Tìm hiểu 4 dạng kim thu sét cơ bản

Kim thu sét trên thị trường hiện có rất nhiều loại cho người tiêu dùng lựa chọn phù hợp với mục đích sử dụng và ngôi nhà của họ. Dưới đây là 4 dạng kim thu sét cơ bản.

Các kim thu sét hiện đại ngày nay thường được gọi là các thu lôi năng động (“actif”) hay thu sét, chống sét kích hoạt sớm. Có nhiều loại PDA và việc phân loại chúng ra là rất quan trọng vì các giải pháp kỹ thuật sử dụng trong lĩnh vực này rất khác nhau và điều đó được thể hiện thông qua những biểu hiện khác biệt của từng loại.

Có 4 dạng  PDA:

1.      thu sét phát xạ,

2.      thu sét phóng tia điện tử,

3.      thu sét áp điện,

4.      thu sét có dạng đặc biệt.

  THU SÉT PHÁT XẠ

Đây là loại thu sét thân đơn và quanh mũi kim của nó có gắn thêm một thiết bị phát xạ. Nguồn phát xạ sẽ tạo ra hiện tượng ion hoá không khí ở khu vực xung quanh mũi kim thu lôi, vì thế nó làm tăng số lượng electron có khả năng khởi động giai đoạn tiếp sét đầu tiên. Từ năm 1930, đã có hàng chục ngàn thu lôi phát xạ được lắp đặt ở Pháp.

  Từ năm 1986 đến nay việc chế tạo và kinh doanh các loại  kim thu sét, chống sét có sử dụng nguồn phát xạ đã bị nghiêm cấm ở Pháp (theo Nghị định được nêu trong Công báo ngày 23/10/1983). Để thay thế thiết bị này, các nhà thiết kế cột thu sét, chống sét đã nghĩ ra nhiều cách khác để làm ion hóa không khí theo mức độ của thu lôi. Đó là lý do của sự xuất hiện những cột thu sét, chống sét có gắn thiết bị điện.

THU SÉT ĐIỆN TỬ

Thu sét có mạch điện tử là một loại thu sét, chống sét thân đơn có trang bị thêm một mạch điện tử cho phép tạo ra sự ion hóa không khí làm phát sinh ra dòng xung. Sự  ion hóa không khí này đạt được bằng cách tạo ra các tia lửa điện ở khu vực gần sát với kim thu sét. Các thu sét đang được phát triển hiện nay không dùng kỹ thuật làm phát sinh tia lửa điện để tạo ra dòng xung. Sự ion hóa không khí ở khu vực mũi kim sẽ làm gia tăng số lượng electron có khả năng tạo ra sự tiếp sét đầu tiên, và vì thế làm tăng khả năng phát sinh hiệu ứng Corona nếu điện trường xung quanh đã đạt đến một giá trị đủ lớn.

  Sự  vượt trội của các kim thu sét này so với các thu sét phát xạ là sự ion hóa không khí có thể được phát ra vào một thời điểm xác định. Độ chính xác của hệ thống phụ thuộc phần lớn vào thời điểm bắt đầu ion hóa. Nếu được tạo ra sớm quá thì dòng xung sẽ không thể lan truyền đủ xa do điện trường được tạo ra từ luồng dẫn đường không đủ lớn. Còn nếu được tạo ra quá muộn thì PDA sẽ mất đi lợi thế.

Để tạo ra các tia lửa điện làm ion hóa không khí thì PDA phải được trang bị một bộ phận phát điện có điện áp cao. Bộ phận phát điện này cần năng lượng để hoạt động. Để cung cấp năng lượng cho nó người ta áp dụng nhiều kỹ thuật khác nhau :

° Một pin được sử dụng như là một nguồn dự trữ năng lượng. Pin này sẽ được sạc bằng một pin mặt trời.

° Dùng các bộ phận thu nguồn năng lượng phát ra từ điện trường tĩnh ở xung quanh. Khi đám mây dông đến gần thì điện trường sẽ rất lớn, dòng điện phát ra từ  một ăng-ten sẽ sạc vào tụ điện để tích trữ năng lượng.

Việc phóng các tia điện đi lên (mà theo sau là một dòng xung (leader) khi các điều kiện được hội đủ) được điều khiển bằng bộ thu điện trường. Điện trường tăng lên sau đó biến thiên một cách đột ngột khi luồng dẫn đường xuống gần. Độ nhạy của bộ thu này và sự điều chỉnh ngưỡng phát tia điện là những tiêu chí đánh giá về khả năng kích hoạt sớm của một PDA phóng tia điện tử.
 

THU SÉT ÁP ĐIỆN

Thu sét áp điện sử dụng năng lượng cần thiết cho sự vận hành của nó từ một bộ trở áp, bộ phận này hoạt động nhờ vào sức gió.  Phần phía trên của thu sét, chống sét được định vị cân bằng trên một bộ phận làm bằng céramic. Gió làm lay động phần phía trên của PDA sẽ làm nén bộ áp lại. Ap lực cơ học sẽ được chuyển thành điện áp nhờ vào trở áp. Điện áp này sẽ được khai triển ở phần mũi thon nhọn, nằm ở bên trong khối lõm của mũi kim thu sét, chống sét . Tùy vào điều kiện khí quyển mà phần mũi thứ yếu này sẽ tạo ra một điện áp đủ lớn để làm phát sinh ra các ion nhờ vào hiệu ứng Corona. Do hiệu ứng Venturi các ion này sẽ được điều khiển hướng về phía mũi kim thu sét, chống sét . Trong trường hợp này sẽ không có mạch điện giả do dòng xung tạo ra, mà ở xung quanh mũi kim thu sét, chống sét sẽ có sự tăng lên về mật độ các electron.

ĐÁNH GIÁ VỀ CÁC DẠNG THU SÉT ĐƯỢC SỬ DỤNG.

Nguyên lý ion hóa không khí ở đầu thu sét, chống sét của thiết bị chống sét là đúng. Các giải pháp kỹ thuật khác nhau luôn có ưu và nhược điểm riêng.

  THU SÉT PHÁT XẠ

Thiết bị chống sét này không được phép bán ra thị trường vì mặc dù có những ưu điểm nhưng nhược điểm lớn nhất của loại này là có chứa các yếu tố phóng xạ.

  THU SÉT ĐIỆN TỬ

Các thiết bị chống sét phóng điện có ưu điểm là có thể được thử bằng một thiết bị ngoại vi. Tuy nhiên, một thiết bị điện tử càng phức tạp thì việc sử dụng và độ tin cậy của nó rất khó được đám bảo. Đặc biệt với các  PDA sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời và pin thì việc thiết kế và lựa chọn các chi tiết của thiết bị đòi hỏi độ chính xác cao.

Có thể việc điều chỉnh thời gian phóng dòng xung có vai trò quan trọng cho sự thành công của nó trong quá trình cạnh tranh với các dòng khác. Một khi mà thời điểm tối ưu không được xác thì thời gian kích hoạt sớm thay vì là một lợi điểm thì có thể trở thành  nhược điểm nếu năng lượng tối thiểu cần thiết cho việc lan truyền không đủ lớn.

  THU SÉT ÁP ĐIỆN

Hệ thống áp điện sẽ sinh ra các ion khi gió làm lung lay các cột PDA. Về nguyên tắc, tính hiệu quả PDA không thể được làm rõ theo thử nghiệm kiểm tra chất lượng chuẩn NF C17-102. Thiết bị này có vẻ phức tạp về mặt cơ học, và độ tin cậy về thời gian kích hoạt kích hoạt sớm trong điều kiện thực tế sử dụng chưa bao giờ được chứng minh. Các PDA kiểu này rất phổ biến và số lượng PDA hư hỏng rất thấp. Như vậy, phải chăng hình dáng của PDA có ảnh hưởng đến tính hiệu quả của nó hay là hiệu quả của kiểu PDA này và PTS là như nhau?

  THU SÉT DẠNG ĐẶC BIỆT (PROFIL)

Các thiết bị này không có những yếu tố năng động. Ấy thế mà hình dạng của PDA này lại   ảnh hưởng đến tính hiệu quả của nó đến như vậy. Tuy nhiên, những kết quả thử nghiệm theo tiêu chuẩn NF C 17-102 cho thấy giá trị về thời gian kích hoạt sớm là rất cao (rt >120µs). Loại thiết bị chống sét này có ưu điểm là có độ tin cậy cao như một thiết bị chống sét PTS khi nó được thiết kế bằng các vật liệu phù hợp.