Với các công trình đòi hỏi khắt khe về kỹ thuật, an toàn, đặc biệt liên quan đến hệ thống chống sét, chủ đầu tư nên tìm hiểu và lựa chọn đơn vị thiết kế, thi công, thầu cơ điện có nhiều năm kinh nghiệm.

Ngoài sự hiểu biết về nguyên nhân sinh ra sét và tác động của sét tới môi trường, những kiến thức cơ bản về các phương pháp chống sét, hiệu quả và khó khăn khi triển khai là vấn đề thu hút nhiều sự quan tâm của các chủ đầu tư. Một hệ thống chống sét có thể lên tời vài triệu dolar, cũng có khi giá trị chỉ vài trăm triệu. Điều này phụ thuộc hoàn toàn vào mức độ quan trọng của các công trình cũng như các phương pháp chống sét áp dụng. Bài viết dưới đây sẽ khơi mở các vấn đề khoa học, hỗ trợ các doanh nghiệp, tổ chức, cá nhân xây dựng hệ thống cơ điện và chống sét một cách hiệu quả.

1. Có mấy cấp độ chống sét?

Cấp I: Những công trình trong đó lưu giữ các vật liệu cháy/nổ, các chất phóng xạ, khí độc (hóa học) hoặc tỏa ra các chất khí hoặc hơi cháy, cũng như các bụi hoặc sợi dễ cháy ở trạng thái lơ lửng và có khả năng kết hợp với không khí hoặc chất oxy hoá khác tạo thành hỗn hợp nổ. Những công trình loại nếu không có hệ thống chống sét hiệu quả, khi xảy ra sự cố rất dễ làm chết người. Công trình thuộc loại cấp I cũng là công trình đòi hòi việc chống sét ở mức độ cao nhất.

Cấp II: Những công trình lưu giữ hoặc tồn tại các chất/khí/vật liệu dễ cháy nổ hoặc tiền chất cháy/nổ khi bị tác động của sét và xảy ra sự nổ chỉ gây ra những hư hỏng nhỏ và không chết người. Công trình loại này được xếp cấp II. Các công trình nhóm cấp II bao gồm cả những kho chứa vật liệu nổ và dễ bắt lửa, đựng trong bao bì bằng kim loại.

Cấp III: Tất cả những công trình còn lại. Một số công trình nằm trong phạm vi chống sét cấp III nhưng có tầm quan trọng đặc biệt về chính trị, kinh tế thì được nâng lên cấp II như trụ sở làm việc cấp Nhà nước, Đài Phát thanh, Truyền hình, nhà ở cho cán bộ cấp cao…

2. Công việc chống sét bao gồm những gì?

- Với công trình cấp I, cấp II: Chống sét đánh thẳng, chống sét cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ và chống sét từ các đường dây và đường ống bằng kim loại dẫn vào công trình.

- Với công trình cấp III: Chống sét đánh thẳng và chống sét từ các đường dây và ống kim loại dẫn vào công trình.

- Đối với công trình chống sét cấp I, cấp II mọi bộ phận kim loại đang chứa đựng trong nhà như các máy móc, bình, bồn chứa làm bằng kim loại đều phải nối đất. Việc nối đất này phải thực hiện bằng phương pháp hàn để đảm bảo tính dẫn sét.

- Những công trình thấp tầng, trong khu vực có nhiều nhà cao đã làm chống sét hoặc xung quanh nhà có nhiều cây cao hơn nhà thì có thể không cần chống sét đánh thẳng.

- Khi đơn vị tư vấn, xây lắp cơ điện thiết kế chống sét cho công trình cần điều tra đầy đủ số liệu về địa chất, địa hình, đặc điểm khí hậu và môi trường xung quanh; đặc điểm kết cấu cũng như đặc điểm sử dụng của công trình. Khi lập hồ sơ thiết kế cần phải đảm bảo an toàn về mặt bảo vệ, bền vững trong quá trình sử dụng, cuối cùng mới đến mỹ quan công trình.

3. Các loại sét cần chống

- Chống sét đánh trực tiếp vào công trình;

- Chống sét lan truyền theo các đ­ường dây vào bên trong công trình;

- Chống sét cảm ứng tĩnh điện cho kết cấu bằng kim loại của công trình;

- Chống sét cảm ứng điện từ cho các mạch vòng, đư­ờng dẫn.

4. Các phương pháp chống sét đang được sử dụng ở Việt Nam

Không chỉ tại Việt Nam mà ngay cả nhiều nước trên thế giới, các nghiên cứu về phương pháp chống sét hiệu quả vẫn đang diễn ra và chưa có hồi kết. Những phương pháp phổ biến hiện nay đều có những ưu - nhược điểm khác nhau. Vậy cụ thể là gi?

Phương pháp chống sét truyền thống.

4.1. Phương pháp chống sét truyền thống 

Phương phương pháp chống sét truyền thống hay còn gọi với cái tên là phương pháp Franklin. Benjamin Franklin (1706 - 1790) là nhà một khoa học, chính trị gia Hoa Kỳ. Ông là gương mặt tiêu biểu của giới khoa học vật lý vì đã có công khám phá ra những lý thuyết về điện (cực âm, dương) và nguyên lý của sấm sét.

Franklin đã đề xuất một phương pháp chống sét để bảo vệ các công trình xây dựng. Ông dùng kim thu sét bằng kim loại đặt trên đỉnh nóc nhà, nối với một dây kim loại dẫn xuống đất. Franklin nghĩ rằng phương pháp này thực hiện hai nhiệm vụ: Làm chệch hướng tia sét vào nhà và dẫn năng lượng xuống đất, đồng thời phân tán năng lượng điện trên mây và như vậy ngăn chặn tia sét. Trải qua 250 năm qua, phương pháp chống sét của Franklin và những hệ tương đương phương pháp này đã có tác dụng giảm thiểu thiệt hại vì cho các công trình dưới tác động của sét.

Phương pháp chống sét truyền thống có hai dạng là: Hệ gắn thẳng với nhà và hệ bao quanh hay nằm trên. Hệ Franklin là thí dụ về hệ gắn thẳng và hiện nay vẫn sử dụng rộng rãi. Quy phạm NFPA 780 đã quy định về chiều cao và cách bố trí kim thu sét, kích cỡ của dây nối đất, cách thực hiện và đặc tính của hệ nối đất. Gần đây một vài kiểm chứng cho thấy kim tù làm việc tốt hơn kim nhọn.

Hệ Franklin bao quanh hay nằm trên hay còn gọi là hệ mắt xích hay lưới. Nó thường bao gồm hệ dây dẫn ở trên đỉnh treo trên các cột và nối với đất. Các dây này thường đặt cách nhà khoảng 10 đến 20 m. Hệ này có ưu việt là một khi nó tiếp nhận tia sét thì tia sét ở cách xa khu vực bảo vệ và xa hơn hệ Franklin nối trực tiếp. Dạng bảo vệ này thường đắt hơn dạng gắn trực tiếp.

Phương pháp chống sét của Benjamin Franklin đơn giản, dễ thi công nh­ưng kém ổn định, vùng bảo vệ hẹp, chỉ có hiệu quả với toà nhà cao từ 15 đến 20m.

Thực nghiệm cho thấy, hệ Franklin không cho hiệu quả chống sét 100%. Tuy sét đánh vào kim thu sét nhiều hơn và hiệu quả của phương pháp là khá tốt, song nhiều kết quả thực nghiệm cho thấy sét có thể bỏ qua kim thu sét mà đánh trực tiếp vào nhà mặc dù kim thu sét có vị trí cao.

Ngay cả khi sét đánh vào kim thu sét thì dây nối đất không hiệu quả cho việc dẫn các thành phần tần số cao của tia sét khi có các vật kim loại ở gần. Các nhà có chứa các dụng cụ nhạy cảm với sét như các thiết bị điện tử sẽ bị hỏng hóc. Đối với các thiết bị nhạy cảm này cần phải có những thiết bị chống sét chuyên dụng.

Như vậy, phương pháp truyền thống trong nhiều năm qua đã chứng tỏ khả năng bảo vệ của nó, tuy nhiên đối với yêu cầu cao như hiện nay (các thiết bị điện tử, nhà máy hạt nhân, đạn dược, …) thì những nhược điểm nêu trên có thể gây hậu quả khôn lường.

4.2. Phương pháp phi truyền thống

Một số phương pháp chống sét khác với dạng của Franklin nổi lên trong hàng chục năm gần đây. Đáng chú ý có 2 phương pháp:

- Phương pháp phát xạ sớm

- Phương pháp ngăn chặn sét bằng cách tiêu tán năng lượng sét

Những người bảo vệ phương pháp dùng kim thu sét phát xạ sớm cho rằng kim này phóng tia tiên đạo lên sớm hơn so với hệ Franklin. Một vài dụng cụ được sử dụng gây phát xạ sớm như nguồn phóng xạ và kích thích điện của kim. Năm 1999, 17 nhà khoa học của Hội đồng khoa học ICLP (International Conference on Lightning Protection) ra tuyên bố phản đối phương pháp này.

Hệ ngăn chặn sét với mục đích là phân tán điện tích (tán năng lượng sét) của mây dông trước khi nó phóng điện. Nói cách khác là tạo đám mây điện dương để làm chệch tia sét khỏi khu vực bảo vệ. Nhiều dạng dụng cụ phân tán được sử dụng. Chủ yếu cấu tạo bởi rất nhiều kim mũi nhọn nối đất. Hình dạng có thể như lưới kim loại, bàn chải… Các dụng cụ này có tác dụng chuyển điện tích dương từ đất vào khí quyển. Nhưng vấn đề ở đây là các đám mây dông tạo điện tích và chuyển động rất nhanh. Liệu các thiết bị này có kịp tạo đám mây điện tích để làm chệch tia sét hay không? Chưa có thông tin khoa học tin cậy nào thông báo về khả năng này của hệ thống có đủ tốc độ để làm lệch hướng tia sét xuống khu vực bảo vệ.

Mức độ quan trọng của hệ thống chống sét tỷ lệ thuận với mức độ phát triển của mỗi quốc gia và đô thị.

4.3. Hút sét bằng tia laser

Ngày nay các công trình hiện đại đòi hỏi phương pháp chống sét có hiệu quả cao, ví dụ như kho chất nổ đạn dược, hạt nhân, các trung tâm máy tính quan trọng (điều khiển bay, trung tâm điều hành mạng…).

Nhằm tìm kiếm giải pháp chống sét 100%, hàng năm các doanh nghiệp đầu tư hàng triệu đôla cho công việc nghiên cứu hút sét bằng laser. Nổi lên có 2 nhóm nghiên cứu về vấn đề này là giáo sư Bazelyan (Nga), giáo sư Zen Kawazaki (Nhật). Bước đầu đã có những kết quả nhất định. Tại Nhật Bản năm 1997, sau rất nhiều lần thử nghiệm người ta đã 2 lần thu được tia sét bằng phương pháp hút sét nhờ tia laser. Theo ý kiến các chuyên gia, về kỹ thuật có thể thực hiện được. Khó khăn ở chỗ đồng bộ hoá và chi  phí cho một lần chống sét bằng phương pháp này có thể nói đắt hơn vàng. Hướng nghiên cứu này đang được tiếp tục thực hiện.

Phương pháp chống sét của Faraday.

4.4. Phương pháp dùng lồng Faraday: 

Đây là phương pháp dùng lồng kim loại bao kín khu vực bảo vệ. Theo lý thuyết sóng điện từ thì đây là phương pháp lý tưởng để phòng chống sét. Phương pháp này Faraday sử dụng để bảo vệ một số khu vực đặc biệt như nơi chứa thuốc nổ, hạt nhân. Tuy nhiên phương pháp này tốn kém và không khả thi trên thực tế áp dụng cho tất cả các công trình.

4.5. Phương pháp phòng chống tích cực

Một dạng phương pháp được sử dụng có hiệu quả trong những năm gần đây là dự báo dông sét sớm. Nhờ vào các thiết bị hiện đại như ra đa, vệ tinh, các hệ thống định vị phóng điện… người ta có thể dự báo được khả năng có dông sét xảy ra tại khu vực trong khoảng thời gian từ vài giờ đến 30 phút. Các phương pháp này được ứng dụng rộng rãi trong hàng không, điện lực, an toàn cho con người.

5. Muốn xây dựng hệ thống chống sét hiệu quả cần có sự đồng bộ

Trên đây là khái quát nội dung các phương pháp chống sét đang được sử dụng tại Việt Nam và nhiều nơi trên thế giới. Muốn ngăn chặn tác động của sét, tùy theo đặc điểm công trình, địa lý, khí hậu mà cần có sự tư vấn chuyên môn của các đơn vị có kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế, thi công cơ điện. Với những đơn vị chuyên trách dịch vụ chống sét có thể sẽ đem lại sự an tâm nói chung cho công trình nhưng xét về mặt cơ điện, chống sét là một trong số các hạng mục quan trọng của hệ thống thiết kế, thi công điện nặng. Sét không chừa bất cứ thiết bị cơ - điện tử nào. Do vậy, sự tích hợp, đồng bộ và phát huy hiệu quả tổng thể mới là cốt lõi làm nên lá chắn phòng vệ an toàn cho công trình. Sự tích hợp và đồng bộ đó không đơn vị nào khác làm thay được nhà thầu cơ điện. Vì thế, với các công trình đòi hỏi khắt khe về kỹ thuật, an toàn, đặc biệt vấn đề chống sét, chủ đầu tư nên tìm hiểu và lựa chọn đơn vị cơ điện có nhiều năm kinh nghiệm. Số năm kinh nghiệm tuy không phải là thước đo chất lượng công trình nhưng nó như một sự đảm bảo cho khoản chi phí đầu tư cần bỏ ra để mua lại sự an toàn.

BBT Galaxy M&E