Cột_thu_lôi Cột_thu_lôi hay cột chống sét là một thanh kim_loại hoặc vật bằng kim_loại được gắn trên đỉnh của một toà nhà điện ngoại quan bằng cách sử_dụng một dây_dẫn điện để giao_tiếp với mặt_đất hoặc đất thông_qua một điện_cực thiết_kế để bảo_vệ toà nhà trong trường_hợp sét tấn_công Sét sẽ đánh xuống mục_tiêu là công_trình xây_dựng và sẽ đánh vào cột_thu_lôi rồi được truyền xuống mặt_đất thông_qua dây_dẫn thay_vì đi qua toà nhà nơi nó có_thể bắt_đầu một đám cháy hoặc giật điện gây ra Đây là một công_cụ rất hữu_ích với con_người có_thể giúp chúng_ta giảm_thiểu nguy_cơ từ sét Sự ra_đời Cột chống sét ra_đời vào năm 1752 bởi nhà_khoa_học người Mỹ Benjamin_Franklin_Khi đó ông đã làm thí_nghiệm về điện trong khí_quyển rất nổi_tiếng Ông đã buộc một chiếc diều vào một chiếc cột nhà ở đó ông cũng buộc một chiếc chìa_khoá Sau đó cơn giông ập tới mưa bắt_đầu xối_xả thám ướt vào chiếc dây của diều Sấm_sét lúc đó cũng rất đáng sợ đánh vào con diều Do bị ẩm_ướt nên con diều có khả_năng dẫn_điện Franklin đã sờ vào chìa_khoá đã cảm_thấy bị điện giật rất đáng sợ Sau đó ông dùng chai Leyden hình_thức ban_đầu của tụ_điện để tích điện và đã tích một lượng điện lớn Benjamin_Franklin thực_hiện thí_nghiệm này với con trai là Thật may_mắn cho Benjamin vì 1 năm sau đó nhà_vật_lý người Nga gốc Đức Georg_Wilhelm_Richmann đã bị sét đánh chết khi cũng thực_hiện thí_nghiệm tương_tự Nhờ có thí_nghiệm nói trên Benjamin_Franklin đã mạnh_dạn sử_dụng cột_thu_lôi đầu_tiên tại Philadelphia Sau nhiều ngày dông bão căn nhà của ông nơi đặt chiếc cột_thu_lôi đó không hề bị ảnh_hưởng Thấy vậy dân_chúng vùng Philadelphia cũng làm theo Dần_dần cột_thu_lôi trở_nên phổ_biến Sau_này Benjamin_Franklin đã cho thấy sự hữu_ích của cột_thu_lôi trong cuốn The_Poor_Richard_Almanach Cấu_tạo Cột_thu_lôi gồm có một cái thanh kim_loại dài nối từ đỉnh của một công_trình đến mặt_đất Ở trên cùng cột_thu_lôi có một cái đầu nhọn để có_thể tập_trung tia sét Sau_này để tăng mức_độ an_toàn người ta cho lắp thêm một cái vỏ bên ngoài bằng sứ ngăn_chặn những ảnh_hưởng có_thể có của sét vào các công_trình Nguyên_lý hoạt_động Cột_thu_lôi chỉ hoạt_động khi có trận giông_bão Lúc ấy các đám mây đã tích điện_tích âm và mặt_đất tích điện_tích_dương do hưởng_ứng tĩnh_điện Giữa mây và mặt_đất có hiệu_điện_thế rất lớn Khi đó sét được hình_thành Những chỗ nhô cao trên mặt_đất giống như những mũi_nhọn là nơi có điện_trường mạnh nhất vì điện_tích hưởng_ứng phân_bố chủ_yếu ở đấy Sau khi hình_thành kênh dẫn bậc hay tiên đạo của sét sẽ di_chuyển từ đám mây xuống và mở_đường cho tia sét đánh xuống đất Kênh dẫn bậc bị thu_hút bởi những chỗ nhô cao nên sét đánh vào những chỗ đó nhiều nhất chính vì_vậy khi khi có sấm_sét dữ_dội ta không nên đứng trên nhô đất cao hoặc trú dưới gốc cây mà nên nằm_xuống đất Khi đó cái mũi_nhọn của chiếc cột_thu_lôi sẽ phát_huy tác_dụng Do cao và nhọn cột_thu_lôi sẽ có điện_trường lớn nên sét sẽ đánh vào đó Sau khi bị sét đánh nó dẫn dòng_điện ấy xuống dưới mặt_đất Dòng_điện ấy sẽ được trung_hoà về điện bởi lúc này đất mang điện_tích_dương còn dòng_điện trong cột_thu_lôi mang điện_tích âm Tác_dụng Phạm_vi bảo_vệ của hệ thu_lôi là khoảng không gian quanh hệ thu_lôi bao_bọc và bảo_vệ về mặt chống sét cho công_trình và người ở bên trong được xác_định bằng thực_nghiệm Phạm_vi bảo_vệ của hệ thu_lôi phụ_thuộc vào chiều cao của cột_thu_lôi cao_độ đỉnh kim Cột_thu_lôi càng cao thì phạm_vi bảo_vệ càng lớn Hệ một kim thu_lôi độc_lập Theo lý_thuyết của Benjamin_Franklin phạm_vi bảo_vệ của một kim thu_lôi độc_lập là phần không_gian nằm bên trong mặt_tròn_xoay quanh trục là kim thu_lôi chiều cao H tạo bởi đường_sinh là đường_cong có phương_trình là trong đó h và r là cao_độ và bán_kính đường_tròn trên mặt chiếu bằng tâm là kim thu_lôi của từng điểm x trên đường_sinh Lý_thuyết hiện_đại lấy gần đúng đường_sinh tạo thành phạm_vi bảo_vệ của kim thu_lôi là đường_thẳng TCXDVN 46 2007 hay đường_thẳng gãy khúc TCXD 46 1984 Tiêu_chuẩn thiết_kế chống sét Việt_Nam TCXD 46 1984 coi đường_sinh phạm_vi bảo_vệ cột_thu_lôi độc_lập là đường gãy khúc có phương_trình là Tiêu_chuẩn thiết_kế chống sét Việt_Nam TCXDVN 46 2007 coi đường_sinh phạm_vi bảo_vệ cột_thu_lôi độc_lập là đường_thẳng nghiêng với phương thẳng_đứng của kim một góc bảo_vệ là 45 Tiêu_chuẩn TCVN 46 2007 xem_xét tới diện_tích mặt_bằng phạm_vi bảo_vệ ở cao_độ chân cột_thu_lôi có_thể ở cốt nền mặt_đất hoặc có_thể là mái công_trình Nếu so_sánh trên cùng một diện_tích hình_tròn mặt_bằng phạm_vi bảo_vệ ở cao_độ chân cột_thu_lôi của các trường_hợp áp_dụng TCXD 46 1984 và TCXDVN 46 2007 và tiêu_chuẩn TCVN 9385 2012 với nhau thì chiều cao yêu_cầu của cột_thu_lôi độc_lập theo tiêu_chuẩn TCXDVN 46 2007 và tiêu_chuẩn TCVN 9385 2012 là H cao gấp rưỡi chiều cao cột yêu_cầu theo tiêu_chuẩn 1984 là H H 1 5H Như_vậy để bảo_vệ chống sét cho cùng một diện_tích mặt_bằng chân cột_thu_lôi đơn thì tiêu_chuẩn TCXDVN 46 2007 và tiêu_chuẩn TCVN 9385 2012 yêu_cầu an_toàn hơn Hệ hai kim thu_lôi cao_bằng nhau kết_hợp bảo_vệ Theo TCXD 46 1984 khi hai kim thu_lôi cao_bằng nhau đặt cách nhau một khoảng_cách đủ nhỏ nhỏ hơn giới_hạn được xác_định bên dưới nhưng có_thể vẫn lớn hơn đường_kính hình_tròn mặt_bằng phạm_vi bảo tại chân cột bằng 3H thì ngoài các phạm_vi bảo_vệ hình_nón quanh từng cột giống như cột độc_lập ở giữa khoảng 2 cột phạm_vi bảo_vệ còn được mở_rộng tạo thành vùng phạm_vi bảo_vệ kết_hợp là không_gian nằm bên dưới một_mặt bậc hai có dạng yên ngựa Đường_sinh trên mặt đứng đi qua trục nối 2 cột của mặt cong yên ngựa này được lấy là đường cung tròn có tâm nằm trên trung_trực của khoảng_cách hai cột trên mặt_bằng và nằm ở cao_độ 4H 4 lần chiều cao cột_thu_lôi Theo tiêu_chuẩn TCXD 46 1984 đường_sinh trên mặt đứng đi qua trục nối 2 cột của mặt cong yên ngựa hyperbolic paraboloid này được lấy là đường cung tròn bán_kính R có tâm nằm trên đường_trung_trực của khoảng_cách hai cột trên mặt_bằng A và nằm ở cao_độ 4H 4 lần chiều cao cột_thu_lôi Điểm thấp nhất của đường_sinh này nằm tại trung_điểm khoảng_cách 2 cột trên mặt_bằng A có cao_độ h được xác_định là Với A là khoảng_cách 2 cột trên mặt_bằng Khoảng_cách A càng lớn h càng nhỏ khi h 0 thì 2 cột trở về trường_hợp độc_lập không còn tạo thành hệ kết_hợp nữa Do_đó điều_kiện để hai cột bằng nhau kết_hợp bảo_vệ là Tiêu_chuẩn TCXDVN 46 2007 lấy đường_sinh trên là đường_thẳng gãy khúc hợp bởi góc bảo_vệ 60 từ đỉnh mỗi cột vào bên trong khoảng 2 cột Do_đó tg60 1 732 A 2 H h điều_kiện để 2 cột bằng nhau kết_hợp bảo_vệ theo tiêu_chuẩn 2007 là và nếu lấy chiều cao cột_thu_lôi theo tiêu_chuẩn TCXDVN 46 2007 gấp rưỡi chiều cao cột theo tiêu_chuẩn 1984 H 1 5H thì A 5 196H 3 464H Phạm_vi bảo_vệ kết_hợp bên trong giữa hai cột mặc_dù được giới_hạn bởi mặt bậc hai nhưng trong các tiêu_chuẩn chống sét 1984 và 2007 đều coi gần đúng giao_tuyến của mặt cong này với mặt_bằng cao_độ chân cột là đường_thẳng gấp_khúc đối_xứng vơi nhau qua trục nối hai cột và qua đường_trung_trực của trục này Các đường_thẳng này tạo thành vùng diện_tích mặt_bằng bảo_vệ kết_hợp ở chân cột_thu_lôi mở_rộng và nối_liền hai diện_tích hình_tròn phạm vị bảo_vệ tại chân mỗi cột với nhau trong khoảng giữa hai cột Phương_trình của các đoạn_thẳng biên được xác_định là Tiêu_chuẩn chống sét mới nhất_là TCVN 9385 2012 kế_thừa TCXDVN 46 2007 và bổ_sung điều_kiện áp_dụng vùng bảo_vệ và góc bảo_vệ nghiêm_ngặt hơn cho tiêu_chuẩn TCXDVN 46 2007 Hệ hai kim thu_lôi cao khác nhau kết_hợp bảo_vệ Từng cột_thu_lôi riêng_rẽ có phạm_vi bảo_vệ độc_lập giống như cột đơn nên vùng không_gian phía ngoài khoảng 2 cột về mỗi cột phạm_vi bảo_vệ của hệ giống như trường_hợp từng cột đứng độc_lập Hệ nhiều kim thu_lôi cao_bằng nhau kết_hợp bảo_vệ Phạm_vi bảo_vệ của hệ 3 cột kim thu_lôi thành tam_giác hay nhiều cột thành đa_giác kết_hợp bảo_vệ được hình_thành bởi sự kết_hợp tất_cả các phạm_vi bảo_vệ kết_hợp của các cặp đôi kim thu_lôi đặt tại các đỉnh của tam_giác hay đa_giác đó Nếu là các đa_giác thì hệ luôn có_thể chia thành các tam_giác kim thu_lôi Trong một tam_giác kim thu_lôi luôn có duy_nhất một đường_tròn ngoại_tiếp tam_giác thu_lôi đi qua chân của tất_cả các cột Để đảm_bảo an_toàn thì tất_cả ba cặp đôi phạm_vi bảo_vệ kết_hợp trên các cạnh tam_giác phải kết_hợp phủ kín hết vùng diện_tích mặt_bằng bên trong hình_tam_giác kim thu_lôi đó Điều này liên_quan tới 3 bán_kính nhỏ nhất b b b của phạm_vi bảo_vệ kết_hợp trên mỗi cạnh tam_giác là khoảng các giữa 2 cột trong 1 cặp tại cao_độ chân cột về mỗi phía của trục 2 cột cạnh tam_giác Các bán_kính nhỏ nhất này đạt được tại vị_trí trung_điểm của mỗi cạnh tam_giác thu_lôi và b 1 5h 1 5 4H 0 25 A 9H b 1 5h 1 5 4H 0 25 A 9H b 1 5h 1 5 4H 0 25 A 9H Với H là chiều cao cần_thiết của các cột_thu_lôi và A A A là các cạnh của tam_giác thu_lôi Các bán_kính nhỏ nhất này càng nhỏ khi các cạnh tam_giác càng lớn Cạnh tam_giác lớn nhất khi nó đạt tới giá_trị là đường_kính D của đường_tròn ngoại_tiếp tam_giác tức_là trường_hợp 2 trong 3 cột_thu_lôi nằm trên đường_kính D của đường_tròn ngoại_tiếp hay tam_giác thu_lôi là tam_giác_vuông Trường_hợp tam_giác thu_lôi là tam_giác_vuông cân thì bán_kính bảo_vệ b 1 5 4H 0 25D 9H formula _ 2 sẽ đảm_bảo việc phủ kín hết vùng diện_tích mặt_bằng bên trong hình_tam_giác kim thu_lôi khi D 8b 4 1676H Do_đó Tiêu_chuẩn chống sét TCVN 46 1984 quy_định điều_kiện D 8b và b 0 để đảm_bảo phạm_vi diện_tích mặt_bằng chân cột ở phía trong tam_giác thu_lôi được hoàn_toàn bảo_vệ Khi đó chiều cao cột_thu_lôi yêu_cầu H được xác_định là Theo tiêu_chuẩn TCVN 9385 2012 thì khoảng_cách L của lưới ô vuông 4 cột_thu_lôi cao_bằng nhau nằm trên đường_tròn ngoại_tiếp có đường_kính D phải đảm_bảo L 2H H là chiều cao cột thu sét theo TCXDVN 46 2007 và TCVN 9385 2012 Do_đó D formula _ 3 2 828H Theo tiêu_chuẩn TCVN 9385 2012 mà 2 828H 2 828 1 5H 4 243H với H là chiều cao cột_thu_lôi theo tiêu_chuẩn TCXD 46 1984 Hệ dây và lưới thu_lôi Cột_thu_lôi rất có tác_dụng trong việc ngăn_ngừa và giảm_thiểu những thiệt_hại do sét gây ra Tuy_nhiên do sét là dòng_điện lên đến hàng triệu vôn nên cột_thu_lôi không_thể_nào ngăn_chặn hoàn_toàn sự đáng sợ của sét Chính vì_vậy để an_toàn đến mức tối_đa chúng_ta cần thực_hiện các phương_pháp an_toàn như BULLET Rút hết các phích cắm khi cơn giông tới BULLET Không sử_dụng máy_tính_xách_tay điện_thoại hay máy_tính bảng khi sét đến BULLET Tránh những vật bằng kim_loại hoặc ẩm_ướt có_thể gây nguy_hại cho bản_thân và người_thân như vòi_hoa_sen Tiêu_chuẩn chống sét Tiêu_chuẩn Việt_Nam BULLET TCXD 46 1984 BULLET TCXDVN 46 2007 BULLET 9385 2012 doc TCVN9385 2012 Chống sét cho các công_trình xây_dựng Hướng_dẫn thiết_kế kiểm_tra và bảo_trì hệ_thống Tiêu_chuẩn Hoa_Kỳ BULLET NFPA 780 Standard for the Installation of Lightning_Protection_Systems 2014 Tiêu_chuẩn lắp_đặt hệ_thống chống sét 2014 BULLET M440 1 1 Electrical_Storms and Lightning_Protection_Department of Energy_BULLET_AFI 32 1065 Grounding_Systems_U_S Air_Force_Space_Command BULLET FAA STD 019e Lightning and Surge_Protection_Grounding_Bonding and Shielding_Requirements for Facilities and Electronic_Equipment_BULLET_Tiêu chuẩn chống sét của UL BULLET UL 96 Standard of Lightning_Protection_Components 5th Edition 2005 BULLET UL 96A Standard for Installation_Requirements for Lightning_Protection_Systems_Twelfth Edition 2007 BULLET UL 1449 Standard for Surge_Protective_Devices_Fourth Edition 2014 BULLET EN 61000 4 5 IEC 61000 4 5 Electromagnetic compatibility EMC Part 4 5 Testing and measurement techniques Surge immunity test BULLET EN 62305 IEC 62305 Protection against lightning BULLET EN 62561 IEC 62561 Lightning_Protection_System_Components LPSC BULLET ITU T K Series recommendations Protection against interference BULLET Tiêu_chuẩn nối đất của IEEE BULLET IEEE SA 142 2007 IEEE Recommended_Practice for Grounding of Industrial and Commercial_Power_Systems 2007 BULLET IEEE SA 1100 2005 IEEE Recommended_Practice for Powering and Grounding_Electronic_Equipment 2005 BULLET AFNOR NF C 17 102 Lightning protection Protection of structures and open areas against lightning using early streamer emission air terminals 1995 Xem thêm BULLET Danh_sách các mẫu cột_thu_lôi Liên_kết ngoài BULLET Researchers find that blunt lightning rods work best USA Today ngày 10 tháng 6 năm 2002 BULLET Federal_Aviation_Administration_FAA STD 019d Lightning and surge protection grounding bonding and shielding requirements for facilities and electronic equipment National_Transportation_Library ngày 9 tháng 8 năm 2002 BULLET Kithil_Richard_Lightning_Rods Recent_Investigations_National_Lightning Safety_Institute ngày 26 tháng 9 năm 2005 BULLET Kithil_Richard_Should_Lightning Rods be Installed_National_Lightning_Safety Institute ngày 26 tháng 9 năm 2005 BULLET Kithil_Richard_Fundamentals of Lightning_Protection_National_Lightning Safety_Institute ngày 26 tháng 9 năm 2005 BULLET Nailen_Richard_L_Lightning controversy goes on The_Electrical_Apparatus_February 2001 BULLET Lightning_Safety_Alliance education page BULLET Richard_Owen_Wm_S Orr_John_Radford_Young Alexander_Jardine_Robert_Gordon Latham_Edward_Smith_William Sweetland_Dallas_Orr s Circle of the Sciences_Atmospheric_Electricity_Theory of Lightning rods W S Orr 1855 BULLET February 1919 Popular_Science article about Lightning_Arresters and how they were used in early AC and DC power distribution systems Electrical_Devices and How_They_Work_Part 14 Lightning_Arresters_Popular_Science monthly February 1919 5 unnumbered pages Scanned by Google Books http books google com books id 7igDAAAAMBAJ pg PT17
Cột_thu_lôi