Đăng ký thành viên

Cách xác định kích định cỡ phù hợp cho các thiết bị bảo vệ chống đột biến điện

Đừng để hiện tượng đột biến điện áp làm hư hỏng thiết bị của bạn. Hãy tìm hiểu cách chọn đúng kích cỡ và lắp đặt thiết bị bảo vệ chống đột biến điện đúng cách để bảo vệ hệ thống điện, đảm bảo độ tin cậy và tính năng trong mọi thiết đặt.

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện là gì?

Lắp đặt thiết bị bảo vệ chống đột biến điện (Ảnh st)

Khi xảy ra hiện tượng đột biến điện, điện áp vượt quá mức điện áp đỉnh được phép đi qua các mạch điện của tòa nhà, ảnh hưởng đến thiết bị điện. Nếu không bảo vệ đúng cách, thiết bị này dễ bị hư hại hoặc gặp sự cố. Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện (SPD) có thể vô hiệu hóa các điện áp tăng đột ngột này.

Khi lựa chọn SPD, cần phải nhận diện và hiểu rõ các mức danh định liên quan đến ứng dụng của thiết bị. Các giá trị tính năng và danh định liên quan đến một SPD bao gồm điện áp hoạt động liên tục tối đa (MCOV), điện áp danh định bảo vệ (VPR), dòng phóng điện danh nghĩa (In), và dòng ngắn mạch danh định (SCCR). Giá trị danh định bị hiểu lầm nhiều nhất là dòng xung danh định đột biến, thường đo bằng đơn vị kilo-ampe (kA).

Các chuyên gia đã phát triển Tiêu chuẩn UL1449 để loại bỏ sự mơ hồ khỏi thị trường và đảm bảo bảo vệ các thiết bị đúng cách, tạo ra một sân chơi bình đẳng. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này đã trải qua nhiều thay đổi trong những năm qua và bất kỳ SPD (hoặc bộ lọc) nào lắp đặt trong cơ sở hoặc thiết bị của bạn trước năm 2009 đều cần phải kiểm tra để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn hiện hành.

Hướng dẫn về các SPD

Hiện nay, có rất ít dữ liệu công bố hoặc các khuyến cáo về mức danh định dòng điện đột biến (kA) chính xác cho các vị trí khác nhau. Viện Kỹ sư Điện và Điện tử (IEEE) cung cấp thông tin về các giá trị danh định dòng đột biến nhưng không công bố các khuyến cáo. Đáng tiếc là, hiện chưa có công thức hoặc công cụ tính toán nào được chứng minh có thể nhập các yêu cầu hệ thống đầu vào và đưa ra giải pháp. Bất kỳ thông tin nào mà nhà chế tạo cung cấp, thông qua máy tính tính toán hay các phương tiện khác, chỉ đơn thuần mang tính chất khuyến nghị.

Một quan niệm phổ biến là bảng điều khiển càng lớn thì mức dòng điện đột biến danh định (kA) cần thiết để bảo vệ càng cao. Một quan niệm sai lầm khác cho rằng nếu 200kA là tốt thì 400kA phải tốt hơn gấp đôi. Như bạn sẽ thấy, điều này không phải lúc nào cũng đúng. Dựa trên kinh nghiệm trong ngành điện, Công ty Emerson (Mỹ) đã đưa ra một số hướng dẫn về cách áp dụng dòng điện danh định đột biến.

Bảo vệ chống đột biến phân tầng, theo chiều sâu

Để đạt sự bảo vệ tối ưu trong toàn bộ hệ thống, cần lắp đặt các SPD ở mọi cấp độ trong hệ thống phân phối điện. Trong ngành điện, phương pháp này gọi là phân tầng hoặc phân lớp. IEEE gọi đây là "bảo vệ theo chiều sâu".

Hình 1: Chống đột biến điện phân tầng theo Tiêu chuẩn IEEE 1100

Bảo vệ chống đột biến phân tầng cung cấp khả năng ngăn chặn bổ sung đối với các quá độ lớn, từ lối vào dịch vụ, bằng cách giảm điện áp cho phép đi qua. Ngoài ra, nó cũng giúp ngăn chặn các quá độ bên trong, những sự cố xảy ra thường xuyên hơn.

Điện áp cho phép đi qua là mức điện áp xuất hiện ở phía thiết bị (phía tải) của một SPD khi một xung điện áp/dòng điện với dạng sóng và biên độ xác định được áp dụng ở phía đường dây của SPD. Giá trị này có thể sử dụng để so sánh các năng lực khác nhau của SPD trong việc giảm điện áp đột biến xuống mức điện áp bảo vệ cần thiết cho thiết bị.

Tiêu chuẩn IEEE 1100 khuyến cáo các mức bảo vệ phân tầng từ lối vào dịch vụ đến các bảng phân phối và nhánh, thậm chí bảo vệ cho từng phụ tải quan trọng. Càng gần lối vào dịch vụ, thiết bị càng phải có thông số danh định lớn hơn. Chiến lược bảo vệ phân tầng này giúp bảo vệ cơ sở hạ tầng và các phụ tải quan trọng. Khi khuyến cáo mức danh định 1kA cho mỗi pha, người ta áp dụng một quy tắc chung - “quy tắc 3-2-1”: Lối vào dịch vụ nên có mức bảo vệ 300kA, bảng phân phối nên có mức bảo vệ 200kA và cuối cùng là các bảng nhánh có thể sử dụng mức bảo vệ 100kA cho mỗi pha.

Các loại vị trí SPD

Kích cỡ của bảng điều khiển không phải là yếu tố chính khi lựa chọn mức danh định kA. Điều quan trọng hơn nhiều là vị trí của bảng bên trong cơ sở. UL1449 định nghĩa các loại vị trí SPD trong cơ sở như sau:

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 1

Các thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 1 có thiết kế để sử dụng cố định tại lối vào dịch vụ. Nó thậm chí có thể lắp đặt ngay trước điểm ngắt kết nối chính. Thiết bị UL1449 loại 1 có thể lắp đặt tại điểm ngắt kết nối chính của tòa nhà hoặc điểm ngắt kết nối thứ nhất.

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 2

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 2 có thiết kế để lắp đặt ở phía tải của bảng điều khiển lối vào chính.

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 3

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 3 sử dụng cho các thiết bị cụ thể, còn gọi là “điểm sử dụng” theo tiêu chuẩn này.

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 4

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 4 là một thiết bị thành phần có thiết kế để trở thành một phần của một cụm lắp ráp lớn hơn và không được phép sử dụng độc lập mà không có đánh giá an toàn bổ sung. Hãy cẩn thận nếu người ta cung cấp cho bạn một thiết bị loại 4 để lắp vào bảng điều khiển. Người chế tạo bảng điều khiển sẽ phải nộp hồ sơ xin phê duyệt an toàn từ bên thứ 3, nếu không, thiết bị sẽ không được bảo hành trong trường hợp hư hỏng nghiêm trọng.

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện loại 5

Thiết bị chống đột biến điện loại 5 bao gồm các thành phần cơ bản, chẳng hạn như varistor oxit kim loại, điốt đánh thủng có kiểm soát bằng silicon hoặc ống phóng điện khí. Rõ ràng là những thiết bị này không thể lắp đặt trực tiếp vào cơ sở.

Khuyến cáo: Mức danh định của SPD

Việc lựa chọn mức danh định phù hợp cho một SPD phụ thuộc vào hai yếu tố: 1) vị trí của SPD trong hệ thống phân phối điện và 2) vị trí địa lý của cơ sở.

kA của vị trí

Bảng dịch vụ: 300kA/pha

Bảng phân phối: 200kA/pha

Bảng nhánh: 100kA/pha

Emerson khuyến cáo các mức danh định dòng điện đột biến ở trên dựa trên vị trí của SPD trong hệ thống phân phối điện bằng cách sử dụng “Quy tắc chung 3, 2, 1” đã nêu trước đó.

Dòng điện đột biến lớn hơn, có tính phá hủy mạnh hơn thường xuất hiện tại lối vào dịch vụ của cơ sở. Trong những trường hợp hiếm hoi, chẳng hạn như ở những khu vực có mức độ phơi nhiễm "cực đoan" như ở bang như Florida (Mỹ) thì việc tăng mức danh định dòng điện đột biến có thể là một quyết định khôn ngoan. Trong những trường hợp này, SPD sẽ phải phơi nhiễm các sự kiện đột biến lớn và xảy ra thường xuyên hơn. Với mức danh định dòng điện đột biến chính xác cho ứng dụng của bạn, SPD sẽ có thể chịu đựng nhiều sự kiện đột biến hơn trước khi cần thay thế. Ngoài ra, một số kiểu SPD có trang bị bộ đếm sự kiện để theo dõi các sự kiện cho các loại địa điểm này.

Kinh nghiệm với các sản phẩm SPD cho thấy rằng một thiết bị có mức dòng điện đột biến danh định từ 240 đến 250kA cho một bảng điều khiển dịch vụ hoặc phụ tải quan trọng có thể hoạt động nhiều năm ở những vị trí phơi nhiễm "cao đến trung bình".

Những suy nghĩ cuối cùng về việc lựa chọn SPD

Mức chịu đột biến "Theo pha" (Ảnh st)

Thiết bị bảo vệ chống đột biến điện có nhiệm vụ nối tắt và ngăn chặn các điện áp quá độ xâm nhập vào hệ thống phân phối điện từ nguồn bên ngoài hoặc từ chính bên trong hệ thống. Việc lựa chọn SPD có mức dòng điện đột biến phù hợp cho toàn bộ hệ thống phân phối điện sẽ giúp kéo dài tuổi thọ hoạt động cho thiết bị. Khi lựa chọn các SPD, hãy ghi nhớ những điểm quan trọng sau:

Việc bảo vệ hiệu quả một cơ sở và các thiết bị bên trong không thể chỉ dựa vào một SPD duy nhất đặt tại lối vào dịch vụ. Chúng tôi khuyến cáo triển khai các SPD theo mô hình phân tầng, với mức dòng điện danh định đột biến phù hợp cho từng vị trí. Phương pháp này cung cấp khả năng chống đột biến cao hơn cho bảng điều khiển dịch vụ hoặc phụ tải quan trọng. Một SPD đơn lẻ, dù có công suất lớn hay giá thành cao, vẫn không thể đảm bảo mức độ bảo vệ toàn diện cho toàn bộ hệ thống.

Kết nối thiết bị bảo vệ chống đột biến điện trong bảng điện (Ảnh st)

Việc chọn một SPD có công suất vượt quá yêu cầu ứng dụng sẽ không gây hại cho hệ thống, nhưng việc chọn SPD quá nhỏ có thể khiến SPD sớm bị hỏng.

Trong trường hợp xảy ra sét đánh trực tiếp, các SPD không thể thay thế hoàn toàn cho một hệ thống chống sét toàn diện.

Thực hiện theo các hướng dẫn này để lựa chọn kích cỡ và lắp đặt các SPD trong toàn bộ hệ thống phân phối điện sẽ giúp loại bỏ việc phỏng đoán và tối đa hóa khả năng ngăn chặn đột biến điện tại mọi điểm. Hãy nhớ rằng, lớn hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn. Cần lựa chọn thiết bị có kích cỡ phù hợp với phụ tải và bảo vệ các bảng điều khiển và các phụ tải quan trọng để đảm bảo lợi tức đầu tư tối đa.

Biên dịch: Phạm Gia Đại

Theo “ecmweb”, tháng 1/2025