Hệ thống chống sét Franklin là gì? Cấu tạo và ứng dụng

Hệ thống chống sét Franklin là một giải pháp chống sét truyền thống được phát minh bởi nhà khoa học Benjamin Franklin cách đây hơn 250 năm. Đây là phương pháp phổ biến và hiệu quả nhằm bảo vệ các công trình, thiết bị điện tử và con người khỏi những thiệt hại do sét đánh trực tiếp gây ra. Hệ thống hoạt động dựa trên nguyên lý thu hút và dẫn dòng điện sét xuống đất một cách an toàn, được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới và là cơ sở cho nhiều tiêu chuẩn chống sét quốc tế hiện nay. Cùng Cáp điện VN tìm hiểu về hệ thống chống sét Franklin là gì dưới đây nhé.

Hệ thống chống sét Franklin là gì?

Hệ thống chống sét Franklin, hay còn gọi là kim thu sét cổ điển, là một thiết bị chống sét được phát minh vào thế kỷ 18 bởi nhà khoa học Benjamin Franklin. Nó là một thanh kim loại nhọn đặt trên đỉnh các công trình với nguyên lý hoạt động dựa trên việc thu hút và dẫn tia sét xuống đất an toàn nhằm bảo vệ công trình khỏi thiệt hại do sét đánh.

Khi có sự chênh lệch điện thế giữa đám mây mang điện tích và mặt đất, điện trường mạnh sẽ tập trung tại điểm cao nhọn như kim thu sét Franklin, khiến tia sét dễ dàng đánh vào thiết bị này. Sau đó, dòng điện sét được dẫn qua dây dẫn sét và hệ thống tiếp đất, truyền tải an toàn xuống đất mà không gây hại cho công trình. Kim thu sét Franklin thường được làm từ các vật liệu kim loại dẫn điện tốt như đồng đỏ, nhôm, inox hay thép. Nó có phạm vi bảo vệ nhất định và thường dùng cho các công trình nhỏ hoặc thấp tầng, hoặc làm bổ trợ cho các thiết bị chống sét hiện đại hơn tại các công trình lớn.

Nguyên lý hoạt động của kim thu sét Franklin

Kim thu sét Franklin hoạt động dựa trên nguyên lý thu hút và dẫn tia sét xuống đất một cách an toàn. Khi có một đám mây mang điện tích đi qua, sự chênh lệch điện thế giữa đám mây và mặt đất tạo ra một điện trường mạnh. Điện trường này tập trung tại các điểm cao và nhọn như kim thu sét Franklin, khiến nó thu hút tia sét.

Khi tia sét đánh vào kim thu sét, dòng điện sét sẽ được dẫn qua dây dẫn sét và hệ thống tiếp đất, truyền tải an toàn xuống đất mà không gây hại cho công trình hay thiết bị. Quá trình này giúp bảo vệ công trình và con người khỏi tác động của sét. Hệ thống gồm kim thu sét được đặt cao nhất, dây dẫn sét và hệ thống tiếp địa giúp phân tán năng lượng sét vào đất, giảm thiểu nguy cơ cháy nổ và hư hỏng thiết bị.

Cấu tạo của kim thu sét Franklin

Cấu tạo của Kim thu sét Franklin bao gồm ba phần chính:

• Phần đầu kim: Đây là phần cao nhất và nhọn nhất của kim thu sét, được thiết kế để thu hút tia sét. Phần đầu kim thường được làm bằng đồng hoặc thép không gỉ nhằm đảm bảo khả năng dẫn điện tốt và độ bền cao.
• Thân kim: Là phần chính của kim thu sét, có nhiệm vụ dẫn dòng điện sét từ đầu kim xuống dây dẫn sét. Thân kim thường làm bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm, có khả năng chịu lực và chống ăn mòn tốt.
• Đế gắn: Có tác dụng cố định kim thu sét chắc chắn vào công trình, chịu được tác động của gió và thời tiết.

Ngoài ra, kim thu sét được nối liền với dây dẫn sét bằng đồng nguyên chất và hệ thống tiếp địa nhằm dẫn dòng điện sét an toàn xuống đất, tránh gây hại cho công trình và người sử dụng. Một số loại kim thu sét hiện đại còn tích hợp các bộ phận điện tử để tăng hiệu quả dẫn sét trong các vùng có tần suất sét cao. Kim thu sét Franklin có cấu tạo đơn giản nhưng rất hiệu quả trong việc bảo vệ công trình khỏi sét đánh trực tiếp. Chiều dài kim thường từ 0.6m đến 1m, tùy thuộc vào từng loại và mục đích sử dụng.

Quy trình lắp đặt hệ thống chống sét Franklin

Quy trình lắp đặt kim thu sét Franklin gồm các bước chính sau:

• Khảo sát và xác định vị trí lắp đặt: Lựa chọn điểm cao nhất của công trình hoặc vị trí dễ bị sét đánh nhất để đặt kim thu sét, đảm bảo phạm vi bảo vệ tối ưu.
• Lắp đặt kim thu sét: Cố định kim thu sét chắc chắn trên đỉnh công trình bằng đế và giá đỡ phù hợp, đảm bảo đầu kim luôn nhô ra khỏi các vật thể xung quanh để thu hút sét hiệu quả.
• Nối dây dẫn sét: Dùng dây đồng hoặc thép mạ kẽm có khả năng dẫn điện tốt để kết nối kim thu sét với hệ thống tiếp địa, tránh rò rỉ điện và sự mất mát dòng sét.
• Thiết lập hệ thống tiếp địa: Đào hố sâu và lắp đặt cọc tiếp địa đảm bảo dòng điện sét được truyền an toàn xuống đất, giảm thiểu nguy cơ gây cháy nổ hoặc hư hại thiết bị.
• Kiểm tra và bảo trì: Sau khi lắp đặt, tiến hành kiểm tra toàn bộ hệ thống chống sét, đo điện trở tiếp địa và đảm bảo kết nối chắc chắn. Thường xuyên bảo trì định kỳ để duy trì hiệu quả hoạt động.

Quy trình này nhằm đảm bảo kim thu sét Franklin hoạt động hiệu quả, bảo vệ an toàn cho công trình khỏi các tác động của sét đánh trực tiếp.

Ứng dụng của hệ thống chống sét Franklin

Hệ thống chống sét Franklin cổ điển được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau để bảo vệ công trình khỏi thiệt hại do sét đánh trực tiếp. Thiết bị này thường được sử dụng ở:

• Các công trình xây dựng dân dụng như nhà ở, chung cư, trường học, bệnh viện, giúp bảo vệ cư dân và tài sản bên trong khỏi nguy cơ cháy nổ và hư hỏng thiết bị điện do sét.
• Các công trình công nghiệp và thương mại như nhà máy, kho bãi, trung tâm thương mại, nơi có nhiều thiết bị điện tử, máy móc nhạy cảm cần được bảo vệ an toàn.
• Các cơ sở viễn thông, trạm phát sóng, sân bay, cảng biển, nơi việc bảo vệ thiết bị và đảm bảo hoạt động liên tục rất quan trọng.
• Các công trình nông nghiệp, khu chăn nuôi, trang trại, giúp giảm thiểu thiệt hại về người và vật nuôi do sét đánh.
• Bổ trợ cho hệ thống chống sét chủ động hiện đại với vai trò là điểm thu sét truyền thống.

Với cấu tạo đơn giản, chi phí thấp và hiệu quả bảo vệ tốt, hệ thống chống sét Franklin là lựa chọn phổ biến cho các công trình vừa và nhỏ hoặc làm bổ sung cho các hệ thống chống sét phức tạp hơn ở các công trình lớn.

Dù đã có nhiều tiến bộ trong khoa học kỹ thuật và xuất hiện các phương pháp chống sét hiện đại hơn, hệ thống chống sét Franklin vẫn giữ vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ công trình với ưu điểm đơn giản, chi phí hợp lý và hiệu quả đã được kiểm chứng qua thời gian. Việc hiểu rõ nguyên lý, cấu tạo và quy trình lắp đặt hệ thống Franklin sẽ giúp chúng ta áp dụng đúng cách, tối ưu khả năng bảo vệ và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho tài sản và con người trước nguy cơ của sét đánh.