Phương pháp Tesla

Phương pháp Tesla

Hệ thống chống sét (LPS : Lightning Protection System) có tác dụng bảo vệ công trình khỏi bị hư hại do sét đánh. Mặc dù có nhiều kiểu lắp đặt, nhưng chúng ta có thể nhận thấy rõ rằng hai nguyên lý chống sét bên dưới dựa trên các nguyên tắc hoàn toàn trái ngược nhau:

Phương pháp Tesla – Ngăn khả năng hình thành sét (Khử ion hóa)

Phương pháp Franklin – Thu hút sét đánh vào cột thu lôi (Ion hóa)

Nguồn gốc của đầu khử sét

Nguồn gốc của đầu khử sét

Nikola TESLA là   nhà phát minh, kỹ sư sống vào thế kỷ 19, ông nổi tiếng vì là người tiên phong phát triển và áp dụng dòng điện xoay chiều để truyền tải và phân phối điện.

Ông cũng chính là người phát minh ra cuộn dây Tesla được dùng để tạo ra điện áp cao ở dòng thấp áp, dòng   điện xoay chiều cao  tần. Ông đồng thời cũng là người tạo ra bộ điều khiển từ xa không dây   đầu tiên trên thế giới. Tesla được công nhận là “Bậc thầy về chống sét”.

Nikola Tesla là nhà phát minh
Nikola TESLA 1856 - 1943
Dòng điện xoay chiều AC 1887-1888
Cuộn dây Tesla 1891
Thuyền điều khiển bằng tín hiệu vô tuyến 1898
Thiết bị chống sét TESLA 1916

Thiết kế LPS của Tesla

Năm 1916, thiên tài phát minh Nikola TESLA chỉ ra rằng cột thu lôi của Franklin làm tăng đáng kể nguy cơ bị sét đánh và quyết định tạo ra “thiết bị chống sét / The lightning Protector” dựa trên các nguyên lý hoàn toàn trái ngược bằng cách sử dụng một bộ phận hình tròn lớn để đảm bảo mật độ sét tập trung ở mức rất thấp và bảo toàn đặc tính cách điện cho môi trường xung quanh.

Thiết bị chống sét của Tesla được thiết kế để điều hòa môi trường điện với mục tiêu ngăn khả năng hình thành sét.

Nikola Tesla, chuyên gia trong lĩnh vực dòng điện cao tần, chẳng hạn như luồng điện phóng ra từ tia sét, mới đây đã được cấp bằng sáng chế cho phát minh cột thu lôi dạng 'Tròn' mới, mà ông khẳng định là có hiệu quả vượt trội hơn hẳn so với các loại cột 'Đầu nhọn' truyền thống đã quá quen thuộc với tất cả chúng ta. Ngoài ra, Tiến sĩ Tesla cũng có những lý do chính đáng để chuyển hướng thiết kế cột thu lôi theo cách hoàn toàn trái ngược này.

“Nikola Tesla, chuyên gia trong lĩnh vực dòng điện cao tần, chẳng hạn như luồng điện phóng ra từ tia sét, mới đây đã được cấp bằng sáng chế cho phát minh cột thu lôi dạng 'Tròn' mới, mà ông khẳng định là có hiệu quả vượt trội hơn hẳn so với các loại cột 'Đầu nhọn' truyền thống đã quá quen thuộc với tất cả chúng ta. Ngoài ra, Tiến sĩ Tesla cũng có những lý do chính đáng để chuyển hướng thiết kế cột thu lôi theo cách hoàn toàn trái ngược này”.

Khử ion hóa từng bước:

Đầu khử sét CMCE được thiết kế theo các nguyên lý Tesla nhằm cân bằng điện thế giữa môi trường không khí xung quanh và công trình được bảo vệ.

Bằng cách thu và xả các hạt điện tích dư thừa xuống hệ thống nối đất, CMCE giúp ngăn ngừa hiện tượng tập trung quá mức của các hạt điện tích tĩnh trái dấu để ngăn phát xạ sớm, giúp loại bỏ khả năng hình thành sét trong khu vực được bảo vệ.

Bước 1:

Phân tán các hạt điện tích từ hệ thống nối đất (dương) vào thiết bị thông qua một số điện cực nối đất. Hút các hạt điện tích trái dấu (âm) từ các điện cực tự do khác.

Bước 2:

Khi các hạt điện tích trái dấu hút nhau, hệ thống sẽ hút các hạt điện tích xuất hiện trong trường điện từ xung quanh. Hiệu điện thế giữa 2 điện cực sẽ tạo ra điện áp (V).

Bước 3:

Điện áp (V) sinh ra khi các hạt điện tích giữa các điện cực chuyển động có trật tự sẽ tạo ra dòng điện rò có kiểm soát (I), vô hại tính bằng miliampe.

Phương pháp Franklin

Phương pháp Franklin

Thanh dẫn của cột thu lôi đầu nhọn còn gọi là thanh thu sét hay cột Franklin do Benjamin FRANKLIN phát minh vào năm 1752 như một phần trong quá trình nghiên cứu có tính đột phá về điện của ông. Với sự hỗ trợ của người con trai William, Franklin đã đề xuất và thử nghiệm các cột và dây sắt dẫn điện để thu hút sét và dẫn dòng điện xuống đất.

Mục đích của thí nghiệm là chứng minh rằng sét và điện là kết quả của cùng một hiện tượng điện.

Thu hút sét đánh vào cột thu lôi 1752 - Franklin

Thiết kế của Franklin có tác dụng thu hút sét:

LPS thông thường sử dụng cột Franklin để thu hút sét đánh vào điểm đánh trúng ưu tiên, dòng điện tia sét chạy qua các thanh dẫn bằng đồng xuống đất để tiêu tán dần (phương pháp quả cầu lăn, phương pháp tính góc).

Năm 1836, Michael Faraday đã phát minh ra “lồng Faraday”, còn có tên là “phương pháp lồng lưới”, được tạo thành từ lớp vật liệu dẫn điện bao phủ liên tục.

Các nhà khoa học đã thực hiện nhiều cải tiến để tăng cường hiệu quả ion hóa, đặc biệt là với các cột thu lôi hoạt động theo nguyên lý ESE (phát xạ sớm), tức là các cột thu lôi được thiết kế hướng đến mục tiêu tăng cường phát xạ sớm và thu tia sét đánh trên một bán kính lớn hơn.

Ion hóa từng bước:

Bước 1:  

Khi điều kiện khí quyển thay đổi, cột thu lôi sẽ hút các hạt điện tích trái dấu và đưa chúng lên phía đỉnh cột.

Bước 2: 

Luồng dẫn sét (tia tiên đạo) sinh ra khi   các hạt điện tích dồn tụ lại, khi đó, tia sét sẽ bị hút vào đỉnh cột.

Bước 3: 

Dòng điện tia sét sẽ chạy qua các thanh dẫn bằng đồng hướng xuống hệ thống nối đất để tiêu tán xuống đất. 

error: Content is protected !!