Mục lục
Sét đánh phá hủy trực tiếp ngay tại vị trí bị đánh. Dòng sét mang điện trường còn truyền qua hệ thống dây điện, gây nhiễu điện, sai lệch cho thiết bị, thậm chí dòng sét mạnh có thể phá hỏng thiết bị, gây cháy nổ, nguy hiểm tính mạng và cá tài sản khác.
Sét lan truyền là gì?
– Là hiện tượng gia tăng đột biến của xung điện áp hoặc sóng điện từ. Xung điện áp đột biến sẽ ảnh hưởng trực tiếp đối với các thiết bị điện, thiết bị điện tử, camera cũng như mạng máy tính.
– Hiện tượng sét lan truyền đến từ nhiều nguyên nhân khác nhau như:
+ Nhà hoặc nhà máy nằm gần vị trí bị sét đánh.
+ Xung điện áp đột biến được sinh ra bên trong chính các thiết bị, do bật tắt các tải điện như đèn, hệ thống nhiệt, motor, máy in laser, máy photocopy.
+ Đường dây dẫn điện trong khu vực bị hỏng.
Ảnh hưởng của sét lan truyền
– Gây thiệt hại đến các thiết bị điện dẫn đến các chi phí thay thế sửa chữa thiết bị; chi phí phục hồi dữ liệu…
– Gián đoạn sản xuất trong các nhà máy: thời gian vô công do ngưng vận hành, cơ hội thương mại mất đi, tổn thất do sự không hài lòng của khách hàng.
Cách phòng tránh sét lan truyền
– Ngoài việc ngăn chặn sét trực tiếp bằng các thiết bị như cột thu lôi và hệ thống nối đất, chúng ta cũng phải cùng lúc ngăn chặn sét lan truyền bằng các thiết bị cắt sét sơ cấp, cắt sét thứ cấp và chống sét cho các thiết bị đầu cuối.
Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) là gì?
Thiết bị chống sét lan truyền cho hệ thống điện năng lượng mặt trời
Surge Protection Device (SPD) – Thiết bị chống sét lan truyền là thiết bị nhằm 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.
Các cấp thiết bị chống sét lan truyền
Được chia làm 3 loại dựa theo tiêu chuẩn IEC 61643-11 và EN 61643-11 theo 3 mức độ thử nghiệm khác nhau (Class):
1. Chống sét lan truyền Type 1 SPD: Được đặc trưng bởi dòng điện dạng sóng 10/350 µs.
– Còn gọi là thiết bị cắt sét sơ cấp: lắp đặt ở vị trí có nguy cơ bị sét đánh trực tiếp cao, đặc biệt là khi tòa nhà được trang bị các đầu cột thu lôi.
– Nó có thể xả dòng ngược do dòng sét lan truyền dội ngược từ dây dẫn đất đến dây dẫn của hệ thống lưới điện.
2. Chống sét lan truyền Type 2 SPD: Được đặc trưng bởi dòng điện sóng 8/20 µs.
– Còn gọi là thiết bị cắt sét thứ cấp: 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.
– Là hệ thống bảo vệ chính cho tất cả các thiết bị điện hạ thế, ngăn ngừa sự lan truyền quá áp trong hệ thống điện và bảo vệ các tải.
3. Chống sét lan truyền Type 3 SPD: Đặc trưng bởi sự kết hợp của sóng điện áp 1.2/50 µs và sóng điện dòng 8/20 µs.
– Còn gọi là bô chống sét cho các thiết bị đầu cuối: lắp đặt bảo vệ các thiết bị điện tử như camera, tivi, điện thoại…
– Những SPD này có dung lượng xả thấp. Do đó, chúng buộc phải lắp bổ sung cho Type 2 SPD và lắp gần các tải nhạy cảm.
Đặc điểm chung của thiết bị chống sét lan truyền (SPD)
– Uc: điện áp hoạt động liên tục tối đa. Đây là điện áp AC hoặc DC mà SPD có thể hoạt động
– Up: cấp độ bảo vệ điện áp tại dòng In. Đây là điện áp tối đa trên các đầu cuối của SPD khi nó hoạt động. Trong trường hợp sét đánh, điện áp tại đầu cuối của SPD vẫn thường thấp hơn Up.
– In: dòng điện xả hay còn gọi là dòng phát thải. Đây là giá trị cực đại của sóng dòng 8/20 µs mà SPD có khả năng xả tối thiểu 19 lần.
Mỗi loại SPD sẽ có những đặc điểm cần lưu ý thêm:
+ Type 1 SPD cần kiểm tra thêm Iimp (dòng điện xung). Đây là giá trị cực đại của sóng dòng 10/350µs mà SPD có khả năng xả tối thiểu 1 lần.
+ Type 2 SPD cần kiểm tra thêm Imax (dòng điện xả tối đa). Đây là giá trị cực đại của sóng dòng 8/20µs mà SPD có khả năng xả chỉ 1 lần.
+ Type 3 SPD cần kiểm tra thêm Uoc (Điện áp mạch mở được áp dụng trong các thử nghiệm Class III (Type 3).
Chống sét lan truyền cho hệ thống điện mặt trời
Hệ thống quang điện chuyển đổi năng lượng mặt trời thành dòng điện trực tiếp. Hệ thống điện mặt trời bao gồm các hệ thống nhỏ gắn trên mái nhà hoặc tích hợp trong tòa nhà với công suất từ vài kW đến vài chục kW, đến các nhà máy điện quy mô lớn hàng trăm megawatt.
Hệ thống điện mặt trời tiếp xúc với các sự kiện sét trực tiếp và gián tiếp, tác động tiềm tàng của sét tăng với kích thước hệ thống. Tại các vị trí thường xuyên có sét, hệ thống điện mặt trời không được bảo vệ sẽ bị thiệt hại nhiều lần và đáng kể. Điều này dẫn đến chi phí sửa chữa và thay thế, thời gian ngừng hoạt động của hệ thống và mất doanh thu. Lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét sẽ giảm thiểu tác động tiềm tàng của sét.
Các thiết bị điện nhạy cảm của hệ thống điện mặt trời như AC, DC, Biến tần, các thiết bị giám sát và pin mặt trời phải được bảo vệ bằng các thiết bị chống sét.
Chống sét lan truyền cho nguồn điện mặt trời DC
Sử dụng các thiết bị chống sét nguồn điện DC để bảo vệ trên các đường dây nối từ các tấm pin mặt trời về tủ nguồn, các thiết bị chống sét cho nguồn điện mặt trời DC này phải được lắp đặt bảo vệ ngay tại lối vào DC của Inverter và các tấm pin (theo khuyến cáo CLS/TS 5309-12…)
Với các hệ thống có lắp đặt kim thu sét thì phải sử dụng thiết bị Type 1 để đảm bảo chịu được các dòng xung 10/350µs.
Với các hệ thống không trang bị cột chống sét hoặc sử dụng kim phân tán sét thì có thể sử dụng thiết bị Type 2 để bảo vệ. Có thể sử dụng them các thiết bị cắt sét Type 1 bảo vệ sơ cấp phía trước thì càng tốt.
Lựa chọn thiết bị chống sét có mức điện áp hoạt động định mức và tối đa phù hợp với nguồn DC mà các tấm pin cung cấp. Ngoài ra có thể chọn them tính năng bổ sung như công nghệ VG, kiểu cắm rút, dây báo hiệu tình trạng hoạt động…phù hợp với nhu cầu.
Chống sét lan truyền cho đường nguồn AC
Tiêu chuẩn CLS/TS 5039-12 cũng khuyến cáo phải lắp đặt các thiết bị chống sét nguồn AC để bảo vệ ngay trước lối vào AC của Inverter, của các phụ tải và cầu dao kết nối với điện lưới. Quá áp có thể lan truyền trên đường dây từ các phụ tải (máy bơm, đèn chiếu sáng…) hoặc từ hệ thống lưới điện quốc gia.
Với các công trình có lắp kim thu sét phải sử dụng các thiết bị cắt sét Type 1 để bảo vệ, sau đó có thể dùng thêm Type 2 để bảo vệ thứ cấp. Lưu ý nếu thiết bị không phải công nghệ VG thì phải đảm bảo khoảng cách tối thiểu giữa sơ cấp và thứ cấp.
Với các công trình ở vùng có mật độ sét đánh không nhiều, cường độ dòng sét không cao và không trang bị kim thu sét trực tiếp thì có thể sử dụng thiết bị cắt sét AC type 2 để bảo vệ.
Chống sét lan truyền cho đường tín hiệu
Hệ thống điện năng lượng mặt trời có thể có nhiều đường tín hiệu từ các cảm biến, đầu rò, tín hiệu giám sát và điều khiển…chúng thường chạy theo các đường DC từ ngoài vào nên khả năng nhiễm quá áp là rất cao. Các thiết bị chống sét cho đường tín hiệu được lắp đặt trong các tủ điều khiển, tủ trung gian bên ngoài hoặc trước khi vào các thiết bị và cảm biến.
Lựa chọn các thiết bị phù hợp với dạng tín hiệu truyền như RS485, RS232, Ethernet, PoE hay các đường tín hiệu DC có mức điện áp thấp khác. Có thể chọn các thiết bị dạng DIN gắn trên ray lắp nối tiếp ( như dòng ATLINE, DLA, DLA2) hoặc các thiết bị gắn trên dây như B180, MTJ, và thiết bị chống sét đường mạng Ethernet như MJ8-CAT5…phù hợp với điều kiện lắp đặt.
Giải pháp tiếp đất cho hệ thống điện mặt trời
Hệ thống tiếp đất là một bộ phận vô cùng quan trọng cho hệ thống, nó vừa có chức năng tiếp đất công tác, tiếp đất bảo vệ và tiếp đất chống sét.
Toàn bộ các kết cấu giá đỡ, vỏ tủ, khung, thiết bị chống sét…đều phải được nối tiếp địa, đảm bảo sự đẳng thế trong toàn bộ hệ thống, có thể dùng thiết bị đẳng thế (như AT-50K) để liện kết các khu vực tiếp đất theo các chức năng khác nhau lại.
Giá trị điện trở nối đất càng nhỏ càng tốt ( tối đa 8Ohm) tùy theo đặc điểm địa lý và công suất hệ thống điện mặt trời.
Các vật liệu sử dụng trong hệ thống tiếp đất năng lượng mặt trời nên sử dụng loại tốt, có khả năng chống ăn mòn cao. Cọc tiếp địa có thể dung loại mạ đồng chất lượng cao hoặc đồng nguyên chất, đặc biệt nếu sử dụng loại cọc tiếp địa hóa học (ApliRod), cọc tiếp đất Graphite thì càng đảm bảo hiệu quả cao nhất.
Có thể sử dụng them các loại hóa chất giảm điện trở đất để tăng cường khả năng dẫn điện, giảm điện trở như: Conductiver Plus (dung cho vùng đất nhiều cát, sỏi đá), Aplifill (dung cho các hố điện cực), Aplicem (dung cho các cọc và dây liên kết). Số lượng điện cực tiếp đất và hóa chất sử dụng phụ thuộc vào đặc điểm địa chất của mỗi công trình.
Các liên kết giữa các cọc, dây và kết cấu kim loại khác nên sử dụng mối hàn hóa nhiệt (như Apliwell) để đảm bảo sự liên kết tốt nhất về điện học cũng như đảm bảo tính cơ học và lâu bền trong môi trường dễ bị ăn mòn.
Tài liệu tham khảo
Để bảo vệ chống sét hiệu quả và an toàn cho hệ thống điện năng lượng mặt trời, cần tham khảo và áp dụng những tiêu chuẩn sau:
1. Việc thực hiện đánh giá rủi ro sét theo Tiêu chuẩn quốc tế IEC 62305-2:2010/Tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia TCVN 9888-2:2013 mang ý nghĩa rất quan trọng trong kiểm soát rủi ro và bảo vệ chống sét.
2. Lựa chọn biện pháp bảo vệ chống sét phải căn cứ trên kết quả đánh giá rủi ro.
3. Phân bố của các kim thu sét trực tiếp căn cứ vào phương pháp Quả cầu lăn (Rolling sphere) IEC 62305-3:2008/Tiêu chuẩn quốc gia 9888-3:2013.
4. Tuân thủ Cấu hình và yêu cầu thống nhất – đẳng thế của hệ thống tiếp đất TCVN 9888-3:2013/IEC 62305-3:2010.
5. Tuân thủ khoảng cách ly tối thiểu giữa hệ thống chống sét trực tiếp với các thiết bị hệ thống khác theo TCVN 9888-3:2013/IEC 62305-3:2010.
6. Các thành phần trong hệ thống chống sét trực tiếp phải đáp ứng bộ tiêu chuẩn quốc tế IEC 62561 – từ phần 1 tới phần 7.
7. Các thiết bị chống sét lan truyền phải đáp ứng thử nghiệm theo Tiêu chuẩn quốc tế:
– IEC 61643-11:2011 đối với SPD bảo vệ nguồn hạ áp xoay chiều.
– IEC 61643-31:2018 đối với SPD bảo vệ nguồn DC pin quang điện.
– IEC 61643-21:2000+AMD1:2008+AMD2:2012 CSV đối với SPD bảo vệ hệ thống điện tử – thông tin.
8. Đảm bảo khả năng phối hợp giữa các thiết bị chống sét theo Tiêu chuẩn IEC 62305-4:2010.
9. Việc lựa chọn và nguyên tắc ứng dụng thiết bị chống sét lan truyền phải tuân thủ Tiêu chuẩn quốc tế:
– IEC 61643-12 đối với SPD bảo vệ nguồn hạ áp xoay chiều.
– IEC 61643-32 đối với SPD bảo vệ nguồn DC pin quang điện.
– IEC 61643-22 đối với SPD bảo vệ hệ thống điện tử – thông tin.
Câu hỏi thường gặp chống sét lan truyền (SPD)
Chống sét lan truyền (SPD) hoạt động như thế nào?
Bộ chống sét lan truyền hoạt động bằng cách “chuyển” trong giây lát từ chế độ hở mạch sang chế độ trở kháng thấp và ngắt năng lượng đột biến xuống đất, hạn chế quá áp đến mức an toàn trong quá trình này. Khi sự kiện tăng đột biến kết thúc, bộ bảo vệ trở về chế độ mạch hở của nó, sẵn sàng cho sự kiện tiếp theo.
Tại sao lắp điện năng lượng mặt trời yêu cầu chống sét lan truyền (SPD)?
Do tính chất tiếp xúc của lắp đặt tấm pin quang điện và diện tích thu lớn, nó ngày càng dễ bị sét đánh trực tiếp và gián tiếp hoặc tình trạng quá áp thoáng qua. SPD sẽ ngăn ngừa thiệt hại cho việc lắp đặt, ngăn ngừa chi phí sửa chữa cao đối với các bộ phận và mất doanh thu do mất sản lượng.
SPD nào phù hợp để sử dụng?
Điều này phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm vị trí địa lý, thiết bị đang được bảo vệ và tầm quan trọng của hoạt động của nó. Cấu hình của Trái đất và các dây dẫn trung tính cũng rất quan trọng.
MOV là gì?
Biến trở kim loại oxit (MOV) là một biến trở thường được tạo thành từ một khối lớn các hạt oxit kẽm. Chúng hoạt động giống như chất bán dẫn, một chất cách điện bên dưới điện áp dẫn và một điện trở có giá trị thấp ở trên nó.
Ở chế độ dẫn, MOV chuyển hướng và tiêu tán quá điện áp quá độ xuống đất. MOV thường kết nối từ dây dẫn đường dây đến đất. Độ dày của MOV xác định điện áp kẹp và đường kính xác định công suất hiện tại.
SPD kéo dài bao lâu?
MOV SPD kéo dài bao lâu phụ thuộc vào tần số và kích thước của sự kiện quá áp. Sự kiện thoáng qua càng lớn thì sự suy giảm của MOV càng lớn.
SPD mô-đun là gì?
SPD mô-đun chứa các mô-đun có thể được thay thế mà không cần thay thế toàn bộ khối SPD, giúp bảo trì dễ dàng và giảm thiểu thời gian với việc giảm bảo vệ. Các mô-đun cho phép giảm nhân công và chi phí cần thiết để bảo dưỡng thiết bị bảo vệ.
Cách thay thế SPD khi hết tuổi thọ.
Thiết bị chống sét lan truyền phải được thay thế theo thời gian hoặc sau một sự kiện sét lớn. Có thể thay thế cho từng bộ phận SPD, các mô-đun có thể kẹp vào và tháo ra ra mà không yêu cầu tháo toàn bộ thiết bị khỏi hệ thống.
Chống sét lan truyền có bảo vệ được sét đánh trực tiếp không?
Không có thiết bị chống sét lan truyền nào có thể xử lý được sét đánh trực tiếp. Rút phích cắm hoặc ngắt Aptomat của các thiết bị điện tử nhạy cảm trước khi có bão để tránh hư hỏng
