Thiết bị chống sét lan truyền SPD là gì?
Khi nói đến chống sét lan truyền, SPD là một trong những thiết bị quan trọng nhất.
SPD có nhiệm vụ hạn chế các xung quá điện áp đột biến xuất hiện trên hệ thống điện, giúp giảm mức điện áp mà thiết bị điện và điện tử phải chịu. Các xung này có thể liên quan đến sét hoặc các quá điện áp quá độ phát sinh trong quá trình vận hành hệ thống điện.
Nói đơn giản:
SPD giống như một lớp bảo vệ giúp “xả” phần xung điện nguy hiểm trước khi nó gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến thiết bị phía sau.
Còn trong bài này, chúng ta tập trung vào chính thiết bị SPD: SPD là gì, hoạt động như thế nào, có những loại nào và được sử dụng ở đâu.
I. SPD là gì?
SPD là viết tắt của Surge Protective Device, thường được gọi là thiết bị chống sét lan truyền hoặc thiết bị bảo vệ chống quá điện áp.
Khi hệ thống điện xuất hiện một xung điện áp đột biến, SPD sẽ tác động để hạn chế điện áp xung và chuyển hướng dòng xung về đường bảo vệ, từ đó giảm mức điện áp mà thiết bị cần bảo vệ phải chịu. Đây là chức năng cốt lõi của SPD theo các tiêu chuẩn IEC dành cho thiết bị chống quá điện áp.
SPD không phải là một thiết bị cung cấp điện.
Nó cũng không có nhiệm vụ thay thế CB hay cầu chì.
SPD là một thiết bị bảo vệ được mắc vào hệ thống điện để xử lý các xung quá điện áp trong những điều kiện được thiết kế.
Có thể hình dung đơn giản:
Điện áp bình thường → thiết bị hoạt động bình thường
Xuất hiện xung điện nguy hiểm → SPD tác động → hạn chế xung → giảm mức điện áp truyền tới thiết bị
II. SPD bảo vệ thiết bị bằng cách nào?
Hãy hình dung hệ thống điện của một công trình giống như một con đường.
Thiết bị điện nằm ở cuối đường.
Khi có một xung điện rất lớn xuất hiện, nó giống như một dòng nước bất ngờ tràn vào đường ống.
Nếu không có giải pháp bảo vệ phù hợp, năng lượng của xung có thể đi tiếp đến các thiết bị điện tử.
SPD được bố trí trong hệ thống để tạo ra một đường dẫn bảo vệ cho dòng xung, giúp hạn chế điện áp quá mức và đưa năng lượng xung về đường bảo vệ.
Schneider Electric mô tả SPD là thiết bị dùng để giới hạn quá điện áp quá độ và dẫn dòng xung về đất nhằm giảm biên độ quá điện áp xuống mức không gây nguy hiểm cho hệ thống điện.
Điểm quan trọng là:
SPD không làm cho sét biến mất.
Nó giảm tác động của xung quá điện áp lên phần hệ thống cần được bảo vệ.
III. SPD có phải là CB hoặc cầu chì không?
Không.
Đây là nhầm lẫn khá phổ biến.
1. CB và cầu chì
CB hoặc cầu chì chủ yếu liên quan đến việc bảo vệ hệ thống khi có các tình trạng như quá dòng, ngắn mạch hoặc sự cố điện tùy loại thiết bị.
2. SPD
SPD tập trung vào quá điện áp quá độ, chẳng hạn các xung liên quan đến sét hoặc thao tác đóng cắt trong hệ thống điện.
Hai nhóm thiết bị có chức năng khác nhau.
Vì vậy, việc một tủ điện đã có CB không có nghĩa là tủ điện đó đã có chống sét lan truyền.
Ngược lại, SPD cũng không phải thiết bị được dùng để thay thế các thiết bị bảo vệ quá dòng.
Trong hệ thống thực tế, SPD còn cần được phối hợp với thiết bị bảo vệ phù hợp theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Schneider Electric cũng lưu ý SPD có thể cần thiết bị ngắt kết nối đi kèm như CB hoặc cầu chì tùy theo điều kiện của hệ thống.
IV. SPD có những loại nào?
Trong hệ thống điện hạ áp, SPD thường được phân chia theo Type 1, Type 2 và Type 3, tương ứng với các cấp độ và vị trí bảo vệ khác nhau.
Không nên hiểu ba loại này đơn giản là:
Type 1 tốt hơn Type 2, Type 2 tốt hơn Type 3.
Đúng hơn phải hiểu:
Mỗi loại được thiết kế cho một vị trí và vai trò bảo vệ khác nhau trong hệ thống.
1. SPD Type 1
Type 1 là cấp bảo vệ đầu vào, có khả năng xử lý dòng xung năng lượng lớn.
Loại này thường được xem xét ở đầu vào của công trình hoặc tủ phân phối chính, đặc biệt với các công trình có hệ thống chống sét trực tiếp. Phoenix Contact mô tả Type 1 là cấp đầu tiên trong hệ thống bảo vệ, dùng để xả dòng năng lượng lớn do sét xuống đất.
Schneider Electric Việt Nam cũng khuyến nghị SPD Type 1 trong các môi trường như tòa nhà, nhà máy và công trình đã được bảo vệ bằng hệ thống chống sét trực tiếp.
2. SPD Type 2
Type 2 thường được sử dụng ở tủ điện phân phối để tiếp tục hạn chế các xung còn lại trong hệ thống điện.
Đây là loại SPD rất phổ biến trong các hệ thống điện hạ áp. Schneider Electric Việt Nam mô tả Type 2 là giải pháp bảo vệ chính cho thiết bị điện hạ thế và thường được lắp trong các tủ điện để hạn chế quá áp lan truyền đến các tải.
Phoenix Contact cũng cho biết Type 2 thường được sử dụng ở các tủ phân phối phụ hoặc tủ điều khiển máy móc, nơi không có dòng sét trực tiếp đi qua.
3. SPD Type 3
Type 3 là cấp bảo vệ gần thiết bị hơn.
Loại này thường được sử dụng để bảo vệ thiết bị nhạy cảm ở cuối đường cấp điện, nơi cần giảm thêm phần xung còn lại.
Phoenix Contact mô tả Type 3 là cấp bảo vệ cuối, được lắp gần tải cần bảo vệ như máy chủ, bộ điều khiển hoặc bộ nguồn.
Vì khả năng xả năng lượng của Type 3 thấp hơn các cấp bảo vệ phía trước, nó thường được sử dụng như một phần của hệ thống bảo vệ nhiều cấp, chứ không phải giải pháp duy nhất cho một công trình.
V. Vì sao có công trình dùng SPD Type 1+2?
Ngoài các loại Type 1, Type 2 và Type 3 riêng biệt, trên thực tế còn có các thiết bị Type 1+2.
Đây là các thiết bị kết hợp hai cấp chức năng bảo vệ trong cùng một thiết bị.
Một số công trình sử dụng Type 1+2 ở đầu vào để vừa xử lý dòng xung năng lượng lớn hơn, vừa tiếp tục hạn chế quá điện áp trong hệ thống. Phoenix Contact có các dòng SPD Type 1+2 được thiết kế cho khu vực đầu vào hoặc tủ phân phối chính.
Việc dùng Type 1, Type 2 hay Type 1+2 không nên quyết định chỉ dựa trên tên gọi.
Cần xem xét loại hệ thống điện, vị trí lắp đặt, nguy cơ sét, cấu trúc công trình và yêu cầu của thiết bị.
VI. SPD được lắp ở đâu?
Vị trí lắp SPD phụ thuộc vào vai trò bảo vệ của từng cấp.
Có thể hình dung một hệ thống bảo vệ nhiều tầng như sau:
Nguồn điện vào công trình
↓
SPD cấp đầu vào
↓
Tủ điện phân phối
↓
SPD cấp phân phối
↓
Thiết bị điện, điện tử
↓
SPD cấp gần thiết bị khi cần
Đây chính là lý do không nên nghĩ rằng:
“Chỉ cần mua một bộ SPD rồi lắp vào một chỗ là toàn bộ công trình được bảo vệ.”
Thiết kế bảo vệ có thể cần nhiều cấp để hạn chế dần mức xung khi đi sâu vào hệ thống.
Phoenix Contact mô tả mô hình phối hợp các cấp Type 1, Type 2 và Type 3 từ đầu vào hệ thống, qua tủ phân phối, đến thiết bị đầu cuối.
VII. Nhà ở có cần lắp SPD không?
Không phải nhà nào cũng cần cùng một cấu hình SPD.
Nhưng những công trình có nhiều thiết bị điện tử giá trị cao hoặc có nguy cơ chịu ảnh hưởng của sét nên được xem xét giải pháp chống quá điện áp phù hợp.
Ví dụ:
- Nhà có nhiều camera
- Hệ thống mạng và thiết bị IT
- Nhà thông minh
- Thiết bị điện tử giá trị cao
- Công trình có hệ thống chống sét trực tiếp
- Công trình nằm ở khu vực thường xuyên có giông sét
Điều quan trọng không phải là “nhà dân thì có cần SPD hay không” theo kiểu có hoặc không.
Mà là:
Mức độ rủi ro của công trình là bao nhiêu và thiết bị bên trong cần được bảo vệ đến mức nào?
VIII. Nhà xưởng có cần SPD không?
Đối với nhà xưởng, vấn đề thường đáng quan tâm hơn vì số lượng thiết bị điện và điện tử lớn hơn nhiều.
Một nhà xưởng có thể có:
- Tủ điện tổng
- Tủ phân phối
- Máy móc công suất lớn
- Biến tần
- PLC
- Cảm biến
- Thiết bị điều khiển
- Camera
- Hệ thống mạng
- Thiết bị tự động hóa
Nếu xảy ra một xung quá điện áp, thiệt hại không nhất thiết chỉ nằm ở một thiết bị.
Nó có thể ảnh hưởng đến nhiều thiết bị liên kết với nhau và làm gián đoạn hoạt động sản xuất.
Vì vậy, với nhà xưởng, SPD thường cần được xem xét như một phần của hệ thống bảo vệ điện tổng thể, thay vì chỉ lắp một thiết bị đơn lẻ.
IX. Hệ thống điện năng lượng mặt trời có cần SPD không?
Đây là trường hợp đặc biệt cần được xem xét cẩn thận.
Hệ thống điện mặt trời có các phần:
- Tấm pin
- Dây DC
- Inverter
- Dây AC
- Tủ điện
- Hệ thống giám sát và điều khiển
Đặc biệt, phía DC của hệ thống PV có yêu cầu SPD riêng tùy cấu hình và vị trí bảo vệ. Phoenix Contact cung cấp các SPD chuyên dụng cho hệ thống DC/PV và phân loại theo Type 1 và Type 2 tùy vị trí lắp đặt và yêu cầu bảo vệ.
Do đó, không nên lấy một SPD AC bất kỳ rồi áp dụng cho phía DC của hệ thống điện mặt trời.
SPD cho hệ thống điện mặt trời phải được lựa chọn theo đúng điện áp, cấu hình và vị trí của hệ thống DC/AC.
X. SPD có bảo vệ tuyệt đối cho thiết bị không?
Không.
Đây là điểm rất quan trọng.
SPD là thiết bị bảo vệ, nhưng không thể biến một công trình thành trạng thái “không thể hỏng thiết bị”.
Hiệu quả bảo vệ còn phụ thuộc vào:
- Lựa chọn SPD đúng loại
- Vị trí lắp đặt
- Phối hợp giữa các cấp SPD
- Hệ thống tiếp địa
- Chiều dài và cách đi dây kết nối
- Đặc điểm hệ thống điện
- Các đường tín hiệu cần bảo vệ
- Tình trạng của SPD
Một SPD không phù hợp hoặc lắp đặt không đúng có thể không mang lại hiệu quả như mong muốn.
Vì vậy, chống sét lan truyền là một giải pháp tổng thể, không chỉ là việc mua một thiết bị có chữ “SPD” trên vỏ.
XI. Khi nào SPD cần được kiểm tra hoặc thay thế?
SPD không phải thiết bị “lắp một lần rồi quên”.
Một số SPD có đèn hoặc chỉ báo trạng thái, giúp người sử dụng nhận biết tình trạng của thiết bị. Một số dòng còn có tiếp điểm báo xa để kết nối với hệ thống giám sát.
Sau những sự kiện sét lớn hoặc khi SPD báo trạng thái lỗi, nên kiểm tra thiết bị.
Đặc biệt đối với nhà xưởng, tủ điện quan trọng và hệ thống điện mặt trời, việc kiểm tra định kỳ giúp phát hiện sớm SPD đã suy giảm hoặc không còn ở trạng thái sẵn sàng bảo vệ.
XII. Hiểu SPD theo cách đơn giản nhất
Có thể nhớ như sau:
Sét hoặc quá điện áp xuất hiện
↓
Xung điện lan vào hệ thống
↓
SPD tác động để hạn chế xung
↓
Giảm mức điện áp mà thiết bị phía sau phải chịu
Và nếu công trình có nhiều cấp bảo vệ:
Type 1 → Type 2 → Type 3
thì mỗi cấp đảm nhiệm một vị trí khác nhau trong hệ thống bảo vệ.
Do đó, không nên hỏi đơn giản:
“SPD nào tốt nhất?”
Mà nên hỏi:
“Công trình này cần SPD loại nào, đặt ở đâu và phối hợp với các cấp bảo vệ khác như thế nào?”
XIII. Kết luận
SPD là thiết bị quan trọng trong giải pháp chống sét lan truyền, có nhiệm vụ hạn chế các xung quá điện áp và giảm tác động của chúng lên hệ thống điện, thiết bị điện và thiết bị điện tử.
Tùy vị trí và yêu cầu bảo vệ, SPD có thể được phân thành Type 1, Type 2 và Type 3; trong thực tế cũng có các thiết bị kết hợp như Type 1+2. Các cấp bảo vệ có thể được phối hợp từ đầu vào công trình đến tủ phân phối và thiết bị đầu cuối.
Với nhà ở, nhà xưởng, công trình có nhiều thiết bị điện tử hoặc hệ thống điện năng lượng mặt trời, việc lựa chọn SPD cần dựa trên đặc điểm thực tế của hệ thống, chứ không nên chỉ dựa vào giá hoặc tên loại SPD.
Từ đây, cụm bài sẽ đi sâu tiếp vào từng thành phần của hệ thống chống sét. Một trong những thành phần quan trọng của chống sét trực tiếp là kim thu sét.