Tại sao ta cần chống sét?

Chống sét cấp 1 và cấp 2 là gì?

Chống sét có thực sự cần thiết hay không?

Để có góc nhìn chính xác, chúng ta phải đọc hiểu được các thông số của chống sét. Thực tế hiện nay SPD rất thông dụng cho các công trình, tuy nhiên việc hiểu các thông số này không nhiều người biết.

Hãy bỏ ra 5 phút đọc bài viết này, các thông số của SPD sẽ được diễn giải một cách đơn giản để cho những người không chuyên cũng có thể nắm bắt.

Chống set lan truyền hay còn gọi là bộ cắt xung sét không phải để bảo vệ con người hay các thiết bị điện cổ điển mà để bảo vệ các thiết bị điện đắt tiền có mạch điều khiển điện tử.

Các mạch điều khiển điện tử có thể nói là bộ phận quan trọng bậc nhất trong các thiết bị điện ngày nay, ví dụ máy tính, ti vi, tủ lạnh, điều hòa nhiệt độ, đèn LED…

Đây là lý do tại sao càng ngày thiết bị chống sét lan truyền SPD càng quan trọng và là thiết bị bắt buộc ở đầu nguồn hệ thống điện dân dụng và công nghiệp.

MOV (Metal Oxide Varistor) là biến trở chống sét làm bằng Oxide kim loại ZnO.

Đặc tính của MOV chính là ở điện áp bình thường thì MOV có điện trở rất lớn và không cho dòng đi qua, khi điện áp tăng lên ở mức cao (ví dụ xung điện áp sét tăng rất cao và trong thời gian cực ngắn) thì MOV sẽ ngay lập tức giảm điện trở xuống rất thấp để dẫn dòng sét đi qua nó, qua đó cũng làm giảm điện áp của xung sét xuống mức an toàn (theo nguyên lý đơn giản chúng ta đều biết là dòng tăng thì áp giảm).

Với nguyên lý làm việc ở trên, ta dễ thấy có 3 thông số quan trọng nhất của MOV:

1/ Điện áp giảm giữa 2 cực của MOV này gọi là điện áp kẹp Clamp Voltage (Uc). Uc này thường chỉ bằng 275Vac với lưới 230Vac.

2/ Dòng điện xả (Discharge) (In): Khi điện trở giảm và điện áp giảm đi về điện áp kẹp, dòng xả tính bằng kA càng lớn thì khả năng thoát sét của chống set càng lớn.

3/ Thời gian tác động: Do điện áp xung sét tăng lên trong thời gian cực ngắn (xung điện áp) nên thời gian tác động của chống sét phải rất nhanh. Thời gian này tính bằng ns.

Chất lượng của chống sét phụ thuộc rất nhiều vào MOV, và để sản xuất được cần có nền công nghiệp vật liệu cơ bản phát triển.

Nếu MOV không chất lượng, rõ ràng chống sét hoàn toàn chỉ là thiết bị bỏ đi mà thôi.

Ta hay thấy chống sét lan truyền phân ra chống sét cấp 1, 2. Lý do là xung sét có dạng trực tiếp (cấp 1) và gián gián tiếp (cấp 2). Xung sét này khác nhau như sau:

Khi có xung điện áp sét thì 2 xung cấp 1 và cấp 2 sẽ lan truyền qua đường dây điện đi vào tải. Càng xa điển sét đánh thì xung cấp 1 sẽ càng yếu và xung cấp 2 sẽ là chủ yếu, đó là lý do tại sao ở đầu nguồn ta lắp SPD cấp 1+2 (cắt sét với cả xung sét cấp 1 và cấp 2) và phía dưới ta lắp SPD cấp 2 (cắt sét với xung sét cấp 2).

Lấy ví dụ thực tế SPD cấp 1+2 của Relpol, Model RSP-T1S-275-1+1-R (1 pha) và RSP-T1S-275-3+1-R (3 pha)

Với các kiến thức cơ bản ở trên, ta sẽ tiếp tục đọc hiểu các thông số của chống sét cấp 1+2.

Module cắt sét Pha về Trung tính

Uc = Điện áp kẹp = Clamp Voltage: Điện áp sẽ được duy trì ở 2 cực của chống sét. Điện áp này sẽ chỉ lớn hơn điện áp định mức của lưới điện một ít, do vậy không làm ảnh hưởng tới thiết bị. Ở đây Uc=275Vac

Iimp = Điện áp cắt xung sét cấp 1 = Impulse Discharge: đây là dòng điện xung sét 10/250us được thoát qua chống sét. Ở đây, Iimp=25kA

In = Điện áp cắt xung sét cấp 2 = Norminal Discharge: đây là dòng điện xung sét 8/20us được thoát qua chống sét. Ở đây, In=25kA

Imax = Điện áp cắt xung sét cấp 2 lớn nhất = Maximum Discharge: đây là dòng điện xung sét 8/20us lớn nhất có thể thoát qua chống sét. Ở đây, Imax=65kA.

Up = Voltage protection level = Điện áp chông sét bắt đầu bảo vệ. Ví dụ Up=1500V tức là khi có xung điện áp từ 1500V thì SPD bắt đầu giảm điện trở và thoát xung sét. Ở đây, Up=1500V.

Module cắt sét Trung tính về Đất

Tượng tự Module cắt sét Pha về Trung Tính thì Module cắt sét Trung tính về Đất cũng có các thông số như vậy, chỉ có một vài lưu ý:

Điện áp kẹp Uc của module trung tính – đất sẽ lớn hơn một chút do có điện áp rơi ở trên module này nữa, ở trường hợp này, Uc (P-N) = 275V thì Uc (N-E) = 305V.

Ngoài ra do 3 pha thoát sét riêng rẽ về trung tính và trung tính thoát sét tổng về đất nên các thông số Iimp, Imax, In đều lớn hơn, với chống sét Relpol này ta có:

Lấy ví dụ thực tế SPD cấp 2 của Littelfuse, Model SPD2-300-1P1 (1 pha) và SPD2-300-3P1 (3 pha)

Với các kiến thức cơ bản ở trên, ta sẽ tiếp tục đọc hiểu các thông số của chống sét cấp 2.

Với chống sét cấp 2 ta sẽ không thấy các thông số cho xung 10/350us nữa và chỉ còn thông số cho xung sét cấp 2 là 8/20us

Module cắt sét Pha về Trung tính

Uc = Điện áp kẹp = Clamp Voltage: Điện áp sẽ được duy trì ở 2 cực của chống sét. Điện áp này sẽ chỉ lớn hơn điện áp định mức của lưới điện một ít, do vậy không làm ảnh hưởng tới thiết bị. Ví dụ ở đây ta thấy Uc=300V.

In = Điện áp cắt xung sét cấp 2 = Norminal Discharge: đây là dòng điện xung sét 8/20us được thoát qua chống sét. Ví dụ ở đây ta thấy In=20kA.

Imax = Điện áp cắt xung sét cấp 2 lớn nhất = Maximum Discharge: đây là dòng điện xung sét 8/20us lớn nhất có thể thoát qua chống sét. Ví dụ ở đây ta thấy Imax=50kA

Up = Voltage protection level = Điện áp chông sét bắt đầu bảo vệ. Ví dụ Up=1500V tức là khi có xung điện áp từ 1500V thì SPD bắt đầu giảm điện trở và thoát xung sét. Trong ví dụ này Up=1500V

Module cắt sét Trung tính về Đất

Tượng tự Module cắt sét Pha về Trung Tính thì Module cắt sét Trung tính về Đất cũng có các thông số như vậy, chỉ có một vài lưu ý:

Điện áp kẹp Uc của module trung tính – đất sẽ lớn hơn một chút do có điện áp rơi ở trên module này nữa, ví dụ, Uc (P-N) = 300V thì Uc (N-E) = 305V.

Ngoài ra do 3 pha thoát sét riêng rẽ về trung tính và trung tính thoát sét tổng về đất nên các thông số In và Imax sẽ lớn hơn. Ví dụ ở đây ta có In=40kA và Imax=65kA.

Hiện nay các dòng SPD hầu như chế tạo theo kiểu module, tức là sẽ có module SPD Pha -Trung tính và SPD Trung tính -Đất.

Với SPD 3 pha: Ta có bộ gồm 3 module SPD Pha-Trung tính và 01 module SPD Trung tính-Đất và lắp vào 1 đế SPD 3 pha. Trên đế này có thể có tiếp điểm bảo trạng thái của SPD hoặc không (tùy model), gọi là remote contact.

Với SPD 1 pha: Ta có bộ gồm 1 module SPD Pha-Trung tính và 01 module SPD Trung tính-Đất và lắp vào 1 đế SPD 1 pha. Trên đế này có thể có tiếp điểm bảo trạng thái của SPD hoặc không (tùy model), gọi là remote contact.

Ngoài các thông số quan trọng nhất ở trên thì trong catalog của sản phẩm ta có thể bắt gặp một vài thông số khác nữa. Tuy nhiên, với kiến thức về nguyên lý, cấu tạo và các thông số cơ bản ở trên ta dễ dàng suy ra và hiểu không mấy khó khăn.

tA= thời gian tác động của SPD, tính bằng ns, ví dụ tA<100ns

TOV Ut (120min)(L-N) = Điện áp quá áp mà SPD chịu được trong 120 phút khi đặt vào L và N. Ví dụ Ut (120min) (L-N)= 442V

TOV Ut (200ms) (N-E) = Điện áp quá áp mà SPD chịu được trong 120 phút khi đặt vào N và E. Ví dụ Ut (200ms) (N-E)= 1200V