Nguyên lý bảo vệ chống đột biến điện
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 trong các hệ thống trực tiếp để hạn chế quá điện áp nhất thời và dẫn hướng dòng điện phóng điện. Nó được sử dụng để bảo vệ các hệ thống điện hoặc điện tử có mức chịu được điện áp thấp khỏi bị sét đánh, xung điện từ hoặc hư hỏng do quá điện áp khi vận hành. Trong những năm gần đây, hệ thống thông tin điện tử (như tivi, điện thoại, truyền thông, mạng máy tính, v.v.) phát triển nhanh chóng, một số lượng lớn các thiết bị thông tin điện tử ra đời và phổ biến. Những loại hệ thống và thiết bị này thường đắt tiền và quan trọng, có điện áp hoạt động thấp và chịu được các mức điện áp, khiến chúng rất dễ bị ảnh hưởng bởi các xung điện từ sét. Vì vậy, SPD nên được sử dụng để bảo vệ quá áp.
Do các quốc gia khác nhau tuân theo các tiêu chuẩn khác nhau nên thông số kỹ thuật của sản phẩm không thống nhất và việc xác định các thông số cũng có điểm nhấn riêng, kém xa so với các thông số kỹ thuật của sản phẩm điện khác, gây bất tiện lớn cho việc thiết kế và lựa chọn. Trong thiết kế kỹ thuật, các thương hiệu thông thường có thể chủ yếu được chia thành sản phẩm nội địa, sản phẩm châu Âu và sản phẩm Mỹ dựa trên xuất xứ của chúng. Cài đặt thông số của sản phẩm trong nước rất hỗn loạn, thông số kỹ thuật đa dạng và điện áp dư cao. Một số mẫu sản phẩm được tiêu chuẩn hóa được thiết kế để bắt chước các sản phẩm của Châu Âu, trong khi những mẫu khác tuân theo các thông số tiêu chuẩn quốc gia. Hầu hết các sản phẩm đều được dán nhãn In và Imax. Do yêu cầu thấp của các sản phẩm nội địa đối với các địa điểm ứng dụng, mức độ xây dựng thấp và giá trị điện áp chịu được của thiết bị cao, một số yêu cầu về thông số có thể được nới lỏng một cách thích hợp.
Các sản phẩm châu Âu thường được dán nhãn dòng xả tối đa và mẫu sản phẩm cũng được đặt dựa trên thông số này. Ví dụ: một thương hiệu nổi tiếng của Châu Âu XXX65 và XXX40, trong đó giá trị 65 và 40 là Imax. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn của Trung Quốc quy định rõ ràng rằng nên sử dụng dòng phóng điện danh nghĩa In để lựa chọn, đây là một tình huống khó xử 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. Nếu tuân theo các giá trị khuyến nghị của GB50343, hai sản phẩm này chỉ có thể được sử dụng để bảo vệ ba cấp độ ở phần cuối của thiết bị. Tuy nhiên, trong thiết kế thực tế, chúng được lắp đặt ở cấp một và cấp hai, điều này rõ ràng không phù hợp với các thông số lựa chọn của tiêu chuẩn quốc gia và điện áp dư cao. Các mô hình thông thường thường vượt quá 1200V. Một khi môi trường nối dây không tốt, thiết bị rất dễ vượt quá giá trị điện áp chịu đựng của thiết bị. Nhìn chung, các sản phẩm của Châu Âu có giá trị Uc tương đối nhỏ và có tính cơ hội trong việc ghi nhãn điện áp đường dây, dễ gây nhầm lẫn khi lựa chọn mẫu mã.
Nguyên lý hoạt động của SPD
Bộ bảo vệ tăng áp phù hợp để bảo vệ nguồn điện áp thấp 220/380V và là một thành phần phi tuyến. Theo tiêu chuẩn IEC, thiết bị chống sét lan truyền là thiết bị chủ yếu được sử dụng để triệt tiêu quá điện áp và quá dòng của đường dây truyền tải. Yêu cầu cơ bản để thiết bị chống sét đóng vai trò bảo vệ là phải chịu được dòng sét dự kiến và dập tắt hiệu quả dòng điện liên tục tần số nguồn được tạo ra sau khi sét chạy qua điện áp kẹp tối đa của xung đột biến. Nó giới hạn hiện tượng quá điện áp tức thời đi vào đường dây điện hoặc đường truyền tín hiệu ở phạm vi điện áp mà thiết bị hoặc hệ thống có thể chịu được hoặc phóng dòng sét mạnh xuống đất để bảo vệ thiết bị hoặc hệ thống được bảo vệ khỏi hư hỏng do va chạm.
Các loại và cấu trúc của thiết bị chống sét lan truyền khác nhau tùy theo mục đích sử dụng khác nhau, nhưng chúng chứa ít nhất một phần tử giới hạn điện áp phi tuyến. Các thiết bị chống sét lan truyền thường được sử dụng bao gồm MOV (MetalOxideVaristors) và ống xả khí. Dòng điện chứa năng lượng mạnh mẽ và không thể dừng lại. Vì lý do này, chiến lược để bảo vệ các thiết bị điện nhạy cảm khỏi hư hỏng do đột biến điện là chuyển hướng dòng điện đột biến khỏi thiết bị và sau đó truyền xuống đất.
Bộ chống sét MOV bao gồm ba phần: vật liệu oxit kim loại ở giữa, được kết nối bằng hai chất bán dẫn với nguồn điện và dây nối đất. Khi xảy ra đột biến, MOV ngay lập tức hoạt động với thời gian phản hồi là 1-3 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 0 ohm và dòng điện quá dòng chạy xuống đất qua MOV. Thiết bị điện được bảo vệ tiếp tục hoạt động ở điện áp hoạt động bình thường. Các thành phần bán dẫn của nó có đặc tính thay đổi điện trở khi thay đổi điện áp. Khi điện áp giảm xuống dưới một giá trị cụ thể, sự chuyển động của các electron trong chất bán dẫn sẽ tạo ra điện trở cao. Ngược lại, khi điện áp vượt quá giá trị cụ thể này, chuyển động của các electron sẽ thay đổi và điện trở bán dẫn sẽ giảm xuống gần bằng 0 ohm. Điện áp bình thường, bộ chống sét MOV ở bên cạnh không hoạt động, không ảnh hưởng đến đường dây điện.
Các chỉ số về ưu điểm và nhược điểm của thiết bị chống sét lan truyền (MOV) là: (1) Điện áp kẹp: biểu thị giá trị điện áp sẽ khiến MOV kết nối với dây nối đất. Điện áp kẹp càng thấp thì hiệu quả bảo vệ càng tốt. (2) Khả năng hấp thụ/tiêu tán năng lượng: Giá trị danh nghĩa này biểu thị lượng năng lượng mà thiết bị chống sét lan truyền có thể hấp thụ trước khi bị đốt cháy, tính bằng joules. Giá trị càng cao thì hiệu quả bảo vệ càng tốt. (3) Thời gian phản hồi: Bộ bảo vệ chống đột biến điện không ngắt kết nối ngay lập tức và sẽ có một chút chậm trễ trong phản ứng của chúng đối với đột biến điện áp.
Một thiết bị chống sét lan truyền phổ biến khác là ống xả khí. Các ống xả khí này có chức năng tương tự như MOV, di chuyển dòng điện dư từ dây có điện sang dây nối đất và đạt được chức năng này bằng cách sử dụng khí trơ làm dây dẫn giữa hai dây. Khi điện áp nằm trong một phạm vi cụ thể, thành phần của khí xác định rằng nó dẫn điện kém. Nếu điện áp tăng vọt và vượt quá phạm vi này thì cường độ dòng điện sẽ đủ để ion hóa chất khí, khiến ống xả khí trở thành dây dẫn rất tốt. Nó sẽ dẫn dòng điện tới dây nối đất cho đến khi điện áp trở lại mức bình thường và sau đó trở thành dây dẫn bị lỗi.
