Thiết bị chống sét lan truyền là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống cung cấp điện, mạng điện thoại, và các bus truyền thông và điều khiển tự động. Thiết bị chống sét lan truyền là gì, các thông số thiết bị chống sét lan truyền nào quan trọng? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu tổng quan thiết bị chống sét lan truyền ngay sau đây:

Các thông số quan trọng của Thiết bị chống sét lan truyền

Nội dung

• Các thông số kỹ thuật chung

– Thông số U_c : Điện áp hoạt động liên tục lớn nhất

Đây là điện áp AC hoặc DC mà trên đó Thiết bị chống sét lan truyền sẽ hoạt động. Giá trị này được chọn theo điện áp định mức và bố trí nối đất của hệ thống.

– Thông số U_p : Cấp bảo vệ điện áp (tại I _n )

Đây là điện áp tối đa trên các cực của Thiết bị chống sét lan truyền khi nó hoạt động. Điện áp này đạt được khi dòng điện chạy trong Thiết bị chống sét lan truyền bằng I _n . Mức bảo vệ điện áp được chọn phải thấp hơn khả năng chịu quá áp do sét đánh của tải (xem phần

Trong trường hợp bị sét đánh, điện áp trên các cực của Thiết bị chống sét lan truyền thường nhỏ hơn U _p .

– Thông số I_n : Dòng xả danh định

Đây là giá trị cực đại của dạng sóng 8/20 μs hiện tại mà Thiết bị chống sét lan truyền có khả năng phóng điện 15 lần.

Thiết bị chống sét lan truyền là gì?

Thiết bị chống sét lan truyền là một thành phần của hệ thống bảo vệ lắp đặt điện.

Thiết bị này được kết nối song song trên mạch cấp nguồn của các tải mà nó phải bảo vệ (xem Hình J17). Nó cũng có thể được sử dụng ở tất cả các cấp của mạng lưới điện.

Đây là loại bảo vệ quá áp do sét đánh được sử dụng phổ biến nhất và hiệu quả nhất.

Nguyên lý thiết bị chống sét lan truyền

Thiết bị chống sét lan truyền được thiết kế để hạn chế quá điện áp thoáng qua có nguồn gốc khí quyển và chuyển hướng sóng dòng điện xuống đất, để giới hạn biên độ của quá điện áp này ở giá trị không gây nguy hiểm cho hệ thống lắp đặt điện, thiết bị đóng cắt và điều khiển điện.

Thiết bị chống sét lan truyền loại bỏ quá điện áp:

• ở chế độ chung, giữa pha và trung tính hoặc trái đất;
• ở chế độ vi sai, giữa pha và trung tính. Trong trường hợp quá điện áp vượt quá ngưỡng hoạt động, Thiết bị chống sét lan truyền
• dẫn năng lượng đến trái đất, ở chế độ chung;
• phân phối năng lượng cho các dây dẫn trực tiếp khác, ở chế độ vi sai.

✅Tham khảo: Nguyên lý thiết bị chống sét lan truyền

Phân loại Thiết bị chống sét lan truyền:

• Thiết bị chống sét lan truyền type 1

Thiết bị chống sét lan truyền type 1 được khuyến nghị trong trường hợp cụ thể của các tòa nhà công nghiệp và dịch vụ, được bảo vệ bởi hệ thống chống sét hoặc lồng lưới. Nó bảo vệ các thiết bị điện chống sét đánh trực tiếp. Nó có thể xả dòng điện ngược do sét lan truyền từ dây dẫn đất đến dây dẫn mạng.

Thông số thiết bị chống sét lan truyền type 1 được đặc trưng bởi sóng hiện tại 10/350 μs.

• Thiết bị chống sét lan truyền type 2

Thiết bị chống sét lan truyền type 2 là hệ thống bảo vệ chính cho tất cả các hệ thống lắp đặt điện hạ thế. Được lắp đặt trong mỗi tủ điện, nó ngăn chặn sự lan truyền quá điện áp trong hệ thống lắp đặt điện và bảo vệ phụ tải.

Thông số thiết bị chống sét lan truyền type 2 được đặc trưng bởi sóng hiện tại 8/20 μs.

• Thiết bị chống sét lan truyền type 3

Các Thiết bị chống sét lan truyền này có khả năng phóng điện thấp. Do đó, chúng bắt buộc phải được lắp đặt như một phần bổ sung cho Thiết bị chống sét lan truyền type 2 và ở gần các tải nhạy cảm. Thiết bị chống sét lan truyền type 3 được đặc trưng bởi sự kết hợp của sóng điện áp (1,2/50 μs) và sóng dòng điện (8/20 μs).

Định nghĩa quy phạm Thiết bị chống sét lan truyền

Những ứng dụng của thiết bị chống sét lan truyền

• Thiết bị chống sét lan truyền hạ thế

Các thiết bị rất khác nhau, từ cả quan điểm công nghệ và cách sử dụng, được chỉ định bởi thuật ngữ này. Thiết bị chống sét lan truyền hạ thế là mô-đun để dễ dàng lắp đặt bên trong tủ điện LV. Ngoài ra còn có các Thiết bị chống sét lan truyền có thể thích ứng với ổ cắm điện, nhưng các thiết bị này có khả năng phóng điện thấp.

• Thiết bị chống sét lan truyền cho mạng truyền thông

Các thiết bị này bảo vệ mạng điện thoại, mạng chuyển mạch và mạng điều khiển tự động (xe buýt) chống quá điện áp đến từ bên ngoài (sét đánh) và từ bên trong mạng cấp điện (thiết bị gây ô nhiễm, vận hành thiết bị đóng cắt, v.v.).

Các Thiết bị chống sét lan truyền như vậy cũng được lắp đặt trong các đầu nối RJ11, RJ45, … hoặc tích hợp vào tải.

Cách lắp đặt hệ thống chống sét lan truyền

Để bảo vệ hệ thống lắp đặt điện trong tòa nhà, áp dụng các quy tắc đơn giản cho việc lựa chọn

• Thiết bị chống sét lan truyền;
• Thiết bị đóng cắt.

3.1 Quy tắc thiết kế chống sét lan truyền

Đối với hệ thống phân phối điện, các đặc điểm chính được sử dụng để xác định hệ thống chống sét và chọn Thiết bị chống sét lan truyền để bảo vệ hệ thống lắp đặt điện trong tòa nhà là:

• Thiết bị chống sét lan truyền

– số lượng Thiết bị chống sét lan truyền;

– kiểu;

– mức độ tiếp xúc để xác định dòng điện phóng tối đa của Thiết bị chống sét lan truyền I _max .

• Thiết bị bảo vệ ngắn mạch

– dòng phóng lớn nhất I _max ;

– dòng điện ngắn mạch I _sc tại điểm lắp đặt.

Sơ đồ logic trong Hình J20 dưới đây minh họa quy tắc thiết kế này.

Các đặc điểm khác để lựa chọn Thiết bị chống sét lan truyền được xác định trước cho việc lắp đặt điện.

• số cực trong Thiết bị chống sét lan truyền;
• cấp bảo vệ điện áp U _p ;
• điện áp hoạt động U _c .

Tiểu mục J3 này mô tả chi tiết hơn các tiêu chí để lựa chọn hệ thống bảo vệ theo các đặc điểm của hệ thống lắp đặt, thiết bị được bảo vệ và môi trường.

3.2 Các thành phần bảo vệ của hệ thống chống sét lan truyền

Thiết bị chống sét lan truyền phải luôn được lắp đặt tại điểm gốc của hệ thống lắp đặt điện.

3.2.1 Vị trí và loại Thiết bị chống sét lan truyền

Loại Thiết bị chống sét lan truyền được lắp đặt tại điểm gốc của quá trình lắp đặt phụ thuộc vào việc có hệ thống chống sét hay không. Nếu tòa nhà được trang bị hệ thống chống sét (theo tiêu chuẩn IEC 62305), thì nên lắp đặt Thiết bị chống sét lan truyền type 1.

Đối với Thiết bị chống sét lan truyền được lắp đặt ở đầu vào của quá trình lắp đặt, các tiêu chuẩn lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC 60364 đưa ra các giá trị tối thiểu cho 2 đặc điểm sau:

• Dòng xả danh nghĩa I _n  = 5 kA (8/20) μs;
• Cấp bảo vệ điện áp U _p  (tại I _n ) < 2,5 kV.

Số lượng Thiết bị chống sét lan truyền bổ sung sẽ được cài đặt được xác định bởi:

• kích thước của trang web và khó khăn trong việc cài đặt dây dẫn liên kết. Trên các trang web lớn, điều cần thiết là cài đặt Thiết bị chống sét lan truyền ở đầu vào của mỗi bao vây phân phối phụ.
• khoảng cách tách các tải nhạy cảm cần được bảo vệ khỏi thiết bị bảo vệ đầu vào. Khi các tải được đặt cách xa hơn 30 mét so với thiết bị bảo vệ đầu vào, cần phải cung cấp biện pháp bảo vệ tốt bổ sung càng gần các tải nhạy cảm càng tốt. Hiện tượng phản xạ sóng tăng dần từ 10 mét (xem chương 6.5)
• nguy cơ phơi nhiễm. Trong trường hợp vị trí rất lộ thiên, Thiết bị chống sét lan truyền đầu vào không thể đảm bảo cả dòng sét cao và mức bảo vệ điện áp đủ thấp. Cụ thể, Thiết bị chống sét lan truyền type 1 thường đi kèm với Thiết bị chống sét lan truyền type 2.

Bảng trong Hình J21 dưới đây cho thấy số lượng và loại Thiết bị chống sét lan truyền được thiết lập trên cơ sở hai yếu tố được xác định ở trên.

3.4 Cách lựa chọn Thiết bị chống sét lan truyền type 1

3.4.1 Dòng xung I _imp

• Khi không có quy định quốc gia hoặc quy định cụ thể cho loại tòa nhà được bảo vệ, Dòng điện xung I _imp tối thiểu phải là 12,5 kA (sóng 10/350 μs) trên mỗi nhánh theo IEC 60364-5-534.

• Trường hợp có quy định: tiêu chuẩn 62305-2 xác định 4 cấp độ: I, II, III và IV, Bảng trong Hình J31 cho thấy các cấp độ khác nhau của I _imp trong trường hợp quy định.

3.4.2 Tự động dập tắt theo dòng _điện

Đặc tính này chỉ áp dụng cho Thiết bị chống sét lan truyền với công nghệ khe hở tia lửa. Dòng điện tự động dập tắt I _fi phải luôn lớn hơn dòng điện ngắn mạch dự kiến ​​I _sc tại điểm lắp đặt.

3.5 Lựa chọn Thiết bị chống sét lan truyền type 2

3.5.1 Dòng xả tối đa I _max

Dòng xả tối đa Imax được xác định theo mức phơi nhiễm ước tính tương ứng với vị trí của tòa nhà.

Giá trị của dòng xả tối đa (I _max ) được xác định bằng phân tích rủi ro (xem bảng trong Hình J32).

3.6 Lựa chọn Thiết bị bảo vệ ngắn mạch bên ngoài (SCPD)

Các thiết bị bảo vệ (nhiệt và ngắn mạch) phải được phối hợp với Thiết bị chống sét lan truyền để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy, nghĩa là

• đảm bảo tính liên tục của dịch vụ:

– chịu được sóng sét;

– không tạo ra điện áp dư quá mức.

• đảm bảo bảo vệ hiệu quả chống lại tất cả các loại quá dòng:

– quá tải do hết nhiệt của biến trở;

– ngắn mạch cường độ thấp (trở kháng);

– ngắn mạch cường độ cao.

👉 Tham khảo: Cách chọn thiết bị chống sét lan truyền 

3.6.1 Những rủi ro cần tránh khi hết tuổi thọ của Thiết bị chống sét lan truyền

• Do lão hóa

Trong trường hợp hết tuổi thọ tự nhiên do lão hóa, bảo vệ thuộc loại nhiệt. Thiết bị chống sét lan truyền có biến trở phải có bộ ngắt kết nối bên trong để vô hiệu hóa Thiết bị chống sét lan truyền.

Lưu ý: Việc hết tuổi thọ do thoát nhiệt không liên quan đến Thiết bị chống sét lan truyền có ống phóng khí hoặc khe đánh lửa kín.

• Do lỗi

Nguyên nhân dẫn đến hết tuổi thọ do lỗi ngắn mạch là:

– Công suất xả tối đa vượt quá.

Lỗi này dẫn đến đoản mạch mạnh.

– Lỗi do hệ thống phân phối (chuyển mạch trung tính/pha, trung tính

ngắt kết nối).

– Hư hỏng dần dần của varistor.

Hai lỗi sau dẫn đến ngắn mạch trở kháng.

Hệ thống lắp đặt phải được bảo vệ khỏi hư hỏng do các loại lỗi này: bộ ngắt kết nối (nhiệt) bên trong được xác định ở trên không có thời gian để làm nóng, do đó phải hoạt động.

Nên lắp đặt một thiết bị đặc biệt gọi là “Thiết bị bảo vệ ngắn mạch bên ngoài (SCPD bên ngoài)”, có khả năng loại bỏ ngắn mạch. Nó có thể được thực hiện bởi một thiết bị ngắt mạch hoặc cầu chì.

3.6.2 Đặc điểm của SCPD bên ngoài (Thiết bị bảo vệ ngắn mạch)

SCPD bên ngoài phải được phối hợp với Thiết bị chống sét lan truyền. Nó được thiết kế để đáp ứng hai ràng buộc sau:

chịu dòng sét

Khả năng chịu dòng sét là một đặc tính cơ bản của Thiết bị Bảo vệ Ngắn mạch bên ngoài của Thiết bị chống sét lan truyền.

SCPD bên ngoài không được ngắt khi có 15 dòng xung liên tiếp tại I _n .

Chịu dòng điện ngắn mạch

• Khả năng phá vỡ  được xác định bởi các quy tắc cài đặt (tiêu chuẩn IEC 60364):

SCPD bên ngoài phải có khả năng cắt bằng hoặc lớn hơn dòng điện ngắn mạch dự kiến ​​Isc tại điểm lắp đặt (theo tiêu chuẩn IEC 60364).

• Bảo vệ lắp đặt chống ngắn mạch

Đặc biệt, ngắn mạch trở kháng làm tiêu hao rất nhiều năng lượng và cần được loại bỏ rất nhanh để tránh làm hỏng hệ thống lắp đặt và Thiết bị chống sét lan truyền.

Nhà sản xuất phải cung cấp sự liên kết phù hợp giữa Thiết bị chống sét lan truyền và SCPD bên ngoài của nó.

3.6.3 Chế độ cài đặt cho SCPD bên ngoài

• Thiết bị lắp nối tiếp

SCPD được mô tả là “nối tiếp” (xem Hình J33) khi việc bảo vệ được thực hiện bởi thiết bị bảo vệ chung của mạng được bảo vệ (ví dụ: bộ ngắt mạch kết nối ngược dòng của một hệ thống lắp đặt).

• Thiết bị lăp song song

SCPD được mô tả là “song song” (xem Hình J34) khi việc bảo vệ được thực hiện cụ thể bởi một thiết bị bảo vệ được liên kết với Thiết bị chống sét lan truyền.

• SCPD bên ngoài được gọi là “bộ ngắt mạch ngắt kết nối” nếu chức năng này được thực hiện bởi bộ ngắt mạch.
• Bộ ngắt mạch ngắt kết nối có thể được tích hợp hoặc không được tích hợp vào Thiết bị chống sét lan truyền.

Lưu ý: Trong trường hợp Thiết bị chống sét lan truyền có ống xả khí hoặc khe đánh lửa kín, SCPD cho phép cắt dòng điện ngay sau khi sử dụng.

Lưu ý: Thiết bị dòng dư loại S phù hợp với tiêu chuẩn IEC 61008 hoặc IEC 61009-1 tuân thủ yêu cầu này.

3.7.1 Phối hợp với các thiết bị bảo vệ ngược dòng

Phối hợp với các thiết bị bảo vệ quá dòng

Trong hệ thống lắp đặt điện, SCPD bên ngoài là một thiết bị giống hệt với thiết bị bảo vệ: điều này cho phép áp dụng các kỹ thuật phân biệt và xếp tầng để tối ưu hóa kỹ thuật và kinh tế của kế hoạch bảo vệ.

Phối hợp với các thiết bị dòng dư

Nếu Thiết bị chống sét lan truyền được lắp đặt phía sau thiết bị chống rò rỉ đất, thì thiết bị sau phải thuộc loại “si” hoặc loại chọn lọc có khả năng miễn nhiễm với dòng xung ít nhất 3 kA (sóng dòng 8/20 μs).

4 Lắp đặt Thiết bị chống sét lan truyền

Các kết nối của Thiết bị chống sét lan truyền với tải phải càng ngắn càng tốt để giảm giá trị của mức bảo vệ điện áp (được cài đặt Lên) trên các đầu nối của thiết bị được bảo vệ. Tổng chiều dài của các kết nối Thiết bị chống sét lan truyền với mạng và khối đầu nối đất không được vượt quá 50 cm.

4.1 Kết nối

Một trong những đặc điểm cần thiết để bảo vệ thiết bị là mức bảo vệ điện áp tối đa (đã cài đặt Up ₎ mà thiết bị có thể chịu được tại các cực của nó. Theo đó, nên chọn Thiết bị chống sét lan truyền có mức bảo vệ điện áp U _p  thích ứng với việc bảo vệ thiết bị (xem Hình J38). Tổng chiều dài của dây dẫn kết nối là

L = L1+L2+L3.

Đối với dòng điện cao tần, trở kháng trên mỗi đơn vị chiều dài của kết nối này xấp xỉ 1 μH/m.

Do đó, áp dụng định luật Lenz cho mối liên hệ này: ∆U = L di/dt

Sóng dòng điện 8/20 μs được chuẩn hóa, với biên độ dòng điện là 8 kA, theo đó tạo ra mức tăng điện áp 1000 V trên mỗi mét cáp.

∆U =1 x 10 ^-6  x 8 x 10 ³  / 8 x 10 ^-6  = 1000 V

Kết quả là điện áp trên các cực của thiết bị, được cài đặt Lên, là:

cài đặt U _p  = U _p  + U1 + U2

Nếu L1+L2+L3 = 50 cm và sóng là 8/20 μs với biên độ 8 kA, thì điện áp trên các đầu của thiết bị sẽ là U _p  + 500 V.

4.1.1 Kết nối trong vỏ nhựa

Hình J39a dưới đây cho thấy cách kết nối Thiết bị chống sét lan truyền trong vỏ nhựa.

4.1.2 Đấu nối trong vỏ bọc kim loại

Trong trường hợp cụm thiết bị đóng cắt trong vỏ bọc kim loại, có thể là khôn ngoan khi kết nối Thiết bị chống sét lan truyền trực tiếp với vỏ bọc kim loại, với vỏ bọc được sử dụng làm dây dẫn bảo vệ (xem Hình J39b).

Sự sắp xếp này tuân theo tiêu chuẩn IEC 61439-2 và nhà sản xuất LẮP RÁP phải đảm bảo rằng các đặc tính của vỏ bọc giúp cho việc sử dụng này có thể thực hiện được.

4.1.3 Tiết diện ruột dẫn

Tiết diện dây dẫn tối thiểu được khuyến nghị có tính đến:

• Dịch vụ thông thường sẽ được cung cấp: Dòng điện của sóng sét dưới điện áp giảm tối đa (quy tắc 50 cm).

Lưu ý: Không giống như các ứng dụng ở tần số 50 Hz, hiện tượng sét có tần số cao, việc tăng tiết diện dây dẫn không làm giảm đáng kể trở kháng tần số cao của nó.

• Khả năng chịu đựng của dây dẫn đối với dòng điện ngắn mạch: Dây dẫn phải chống lại dòng điện ngắn mạch trong thời gian cắt tối đa của hệ thống bảo vệ.

IEC 60364 khuyến nghị tại đầu vào lắp đặt có mặt cắt ngang tối thiểu là:

– Thông số 4 mm ²  (Cu) để kết nối Thiết bị chống sét lan truyền type 2;

– Thông số 16 mm ²  (Cu) để kết nối Thiết bị chống sét lan truyền type 1 (có hệ thống chống sét).

4.2 Quy tắc đi cáp

• Quy tắc 1: Quy tắc đầu tiên cần tuân thủ là độ dài của các kết nối Thiết bị chống sét lan truyền giữa mạng (thông qua SCPD bên ngoài) và khối đầu nối đất không được vượt quá 50 cm.

Hình J40 cho thấy hai khả năng kết nối của Thiết bị chống sét lan truyền.

• Quy tắc 2: Dây dẫn của các đường dẫn ra có bảo vệ:

– nên được kết nối với các đầu nối của SCPD hoặc Thiết bị chống sét lan truyền bên ngoài;

– nên được tách biệt về mặt vật lý với các dây dẫn đầu vào bị ô nhiễm.

Chúng được đặt ở bên phải các đầu cuối của Thiết bị chống sét lan truyền và SCPD (xem Hình J41).

• Quy tắc 3: Các dây dẫn pha, dây trung tính và dây bảo vệ (PE) của nguồn cấp vào phải chạy song song với nhau để giảm bề mặt vòng lặp (xem Hình J42).
• Quy tắc 4: Các dây dẫn vào của Thiết bị chống sét lan truyền phải cách xa các dây dẫn đi ra được bảo vệ để tránh làm nhiễm bẩn chúng do khớp nối (xem Hình J42).
• Quy tắc 5: Các dây cáp phải được ghim vào các bộ phận kim loại của vỏ bọc (nếu có) để giảm thiểu bề mặt của vòng khung và do đó được hưởng lợi từ tác dụng che chắn chống nhiễu EM.

Trong mọi trường hợp, phải kiểm tra xem các khung của bảng chuyển mạch và vỏ bọc có được nối đất qua các kết nối rất ngắn hay không.

Cuối cùng, nếu sử dụng cáp có vỏ bọc, nên tránh sử dụng các loại cáp có độ dài lớn vì chúng làm giảm hiệu quả của vỏ bọc (xem Hình J42).

5 ứng dụng

5.1 Ví dụ cài đặt

Giải pháp và sơ đồ

• Hướng dẫn lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền đã giúp xác định giá trị chính xác của thiết bị chống sét lan truyền ở đầu vào của hệ thống lắp đặt và giá trị của cầu dao ngắt kết nối có liên quan.
• Vì các thiết bị nhạy cảm (U _p  < 1,5 kV) được đặt cách thiết bị bảo vệ đầu vào hơn 30 m, nên các thiết bị chống sét bảo vệ tốt phải được lắp đặt càng gần tải càng tốt.
• Để đảm bảo dịch vụ liên tục tốt hơn cho các khu vực phòng lạnh:

– Bộ ngắt mạch dòng dư loại “si” sẽ được sử dụng để tránh vấp phiền toái gây ra bởi sự gia tăng điện thế tiếp đất khi sóng sét đi qua.

• Để bảo vệ chống quá điện áp khí quyển:

– lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền trong tủ điện chính

– lắp đặt một bộ chống sét bảo vệ tốt trong mỗi tổng đài (1 và 2) cung cấp cho các thiết bị nhạy cảm nằm cách bộ chống sét đầu vào hơn 30 m

– lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền trên mạng viễn thông để bảo vệ các thiết bị được cung cấp, ví dụ như thiết bị báo cháy, modem, điện thoại, fax.

Khuyến nghị về cáp

– Đảm bảo tính đẳng thế của các đầu tiếp đất của tòa nhà.

– Giảm diện tích cáp nguồn vòng.