Các nhà sản xuất chống sét loại ESE thường tuyên bố phạm vị bảo vệ của loại này lớn hơn rất nhiều so với chống sét truyền thống. Điều đó dẫn tới việc thay vì sử dụng nhiều đầu thu sét đặt ở nhiều vị trí khác nhau để bảo vệ cho toàn bộ công trình, hệ thống chống sét phi truyền thống chỉ dùng 01 đầu thu duy nhất để bảo vệ cho cả một khu vực rộng lớn. Như vậy, gần như toàn bộ công trình hầu như không được bảo vệ. Điều này thực sự rất nguy hiểm khi nó được lắp đặt trong một địa điểm có yêu cầu bảo vệ cao như tòa nhà chung cư cao tầng có nhiều người sinh sống.
Hệ thống chống sét phi truyền thống: Những thật chưa nói hết Phạm Hồng Thịnh Bộ môn Hệ thống điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội Số 1- Đại Cồ Việt, Hà Nội Email: thinh.phamhong@hust.edu.vn Kể từ Franklin đề xuất cột thu lôi để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho công trình từ 250 năm trước, hiệu chứng minh rõ ràng Hầu tuyệt đại đa số công trình giới sử dụng cột thu lôi kiểu Franklin Cột thu lôi kiểu Franklin bao gồm đầu thu kim loại, dây nối đất hệ thống nối đất gọi hệ thống chống sét truyền thống (conventional lightning protection systems) Nguyên tắc hoạt động hệ thống chống sét truyền thống đơn giản: đầu thu tạo thành nơi có điện trường cao để thu sét, dây nối đất để dẫn dòng sét từ đầu thu để tản vào hệ thống nối đất Hệ thống thu sét truyền thống sở cho nhiều tiêu chuẩn chống sét giới cho công trình NFPA 780: 2004 (Hiệp hội phòng cháy quốc gia Mỹ), IEC 62305: 2006 (Ủy ban quốc tế kỹ thuật điện), TCVN 46: 2007 …Phạm vi bảo vệ tính toán phương pháp hình học phương pháp điện hình học Từ năm 1970s, số nhà sản xuất đưa thị trường loại hệ thống chống sét kiểu thường giới chuyên môn gọi hệ thống chống sét phi truyền thống (unconventional lightning protection system) với nguyên tắc chống sét khác hẳn thông thường Theo quảng cáo nhà sản xuất này, hệ thống chống sét kiểu có ưu điểm vượt trội so với loại truyền thống có khả “tự làm tiêu tán đám mây sét”, “phát tia tiên đạo sớm” để “tăng phạm vi bảo vệ” v v Tại Việt Nam, loại chống sét kiểu chào bán rộng rãi với quảng cáo ấn tượng tính với giá thường đắt loại thu sét thông thường từ đến 10 lần Loại chống sét lắp đặt nhiều địa điểm nước, có công trình tương đối quan trọng Hệ thống chống sét phi truyền thống chia làm hai loại dựa theo “nguyên tắc” hoạt động chúng Loại thứ hoạt động dựa “nguyên tắc” loại trừ sét (lightning elimination, hay gọi tắt LE) có tên khác hệ thống chuyển điện tích (charge transfer system-CTS) hệ thống tiêu tán sét (dissipation array system-DAS), loại số nhà cung cấp Việt Nam gọi chống sét đa tia (?) hình dạng Loại thứ hai dựa “nguyên tắc” phát streamer sớm (early streamer emission-ESE) thường gọi chống sét phát xạ sớm Tuy nhiên kể từ đời đến nay,các hệ thống phi truyền thống bị nhiều nhà khoa bác bỏ, nhiều tổ chức kỹ thuật số nước cấm sử dụng loại chống sét kiểu Trong giới thiệu số lý hệ thống chống sét phi truyền thống lại bị tẩy chay 1 Hệ thống chống sét phi truyền thống dựa lý thuyết sai lầm a Hệ thống loại trừ sét (LE) Hệ thống LE bao gồm ba phần, phần thứ hệ tản hay khu tạo ion (ionizer) có nhiều biến thể hình ô (hình 1a), hình cầu gai (hình 1b), hình trụ (1c), hình bánh còng (1d) v v Thậm chí có dạng dây gai thay cho dây chống sét để bảo vệ chống sét cho đường dây tải điện (hình 1e) Đặc điểm chung hệ tản ion tạo hàng trăm đỉnh nhọn với mục đích gây phóng điện vầng quang (corona) Phần thứ hai dây nối đất giống hệ thống chống sét truyền thống Phần thứ ba thường gọi thu dòng điện đất (ground current collector) thực chất hệ thống nối đất chống sét truyền thống Theo “lý thuyết” người đề xuất hệ thống loại trừ sét, phóng điện vầng quang xung quanh đỉnh nhọn tạo ion dương xung quanh hệ tản Các ion dương tạo thành khu vực điện tích không gian dương khu vực điện tích không gian dương trung hòa điện tích âm đám mây tạo thành một lớp điện tích bảo vệ hình thành đám mây công trình ngăn không cho sét đánh vào công trình Hai nhà khoa học tiếng giới nghiên cứu sét GS Uman GS Rakov đại học Florida [1] khoảng 10 giây kể từ đám mây sét có nguy đánh xuống công trình bất kỳ, khu vực điện tích không gian đầu hệ thống tản ion di chuyển lên cao khoảng 150m, bị gió đẩy xa khỏi hệ thống tản ion tới 50m Chú ý đám mây tích điện để hình thành sét thường độ cao vài km (thường khoảng 5km) so với mặt đất nên khu vực điện tích không gian cho dù có di chuyển đến 150m lên cao chưa chạm đến điểm đám mây độ cao vài km, bị gió đẩy bật xa khỏi vị trí ban đầu nên chẳng thể đứng yên đỉnh công trình để che chắn cho Giả thiết vô khả trung hòa điện tích hệ thống LE bị GS Cooray Đại học Upsala, Thụy Điển bác bỏ thực nghiệm [2] Để trung hòa C đám mây tích điện thông thường dòng vầng quang hệ thống LE phát 5000 điểm nhọn theo tính toán GS Cooray, hệ thống LE thông thường có nhiều có 4000 đỉnh nhọn Một sai lầm khác người ủng hộ LE họ cho vầng quang phát hệ thống tản ion tổng đại số dòng phát đỉnh nhọn thành phần Trên thực tế dòng ion không bao giở tỉ lệ tuyến tính với số đỉnh nhọn ảnh hưởng đỉnh nhọn lân cận Hình 1a, 1b, 1c 1d Một số loại chống sét phi truyền thống kiểu loại trừ sét (LE) b Hệ thống phát xạ sớm (ESE) Hệ thống phát xạ sớm khác so với hệ thống chống sét truyền thống, ngoại trừ đầu thu sét Tức bao gồm đầu thu, dây nối từ đầu thu xuống hệ thống nối đất, hệ thống nối đất Ở hệ thống ESE, đầu thu sét gồm số điện cực bố trí cho tự “phát” dòng streamer sớm so với đầu thu sét truyền thống khoảng thời gian ∆t Khoảng thời gian người đề xuất ESE đo đạc phòng thí nghiệm đưa giá trị ∆t dao động từ 50 µs 300 µs Để chứng minh “hiệu quả” ESE, người ủng hộ lấy khoảng thời gian sớm (ví dụ lấy ∆t =75µs) nhân với vận tốc chuyển động tia tiên đạo v=106 m/s (cũng người đề xuất ESE đo phòng thí nghiệm), họ cho chiều cao hệ thống ESE tăng thêm khoảng 75 µs ×106m/s=75m so với cột thu lôi truyền thống Thực tế giả thiết khoảng thời gian sớm ∆t vận tốc chuyển động v tia tiên đạo GS Rison đại học kỹ thuật bang New Mexico, Mỹ vô [3] Các đo đạc độc lập đầu thu ESE không phát streamer sớm so với đầu thu sét truyền thống quảng cáo [4,5] Đồng thời, vận tốc tia tiên đạo thực tế 1/10 so với vận tốc 106 m/s, tức cỡ 105 m/s Hai yếu tố dẫn tới việc chiều cao tăng thêm (nếu có) hệ thống ESE vài mét, chiều cao vô nghĩa ứng dụng chống sét thân hệ thống chống sét truyền thống cho công trình có độ cao lớn trị số cần thiết vài mét Hình Một số loại đầu thu sét hoạt động dựa “nguyên tắc” phát xạ sớm (ESE) chào bán Việt Nam Thực tế lắp đặt chứng minh hệ thống chống sét phi truyền thống không tốt so với cột thu lôi truyền thống Hệ thống LE lắp đặt nhiều sân bay thuộc quan hàng không quân liên bang Mỹ (FAA) chứng tỏ chúng vô tác dụng[1,3] Sauk hi lắp đặt hệ thống LE, sét tiếp tục đánh vào hệ thống LE sở không quân sân bay thuộc quyền quản lý FAA sân bay quốc tế Tampa, không quân Eglin v.v làm hỏng nhiều thiết bị Trong hệ thống thu sét truyền thống sân bay Sartosa FAA thời kỳ bị vài lần sét đánh không gây thiệt hại thiết bị Chính từ năm 1990, tiêu chuẩn chống sét FAA định sử dụng lại hệ thống chống sét truyền thống cấm sử dụng chống sét kiểu LE toàn công trình FAA Đối với hệ thống ESE, có nhiều dẫn chứng thực tế chứng tỏ vô tác dụng GS Wilson [3] tiến hành lắp đặt ba loại chống sét vị trí đỉnh núi Magdalena bang New Mexico: hệ thống chống sét truyền thống với kim thu nhọn, hệ thống chống sét với kim thu mài tù, hệ thống ESE Sau 12 năm quan sát ông nhận thấy chống sét truyền thống với kim thu mài tù chịu 13 cú sét, hệ thống ESE hệ thống truyền thống với kim thu nhọn không chịu cú sét khoảng thời gian Điều có nghĩa hệ thống ESE không hoạt động tốt chống sét truyền thống quảng cáo Nhà khoa học người Malaysia Hartono có gần 20 năm theo dõi hoạt động hệ thống ESE khắp Malaysia ông thu thập vô số hình ảnh [6,7] chứng tỏ sét đánh thẳng vào công trình hệ thống ESE bảo vệ, điều nghĩa ESE không tăng phạm vi bảo vệ người đề xuất tuyên bố Hình Góc nhà Malaysia bị sét đánh vỡ (vị trí khoanh tròn), bên cạnh hệ thống thu sét phát xạ sớm [6] Hệ thống chống sét phi truyền thống bị cộng đồng khoa học tổ chức quốc tế tẩy chay Một đặc điểm hệ thống thu sét phi truyền thống người đề xuất (thực công ty sản xuất hệ thống này) chưa cung cấp kết đo đạc hay tính toán thuyết phục Tất lý thuyết biện minh cho hiệu hệ thống chống sét phi truyền thống dựa suy luận cảm tính mà kiểm chứng độc lập Họ hoàn toàn im lặng trước thách thức cộng đồng khoa học quốc tế việc đưa luận kỹ thuật để chứng minh tính hiệu hệ thống chống sét phi truyền thống, nhiên lặp lặp lại tuyên bố vô bị bác bỏ từ lâu Vì tất tiêu chuẩn liên quan đến chống sét tổ chức học thuật uy tín tổ chức khác IEC, CIGRE, IEEE, Underwriters Laboratory (UL), quân đội Mỹ (US Army), Cơ quan không quân liên bang Mỹ (FAA), Hiệp hội phòng cháy quốc gia Mỹ (NFPA)… từ chối đưa thông tin liên quan đến hệ thống chống sét phi truyền thống cấm sử dụng chống sét loại để bảo vệ công trình họ Một tiêu chuẩn hay nhà sản xuất chống sét kiểu ESE viện dẫn tiêu chuẩn NF A 17102 Pháp UNE 21-186:1996 Tây Ban Nha Tuy nhiên, tiêu chuẩn GIMELEC, hiệp hội nhà sản xuất hệ thống ESE Pháp thiết lập Sau nhà sản xuất Tây Ban Nha lấy y nguyên tiêu chuẩn gọi UNE 21-186: 1996 Nói cách khác người sản xuất hệ thống ESE tự làm tiêu chuẩn vào để bán sản phẩm Tiêu chuẩn NF A 17-102 bị viện nghiên cứu uy tín thuộc phủ Pháp INERIS (Viện nghiên cứu quốc gia Pháp môi trường công nghiệp nguy hiểm) bác bỏ báo cáo năm 2001[8] Ngay thí nghiệm trình bày tiêu chuẩn NF A 17-102 chứng minh mắc nhiều sai lầm [1-3] nghiêm trọng việc người làm thực nghiệm cố tình đưa hệ thống ESE vào gần nguồn phát sét hệ thống thu sét truyền thống để chứng minh hệ thống ESE hút sét tốt hơn, nhiên họ lại không (hoặc cố tình không) lặp lại thực nghiệm cách đảo vị trí hai hệ thống thu sét xem kết có thực chứng minh hệ thống ESE hiệu hay không? Một tiêu chuẩn khác hay nhà sản xuất hệ thống ESE viện dẫn tiêu chuẩn Úc NewZealand chống sét AS/NZS 1768 Tuy nhiên, tiêu chuẩn phần liên quan hệ thống ESE đề cập phần phụ lục thông tin (informative appendix) Chú ý phụ lục thông tin phần nằm hoàn toàn tách rời với yêu cầu kỹ thuật bắt buộc tiêu chuẩn mang ý nghĩa đưa thêm thông tin Tuy nhiên nhà sản xuất ESE cố tình lập lờ chi tiết người mua thường hiểu lầm hệ thống ESE tiêu chuẩn công nhận Nhưng hệ thống chống sét phi truyền thống chào bán rộng rãi Các hệ thống chống sét phi truyền thống thường xuất xứ từ quốc gia nhiều có “tiêu chuẩn” liên quan đến Pháp, Úc, Tây Ban Nha, Ý, chí từ Mỹ, Thái Lan hay Thổ Nhĩ Kỳ Các hệ thống chào bán rộng rãi Việt Nam Chỉ cần tìm kiếm mạng từ khóa “chống sét tích cực” “chống sét chủ động”, “chống sét đa tia”, “chống sét phát xạ sớm” nhận vô số quảng cáo tuyệt vời sản phẩm ”giảm cường độ điện trường khu vực cần bảo vệ”, “tạo chắn công trình”, “tạo đường dẫn phát tia tiên đạo sớm”, “cắt lọc sét”, “chủ động phóng luồng ion phía đám mây” v v Không Việt Nam, nhà sản xuất loại chống sét kiểu tiếp tục bán sản xuất bán sản phẩm họ khắp nơi Và đủ thông tin để biết quảng cáo họ sai thật Có số lý mà sản phẩm chống sét phi truyền thống bán chạy, là: - - Hệ thống chống sét truyền thống đơn giản rẻ tiền Mặc dù hệ thống hoạt động tốt 250 năm có mặt hầu hết tiêu chuẩn quốc tế quốc gia, người ta cảm thấy đơn giản so với hiểu biết họ sét Vì nghe hệ thống “hiện đại” với chức vượt trội so với loại truyền thống suy nghĩ đơn giản “Phức tạp đắt tốt hơn” Thực tế chi phí hệ thống thu sét nhỏ so với chi phí công trình nên người quan tâm đến số tiền chênh lệch dùng hệ thống truyền thống hệ thống chống sét phi truyền thống Những nhà sản xuất người bán hàng đánh trúng tâm lý nên họ kết hợp nhiều chiến thuật để quảng cáo hệ thống chống sét phi truyền thống dẫn chứng địa điểm tiếng nước lắp loại chống sét này, người mua hàng khó kiểm chứng điều có thật hay không Cho dù có thật nữa, chẳng biết hệ thống có hiệu so với loại truyền thống không Ngoài người bán hàng dùng chiêu “dọa dẫm” nói đến hậu sét đánh dùng hệ thống truyền thống, viện dẫn “tiêu chuẩn” đề cập để chứng tỏ “nước ngoài” họ sử dụng rộng rãi loại chống sét Hậu việc sử dụng loại chống sét phi truyền thống Như trình bày lý thuyết lẫn thực nghiệm chứng tỏ chống sét phi truyền thống hoạt động chống sét truyền thống, chí hiệu Không phải bỏ chi phí cao so với chống sét truyền thống, sử dụng chống sét phi truyền thống nguy hiểm chỗ nhà sản xuất loại chống sét lại tuyên bố phạm vi bảo vệ loại lớn nhiều lần so với chống sét truyền thống Điều dẫn tới việc thay sử dụng nhiều đầu thu sét đặt nhiều vị trí khác để bảo vệ cho toàn công trình, hệ thống thu sét phi truyền thống dùng đầu thu để bảo vệ cho khu vực rộng lớn Như vậy, gần toàn công trình gần không bảo vệ sử dụng loại chống sét phi truyền thống Tuy nhiên thảm họa hệ thống chống sét phi truyền thống lắp đặt khu vực nhạy cảm kho xăng dầu, nhà máy điện hạt nhân hay khu vực có người v…Vì thế, lời nói nhà sản xuất chống sét phi truyền thống bắt khách hàng trả nhiều tiền để sét đánh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M A Uman V A Rakov, “A critical review of non conventional approaches to lightning protection”, Bulletin of the American Meteorological Society, December 2002, pg 1817 [2] Vernon Cooray, “Non conventional lightning protection systems”, 2010 International Conference on Lightning Protection, 2010 ICLP, Cagliari, Italy, 13-17 September 2010 [3], William Rison, “Experimental Validation of Conventional and Non-Conventional Lightning Protection Systems”, 2003 IEEE Power Engineering Society General Meeting, 13-17 July 2003 [4] Allen, N.L cộng sự, “Tests of the ‘early streamer emission’ principle for protection against lightning”, IEE Proc.-Sci Meas Technol 145, pp 200-206, 1998 [5] The Electrical Engineering and Power Systems Group, “The Results of Tests on ESE & Franklin Terminals”, Test Report No 43427, University of Manchester Institute of Science and Technology [6] Z A Hartono I Robiah, “Performance of non standard lightning air terminals: revisited”, 29th International Conference on Lightning Protection, 23– 26, June 2008 [7] Z A Hartono I Robiah, “Conventional and Un-conventional Lightning Air Terminals: An Overview”, Forum on Lightning Protection, Hilton Petaling Jaya, 8th January 2004 [8] Gruet, P, “Etude des Paratonnerres a Dispositif d’Amorcage”, INERIS, October 2001 ... thực nghiệm chứng tỏ chống sét phi truyền thống hoạt động chống sét truyền thống, chí hiệu Không phải bỏ chi phí cao so với chống sét truyền thống, sử dụng chống sét phi truyền thống nguy hiểm chỗ... Mexico: hệ thống chống sét truyền thống với kim thu nhọn, hệ thống chống sét với kim thu mài tù, hệ thống ESE Sau 12 năm quan sát ông nhận thấy chống sét truyền thống với kim thu mài tù chịu 13 cú sét, ... 1d Một số loại chống sét phi truyền thống kiểu loại trừ sét (LE) b Hệ thống phát xạ sớm (ESE) Hệ thống phát xạ sớm khác so với hệ thống chống sét truyền thống, ngoại trừ đầu thu sét Tức bao gồm