Sét và các giải pháp phòng chống sét

Chương 1: Sét và các giải pháp phòng chống sét

I. Sét

Sự hình thành sét

Sét là một dạng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách rất lớn. Quá trình phóng điện có thể xảy ra trong đám mây giông, giữa các đám mây với nhau và giữa đám mây với đất. Tài liệu này tập trung vào sự phóng điện giữa mây và đất.

Các loại mây giông

• Giông nhiệt: Hình thành từ các luồng khí nóng ẩm bốc lên do sự đốt nóng của ánh nắng mặt trời.
• Giông front: Hình thành do sự gặp nhau của những luồng không khí nóng ẩm với luồng không khí nặng.

Sau khi đạt độ cao nhất định (khoảng vài km trở lên, vùng nhiệt độ âm), luồng không khí ẩm bị lạnh đi, hơi nước ngưng tụ thành giọt nước li ti hoặc tinh thể băng, tạo thành các đám mây dông. Theo thống kê, khoảng 80-90% các đám mây giông tích điện âm ở bên dưới.

Các giai đoạn phát triển của sét

Quá trình phát triển của sét bao gồm nhiều giai đoạn:

• Giai đoạn phóng tia tiên đạo: Xuất phát từ mây giông một tia tiên đạo sáng mờ, phát triển thành từng đợt gián đoạn về phía mặt đất với tốc độ trung bình khoảng 10⁴ - 10⁵ m/s. Kênh tiên đạo là một dòng plasma mật độ điện khoảng 10¹³ ÷ 10¹⁴ ion/m³. Thời gian phát triển của mỗi đợt kéo dài khoảng 1µs, với thời gian tạm ngưng giữa các đợt khoảng 30 - 90µs.
• Giai đoạn hình thành khu vực ion hóa: Do tác dụng của điện trường, điện tích trái dấu tập trung trên vùng mặt đất phía dưới đám mây giông. Các vùng có điện dẫn cao như vùng quặng kim loại, đất ẩm, ao hồ, sông ngòi, nước ngầm, kết cấu kim loại tòa nhà cao tầng, cột điện, cây cao bị ướt sẽ định hướng hướng phát triển của tia tiên đạo.
• Giai đoạn phóng điện ngược: Khi tia tiên đạo hướng xuống gần mặt đất hoặc tia tiên đạo hướng lên, cường độ điện trường tăng cao ion hóa mạnh mẽ không khí, tạo ra dòng plasma có mật độ điện tích cao, dẫn đến sự hình thành dòng điện ngược. Dòng plasma này tiếp tục phát triển ngược lên theo đường dọn sẵn bởi kênh tiên đạo, đây là sự phóng điện ngược hay phóng điện chủ yếu, tạo ra chớp sáng. Tốc độ phát triển của kênh phóng điện ngược khoảng 1,5 . 10⁷ ÷ 1,5.10⁸ m/s.

Các thông số sét

Thông số chính của dòng điện sét bao gồm:

• Biên độ dòng sét: Giá trị lớn nhất của dòng điện sét, có thể lên đến 200-300 KA, nhưng thông thường lấy là 50 KA.
• Thời gian đầu sóng (t_as): Thời gian dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại.
• Độ dốc dòng điện sét (a): a = di_s/dt.
• Độ dài dòng điện sét (t_s): Thời gian từ đầu dòng điện sét đến khi dòng điện giảm bằng 1/2 biên độ.

4. Các tác hại do sét

• Khi sét đánh trực tiếp: Năng lượng lớn của sét có thể phá hủy công trình, gây cháy nổ, ảnh hưởng đến độ bền cơ khí và cơ học của các thiết bị.
• Ảnh hưởng do sự lan truyền sóng điện từ: Sóng điện từ lan truyền theo các đường dây điện lực, thông tin gây quá điện áp tác dụng lên các thiết bị, đặc biệt là thiết bị điện tử, máy tính, gây hư hỏng nghiêm trọng.

II. Các phương pháp phòng chống

Nguyên lý cơ bản của phòng chống sét là dựa vào đặc tính chọn lọc điểm đánh của sét. Các phương pháp bao gồm:

• Chống sét đánh trực tiếp: Bao gồm thanh chống sét (kim thu sét) và đai, lưới chống sét.
• Chống ảnh hưởng của sét lan truyền: Lắp đặt hệ thống cắt và lọc sét trước khi các đường dây đi vào công trình.