2025-07-22
Khi xảy ra đột biến điện, điện áp vượt quá xa mức điện áp đỉnh cho phép có thể đi qua các mạch điện của tòa nhà đến thiết bị điện. Nếu không có biện pháp bảo vệ thích hợp, thiết bị này dễ bị hư hỏng hoặc hỏng hóc do đột biến điện áp. Loại bảo vệ cần thiết
để triệt tiêu các xung điện này có thể được cung cấp bởi thiết bị bảo vệ đột biến (SPD).
Việc chỉ định SPD chính xác yêu cầu bạn phải xác định và hiểu các thông số liên quan đến ứng dụng của nó. Có nhiều giá trị hiệu suất và thông số liên quan đến SPD, chẳng hạn như điện áp hoạt động liên tục tối đa (MCOV), định mức bảo vệ điện áp (VPR), dòng xả danh định (In) và định mức dòng ngắn mạch (SCCR). Thông số bị hiểu lầm nhiều nhất là định mức dòng sét, thường được định lượng bằng kilo-Ampere (kA).
Thiết bị bảo vệ đột biến (SPD) là gì?
Thiết bị bảo vệ đột biến (SPD) là một phương pháp phân loại được sử dụng để phân loại các thiết bị bảo vệ hệ thống điện khỏi đột biến điện áp, dựa trên các chức năng bảo vệ, vị trí lắp đặt và khả năng chịu được các dòng sét khác nhau. SPD được phân loại theo hai tiêu chuẩn chính: IEC (Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế) và UL (Phòng thí nghiệm bảo hiểm). Mỗi tiêu chuẩn có phân loại và yêu cầu riêng để đảm bảo các thiết bị bảo vệ hệ thống điện khỏi các sự cố liên quan đến đột biến.
Loại thiết bị bảo vệ đột biến theo Tiêu chuẩn IEC
Tiêu chuẩn IEC 61643-11 quy định các yêu cầu về hiệu suất và phương pháp thử nghiệm đối với SPD được sử dụng trong hệ thống điện AC. Theo tiêu chuẩn này, SPD được phân loại thành ba loại chính với các đặc điểm sau:
SPD Loại 1 (Cấp I):
- Chức năng: Bảo vệ hệ thống điện khỏi sét đánh trực tiếp.
- Vị trí lắp đặt: Lắp đặt ở lối vào hệ thống, gần bảng phân phối chính.
- Dạng sóng xung: 10/350 µs. Dạng sóng này mô phỏng sét đánh trực tiếp, với thời gian tăng lên đỉnh là 10 µs và thời gian suy giảm xuống 50% là 350 µs.
- Khả năng chịu dòng sét (Iimp): Cao, thường từ 10 kA trở lên.
- Dòng xả danh định (In): Từ 10 kA trở lên, theo IEC 61643-11, Cấp I. Đây là dòng điện mà SPD có thể chịu được nhiều lần mà không bị hư hỏng.
- Mức bảo vệ điện áp (Up): Từ 1.5 kV đến 2 kV. Up là điện áp tối đa mà SPD cho phép đi qua trong quá trình xả.
- Ứng dụng: Thích hợp cho các tòa nhà cao tầng, cơ sở công nghiệp và các khu vực có nguy cơ sét đánh cao.
SPD Loại 2 (Cấp II):
- Chức năng: Bảo vệ hệ thống điện khỏi điện áp đột biến do sét đánh gián tiếp hoặc các thao tác đóng cắt.
- Vị trí lắp đặt: Lắp đặt tại các bảng phân phối phụ hoặc sau SPD Loại 1.
- Dạng sóng xung: 8/20 µs. Dạng sóng này mô phỏng điện áp đột biến lan truyền trong hệ thống điện, với thời gian tăng lên đỉnh là 8 µs và thời gian suy giảm xuống 50% là 20 µs.
- Dòng xả danh định (In): Trung bình, thường từ 5 kA đến 20 kA. Đây là dòng điện mà SPD có thể chịu được nhiều lần mà không bị hư hỏng.
- Mức bảo vệ điện áp (Up): Từ 1.5 kV đến 2 kV. Up là điện áp tối đa mà SPD cho phép đi qua trong quá trình xả.
- Ứng dụng: Thích hợp cho các khu vực thương mại, dân cư và các khu vực có nguy cơ sét đánh vừa phải.
SPD Loại 3 (Cấp III):
- Chức năng: Bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi điện áp đột biến còn lại sau khi chúng đã được giảm thiểu bởi SPD Loại 1 và Loại 2.
- Vị trí lắp đặt: Lắp đặt gần các thiết bị điện tử nhạy cảm như ổ cắm, bảng phân phối nhỏ hoặc thiết bị đầu cuối.
- Dạng sóng xung: 8/20 µs và 1.2/50 µs. Các dạng sóng này mô phỏng các xung điện còn lại, với thời gian tăng nhanh hơn (1.2 µs) và thời gian suy giảm chậm hơn (50 µs).
- Dòng xả danh định (In): Thấp, thường nhỏ hơn 5 kA.
- Mức bảo vệ điện áp (Up): Từ 1 kV đến 1.5 kV. Up là điện áp tối đa mà SPD cho phép đi qua trong quá trình xả.
- Ứng dụng: Thích hợp cho các thiết bị điện tử nhạy cảm như máy tính, thiết bị viễn thông và thiết bị y tế.
Loại thiết bị bảo vệ đột biến theo Tiêu chuẩn UL
Tiêu chuẩn UL 1449 quy định các yêu cầu đối với SPD được sử dụng trong hệ thống điện ở Bắc Mỹ. Theo tiêu chuẩn này, SPD được phân loại thành bốn Loại:
SPD Loại 1:
- Chức năng: Bảo vệ chống lại điện áp đột biến do sét đánh trực tiếp hoặc gần đó từ bên ngoài lưới điện.
- Vị trí lắp đặt: Lắp đặt trước đồng hồ điện, trước hoặc sau cầu dao chính.
- Khả năng chịu dòng sét: Được thiết kế để chịu được dòng sét cao.
- Ứng dụng: Thích hợp cho các tòa nhà công nghiệp và thương mại lớn.
SPD Loại 2:
- Chức năng: Bảo vệ chống lại điện áp đột biến lan truyền trong hệ thống hoặc từ lưới điện.
- Vị trí lắp đặt: Lắp đặt sau cầu dao chính hoặc tại các bảng phân phối phụ.
- Khả năng chịu dòng sét: Được thiết kế để chịu được dòng sét từ lưới điện hoặc các lỗi hệ thống bên trong.
- Ứng dụng: Thích hợp cho các khu vực dân cư và thương mại.
SPD Loại 3:
- Chức năng: Bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi điện áp đột biến còn lại.
- Vị trí lắp đặt: Lắp đặt tại các ổ cắm điện hoặc gần các thiết bị nhạy cảm.
- Khả năng chịu dòng sét: Được thiết kế để chịu được dòng sét còn lại sau khi đi qua SPD Loại 1 và Loại 2.
- Ứng dụng: Thích hợp cho các thiết bị điện tử gia dụng và văn phòng.
SPD Loại 4:
- Chức năng: SPD dạng mô-đun hoặc lắp ráp được tích hợp vào thiết bị điện.
- Vị trí lắp đặt: Thường được tích hợp bên trong các thiết bị hoặc bảng phân phối.
- Khả năng chịu dòng sét: Được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của thiết bị điện tích hợp.
- Ứng dụng: Thích hợp cho các thiết bị điện có SPD tích hợp.
SPD: Nguyên tắc hoạt động
Hoạt động của SPD rất đơn giản nhưng hiệu quả. Khi xảy ra đột biến điện, các MOV nhanh chóng giảm điện trở, tăng độ dẫn điện của chúng. Điều này cho phép chúng chuyển hướng phần lớn dòng sét một cách an toàn xuống đất trước khi nó có thể đến và làm hỏng các thiết bị được kết nối. Bằng cách đó, xung điện được trung hòa, bảo vệ thiết bị hạ nguồn khỏi các gai điện áp hoặc dòng điện cao.
Quá điện áp thoáng qua là gì?
Quá điện áp thoáng qua là các xung điện áp ngắn, có cường độ cao xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn. Các xung điện này phát sinh từ việc giải phóng đột ngột năng lượng được lưu trữ hoặc được gây ra bởi các yếu tố bên ngoài. Chúng có thể được phân loại là xảy ra tự nhiên, chẳng hạn như sét đánh, hoặc do con người tạo ra, như các thao tác đóng cắt trong hệ thống điện.
Quá điện áp thoáng qua xảy ra như thế nào?
Quá điện áp thoáng qua do hoạt động của con người thường là kết quả của việc vận hành động cơ, máy biến áp và một số hệ thống chiếu sáng nhất định. Trong quá khứ, những sự kiện này không phổ biến trong môi trường dân cư. Tuy nhiên, sự gia tăng của các công nghệ hiện đại như bộ sạc xe điện, máy bơm nhiệt nguồn không khí và mặt đất, và máy giặt tốc độ thay đổi đã làm tăng đáng kể khả năng xảy ra quá độ trong hệ thống điện gia dụng.
Quá điện áp thoáng qua tự nhiên thường do sét đánh gián tiếp gây ra. Ví dụ, sét đánh trực tiếp vào đường dây điện hoặc điện thoại trên cao gần đó có thể gửi một xung điện dọc theo các đường dây. Điều này có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng cho các công trình điện và thiết bị được kết nối.
Cách chọn kích thước SPD đúng cách
Có rất ít dữ liệu được công bố hoặc thậm chí là các khuyến nghị về mức định mức dòng sét (kA) nên được sử dụng ở các vị trí khác nhau. Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) đã cung cấp một số thông tin về các định mức xung điện là gì và cách giải thích chúng nhưng không công bố các khuyến nghị. Thật không may, không có một phương trình hoặc máy tính đã được chứng minh nào có sẵn để nhập các yêu cầu của hệ thống và nhận được một giải pháp. Bất kỳ thông tin nào mà nhà sản xuất cung cấp, thông qua máy tính hoặc các phương tiện khác, chỉ là khuyến nghị của họ.
Có một xu hướng cho rằng bảng càng lớn thì định mức thiết bị kA cần thiết để bảo vệ càng lớn. Một quan niệm sai lầm khác là nếu 200 kA là tốt thì 400 kA phải tốt gấp hai lần. Như bạn sẽ thấy trong sách trắng này, điều này không phải lúc nào cũng đúng. Do nhiều năm kiến thức, kinh nghiệm và chuyên môn trong ngành điện, Emerson đã đưa ra một số hướng dẫn về cách áp dụng định mức dòng sét. (Xem hình 1, trang tiếp theo)
Việc chọn đúng loại thiết bị bảo vệ đột biến và hiểu rõ các phân loại của chúng theo tiêu chuẩn IEC và UL là rất quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống điện và thiết bị điện tử của bạn được bảo vệ đầy đủ khỏi đột biến điện áp. Mỗi tiêu chuẩn cung cấp một cách tiếp cận khác nhau để bảo vệ hệ thống điện, tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể của ứng dụng và vị trí.
Mục đích chính của thiết bị bảo vệ đột biến là chuyển hướng và triệt tiêu điện áp thoáng qua đang được đưa vào hệ thống phân phối điện từ nguồn bên ngoài hoặc bên trong. Việc chọn SPD có định mức dòng sét (kA) thích hợp trong toàn bộ hệ thống phân phối điện sẽ mang lại tuổi thọ hoạt động tốt nhất cho thiết bị. Khi chọn SPD thích hợp cho cơ sở của bạn, hãy ghi nhớ những điểm chính sau:
1. Cung cấp khả năng triệt tiêu đột biến thích hợp cho một cơ sở và thiết bị bên trong yêu cầu nhiều hơn một SPD nằm ở lối vào dịch vụ. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng SPD xếp tầng với định mức dòng sét thích hợp cho từng vị trí. Điều này sẽ cung cấp khả năng triệt tiêu vượt trội cho bảng điều khiển dịch vụ hoặc tải trọng quan trọng. Một SPD duy nhất, bất kể lớn hoặc đắt tiền đến đâu, sẽ không cung cấp cùng một mức độ bảo vệ hệ thống.
2. Việc chọn SPD quá khổ cho ứng dụng của nó không thể làm hỏng hệ thống, nhưng việc chọn SPD quá nhỏ có thể dẫn đến hỏng hóc sớm của SPD, khiến hệ thống bị phơi nhiễm với các quá độ và tác động của chúng.
3. Đối với sét đánh trực tiếp, SPD một mình không phải là sự thay thế cho một hệ thống chống sét toàn diện (tham khảo Chứng nhận Chống sét Tổng thể UL96A).
Các lưu ý khi lắp đặt SPD
Để đảm bảo các thiết bị bảo vệ đột biến (SPD) hoạt động hiệu quả, việc lắp đặt cẩn thận là điều cần thiết. Các biện pháp phòng ngừa chính bao gồm:
- Lắp đặt SPD song song, đặt trực tiếp trước các mạch hoặc thiết bị, để chuyển hướng dòng sét ra khỏi các thiết bị nhạy cảm.
- Giữ cho dây kết nối trong bảng điện càng ngắn càng tốt, với chiều dài tối đa là 0.5 mét.
- Chỉ sử dụng bộ bảo vệ đột biến Loại 1 có thể không đủ để quản lý các xung điện năng lượng cao và giảm quá điện áp. Nên bổ sung nó bằng bộ bảo vệ đột biến Loại 2 hoặc Loại 3.
- Tất cả các công trình lắp đặt phải được thực hiện bởi các thợ điện có trình độ tuân theo các quy định về điện của địa phương để đảm bảo việc nối đất thích hợp và lắp đặt an toàn thiết bị.
Kết luận
Tóm lại, các thiết bị bảo vệ đột biến là rất cần thiết để bảo vệ thiết bị điện tử trong cả môi trường công nghiệp và thương mại. Việc lắp đặt SPD được đánh giá và chứng nhận chính xác sẽ cung cấp khả năng bảo vệ đáng tin cậy trước các đột biến điện vượt quá khả năng của cầu dao tiêu chuẩn.
