Surge Protective Device là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng thực tế

1. Surge Protective Device là gì,Thiết bị chống sét lan truyền là gì ?

SPD (Surge Protective Device), còn gọi là thiết bị chống sét lan truyền, là một thiết bị được lắp đặt trong hệ thống điện nhằm bảo vệ các thiết bị điện, điện tử khỏi hiện tượng xung điện áp đột biến (surge) do sét đánh hoặc do các chuyển mạch trong mạng điện gây ra.

Các xung điện áp đột biến này có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau, trong đó phổ biến nhất là:

• • Sét đánh lan truyền: Khi sét đánh xuống đất hoặc các công trình gần đó, một lượng lớn năng lượng có thể lan truyền theo đường dây điện, gây ra quá áp nguy hiểm.
  • Đóng cắt thiết bị điện công suất lớn: Việc đóng hoặc cắt các thiết bị điện có công suất lớn trong hệ thống cũng có thể tạo ra các xung điện áp nhất định.
  • Sự cố lưới điện: Các sự cố bất ngờ trên lưới điện, chẳng hạn như ngắn mạch, cũng có thể dẫn đến tình trạng quá áp tạm thời.

Khi xảy ra một đợt quá áp, Chống sét lan truyền SPD sẽ chuyển hướng dòng điện đột biến xuống đất hoặc hấp thụ bớt năng lượng, giúp điện áp không vượt quá ngưỡng chịu đựng của thiết bị điện, từ đó ngăn ngừa hư hại hoặc cháy nổ.

2. Cấu tạo của Surge Protective Device,Cấu tạo SPD ?

Mặc dù có nhiều loại Chống sét lan truyền SPD khác nhau với các thiết kế và công nghệ tiên tiến, hầu hết các thiết bị chống sét lan truyền đều bao gồm các thành phần cơ bản sau:

• Varistor (MOV – Metal Oxide Varistor): Là một điện trở phi tuyến tính, có điện trở rất cao ở điện áp bình thường nhưng giảm đáng kể khi điện áp vượt quá ngưỡng cho phép. MOV là thành phần phổ biến nhất trong cácChống sét lan truyền SPD dân dụng và công nghiệp.
• Ống phóng điện khí (GDT – Gas Discharge Tube): Chứa khí trơ và hai điện cực. Khi điện áp đủ cao, khí trơ sẽ bị ion hóa, tạo ra đường dẫn điện trở thấp để dòng điện xung có thể đi qua. GDT thường được sử dụng để bảo vệ sơ cấp do khả năng chịu dòng xung lớn.
• Diode triệt xung (TVS Diode – Transient Voltage Suppressor Diode): Là diode bán dẫn được thiết kế đặc biệt để bảo vệ chống lại các xung điện áp thoáng qua. TVS diode có tốc độ phản ứng rất nhanh và thường được sử dụng để bảo vệ thứ cấp cho các thiết bị nhạy cảm.
• Thyristor: Một loại van bán dẫn có khả năng chuyển mạch nhanh chóng khi điện áp vượt quá ngưỡng.
• Mạch bảo vệ: Bao gồm các thành phần như cầu chì hoặc các mạch điện tử phức tạp hơn để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của SPD.
• Chỉ thị trạng thái: Đèn LED hoặc các chỉ báo cơ học giúp người dùng dễ dàng nhận biết trạng thái hoạt động của SPD (bình thường, đã kích hoạt, hoặc cần thay thế).
• Đầu nối đất: Một phần quan trọng để đảm bảo dòng điện xung được chuyển hướng an toàn xuống đất.

3. Nguyên Lý Hoạt Động Của Surge Protective Device (SPD),Nguyên lý hoạt động SPD ?

Nguyên lý hoạt động của SPD dựa trên việc phát hiện và xử lý các xung điện áp bất thường. Khi một xung điện áp cao (surge) xuất hiện, SPD sẽ thực hiện các bước sau:

• Khi điện áp bình thường: Chống sét lan truyền SPD gần như không hoạt động, điện trở của nó rất lớn, không cho phép dòng điện đi xuống hệ thống tiếp địa, Hệ thống điện hoạt động bình thường.
• Phát hiện xung điện áp: SPD liên tục giám sát điện áp trong hệ thống. Khi điện áp vượt quá ngưỡng an toàn (thường do sét đánh hoặc sự cố lưới điện), SPD sẽ kích hoạt ngay lập tức.
• Chuyển hướng dòng điện dư thừa: Thành phần MOV trong Chống sét lan truyền SPD sẽ dẫn dòng điện dư thừa xuống hệ thống nối đất hoặc hấp thụ năng lượng này, ngăn chặn nó đi vào các thiết bị điện.
• Sau khi xung qua đi: SPD trở lại trạng thái cách ly và hệ thống hoạt động như cũ.Quá trình này diễn ra trong vài nano giây, đảm bảo thiết bị được bảo vệ gần như ngay lập tức.

4. Các loại Surge Protective Device (SPD) phổ biến

SPD được chia thành 3 loại theo tiêu chuẩn IEC 61643:

• SPD Loại 1 (Type 1): Được lắp đặt ở đầu nguồn của hệ thống điện, thường là sau công tơ điện chính. Loại này có khả năng chịu dòng xung sét trực tiếp rất lớn và bảo vệ sơ cấp cho toàn bộ hệ thống.
• SPD Loại 2 (Type 2): Được lắp đặt trong các tủ điện phân phối thứ cấp, sau SPD Loại 1 (nếu có) hoặc ở các nhánh điện chính. Loại này bảo vệ thứ cấp và có khả năng chịu dòng xung nhỏ hơn Loại 1.
• SPD Loại 3 (Type 3): Được lắp đặt gần các thiết bị điện nhạy cảm, thường là thiết bị điện tử hoặc các thiết bị bảo vệ cục bộ. Loại này cung cấp bảo vệ cuối cùng chống lại các xung điện áp còn sót lại sau khi đã qua SPD Loại 1 và Loại 2.

5. Ứng dụng thực tế của Surge Protective Device

Chống sét lan truyền SPD có mặt trong hầu hết các lĩnh vực có sử dụng điện, từ dân dụng đến công nghiệp:

a. Surge Protective Device Trong dân dụng:

• • Bảo vệ tivi, máy tính, tủ lạnh, router Internet…
  • Lắp tại tủ điện chính của nhà ở để chống lại sét lan truyền và xung điện nội bộ.

b. Surge Protective Device Trong công nghiệp:

• • Bảo vệ các thiết bị tự động hóa, PLC, biến tần, hệ thống điều khiển trung tâm…
  • Lắp tại các tủ điện phân phối, trạm biến áp, hoặc máy móc công nghiệp lớn.

c. Surge Protective Device Trong năng lượng tái tạo:

• • Trong các hệ thống điện mặt trời, Chống sét lan truyền SPD bảo vệ inverter và pin năng lượng khỏi xung quá áp do sét hoặc dòng ngược từ lưới.

d. Surge Protective Device Trong viễn thông:

• • Dùng để bảo vệ thiết bị mạng, tổng đài, hệ thống liên lạc.

6. Lợi ích của việc sử dụng Surge Protective Device

• Bảo vệ an toàn: Giảm nguy cơ cháy nổ và tai nạn điện.
• Tiết kiệm chi phí: Ngăn chặn hư hỏng thiết bị, giảm chi phí sửa chữa hoặc thay thế.
• Tăng độ tin cậy: Đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định, đặc biệt trong điều kiện thời tiết xấu.
• Dễ dàng lắp đặt: SPD có thiết kế nhỏ gọn, dễ tích hợp vào các hệ thống điện hiện có.

7. Hướng dẫn chọn và lắp đặt SPD

Khi chọn SPD, bạn cần lưu ý các yếu tố sau:

• Loại SPD: Chọn loại phù hợp với vị trí lắp đặt (Type 1, Type 2 hoặc Type 3).
• Điện áp định mức: Đảm bảo SPD tương thích với điện áp của hệ thống điện. Nên chọn những loại có điện áp làm việc lớn nhất Uc > 385Vac (L-N) giúp SPD không hư hỏng khi quá áp hệ thống điện.
• Khả năng chịu dòng sét: Chọn SPD có khả năng chịu dòng sét phù hợp với nguy cơ sét đánh tại khu vực.
• Chứng nhận chất lượng: Ưu tiên các sản phẩm đạt tiêu chuẩn quốc tế như IEC hoặc UL.

Về lắp đặt, nên thuê các kỹ sư điện chuyên nghiệp để đảm bảo SPD được cài đặt đúng cách và hiệu quả. Ngoài ra, cần kiểm tra và bảo trì định kỳ để duy trì hiệu suất của thiết bị.

8. Kết Luận

Surge Protective Device (SPD) đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị điện tử khỏi những tác động nguy hiểm của sét lan truyền và các sự cố quá áp khác. Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng thực tế của SPD giúp chúng ta đưa ra những lựa chọn thông minh để bảo vệ tài sản, đảm bảo an toàn và duy trì hoạt động ổn định của hệ thống điện trong gia đình, doanh nghiệp và các công trình khác. Việc đầu tư vào các thiết bị chống sét lan truyền chất lượng là một giải pháp phòng ngừa hiệu quả, giúp tránh được những thiệt hại đáng tiếc do các xung điện áp đột ngột gây ra.