Nguyên tắc bảo vệ chống sét lan truyền cho nguồn điện chuyển mạch
Thiết bị chống sét lan truyền (SPD), còn được gọi là thiết bị chống sét lan truyền, là một thiết bị bảo vệ phi tuyến tính được sử dụng để hạn chế quá điện áp thoáng qua và dẫn hướng dòng điện đột biến phóng điện trong các hệ thống đang hoạt động và được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện có mức điện áp chịu được thấp hoặc Hệ thống điện tử đang hoạt động. được bảo vệ khỏi sét đánh và xung điện từ sét hoặc hư hỏng do quá điện áp vận hành. Trong những năm gần đây, các hệ thống thông tin điện tử (như truyền hình, điện thoại, thông tin liên lạc, mạng máy tính, v.v.) đã phát triển nhanh chóng và một số lượng lớn các thiết bị thông tin điện tử đã xuất hiện và trở nên phổ biến. Những hệ thống và thiết bị như vậy thường đắt tiền và quan trọng, điện áp làm việc và mức điện áp chịu đựng của chúng rất thấp nên rất dễ bị xung điện từ sét đánh. Do đó, SPD là cần thiết để bảo vệ điện áp.
Do các tiêu chuẩn khác nhau được tuân theo bởi các quốc gia khác nhau, thông số kỹ thuật của sản phẩm không thống nhất và nhận dạng tham số cũng có điểm nhấn riêng, kém hơn nhiều so với thông số kỹ thuật của sản phẩm điện khác, điều này gây ra sự bất tiện lớn cho thiết kế và lựa chọn. Trong thiết kế kỹ thuật, các thương hiệu phổ biến có thể được chia thành sản phẩm nội địa, sản phẩm châu Âu và sản phẩm Mỹ theo nơi xuất xứ. Cài đặt tham số của các sản phẩm trong nước rất hỗn loạn, với nhiều thông số kỹ thuật khác nhau và áp suất dư cao. Một số cài đặt mô hình của các sản phẩm được tiêu chuẩn hóa bắt chước các sản phẩm của Châu Âu và một số tuân theo các thông số hiệu chuẩn quốc gia. Hầu hết các sản phẩm được đánh dấu bằng In và Imax. Do các sản phẩm trong nước có yêu cầu tương đối thấp đối với vị trí ứng dụng, cấp công trình thấp và giá trị điện áp chịu được của thiết bị lớn, nên một số yêu cầu tham số có thể được nới lỏng một cách thích hợp.
Các sản phẩm châu Âu thường đánh dấu dòng xả tối đa và kiểu sản phẩm cũng được đặt theo tham số này. Ví dụ XXX65 và XXX40 của một hãng nổi tiếng Châu Âu thì giá trị 65 và 40 là Imax. Tuy nhiên, tiêu chuẩn Trung Quốc quy định rõ ràng rằng nên sử dụng dòng xả danh nghĩa In để lựa chọn loại, đây là một tình huống đáng xấu hổ gặp phải trong thiết kế kỹ thuật hiện nay. Sau khi kiểm tra thông tin sản phẩm, giá trị In của XX65 không vượt quá 20kA và giá trị In của XX40 không vượt quá 15kA. Theo giá trị khuyến nghị của GB50343, hai sản phẩm này chỉ có thể được sử dụng để bảo vệ thiết bị đầu cuối cấp ba, nhưng trong thiết kế thực tế, chúng được lắp đặt ở cấp một và cấp hai, điều này rõ ràng là không phù hợp với các tham số lựa chọn của tiêu chuẩn quốc gia và điện áp dư Cao hơn, các mẫu thông thường thường vượt quá 1200V, một khi môi trường dây không tốt, rất dễ vượt quá giá trị điện áp chịu được của thiết bị. Nói chung, giá trị Uc của các sản phẩm châu Âu nhỏ và điện áp đường dây được đánh dấu theo cơ hội nên rất dễ gây nhầm lẫn khi chọn kiểu máy.
SPD hoạt động như thế nào
Bộ chống sét phù hợp để bảo vệ nguồn điện áp thấp 220/380V. Nó là một thành phần phi tuyến tính. Theo tiêu chuẩn IEC, thiết bị chống sét lan truyền là thiết bị chủ yếu triệt tiêu quá áp và quá dòng của đường dây dẫn. Bộ bảo vệ đột biến đóng vai trò bảo vệ. Yêu cầu cơ bản là nó phải chịu được dòng sét dự kiến sẽ đi qua và thông qua điện áp kẹp tối đa của sự đột biến, nó có thể dập tắt hiệu quả dòng điện liên tục tần số điện được tạo ra sau khi dòng sét đi qua và ngăn chặn dòng điện tức thời xung vào đường dây điện và đường truyền tín hiệu. Quá điện áp được giới hạn trong dải điện áp mà thiết bị hoặc hệ thống có thể chịu được, hoặc dòng sét mạnh bị rò rỉ xuống đất để bảo vệ thiết bị hoặc hệ thống được bảo vệ khỏi hư hỏng do va đập.
Loại và cấu trúc của bộ chống đột biến thay đổi tùy theo các mục đích khác nhau, nhưng ít nhất một phần tử giới hạn điện áp phi tuyến tính được bao gồm. Các thiết bị chống sét lan truyền thường được sử dụng bao gồm MOV (Metal Oxide Varistor) và các ống xả khí. Sức mạnh dâng trào chứa rất nhiều năng lượng và không thể dừng lại. Vì lý do này, chiến lược để bảo vệ các thiết bị điện nhạy cảm khỏi bị hư hại do xung điện là chuyển hướng xung ra khỏi thiết bị và đi xuống đất.
Bộ chống sét lan truyền MOV bao gồm ba phần: phần giữa là vật liệu oxit kim loại và hai chất bán dẫn được kết nối với nguồn điện và mặt đất. Khi xảy ra đột biến, MOV hoạt động ngay lập tức và thời gian phản hồi là 1 đến 3 nano giây. Chữ "V" trong MOV là một biến trở. Tại thời điểm phản hồi, điện trở của MOV giảm từ giá trị tối đa xuống gần như bằng không và dòng điện quá dòng chảy vào đất qua MOV. Thiết bị điện được bảo vệ tiếp tục hoạt động dưới điện áp làm việc bình thường. Các phần tử bán dẫn của nó có đặc tính thay đổi điện trở khi điện áp thay đổi. Khi điện áp dưới một giá trị nhất định, sự chuyển động của các electron trong chất bán dẫn tạo ra điện trở cao. Ngược lại, khi điện áp vượt quá giá trị cụ thể đó, chuyển động của các electron sẽ thay đổi và điện trở của chất bán dẫn giảm xuống gần bằng 0 ôm. Điện áp bình thường và bộ bảo vệ tăng áp MOV không hoạt động, điều này không ảnh hưởng đến đường dây điện.
Các chỉ số về ưu và nhược điểm của bộ chống sét lan truyền MOV: (1) Điện áp kẹp: Cho biết giá trị điện áp sẽ khiến MOV nối đất. Điện áp kẹp càng thấp thì hiệu suất bảo vệ càng tốt. (2) Khả năng hấp thụ/tiêu tán năng lượng: Giá trị danh nghĩa này cho biết lượng năng lượng mà bộ chống sét lan truyền có thể hấp thụ trước khi cháy hết, tính bằng joules. Giá trị càng cao, hiệu suất bảo vệ càng tốt. (3) Thời gian đáp ứng: Bộ chống sét lan truyền không ngắt kết nối ngay lập tức, chúng có một chút chậm trễ trong việc phản ứng với đột biến.
Một thiết bị chống sét phổ biến khác là ống xả khí. Các ống phóng khí này hoạt động tương tự như MOV, chúng di chuyển dòng điện dư thừa từ nguồn điện xuống đất bằng cách sử dụng khí trơ làm chất dẫn điện giữa hai dây dẫn. Khi điện áp ở một phạm vi nhất định, thành phần của khí xác định rằng nó là chất dẫn điện kém. Nếu điện áp vượt quá phạm vi này, dòng điện sẽ đủ mạnh để làm ion hóa chất khí, làm cho ống phóng khí trở thành chất dẫn điện rất tốt. Nó dẫn dòng điện xuống đất cho đến khi điện áp trở lại mức bình thường, sau đó lại trở thành dây dẫn kém.
(1) SPD đường dây điện
Do năng lượng của sét đánh rất lớn nên cần phải giải phóng năng lượng của sét đánh xuống đất từng bước thông qua phương pháp phóng điện phân tầng. Trong vùng không chống sét trực tiếp (LPZ0A) hoặc tại điểm giao nhau của vùng chống sét trực tiếp (LPZ0B) và vùng bảo vệ đầu tiên (LPZ1), hãy lắp đặt bộ chống sét lan truyền hoặc một bộ chống sét lan truyền giới hạn điện áp đã vượt qua bài kiểm tra phân loại Loại I. Cấp độ bảo vệ đầu tiên là phóng dòng sét trực tiếp hoặc khi đường dây truyền tải điện bị sét đánh trực tiếp, nó sẽ phóng ra năng lượng khổng lồ được dẫn. Lắp đặt bộ chống sét lan truyền giới hạn điện áp ở điểm giao nhau của mỗi bộ phận (bao gồm cả khu vực LPZ1) sau vùng bảo vệ đầu tiên, như mức bảo vệ thứ hai, thứ ba hoặc cao hơn. Bộ bảo vệ cấp hai là thiết bị bảo vệ cho điện áp dư của bộ bảo vệ cấp trước và sét đánh gây ra trong khu vực. Khi sự hấp thụ năng lượng sét đánh lớn xảy ra ở cấp phía trước, vẫn có một phần khá lớn đối với thiết bị hoặc người bảo vệ cấp ba. Năng lượng sẽ được truyền đi và cần được hấp thụ thêm bởi người bảo vệ cấp hai. Đồng thời, đường truyền đi qua thiết bị chống sét cấp một cũng sẽ tạo ra bức xạ xung điện từ sét. Khi đường dây đủ dài, năng lượng của tia sét cảm ứng trở nên đủ lớn, cần có bộ bảo vệ cấp hai để tiếp tục xả năng lượng sét. Bộ bảo vệ cấp ba bảo vệ năng lượng sét còn sót lại đi qua bộ bảo vệ cấp hai. Theo cấp điện áp chịu đựng của thiết bị được bảo vệ, nếu chống sét hai cấp có thể hạn chế điện áp thấp hơn cấp điện áp chịu đựng của thiết bị thì chỉ cần bảo vệ hai cấp; nếu mức điện áp chịu được của thiết bị thấp, bốn cấp hoặc thậm chí Nhiều cấp bảo vệ hơn.
Dây tín hiệu SPD
Với ứng dụng rộng rãi của hệ thống thông tin, do số lượng đường dây mạng lớn và mức điện áp chịu đựng thấp của thiết bị điện tử, sét đánh ngày càng có hại cho hệ thống thông tin. Tác hại của sét đối với hệ thống thông tin chủ yếu do xung điện từ sét gây ra, bao gồm sóng quá áp sét dẫn dọc theo đường dây, khả năng phản công cao do dòng sét trên dây nối đất tạo ra, cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ của sét. trường điện từ. Các biện pháp bảo vệ đối với các xung điện từ bao gồm đánh chặn, tạo shunt, liên kết đẳng thế, che chắn, nối đất và đi dây hợp lý. Cài đặt SPD trên đường tín hiệu là một biện pháp quan trọng để hệ thống thông tin ngăn chặn các xung điện từ. Nó có thể đồng thời đóng vai trò đánh chặn, chuyển hướng và liên kết đẳng thế. Đường tín hiệu SPD phải được kết nối với cổng tín hiệu của thiết bị được bảo vệ. Thiết bị đầu cuối đầu ra của nó được kết nối với cổng của thiết bị được bảo vệ, có thể được chia thành kết nối nối tiếp và kết nối song song, và thường được cài đặt nối tiếp trên đường tín hiệu. Do đó, khi chọn SPD tín hiệu, nên chọn SPD có suy hao chèn nhỏ hơn.
