Cột thu lôi là gì? Vai trò của hệ thống chống sét trong bảo vệ nhà ở và công trình

Cột thu lôi, hay còn gọi là cột chống sét, là bộ phận quan trọng trong hệ thống bảo vệ nhà ở và công trình trước nguy cơ sét đánh. Với khí hậu mưa dông nhiều như Việt Nam, việc hiểu đúng cột thu lôi là gì, hệ thống chống sét gồm những phần nào và khi nào cần lắp đặt sẽ giúp gia chủ chủ động hơn trong quá trình xây dựng, cải tạo nhà ở.

Bài viết này của Happynest sẽ giúp bạn hiểu từ định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến cách lựa chọn giải pháp chống sét phù hợp cho từng loại công trình.

Cột thu lôi là gì?

Cột thu lôi là bộ phận thu sét được đặt ở vị trí cao của công trình nhằm tiếp nhận tia sét và dẫn dòng điện sét xuống hệ thống tiếp địa một cách an toàn. Trong hệ thống chống sét, cột thu lôi không hoạt động độc lập mà phải kết hợp với dây dẫn sét và mạng nối đất để tạo thành một đường dẫn hoàn chỉnh cho dòng điện sét đi xuống đất.

Theo TCVN 9385:2012, hệ thống chống sét là toàn bộ hệ thống dây dẫn dùng để bảo vệ công trình khỏi tác động của sét đánh; trong đó bộ phận thu sét có nhiệm vụ thu hút sét, dây xuống nối bộ phận thu sét với mạng nối đất, còn mạng nối đất có nhiệm vụ tiêu tán dòng điện sét xuống đất.

Hiểu đơn giản, cột thu lôi giống như “điểm đón sét có kiểm soát”. Thay vì để sét đánh ngẫu nhiên vào mái nhà, tường, anten, bồn nước, thiết bị điện hoặc các chi tiết kim loại khác, hệ thống thu lôi tạo ra một tuyến dẫn an toàn hơn để dòng điện sét được truyền xuống đất.

Cột thu lôi là thiết bị thu hút và dẫn dòng điện sét xuống đất an toàn để bảo vệ công trình và con người khỏi nguy cơ sét đánh trực tiếp.

>>> Xem thêm: Làm nhà container có bị sét đánh không? Lý giải nguyên nhân

Nguồn gốc của cột thu lôi

Cột thu lôi gắn liền với các nghiên cứu về điện và sét của Benjamin Franklin. Năm 1752, Franklin thực hiện thí nghiệm nổi tiếng với diều trong mưa dông, qua đó chứng minh sét có bản chất điện và dẫn tới sự ra đời của ý tưởng dùng thanh kim loại nhọn để bảo vệ công trình khỏi sét.

Dù công nghệ hiện nay đã phát triển hơn rất nhiều, nguyên lý cơ bản vẫn không thay đổi: tạo ra một đường dẫn có điện trở thấp, liên tục và an toàn để dòng điện sét đi xuống đất, hạn chế việc sét phá hủy công trình hoặc gây nguy hiểm cho con người.

Cột thu lôi bắt nguồn từ nghiên cứu của Benjamin Franklin năm 1752 và đến nay vẫn hoạt động theo nguyên lý dẫn dòng điện sét an toàn xuống đất.

Cấu tạo cơ bản của hệ thống cột thu lôi

Một hệ thống chống sét hoàn chỉnh thường không chỉ gồm “một cây cột” trên mái. Về cơ bản, hệ thống này gồm 3 nhóm chính: đầu thu sét, dây dẫn sét và hệ thống tiếp địa.

Đầu kim thu sét

Đầu kim thu sét là phần được đặt ở vị trí cao nhất hoặc vị trí đã được tính toán trên mái công trình. Bộ phận này thường làm bằng kim loại, có nhiệm vụ tiếp nhận tia sét trước khi dòng điện sét có thể đánh vào các phần khác của nhà.

Với nhà dân, đầu thu sét có thể là dạng kim Franklin truyền thống hoặc các dạng đầu thu sét hiện đại hơn tùy quy mô công trình, mức độ rủi ro và yêu cầu kỹ thuật.

Dây dẫn sét

Dây dẫn sét, còn gọi là dây xuống, là bộ phận nối đầu thu sét với hệ thống tiếp địa. Dây này thường sử dụng vật liệu dẫn điện tốt như đồng, thép mạ kẽm hoặc nhôm.

Vai trò của dây dẫn sét là đưa dòng điện sét từ đầu thu xuống đất theo tuyến an toàn. Vì dòng điện sét có cường độ rất lớn, dây dẫn phải được thiết kế đúng tiết diện, đi theo đường hợp lý, hạn chế uốn gấp và phải được liên kết chắc chắn.

Hệ thống tiếp địa

Hệ thống tiếp địa là phần chôn dưới đất, gồm cọc tiếp địa, dây tiếp địa, mối nối, hố kiểm tra và vật liệu hỗ trợ giảm điện trở đất nếu cần. Đây là nơi tiếp nhận và phân tán dòng điện sét vào đất.

TCVN 9385:2012 nêu rằng toàn bộ mạng nối đất nên có điện trở nối đất tổng hợp không vượt quá 10 Ω; nếu vượt quá 10 Ω thì cần giảm bằng cách kéo dài hoặc bổ sung điện cực, hoặc liên kết các cực nối đất bằng dây dẫn chôn sâu ít nhất 0,6 m dưới mặt đất.

Cột thu lôi gồm đầu kim thu sét, dây dẫn sét và hệ thống tiếp địa phối hợp để thu và tản dòng điện sét an toàn xuống đất.

Cột thu lôi hoạt động như thế nào?

Khi có mưa dông, giữa đám mây và mặt đất hình thành sự chênh lệch điện tích rất lớn. Đến một mức nhất định, sự phóng điện xảy ra và tạo thành tia sét.

Cột thu lôi được bố trí ở vị trí cao và kết nối với hệ thống dẫn sét, tiếp địa. Khi tia sét đánh vào đầu thu, dòng điện sét sẽ đi theo dây dẫn xuống mạng nối đất, sau đó được phân tán vào đất. Nhờ vậy, công trình được giảm nguy cơ bị sét đánh trực tiếp vào những vị trí nguy hiểm hơn như mái, tường, thiết bị điện, bồn nước kim loại hoặc kết cấu thép.

Điểm cần hiểu đúng là cột thu lôi không “triệt tiêu” sét và cũng không bảo đảm an toàn tuyệt đối 100%. Vai trò của nó là tạo đường dẫn an toàn hơn, giảm thiểu thiệt hại nếu sét đánh vào vùng bảo vệ của hệ thống.

Cột thu lôi hoạt động bằng cách đón tia sét tại điểm cao nhất rồi dẫn dòng điện qua dây xuống hệ tiếp địa để tản an toàn vào đất.

Vì sao cột thu lôi quan trọng với nhà ở và công trình?

Cột thu lôi quan trọng vì sét có thể gây ra nhiều loại thiệt hại cùng lúc: cháy nổ, hư hỏng kết cấu, hỏng thiết bị điện, gián đoạn hệ thống điện tử và nguy hiểm cho người trong công trình.

Theo TCVN 9385:2012, chức năng của hệ thống thu và dẫn sét là thu hút sét đánh vào hệ thống, sau đó chuyển dòng điện do sét tạo ra xuống đất một cách an toàn, tránh để sét đánh vào các phần kết cấu khác cần được bảo vệ. Tiêu chuẩn này cũng nhấn mạnh toàn bộ công trình phải được bảo vệ bằng một hệ thống chống sét kết nối hoàn chỉnh, không tách rời từng bộ phận để bảo vệ riêng.

Với nhà ở hiện đại, rủi ro không chỉ nằm ở sét đánh thẳng vào mái. Sét còn có thể gây xung điện lan truyền qua đường điện, dây mạng, anten, camera, modem, hệ thống nhà thông minh và các thiết bị điện tử khác. Vì vậy, nhiều công trình cần tính cả chống sét đánh thẳng và chống sét lan truyền.

Cột thu lôi quan trọng vì giúp bảo vệ nhà ở và công trình khỏi sét đánh trực tiếp, giảm nguy cơ cháy nổ và hư hỏng thiết bị điện.

Những công trình nào cần đặc biệt quan tâm hệ thống chống sét?

Không phải mọi nhà dân đều có cùng mức rủi ro, nhưng có những trường hợp cần được ưu tiên đánh giá chống sét ngay từ giai đoạn thiết kế.

TCVN 9385:2012 nêu các trường hợp thường có yêu cầu chống sét rõ ràng gồm nơi tụ họp đông người, nơi cần bảo vệ dịch vụ công cộng thiết yếu, khu vực thường xuyên xảy ra sét đánh, công trình rất cao hoặc đứng đơn độc, công trình có giá trị văn hóa – lịch sử và nơi chứa vật liệu dễ cháy nổ.

Với nhà ở dân dụng, gia chủ nên cân nhắc kỹ nếu nhà nằm ở khu đất trống, vùng thường xuyên có mưa dông, nhà cao hơn các công trình xung quanh, nhà mái tôn, nhà có sân thượng lớn, nhà có nhiều thiết bị điện tử hoặc nhà ở khu vực nông thôn ít công trình che chắn.

Những công trình cần đặc biệt quan tâm chống sét là nơi cao, trống trải, hay có mưa dông, tập trung đông người, chứa vật liệu dễ cháy hoặc nhiều thiết bị điện tử.

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

Các loại cột thu lôi phổ biến hiện nay

Cột thu lôi Franklin truyền thống

Đây là dạng cột thu lôi quen thuộc nhất, sử dụng đầu kim kim loại đặt ở vị trí cao để tiếp nhận sét rồi dẫn xuống đất qua dây dẫn và hệ thống tiếp địa.

Ưu điểm của dạng này là cấu tạo đơn giản, chi phí hợp lý, dễ lắp đặt và bảo trì. Loại này phù hợp với nhiều nhà ở dân dụng, công trình nhỏ và công trình có yêu cầu bảo vệ cơ bản.

Hạn chế là phạm vi bảo vệ phụ thuộc nhiều vào chiều cao, vị trí lắp đặt, hình dạng công trình và thiết kế tổng thể của hệ thống.

Cột thu lôi chủ động

Cột thu lôi chủ động thường được sử dụng cho các công trình có quy mô lớn hoặc cần vùng bảo vệ rộng hơn. Loại này có cấu tạo phức tạp hơn và chi phí cao hơn so với kim Franklin truyền thống.

Khi lựa chọn cột thu lôi chủ động, gia chủ hoặc chủ đầu tư cần làm việc với đơn vị chuyên môn để tính toán vùng bảo vệ, kiểm tra sự phù hợp với tiêu chuẩn áp dụng và điều kiện thực tế của công trình.

Các loại cột thu lôi phổ biến hiện nay gồm cột thu lôi truyền thống và cột thu lôi chủ động, lựa chọn tùy theo quy mô và yêu cầu bảo vệ công trình.

Phân loại hệ thống chống sét trong công trình

Chống sét đánh thẳng

Đây là hệ thống nhiều người thường gọi chung là “cột thu lôi”. Hệ thống này gồm đầu thu sét, dây dẫn sét và tiếp địa, có nhiệm vụ bảo vệ công trình khi sét đánh trực tiếp vào khu vực cần bảo vệ.

Với nhà dân, hệ thống chống sét đánh thẳng thường được lắp trên mái, sân thượng hoặc điểm cao nhất của công trình. Tuy nhiên, vị trí lắp đặt không nên làm theo cảm tính mà cần khảo sát chiều cao, diện tích mái, kết cấu xung quanh và đường đi của dây dẫn sét.

Chống sét lan truyền

Chống sét lan truyền bảo vệ hệ thống điện, thiết bị điện tử và đường truyền tín hiệu khỏi xung điện do sét gây ra. Trường hợp này có thể xảy ra ngay cả khi sét không đánh trực tiếp vào nhà, mà đánh gần khu vực hoặc lan theo đường dây điện, dây mạng, anten.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 9888 gồm nhiều phần liên quan đến bảo vệ chống sét, trong đó TCVN 9888-4:2013 đề cập đến hệ thống điện và điện tử bên trong công trình, còn TCVN 9888-3:2013 đề cập đến thiệt hại vật chất đến kết cấu và nguy hiểm tính mạng.

Với nhà có nhiều thiết bị điện tử, camera, máy tính, hệ thống mạng, thiết bị nhà thông minh hoặc điện mặt trời áp mái, chống sét lan truyền là nội dung rất nên được tính đến chứ không chỉ lắp mỗi kim thu sét trên mái.

Chống sét cho trạm biến áp và lưới điện hạ thế

Đối với trạm biến áp, nhà xưởng, hệ thống điện 3 pha 220/380V hoặc khu vực có nhiều thiết bị công suất lớn, giải pháp chống sét cần được thiết kế riêng. Những hệ thống này thường cần van chống sét, thiết bị cắt lọc sét, dây dẫn, tiếp địa và kiểm tra phối hợp bảo vệ theo cấp.

Đây là nhóm hạng mục không nên tự triển khai theo kinh nghiệm dân dụng, vì liên quan trực tiếp đến an toàn điện, an toàn cháy nổ và tính liên tục của hệ thống sản xuất.

Hệ thống chống sét gồm chống sét đánh thẳng, chống sét lan truyền và giải pháp riêng cho trạm biến áp hoặc hệ thống điện lớn để bảo vệ toàn diện công trình.

Bảng tóm tắt cấu tạo và chức năng hệ thống chống sét

>>> Xem thêm: 4 điều tuyệt đối không nên làm trong những ngày mưa bão

Một số số liệu kỹ thuật gia chủ nên biết

Theo TCVN 9385:2012, điện trở nối đất tổng hợp của mạng nối đất nên không vượt quá 10 Ω; việc đo điện trở nối đất cần được ghi chép trước và sau khi hoàn thành liên kết để làm cơ sở cho các lần kiểm tra sau.

Tiêu chuẩn này cũng nêu rằng nếu phải liên kết các cực nối đất riêng lẻ bằng dây dẫn dạng mạch vòng thì dây dẫn nên được đặt sâu ít nhất 0,6 m dưới mặt đất. Với ví dụ đất có điện trở suất 100 Ωm, cực nối đất dạng vòng khép kín có chiều dài không nhỏ hơn 20 m, chôn sâu ít nhất 0,6 m có thể tạo điện trở nối đất khoảng 10 Ω; hoặc dùng các thanh đứng có chiều dài mỗi thanh không dưới 1,5 m, tổng chiều dài không dưới 9 m.

Về kiểm tra định kỳ, TCVN 9385:2012 khuyến nghị việc đo kiểm tra nên được tiến hành định kỳ, tốt nhất không quá 12 tháng. Nếu điện trở nối đất nhỏ hơn 10 Ω nhưng cao hơn đáng kể so với lần kiểm tra trước, cần điều tra nguyên nhân và khắc phục.

Một số số liệu kỹ thuật quan trọng là điện trở nối đất nên không vượt quá 10 Ω và hệ thống chống sét nên được đo kiểm định kỳ tối đa 12 tháng/lần.

Checklist trước khi lắp đặt cột thu lôi

Trước khi lắp cột thu lôi, bạn nên kiểm tra chiều cao nhà, vị trí mái, vật liệu mái, hệ thống điện và đặc điểm khu đất xung quanh. Không nên tự lắp theo kinh nghiệm truyền miệng vì chống sét là hạng mục liên quan trực tiếp đến an toàn.

Gia chủ nên chọn đơn vị có chuyên môn để thiết kế vị trí đầu thu, tiết diện dây dẫn, chiều sâu tiếp địa và phương án kiểm tra điện trở đất. Sau khi lắp đặt, hệ thống cũng cần được kiểm tra định kỳ, đặc biệt sau mùa mưa bão hoặc sau khi công trình có sửa chữa mái, sân thượng.

Trước khi lắp cột thu lôi, cần khảo sát công trình và chọn đơn vị chuyên môn để thiết kế, thi công, kiểm tra hệ thống đúng kỹ thuật.

FAQ - Câu hỏi thường gặp về cột thu lôi

Cột thu lôi có chống được hoàn toàn mọi rủi ro do sét không?

Không có hệ thống nào đảm bảo tuyệt đối 100%, nhưng cột thu lôi được thiết kế đúng kỹ thuật sẽ giúp giảm đáng kể nguy cơ sét gây hư hại cho công trình và con người.

Nhà thấp tầng có cần lắp cột thu lôi không?

Tùy vị trí. Nếu nhà nằm ở khu vực trống, thường xuyên có mưa dông hoặc cao hơn các công trình xung quanh, vẫn nên cân nhắc lắp đặt.

Cột thu lôi và chống sét lan truyền có giống nhau không?

Không. Cột thu lôi chủ yếu xử lý sét đánh trực tiếp, còn chống sét lan truyền bảo vệ thiết bị điện khỏi xung điện đi theo đường dây.

Có thể tự lắp cột thu lôi tại nhà không?

Không nên. Hệ thống chống sét cần tính toán kỹ thuật về vị trí, dây dẫn và tiếp địa, vì vậy nên để đơn vị chuyên môn thực hiện.

Cột thu lôi là bộ phận quan trọng giúp bảo vệ nhà ở và công trình trước nguy cơ sét đánh, cháy nổ và hư hỏng thiết bị điện. Tuy cấu tạo không quá phức tạp, hệ thống này cần được thiết kế và lắp đặt đúng kỹ thuật mới đảm bảo hiệu quả. Với những ngôi nhà cao tầng, nhà ở khu vực nhiều mưa dông hoặc công trình có nhiều thiết bị điện, việc tính toán chống sét ngay từ đầu là rất cần thiết.

Xem thêm nhiều bài viết hữu ích về kỹ thuật xây dựng, an toàn nhà ở và giải pháp công trình tại chuyên mục Kho kiến thức của Happynest.

Tổng hợp

*Nếu bạn đang xây nhà, cải tạo mái, làm sân thượng hoặc muốn kiểm tra hệ thống chống sét cho công trình, hãy để lại thông tin trong box bên dưới. Happynest sẽ kết nối bạn với kiến trúc sư, kỹ sư và đơn vị thiết kế – thi công phù hợp, giúp bạn được tư vấn giải pháp an toàn, đúng nhu cầu và phù hợp với hiện trạng ngôi nhà.