Chống sét lan truyền và bảo vệ quá áp

Chống sét lan truyền và bảo vệ quá áp

Quá áp có nguồn gốc khí quyển
Định nghĩa quá áp

Quá điện áp (trong một hệ thống) bất kỳ điện áp nào giữa dây dẫn một pha và đất hoặc giữa các dây dẫn pha có giá trị đỉnh vượt quá giá trị đỉnh tương ứng của điện áp cao nhất đối với định nghĩa thiết bị từ Từ vựng kỹ thuật điện quốc tế (IEV 604-03-09)

Các loại quá áp

Quá áp là một xung điện áp hoặc sóng được chồng lên điện áp danh định của mạng (xem Hình J1)

Loại quá áp này được đặc trưng bởi (xem Hình J2):

• thời gian tăng tf (tính bằng μs);
• gradient S (tính bằng kV / μs).

Quá áp làm nhiễu loạn thiết bị và tạo ra bức xạ điện từ. Hơn nữa, thời gian quá áp (T) gây ra đỉnh năng lượng trong các mạch điện có thể phá hủy thiết bị.
Hình J2 - Các đặc điểm chính của quá áp

Bốn loại quá áp có thể làm ảnh hưởng đến việc lắp đặt và tải điện:

• Đột biến đóng cắt: quá áp tần số cao hoặc nhiễu nổ (xem Hình J1) gây ra bởi sự thay đổi trạng thái ổn định trong mạng điện (trong quá trình vận hành thiết bị đóng cắt).
• Quá điện áp tần số nguồn: quá điện áp có cùng tần số với mạng (50, 60 hoặc 400 Hz) gây ra bởi sự thay đổi trạng thái vĩnh viễn trong mạng (sau một lỗi: lỗi cách điện, đứt dây dẫn trung tính, v.v.).
• Quá điện áp do phóng tĩnh điện: quá điện áp rất ngắn (vài nano giây) có tần số rất cao do phóng điện tích tụ (ví dụ, một người đi trên thảm có đế cách điện bị nhiễm điện với hiệu điện thế vài kilovolt).
• Quá áp có nguồn gốc khí quyển.

Đặc tính quá áp của nguồn gốc khí quyển

Tia chớp trong một vài hình: Tia chớp tạo ra một lượng cực lớn năng lượng điện xung (xem Hình J4)

• vài nghìn ampe (và vài nghìn vôn)
• tần số cao (khoảng 1 megahertz)
• trong thời gian ngắn (từ micro giây đến mili giây)

Từ 2000 đến 5000 cơn bão liên tục hình thành trên khắp thế giới. Những cơn bão này kèm theo những tia sét gây nguy hiểm nghiêm trọng cho người và thiết bị. Các tia chớp chiếu xuống đất với tốc độ trung bình từ 30 đến 100 tia sét mỗi giây, tức là 3 tỷ tia sét mỗi năm.

Bảng trong Hình J3 cho thấy một số giá trị sét đánh với xác suất liên quan của chúng. Có thể thấy, 50% các vụ sét đánh có dòng vượt quá 35 kA và 5% có dòng vượt quá 100 kA. Năng lượng do tia sét truyền đi do đó rất cao.

Hình J3 - Ví dụ về các giá trị phóng điện sét được đưa ra bởi tiêu chuẩn IEC 62305-1 (2010 - Bảng A.3)

Hình J4 - Ví dụ về dòng sét

Sét cũng gây ra một số lượng lớn các vụ cháy, chủ yếu là ở các khu vực nông nghiệp (phá hủy nhà cửa hoặc khiến chúng không còn khả năng sử dụng). Các tòa nhà cao tầng đặc biệt dễ bị sét đánh.

Ảnh hưởng đến lắp đặt điện

Sét làm hỏng các hệ thống điện và điện tử nói riêng: máy biến áp, đồng hồ đo điện và các thiết bị điện trong khu dân cư và khu công nghiệp.

Chi phí sửa chữa những hư hỏng do sét đánh là rất cao. Nhưng rất khó đánh giá hậu quả của:

• nhiễu loạn gây ra cho máy tính và mạng viễn thông;
• lỗi tạo ra khi chạy các chương trình điều khiển logic khả trình và hệ thống điều khiển.

Hơn nữa, chi phí tổn thất vận hành có thể cao hơn nhiều so với giá trị của thiết bị bị phá hủy.

Tác động do sét đánh

Sét là một hiện tượng điện tần số cao gây ra quá áp trên tất cả các thiết bị dẫn điện, đặc biệt là trên hệ thống cáp và thiết bị điện.

Sét đánh có thể ảnh hưởng đến hệ thống điện (và / hoặc điện tử) của tòa nhà theo hai cách:

• do tác động trực tiếp của tia sét vào tòa nhà (xem Hình J5 a);
• do tác động gián tiếp của sét đánh vào tòa nhà:
• Tia sét có thể rơi vào đường dây điện trên không cung cấp cho tòa nhà (xem Hình J5 b). Quá dòng và quá áp có thể lan rộng vài km tính từ điểm va chạm.
• Tia sét có thể rơi xuống gần đường dây điện (xem Hình J5 c). Bức xạ điện từ của dòng sét tạo ra dòng điện cao và quá áp trên mạng cung cấp điện. Trong hai trường hợp sau, dòng điện và điện áp nguy hiểm được truyền bởi mạng cung cấp điện.

Một tia sét có thể rơi xuống gần một tòa nhà (xem Hình J5 d). Điện thế của trái đất xung quanh điểm va chạm tăng lên một cách nguy hiểm.

Hình J5 - Các loại tác động sét khác nhau

Trong mọi trường hợp, hậu quả đối với việc lắp đặt và tải điện có thể rất lớn.

Hình J6 - Hậu quả của tác động do sét đánh

Sét rơi vào một tòa nhà không được bảo vệ.	Sét rơi gần một đường dây trên không.	Sét rơi gần một tòa nhà.
Dòng sét chạy xuống đất qua các cấu trúc dẫn điện ít nhiều của tòa nhà với các tác động phá hủy rất lớn: hiệu ứng nhiệt: Quá nhiệt dữ dội của vật liệu, gây cháy tác động cơ học: Biến dạng kết cấu phóng điện bề mặt nhiệt: Hiện tượng cực kỳ nguy hiểm khi có các vật liệu dễ cháy hoặc nổ (hydrocacbon, bụi, v.v.)	Dòng sét tạo ra quá áp thông qua cảm ứng điện từ trong hệ thống phân phối. Các quá áp này được lan truyền dọc theo đường dây đến các thiết bị điện bên trong các tòa nhà.	Tia sét tạo ra các dạng quá áp giống như các dạng đối lập được mô tả. Ngoài ra, dòng điện sét tăng trở lại từ đất vào nơi lắp đặt điện, do đó gây ra sự cố thiết bị.
Tòa nhà và các thiết bị bên trong tòa nhà thường bị phá hủy	Các thiết bị điện bên trong tòa nhà thường bị phá hủy.

Các phương thức truyền bá khác nhau

Chế độ thông thường

Quá điện áp chế độ chung xuất hiện giữa dây dẫn mang điện và đất: pha-đất hoặc trung tính-đất (xem Hình J7). Chúng nguy hiểm đặc biệt đối với các thiết bị có khung được nối với đất do rủi ro đánh thủng điện môi.

Hình. J7 - Chế độ chung

Chế độ vi sai

Quá điện áp chế độ khác biệt xuất hiện giữa các dây dẫn mang điện:

pha-pha hoặc pha-trung tính (xem Hình J8). Chúng đặc biệt nguy hiểm đối với thiết bị điện tử, phần cứng nhạy cảm như hệ thống máy tính, v.v.

Hình. J8 - Chế độ vi sai

Đặc điểm của sóng sét

Phân tích các hiện tượng cho phép xác định các dạng của dòng điện sét và sóng điện áp.

• 2 loại sóng hiện tại được xem xét theo tiêu chuẩn IEC:
• Sóng 10/350 µs: để đặc trưng cho các sóng hiện tại từ một tia sét trực tiếp (xem Hình J9);

Hình. J9 - sóng dòng điện 10/350 µs

• Sóng 8/20 µs: để mô tả các sóng hiện tại từ một tia sét gián tiếp (xem Hình J10).

Hình. J10 - sóng dòng điện 8/20 µs

Hai loại sóng dòng sét này được sử dụng để xác định các thử nghiệm trên SPD (tiêu chuẩn IEC 61643-11) và khả năng miễn nhiễm của thiết bị đối với dòng sét.

Giá trị đỉnh của sóng dòng điện đặc trưng cho cường độ của tia sét.

Các quá áp tạo ra bởi các tia sét được đặc trưng bởi sóng điện áp 1.2 / 50 µs (xem Hình J11).

Loại sóng điện áp này được sử dụng để xác minh thiết bị chịu được quá điện áp có nguồn gốc khí quyển (điện áp xung theo IEC 61000-4-5).

Hình. J11 - Sóng điện áp 1.2 / 50 µs

Nguyên lý chống sét
Quy tắc chung về chống sét

Quy trình phòng tránh rủi ro sét đánh
Hệ thống bảo vệ công trình trước tác động của sét phải bao gồm:

• bảo vệ công trình chống sét đánh trực tiếp;
• bảo vệ các thiết bị điện chống sét đánh trực tiếp và gián tiếp.

Nguyên tắc cơ bản để bảo vệ việc lắp đặt trước nguy cơ bị sét đánh là ngăn chặn năng lượng nhiễu tới thiết bị nhạy cảm. Để đạt được điều này, cần phải:

• nắm bắt dòng điện sét và chuyển nó xuống đất qua con đường trực tiếp nhất (tránh gần các thiết bị nhạy cảm);
• thực hiện liên kết đẳng thế của cài đặt; Liên kết đẳng thế này được thực hiện bằng các dây dẫn liên kết, được bổ sung bởi Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền (SPDs) hoặc các khoảng trống tia lửa (ví dụ, khoảng cách tia lửa cột ăng ten).
• giảm thiểu các hiệu ứng gián tiếp và gây ra bằng cách cài đặt SPD và / hoặc bộ lọc. Hai hệ thống bảo vệ được sử dụng để loại bỏ hoặc hạn chế quá áp: chúng được gọi là hệ thống bảo vệ tòa nhà (bên ngoài tòa nhà) và hệ thống bảo vệ lắp đặt điện (bên trong tòa nhà).

Hệ thống bảo vệ tòa nhà

Vai trò của hệ thống bảo vệ tòa nhà là bảo vệ nó khỏi các tia sét trực tiếp.
Hệ thống bao gồm:

• thiết bị chụp: hệ thống chống sét;
• dây dẫn sét được thiết kế để truyền dòng sét xuống đất;
• "Chân chim" dẫn đất kết nối với nhau;
• liên kết giữa tất cả các khung kim loại (liên kết đẳng thế) và các dây dẫn đất.

Khi dòng điện sét chạy trong một dây dẫn, nếu sự khác biệt về điện thế xuất hiện giữa nó và các khung kết nối với đất nằm ở vùng lân cận, thì dòng điện sét có thể gây ra phóng điện bề mặt hủy diệt.

3 loại hệ thống chống sét
Ba loại bảo vệ tòa nhà được sử dụng:

Cột thu lôi (cột đơn giản hoặc có hệ thống kích hoạt)

Cột thu lôi là một mũi thu lôi bằng kim loại được đặt trên đỉnh của tòa nhà. Nó được nối đất bằng một hoặc nhiều dây dẫn (thường là các dải đồng) (xem Hình J12).

Hình. J12 - Cột thu lôi (thanh đơn giản hoặc có hệ thống kích hoạt)

Cột thu lôi có dây căng

Các dây này được căng bên trên cấu trúc cần bảo vệ. Chúng được sử dụng để bảo vệ các cấu trúc đặc biệt: khu vực phóng tên lửa, các ứng dụng quân sự và bảo vệ đường dây cao áp trên không (xem Hình J13).

Hình J13 - Taut dây

Dây dẫn sét có lồng lưới (lồng Faraday)

Việc bảo vệ này bao gồm việc đặt nhiều dây dẫn / băng xuống đối xứng xung quanh tòa nhà. (xem Hình J14).

Loại hệ thống chống sét này được sử dụng cho các tòa nhà có độ tiếp xúc cao, có các công trình lắp đặt rất nhạy cảm như phòng máy tính.

Hình J14 - Lồng lưới (lồng Faraday)

Hậu quả của việc bảo vệ công trình đối với thiết bị của hệ thống lắp đặt điện

50% dòng điện sét do hệ thống bảo vệ tòa nhà phóng điện trở lại các mạng nối đất của hệ thống lắp đặt điện (xem Hình J15): mức tăng tiềm năng của các khung rất thường xuyên vượt quá khả năng chịu cách điện của các dây dẫn trong các mạng khác nhau ( LV, viễn thông, cáp video, v.v.).

Hơn nữa, dòng điện chạy qua các dây dẫn sét tạo ra quá điện áp trong quá trình lắp đặt điện.

Do đó, hệ thống bảo vệ tòa nhà không bảo vệ hệ thống lắp đặt điện: do đó, bắt buộc phải cung cấp cho hệ thống bảo vệ lắp đặt điện.

Hình. J15 - Dòng ngược sét trực tiếp

Chống sét - Hệ thống bảo vệ lắp đặt điện

Mục tiêu chính của hệ thống bảo vệ lắp đặt điện là hạn chế quá áp đến các giá trị có thể chấp nhận được đối với thiết bị.

Hệ thống bảo vệ lắp đặt điện bao gồm:

• một hoặc nhiều SPD tùy thuộc vào cấu hình tòa nhà;
• liên kết đẳng thế: một lưới kim loại của các bộ phận dẫn điện tiếp xúc.

Thực hiện

Quy trình bảo vệ hệ thống điện và điện tử của tòa nhà như sau.

Tìm kiếm thông tin

• Xác định tất cả các tải nhạy cảm và vị trí của chúng trong tòa nhà.
• Xác định các hệ thống điện và điện tử và các điểm ra vào tương ứng của chúng trong tòa nhà.
• Kiểm tra xem hệ thống chống sét có trong tòa nhà hoặc vùng lân cận hay không.
• Làm quen với các quy định áp dụng cho vị trí của tòa nhà.
• Đánh giá nguy cơ sét đánh theo vị trí địa lý, loại nguồn điện, mật độ sét đánh, v.v.

Thực hiện giải pháp

• Lắp đặt các dây dẫn liên kết trên khung bằng lưới.
• Cài đặt SPD trong tổng đài đến LV.
• Lắp đặt thêm một SPD trong mỗi bảng phân phối phụ nằm gần thiết bị nhạy cảm (xem Hình J16).

Hình J16 - Ví dụ về bảo vệ lắp đặt điện quy mô lớn

Thiết bị chống sét lan truyền (SPD)

Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) được sử dụng cho các mạng cung cấp điện, mạng điện thoại, các xe buýt truyền thông và điều khiển tự động.

Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) là một thành phần của hệ thống bảo vệ lắp đặt điện.

Thiết bị này được kết nối song song trên mạch cung cấp điện của các tải mà nó phải bảo vệ (xem Hình J17). Nó cũng có thể được sử dụng ở tất cả các cấp của mạng cung cấp điện.

Đây là loại bảo vệ quá áp thông dụng nhất và hiệu quả nhất.

Hình J17 - Nguyên lý của hệ thống bảo vệ song song

SPD kết nối song song có trở kháng cao. Khi quá áp thoáng qua xuất hiện trong hệ thống, trở kháng của thiết bị sẽ giảm xuống do đó dòng điện tăng được dẫn qua SPD, bỏ qua thiết bị nhạy cảm.

Nguyên tắc

SPD được thiết kế để hạn chế quá điện áp quá độ có nguồn gốc khí quyển và chuyển hướng sóng dòng điện xuống đất, để giới hạn biên độ của quá áp này đến một giá trị không nguy hiểm cho việc lắp đặt điện và thiết bị đóng cắt và điều khiển điện.

SPD loại bỏ quá áp

• ở chế độ chung, giữa pha và trung tính hoặc đất;
• ở chế độ vi sai, giữa pha và trung tính.

Trong trường hợp điện áp vượt quá ngưỡng hoạt động, SPD

• dẫn năng lượng đến trái đất, ở chế độ chung;
• phân phối năng lượng cho các dây dẫn sống khác, ở chế độ vi sai.

Ba loại SPD

Loại 1 SPD
SPD Loại 1 được khuyến nghị trong trường hợp cụ thể của các tòa nhà công nghiệp và dịch vụ, được bảo vệ bằng hệ thống chống sét hoặc lồng lưới.
Nó bảo vệ các thiết bị điện khỏi bị sét đánh trực tiếp. Nó có thể phóng điện ngược dòng từ sét lan truyền từ dây dẫn đất sang dây dẫn mạng.
SPD loại 1 được đặc trưng bởi sóng dòng điện 10/350 µs.

Loại 2 SPD
SPD Loại 2 là hệ thống bảo vệ chính cho tất cả các thiết bị điện hạ thế. Được lắp đặt trong mỗi tủ điện, nó ngăn chặn sự lan truyền quá áp trong các hệ thống điện và bảo vệ các tải.
SPD loại 2 được đặc trưng bởi sóng dòng điện 8/20 µs.

Loại 3 SPD
Các SPD này có khả năng phóng điện thấp. Do đó, chúng phải được lắp đặt bắt buộc như một phần bổ sung cho SPD Loại 2 và ở vùng lân cận của các tải nhạy cảm.
SPD loại 3 được đặc trưng bởi sự kết hợp của sóng điện áp (1.2 / 50 μs) và sóng hiện tại (8/20 μs).

Định nghĩa quy chuẩn SPD

Hình. J18 - Định nghĩa tiêu chuẩn SPD

Lưu ý 1: Tồn tại T1 + T2 SPD (hoặc Loại 1 + 2 SPD) kết hợp bảo vệ tải chống sét đánh trực tiếp và gián tiếp.

Lưu ý 2: một số SPD T2 cũng có thể được khai báo là T3

Đặc điểm của SPD

Tiêu chuẩn quốc tế IEC 61643-11 Edition 1.0 (03/2011) xác định các đặc tính và thử nghiệm cho SPD được kết nối với hệ thống phân phối điện áp thấp (xem Hình J19).

Màu xanh lá cây, phạm vi hoạt động được đảm bảo của SPD.
Hình J19 - Đặc tính thời gian / dòng điện của SPD với biến thể

Những đặc điểm chung

• U_C: Điện áp hoạt động liên tục tối đa. Đây là điện áp AC hoặc DC trên đó SPD trở nên hoạt động. Giá trị này được chọn theo điện áp danh định và cách bố trí nối đất của hệ thống.
• U_P: Mức bảo vệ điện áp (tại I_n). Đây là điện áp tối đa trên các cực của SPD khi nó hoạt động. Điện áp này đạt được khi dòng điện chạy trong SPD bằng In. Mức bảo vệ điện áp được chọn phải thấp hơn khả năng chịu quá áp của tải. Trong trường hợp có sét đánh, điện áp trên các cực của SPD nói chung vẫn nhỏ hơn U_P.
• In: Dòng phóng danh định. Đây là giá trị đỉnh của dòng điện có dạng sóng 8/20 µs mà SPD có thể phóng điện tối thiểu 19 lần.

Tại sao In lại quan trọng?
In tương ứng với dòng phóng danh định mà SPD có thể chịu được ít nhất 19 lần: giá trị In cao hơn có nghĩa là tuổi thọ của SPD lâu hơn, vì vậy chúng tôi khuyên bạn nên chọn các giá trị cao hơn giá trị áp đặt tối thiểu là 5 kA.

Loại 1 SPD

• I_imp: Dòng điện xung. Đây là giá trị đỉnh của dòng điện có dạng sóng 10/350 µs mà SPD có khả năng phóng điện ít nhất một lần.

Tại sao tôi_imp quan trọng?
Tiêu chuẩn IEC 62305 yêu cầu giá trị dòng điện xung tối đa là 25 kA trên mỗi cực đối với hệ thống ba pha. Điều này có nghĩa là đối với mạng 3P + N, SPD phải có thể chịu được tổng dòng điện xung tối đa là 100kA đến từ liên kết đất.

• I_fi: Tự động dập tắt theo dòng điện. Chỉ áp dụng cho công nghệ khe hở tia lửa. Đây là dòng điện (50 Hz) mà SPD có khả năng tự ngắt sau khi phóng điện bề mặt. Dòng điện này phải luôn lớn hơn dòng điện ngắn mạch tương lai tại điểm lắp đặt.

Loại 2 SPD

• Imax: Dòng xả tối đa. Đây là giá trị đỉnh của dòng điện có dạng sóng 8/20 µs mà SPD có thể phóng điện một lần.

Tại sao Imax lại quan trọng?
Nếu bạn so sánh 2 SPD với cùng một In, nhưng với Imax khác nhau: SPD có giá trị Imax cao hơn có “biên độ an toàn” cao hơn và có thể chịu được dòng điện tăng cao hơn mà không bị hỏng.

Loại 3 SPD

• U_OC: Điện áp hở mạch đặt trong các thử nghiệm cấp III (Loại 3).

ứng dụng chính

• SPD điện áp thấp. Thuật ngữ này chỉ định các thiết bị rất khác nhau, từ cả quan điểm công nghệ và cách sử dụng. SPDs điện áp thấp là mô-đun để có thể dễ dàng lắp đặt bên trong các tủ điện LV. Cũng có những SPD thích ứng với ổ cắm điện, nhưng những thiết bị này có khả năng phóng điện thấp.

• SPD cho mạng truyền thông. Các thiết bị này bảo vệ mạng điện thoại, mạng chuyển mạch và mạng điều khiển tự động (bus) chống lại quá áp đến từ bên ngoài (sét) và những mạng bên trong mạng cung cấp điện (thiết bị gây ô nhiễm, hoạt động của thiết bị đóng cắt, v.v.). Các SPD như vậy cũng được cài đặt trong các đầu nối RJ11, RJ45,… hoặc tích hợp vào các tải.

Chú ý

1. Trình tự thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 61643-11 cho SPD dựa trên MOV (varistor). Tổng cộng có 19 xung tại I_n:

• Một sự thúc đẩy tích cực
• Một xung động tiêu cực
• 15 xung đồng bộ ở mỗi 30 ° trên điện áp 50 Hz
• Một sự thúc đẩy tích cực
• Một xung động tiêu cực

2. đối với SPD loại 1, sau 15 xung tại I_n (xem ghi chú trước):

• Một xung ở 0.1 x I_imp
• Một xung ở 0.25 x I_imp
• Một xung ở 0.5 x I_imp
• Một xung ở 0.75 x I_imp
• Một thúc đẩy ở tôi_imp

Thiết kế hệ thống bảo vệ lắp đặt điện
Quy tắc thiết kế hệ thống bảo vệ lắp đặt điện

Để bảo vệ việc lắp đặt điện trong một tòa nhà, các quy tắc đơn giản được áp dụng cho việc lựa chọn

• SPD (các);
• hệ thống bảo vệ của nó.

Đối với hệ thống phân phối điện, các đặc điểm chính được sử dụng để xác định hệ thống chống sét và lựa chọn SPD để bảo vệ hệ thống điện trong tòa nhà là:

• SPD
• số lượng SPD
• kiểu
• mức độ tiếp xúc để xác định Imax dòng phóng điện tối đa của SPD.
• Thiết bị bảo vệ ngắn mạch
• dòng xả tối đa Imax;
• dòng ngắn mạch Isc tại điểm lắp đặt.

Sơ đồ logic trong Hình J20 dưới đây minh họa quy tắc thiết kế này.

Hình J20 - Sơ đồ logic để lựa chọn hệ thống bảo vệ

Các đặc điểm khác để lựa chọn SPD được xác định trước để lắp đặt điện.

• số cực trong SPD;
• mức bảo vệ điện áp U_P;
• U_C: Điện áp hoạt động liên tục tối đa.

Phần phụ này Thiết kế hệ thống bảo vệ lắp đặt điện mô tả chi tiết hơn các tiêu chí lựa chọn hệ thống bảo vệ theo đặc điểm của việc lắp đặt, thiết bị cần bảo vệ và môi trường.

Các yếu tố của hệ thống bảo vệ

SPD phải luôn được lắp đặt tại nơi bắt đầu lắp đặt điện.

Vị trí và loại SPD

Loại SPD được lắp đặt tại nơi lắp đặt phụ thuộc vào việc có hay không hệ thống chống sét. Nếu tòa nhà được lắp đặt hệ thống chống sét (theo IEC 62305), thì nên lắp đặt SPD Loại 1.

Đối với SPD được lắp đặt ở cuối quá trình lắp đặt, tiêu chuẩn lắp đặt IEC 60364 đưa ra các giá trị tối thiểu cho 2 đặc điểm sau:

• Dòng xả danh định I_n = 5 kA (8/20) µs;
• Mức bảo vệ điện áp U_P(tại tôi_n) <2.5 kV.

Số lượng SPD bổ sung sẽ được cài đặt được xác định bởi:

• kích thước của trang web và khó khăn trong việc lắp đặt các dây dẫn liên kết. Trên các trang web lớn, điều cần thiết là phải cài đặt SPD ở cuối mỗi hộp phân phối phụ.
• khoảng cách tách các tải nhạy cảm được bảo vệ khỏi thiết bị bảo vệ đầu cuối đến. Khi các tải được đặt cách xa thiết bị bảo vệ đầu đến hơn 10 mét, cần phải cung cấp bảo vệ bổ sung càng gần càng tốt đối với các tải nhạy cảm. Hiện tượng phản xạ sóng ngày càng tăng từ 10m xem Sự lan truyền của sóng sét
• nguy cơ phơi nhiễm. Trong trường hợp vị trí tiếp xúc nhiều, SPD đầu vào không thể đảm bảo cả dòng điện sét cao và mức bảo vệ điện áp thấp đủ. Đặc biệt, SPD Loại 1 thường đi kèm với SPD Loại 2.

Bảng trong Hình J21 dưới đây cho thấy số lượng và loại SPD sẽ được thiết lập trên cơ sở hai yếu tố được xác định ở trên.

Hình J21 - 4 trường hợp triển khai SPD

Mức độ bảo vệ được phân phối

Một số cấp độ bảo vệ của SPD cho phép phân phối năng lượng giữa một số SPD, như thể hiện trong Hình J22, trong đó ba loại SPD được cung cấp cho:

• Loại 1: khi tòa nhà được lắp đặt hệ thống chống sét và nằm ở đầu đến của công trình, nó sẽ hấp thụ một lượng năng lượng rất lớn;
• Loại 2: hấp thụ quá điện áp dư;
• Loại 3: cung cấp khả năng bảo vệ “tốt” nếu cần thiết cho các thiết bị nhạy cảm nhất nằm rất gần tải.

Lưu ý: SPD Loại 1 và 2 có thể được kết hợp trong một SPD duy nhất
Hình J22 - Kiến trúc bảo vệ tốt

Đặc điểm chung của SPDs theo đặc điểm cài đặt
Điện áp hoạt động liên tục tối đa Uc

Tùy thuộc vào cách bố trí nối đất của hệ thống, điện áp làm việc liên tục tối đa U_C của SPD phải bằng hoặc lớn hơn các giá trị được hiển thị trong bảng trong Hình J23.

Hình J23 - Giá trị nhỏ nhất được quy định của U_C đối với SPD tùy thuộc vào cách bố trí nối đất của hệ thống (dựa trên Bảng 534.2 của tiêu chuẩn IEC 60364-5-53)

N / A: không áp dụng
U: điện áp đường dây của hệ thống hạ áp
a. các giá trị này liên quan đến các điều kiện sự cố trong trường hợp xấu nhất, do đó dung sai 10% không được tính đến.

Các giá trị phổ biến nhất của UC được chọn theo cách sắp xếp nối đất của hệ thống.
TT, TN: 260, 320, 340, 350V
CNTT: 440, 460 V

Mức bảo vệ điện áp U_P (tại tôi_n)

Tiêu chuẩn IEC 60364-4-44 giúp lựa chọn mức bảo vệ Nâng lên cho SPD theo chức năng của tải cần bảo vệ. Bảng của Hình J24 chỉ ra khả năng chịu xung của từng loại thiết bị.

Hình J24 - Điện áp xung danh định yêu cầu của thiết bị Uw (bảng 443.2 của IEC 60364-4-44)

a. Theo IEC 60038: 2009.
b. Điện áp xung danh định này được đặt giữa dây dẫn mang điện và PE.
c. Ở Canada và Hoa Kỳ, đối với điện áp chạm đất cao hơn 300 V, áp dụng điện áp xung danh định tương ứng với điện áp cao nhất tiếp theo trong cột này.
d. Đối với hệ thống CNTT hoạt động ở 220-240 V, hàng 230/400 sẽ được sử dụng, do điện áp chạm đất tại lỗi chạm đất trên một đường dây.

Hình J25 - Loại thiết bị quá áp

	Thiết bị thuộc loại quá điện áp I chỉ thích hợp để sử dụng trong việc lắp đặt cố định của các tòa nhà có sử dụng các phương tiện bảo vệ bên ngoài thiết bị - để hạn chế quá điện áp quá độ ở mức quy định. Ví dụ về thiết bị như vậy là những thiết bị có chứa các mạch điện tử như máy tính, thiết bị có chương trình điện tử, v.v.
	Thiết bị quá điện áp loại II thích hợp để kết nối với hệ thống lắp đặt điện cố định, cung cấp mức độ sẵn sàng bình thường thường cần cho thiết bị sử dụng dòng điện. Ví dụ về thiết bị đó là thiết bị gia dụng và các tải tương tự.
	Thiết bị quá điện áp loại III được sử dụng trong lắp đặt cố định ở hạ nguồn và bao gồm cả bảng phân phối chính, mang lại mức độ sẵn sàng cao. Ví dụ về các thiết bị như vậy là bảng phân phối, bộ ngắt mạch, hệ thống dây dẫn bao gồm cáp, thanh cái, hộp nối, công tắc, ổ cắm) trong hệ thống lắp đặt cố định, thiết bị sử dụng trong công nghiệp và một số thiết bị khác, ví dụ như động cơ cố định với một kết nối vĩnh viễn với cài đặt cố định.
	Thiết bị thuộc loại quá điện áp IV thích hợp để sử dụng tại hoặc gần nguồn gốc của việc lắp đặt, ví dụ ngược dòng của bảng phân phối chính. Ví dụ về các thiết bị đó là đồng hồ đo điện, thiết bị bảo vệ quá dòng sơ cấp và bộ điều khiển gợn sóng.

U "đã cài đặt"_P hiệu suất phải được so sánh với khả năng chịu xung của tải.

SPD có mức bảo vệ điện áp U_P đó là bản chất, nghĩa là được xác định và kiểm tra độc lập với cài đặt của nó. Trên thực tế, đối với sự lựa chọn của U_P hiệu suất của SPD, một giới hạn an toàn phải được thực hiện để cho phép quá áp vốn có trong quá trình lắp đặt SPD (xem Hình J26 và Kết nối của Thiết bị Bảo vệ Chống sét lan truyền).

Hình J26 - Đã cài đặt U_P

Mức bảo vệ điện áp “đã cài đặt” U_P thường được áp dụng để bảo vệ thiết bị nhạy cảm trong các lắp đặt điện 230/400 V là 2.5 kV (quá áp loại II, xem Hình. J27).

Lưu ý:
Nếu SPD đầu đến không thể đạt được mức bảo vệ điện áp quy định hoặc nếu các thiết bị nhạy cảm ở xa (xem Các phần tử của hệ thống bảo vệ # Vị trí và loại SPD Vị trí và loại SPD, SPD phối hợp bổ sung phải được lắp đặt để đạt được mức độ bảo vệ yêu cầu.

Số cực

• Tùy thuộc vào cách bố trí nối đất của hệ thống, cần phải cung cấp kiến ​​trúc SPD đảm bảo bảo vệ ở chế độ chung (CM) và chế độ khác biệt (DM).

Hình J27 - Nhu cầu bảo vệ theo cách bố trí nối đất của hệ thống

a. Bảo vệ giữa pha và trung tính có thể được kết hợp trong SPD đặt tại điểm gốc của việc lắp đặt hoặc được điều khiển từ xa gần với thiết bị cần bảo vệ
b. Nếu phân phối trung lập

Lưu ý:

Quá áp chế độ chung
Hình thức bảo vệ cơ bản là lắp đặt SPD ở chế độ chung giữa các pha và dây dẫn PE (hoặc PEN), bất kể kiểu bố trí nối đất của hệ thống được sử dụng.

Quá áp chế độ vi sai
Trong hệ thống TT và TN-S, việc nối đất của trung tính dẫn đến sự không đối xứng do trở kháng đất dẫn đến sự xuất hiện của điện áp chế độ vi sai, mặc dù quá áp do sét đánh là chế độ thông thường.

SPDs 2P, 3P và 4P
(xem Hình J28)
Chúng được điều chỉnh cho phù hợp với các hệ thống CNTT, TN-C, TN-CS.
Chúng chỉ cung cấp khả năng bảo vệ chống lại quá áp ở chế độ thông thường

Hình J28 - SPDs 1P, 2P, 3P, 4P

SPD 1P + N, 3P + N
(xem Hình J29)
Chúng được điều chỉnh cho phù hợp với hệ thống TT và TN-S.
Chúng cung cấp bảo vệ chống lại quá áp chế độ chung và chế độ khác biệt

Hình J29 - 1P + N, 3P + N SPDs

Lựa chọn SPD Loại 1
Xung dòng Iimp

• Khi không có quy định quốc gia hoặc quy định cụ thể cho loại công trình được bảo vệ: Iimp dòng xung tối thiểu phải là 12.5 kA (sóng 10/350 µs) trên mỗi nhánh phù hợp với IEC 60364-5-534.
• Khi có quy định: tiêu chuẩn IEC 62305-2 xác định 4 cấp: I, II, III và IV

Bảng trong Hình J31 cho thấy các mức khác nhau của I_imp trong trường hợp quy định.

Hình J30 - Ví dụ cơ bản về I cân bằng_imp phân phối hiện tại trong hệ thống 3 pha

Hình J31 - Bảng I_imp giá trị theo cấp bảo vệ điện áp của tòa nhà (dựa trên IEC / EN 62305-2)

Tự động dập tắt theo I hiện tại_fi

Đặc tính này chỉ áp dụng cho SPDs có công nghệ khe hở tia lửa. Tự động dập tắt theo hiện tại I_fi phải luôn lớn hơn dòng ngắn mạch tương lai I_sc tại điểm cài đặt.

Lựa chọn SPD Loại 2
Dòng xả tối đa Imax

Dòng phóng điện tối đa Imax được xác định theo mức phơi nhiễm ước tính liên quan đến vị trí của tòa nhà.
Giá trị của dòng phóng điện tối đa (Imax) được xác định bằng phân tích rủi ro (xem bảng trong Hình J32).

Hình J32 - Dòng xả tối đa được đề xuất Imax theo mức độ phơi nhiễm

Lựa chọn Thiết bị Bảo vệ Ngắn mạch bên ngoài (SCPD)

Các thiết bị bảo vệ (nhiệt và ngắn mạch) phải được phối hợp với SPD để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy, tức là
đảm bảo tính liên tục của dịch vụ:

• chịu được sóng dòng sét
• không tạo ra điện áp dư quá mức.

đảm bảo hiệu quả bảo vệ chống lại tất cả các loại quá dòng:

• quá tải sau khi chạy nhiệt của varistor;
• ngắn mạch cường độ thấp (trở kháng);
• ngắn mạch cường độ cao.

Các rủi ro cần tránh khi kết thúc vòng đời của SPDs
Do lão hóa

Trong trường hợp tự nhiên hết tuổi thọ do lão hóa, bảo vệ thuộc loại nhiệt. SPD với các biến thể phải có một bộ ngắt kết nối bên trong để tắt SPD.
Lưu ý: Hết tuổi thọ thông qua quá trình thoát nhiệt không liên quan đến SPD với ống phóng khí hoặc khe hở tia lửa được bao bọc.

Do một lỗi

Các nguyên nhân hết tuổi thọ do lỗi ngắn mạch là:

• Đã vượt quá khả năng xả tối đa. Lỗi này dẫn đến ngắn mạch mạnh.
• Lỗi do hệ thống phân phối (trung tính / chuyển pha, ngắt trung tính).
• Sự hư hỏng dần dần của varistor.
  Hai lỗi sau dẫn đến ngắn mạch trở kháng.
  Việc lắp đặt phải được bảo vệ khỏi hư hỏng do các loại lỗi này: bộ ngắt kết nối bên trong (nhiệt) được xác định ở trên không có thời gian để làm ấm, do đó sẽ hoạt động.
  Một thiết bị đặc biệt được gọi là “Thiết bị bảo vệ ngắn mạch bên ngoài (SCPD bên ngoài)”, có khả năng loại bỏ ngắn mạch, nên được lắp đặt. Nó có thể được thực hiện bằng thiết bị ngắt mạch hoặc cầu chì.

Đặc điểm của SCPD bên ngoài

SCPD bên ngoài phải được phối hợp với SPD. Nó được thiết kế để đáp ứng hai ràng buộc sau:

Dòng sét chịu được

Khả năng chịu dòng sét là một đặc tính thiết yếu của Thiết bị Bảo vệ Ngắn mạch bên ngoài của SPD.
SCPD bên ngoài không được tác động theo 15 dòng xung liên tiếp tại In.

Dòng ngắn mạch chịu được

• Khả năng ngắt được xác định bởi các quy tắc lắp đặt (tiêu chuẩn IEC 60364):
  SCPD bên ngoài phải có khả năng đánh thủng bằng hoặc lớn hơn dòng ngắn mạch tương lai Isc tại điểm lắp đặt (phù hợp với tiêu chuẩn IEC 60364).
• Bảo vệ việc lắp đặt chống đoản mạch
  Đặc biệt, ngắn mạch trở kháng tiêu tán rất nhiều năng lượng và cần được loại bỏ rất nhanh để tránh làm hỏng hệ thống lắp đặt và SPD.
  Sự liên kết đúng đắn giữa SPD và SCPD bên ngoài của nó phải được nhà sản xuất đưa ra.

Chế độ cài đặt cho SCPD bên ngoài
Thiết bị "trong chuỗi"

SCPD được mô tả là “nối tiếp” (xem Hình. J33) khi việc bảo vệ được thực hiện bởi thiết bị bảo vệ chung của mạng được bảo vệ (ví dụ, bộ ngắt kết nối ngược dòng của một cài đặt).

Hình. J33 - SCPD “trong chuỗi”

Thiết bị "song song"

SCPD được mô tả là “song song” (xem Hình. J34) khi việc bảo vệ được thực hiện cụ thể bởi một thiết bị bảo vệ được liên kết với SPD.

• SCPD bên ngoài được gọi là “bộ ngắt ngắt kết nối” nếu chức năng được thực hiện bởi bộ ngắt mạch.
• Bộ ngắt mạch ngắt kết nối có thể được hoặc không được tích hợp vào SPD.

Hình J34 - SCPD "song song"

Lưu ý:
Trong trường hợp SPD có ống phóng khí hoặc khe hở tia lửa được bọc kín, SCPD cho phép cắt dòng điện ngay sau khi sử dụng.

Đảm bảo bảo vệ

SCPD bên ngoài phải được phối hợp với SPD và được nhà sản xuất SPD thử nghiệm và đảm bảo phù hợp với các khuyến nghị của tiêu chuẩn IEC 61643-11. Nó cũng nên được cài đặt theo khuyến nghị của nhà sản xuất. Ví dụ, hãy xem bảng điều phối SCPD + SPD điện.

Khi thiết bị này được tích hợp, sự phù hợp với tiêu chuẩn sản phẩm IEC 61643-11 đương nhiên đảm bảo khả năng bảo vệ.

Hình. J35 - SPD với SCPD bên ngoài, không tích hợp (iC60N + iPRD 40r) và tích hợp (iQuick PRD 40r)

Tóm tắt các đặc điểm bên ngoài SCPDs

Phân tích chi tiết về các đặc điểm được đưa ra trong phần Đặc điểm chi tiết của SCPD bên ngoài.
Ví dụ, bảng trong Hình J36 cho thấy một bản tóm tắt các đặc điểm theo các loại SCPD bên ngoài khác nhau.

Hình. J36 - Đặc điểm bảo vệ cuối đời của SPD Loại 2 theo SCPD bên ngoài

Chế độ cài đặt cho SCPD bên ngoài	Trong loạt	Song song
		Bảo vệ cầu chì liên quan	Liên quan đến bảo vệ ngắt mạch	Tích hợp bảo vệ ngắt mạch
Bảo vệ chống sét đánh của thiết bị	=	=	=	=
	SPD bảo vệ thiết bị một cách thỏa đáng bất kể loại SCPD bên ngoài liên quan
Bảo vệ cài đặt đến cuối tuổi thọ	–	=	+	++
	Không đảm bảo khả năng bảo vệ	Đảm bảo của nhà sản xuất		Đảm bảo đầy đủ
		Bảo vệ khỏi ngắn mạch trở kháng không được đảm bảo tốt	Bảo vệ khỏi ngắn mạch được đảm bảo hoàn hảo
Liên tục phục vụ đến cuối đời	- -	+	+	+
	Quá trình cài đặt hoàn tất bị tắt	Chỉ có mạch SPD là tắt
Bảo trì khi kết thúc vòng đời	- -	=	+	+
	Yêu cầu tắt cài đặt	Thay đổi cầu chì	Đặt lại ngay lập tức

SPD và bảng điều phối thiết bị bảo vệ

Bảng trong Hình J37 dưới đây cho thấy sự phối hợp ngắt các bộ ngắt mạch (SCPD bên ngoài) đối với SPD Loại 1 và 2 của nhãn hiệu XXX Electric cho tất cả các mức dòng ngắn mạch.

Sự phối hợp giữa SPD và các bộ ngắt mạch ngắt kết nối của nó, được chỉ định và đảm bảo bởi Điện, đảm bảo khả năng bảo vệ đáng tin cậy (chịu được sóng sét, bảo vệ tăng cường đối với dòng ngắn mạch trở kháng, v.v.)

Hình J37 - Ví dụ về bảng phối hợp giữa các SPD và bộ ngắt mạch ngắt kết nối của chúng. Luôn tham khảo các bảng mới nhất do nhà sản xuất cung cấp.

Phối hợp với các thiết bị bảo vệ ngược dòng

Phối hợp với các thiết bị bảo vệ quá dòng
Trong lắp đặt điện, SCPD bên ngoài là một thiết bị giống hệt với thiết bị bảo vệ: điều này giúp nó có thể áp dụng các kỹ thuật chọn lọc và phân tầng để tối ưu hóa kỹ thuật và kinh tế của kế hoạch bảo vệ.

Phối hợp với các thiết bị hiện tại dư
Nếu SPD được lắp đặt ở phía hạ lưu của thiết bị chống rò rỉ đất, thì thiết bị sau phải là loại “si” hoặc loại chọn lọc có khả năng miễn nhiễm với dòng xung ít nhất là 3 kA (sóng dòng điện 8/20 μs).

Lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền
Kết nối thiết bị chống sét lan truyền

Kết nối của SPD với tải phải càng ngắn càng tốt để giảm giá trị của mức bảo vệ điện áp (được cài đặt Lên) trên các đầu nối của thiết bị được bảo vệ.

Tổng chiều dài của các kết nối SPD với mạng và khối đầu nối đất không được vượt quá 50 cm.

Một trong những đặc điểm cần thiết để bảo vệ thiết bị là mức bảo vệ điện áp tối đa (được cài đặt Lên) mà thiết bị có thể chịu được tại các đầu nối của nó. Do đó, SPD phải được chọn với mức bảo vệ điện áp Lên thích ứng với khả năng bảo vệ của thiết bị (xem Hình J38). Tổng chiều dài của các dây dẫn kết nối là

L = L1 + L2 + L3.

Đối với dòng điện tần số cao, trở kháng trên một đơn vị chiều dài của kết nối này là khoảng 1 µH / m.

Do đó, áp dụng định luật Lenz cho mối liên hệ này: ΔU = L di / dt

Sóng dòng điện 8/20 µs chuẩn hóa, với biên độ dòng điện là 8 kA, theo đó tạo ra điện áp tăng 1000 V trên mỗi mét cáp.

ΔU = 1 x 10-6 x 8 x 103/8 x 10-6 = 1000 V

Hình J38 - Kết nối của SPD L <50 cm

Kết quả là điện áp trên các đầu nối của thiết bị, thiết bị U, là:
Thiết bị U = Lên + U1 + U2
Nếu L1 + L2 + L3 = 50 cm và sóng có cường độ 8/20 µs với biên độ 8 kA thì điện áp trên các đầu thiết bị sẽ là Up + 500 V.

Kết nối trong vỏ nhựa

Hình J39 dưới đây cho thấy cách kết nối SPD trong vỏ nhựa.

Hình J39 - Ví dụ về kết nối trong vỏ nhựa

Kết nối trong vỏ kim loại

Trong trường hợp cụm thiết bị đóng cắt trong vỏ bằng kim loại, có thể khôn ngoan là kết nối SPD trực tiếp với vỏ kim loại, với vỏ được sử dụng làm dây dẫn bảo vệ (xem Hình J40).
Việc bố trí này tuân theo tiêu chuẩn IEC 61439-2 và nhà sản xuất lắp ráp phải đảm bảo rằng các đặc tính của vỏ bọc làm cho việc sử dụng này có thể thực hiện được.

Hình J40 - Ví dụ về kết nối trong vỏ kim loại

Mặt cắt dây dẫn

Tiết diện dây dẫn tối thiểu được khuyến nghị có tính đến:

• Dịch vụ thông thường sẽ được cung cấp: Luồng của sóng dòng sét khi giảm điện áp tối đa (quy tắc 50 cm).
  Lưu ý: Không giống như các ứng dụng ở tần số 50 Hz, hiện tượng sét là tần số cao, sự tăng tiết diện dây dẫn không làm giảm đáng kể trở kháng tần số cao của nó.
• Khả năng chịu dòng điện ngắn mạch của ruột dẫn: Dây dẫn phải chống lại dòng điện ngắn mạch trong thời gian cắt hệ thống bảo vệ tối đa.
  IEC 60364 khuyến nghị ở đầu đến của lắp đặt một tiết diện tối thiểu là:
• 4 mm2 (Cu) để kết nối SPD Loại 2;
• 16 mm2 (Cu) để kết nối SPD Loại 1 (có hệ thống chống sét).

Ví dụ về cài đặt SPD tốt và xấu

Hình J41 - Ví dụ về cài đặt SPD tốt và xấu

Thiết kế lắp đặt thiết bị phải được thực hiện theo quy tắc lắp đặt: chiều dài dây cáp phải nhỏ hơn 50 cm.

Quy tắc đi dây của thiết bị chống sét lan truyền
Quy tắc 1

Quy tắc đầu tiên cần tuân thủ là độ dài của các kết nối SPD giữa mạng (qua SCPD bên ngoài) và khối đầu cuối nối đất không được vượt quá 50 cm.
Hình J42 cho thấy hai khả năng kết nối của SPD.
Hình. J42 - SPD với SCPD bên ngoài riêng biệt hoặc tích hợp

Quy tắc 2

Các dây dẫn của bộ cấp liệu đi được bảo vệ:

• phải được kết nối với các thiết bị đầu cuối của SCPD bên ngoài hoặc SPD;
• nên được tách biệt vật lý khỏi các dây dẫn ô nhiễm.

Chúng được đặt ở bên phải các thiết bị đầu cuối của SPD và SCPD (xem Hình J43).

Hình J43 - Các kết nối của các bộ cấp dữ liệu đi được bảo vệ nằm ở bên phải của các đầu cuối SPD

Quy tắc 3

Các dây dẫn pha, dây trung tính và bảo vệ (PE) của bộ nạp tới phải chạy cạnh nhau để giảm bề mặt vòng lặp (xem Hình J44).

Quy tắc 4

Các dây dẫn đến của SPD phải cách xa các dây dẫn ra được bảo vệ để tránh làm ô nhiễm chúng do ghép nối (xem Hình J44).

Quy tắc 5

Cáp phải được ghim chặt vào các bộ phận kim loại của vỏ bọc (nếu có) để giảm thiểu bề mặt của vòng lặp khung và do đó được hưởng lợi từ hiệu ứng che chắn chống lại nhiễu EM.

Trong mọi trường hợp, phải kiểm tra xem các khung của tổng đài và vỏ được nối đất qua các mối nối rất ngắn.

Cuối cùng, nếu sử dụng cáp có vỏ bọc, nên tránh các chiều dài lớn vì chúng làm giảm hiệu quả của việc che chắn (xem Hình J44).

Hình. J44 - Ví dụ về cải tiến EMC bằng cách giảm các bề mặt vòng lặp và trở kháng chung trong vỏ bọc điện

Ví dụ về ứng dụng chống sét lan truyền

Ví dụ về ứng dụng SPD trong Siêu thị

Hình J46 - Mạng viễn thông

Giải pháp và sơ đồ

• Hướng dẫn lựa chọn bộ chống sét lan truyền giúp bạn có thể xác định giá trị chính xác của bộ chống sét lan truyền ở đầu đến của quá trình lắp đặt và giá trị của bộ ngắt mạch ngắt kết nối liên quan.
• Như các thiết bị nhạy cảm (U_imp <1.5 kV) đặt cách thiết bị bảo vệ tới trên 10m, bộ chống sét lan truyền bảo vệ tốt phải được lắp đặt càng gần tải càng tốt.
• Để đảm bảo dịch vụ liên tục tốt hơn cho các khu vực phòng lạnh: Bộ ngắt dòng điện dư loại “si” sẽ được sử dụng để tránh vấp phải phiền toái do điện thế đất tăng lên khi sóng sét đi qua.
• Để bảo vệ chống quá áp trong khí quyển: 1, lắp đặt bộ chống sét lan truyền trong tủ điện chính. 2, lắp đặt bộ chống sét lan truyền bảo vệ tốt trong mỗi tổng đài (1 và 2) cung cấp cho các thiết bị nhạy cảm nằm cách bộ chống sét lan truyền đến hơn 10m. 3, lắp đặt một bộ chống sét lan truyền trên mạng viễn thông để bảo vệ các thiết bị được cung cấp, ví dụ, báo cháy, modem, điện thoại, fax.

Khuyến nghị về cáp

• Đảm bảo tính tương đương của các đầu nối đất của tòa nhà.
• Giảm các khu vực cáp cấp điện vòng lặp.

Khuyến nghị cài đặt

• Lắp đặt bộ chống sét lan truyền, tôi_{tối đa} = 40 kA (8/20 µs), và một cầu dao ngắt kết nối iC60 có định mức 40 A.
• Cài đặt bộ chống sét bảo vệ tốt, tôi_{tối đa} = 8 kA (8/20 µs) và bộ ngắt mạch ngắt kết nối iC60 đi kèm được định mức ở 10 A

Hình J46 - Mạng viễn thông

SPD cho các ứng dụng quang điện

Quá áp có thể xảy ra trong lắp đặt điện vì nhiều lý do khác nhau. Nó có thể được gây ra bởi:

• Mạng phân phối do sét đánh hoặc bất kỳ công việc nào được thực hiện.
• Sét đánh (gần đó hoặc trên các tòa nhà và lắp đặt PV, hoặc trên dây dẫn sét).
• Biến đổi điện trường do sét.

Giống như tất cả các cấu trúc ngoài trời, việc lắp đặt PV có nguy cơ bị sét đánh khác nhau giữa các vùng. Cần có các hệ thống và thiết bị ngăn chặn và bắt giữ.

Bảo vệ bằng liên kết đẳng thế

Biện pháp bảo vệ đầu tiên được sử dụng là một phương tiện (dây dẫn) đảm bảo liên kết đẳng thế giữa tất cả các bộ phận dẫn điện của một hệ thống lắp đặt PV.

Mục đích là để liên kết tất cả các dây dẫn nối đất và các bộ phận kim loại, do đó tạo ra điện thế bằng nhau tại tất cả các điểm trong hệ thống được lắp đặt.

Bảo vệ bằng thiết bị chống sét lan truyền (SPD)

SPD đặc biệt quan trọng để bảo vệ các thiết bị điện nhạy cảm như Biến tần AC / DC, thiết bị giám sát và mô-đun PV, cũng như các thiết bị nhạy cảm khác được cung cấp bởi mạng phân phối điện 230 VAC. Phương pháp đánh giá rủi ro sau đây dựa trên việc đánh giá độ dài tới hạn Lcrit và so sánh với L độ dài tích lũy của các dòng dc.
Bảo vệ SPD là bắt buộc nếu L ≥ Lcrit.
Lcrit phụ thuộc vào kiểu lắp đặt PV và được tính như bảng sau (Hình J47) đưa ra:

Hình. J47 - Lựa chọn SPD DC

L là tổng của:

• tổng khoảng cách giữa (các) bộ biến tần và (các) hộp nối, có tính đến chiều dài của cáp nằm trong cùng một ống dẫn chỉ được tính một lần, và
• Tổng khoảng cách giữa hộp nối và các điểm kết nối của các môđun quang điện tạo thành chuỗi, có tính đến chiều dài của cáp nằm trong cùng một ống chỉ được tính một lần.

Ng là mật độ sét hồ quang (số lần đánh / km2 / năm).

Hình J48 - Lựa chọn SPD

Bảo vệ SPD
Địa Chỉ	Mô-đun PV hoặc hộp Mảng		Biến tần DC phía	Biến tần AC bên		Bo mạch chủ
	LDC			LAC		Cột thu lôi
Tiêu chuẩn	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Có	Không
Loại SPD	Không Cần	“SPD1” Loại 2 [a]	“SPD2” Loại 2 [a]	Không Cần	“SPD3” Loại 2 [a]	“SPD4” Loại 1 [a]	“SPD4” Loại 2 nếu Ng> 2.5 & dòng trên không

[a]. 1 2 3 4 Khoảng cách phân cách loại 1 theo EN 62305 không được quan sát.

Cài đặt SPD

Số lượng và vị trí của SPD ở phía DC phụ thuộc vào chiều dài của cáp giữa các tấm pin mặt trời và biến tần. SPD nên được lắp đặt gần biến tần nếu chiều dài nhỏ hơn 10 mét. Nếu nó lớn hơn 10 mét, SPD thứ hai là cần thiết và phải được đặt trong hộp gần với bảng điều khiển năng lượng mặt trời, cái đầu tiên nằm trong khu vực biến tần.

Để có hiệu quả, cáp kết nối SPD với mạng L + / L- và giữa khối đầu nối đất của SPD và thanh cái nối đất phải càng ngắn càng tốt - dưới 2.5 mét (d1 + d2 <50 cm).

Sản xuất năng lượng quang điện an toàn và đáng tin cậy

Tùy thuộc vào khoảng cách giữa bộ phận “máy phát” và bộ phận “chuyển đổi”, có thể cần lắp đặt hai bộ chống sét lan truyền hoặc nhiều hơn, để đảm bảo bảo vệ từng bộ phận trong số hai bộ phận.

Hình J49 - Vị trí SPD

Bổ sung kỹ thuật chống sét lan truyền

Tiêu chuẩn chống sét

Tiêu chuẩn IEC 62305 phần 1 đến 4 (NF EN 62305 phần 1 đến 4) tổ chức lại và cập nhật các ấn phẩm tiêu chuẩn IEC 61024 (loạt), IEC 61312 (loạt) và IEC 61663 (loạt) về hệ thống chống sét.

Phần 1 - Nguyên tắc chung

Phần này trình bày thông tin chung về sét và các đặc điểm của nó cũng như dữ liệu chung và giới thiệu các tài liệu khác.

Phần 2 - Quản lý rủi ro

Phần này trình bày phân tích giúp tính toán rủi ro cho một kết cấu và xác định các tình huống bảo vệ khác nhau để cho phép tối ưu hóa kinh tế và kỹ thuật.

Phần 3 - Thiệt hại vật lý đối với kết cấu và nguy hiểm tính mạng

Phần này mô tả biện pháp bảo vệ khỏi các tia sét trực tiếp, bao gồm hệ thống chống sét, dây dẫn sét, dây dẫn đất, điện thế tương đương và do đó SPD với liên kết đẳng thế (Loại 1 SPD).

Phần 4 - Hệ thống điện và điện tử trong kết cấu

Phần này mô tả biện pháp bảo vệ khỏi các tác động do sét gây ra, bao gồm hệ thống bảo vệ bằng SPD (Loại 2 và 3), bảo vệ cáp, quy tắc lắp đặt SPD, v.v.

Loạt tiêu chuẩn này được bổ sung bởi:

• loạt tiêu chuẩn IEC 61643 về định nghĩa các sản phẩm chống sét lan truyền (xem Các thành phần của SPD);
• loạt tiêu chuẩn IEC 60364-4 và -5 để áp dụng sản phẩm trong hệ thống lắp đặt điện LV (xem Chỉ báo hết tuổi thọ của SPD).

Các thành phần của SPD

SPD chủ yếu bao gồm (xem Hình J50):

1. một hoặc nhiều bộ phận phi tuyến: bộ phận mang điện (biến trở, ống phóng khí [GDT], v.v.);
2. một thiết bị bảo vệ nhiệt (bộ ngắt kết nối bên trong) bảo vệ nó khỏi sự thoát nhiệt khi hết tuổi thọ (SPD với biến thể);
3. một chỉ báo cho biết thời hạn sử dụng của SPD; Một số SPD cho phép báo cáo từ xa về dấu hiệu này;
4. SCPD bên ngoài cung cấp khả năng bảo vệ chống đoản mạch (thiết bị này có thể được tích hợp vào SPD).

Hình J50 - Sơ đồ SPD

Công nghệ của phần sống

Một số công nghệ có sẵn để thực hiện phần trực tiếp. Mỗi loại đều có ưu và nhược điểm:

• Điốt Zener;
• Ống xả khí (có kiểm soát hoặc không kiểm soát);
• Varistor (varistor oxit kẽm [ZOV]).

Bảng dưới đây cho thấy các đặc điểm và cách sắp xếp của 3 công nghệ thường được sử dụng.

Hình. J51 - Bảng hiệu suất tóm tắt

Thành phần	Ống xả khí (GDT)	Khoảng cách tia lửa được đóng gói	Kẽm oxit varistor	GDT và varistor trong chuỗi	Khoảng cách tia lửa được đóng gói và biến thể song song
Đặc điểm
Chế độ hoạt động	Chuyển đổi điện áp	Chuyển đổi điện áp	Giới hạn điện áp	Chuyển đổi điện áp và-giới hạn trong chuỗi	Chuyển đổi điện áp và-giới hạn song song
Đường cong vận hành
Các Ứng Dụng	Mạng viễn thông Mạng LV (liên kết với varistor)	Mạng LV	Mạng LV	Mạng LV	Mạng LV
Loại SPD	Loại 2	Loại 1	Loại 1 hoặc loại 2	Loại 1+ Loại 2	Loại 1+ Loại 2

Dấu hiệu hết tuổi thọ của SPD

Các chỉ báo thời hạn sử dụng được liên kết với bộ ngắt kết nối bên trong và SCPD bên ngoài của SPD để thông báo cho người dùng rằng thiết bị không còn được bảo vệ chống lại quá áp có nguồn gốc khí quyển.

Chỉ dẫn địa phương

Chức năng này thường được yêu cầu bởi mã cài đặt. Dấu hiệu hết tuổi thọ được đưa ra bởi một chỉ báo (dạ quang hoặc cơ học) cho bộ ngắt kết nối bên trong và / hoặc SCPD bên ngoài.

Khi SCPD bên ngoài được thực hiện bằng thiết bị cầu chì, cần phải cung cấp cầu chì có chân chống và chân đế được trang bị hệ thống vấp để đảm bảo chức năng này.

Bộ ngắt mạch ngắt kết nối tích hợp

Chỉ báo cơ học và vị trí của tay cầm điều khiển cho phép chỉ báo hết tuổi thọ tự nhiên.

Chỉ dẫn địa phương và báo cáo từ xa

iQuick PRD SPD của thương hiệu XXX Electric thuộc loại “sẵn sàng đấu dây” với bộ ngắt mạch ngắt kết nối tích hợp.

Chỉ dẫn địa phương

iQuick PRD SPD (xem Hình. J53) được trang bị các chỉ báo trạng thái cơ học cục bộ:

• chỉ báo cơ khí (màu đỏ) và vị trí của tay cầm ngắt mạch ngắt kết nối cho biết SPD đã tắt;
• chỉ báo cơ học (màu đỏ) trên mỗi hộp mực cho biết hộp mực đã hết tuổi thọ.

Hình. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD của thương hiệu XXX Electric

Báo cáo từ xa

(xem Hình J54)

iQuick PRD SPD được trang bị một tiếp điểm chỉ thị cho phép báo cáo từ xa về:

• hết tuổi thọ hộp mực;
• một hộp mực bị thiếu và khi nó đã được đặt trở lại vị trí cũ;
• sự cố trên mạng (ngắn mạch, ngắt kết nối trung tính, đảo pha / trung tính);
• chuyển đổi thủ công cục bộ.

Do đó, việc giám sát từ xa tình trạng hoạt động của các SPD được lắp đặt giúp đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ này ở trạng thái chờ luôn sẵn sàng hoạt động.

Hình. J54 - Lắp đặt đèn báo với iQuick PRD SPD

Hình. J55 - Chỉ báo từ xa về trạng thái SPD bằng Smartlink

Bảo trì khi kết thúc vòng đời

Khi chỉ báo hết tuổi thọ cho biết tắt máy, SPD (hoặc hộp mực được đề cập) phải được thay thế.

Trong trường hợp của iQuick PRD SPD, việc bảo trì được hỗ trợ:

• Bộ phận Bảo trì có thể dễ dàng xác định được hộp mực sắp hết tuổi thọ (sẽ được thay thế).
• Hộp mực sắp hết tuổi thọ có thể được thay thế hoàn toàn an toàn vì thiết bị an toàn cấm đóng cầu dao ngắt kết nối nếu thiếu hộp mực.

Đặc điểm chi tiết của SCPD bên ngoài

Sóng hiện tại chịu được

Sóng hiện tại chịu được các thử nghiệm trên SCPD bên ngoài cho thấy như sau:

• Đối với đánh giá và công nghệ nhất định (cầu chì NH hoặc hình trụ), khả năng chịu sóng hiện tại với cầu chì loại aM (bảo vệ động cơ) tốt hơn với cầu chì loại gG (sử dụng chung).
• Đối với một đánh giá nhất định, khả năng chịu được sóng hiện tại với thiết bị ngắt mạch tốt hơn với thiết bị cầu chì. Hình J56 dưới đây cho thấy kết quả của các thử nghiệm chịu sóng điện áp:
• để bảo vệ SPD được xác định cho Imax = 20 kA, SCPD bên ngoài được chọn là MCB 16 A hoặc Cầu chì aM 63 A, Lưu ý: trong trường hợp này, Cầu chì gG 63 A là không phù hợp.
• để bảo vệ SPD được xác định cho Imax = 40 kA, SCPD bên ngoài được chọn là MCB 40 A hoặc Cầu chì aM 125 A,

Hình. J56 - So sánh khả năng chịu sóng điện áp của SCPD đối với I_{tối đa} = 20 kA và tôi_{tối đa} = 40 kA

Đã cài đặt Cấp bảo vệ điện áp lên

Nói chung:

• Điện áp rơi trên các đầu cực của bộ ngắt mạch cao hơn điện áp trên các đầu cực của thiết bị cầu chì. Điều này là do trở kháng của các bộ phận ngắt mạch (thiết bị ngắt nhiệt và từ tính) cao hơn trở kháng của cầu chì.

Tuy nhiên:

• Sự khác biệt giữa các lần giảm điện áp vẫn còn nhỏ đối với các sóng dòng điện không quá 10 kA (95% các trường hợp);
• Mức bảo vệ điện áp tăng được cài đặt cũng tính đến trở kháng của cáp. Điều này có thể cao trong trường hợp công nghệ cầu chì (thiết bị bảo vệ từ xa SPD) và thấp trong trường hợp công nghệ ngắt mạch (thiết bị ngắt mạch gần, và thậm chí được tích hợp vào SPD).

Lưu ý: Mức bảo vệ điện áp Tăng được cài đặt là tổng của các lần giảm điện áp:

• trong SPD;
• trong SCPD bên ngoài;
• trong hệ thống cáp thiết bị

Bảo vệ khỏi ngắn mạch trở kháng

Ngắn mạch trở kháng tiêu tán rất nhiều năng lượng và cần được loại bỏ rất nhanh để tránh làm hỏng việc lắp đặt và SPD.

Hình J57 so sánh thời gian đáp ứng và giới hạn năng lượng của hệ thống bảo vệ bằng cầu chì 63 A aM và bộ ngắt mạch 25 A.

Hai hệ thống bảo vệ này có cùng khả năng chịu được sóng dòng điện 8/20 µs (lần lượt là 27 kA và 30 kA).

Hình J57 - So sánh các đường cong giới hạn thời gian / dòng điện và năng lượng cho cầu dao và cầu chì có cùng khả năng chịu được sóng dòng điện 8/20 µs

Sự lan truyền của một làn sóng sét

Mạng điện có tần số thấp và do đó, sự lan truyền của sóng điện áp tức thời so với tần số của hiện tượng: tại bất kỳ điểm nào của một vật dẫn, điện áp tức thời là như nhau.

Sóng sét là một hiện tượng tần số cao (vài trăm kHz đến một MHz):

• Sóng sét được truyền dọc theo một vật dẫn với một tốc độ nhất định so với tần số của hiện tượng. Kết quả là, tại bất kỳ thời điểm nào, điện áp không có cùng giá trị tại tất cả các điểm trên phương tiện (xem Hình J58).

Hình. J58 - Sự lan truyền của sóng sét trong dây dẫn

• Sự thay đổi của môi trường tạo ra hiện tượng truyền và / hoặc phản xạ của sóng phụ thuộc vào:

1. sự khác biệt của trở kháng giữa hai phương tiện truyền thông;
2. tần số của sóng tăng dần (độ dốc của thời gian tăng trong trường hợp có xung);
3. chiều dài của phương tiện.

Đặc biệt, trong trường hợp phản xạ toàn phần, giá trị điện áp có thể tăng gấp đôi.

Ví dụ: trường hợp bảo vệ bởi SPD

Mô hình hóa hiện tượng áp dụng cho sóng sét và các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy một tải được cung cấp bởi 30 m cáp được bảo vệ ngược dòng bằng SPD ở điện áp tăng duy trì, do hiện tượng phản xạ, điện áp tối đa là 2 x U_P (xem Hình J59). Sóng điện áp này không phải là năng lượng.

Hình. J59 - Phản xạ của sóng sét khi kết thúc cáp

Hành động sửa chữa

Trong ba yếu tố (sự khác biệt của trở kháng, tần số, khoảng cách), yếu tố duy nhất có thể thực sự được kiểm soát là chiều dài của cáp giữa SPD và tải cần bảo vệ. Độ dài này càng lớn thì phản xạ càng lớn.

Nói chung, đối với các mặt trước quá áp trong một tòa nhà, hiện tượng phản xạ là đáng kể từ 10 m và có thể tăng gấp đôi điện áp từ 30 m (xem Hình J60).

Cần phải lắp đặt SPD thứ hai để bảo vệ tốt nếu chiều dài cáp vượt quá 10 m giữa SPD đầu vào và thiết bị cần bảo vệ.

Hình J60 - Điện áp cực đại tại cực của cáp theo chiều dài của nó đến mặt trước của điện áp tới = 4kV / us

Ví dụ về dòng điện sét trong hệ thống TT

Chế độ chung SPD giữa pha và PE hoặc pha và PEN được lắp đặt bất kỳ kiểu bố trí nối đất nào của hệ thống (xem Hình J61).

Điện trở nối đất trung tính R1 dùng cho giá treo có điện trở thấp hơn điện trở nối đất R2 dùng cho việc lắp đặt.

Dòng sét sẽ chạy qua đoạn mạch ABCD tới trái đất qua con đường dễ dàng nhất. Nó sẽ đi qua các biến thể V1 và V2 mắc nối tiếp, gây ra một điện áp chênh lệch bằng hai lần điện áp Up của SPD (U_P1 + U_P2) xuất hiện tại các đầu cuối của A và C ở lối vào hệ thống lắp đặt trong trường hợp cực đoan.

Hình. J61 - Chỉ bảo vệ thông thường

Để bảo vệ các tải giữa Ph và N một cách hiệu quả, phải giảm điện áp chế độ vi sai (giữa A và C).

Do đó, một kiến ​​trúc SPD khác được sử dụng (xem Hình. J62)

Dòng điện sét chạy qua đoạn mạch ABH có trở kháng thấp hơn đoạn mạch ABCD, vì trở kháng của thành phần được sử dụng giữa B và H là không (khe hở tia lửa đầy khí). Trong trường hợp này, điện áp vi sai bằng điện áp dư của SPD (U_P2).

Hình. J62 - Bảo vệ chung và bảo vệ khác biệt