Cột thu lôi là gì? Vì sao cột thu lôi đóng vai trò quan trọng cho các công trình

Cột thu lôi, còn được gọi là cột chống sét, là thiết bị quan trọng để bảo vệ các công trình khỏi nguy cơ bị sét đánh. Cùng mình tìm hiểu rõ hơn về cột thu lôi ngay trong bài viết dưới đây nhé.

1. Những điều cần biết về cột thu lôi 

1.1 Cột thu lôi là gì ?

Cột thu lôi, còn gọi là cột chống sét, là một thiết bị quan trọng trong việc bảo vệ cơ sở hạ tầng khỏi nguy cơ sét đánh. Cột thu lôi thường là một thanh kim loại hoặc vật bằng kim loại được đặt ở vị trí cao nhất của tòa nhà, kết nối với đất thông qua dây dẫn điện và điện cực. 

Cột thu lôi đã ra đời từ thí nghiệm vào năm 1752 của nhà khoa học Benjamin Franklin. Ông thả một con diều lên trời trong mưa dông, đầu trên con diều có gắn một thanh sắt nhỏ để hút các tia chớp. Thí nghiệm này chứng minh giả thuyết về tính chất của sét thực chất là sự phóng điện trong khí quyển.

Franklin đã dựng CTL đầu tiên trên mái nhà của mình để tiếp tục thử nghiệm. CTL bao gồm một thanh sắt có đầu nhọn đặt ở phần cao nhất của tòa nhà, một dây dẫn kim loại nối thanh sắt này với một thanh kim loại khác chôn dưới đất ẩm.

Nguyên lý: Khi tia chớp đánh vào đầu thanh sắt, dòng điện sẽ truyền thẳng xuống đất thông qua dây dẫn kim loại. Quá trình này tạo ra một đường dẫn an toàn cho năng lượng sét, định tuyến nó xuống đất thay vì làm hư hại bất kỳ phần nào của tòa nhà hoặc cấu trúc khác. 

Điều này giúp bảo vệ cơ sở hạ tầng và tài sản, ngăn chặn nguy cơ cháy nổ và thiệt hại do sét gây ra. Đó là lý do tại sao cột thu lôi là một thành phần quan trọng cho các công trình và tòa nhà.

Các công trình hiện nay đều làm cột thu lôi

1.2. Cấu tạo cột thu lôi

Cột thu lôi có cấu tạo gồm 3 thành phần chính đó là đầu kim thu lôi, dây dẫn, hệ thống tiếp địa. Chức năng cụ thể của từng phần như sau:

Đầu kim thu lôi: Đầu kim thu lôi có nhiều hình dạng, chất liệu là kim loại. Điểm quan trọng nhất là phần trên của nó được vuốt thành một điểm nhọn hướng lên trời. Kim thu lôi thường được lắp đặt ở điểm cao nhất trên công trình, gắn trên các cột đỡ để đảm bảo sợ cố định.

Dây thoát / Dây dẫn: Dây thoát đóng vai trò quan trọng trong hệ thống bảo vệ sét, và chức năng chính của nó là truyền dẫn dòng điện tích thu được từ đầu kim thu lôi (KTL) xuống hệ thống tiếp đất đã được kết nối. Chất liệu của dây thoát thường là kim loại, bao gồm đồng, thép mạ kẽm hoặc nhôm. Trong số các chất liệu này, đồng được xem là tốt nhất vì nó có khả năng dẫn điện tốt và không bị ăn mòn.

Hệ thống tiếp địa: Hệ thống tiếp địa là một tập hợp kim loại liên kết chôn ngầm trong đất, có điện trở thấp để thu nhận và tản dòng điện từ đầu kim thu lôi. Gồm các thành phần cơ bản như điện cực tiếp đất, dây kết nối các điện cực, bộ phận kết nối giữa điện cực và dây kết nối, hộp liên kết và đo kiểm tra điện trở và hợp chất giảm điện trở đất.

Cột thu lôi có cấu tạo khá đơn giản, gồm 3 thành phần

1.3 Các loại cột thu lôi

Có hai loại cột thu lôi phổ biến, đó là cột thu lôi Franklin truyền thống và cột thu lôi chủ động. Tìm hiểu qua về nguyên lý hoạt động của cột thu lôi, cũng như ưu điểm và hạn chế:

Cột thu lôi Franklin truyền thống:

Nguyên lý hoạt động: Cột thu lôi Franklin truyền thống dựa vào nguyên tắc của thanh sắt có đầu nhọn để thu hút tia sét. Khi tia sét đánh vào đầu kim thu lôi, dòng điện sẽ được định tuyến xuống đất thông qua dây dẫn kim loại.

Ưu điểm: Giá thành thấp, dễ lắp đặt và bảo trì, phù hợp cho các công trình nhỏ và truyền thống.

Hạn chế: Không có khả năng kiểm soát hoặc định hướng tia sét, chỉ đơn thuần thu hút.

Cột thu lôi chủ động:

Nguyên lý hoạt động: Cột thu lôi chủ động sử dụng hệ thống dò sét và điều khiển để phát ra tín hiệu ion hóa vào không gian xung quanh. Điều này tạo ra một đường dẫn ion hóa và làm dịu tia sét, định hướng nó vào cột thu lôi.

Ưu điểm: Kiểm soát tốt hơn về việc thu hút và định hướng tia sét, phù hợp cho các công trình lớn và yêu cầu cao về an toàn.

Hạn chế: Chi phí cao hơn, phức tạp hơn về kỹ thuật và bảo trì, không thích hợp cho các công trình nhỏ.

Tùy thuộc vào loại công trình, người ta có thể lựa chọn giữa hai loại cột thu lôi này. Cột thu lôi chủ động thường được ưa chuộng cho các công trình lớn và quan trọng như bệnh viện, nhà máy. Trong khi đó, cột thu lôi Franklin truyền thống thường được sử dụng cho các công trình nhỏ, có ngân sách hạn chế.

Tùy thuộc vào loại công trình mà lựa chọn loại cột thu lôi phù hợp

1.4 Nguyên lý hoạt động của cột thu lôi

Nguyên lý hoạt động của cột thu lôi có thể được hiểu đơn giản như sau:

Hiện tượng tạo điện trường: Trong thời tiết mưa dông, phần bên dưới đám mây dông tích điện âm, trong khi mặt đất phía dưới đám mây dông tích điện dương. Điều này tạo ra một điện trường có hiệu điện thế rất lớn giữa đám mây dông và mặt đất.

Sự phóng điện: Khi hiệu điện thế đạt mức tới hạn, sự phóng điện sẽ xảy ra từ đám mây dông xuống mặt đất, tạo ra sấm chớp.

Tia tiên đạo: Các điện tích trái dấu trên mặt đất và trong đám mây dông bắt đầu di chuyển theo các tia tiên đạo hướng xuống và hướng lên.

Gặp nhau và tạo đường dẫn: Khi các tia tiên đạo này gặp nhau, chúng tạo ra đường dẫn cho các dòng điện tích cực lớn di chuyển từ đám mây xuống đất, gây ra sấm chớp.

Cột thu lôi có đầu kim nhọn và diện tích đầu nhọn nhỏ, tạo ra mật độ điện tích cao. Điều này giúp tạo ra tia tiên đạo hướng lên nhanh hơn và cao hơn. 

Vị trí cao của cột thu lôi giúp nó gặp các tia tiên đạo trước, và sau khi bị đánh trúng, nó chuyển dòng điện xuống hệ thống tiếp địa để trung hòa điện tích cực lớn và khuếch tán chúng vào đất một cách an toàn.

Vị trí cao của cột thu lôi giúp nó gặp các tia tiên đạo trước và khuếch tán chúng vào đất một cách an toàn.

2. Vì sao cột thu lôi đóng vai trò quan trọng đối với các công trình?

Cột thu lôi đóng vai trò quan trọng vì nó có nhiều ưu điểm trong việc bảo vệ công trình và con người khỏi nguy cơ sét đánh:

Thu hút và định hướng tia sét: Cột thu lôi có đầu kim nhọn, đây chính là điểm thu hút tia sét. Tia sét sẽ được hút bởi đầu kim của cột thu lôi. Điều này giúp ngăn tia sét đánh vào các nơi khác trong nhà.

- Bảo vệ tài sản: Cột thu lôi giúp tia sét không đánh vào các phần của công trình như mái, tường, thiết bị điện tử và hệ thống điện. Điều này giúp bảo vệ tài sản khỏi thiệt hại và giảm nguy cơ cháy nổ.

- An toàn cho con người: Cột thu lôi bảo vệ cho những người trong ngôi nhà. Nó đảm bảo dòng điện từ tia sét sẽ được định tuyến an toàn xuống đất, không gây nguy hiểm cho người ở gần.

- Hệ thống tiếp địa: Cột thu lôi là một phần của hệ thống tiếp địa, giúp trung hòa và khuếch tán điện tích từ tia sét vào đất. Năng lượng từ sét được xử lý một cách an toàn, tránh gây hỏa hoạn hoặc thiệt hại nghiêm trọng cho công trình.

- Tuân thủ quy định và tiêu chuẩn an toàn: Trong nhiều quốc gia, việc cài đặt cột thu lôi là một phần của quy định và tiêu chuẩn an toàn. Tuân thủ quy định này để ngăn ngừa các tai nạn có thể xảy ra do sét.

Tóm lại, cột thu lôi không chỉ thu hút tia sét, mà còn đảm bảo an toàn cho tài sản và con người. Đây là lý do tại sao nó đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các công trình khỏi nguy cơ sét đánh.

Cột thu lôi giúp đảm bảo an toàn cho người trong nhà và công trình

3. Phân loại hệ thống cột thu lôi

Hệ thống cột thu lôi có thể được phân loại dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm mục đích sử dụng, thiết kế và cách cài đặt. Thông thường sẽ được phân chia thành 4 loại chính đó là:

3.1 Chống sét đánh thẳng vào nhà dân

Hệ thống chống sét đánh thẳng vào nhà dân bảo vệ tòa nhà và người dân khỏi nguy cơ sét đánh trực tiếp. Hệ thống này được thiết kế để thu hút tia sét tránh đánh trực tiếp vào tòa nhà hoặc công trình dân dụng.

Nó giúp ngăn chặn các rủi ro và thiệt hại tiềm ẩn do tia sét gây ra, bảo vệ tài sản và tính mạng của người dân. Phân loại dựa trên mục tiêu sử dụng bao gồm:

- Chống sét cho công trình dân dụng: Dành cho các nhà ở, biệt thự, trường học và các công trình dân dụng khác.

- Chống sét cho tòa nhà và cao ốc: Sử dụng cho các tòa nhà cao tầng, chung cư và văn phòng.

- Chống sét cho nhà máy và nhà xưởng: Sử dụng trong các môi trường công nghiệp và sản xuất.

- Chống sét cho các công trình đặc biệt: Bao gồm những công trình chứa hóa chất và xăng dầu.

Cấu tạo hệ thống chống sét đánh thẳng vào nhà dân:

- Đầu thu lôi: Được đặt ở vị trí cao nhất của tòa nhà hoặc công trình, thường nằm phía trên trụ đỡ. Đầu thu lôi phát tia tiên đạo để thu hút sét và định hướng chúng vào điểm thu hút. Điều này giúp tránh sét đánh vào các phần khác của công trình.

- Dây dẫn sét: Sử dụng cáp đồng trần hoặc đồng lá để đưa dòng sét từ đầu thu lôi về hệ thống tiếp đất. Dây dẫn sét thường có tiết diện lớn để đảm bảo dẫn điện hiệu quả.

- Hệ thống tiếp đất: Bao gồm dây tiếp đất, cọc tiếp đất và mối hàn hóa nhiệt hoặc ốc siết cáp. Hệ thống tiếp đất tác động để tản dòng điện sét vào đất một cách an toàn và hiệu quả.

Hệ thống chống sét đánh thẳng vào nhà dân là một phần quan trọng, giúp giữ an toàn cho công trình, bảo vệ tài sản và tính mạng của người dân khỏi nguy cơ sét đánh trực tiếp.

Hệ thống cột thu lôi chống sét đánh thẳng vào nhà dân

3.2 Chống sét lan truyền nhà dân

Hệ thống chống sét lan truyền nhà dân đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tòa nhà chính mà còn cả các công trình xung quanh.

Nguy cơ từ sét lan truyền:

Sét không chỉ gây nguy hiểm khi đánh thẳng vào tòa nhà mà còn có thể tạo ra xung cảm ứng lan truyền. Điều này có thể xảy ra khi một tòa nhà bị đánh sét, và dòng điện sét lan truyền qua hệ thống dây điện hoặc dây cáp đất. Các công trình xung quanh có thể trở thành điểm tiếp theo cho sét lan truyền.

Hệ thống chống sét lan truyền:

Để ngăn chặn sét lan truyền, hệ thống chống sét lan truyền nhà dân thường bao gồm các phần sau:

- Cột chống sét: Được đặt ở các vị trí chiến lược trên tòa nhà để thu hút và định hướng tia sét vào điểm thu hút chính.

- Dây dẫn sét: Các dây cáp đồng hoặc đồng lá dẫn dòng sét từ cột chống sét đến hệ thống tiếp đất.

- Hệ thống tiếp đất: Gồm dây tiếp đất, cọc tiếp đất và mối hàn hóa nhiệt hoặc ốc siết cáp để đảm bảo dòng điện sét được truyền xuống đất một cách an toàn.

Chức năng của hệ thống:

- Hệ thống chống sét lan truyền giúp ngăn chặn dòng điện sét từ tòa nhà bị đánh sét truyền sang các công trình xung quanh.

- Đầu thu lôi trên cột chống sét hút và định hướng tia sét vào điểm thu hút, từ đó tránh sét đánh vào các công trình khác.

- Hệ thống này giúp bảo vệ các công trình xung quanh tòa nhà chính khỏi nguy cơ sét lan truyền và thiệt hại do xung cảm ứng.

- Điều này đặc biệt quan trọng trong các khu dân cư và các khu vực có nhiều công trình gần nhau, giúp giảm nguy cơ cháy nổ và hỏa hoạn.

Chống sét lan truyền vào nhà dân, giảm nguy cơ cháy nổ

3.3 Chống sét lan truyền cho trạm biến áp 1.000V

Cột thu lôi cho trạm biến áp 1.000V bảo vệ hệ thống điện và tránh nguy cơ thiệt hại từ tia sét. Chức năng chính của hệ thống chống sét cho trạm biến áp 1.000V là ngăn chặn xung điện sét từ đường dây vào trạm biến áp và hướng chúng xuống đất, tránh gây hỏa hoạn hoặc thiệt hại cho trạm biến áp và hệ thống điện.

Cấu tạo hệ thống:

- Van cắt sét: Được sử dụng để cắt xả xung điện sét lớn đánh xuống mặt đất. Khi có sét đánh, van cắt sét cắt đứt đường dẫn của xung điện sét, giúp ngăn chặn dòng điện sét truyền vào trạm biến áp.

- Dây dẫn sét: Dây này có nhiệm vụ đưa dòng sét từ điểm nút mạng truyền đến van cắt sét và hệ thống tiếp đất.

- Hệ thống tiếp đất: Hệ thống này bao gồm cọc tiếp đất và mối hàn hóa nhiệt hoặc ốc siết cáp, giúp tản dòng điện sét vào đất một cách an toàn.

Hệ thống chống sét cho trạm biến áp 1.000V giúp cắt đứt dòng điện sét và định hướng nó vào đất một cách an toàn. Thiết bị cắt sét giúp bảo vệ trạm biến áp khỏi sét đánh và ngăn chặn sự lan truyền của dòng điện sét vào hệ thống điện.

Chống sét lan truyền cho trạm biến áp 1.000V

3.4 Chống sét lan truyền cho lưới điện hạ thế 3 pha 220/380V – 50/60Hz

Hệ thống chống sét cho lưới điện hạ thế 3 pha 220/380V - 50/60Hz bảo vệ hệ thống điện và thiết bị khỏi nguy cơ thiệt hại do tia sét. Có ba phương án chống sét thường được áp dụng cho lưới điện hạ thế 3 pha 220/380V - 50/60Hz:

- Cách 1: Lắp đặt chống sét van sơ cấp song song với nguồn điện để giảm thiểu xung điện sét lớn truyền xuống đất. Phương án này tập trung vào việc điều hướng sét vào một điểm thu hút chính và đảm bảo rằng dòng điện sét được truyền vào đất một cách an toàn.

- Cách 2: Lắp đặt thiết bị cắt lọc sét cho phép cắt xung điện sét và lọc các loại sóng hài của sét. Thiết bị này giúp làm giảm tác động của sét lên hệ thống điện và ngăn chặn sự lan truyền của dòng điện sét.

- Cách 3: Chống sét lan truyền cho hệ thống đường dây thông tin. Phương án này tùy thuộc vào tốc độ đường truyền, tần số làm việc, và mức điện áp tín hiệu để lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp.

Chức năng của hệ thống chống sét:

- Hệ thống chống sét có chức năng chủ yếu là ngăn chặn tác động của tia sét vào hệ thống điện, giảm nguy cơ thiệt hại cho thiết bị điện và hệ thống.

- Các phương án chống sét cung cấp các biện pháp bảo vệ khác nhau như điều hướng sét, cắt xung điện sét, lọc sóng hài và ngăn chặn sự lan truyền của dòng điện sét.

- Tóm lại, hệ thống cột thu lôi cho lưới điện hạ thế 3 pha 220/380V - 50/60Hz có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ hệ thống điện và thiết bị khỏi nguy cơ thiệt hại do tia sét và đảm bảo tính ổn định của lưới điện. Các phương án chống sét được lựa chọn dựa trên yêu cầu cụ thể của hệ thống và môi trường làm việc.

Tùy thuộc vào từng công trình mà sử dụng loại cột thu lôi khác nhau

Cột thu lôi đảm bảo an toàn cho con người và tài sản, giúp giảm thiểu thiệt hại và nguy cơ cháy nổ. Đặc biệt là trong bối cảnh ngày càng có nhiều công trình cao tầng mọc lên hàng ngày. 

Hy vọng những thông tin này sẽ hữu ích đối với bạn, tìm đọc thêm những chủ đề tương tự tại website Happynest nhé.

>> Xem thêm: Những lưu ý khi làm cột chống sét cho nhà ở

Tổng hợp