Đăng ký thành viên

Bảo vệ thiết bị khỏi các chạm chập điện

Bảo vệ chống chạm chập là rất quan trọng đối với bất kỳ hệ thống điện nào. Bài viết này xem xét các thiết bị bảo vệ khác nhau, nêu bật vai trò và các trường hợp sử dụng chúng tốt nhất để đảm bảo tính toàn vẹn và tuổi thọ của hệ thống.

Tình trạng quá dòng do ngắn mạch, dòng điện tăng vọt và các bất thường khác có thể gây hư hại cho các thành phần nhạy cảm, dẫn đến việc sửa chữa tốn kém và mất điện. Không có các thiết bị bảo vệ thích hợp làm tăng nguy cơ kéo dài tình trạng quá dòng trong thời gian dài, gần như chắc chắn dẫn đến sự cố hệ thống thảm khốc: Hỏa hoạn, hư hỏng thiết bị điều khiển và gây hại cho người vận hành. Việc sử dụng nhiều thiết bị bảo vệ khác nhau giúp giảm thiểu các rủi ro này, mỗi thiết bị có các tính năng và ứng dụng riêng phù hợp để lắp đặt trong các điều kiện khác nhau.

Bài viết này đi sâu vào các phương pháp khác nhau để bảo vệ thiết bị điện tử và điện khỏi bị hư hại, bao gồm cầu chảy truyền thống, cầu chảy điện tử tiên tiến có thể chỉnh định lại, máy cắt dòng, điện trở phi tuyến oxit kim loại (MOV), bộ chống sét, bộ lọc đường dây và cuộn kháng đường dây.

Hiểu rõ các vai trò khác biệt và các trường hợp sử dụng tối ưu của các thiết bị này là rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của các hệ thống điện hiện đại.

Hình 1. Bản vẽ điện giới thiệu một số thành phần đã thảo luận trong toàn bộ bài viết, cụ thể là máy cắt dòng thủ công và máy cắt dòng quá tải (Ảnh st)

Cầu chảy

Cầu chảy truyền thống có lẽ là thiết bị bảo vệ quá dòng cơ bản nhất và sử dụng rộng rãi nhất. Chúng hoạt động bằng cách làm nóng chảy dây kim loại bên trong khi dòng điện quá lớn chạy qua, ngắt mạch và ngăn không để dòng điện tiếp tục chạy qua. Chúng sử dụng trong thiết bị điện tử tiêu dùng, mạch ô tô, thiết bị công nghiệp và hệ thống dây điện dân dụng.

Chi phí thấp và tính đơn giản của cầu chảy truyền thống là một vài trong những ưu điểm chính của chúng. Chúng không có các bộ phận chuyển động nên việc lắp đặt trở lên dễ dàng. Tuy nhiên, cầu chảy là thiết bị dùng một lần phải thay thế sau khi bị nổ, dẫn đến các vấn đề bảo trì tiềm ẩn và thời gian mất điện. Việc thay thế thường xuyên này có thể gây khó chịu, đặc biệt là ở những khu vực khó tiếp cận hoặc các hệ thống quan trọng đòi hỏi vận hành liên tục.

Chỉnh định lại cầu chảy Đối với những người thích những ưu điểm của cầu chảy nhưng không thích ý tưởng chỉ sử dụng một lần, thì cũng có một thành phần điện gọi là cầu chảy PPTC (cầu chảy hệ số nhiệt độ dương polyme) có thể chỉnh định lại.

Khi dòng điện quá lớn chạy qua PPTC, nhiệt độ cao khiến polyme chuyển từ dạng tinh thể sang dạng vô định hình và sự giãn nở này phá vỡ đường dẫn điện tốt nhất, làm tăng điện trở của thiết bị. Điện trở tăng cao này hạn chế dòng điện chạy qua và bảo vệ thiết bị. Sự khác biệt này trong cầu chảy PPTC là một khi giải trừ chạm chập (hoặc nguồn điện bị tắt), polyme này sẽ nguội đi và PPTC dần trở lại trạng thái ban đầu.

Máy cắt dòng

Máy cắt dòng là một thiết bị bảo vệ có thể cắt mạch điện, bảo vệ hệ thống điện bằng cách ngắt dòng điện trong các điều kiện từ trường hoặc nhiệt độ. Khi phát hiện chạm chập, nó sử dụng cơ chế ngắt kết nối hai tiếp điểm thường đóng.

Máy cắt dòng được ưa chuộng hơn so với cầu chảy trong những tình huống cần khôi phục nhanh chóng. Sở dĩ như vậy là do máy cắt dòng có khả năng dễ dàng thiết lập lại và tái sử dụng nhiều lần, giúp giảm nhu cầu bảo trì thường xuyên. Việc lắp đặt được quyết định theo các quy chuẩn và hướng dẫn điện quốc gia và địa phương khác nhau. Máy cắt có thể áp dụng cho nhiều kịch bản khác nhau, bao gồm cả động cơ có nhiều hệ số phụ tải khác nhau, do đó có nhiều đường cong khác nhau có sẵn để xác định dòng điện ngắt và tốc độ.

Hình 2. Tủ điện này cũng giới thiệu một số thành phần đã thảo luận trong bài viết (Ảnh st)

Điện trở biến thiên oxide kim loại

MOV, hay điện trở biến thiên oxide kim loại, là một linh kiện điện nhỏ bảo vệ các thiết bị khỏi các xung điện áp đột ngột. Bên trong MOV có nhiều mối nối nhỏ giống như diode giữa các hạt oxit kẽm. Diode giới hạn dòng điện chỉ chạy theo một hướng. Khi điện áp hoạt động ở công suất trung bình, MOV có điện trở lớn, không cho quá nhiều dòng điện chạy qua, do đó không ảnh hưởng nhiều đến mạch. Trong các tình huống điện áp cao, điện trở của MOV giảm đáng kể. Điều này cho phép dòng điện chạy qua MOV thay vì làm hư hại các thiết bị kết nối. Vì vậy, điện trở của MOV phụ thuộc vào điện áp đặt.

Nhược điểm của MOV là nó sẽ bị mòn do hấp thụ các xung điện áp cao thường xuyên, cần phải thay thế thường xuyên. Nó tản nhiệt năng lượng hấp thụ dưới dạng nhiệt, gây ra hư hại.

Hình 3. Một số gói thiết bị MOV khác nhau (Ảnh st) 

Các điện trở biến thiên oxide kim loại sử dụng tốt nhất để bảo vệ chống các xung ngắn, điện áp cao. Cầu chảy và máy cắt dòng phù hợp hơn để bảo vệ chống lại các tình huống quá dòng. Người ta thường sử dụng MOV song song với cầu chảy để bảo vệ đầy đủ các mạch.

Thiết bị chống sét

Thiết bị chống sét sử dụng trong các mạch điện để bảo vệ thiết bị khỏi các xung điện gây ra điện áp quá mức. Chúng thực hiện điều này bằng các MOV tức là các thiết bị chống phóng điện khí (GDR). Các thành phần này hoạt động bằng cách giới hạn điện áp thông qua khả năng dẫn điện nhiều hơn hoặc ít hơn hoặc chuyển hướng điện áp dư thừa xuống đất.

Nên ghép nối thiết bị chống sét với một cầu chảy hoặc máy cắt dòng để bảo vệ tối ưu trong một mạch điện thông thường. Trong khi các cầu chảy và máy cắt dòng bảo vệ chống lại các tình huống quá dòng, các thiết bị chống sét bảo vệ chống lại các sự kiện quá áp. Phối hợp với nhau, chúng cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện cho các thiết bị điện của bạn.

Hư hại EMI

Nhiễu điện, hay nhiễu điện từ, là một tình trạng khác có thể dẫn đến quá dòng và hư hại mạch điện. Rắc rối này thường ảnh hưởng đến truyền thông kỹ thuật số và analog, nhưng một số sóng hài nhất định có thể dẫn đến tăng dòng điện, tản nhiệt và cuối cùng là hư hỏng thiết bị.

Bộ lọc đường dây

Nếu bạn có TV và các thiết bị điện tử khác trong nhà, chúng có thể tạo ra "nhiễu điện" giao thoa với các tín hiệu và hoạt động bình thường của TV và các thiết bị khác. Nhiễu này tương tự như nhiễu tĩnh điện hoặc giao thoa, khiến bạn khó nghe được bài hát yêu thích trên radio. Người ta thường sử dụng bộ lọc dòng (bộ lọc EMI) để giải quyết vấn đề này. Bộ lọc EMI là một rào cản độc đáo giúp ngăn nhiễu không mong muốn xâm nhập vào các thiết bị của bạn và ngăn nhiễu do các thiết bị của bạn gây ra các vấn đề khác.

Các thiết bị điện tử hiện đại, chẳng hạn như nguồn điện, bộ nghịch lưu và bộ chỉnh lưu, thường sử dụng các kỹ thuật chuyển mạch tần số cao để chuyển đổi năng lượng hiệu quả. Tuy nhiên, các hành động chuyển mạch nhanh này có thể tạo ra nhiễu điện. Bộ lọc EMI sử dụng kết hợp các cuộn kháng và tụ điện để chặn hoặc giảm các tín hiệu tần số cao không mong muốn, chỉ cho phép các tần số mong muốn đi qua. Điều này giúp ích theo hai hướng: nó ngăn nhiễu do các thiết bị của bạn tạo ra truyền ngược trở lại lưới điện và ngăn chặn bất kỳ nhiễu nào hiện có trên lưới điện xâm nhập vào các thiết bị.

Hình 4. Một ví dụ về thiết bị cuộn kháng đường dây (Ảnh st) 

Cuộn kháng đường dây

Cuộn kháng đường dây là thiết bị hạn chế dòng điện tăng, giảm các gai nhọn và các xung và giảm thiểu nhiễu điện. Cuộn kháng đường dây thường thấy trong các VFD (các bộ truyền động biến tần).

Khi dòng điện chạy qua cuộn kháng đường dây, nó tạo ra một từ trường chống lại những thay đổi về dòng điện. Một cuộn dây tạo ra từ trường. Điện trở này giúp san bằng các dao động và giảm nhiễu, làm cho nguồn điện ổn định hơn. Sử dụng cả cuộn kháng đường dây và bộ lọc đường dây có thể có lợi.

Cuộn kháng đường dây và bộ lọc đường dây có thể tăng cường khả năng bảo vệ bằng cách giải quyết nhiều vấn đề về điện hơn, chẳng hạn như san phẳng các gai nhọn dòng điện và chặn nhiễu tần số cao.

Bảo vệ dòng điện

Việc kết hợp giữa các thiết bị có sẵn để xử lý các chạm chập lớn, tức thời và các biến động điện áp từ từ, gây khó chịu (nhưng vẫn nguy hiểm) có thể giúp đảm bảo nguồn điện êm dịu hơn và sạch hơn, nâng cao tính năng và tuổi thọ của thiết bị.

Biên dịch: Nguyễn Thị Dung

Theo “Eepower”, tháng 8/2024