ kim thu sét thường được làm từ sét tráng kém với đường kính khoảng 60mm và dài hơn 2m
• Dây dẫn sét được nối từ cột chống sét xuống đất thường được làm từ đồng trần hoặc các loại cáp thoát sét chống nhiễu
• Tùy theo điều kiện đặc trưng của từng công trình, nhà ở mà bạn cần có sự tính toán, thiết kế và lắp đặt cụ thể, mang tới sự an toàn, tối ưu cho công trình và cho người dùng.

Hệ thống chống sét

Chống sét đánh thẳng

Cấu hình của chống sét đánh thẳng gồm 3 phần:

Đầu kim thụ sét: thường được làm bằng thép mạ động, đồng thau đúc bằn inox. Lựa chọn chiều dài của kim loại phụ thuộc vào cấu trúc của công trình cần được bảo vệ.

Dây dẫn sét: Dây dẫn sét từ các đầ kim thu tới hệ thống tiếp đất. Nó thường được làm từ đồng lá hoặc cáp đồng trần. Tiết diện của nó được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế (NFC 17 102 của Pháp) từ 50mm2 tới 75mm2.

 Hệ thống tiếp đất: Nó dùng để tản dòng điện sét trong đất

Cấu hình của hệ thống tiếp đất gồm:

• Các cọc tiếp địa: thường có chiều dài từ 2.4 tới 3m, đường kính ngoài từ 14 tới 16mm. Nó được chôn thẳng đứng và các mặt đất từ 0.5 đến 1m. Khoảng cách cọc với cọc từ 3 tới 15m.
• Dây tiếp đất. Thường là cáp đồng trần có tiết diện từ 50 tới 75mm2 sử dụng để liên kết các cọc tiếp địa lại với nhau. Cáp này thường nằm âm dưới đất từ 0.5 tới 1m.
• Ốc siết cáp hoặc mối hàn hóa nhiệt Cadweld: sử dụng để liên kết các cọc tiếp địa lại với nhau.

Công nghệ chống sét đánh thẳng

Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ tiêu tán đám mây điện tích không cho hình thành tia tiên đạo sét (dissipation array system).

Hiện nay, tại Việt Nam công nghệ này rất ít được sử dụng do nó có giá thành cao. Chỉ được ứng dụng vào 1 số công trình cần thiết

Các hãng sản xuất như:  LEC – USA, LIGHTING PREVECTION SYSTEM _ USA.

Cấu hình của loại này gồm có 3 phần:

Các đầu phát ion dương: Thường làm bằng thép mạ đồng hoặc bằng inox. Các đầu phát ion dương được thiết kế dạng quả cầu nhiều gai. Dạng cái dù nhiều gai, hoặc dạng cánh dơi nhiều gai

Dây dẫn sét: Dùng để dẫn dòng ion dương từ mặt đất đi lên các thiết bị phát ion dương. Thường làm bằng cáp đồng trần, tiết diện của dây dẫn được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế ( nfc 17 102 của Pháp ) từ 50mm2 đến 75mm2.

Hệ thống tiếp đất:  Sử dụng để tản dòng điện sứt ở trong đất. Hệ thống tiếp đất này có cấu hình gồm:

• – Các cọc tiếp đất: thường dài từ 2,4 mét đến 3 mét. Đường kính ngoài thường 14– 16mm. Được chôn thẳng đứng và cách mặt đất từ 0,5 đến 1 mét. Yêu cầu dây cáp tiếp đất này phải được nối thành một mạch vòng kín trước khi nối với dây dẫn sét.
• – Ốc siết cáp hoặc mối hàn hoá nhiệt cadweld: dùng để liên kết dây tiếp đất và các cọc tiếp đất với nhau.

Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ phát tia tiên đạo sớm ( Early Streamer Emission ).

Các hãng sản xuất: INDELEC – PHÁP, SATELIT – PHÁP, HELITA – PHÁP, POUYET – PHÁP, PARATONNRRES – PHÁP, ERICO – ÚC. INGESCO – TÂY BAN NHA.

Cấu hình của loại này gồm có 3 phần:

Đầu thu lôi: Dùng để phát tia tiên đạo đi lên thu hút sét về nó. Đầu thu lôi được gắn trên trụ đỡ có độ cao trung bình  là 5 mét so với đỉnh của công trình cần được bảo vệ.

Dây dẫn sét: Dùng để dẫn dòng sét đầu thu lôi đến hệ thống tiếp đất. Thường làm bằng đồng lá hoặc cáp đồng trần, tiết diện của dây dẫn được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế (nfc 17 102 của pháp ) từ 50mm2 đến 75mm2.

Hệ thống tiếp đất: Dùng để tản dòng điện sét trong đất. Cấu hình của hệ thống tiếp đất này gồm:

• Các cọc tiếp đất: thường dài từ 2.4 mét đến 3 mét. Đường kính ngoài thường là 14 – 16mm. Được chôn thẳng đứng và cách mặt đất từ 0,5 đến 1 mét. Khoảng cách cọc với cọc từ 3 đến 15 mét.
• Dây tiếp đất: thường là cáp đồng trần có tiết diện từ 50 đến 75mm2 dùng để liên kết các cọc tiếp đất này lại với nhau. Cáp này nằm âm dưới mặt đất từ 0,5 đến 1 mét.
• Ốc siết cáp hoặc nối hàn hoá nhiệt cadweld: dùng để liên kết dây tiếp đất và các cọc tiếp đất với nhau.

Chống sét lan truyền

Chống sét lan truyền cho trạm biến áp 1000v (1kv)

Dùng chống sét Van là ( Lightning Arrester ) lắp tại đầu đường dây vào trạm biến áp để cắt xung điện sét xuống đất.

– Dùng chống sét van sơ ( gọi là thiết bị cắt sét nguồn 3 pha hoặc 1 pha ), lắp song song với nguồn điện để cắt giảm xung điện sét lớn xuống đất. Cấu hình của loại này gồm có 3 phần:

•  Van cắt sét: Dùng để cắt xả xung điện sét lan truyền trên lưới hạ thế xuống đất, trước khi nó có thể theo nguồn điện đi vào phụ tải.
• Dây dẫn sét: Dùng để dẫn dòng sét từ điểm nút mạng đến van cắt sét và từ van cắt sét đến hệ thống tiếp đất.
• Hệ thốn tiếp đất: Dùng để tản dòng điện sét trong đất. Cấu hình của hệ thống tiếp đất này gồm:

– Các cọc tiếp đất: thường dài từ 2,4 mét đến 3 mét. Đường kính ngoài thường là 14 – 16mm. Được chôn thẳng đứng và cách mặt đất từ 0.5 đến 1 mét.

– Ốc siết cáp hoặc mối hàn hoá nhiệt CADWELD: dùng để liên kết dây tiếp đất và các cọc tiếp đất với nhau.

• Cấu tạo của van cắt sét: Van cắt sét được chế tạo từ ô xýt kim loại ( metal oxide varristor – mov ) thường là ô xýt kẽm. Đặc điểm của loại vật liệu này là chì có thể dẫn điện ở điện áp cao và sẽ trở thành vật cách điện ở điện áp thấp, điện càng cao thì dòng điện thông mạch càng lớn và điện áp càng giảm thì dòng thông mạch càng giảm về zê rô ( còn gọi là khối điện trở phi tuyến )
• Nguyên lý làm việc của van cắt sét: Khi sét đánh trực tiếp vào đường dây hạ thế 3 pha 220/380vac – 50hz, hoặc sét đánh vào vùng lân cận rồi cảm ứng vào đường dây hạ thế rồi lan truyền vào van cắt sét trước khi nó đến phụ tải (các thiết bị dùng điện). Xung điện sét này có biên độ điện áp lớn làm cho điện trở phi tuyến của van cắt sét ngưỡng dẫn, lúc này nó sẽ mở mạch để độ điện áp lớn làm cho điện trở phi tuyến của van cắt sét ngưỡng dẫn, lúc này nó sẽ mở mạch cho dòng điện sét đi qua nó xuống đất. Khi xung điện sét giảm thấp đến dưới giá trị điện áp ngưỡng của van cắt dét thì điện trở phi tuyến của van cắt sét sẽ tan nhanh để ngắt dòng cắt xung sét.

Dùng thiết bị cắt lọc sét (thường là lắp nối tiếp với phụ tải) để vừa cắt xung điện sét, vừa lọc được các loại sóng hài, các nhiễu tần số cao của sét.

Cấu hình: loại này gồm có 3 phần:

Thiết bị lọc sét: Dùng để cắt xả xung điện sét lan truyền trên lưới hạ thế xuống đất và lọc các sóng hài các nhiễu tần số cao trước khi chúng có thể theo nguồn điện đi vào phụ tải.

Dây dẫn sét: Dùng để dẫn dòng sét từ thiết bị cắt lọc sét sét đến hệ thống tiếp đất.

Hệ thống tiếp đất: dùng để tản dòng điện sét trong đất. Cấu hình của hệ thống tiếp đất này gồm:

• Các cọc tiếp đất: thường dài từ 2,4 mét đến 3 mét. Đường kính ngoài thường là 14 – 16mm. Được chôn thẳng đứng và cách mặt đất từ 0,5 đến 1 mét. Khoảng cách cọc với cọc từ 3 đến 15 mét.
• Dây tiếp đất: thường là cáp đồng trần có tiết diện từ 50 đến 75mm2 dùng để liên kết các cọc tiếp đất này lại với nhau . Cáp này nằm âm dưới mặt đất từ 0.5 đến 1 mét.
• Ốc siết cáp hoặc mối hàn hoá nhiệt cadweld: dùng để liên kết dây tiếp đất với nhau.

Cấu tạo của thiết bị cắt lọc sét thường bao gồm:

• Van cắt sét sơ cấp ( nằm phía trước )
• Bộ lọc sóng hài và nhiễu ( nằm giữa)
• Van cắt sét thứ cấp ( nằm phía sau)

Van cắt sét sơ cấp và thứ cấp được chế tạo từ ô xýt kim loại ( metal oxide varristor – mov ) thường là ô xit kẽm. Đặc điểm của loại vật liệu này là chỉ có thể dẫn điện ở điện cáp cao và sẽ trở thành vật cách điện ở điện áp thấp, điện áp càng cao thì dòng điện thông mạch càng lớn và điện áp càng giam thì dòng thông mạch càng giảm về zê rô ( còn gọi là khối điện trở phi tuyến ).

Bộ lọc sóng hài được cấu tạo từ cuộn kháng điện I và các tụ lọc, cuộn khán I được lắp nối tiếp với mạch điện còn tụ lọc thì lắp song song với mạch điện ( nằm phí sau cuộn kháng điện I).

Nguyên lý làm việc của thiết bị cắt lọc sét:

Khi đánh sét trực tiếp vào đường dây điện hạ thế 3 pha 220/380 – 50 hz, hoặc sét đánh vào vùng lân cận rồi cảm ứng vào đường dây hạ thế rồi lan truyền vào thiết bị cắt lọc sét trước khi nó đến phụ tải ( Các thiết bị dùng điện ). Xung điện sét còn sót với biên độ thấp khi ra khỏi bộ lọc I – c thì sẽ bị van cắt sét thứ cấp cắt thêm một lần nữa. Khi xung điện sét giảm thấp đến dưới giá trị điện áp ngưỡng của van cắt thì điện trở phi tuyến của van cắt sét sẽ tăng nhanh để ngắt dòng cắt xung sét.

Chống sét lan truyền cho lưới điện hạ thế 3 pha 220/380v – 50/60hz:

Dùng chống sét Van sơ cấp: (gọi là thiết bị cắt sét nguồn 3 pha hoặc 1 pha), lắp song song với nguồn điện để cắt giảm xung điện sét lớn xuống đất.

Ưu điểm:

• Không chỉ giới hạn dòng tải nên cùng lúc có thể bảo vệ được nhiều thiết bị dùng điện.
• Vì vậy chỉ là thiết bị cắt sét sơ cấp nên thường giá thành thấp.

Nhược điểm:

• Chỉ cắt hầu hết các xung lớn mà không lọc được các thành phần tần số cao của sét, như các sóng hài, các loại nhiễu…
• Các hãng có thể đáp ứng tốt như : TPS –Úc, OBO – Đức, MCG – USA, ERICO – Úc, TERCEL – Úc.

Dùng thiết bị cắt lọc sét ( thường là lắp nối tiếp với phụ tải ) để vừa cắt xung điện sét, vừa lọc đươc các loại sóng hài của sét.

Ưu điểm:

• Bảo vệ đa cấp cho phụ tải (gồm cắt sét sơ cấp, lọc, cắt sét thứ cấp ), do đó độ an toàn cao.

Nhược điểm:

• Vì được chế tạo bảo vệ đa cấp nên nó giá thành cao.
• Vì lắp nối tiếp nên bị giới hạn với một dòng điện nhất định.
• Các hãng đáp ứng tốt như: TPS – Úc, OBO – Đức, ERICO – Úc, YERCEL – Úc.

Chống sét lan truyền cho đường dây thông tin:

• Chống sét lan truyền cho đường dây điện thoại lắp đặt trên phiến Krone 10 đôi dây: tuỳ theo mức điện áp tín hiệu, tần số làm việc, tốc độ đường truyền sẽ lựa chọn các thiết bị bảo vệ khác nhau. Các hãng có thể đáp ứng như : TPS – Úc, ERICO – Úc, TERCEL – Úc.
• Chống lan truyền trên đường dây nối mạng máy tính cáp RJ45: có nhiều hãng để lựa chọn như APC – USA, ATLENTIC – USA, ERICO – Úc, TPS – Úc.
• Chống sét lan truyền trên đường dây cáp đồng trục 75W: có nhiều hãng để lựa chọn như: ERICO – Úc, TPS – Úc, OBO –Đức.

Bài viết trên, EvnBamBo đã giới thiệu tới các bạn về cột thu lôi và hệ thống chống sét. Hi vọng bài viết này hữu ích tới các bạn. Ngoài ra, chúng tôi còn là đại lý phân phối dây cáp điện, cột thu lôi tại miền Bắc, cùng tham khảo thêm 1 số thương hiệu cáp như:

Đại lý dây cáp điện Cadisun 

Đại lý dây điện Trần Phú

Đại lý dây cáp điện Cadivi

Đại lý dây cáp điện Ls vina