Cách chọn thiết bị chống sét lan truyền
Cách chọn thiết bị chống sét lan truyền là một điều rất quan trọng đối với bất kỳ ai đang làm việc trong lĩnh vực điện hoặc quản lý hệ thống điện tử mà đang muốn chọn mua thiết bị chống sét lan truyền. Việc hiểu rõ về thiết bị này không chỉ giúp bạn bảo vệ các thiết bị điện quanh mình mà còn đảm bảo an toàn cho cả hệ thống điện. Trong bài viết dưới đây, chúng ta hãy cùng THADOCO khám phá khái niệm, nguyên lý hoạt động và những lưu ý khi chọn lựa thiết bị chống sét lan truyền một cách chi tiết.
Thiết bị chống sét lan truyền là gì?
Thiết bị chống sét lan truyền, thường được gọi tắt là SPD (Surge Protective Device), là sản phẩm có khả năng giới hạn hoặc chuyển hướng dòng điện tăng đột ngột do sự cố sét đánh hoặc tình trạng quá áp trong hệ thống điện.
SPD hoạt động bằng cách kết nối song song với thiết bị điện cần bảo vệ. Khi phát hiện điện áp tăng cao hơn mức quy định, SPD sẽ dẫn dòng điện này xuống hệ thống đất, từ đó bảo vệ thiết bị điện không bị hư hỏng. Nguyên tắc hoạt động của SPD rất đơn giản nhưng lại cực kỳ hiệu quả, giúp duy trì sự ổn định cho hệ thống điện.
Nguyên lý hoạt động của thiết bị chống sét lan truyền
Thiết bị chống sét lan truyền được sử dụng nhằm hạn chế tình trạng quá áp từ điện áp khí quyển, đồng thời dẫn dòng điện cao xuống đất. Điều này đảm bảo rằng giá trị điện áp tối đa mà thiết bị phải chịu luôn nằm trong phạm vi an toàn.
Mặc dù rất hữu ích, nhưng nhiều người vẫn chưa hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của thiết bị này. SPD sẽ tự động kích hoạt khi nhận thấy sự thay đổi trong dòng điện. Trong thời gian xảy ra quá áp, điện trở của SPD rất thấp, giúp dẫn dòng điện dễ dàng xuống đất. Sau khi sự cố kết thúc, SPD sẽ trở lại trạng thái bình thường với điện trở cao hơn, ngăn chặn sự xâm nhập của dòng điện không mong muốn.
Các loại thiết bị chống sét lan truyền
Hiện tại, trên thị trường có nhiều loại thiết bị chống sét lan truyền khác nhau, bao gồm loại 1, loại 2 và loại 3 theo tiêu chuẩn UL 1449. Mỗi loại thiết bị đều có tính năng và ứng dụng riêng biệt, phù hợp với từng môi trường và yêu cầu cụ thể của hệ thống điện.
- Loại 1: Thường được sử dụng trong các hệ thống có nguồn chính, nơi mà nguy cơ bị sét đánh là cao.
- Loại 2: Thích hợp cho các hệ thống trung gian, nơi có sự kết nối giữa nguồn điện và các thiết bị điện.
- Loại 3: Dùng để bảo vệ thiết bị điện bên trong, đặc biệt là trong các môi trường nhạy cảm.
Các loại thiết bị này đều mang lại lợi ích riêng, và việc lựa chọn đúng loại sẽ giúp gia tăng tuổi thọ cho thiết bị điện và giữ cho hệ thống hoạt động ổn định.
Một số lưu ý khi chọn thiết bị chống sét lan truyền
Khi lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền, có một số yếu tố quan trọng mà bạn cần cân nhắc để đảm bảo rằng thiết bị sẽ hoạt động hiệu quả nhất.
Kích thước của thiết bị chống sét lan truyền (SPD) không phụ thuộc vào kích thước của tủ điện
- Nhiều người nghĩ rằng phải sử dụng SPD 50KA để bảo vệ an toàn cho bảng điều khiển có dòng định mức 50KA. Tuy nhiên, thực tế là bảng xếp hạng đột biến dòng của tủ điện phân phối không ảnh hưởng đến việc chọn thiết bị chống sét lan truyền. Bạn hoàn toàn có thể sử dụng SPD 40KA cho bảng điều khiển có dòng định mức dưới 5KA.
- Yếu tố quan trọng trong việc chọn thiết bị chống sét lan truyền chính là vị trí của tủ điện điều khiển, không phải kích thước của nó.
Kích thước của thiết bị chống sét (SPD) sẽ không làm giảm chất lượng bảo vệ
Trên thực tế, tất cả các thiết bị chống sét lan truyền đều sử dụng biến thể oxit kim loại, viết tắt là MOV, làm thiết bị giới hạn chính. Do đó, nếu MOV có công suất 10kA và mức tăng cũng là 10KA, SPD sẽ hoạt động ở công suất tối đa. Nếu bạn dùng SPD có mức 20KA, sẽ cần kết nối 2 MOV song song, mỗi MOV chịu mức tăng 10KA, dẫn đến chỉ hoạt động ở 50% công suất. Lựa chọn này sẽ tăng chi phí mà lợi ích mang lại không cao. Việc sử dụng SPD cao chỉ giúp kéo dài tuổi thọ cho thiết bị.
Thiết bị chống sét lan truyền cũng không thể đảm bảo bảo vệ tuyệt đối cho thiết bị điện khỏi nhiễu điện
Có nhiều người lầm tưởng rằng lắp đặt thiết bị chống sét sẽ bảo vệ hoàn toàn cho thiết bị điện trước mọi tình huống sự cố điện. Tuy nhiên, thực tế không phải như vậy. Thiết bị chống sét lan truyền chủ yếu bảo vệ các thiết bị điện khỏi tình trạng quá áp. Trong trường hợp sóng hài hay chất lượng điện kém, thiết bị này không có khả năng bảo vệ. Hơn nữa, SPD cũng không bảo vệ được thiết bị điện trước hiện tượng điện áp thấp hay tác động trực tiếp của sét.
Hơn nữa, trong một số trường hợp, khi xảy ra tình trạng quá áp tạm thời, thiết bị này cũng không thể bảo vệ hiệu quả cho thiết bị điện. Tình trạng này xảy ra khi điện áp vượt qua mức điện áp danh định trong một khoảng thời gian ngắn, thường do sự cố nghiêm trọng của nguồn điện hoặc do sự cố tiếp đất không tốt. Nếu điện áp vượt quá 25% điện áp định danh, không chỉ thiết bị điện mà ngay cả SPD cũng có thể bị hư hỏng.
Hướng dẫn lắp đặt và sử dụng thiết bị chống sét lan truyền
Để thiết bị chống sét lan truyền hoạt động hiệu quả, việc lắp đặt đúng cách là vô cùng quan trọng. Dưới đây là một số hướng dẫn cụ thể:
Có nhiều yếu tố cần xem xét khi chọn thiết bị chống sét lan truyền.
Thông số hiện có của thiết bị chống sét lan truyền (SPD)
- I: Giá trị KA thể hiện.
- Trong: Giá trị thể hiện, đơn vị (In).
- Imax: Dòng xả cực đại.
- SCCR: Đánh giá dòng ngắn mạch.
Thông số điện áp của SPD
- Uc Điện áp hoạt động liên tục (MCOV),
- Lên Mức bảo vệ điện áp (VPR) hoặc mức điện áp tăng (SVR) / Điện áp kẹp.
- TOV Quá điện áp tạm thời.
Xếp hạng dòng điện tăng vọt (I)
- Xếp hạng dòng điện đột biến cho thiết bị chống sét lan truyền được tính từ tổng dòng điện chạm đất và dòng trung tính.
- Dòng điện xung của thiết bị chống sét lan truyền thường không có tiêu chuẩn ngành để kiểm tra giống như các thông số kỹ thuật khác như MCOV, SCCR hay RPV…
- Bảng xếp hạng dòng điện của thiết bị chống sét lan truyền cao hơn không nhất thiết nghĩa là khả năng bảo vệ của SPD tốt hơn. Sự lựa chọn cần phải đảm bảo tương thích với môi trường tăng sóng cũng như dự kiến tuổi thọ của thiết bị.
- Khi lựa chọn xếp hạng dòng điện cho thiết bị chống sét lan truyền, cần chú ý đến vị trí của thiết bị trong môi trường cũng như điều kiện phân phối điện của nó.
Đánh giá dựa trên dòng phóng điện danh định (In)
Hiểu một cách đơn giản, giá trị cao nhất mà SPD có thể dẫn qua dòng điện tăng là một lượng cụ thể, được đo ở dạng sóng xung 8/20μs. Thiết bị chống sét lan truyền cần phải hoạt động sau khi xử lý 15 lần tăng điện áp. Yếu tố này giúp đánh giá độ bền của thiết bị. Thông thường, dòng xả định danh tối đa đạt khoảng 20kA. Theo tiêu chuẩn UL 1449, các giá trị In cho dạng sóng xung 8/20μs thường gặp là…
- Loại 1 SPD (In) = 10KA hay 20 kA
- Loại 2 SPD (In) = 3KA, 5KA, 10KA hay 20 kA
- Theo IEEE C62.41 thì giá trị dòng xả danh định ở mức từ 200A đến 10KA.
- Theo NFPA thì giá trị dòng xả danh định là 20KA.
Dòng xả tối đa (Imax)
Dòng xả tối đa của thiết bị chống sét lan truyền xảy ra khi chỉ cần một cú đánh 8/20µs hoặc dòng điện 10/350μs, trong đó dòng điện giữa pha trung tính hoặc bất kỳ pha nào đó tăng lên mức cao nhất mà SPD vẫn có khả năng chịu đựng. Giá trị này được coi là mức tối đa của dòng điện tăng. Nó có thể được kiểm soát nhờ vào các thiết bị bảo vệ chống xung. Đánh giá cho thấy dòng điện xả tối đa có hai dạng sóng khác nhau: sóng dài và sóng ngắn.
Imax biểu thị giá trị dòng điện sóng ngắn lớn nhất, còn Limp thể hiện giá trị dòng điện sóng dài lớn nhất.
Đánh giá dòng ngắn mạch SCCR
SCCR là khái niệm chỉ mức độ chịu đựng dòng sự cố tối đa mà SPD có thể chấp nhận mà không bị hư hỏng liên tục. Việc kiểm soát dòng điện ngắn mạch là rất khó khăn, vì vậy thiết bị chống sét lan truyền được chế tạo để hoạt động hiệu quả trong các tình huống như vậy. SCCR không chỉ định mức tăng đột biến của dòng điện mà phản ánh khả năng ngắt dòng tối đa của thiết bị chống sét khi xảy ra sự cố. Thông thường, vị trí lắp đặt SPD sẽ được xác định ở nơi có nguy cơ ngắn mạch thấp hơn mức thiết kế của SCCR tương ứng với SPD đó.
Tính điện áp hoạt động liên tục tối đa (MCOV hay Uc)
Khi lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền, cần lựa chọn vị trí lắp giữa pha và đất. Do đó, MCOV của SPD phải lớn hơn hoặc bằng với điện áp DC giữa pha và đất. Đối với hệ thống điện 3 pha, điện áp từ đường dây tới đất được thiết kế bằng điện áp giữa các pha chia cho 1,73.
Ví dụ thực tế: Hệ thống truyền tải điện là 440kV, điện áp đường dây đến đất sẽ bằng 440 / 1.73 = 254kV. Do tất cả hệ thống thiết bị điện đều có một số lỗi quy định, nếu quy định là 10% thì điện áp dây đến đất là 254 x 1.1 =280kV. Vậy nên phải chọn thiết bị chống sét lan truyền có MCOV hoặc Uc tối thiểu 280kV.
Tính điện áp đường dây đến mặt đất
MCOV là điện áp tối đa cho mỗi chế độ của thiết bị bảo vệ chống sét. Khi xảy ra sự cố từ các pha được nối đất trong hệ thống ba pha, điện áp của hai pha nối đất sẽ tăng cao. Lý do là thiết kế thường có sự kết nối giữa pha với mặt đất, do đó, điện áp tại các thiết bị đầu cuối cũng sẽ tăng theo. Sự gia tăng này sẽ được duy trì trên SPD cho đến khi thiết bị ngắt kết nối hoặc khắc phục sự cố.
Yếu tố này rất quan trọng và ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của thiết bị. Vì vậy, khi lắp đặt, cần phải tính toán điện áp của bộ chống sét để đảm bảo hoạt động hiệu quả khi có sự cố xảy ra.
Thông thường, các chuyên gia sẽ áp dụng quy tắc ngón tay cái và biểu đồ. Tuy nhiên, đây là phương pháp truyền thống và không đạt hiệu quả cao. Tiêu chuẩn IEEE C62.22 nêu rõ trong phụ lục C cùng với IEC 60099-5 cũng đã đề cập đến vấn đề này để tìm kiếm giải pháp hoàn hảo hơn.
Nếu hệ thống phân phối có trở kháng và máy biến áp không thể xác định, cần sử dụng những loại hệ thống trong điều kiện xấu nhất. Theo đó, trong những trường hợp này, việc nhân số lượng đường dây và điện áp đất sẽ được dùng để xác định sự gia tăng điện áp.
Mức bảo vệ điện áp (UP tại In)
Các cực của thiết bị chống sét lan truyền sẽ có một điện áp tối đa, xuất hiện khi dòng điện trong SPD đạt đến giá trị dòng định mức (In). Khi thực hiện thiết kế, cần đảm bảo rằng mức độ bảo vệ điện áp thấp hơn khả năng chịu đựng quá áp của tải. Điều này thể hiện rõ trong trường hợp xảy ra sự cố sét đánh, tại các cực của thiết bị chống sét, điện áp vẫn luôn nhỏ hơn điện áp trong mạch.
Thêm vào đó, khi thiết bị chuyển dòng điện cao xuống đất, mức bảo vệ điện áp không được vượt quá giá trị điện áp mà SPD có thể chịu đựng. Trước đây, tiêu chuẩn UL 1449 Edition đã quy định xếp hạng triệt tiêu (SVR), nhưng hiện tại nó không còn được áp dụng, thay vào đó là VPR.
Quá áp tạm thời (TOV)
TOV là khái niệm dùng để chỉ sự biến đổi tạm thời. Nó được xem như là lỗi xảy ra trong điện áp hạ thế và trung thế. Công thức tính toán như sau:
– UTov = 1,45 x Uo, trong đó Uo là dòng điện danh định tới điện áp đất.
- Đối với hệ thống 230/440V, công thức sẽ được tính là UTov = 1,45 x 230 = 333,33 Volt.
Trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển, việc bảo vệ thiết bị điện khỏi các sự cố không mong muốn là điều cực kỳ quan trọng. Cách chọn thiết bị chống sét lan truyền không chỉ giúp bạn hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động cũng như những lưu ý cần thiết trong quá trình lựa chọn.
Hy vọng với những thông tin chi tiết và hữu ích mà bài viết đã cung cấp, bạn sẽ có thêm kiến thức trong việc lựa chọn và sử dụng thiết bị chống sét lan truyền hiệu quả, từ đó bảo vệ tốt hơn cho hệ thống điện của mình.
