Sét lan truyền là gì? Nguyên nhân và tác hại

Sét không nhất thiết phải đánh thẳng vào một ngôi nhà mới có thể làm hỏng thiết bị điện.

Trong nhiều trường hợp, công trình không bị sét đánh trực tiếp nhưng tivi, camera, máy tính, thiết bị mạng, tủ điều khiển, biến tần hoặc thiết bị điện tử vẫn có thể bị hư hỏng sau một cơn dông. Nguyên nhân có thể đến từ sét lan truyền hoặc các xung quá điện áp xuất hiện trong hệ thống điện.

Đây cũng là lý do một công trình đã có kim thu sét vẫn có thể cần giải pháp bảo vệ thiết bị điện bên trong.

Ở bài này, Thiên Bách Electric tập trung giải thích sét lan truyền là gì, sét lan truyền đi theo đường nào, vì sao có thể làm hỏng thiết bị và công trình nào cần đặc biệt quan tâm. Phần thiết bị SPD và cách lựa chọn sẽ được nói rõ hơn ở bài riêng.

I. Sét lan truyền là gì?

Sét lan truyền là hiện tượng xung điện áp và dòng điện tăng đột biến lan truyền vào hệ thống điện, tín hiệu hoặc các đường kết nối của công trình, gây ảnh hưởng đến thiết bị được kết nối với những hệ thống đó.

Hiểu đơn giản, thay vì sét đánh trực tiếp vào một thiết bị, năng lượng của sét có thể tạo ra một xung điện rất lớn và lan theo các đường dẫn vào bên trong công trình.

Ví dụ:

Một ngôi nhà không bị sét đánh trực tiếp.

Nhưng sét đánh xuống khu vực gần đó có thể tạo ra xung điện lan vào đường điện. Xung này đi theo hệ thống cấp điện và có thể tác động đến tivi, máy tính, modem, camera hoặc các thiết bị điện tử khác.

Với nhà xưởng, tình huống còn phức tạp hơn vì trong công trình thường có nhiều thiết bị điều khiển, cảm biến, mạng truyền thông và máy móc kết nối với nhau.

Vì vậy, chống sét lan truyền không chỉ là câu chuyện của một thiết bị điện riêng lẻ mà liên quan đến cả hệ thống điện và các đường kết nối trong công trình.

II. Sét lan truyền xuất hiện như thế nào?

Có một điều nhiều người dễ hiểu nhầm:

Muốn thiết bị bị ảnh hưởng bởi sét thì sét phải đánh thẳng vào đường điện của nhà.

Thực tế không đơn giản như vậy.

Sét có thể ảnh hưởng đến hệ thống điện theo nhiều cách khác nhau. Xung quá điện áp có thể xuất hiện khi sét đánh trực tiếp vào công trình, đánh gần công trình hoặc tác động cảm ứng lên các đường dây và hệ thống dẫn điện.

Ngoài sét, hệ thống điện còn có thể xuất hiện quá điện áp quá độ do thao tác đóng cắt, đặc biệt trong các hệ thống điện có tải lớn hoặc nhiều thiết bị công suất. IEC cũng xem các xung quá áp do sét và các quá điện áp quá độ khác là đối tượng mà SPD được thiết kế để xử lý.

Vì vậy, không nên hiểu:

Sét lan truyền = chỉ xảy ra khi sét đánh trực tiếp.

Mà nên hiểu:

Sét và các quá điện áp quá độ có thể tạo ra xung nguy hiểm cho thiết bị điện, sau đó xung này lan truyền theo các đường kết nối trong hệ thống.

III. Sét lan truyền có thể đi theo những đường nào?

Tùy đặc điểm công trình, xung quá điện áp có thể lan truyền theo nhiều đường khác nhau.

1. Theo đường cấp điện

Đây là đường mà mọi công trình đều cần đặc biệt quan tâm.

Xung quá điện áp có thể đi theo nguồn điện vào tủ điện, sau đó tiếp tục ảnh hưởng đến các thiết bị được cấp nguồn từ hệ thống đó.

Ví dụ có thể là:

Tủ điện
Máy lạnh
Tivi
Máy tính
Camera
Thiết bị mạng
Bộ điều khiển
Thiết bị tự động hóa
Biến tần

Với nhà xưởng, một xung điện xuất hiện trên hệ thống điện có thể ảnh hưởng đến nhiều thiết bị cùng lúc.

2. Theo đường tín hiệu và truyền thông

Không phải chỉ dây nguồn mới cần quan tâm.

Các thiết bị như camera, mạng máy tính, hệ thống điều khiển, cảm biến hoặc các thiết bị truyền thông đều có thể sử dụng các đường tín hiệu kết nối với nhau.

Nếu xung điện xuất hiện trên một đường tín hiệu, thiết bị ở hai đầu đường truyền đều có thể bị ảnh hưởng.

IEC hiện có tiêu chuẩn riêng cho SPD sử dụng trên mạng viễn thông và tín hiệu, cho thấy bảo vệ chống xung không chỉ giới hạn ở hệ thống cấp điện.

3. Theo các đường kết nối giữa các hệ thống

Một công trình có thể có nhiều hệ thống khác nhau cùng tồn tại:

Điện lực
Camera
Mạng
Báo cháy
Điều khiển
Điện năng lượng mặt trời
Thiết bị ngoài trời

Khi các hệ thống được kết nối với nhau, xung quá điện áp có thể trở thành vấn đề không chỉ của một thiết bị mà của cả mạng lưới thiết bị.

Đó là lý do thiết kế chống sét lan truyền cần nhìn vào toàn bộ hệ thống, thay vì chỉ chọn một thiết bị bảo vệ rồi lắp vào tủ điện.

IV. Vì sao sét lan truyền có thể làm hỏng thiết bị điện?

Thiết bị điện bình thường được thiết kế để làm việc trong một phạm vi điện áp nhất định.

Khi xuất hiện một xung quá điện áp rất lớn và xảy ra trong thời gian rất ngắn, các linh kiện bên trong thiết bị có thể bị ứng suất vượt quá khả năng chịu đựng.

Thiết bị có thể:

Tắt đột ngột
Hoạt động chập chờn
Mất nguồn
Hỏng nguồn
Hỏng bo mạch
Mất khả năng giao tiếp
Cháy linh kiện
Hỏng hoàn toàn

Đặc biệt, các thiết bị điện tử hiện đại thường chứa nhiều linh kiện nhạy cảm và có giá trị cao. Vì vậy, thiệt hại đôi khi không nằm ở hệ thống điện chính mà nằm ở những thiết bị điều khiển và điện tử được kết nối phía sau.

Một vấn đề khác là thiết bị không nhất thiết phải hỏng ngay sau một lần xảy ra xung điện. Các quá điện áp lặp lại có thể làm suy giảm dần khả năng chịu đựng của một số thiết bị bảo vệ và linh kiện điện. Schneider Electric cũng lưu ý rằng việc tiếp xúc lặp lại với các xung điện có thể làm suy giảm SPD theo thời gian.

V. Có phải cứ bị sét lan truyền là thiết bị sẽ cháy?

Không.

Đây là điểm cần hiểu đúng.

Sét lan truyền tạo ra nguy cơ đối với thiết bị, nhưng mức độ ảnh hưởng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ xung điện, đường lan truyền, đặc điểm hệ thống điện, thiết bị đang được bảo vệ và giải pháp chống xung được sử dụng.

Có trường hợp thiết bị:

Không bị ảnh hưởng rõ ràng
Hoạt động không ổn định
Hỏng một phần
Hỏng ngay lập tức

Vì vậy, sau một lần có giông sét, nếu thiết bị xuất hiện hiện tượng bất thường thì không nên chỉ kết luận đơn giản rằng “thiết bị tự hỏng”.

Cần xem xét cả hệ thống điện và các đường kết nối liên quan.

VI. Những công trình nào dễ gặp vấn đề do sét lan truyền?

1. Nhà ở có nhiều thiết bị điện tử

Nhà ở hiện nay có thể có:

Camera
Modem và thiết bị mạng
Tivi
Máy tính
Khóa điện tử
Thiết bị nhà thông minh
Máy lạnh
Thiết bị điều khiển

Càng nhiều thiết bị điện tử kết nối trong cùng một hệ thống, nhu cầu quan tâm đến bảo vệ quá điện áp càng rõ ràng.

2. Nhà xưởng và công trình công nghiệp

Đây là nhóm cần đặc biệt chú ý vì hệ thống điện thường lớn và có nhiều thiết bị điều khiển.

Ngoài máy móc, nhà xưởng còn có thể có:

Tủ điều khiển
PLC
Biến tần
Cảm biến
Thiết bị đo
Mạng truyền thông công nghiệp
Camera
Hệ thống tự động hóa

Một sự cố trên hệ thống điện có thể ảnh hưởng đến nhiều thiết bị cùng lúc và gây gián đoạn sản xuất.

3. Công trình có hệ thống điện năng lượng mặt trời

Điện mặt trời có nhiều thành phần nằm ngoài trời và có các đường DC, AC cùng hệ thống điều khiển, kết nối với inverter.

Vì vậy, chống sét và chống quá điện áp là một phần cần được xem xét trong thiết kế tổng thể của hệ thống điện mặt trời.

IEC có tiêu chuẩn riêng cho SPD sử dụng phía DC của hệ thống điện mặt trời, cho thấy bảo vệ quá điện áp đối với hệ thống PV có những yêu cầu riêng cần được tính đến.

4. Công trình có nhiều hệ thống tín hiệu và truyền thông

Các công trình sử dụng nhiều camera, mạng, điều khiển hoặc thiết bị kết nối với nhau cũng cần quan tâm đến các đường tín hiệu.

Không nên chỉ bảo vệ nguồn điện mà bỏ qua các đường truyền khác nếu chúng có liên kết với thiết bị cần bảo vệ.

VII. Có kim thu sét rồi thì còn lo sét lan truyền không?

Có.

Đây chính là nội dung mà bài trước đã đề cập:

Chống sét trực tiếp và chống sét lan truyền khác nhau thế nào?

Kim thu sét và hệ thống chống sét trực tiếp có nhiệm vụ chính là kiểm soát đường đi của dòng sét khi công trình bị sét đánh trực tiếp.

Trong khi đó, chống sét lan truyền tập trung vào việc hạn chế tác động của các xung quá điện áp lên hệ thống điện và thiết bị.

Vì vậy:

Có hệ thống chống sét trực tiếp không đồng nghĩa với việc toàn bộ thiết bị điện bên trong đã được bảo vệ khỏi sét lan truyền.

Hai giải pháp này có thể cần được xem xét cùng nhau tùy đặc điểm công trình.

VIII. Chống sét lan truyền có phải chỉ cần lắp một thiết bị là xong?

Không nên hiểu đơn giản như vậy.

Một giải pháp chống sét lan truyền thường phải xem xét:

Nguồn điện đi vào công trình
Tủ điện
Các đường dây cấp điện
Các đường tín hiệu
Thiết bị cần bảo vệ
Hệ thống tiếp địa
Đặc điểm công trình
Mối liên hệ giữa các hệ thống

Trong đó, SPD là một trong những thiết bị quan trọng của giải pháp chống sét lan truyền, dùng để hạn chế điện áp xung và chuyển hướng dòng xung khỏi thiết bị cần bảo vệ. Đây cũng là chức năng được quy định trong các tiêu chuẩn IEC về SPD.

Nhưng SPD không phải là một “lá bùa” khiến thiết bị chắc chắn không bao giờ hỏng.

Việc lựa chọn đúng loại thiết bị, vị trí lắp đặt, phối hợp bảo vệ và hệ thống tiếp địa đều có ý nghĩa đối với hiệu quả của giải pháp.

Phần tiếp theo sẽ đi sâu hơn vào chính thiết bị này:

Thiết bị chống sét lan truyền SPD là gì?

IX. Dấu hiệu nào cho thấy công trình nên quan tâm đến sét lan truyền?

Không phải đợi đến khi thiết bị cháy mới bắt đầu kiểm tra.

Một số tình huống đáng lưu ý gồm:

1. Thiết bị thường xuyên gặp lỗi sau những ngày có giông sét

Nếu cùng một nhóm thiết bị thường xảy ra lỗi sau mưa giông, cần xem xét cả hệ thống điện và đường truyền liên quan.

2. Thiết bị điện tử hỏng nhưng không tìm thấy nguyên nhân rõ ràng

Một số thiết bị có thể hỏng bo mạch, nguồn hoặc mạch giao tiếp mà không có dấu hiệu cháy rõ ràng.

3. Công trình có nhiều thiết bị điện tử giá trị cao

Đặc biệt là nhà xưởng có hệ thống điều khiển, inverter, PLC, camera và các thiết bị tự động hóa.

4. Công trình nằm ở khu vực thường xuyên có giông sét

Đây là một yếu tố thực tế cần được tính đến khi đánh giá rủi ro và lựa chọn giải pháp bảo vệ.

X. Hiểu sét lan truyền theo cách đơn giản nhất

Có thể hình dung thế này:

Sét trực tiếp → bảo vệ công trình khỏi dòng sét đánh vào công trình.

Sét lan truyền → bảo vệ hệ thống điện và thiết bị khỏi các xung quá điện áp có thể lan truyền vào công trình.

Hai vấn đề này liên quan với nhau nhưng không phải một.

Một công trình có thể không bị sét đánh trực tiếp mà thiết bị bên trong vẫn bị ảnh hưởng.

Ngược lại, một công trình có hệ thống chống sét trực tiếp tốt vẫn cần xem xét giải pháp chống sét lan truyền nếu có nhiều thiết bị điện và điện tử quan trọng.

XI. Kết luận

Sét lan truyền là một trong những nguyên nhân có thể gây ra sự cố cho thiết bị điện và điện tử trong công trình, ngay cả khi sét không đánh trực tiếp vào thiết bị.

Xung quá điện áp có thể lan theo đường cấp điện, đường tín hiệu hoặc các kết nối giữa các hệ thống. Với nhà ở có nhiều thiết bị điện tử, nhà xưởng, công trình có hệ thống điều khiển hoặc hệ thống điện năng lượng mặt trời, vấn đề này càng đáng được quan tâm.

Vì vậy, chống sét cho một công trình không nên chỉ dừng ở việc lắp kim thu sét.

Cần nhìn tổng thể cả chống sét trực tiếp, chống sét lan truyền, hệ thống tiếp địa và các đường kết nối cần được bảo vệ.

Ở bài tiếp theo, chúng ta sẽ đi sâu vào SPD – thiết bị quan trọng trong giải pháp chống sét lan truyền, để hiểu SPD là gì, có những loại nào và được sử dụng ở đâu trong hệ thống điện.

Thiết bị chống sét lan truyền SPD là gì?