Thảo luận các cấp bảo vệ trong chống sét lan truyền

vukhanhdu

Thành Viên [LV 0]
Các cấp bảo vệ của thiết bị chống sét
Bài viết này dựa trên những yếu tố kỹ thuật của thiết bị chống sét (chống đột biến điện). Sự lựa chọn thiết bị chống sét phù hợp cho đường nguồn đã được xác định dựa trên các yếu tố kỹ thuật của thiết bị chống sét.
Yếu tố quan trọng
Có hai yếu tố quan trọng của thiết bị chống sét trên đường nguồn là điện áp cho qua (let-through voltage) và cường độ dòng sét (Surge rating).
Điện áp cho qua
Theo tiêu chuẩn IEC 62305 thì điện áp cho qua là điện áp lớn nhất xuất hiện tại điểm kết nối của thiết bị chống sét khi xảy ra hiện tượng quá áp. Điện áp cho qua càng thấp sẽ tạo ra cơ hội sống sót lớn hơn cho thiết bị kết nối phí sau thiết bị chống sét.
Tiêu chuẩn công nghiệp xác định dòng điện áp cho qua dựa trên sự kết hợp kiểm tra (test) thiết bị chống sét với hai dạng sóng (waveforms) tiêu chuẩn 3KA 8/20µs và 6KV 1.2/50µs. Cần phải thận trọng khi so sánh điện áp cho qua vì sự khác nhau của song xung và của điều kiện thử nghiệm được sử dụng.
Cường độ dòng sét
Cường độ dòng sét là thước đo của khả năng chịu xung sét của thiết bị chống sét. Một điều cần hết sức thận trọng khi so sánh cường độ dòng sét vì định nghĩa kỹ thuật thay đổi rất nhiều.
Điều này rất quan trọng để hiểu về cường độ dòng sét. Theo tiêu chuẩn AS1768 thì dòng sét lớn nhất có thể xảy ra tại nhiều điểm để đi vào thiết bị như sau:
Vị trí catalogues

Ví dụ điển hình

Dòng sét lớn nhất xảy ra

Dạng song
Cat C – khả năng cao

Đường điện cao thế

70KA

8/20µs
Cat C

Đường nguồn tổng

20KA

8/20µs
Cat B

Đường ngồn nhánh

3KA

8/20µs
Cat A

Đường nguồn thiết bị

200A

0,5µs/100kHz
Bảng 1. Cường độ dòng sét tối đa theo tiêu chuẩn AS1768
Trong nỗ lực kéo dài thời gian hoạt động của thiết bị chống sét, khả năng chịu dòng xung sét có thể lớn hơn nhiều lần cường độ dòng sét như trong bảng 1.
MOV (Metal Oxide Varistors) là thành tố được sử dụng trong hầu hết các thiết bị chống sét cho đường nguồn điện. Số lần xung sét mà MOVs có thể chị được (không bị hư) phụ thuộc vào cường độ dòng sét (ví dụ ở bảng 2).
Cường độ xung sét của MOVs với dạng sóng 8/20µs

Số lần xung sét mà thiết bị thuộc Cat C có khả năng chịu được
20kA

1
40kA

5
80kA

25
120kA

60
160kA

120
200kA

190
Bảng 2. Mối quan hệ giữa cường độ dòng sét và tuổi thọ của MOVs
Như kết quả nghiên cứu về mối liên hệ giữa cường độ dòng sét và tuổi thọ (thời gian hoạt động) của MOVs trong phòng thí nghiệm và ngoài môi trường thực tế. Novaris đã thiết lập đề xuất cho lựa chọn thiết bị chống sét:
Vị trí catalogues

Ví dụ điển hình

Dòng sét chịu được của thiết bị (8/20µs)
Cat C – khả năng cao

Đường điện cao thế

200KA
Cat C

Đường nguồn tổng

160KA
Cat B

Đường ngồn nhánh

40KA
Cat A

Đường nguồn thiết bị

8kA
Bảng 3. Đề xuất chọn cường độ dòng sét chịu được của MOVs
Các loại thiết bị chống sét
Ở đây có hai loại thiết bị chống sét cho đường nguồn: thiết bị cắt sét (surge diverters) và thiết bị lọc sét (surge filters). Điểm khác biệt để nhận ra sự khác nhau giữa chúng là cách kết nối: thiết bị cắt sét mắc song song còn thiết bị lọc sét thì mắc nối tiếp với đường nguồn điện.
Thiết bị cắt sét
Thiết bị cắt sét được mắc song song với đường nguồn điện. Chúng mang đến một sự bảo vệ bằng việc kẹp dòng điện áp tăng vọt trên nguồn điện và chuyển gần như hoàn toàn năng lượng của dòng sét xuống đất.
Dòng sét cho qua của thiết bị cắt sét là từ 700V đến 900V. Nó đủ thấp để bảo vệ các thiết bị không nhạy cảm với điện áp (như máy móc lớn, đèn,…), nhưng lại không đủ thấp để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm (như máy tính, PLCs, và các thiết bị điện tử,…).
Hơn nữa, bởi vì thiết bị cắt sét được mắc song song (shunt-connected), nên điện áp cho qua chịu ảnh hưởng của chiều dài dây kết nối.
http://1.bp.blogspot.com/-1wAILuiY2eE/Tm2ITZg4vqI/AAAAAAAABJw/6AqWA8fTTJQ/s1600/shunt-connected.jpg
Thiết bị lọc sét
Thiết bị lọc sét được mắc nối tiếp với đường nguồn điện (series-connected). Chúng bao gồm ba giai đoạn bảo vệ.
Giai đoạn

Diễn giải

Chức năng
1

Line side surge diverter

Chuyển năng lượng của dòng xung sét xuống đất và kẹp điện áp tăng
2

Bộ lọc chậm

Làm suy giảm điện áp tăng vọt;
Cân bằng năng lượng của dòng sét giữa các đường dây và đường phụ tải của thiết bị cắt sét;
Làm chậm tốc tăng điện áp;
Cung cấp bổ sung bộ lọc chống ồn
3

Dây phụ tải cắt sét

Là giai đoạn kẹp điện áp cuối cùng và bảo vệ chống lại sự dội ngược điện áp được tạo ra bởi đường thoát sét.
Bảng 4. Ba giai đoạn bảo vệ của thiết bị lọc sét.
Thiết bị lọc sét có mức điện áp cho qua vào khoảng từ 200V đến 600V. Và là mức đủ thấp để bảo vệ tất cả các thiết bị. Bên cạnh đó, vì thiết bị lọc sét mắc nối tiếp nên điện áp cho qua không phụ thuộc vào độ dài của dây dẫn kết nối. Nhưng nó lại phụ thộc vào dòng tải của nguồn điện.
Lựa chọn thiết bị
Để có hiệu quả tốt nhất trong việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét, chúng ta sẽ tiếp cận theo giai đoạn (cấp bảo vệ):
1. Cài đặt thiết bị cắt sét có chỉ số cắt sét 160kA tại đường nguồn tổng
Nó sẽ chuyển gần như hoàn toàn năng lượng của dòng sét xuống đất.
Nguồn tổng (Main switchboards) được định nghĩa trong tiêu chuẩn AS1768 tại category C, nơi dòng sét lan truyền lớn nhất với dạng song 8/20µs là 20kA. Thiết bị cắt sét với chỉ số cắt sét 160kA sẽ chịu được khoảng 120 lần xung sét với cường độ 20kA, như vậy sẽ có thời gian hoạt động lâu dài.
cap+bao+ve+1.jpg

Tất nhiên, chúng ta có thể dung thiết bị cắt sét có chỉ số cắt sét lớn hơn 160kA.
2. Cài đặt thiết bị cắt sét có chỉ số cắt sét 40kA tại các đường nguồn phân phối
Cap+bao+ve+2.jpg

Thiết bị cắt sét này sẽ tiếp tục chuyển nguồn năng lượng còn lại xuống đất và kẹp điện áp tăng để bảo vệ các thiết bị không nhạy cảm với điện áp.
Nguồn phân phối (distribution boards) được định nghĩa tại category B của tiêu chuẩn AS1768, nơi có dòng sét đo được vào khoảng 3kA (8/20µs). Và với cường độ đó thiết bị cắt sét với chỉ số cắt lên tới 40kA sẽ có thời gian hoạt động dài lâu.
3. Cài đặt thiết bị lọc sét có chỉ số cắt sét 8kA (có thể lớn hơn) tại đầu nguồn cấp cuối cho thiết bị quan trọng
cap+bao+ve+3.jpg

Thiết bị này sẽ tiếp tục kẹp điện áp tăng và cung cấp them bộ lọc để bảo vệ toàn diện thiết bị quan trọng. Đây là thiết bị để lọc những xung nhiễu điện có tần số - mật độ lớn mà thiết bị cắt sét không làm được.
Nguồn cấp cuối (Final sub-circuits) được định nghĩa trong tiêu chuẩn AS1768 tại category A, nơi cường độ dòn sét thực tế đo được vảo khoảng 500A (0.5µs/100kHz). Với cường độ này, thiết bị lọc sét có chỉ số cắt 8kA sẽ có thể hoạt động bình thường trong thời gian dài.

Trong đó:
NC (non-critical): thiết bị không nhạy cảm.
C (Critical): Thiết bị nhạy cảm.
 
Back
Bên trên