1. Các vật tư chống sét hiện nay
- Kim thu sét (Lightning Rod): Tiếp nhận sét trực tiếp (ví dụ: kim Franklin, kim thu sét phát xạ sớm ESE).
- Cáp thoát sét (Down Conductor): Dẫn dòng sét xuống đất (thường bằng đồng hoặc nhôm).
- Hệ thống tiếp địa (Grounding System): Cọc tiếp đất, hóa chất giảm điện trở, cáp đồng trần.
- Thiết bị cắt lọc sét (Surge Protection Devices - SPD): Bảo vệ hệ thống điện, viễn thông khỏi xung sét lan truyền.
- Vòng tiếp đất (Equipotential Bonding): Liên kết các vật dẫn để cân bằng điện thế.
- Vật liệu chống sét lan truyền: Ống thép mạ kẽm, thanh đồng.
2. Vật tư chống sét được ưa chuộng nhất
- Kim thu sét phát xạ sớm (ESEAT): Phổ biến ở các công trình cao tầng do khả năng bảo vệ phạm vi rộng.
- SPD (Thiết bị cắt lọc sét): Được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện dân dụng và công nghiệp.
- Hệ thống tiếp địa tiên tiến: Kết hợp cọc tiếp đất và hóa chất giảm điện trở.
Lưu ý: Tùy quy định địa phương và loại công trình, vật tư ưa chuộng có thể khác nhau. Ví dụ, ở Việt Nam, hệ thống tiếp địa và SPD được ưu tiên do tính thực tiễn.
3. Chất liệu phổ biến
Các vật tư chống sét được làm từ những vật liệu có tính dẫn điện cao và khả năng chống ăn mòn:
Kim thu sét (Lightning Rod):
- Chất liệu: Đồng, hợp kim đồng mạ thiếc, thép không gỉ, hoặc nhôm.
- Lý do: Đồng dẫn điện tốt nhất (độ dẫn ~ 58 MS/m), chống oxy hóa. Thép không gỉ và nhôm thường dùng ở khu vực ven biển để chống muối.
Cáp thoát sét (Down Conductor):
- Chất liệu: Cáp đồng trần, cáp nhôm lõi thép (AACSR), hoặc cáp mạ đồng.
- Lý do: Đảm bảo dẫn dòng sét (cường độ lên tới 200 kA) mà không bị nóng chảy.
Hệ thống tiếp địa:
- Cọc tiếp đất: Đồng nguyên chất, thép mạ đồng, hoặc thép mạ kẽm.
- Hóa chất giảm điện trở: Than cốc, bentonite, muối khoáng.
- Lý do: Đồng ít bị ăn mòn trong đất, thép mạ đồng phù hợp với đất có tính axit.
Thiết bị cắt lọc sét (SPD):
- Chất liệu: Metal Oxide Varistor (MOV) hoặc Spark Gap (khe hở phóng điện).
- Lý do: MOV chặn xung sét bằng cách chuyển từ trạng thái cách điện sang dẫn điện khi điện áp vượt ngưỡng.
Vòng tiếp đất (Bonding):
- Chất liệu: Thanh đồng, dây đồng trần.
4. Độ bền của vật tư chống sét
Độ bền phụ thuộc vào chất liệu, môi trường lắp đặt và bảo trì:
| Vật tư | Độ bền trung bình | Yếu tố ảnh hưởng |
|----------------------|-------------------------------------|------------------------------------------|
| Kim thu sét | 20–50 năm (đồng) | Môi trường khí hậu (ẩm, muối, ô nhiễm). |
| Cáp thoát sét | 25–40 năm | Dòng sét thường xuyên, cơ học (gió). |
| Cọc tiếp đất | 15–30 năm (thép mạ kẽm), 30–50 năm (đồng) | Độ pH của đất, độ ẩm, hóa chất. |
| SPD | 8–15 năm | Số lần chịu xung sét, nhiệt độ hoạt động. |
Ví dụ:
- Đồng nguyên chất có tuổi thọ cao nhất (~50 năm) nhưng đắt tiền.
- Thép mạ kẽm dễ bị ăn mòn trong đất mặn hoặc axit, chỉ bền ~15–20 năm.
- SPD cần thay thế định kỳ do hao mòn linh kiện điện tử.
5. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống chống sét hoạt động dựa trên 3 nguyên lý chính (Dẫn sét an toàn xuống đất + triệt tiêu xung lan truyền):
a. Tiếp nhận và dẫn dòng sét
- Nguyên lý tiên phong (Streamer Theory): Kim thu sét tạo ra ion hóa không khí, thu hút tia sét vào nó thay vì công trình.
- Dẫn dòng sét: Cáp thoát sét đưa dòng điện (~30,000–200,000 Ampe) xuống đất qua đường trở kháng thấp nhất.
b. Tiêu tán năng lượng
- Hệ thống tiếp địa: Phân tán dòng sét vào lòng đất, giảm điện áp dư. Điện trở tiếp đất tiêu chuẩn ≤ 10Ω.
- Hóa chất giảm điện trở (bentonite, than cốc) giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa cọc tiếp đất và đất.
c. Bảo vệ lan truyền
SPD (Surge Protection Device):
- MOV: Chặn xung sét bằng cách chuyển đột ngột từ cách điện sang dẫn điện khi điện áp vượt ngưỡng (ví dụ: 600V).
- Spark Gap: Tạo khe hở phóng điện để chuyển hướng xung sét.
d. Cân bằng điện thế (Equipotential Bonding)
- Liên kết các hệ thống kim loại (ống nước, khung nhà) để tránh chênh lệch điện áp gây phóng điện nguy hiểm.
Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chống sét
- Chất liệu dẫn điện kém: Làm tăng điện trở, gây quá nhiệt hoặc phóng điện phụ.
- Lắp đặt sai kỹ thuật: Ví dụ, cọc tiếp đất đặt quá nông (<2.5m) sẽ không tiêu tán hết năng lượng.
- Không bảo trì định kỳ: SPD hỏng, cáp thoát sét bị đứt, điện trở tiếp đất tăng theo thời gian.
6. Các công ty chuyên sản xuất vật tư chống sét
Toàn cầu:
- Erico (Hoa Kỳ): Chuyên hệ thống tiếp địa và SPD.
- Pentair (Thụy Sĩ): Nổi tiếng với công nghệ tiếp đất và kim thu sét.
- ABB (Thụy Sĩ/Thụy Điển): Thiết bị chống sét cho công nghiệp.
- Dehn (Đức): SPD và giải pháp chống sét lan truyền.
Việt Nam:
- Công ty TNHH Phan Long: Cung cấp kim thu sét ESE, hệ thống tiếp địa.
- Công ty Cổ phần Chống sét Thăng Long: SPD và thiết bị đo điện trở.
- Công ty TNHH Cơ Điện Lạnh Miền Nam (SEMC): Nhập khẩu và phân phối SPD từ Dehn, OBO.
7. Xu hướng vật tư chống sét trong tương lai
Tương lai gần (5–10 năm):
- Tích hợp IoT: Hệ thống giám sát điện trở tiếp đất và cảnh báo sét qua app.
- Vật liệu siêu dẫn/nano: Cải thiện hiệu suất dẫn sét.
- SPD thông minh: Tự động phát hiện và cắt xung sét.
Tương lai xa (10–20 năm):
- Công nghệ laser dẫn sét: Dùng tia laser để định hướng sét (đang thử nghiệm).
- Vật liệu tự phục hồi: Tự sửa chữa hư hỏng do sét đánh.
- Hệ thống chống sét tích hợp năng lượng tái tạo: Kết hợp với pin mặt trời, turbine gió.
Yếu tố ảnh hưởng xu hướng
- Biến đổi khí hậu: Tăng tần suất sét, đòi hỏi hệ thống bảo vệ mạnh hơn.
- Tiêu chuẩn an toàn mới: IEC, NFPA cập nhật yêu cầu kỹ thuật.
- Phát triển đô thị thông minh: Nhu cầu tích hợp hệ thống chống sét vào IoT.
Hy vọng thông tin này hữu ích, giúp bạn tìm được bộ chống sét như ý! 😊