Tại sao chúng ta cần hệ thống chống sét?

Sét và bản chất, sự nguy hiểm và vấn đề phòng chống sét

Sét là một trong những hiện tượng thiên nhiên mạnh mẽ có sức tàn phá lớn mà từ lâu con người đã tìm cách chế ngự.

Dòng sét là nguồn năng lượng cao, trị số dòng đỉnh có thể đạt tới 200kA. Điện thế và dòng điện gia tăng nhiều lần trong khoảng thời gian 1ms tới 100ms đối với tia sét đầu tiên, 0.1ms tới 1ms đối với các tia sét kế tiếp. Với tốc độ gia tăng điện thế 12.000V/ms và dòng điện 10kA/ms tạo thành xung điện có dạng xung nhọn có độ dốc cực lớn. Sau xung sét đầu tiên, các đám mây tích điện xung quanh sẽ phóng điện qua đường dẫn được hình thành từ  lần phóng điện đầu tiên “Lối mòn” xuống đất. Các nghiên cứu đã ghi nhận tới 16 xung sét đánh liên tục qua 1 đường dẫn xuống đất.

Năng lượng trung bình của một cú sét chỉ vào khoảng 55Kwh. Đây là con số nhỏ so với một máy phát điện trung bình. Nhưng vấn đề chính là ở chỗ năng lượng đó được giải phóng chỉ trong vòng từ 100 – 300ms và cường độ đạt đến cực đại trong vòng 1¸2ms. Do vậy, việc chống sét không chỉ đơn giản là lắp đặt các kim thu sét mà còn ở chỗ làm thế nào để chuyển và triệt tiêu hoàn toàn số năng lượng sét an toàn xuống đất.

Đã từ lâu con người đã tìm cách chế ngự hiện tượng thiên nhiên này. Năm 1752 nhà bác học người Mỹ Benjamin Franklin đã khám phá ra nguyên tắc cơ bản trong việc phòng chống sét đó là hệ thống thu lôi. Hệ thống thu lôi ra đời đã thực sự là một giải pháp bảo vệ cho các công trình kiến trúc tránh được những tác hại của sét. Một thiết bị bằng cột kim loại có đầu nhọn nhằm để tăng hiệu ứng phóng điện tích (cột thu lôi) nối bằng dây dẫn kim loại với bãi tiếp địa gồm các lưới và cọc kim loại chôn trong đất có điện trở tiếp địa <10 Ohm có tác dụng thu và dẫn sét xuống đất ngăn ngừa được hiện tượng sét đánh vào công trình kiến trúc cần được bảo vệ.

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật con người không ngừng tạo ra cho mình những sản phẩm kỹ thuật mới để phục vụ nhu cầu ngày càng cao của xã hội loài người, trong đó các sản phẩm mới trong lĩnh vực điện tử tin học đã và đang đạt được những thành tựu vô cùng to lớn. Các sản phẩm điện tử ngày nay được ứng dụng rộng rãi trong mọi hoạt động sống của con người, chúng ta đạt tới trình độ công nghệ cao có hiệu suất biến đổi năng lượng cao, vì vậy chúng hết sức nhạy cảm với các nguồn năng lượng cung cấp. Ta coi nguồn năng lượng tạo ra khi các xung sét cảm ứng vào các đường truyền năng lượng của hệ thống thiết bị cũng là một nguồn năng lượng cung cấp ngoài ý muốn thì với tính chất đột biến và không điều khiển được của nguồn năng lượng này, hệ thống thiết bị công nghệ cao vô cùng nhạy cảm sẽ bị hủy hoại trong khoảnh khắc và hậu quả của nó là một hệ thống thông tin bị tê liệt, một ngân hàng dữ liệu – thành quả lao động của con người – bị phá hủy, đó thực sự là một tai họa.

Như vậy vấn đề phòng chống lại tác hại của hiện tượng cảm ứng và lan truyền của sét trở thành một vấn đề quan trọng và không thể thiếu được đối với bất kỳ một hệ thống thiết bị điện tử tin học được sử dụng rộng rãi hiện nay.

Tác hại và ảnh hưởng của sét

Tia sét là một hiện tượng tự nhiên gây ra nhiều thiệt hại lớn cho con người. Bên cạnh những nguy hiểm vốn có đối với con người, sét còn có khả năng gây hư hỏng cho các thiết bị điện tử đắt tiền, gây gián đoạn đối với công việc kinh doanh.

Ảnh hưởng trực tiếp của sét

Ảnh hưởng trực tiếp của sét là làm hư hỏng công trình xây dựng thông qua hệ thống điện.

Dòng điện được phóng ra trong quá trình sét đánh lớn khoảng 30.000A, Sự phóng điện này làm tăng mức độ hư hỏng và điện thế tiếp xúc giữa công trình và đất, từ đó gây nguy hiểm cho các thiết bị cũng như người bên trong và xung quanh công trình. Thêm vào đó, khả năng lan truyền năng lượng sét từ vật kim loại này sang vật kim loại khác gây mất khả năng điều khiển hệ thống điện bên trong công trình.

Đỉnh năng lượng của một quá trình sét phóng điện trực tiếp có giá trị trung bình khoảng 100MW/m. Kết quả của một quá trình sét đánh có thể làm hư hỏng về mặt vật lý của công trình như gạch, các tính chất vật lý của công trình không được bảo vệ. Trong một số trường hợp, nhiệt lượng sinh ra trong quá trình phóng điện có thể làm nóng một số vật liệu gây ra khả năng xảy ra một vụ cháy.

Ảnh hưởng gián tiếp của sét

Gây ra khả năng hỏng máy tính, các thiết bị viễn thông và hệ thống báo động lắp đặt trong công trình do xung sét hay sét lan truyền. Thậm chí, nếu công trình có hệ thống bảo vệ sét đánh trực tiếp thì vẫn có nguy cơ xuất hiện một xung quá điện áp truyền từ cáp bên ngoài như cáp điện lực, cáp truyền dữ liệu hay hệ thống tiếp đất. Năng lượng cao từ xung quá điện áp này có thể xuất hiện thông qua  các dung kháng nối đất hay cảm ứng từ sét ở cách xa vài kilometre.

Ảnh hưởng lên đường dây điện

Sét lan truyền thường xuất hiện trên đường cáp điện lực ở trên cao. Kết quả là xuất hiện một quá điện áp gây ảnh hưởng gián tiếp đến các công trình, cao ốc thông qua đường dây điện. Sét đánh trực tiếp hay gián tiếp thông qua các dây pha hay gần cọc tiếp đất đều gây ra những tác hại vô cùng lớn, việc này tạo điều kiện thuận lợi cho các xung quá điện áp và xung sét vào hệ thống tải qua cáp dẫn bên ngoài. Hơn nữa, hiện tượng cảm ứng hay những nhân tố bên ngoài như sự chuyển mạch hay sự bất ổn định của nguồn điện cũng gây ra hậu quả tương tự. Hậu quả từ sự lan truyền của các xung quá điện áp hay xung sét làm cho bạn khó có thể tính chính xác chi phí tổn hao thật sự mà nó đem lại:

– Giá của việc thay thế các thiết bị hư hỏng.

– Mất thu nhập trong quá trình công việc bị gián đoạn.

– Giảm sản lượng.

– Giảm khả năng phục vụ khách hàng.

Ảnh hưởng lên đường điện thoại

Sét cũng là nguyên nhân gây hư hỏng thiết bị do lan truyên trên dây điện thoại. Giống như cáp điện lực, các loại cáp điện thoại treo hay chôn ngầm đều đều có khả năng bị cảm ứng bởi sét. Hơn nữa, các đường dây điện thoại và điện lực chạy song song nhau cũng là nguyên nhân của sự lan truyền sét bằng nhiều cách khác nhau. Một dây điện có thể rơi và bắt ngang qua cáp điện thoại, nếu xuất hiện sự cố trên cáp điện sẽ tạo nên quá điện áp do hiện tượng cảm ứng.

Ảnh hưởng lên cáp truyền số liệu

Sự kết nối các hệ thống máy tính trong mạng nội bộ (LAN) với hệ thống mạng Internet (WAN)  được thực hiện nhờ modem, Swich, Router … thông qua đường dây điện thoại, đường truyền số tốc độ cao  sử dụng loại cáp có vỏ kim loại. Cả hai trường hợp này đều có khả năng chịu tác động bởi sét lan truyền như trên đường dây điện thoại.

Giải pháp chống sét toàn diện

Tại Thái Sơn, chúng tôi hoàn toàn nhận thức được rằng tất cả những rủi ro này cần được xem xét và bảo vệ khi tư vấn giải pháp và lắp đặt hệ thống chống sét. Với hơn 20 năm kinh nghiệm, sự hỗ trợ và chuyên môn của chúng tôi đã hỗ trợ rất nhiều doanh nghiệp, cả lớn và nhỏ, đạt được hiệu quả chống sét toàn diện.

Chúng tôi cung cấp một giải pháp toàn diện gồm 4 bước để đi đến thiết kế một hệ thống chống sét cho toàn bộ công trình, chống xung sét và hệ thống tiếp đất tập trung. Phương án này bao gồm một số kỹ thuật và khái niệm nhằm thiết kế một môi trường làm việc an toàn, tránh ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp của sét.

– Xác định và chuẩn bị cho khu vực cần bảo vệ.

– Tạo một hệ thống tiếp đất nối tiếp.

– Bảo vệ chống sét qua đường dây điện.

– Bảo vệ chống sét qua đường truyền tín hiệu, truyền số liệu.