Các thông số kỹ thuật của thiết bị chống sét

Thiết bị chống sét (SPD) hay còn gọi là thiết bị triệt xung điện áp đột biến là các sản phẩm mang tính đặc thù trong ngành điện, trên tài liệu hoặc sản phẩm hiển thị các ký hiệu và tham số để mô tả đặc tính riêng của chúng. Dựa vào các tham số này chúng ta có thể hiểu và so sánh tính năng kỹ thuật của các sản phẩm để sử dụng chúng một cách hiệu quả nhất.

Ký hiệu & thông số của thiết bị chống sét có ý nghĩa gì ?

Surge Protection Device - SPD

Là các sản phẩm có chức năng hạn chế sự quá áp đột biến lan truyền trên đường dây bằng cách chuyển hướng dòng điện nguy hiểm này sang nơi khác một cách an toàn, chúng có chứa ít nhất một linh kiện phi tuyến. Loại SPD một cực (Pole) được đấu nối song song hoặc loại SPD 2 cực được đấu nối tiếp.

Type của SPD (Type of surge protectors)

Các SPD dùng cho nguồn điện AC được chia thành 3 loại theo tiêu chuẩn IEC 61643-11 và EN 61643-11 theo 3 mức độ thử nghiệm khác nhau. Các mức độ kiểm tra này sẽ phụ thuộc vào vị trí lắp đặt của SPD trong mạng lưới AC và các điều kiện bên ngoài.

Thông số này phân thành 3 loại:

• SPD Type 1 (Type 1 surge protectors)

Thiết bị cắt sét type 1 được thiết kế để lắp đặt ở vị trí có nguy cơ bị sét đánh trực tiếp là rất cao, đặc biệt là khi tòa nhà được trang bị các đầu cột thu lôi.

Trong trường hợp này, tiêu chuẩn EN 61643-11 và IEC 61643-11 đòi hỏi SPD phải được kiểm tra thử nghiệm theo mức 1 (class 1): kiểm tra này được đặc trưng bởi việc đưa vào xung điện có dạng sóng 10/350μs để mô phỏng các hệ quả dòng xung điện trực tiếp gây ra.

Do đó các thiết bị loại 1 phải đặc biệt mạnh mẽ để dẫn dòng điện xung năng lượng cao. Các thiết bị Type1 này chúng ta thường gọi là thiết bị cắt sơ cấp.

Ký hiệu thường được ghi trên sản phẩm và catalog là Iimp thể hiện khả năng cắt xung điện dạng sóng (10/350μs).

• SPD Type 2 (Type 2 surge protectors)

Thiết bị chống sét lan truyền Type 2 được thiết kế để lắp đặt tại ngõ vào của hệ thống điện, trong tủ phân phối chính, hoặc gần các thiết bị nhạy cảm mà công trình không trang bị kim thu sét.

Thiết bị được kiểm tra theo bài kiểm tra mức II (class 2) theo tiêu chuẩn IEC61643-11 hoặc EN61643-11 và dựa trên dòng xung dạng sóng 8/20μs.

Các thiết bị Type 2 này thường được lắp phía sau Type 1 gọi là thiết bị bảo vệ thứ cấp. Ký hiệu thường được ghi trên sản phẩm và catalog là In (hoặc Imax) thể hiện khả năng cắt dòng xung định mức (hoặc tối đa) dạng sóng (8/20μs)

• SPD Type 3 (Type 3 surge protectors)

Trong trường hợp đối tượng cần bảo vệ là các thiết bị điện tử rất nhạy cảm với dòng điện hoặc nằm tách biệt thì chúng cần phải được bảo vệ lặp lại thêm lần nữa: những SPD năng lượng thấp này là mức 2 hoặc 3. Các SPD đầu cuối này được thử nghiệm với một dạng sóng kết hợp (1,2/50 μs - 8/20 μs) theo bài kiểm tra cấp III (class 3).

Thông số kỹ thuật về dòng điện

• I_L :  Dòng hoạt động lớn nhất (Maximum working current): Giá trị RMS của dòng điện xoay chiều hoặc giá trị của dòng điện liên tục trên một đường dây ở điều kiện hoạt động bình thường mà SPD vẫn hoạt động chính xác.

• I_n : Dóng phóng định mức - I_n (8/20 μs) (nominal discharge current): Dòng phóng điện danh định (I_n) là mức dòng điện xung một SPD Type 1 hoặc Type 2 có thể chịu đựng lặp lại (15 xung) mà không bị phá hủy.

• I_max : Dòng phóng điện tối đa của thiết bị Type 2 - I_max (maximum discharge current for type 2):Dòng phóng điện cực đại (I_max), áp dụng đối với SPD Type 2, là dòng điện xung 8/20μs tối đa mà SPD vẫn có thể chịu được và không bị phá hủy.

• I_imp : Dòng phóng điện xung cho thiết bị Type 1 - I_imp (impulse current for type 1): Dòng điện xung (I_imp), được sử dụng trong thử nghiệm cấp 1 (Class I) đối với SPD Type 1, là dòng xung điện có dạng sóng 10/350μs tối đa SPD có thể chịu được mà không bị phá hủy.Thử nghiệm này mô phỏng theo hiệu ứng tác động trực tiếp vào hệ thống nguồn AC.

• I_pe : Dòng rò (residual current / leakage current to Ground): Đây là thông số về giá trị dòng điện rò từ SPD chạy xuống đất. Đơn vị là A.

• I_f : Dòng phóng theo - I_f (follow current): Đây là thông số về giá trị dòng của hệ thống điện đi qua SPD sau một dòng phóng điện xung quá áp. Đơn vị là kAeff.

• I_total : Dòng phóng điện tổng - I_total (total discharge current): Tham số về tổng lưu lượng dòng phóng điện xung đi qua dây PE hoặc PEN của một SPD đa cực.

• I_sccr : Khả năng chịu ngắn mạch - I_sccr (short circuits capability): SPD và bộ phận ngắt mạch liên quan (cầu chì) được thử nghiệm tại một giá trị dòng ngắn mạch tối đa (ví dụ: 25kA): giá trị I_sccr này cần cao hơn dòng ngắn mạch của mạng điện tại vị trí lắp đặt thiết bị.

• Bảo vệ quá dòng dự phòng (backup overcurrent protection): Một thiết bị bảo vệ quá dòng (cầu chì hoặc thiết bị ngắt điện), là một bộ phận của hệ thống điện, nằm ở trước TBCS và ở vị trí mà nó có thể bị quá nhiệt và ngắt mạch để kết thúc sự ngắn mạch mà TBCS không thể thực hiện được

• Khả năng khống chế dòng phóng theo (follow up current extinguishing capability): Khi các bộ phóng điện (spark gap) hay ống phóng điện khí (gas discharge tube) phóng điện, chất điện môi bị phá vỡ làm xuất hiện hồ quang điện, và kết quả là xảy ra sự ngắn mạch giữa 2 dây dẫn được bảo vệ. Khi điện áp làm việc trở lại mức bình thường, hồ quang điện & sự ngắn mạch phải được khống chế triệt tiêu. Khả năng dập tắt dòng phóng theo cho biết dòng điện mà SPD có khả năng tự dập tắt để trở về điều kiện cách điện bình thường.

Thông số kỹ thuật về điện áp

• U_n : Điệp áp định mức -  (Nominal voltage): Tham số về giá trị của điện áp xoay chiều hay một chiều của đường dây trong điều kiện bình thường để các SPD hoạt động chính xác.

• U_c : Điện áp hoạt động tối đa -  (Maximum operating voltage): Thông số này chỉ ra SPD còn có thể hoạt động liên tục với mức điện áp cụ thể nào đó, nếu cao hơn mức này thì SPD sẽ bị hư hỏng.

• U_T : Quá áp ngắn hạn - (Temporary overvoltage): Quá điện áp ngắn hạn U_T (TOV) là giá trị R.M.S. tối đa mà SPD có thể chịu được trong 5 giây mà không bị hư hỏng. Trong nhiều trường hợp, thông số U_T bằng hoặc vượt trội so với U_c. Một bài kiểm tra bổ sung là cần thiết cho hệ thống điện xoay chiều TT, để mô phỏng một quá điện áp tạm thời «cao áp» (TOV) giữa N và PE (áp dụng cho 1200 Vac, 300 A trong 200 ms): sự phù hợp với thử nghiệm này đòi hỏi việc sử dụng các sơ đồ CT2 (ống phóng khí chuyên biệt giữa N và PE).

• U_p : Cấp độ bảo vệ - (level of protection): Điện áp dư hay điện áp sót tối đa của SPD trong quá trình phóng dòng xung 8/20μs (tại giá trị tối đa của I_n hoặc I_imp).

• U_p-I_n : Cấp bảo vệ tại dòng định mức I_n : (level of protection at In): Đây là thông số hiển thị giá trị điện áp sót (hay điện áp dư) của SPD trong quá trình phóng dòng xung 8/20μs tại một giá trị được xác định (I_n hoặc I_imp). Tùy theo nhà sản xuất và công nghệ áp dụng mà U_p này sẽ khác nhau ở cùng một giá trị U_n, (với Công nghệ VG của Citel, giá trị U_p này là rất thấp)

• Điện áp với sóng kết hợp (điện áp mạch hở cho thiết bị loại 3 - U_o.c (voltage with combination wave (open circuit voltage) U_o.c. for type 3): Tham số này chỉ được sử dụng cho kiểm tra cấp III, áp dụng đối với SPD loại 3 và một sóng kết hợp (1,2/50 μs trong mạch hở - 8/20 μs trong ngắn mạch).

• Điện áp đánh thủng của thiết bị chuyển điện áp (sparkover voltage of a voltage switching spd): Là giá trị điện áp tối đa trước khi xảy ra sự phóng điện đánh thủng giữa các điện cực trong khe phóng điện của một SPD.

Thông số kỹ thuật khác của SPD

• Thời gian đáp ứng - (response time): Thông số thời gian đáp ứng (hay thời gian nhạy đáp) đặc trưng cho tốc độ kích hoạt bảo vệ của SPD. Nó có thể thay đổi theo độ dốc của dạng sóng áp dụng, mặc dù nói chung thời gian đáp ứng cho các varistor được coi là 25ns, trong khi đối với bộ phóng điện (spark gap) là 100ns.

• Kiểu bảo vệ (Methods of protection): Đây là thông số chỉ ra kiểu hay hướng bảo vệ trong SPD, chúng có thể kết nối kiểu Pha – Đất (L-G) (kiểu thông thường), Pha – Trung tính (L-N) (kiểu so lệch), hoặc kết hợp cả hai. Các kiểu kết nối này được gọi là kiểu bảo vệ.

• Cảnh báo của thiết bị chống quá áp (Overvoltage protector alarm): Thông số này biểu hiện có hay không và kiểu báo hiệu về tình trạng hoạt động của SPD. Cảnh báo hư hỏng có thể bằng chỉ thị màu trực quan, bằng đèn led, bằng chuông reo hoặc được trang bị tiếp điểm cho phép kết nối cảnh báo từ xa. Cảnh báo cho biết SPD ngắt kết nối trong trường hợp hỏng để tránh sự cố trên hệ thống điện.

• Năng lượng đặc trưng W/R cho thử nghiệm type 1 (specific energy w/r for type 1 tests): Năng lượng bị tiêu tán bởi dòng điện xung I_imp trên 1 đơn vị điện trở, bằng với tích phân năng lượng trong điện trở tương đương suốt quá trình phóng điện. Đơn vị là kJ/Ω or kA²s.

• Nhiệt độ làm việc - ϑ (working temperature): Dải nhiệt độ mà SPD có thể hoạt động bình thường đúng chức năng của chúng.