Năm phương pháp bảo vệ của thiết bị chống sét lan truyền

Các phương pháp bảo vệ chống sét lan truyền

1. Các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) mắc song song trên các đường dây điện

Trong điều kiện bình thường, các điện trở biến đổi (varistor) bên trong bộ chống sét lan truyền duy trì ở trạng thái trở kháng cao. Khi lưới điện bị sét đánh hoặc trải qua các xung điện tạm thời do các thao tác chuyển mạch, bộ chống sét sẽ phản ứng trong vòng vài nano giây, khiến các điện trở biến đổi chuyển sang trạng thái trở kháng thấp, nhanh chóng kẹp điện áp quá tải xuống mức an toàn. Nếu xảy ra các xung điện hoặc điện áp quá tải kéo dài, điện trở biến đổi sẽ bị suy giảm và nóng lên, kích hoạt cơ chế ngắt nhiệt để ngăn ngừa hỏa hoạn và bảo vệ thiết bị.

2. Bộ chống sét lan truyền kiểu lọc mắc nối tiếp với mạch điện

Các thiết bị chống sét lan truyền này cung cấp nguồn điện sạch và an toàn cho các thiết bị điện tử nhạy cảm. Sét đánh không chỉ mang theo năng lượng khổng lồ mà còn có tốc độ tăng điện áp và dòng điện cực kỳ dốc. Mặc dù các thiết bị chống sét lan truyền mắc song song có thể triệt tiêu biên độ xung điện, nhưng chúng không thể làm phẳng các sóng xung điện sắc nhọn. Các thiết bị chống sét lan truyền kiểu lọc mắc nối tiếp, được kết nối tiếp với mạch điện, sử dụng các MOV (MOV1, MOV2) để kẹp quá áp trong nano giây. Ngoài ra, bộ lọc LC làm giảm độ dốc của tốc độ tăng điện áp và dòng điện của xung điện xuống gần 1.000 lần và giảm điện áp dư xuống năm lần, bảo vệ các thiết bị nhạy cảm.

3. Lắp đặt các điện trở biến đổi kẹp điện áp giữa các pha và đường dây để hạn chế quá áp đột biến

Phương pháp này hoạt động tốt đối với hệ thống chiếu sáng, thang máy, máy điều hòa không khí và động cơ, những thiết bị có khả năng chịu được xung điện cao hơn. Tuy nhiên, nó kém hiệu quả hơn đối với các thiết bị điện tử nhỏ gọn hiện đại có độ tích hợp cao. Ví dụ, trong hệ thống điện xoay chiều một pha 220V, các điện trở biến đổi (varistor) thường được lắp đặt giữa dây trung tính và dây nối đất để hấp thụ các xung điện do sét đánh gây ra. Hiệu quả bảo vệ phụ thuộc hoàn toàn vào việc lựa chọn và độ tin cậy của điện trở biến đổi.

Điện áp kẹp được thiết lập dựa trên điện áp đỉnh của lưới điện (310V), có tính đến các yếu tố sau:
- Biến động lưới điện 20%,
- Sai số cho phép của linh kiện là 10%.
- Hệ số độ tin cậy 15% (lão hóa, độ ẩm, nhiệt độ).
Do đó, mức điện áp kẹp điển hình nằm trong khoảng từ 470V đến 510V. Các xung điện dưới 470V sẽ không bị ảnh hưởng.

Trong khi các thiết bị điện tiêu chuẩn (ví dụ: động cơ, đèn chiếu sáng) có thể chịu được điện áp xoay chiều 1.500V (điện áp đỉnh 2.500V), các thiết bị điện tử hiện đại hoạt động ở mức ±5V đến ±15V, với dung sai tối đa dưới 50V. Các xung điện áp cao dưới 470V vẫn có thể truyền qua các điện dung ký sinh trong máy biến áp và bộ nguồn, gây hư hỏng các IC. Hơn nữa, do điện áp dư của varistor và độ tự cảm của dây dẫn, các xung điện mạnh có thể đẩy mức kẹp lên đến 800V–1.000V, gây nguy hiểm hơn nữa cho các thiết bị điện tử.

4. Tăng cường bảo vệ bằng máy biến áp siêu cách ly (Phương pháp cách ly)

Một biến áp cách ly có vỏ bọc được đặt giữa nguồn điện và tải để chặn nhiễu tần số cao đồng thời đảm bảo nối đất thứ cấp đúng cách. Nhiễu chế độ chung, liên quan đến đất, truyền qua điện dung giữa các cuộn dây. Một lớp chắn nối đất giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp sẽ chuyển hướng nhiễu này, giảm nhiễu đầu ra.

5. Phương pháp hấp thụ

Các linh kiện hấp thụ triệt tiêu xung điện bằng cách chuyển từ trở kháng cao sang trở kháng thấp khi điện áp ngưỡng bị vượt quá. Các thiết bị phổ biến bao gồm:
- Varistor – Khả năng xử lý dòng điện hạn chế.
- Ống phóng điện khí (GDT)– Phản hồi chậm.
- Điốt TVS / Ống phóng điện trạng thái rắn – Nhanh hơn nhưng đổi lại là khả năng hấp thụ năng lượng kém hơn.