Các phương pháp phòng chống sét

Trên thế giới hiện nay, trải qua 250 năm kể từ khi Franklin đề xuất phương pháp chống sét (PPCS), trong lĩnh vực phòng chống sét đã có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng. Nhiều dạng thiết bị phòng chống sét được tung ra trên thị trường. Hiệu quả của nhiều phương pháp còn chưa rõ ràng, thậm chí nhiều kết quả còn đem lại hiệu quả không mong muốn. Sau đây chúng tôi tóm tắt sơ lược và nêu ý kiến chung của các nhà khoa học về vấn đề này.

Phương pháp dùng lồng Farađây:

Là 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. PPCS này được sử dụng 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. Có một số phương pháp dạng này cần quan tâm khi tạo lồng Faraday không lý tưởng nhưng khá tốt trong phòng chống sét.

Phương pháp chống sét truyền thống

Benjamin Franklin (1752) đã đề xuất một phương pháp chống sét (PPCS) bảo vệ nhà cửa thuyền bè. 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 PPCS này thực hiện hai nhiệm vụ: làm chệch hướng tia sét vào nhà và dẫn năng lượng xuống đất và phân tán năng lượng điện trên mây và như vậy ngăn chặn tia sét. Qua kiểm chứng trải qua 250 năm qua, thực sự PPCS của Franklin và những hệ tương đương phương pháp này đã thật sự giảm thiệt hại về nhà cửa, thuyền tàu. PPCS Franklin và hệ tương tự không phân tán điện tích và như vậy không ngăn chặn tia 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 hệ thống đất. Các dây này thường đặt cách nhà khoảng 10 - 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 xa hơn hệ Franklin nối trực tiếp. Dạng bảo vệ này thường đắt hơn dạng gắn trực tiếp.

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 PPCS 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 có thể làm kim thu sét lên rất 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 sẽ có thể gây thiệt hại khôn lường.


Phương pháp không truyền thống

Một số hệ chống sét khác với dạng Franklin nổi lên trong hàng chục năm gần đây. Đáng chú ý là:

a, Hệ phát xạ sớm

b, Hệ ngăn chặn sét (hệ tiêu tán năng lượng sét)

Những người bảo vệ hệ 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 của mây dông trước khi nó phóng điện. Hay nói khác đi tạo đám mây điện dương tại khu vực 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. Những điểm này có thể như những dạng 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.

Hút sét bằng tia laser

Ngày nay chúng ta cần chống sét cho các công trình hiện đại đòi hỏi PPCS 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%, các công ty hàng năm đầu tư hàng triệu đôla cho công việc nghiên cứu hút sét bằng laser. Các nhóm nghiên cứu mạnh về vấn đề này là giáo sư Bazelyan (Nga), giáo sư Zen Kawazaki (Nhật). Đã có những kết quả bước đầu. Tại Nhật, năm 1997 sau rất nhiều lần thử nghiệm người ta đã 2 lần thu được tia sét bằng cách này. 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 cú chống sét bằng phương pháp này có thể nói đắt hơn vàng. Hướng nghiên cứu này đang được tiếp tục.

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...

Thiết bị EFM và ESID đặt tại trạm Phú thụy (Gia lâm) cũng có khả năng này.

Nguồn: Viện Vật lý địa cầu Việt Nam