Thiết bị bảo vệ quá áp là một trong số ít linh kiện của hệ thống điện mà nhiều năm không làm gì, rồi chỉ trong vài micro giây phải hấp thụ một xung sét. Chính vì vậy, thiết bị này dễ bị bỏ sót, dễ bị chọn thiếu công suất và dễ được lắp theo cách trông có vẻ đúng nhưng vẫn để tải hở trước quá độ.
Bài viết này giải thích SPD làm gì, ba nhóm Type 1, 2 và 3 khác nhau ở đâu, mỗi loại thuộc vị trí nào, và cách phối hợp bảo vệ quá áp với UPS cùng máy ổn áp.
Xung điện áp là gì?
Xung điện áp là hiện tượng điện áp tăng lên trên mức vận hành bình thường trong một khoảng thời gian ngắn. Nguyên nhân có thể là sét đánh, đóng cắt tải lớn, đóng cắt tụ bù, hoặc hoạt động của một sự cố điện ở gần. Thời gian kéo dài có thể chỉ vài micro giây với xung sét, hoặc vài mili giây với quá độ đóng cắt.
Với các vấn đề điện áp kéo dài, hãy dùng máy ổn áp hoặc bộ điều chỉnh điện áp tự động. Khi mất điện, hãy dùng UPS. SPD là lớp bảo vệ quá độ.
SPD hoạt động như thế nào?
SPD là linh kiện phụ thuộc điện áp, thường là biến trở oxit kim loại (MOV), khe phóng điện hoặc sự kết hợp của cả hai. Ở điện áp bình thường, thiết bị có trở kháng cao và gần như không ảnh hưởng đến mạch. Khi điện áp vượt ngưỡng, trở kháng giảm xuống và thiết bị dẫn dòng xung ra khỏi tải.
Các thông số quan trọng gồm điện áp làm việc liên tục lớn nhất, dòng phóng điện danh định, dòng phóng điện lớn nhất, mức bảo vệ điện áp và dòng ngắn mạch định mức. Mức bảo vệ điện áp chính là điện áp dư mà tải phải chịu trong thời gian xảy ra xung; trị số càng thấp càng tốt cho thiết bị nhạy cảm, nhưng thiết bị vẫn phải được phối hợp với bảo vệ phía trên.
Các loại SPD Type 1, 2 và 3
Bộ tiêu chuẩn IEC 61643 quy định các nhóm SPD phổ biến. Cấp thử nghiệm chính xác và thông số yêu cầu phụ thuộc vào công trình và quy định địa phương.
| Loại | Vị trí | Trọng tâm thử nghiệm | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| Type 1 | Đường cấp, phía trên aptomat tổng | Dòng sét trực tiếp | Tòa nhà có hệ thống chống sét hoặc nguồn cấp trên không |
| Type 2 | Tủ phân phối | Dòng xung sau tầng thứ nhất | Tủ phân phối chính và tủ phân phối phụ |
| Type 3 | Gần tải | Điện áp dư thấp | Thiết bị nhạy cảm, hộp đầu cực, tủ điều khiển |
SPD Type 1 không mặc nhiên tốt hơn Type 2. Lựa chọn đúng phụ thuộc vào việc công trình có hệ thống chống sét hay không, nguồn cấp là trên không hay ngầm, và quy định địa phương yêu cầu gì. Trong nhiều dự án, người ta dùng đồng thời Type 1 tại đường cấp và Type 2 tại tủ phân phối.
Mỗi loại SPD thuộc vị trí nào?
Vị trí lắp đặt quan trọng không kém thông số. Dây đấu dài làm tăng điện cảm và nâng điện áp dư tại tải. SPD phải được lắp với dây đấu ngắn, thẳng và điểm nối đất có trở kháng thấp.
| Vị trí | Thiết bị | Đối tượng được bảo vệ |
|---|---|---|
| Đường cấp | Type 1 hoặc Type 2 | Công trình và tủ điện chính |
| Tủ phân phối chính | Type 2 | Tủ phân phối phụ và các tuyến cấp |
| Tủ phân phối phụ | Type 2 hoặc Type 3 | Tải cục bộ và tủ điều khiển |
| Đầu vào UPS | Type 2 phía trên | Bộ chỉnh lưu UPS và tuyến bypass |
| Đầu ra UPS / tủ quan trọng | Type 3 | Máy chủ, PLC và thiết bị điện tử nhạy cảm |
| Mạch ắc quy DC | SPD định mức DC | Bộ ắc quy và thanh cái DC |
Đầu vào và đầu ra UPS thường được coi là hai vùng bảo vệ riêng. Xung ở đầu vào có thể làm hỏng bộ chỉnh lưu; xung ở đầu ra vẫn có thể đến tải ngay cả khi UPS đang chạy bằng ắc quy. Sơ đồ một sợi phải thể hiện cả hai vị trí này.
SPD, UPS và máy ổn áp: những nhiệm vụ khác nhau
Các thiết bị này thường được bán cùng nhau, nhưng thực hiện những chức năng khác nhau. Bảng dưới đây là tài liệu tham chiếu nhanh cho một cuộc họp dự án.
| Thiết bị | Chức năng chính | Đáp ứng với | Không thay thế được |
|---|---|---|---|
| SPD | Kẹp quá áp quá độ | Xung sét và xung đóng cắt | Ổn định điện áp hoặc nguồn dự phòng |
| Ổn áp / AVR | Hiệu chỉnh điện áp hiệu dụng | Quá áp và thấp áp kéo dài | Bảo vệ quá áp hoặc nguồn dự phòng |
| UPS | Xử lý nguồn và cấp tải liên tục | Mất điện, tụt áp, trôi tần số | Bảo vệ quá áp tại đường cấp |
| Máy phát | Phát điện cho thời gian mất điện dài | Mất điện kéo dài | Bảo vệ thời gian chuyển nguồn |
Một kiến trúc phổ biến gồm SPD Type 1 tại đường cấp, ổn áp servo cho toàn công trình, SPD Type 2 tại đầu vào UPS và SPD Type 3 tại tải quan trọng. Trang giải pháp bảo vệ quá áp trình bày chi tiết hơn cách phối hợp này.
Phối hợp các SPD như thế nào?
Phối hợp nghĩa là chọn thiết bị sao cho SPD phía dưới không phải hấp thụ toàn bộ xung, đồng thời SPD phía trên không để lại điện áp dư quá lớn cho thiết bị phía dưới. Người ta dùng bảng phối hợp của nhà sản xuất hoặc một phương pháp tính toán.
Các bước kiểm tra thực tế gồm:
- Mức bảo vệ điện áp của thiết bị phía trên phải thấp hơn điện áp chịu đựng của thiết bị phía dưới.
- Chiều dài cáp giữa các tầng phải đủ lớn, hoặc phải dùng cuộn kháng giải ghép.
- Cầu chì hoặc aptomat dự phòng phải được chọn theo dòng ngắn mạch định mức của SPD.
- Điểm nối đất phải ngắn và dùng chung với hệ thống tiếp địa của tòa nhà.
Không trộn thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau mà không kiểm tra phối hợp. Hai SPD đều đúng thông số khi xét riêng lẻ vẫn có thể ghép với nhau rất kém.
Sét, tiếp địa và mạch ắc quy
Hệ thống chống sét và hệ thống SPD có liên quan nhưng tách biệt. Hệ thống chống sét thu hút và dẫn luồng sét; SPD giới hạn xung đến được hệ thống điện. Cả hai đều cần một tuyến tiếp địa có trở kháng thấp.
Với UPS, mạch ắc quy DC cũng có thể mang dòng xung. Có thể cần SPD định mức DC tại tủ ắc quy, nhất là ở công trình có nguy cơ sét cao. Hãy xác nhận điện áp định mức DC và cực tính; SPD loại AC không phù hợp với thanh cái DC.
Các trang dòng ắc quy VRLA và dòng ắc quy LiFePO4 mô tả các cấu hình ắc quy. Trang dòng máy biến áp và cuộn kháng sẽ hữu ích khi dự án cần cách ly hoặc thêm trở kháng để phối hợp bảo vệ quá áp.
Bảo trì và kiểm tra
Việc kiểm tra cũng phải bao gồm dây đấu, điểm nối đất và bảo vệ dự phòng. Một dây đấu lỏng hoặc điểm nối đất bị ăn mòn có thể làm tăng điện áp dư ngay cả khi bản thân SPD vẫn tốt.
Danh mục kiểm tra cho dự án
Hãy dùng danh mục này khi chỉ định bảo vệ quá áp cho một dự án UPS.
- Xác nhận công trình có hệ thống chống sét hay không và nguồn cấp là trên không hay ngầm.
- Chọn thiết bị Type 1 hoặc Type 2 cho đường cấp.
- Thêm thiết bị Type 2 tại tủ phân phối cấp cho UPS và các tải quan trọng.
- Thêm thiết bị Type 3 tại tủ quan trọng khi tải nhạy cảm.
- Đối chiếu mức bảo vệ điện áp với điện áp chịu đựng của tải.
- Kiểm tra dòng ngắn mạch định mức và cầu chì dự phòng.
- Xác nhận điểm nối đất và chiều dài dây đấu.
- Thêm SPD định mức DC tại bộ ắc quy khi có yêu cầu.
- Ghi cửa sổ chỉ thị trạng thái và tiếp điểm từ xa vào kế hoạch bảo trì.
- Đưa vị trí các SPD vào sơ đồ một sợi.
Về phía UPS, hãy dùng công cụ tính chọn công suất và danh mục đầy đủ các model. Với trung tâm dữ liệu, bắt đầu từ hướng dẫn UPS cho trung tâm dữ liệu; với phòng máy chủ, dùng hướng dẫn cho phòng máy chủ. Công trình công nghiệp có thể bắt đầu từ trang UPS công nghiệp hoặc dòng sản phẩm UPS công nghiệp.
Những thị trường nào cần chú ý thêm?
Sét và lưới phân phối trên không khiến bảo vệ quá áp trở nên quan trọng hơn ở một số thị trường. Hướng dẫn cho Nam Phi, hướng dẫn cho Philippines và hướng dẫn cho Bangladesh mô tả điều kiện lưới điện tại địa phương và bộ tài liệu mà người mua thường yêu cầu.
Với trạm viễn thông, xem trang giải pháp viễn thông; với phòng an ninh, xem an ninh và giám sát; với tòa nhà thương mại, xem tòa nhà thương mại. Các trang này cho thấy vị trí của SPD so với UPS, máy ổn áp và tủ phân phối.
Chỉ định SPD cùng UPS như thế nào?
Hãy gửi sơ đồ một sợi, điện áp đường cấp, công suất UPS, cấu hình ắc quy, độ nhạy cảm của tải và nguy cơ sét tại công trình. Đội kỹ thuật sẽ đề xuất bố trí Type 1/2/3, mức bảo vệ điện áp và bảo vệ dự phòng.
Dùng trang nhà cung cấp và báo giá cho danh mục thương mại, hoặc trang liên hệ để được rà soát kỹ thuật. Trang chứng nhận giải thích tài liệu theo từng model, và trang tải xuống liệt kê bộ tài liệu.
Bảo vệ quá áp không phải là một thiết bị đơn lẻ. Đó là một lớp bảo vệ được phối hợp, bắt đầu từ đường cấp và kết thúc tại tải. UPS, máy ổn áp và SPD mỗi thiết bị đảm nhiệm một nhiệm vụ khác nhau; dự án vận hành đúng khi ranh giới giữa các nhiệm vụ đó được thể hiện trên sơ đồ một sợi.
