Luận văn Khí cụ bảo vệ điện áp Surge Protection Deviece

KHÍ CỤ BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP (SPD) Mô tả: Khí cụ bảo vệ quá điện áp SPD ( Surge Protection Deviece) còn gọi là khí cụ chống sét lan truyền hay “ khi cụ bảo vệ chống đột biến” là khí cụ bảo vệ mạng điện khỏi tác động gây hại của các xung điện áp quá độ. Nó được mắc song song ở đầu vào mạng điện mà nó cần bảo vệ. SPD làm việc với nguyên lý xả xung sét về đất bằng cách dẫn dòng xung qua lớp điện môi của khí cụ. Lớp điện môi này có đặc tính bị phá thủng nhiều lần trước khi bị hư hỏng hẵn. Ở điện áp bình thường của mạng điện không có dòng điện nào chạy qua SPD. Khi có xung xét hay sung quá áp nào khác, quá một ngưỡng cho phép, SPD sẽ xả xét tức khắc bằng cách phóng điện, dẫn một dòng xung về đất, hạn biên điện áp xung tại điện áp ngưỡng bảo vệ. Tác động xả xét là lập tức, không có thời gian trễ, nên mọi thiết bị trong mạng không bị hỏng vì xung áp. Hết thời gian xung, SPD lại phục hồi cách điện lại như bình thường. Thực ra mỗi SPD chịu điện xả xét chừng vài lần. Khi hỏng hẵn nó sẽ dẫn điện. Đo đó để trách chập mạch. Các SPD cao cấp thường có một đèn báo khi nó sắp hết hạn dùng được. Để tránh sự cố ngắn mạch người ta có thể dùng CB hoặc cầu chì để cách ly lúc nó dẫn điện. Tiêu chuẩn phân loại: SPD được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 61643-1. Có các loại đơn pha và ba pha. Theo IEC 61643-1 SPD được chế tạo theo hai hạng (class) SPD class 1: là thiết bị chống các xung đột biến gây nên do hiện tượng nhiễm cảm ứng điện cao thế gây nên do sét đánh thẳng vào cột tu sét của công trình. SPD loại này chỉ dùng khi công trình có lắp đặt hệ thống sét đánh thẳng. SPD class 2: là thiết bị chống xung đột biến do sóng sét lan truyền trong hệ thống đường nguồn. Các thông số kỹ thuật của SPD: Dòng xả định mức In (kA): giá trị đỉnh của dòng xả sét, ứng với sóng xét điễn hình 8/20μs. Dòng xả cực đại Imax (kA): giá trị đỉnh của dòng xả sét ứng với sóng xét điển hình 8/20μs mà SPD chịu được một lần. Sau đây là dãy Imax của SPD 15kA, 30kA, 40kA, 65kA. Ngưỡng bảo vệ Up (kV): mức bảo vệ điện áp, có một dãy để lựa chọn. Trong mạng điện 230/400V người ta có thể chọn các ngưỡng Up sau đây: 1kV – 1.2kV – 1.5kV – 1.8kV – 2.0kV – 2.5kV. Khi giá trị xung điện áp lớn hơn giá trị Up thì SPD sẽ xả xung điện áp. Điện áp định mức Un (V): điện áp hiệu dụng lớn nhất của mạng điện có thể đặt vào mà không làm hỏng SPD. Tùy theo sơ đồ nối đất mà lựa chọn Un SPD sao cho phù hợp. Ví dụ: SPD ứng dụng công suất vừa và nhỏ Model Uc Up Imax In tA Icc CS1-40/230 275V 1.3kV 40 kA 15 kA < 25 ns 25 kA CS2-40/230 275V 1.3:1.5 kV 40 kA 15 kA < 25 ns 25 kA CS4-65/400 275/440V 1.5:1.8 kV 65 kA 20 kA < 25 ns 25 kA CS4P-100/4000 275V 1.5:1.8 kV 100 kA 20 kA < 25 ns 25 kA Ước tính rủi ro quá áp cho một trang bị điện cần được bảo vệ: Cấp điện áp chịu xung của thiết bị: Theo tiêu chuẩn IEC 60364, cấp điện áp chịu xung của thiết bị theo các loại sau: Cấp điện áp chịu xung của thiết bị Uchoc T/bị điện tử cần được bảo vệ chống sét gắn ngoài: TV, máy vi tính, thiết bị viễn thông. T/bị được nối vào trang bị điện cố định (điện dân dụng và công nghiệp): Máy giặc, lò vi sóng, tủ lạnh, thiết bị cầm tay.... T/bị là bộ phận của trang bị điện cố định: Động cơ số định, tủ điện, ổ cắm, công tắc, thanh cái, hộp nối,... T/bị điện gần nguồn: điện kế, mấy cầu dao, CB tổng,.... Cấp I: 1.5 kV Cấp II: 2.5 kV Cấp III: 4kV Cấp IV: 6kV Chọn SPD ≤ Cấp chịu xung Phương pháp ước tính rủi ro quá áp: Để chọn lựa loại bảo vệ quá áp, người ta dùng pp ước tính rủi ro quá áp, với hai cách chuẩn đoán như sau: Chuẩn đoán theo phương thức lắp đặt dây nguồn hạ thế và Keraunic: Theo định nghĩa, mức keraumic, hay số ngày giông sét trong một năm được tính theo công thức: Ng = 0.04 Td1.25 Trong đó: Ng: tần suất chớp/ Km2 / Năm. Td : mức keraumic, số ngày giông sét/năm Khi hệ thống cung cấp điện áp là cáp chôn ngầm hoàn toàn, và khi mức keraunic Td ≤ 25 ngày/năm, tương đương với tần suất chớp bằng 2.24 chớp/km2/năm, thì không cần phải lắp SPD cho hệ thống. Tuy nhiên các thiết bị chịu xung cấp I thì vẫn phải luôn luôn có bảo vệ. Khi mức keraunic cao hơn 25 ngày/năm, tương đương với tần suất chớp bằng 2.24 chớp/Km2/Năm, thì phải dùng SPD để bảo vệ hệ thống khỏi các xung đột biến. Chọn SPD có ngưỡng bảo vệ cấp II đặt trong hệ thống phân phối điện. Chuẩn đoán theo phương pháp đánh giá rủi ro: Theo TCVN 7447-4-44, các hậu quả mức a liên quan đến mạng sống con người, mức b liên quan đến dịch vụ công công, mức C liên quan đến hoạt động thương mại công nghiệp, đều là những mức cần phải có bảo vệ quá áp với SPD. Mức hậu quả mức B liên quan đến các mức cá nhân (nhà ở, văn phòng nhỏ) là những mức phải xem xét có cần phải trang bị SPD hay không. Để xem xét có cần phải trang bị SPD, và phải trang bị bảo vệ quá áp với SPD như thế nào sẽ là nội dung một chương môn học “ quy trình và phương pháp thiết kế” sẽ được khảo sát chi tiết sau. Chọn các thông số và cách bố trí SPD Chọn ngưỡng bảo vệ của SPD Chọn ngưỡng bảo vệ Up của SPD được chọn sao cho nó phải thấp hơn cấp điện áp chịu xung của thiết bị cần được bảo vệ: Up ≤ Uchoc Khi ngưỡng bảo vệ của SPD đầu vào công trình không đủ đảm bảo, hoặc khi khoảng cách giữa SPD có sẵn và thiết bị cần bảo vệ xa hơn 30m, thì người ta có thể ghép tầng thêm SPD có Up nhỏ hơn. Chọn dòng xả cực đại Imax: Người ta chọn thống số Imax cho SPD theo các tính chất của công trình theo các bảng sau: Công trình dân dụng: Vị trí địa lý Khu vực đô thị Khu vực nông thôn Tần suất chớp (Ng) ≤ 0.5 0.5<Ng<1.6 ≥1.6 ≤ 0.5 0.5<Ng<1.6 ≥1.6 Imax (kA) của SPD sơ cấp 15 15 15 15 30-40 65 Imax (kA) của SPD thứ cấp 8 8 Công trình công nghiệp: Độ tin cậy cấp điện yêu cầu Tối thiểu Chuẩn Tăng cường Hậu quả tài chính khi t/bị cần bảo vệ bị hỏng Nhỏ Lớn Rất lớn Tần suất chớp (Ng) ≤ 0.5 0.5<Ng<1.6 ≥1.6 ≤ 0.5 0.5<Ng<1.6 ≥1.6 ≤ 0.5 0.5<Ng<1.6 ≥1.6 Imax (kA) của SPD sơ cấp 15 15 30-40 15 30-40 65 30-40 65 65 Imax (kA) của SPD thứ cấp 8 8 8 8 8 8 8 Khi công trình có ht thu sét trực tiếp, hoặc gần cột thu sét trong phạm vi 50m, người ta phải lắp đặt SPD class1, có Imax ≥ 20kA tại đầu vào tủ điện tổng. SPD class 1 có ngưỡng Up cao (4kV), nên cần phải ghép tầng với một số SPD khác, class 2, với dòng xả cực đại Imax cao hơn (30-40kA) và với ngưỡng Up thấp hơn, phù hợp với hệ thống cần bảo vệ. Tóm lại cần phải bảo vệ đầu vào và bảo vệ thứ cấp khi bố trí SPD. Điện áp định mức Un: Tùy theo cách nối đất bảo vệ của hệ thống phân phối điện, mà người ta lựa chọn Un của SPD, theo bảng sau: Hệ thống nối đất TT TN-S TN-C IT Un theo chế độ CM (common mode) ≥1.5 Uo ≥ 1.1 Uo ≥ 1.1 Uo ≥ 1.732 Uo Un theo chế độ DM (Differential mode) ≥ 1.1 Uo 15kA ≥ 1.1 Uo 30-40 kA ≥ 1.1 Uo Uo: điện áp pha (220V – 230V) Chú ý: phân biệt các ht nối đất sẽ được khảo sát trong chương trước. Bảo vệ ngắn mạch cho SPD: Để cho CB bảo vệ ngắn mạch cho mạch cấp điện không bị tác động khi SPD bị hỏng, người ta lắp thêm cầu chì hoặc bộ ngắt mạch MCB nối tiếp với mạch xả xung quá áp của SPD. Khi SPD hỏng, nó tạo ngắn mạch, tác động MCB này, cô lập SPD ra khỏi hệ thống. Sau đây là bảng hướng dẫn chon MCB cho SPD Dòng xả cực đại Imax Bộ ngắt mạch (CB) Định mức In Đường cong 0-15-30-40 kA 20A C 65kA 50A C Lắp đặt SPD: Lắp đặt SPD phía sau của CB hoặc Cầu chính. Nối song song với hệ thống điện. Lắp đặt MCB hoặc cầu chì bảo vệ trở lại cho SPD Có nhiều loại SPD khác nhau, cụ thể nên tham khảo Catalogue của nhiều hãng để hiểu rõ thêm các đặc kính kỹ thuật SPD và nhiều loại SPD khác nhau như SPD bảo vệ cho mạng điện thoại, SPD bảo vệ cho đài phát thanh, radio…. KIM THU SÉT. Hiện nay, điều kiện kinh tế, cũng như kỹ thuật của các nước trên thế giới đã phát triển một cách nhanh chóng. Chính vì vậy, mà việc ứng dụng kim thu sét phóng tia tiên đạo đã được sử dụng phổ biến và rộng rãi. Trong cơn giông, một trường điện thế cao (hàng ngàn V/m) xuất hiện giữa mặt đất và các đám mây, chủ yêu do hiện tượng hình thành các đám mây. Kim thu sét phóng tia tiên đạo được trang bị một hệ thống có thể tích trữ một phần năng lượng này. Sự khích hoạt hệ thống phóng tia tiên tạo: Khi dòng điện tích trên đám mây bắt đầu đi xuống (dòng sét sớm). Sự gia tăng trường tĩnh điện xảy ra. Điện thế này được hệ thống điện tử bên trong bộ phận chính của kim thu sét cảm nhận và nó sẽ kích hoạt một dòng xung tĩnh điện có điện thế cao bằng nguồn năng lượng đã được tích trữ trước đó. Các xung này làm cho không khí chung quanh đầu kim thu sét ion hóa đến một ngưỡng nào đó thì tiên đạo được phát sinh. Thời điểm gặp nhau của dòng hướng xuống và sự phóng điện: Dòng tiên đạo hướng lên phát sinh sẽ gặp dòng hướng xuống của đám mây. Thời điểm gặp nhau xảy ra và cú sét sẽ được hướng vào kim thu sét rồi chuyển xuống đất. Năng lượng ion hóa của các thiết bị điện tử bên trong càng lớn. Thời gian nhận cú sét càng sớm. Do đó bán kính bảo vệ hay điện tích được bảo vệ càng lớn. Mức bảo vệ: Theo tiêu chuẩn NF C 17-102 và UNE 21186-96 có ba mức bảo vệ là: An toàn cao nhất An toàn cao Mức tiêu chuẩn. Chú ý: vì lý do an toàn nên chọn mức 1 Ví dụ: Catalogue Nimbus NP Nimbus CPT-L Nimbus CPT-1 Nimbus CPT-2 Nimbus CPT-3 Cấp bậc Level 1 Level 2 Level 3 Level 1 Level 2 Level 3 Level 1 Level 2 Level 3 Level 1 Level 2 Level 3 2 3 4 5 … 9 15 20 30 14 23 30 43 20 31 40 49 17 25 34 42 23 34 46 57 26 39 52 65 24 35 46 58 30 45 60 75 33 50 67 84 32 48 64 79 40 59 78 97 44 65 87 107