Điều gì xảy ra bên trong thiết bị bảo vệ sét khi có sét đánh?

Điều gì xảy ra bên trong thiết bị bảo vệ chống sét khi có sét đánh?

Khi có sét đánh, các thiết bị bảo vệ chống sét (SPDs) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị điện khỏi quá áp tạm thời (tức là xung điện). Dưới đây là các quy trình và cơ chế chính diễn ra bên trong SPD trong những sự kiện như vậy:

1. Phát hiện và phản ứng với xung điện

Khi xung điện do sét đánh vào hệ thống điện, thiết bị bảo vệ chống sét nhanh chóng phát hiện điện áp bất thường này. Thông thường, SPDs có một ngưỡng điện áp được đặt; một khi điện áp được phát hiện vượt quá ngưỡng này, bộ bảo vệ sẽ kích hoạt cơ chế bảo vệ của nó.

2. Hấp thụ và tiêu tán năng lượng xung điện

SPDs hấp thụ và tiêu tán năng lượng xung điện để ngăn nó tiếp cận thiết bị điện được kết nối. Các cơ chế hấp thụ và tiêu tán phổ biến bao gồm:

a. Biến trở oxit kim loại (MOVs)

• Nguyên lý hoạt động: MOVs là vật liệu kháng không tuyến tính mà điện trở thay đổi theo điện áp được áp dụng. Trong điều kiện vận hành bình thường, MOVs có điện trở cao; khi điện áp vượt quá một ngưỡng nhất định, điện trở của chúng giảm đột ngột, cho phép dòng điện đi qua.

• Tiêu tán năng lượng: MOVs chuyển đổi năng lượng điện dư thừa thành nhiệt và tiêu tán nó. Mặc dù MOVs có đặc tính tự phục hồi và có thể tiếp tục hoạt động sau nhiều xung điện nhỏ, chúng có thể hỏng sau xung điện lớn hoặc tần suất cao.

b. Ống phóng điện khí (GDTs)

• Nguyên lý hoạt động: GDTs là các ống kín chứa khí trơ. Khi điện áp giữa hai đầu vượt quá một giá trị nhất định, khí bên trong ion hóa, tạo ra đường dẫn dẫn điện cho dòng điện.

• Tiêu tán năng lượng: GDTs tiêu tán năng lượng xung điện thông qua plasma được tạo ra bởi ion hóa khí và tự động tắt plasma một khi điện áp trở lại bình thường, khôi phục cách điện.

c. Điôt ức chế điện áp tạm thời (TVS)

• Nguyên lý hoạt động: Điôt TVS ở trạng thái kháng cao dưới điện áp vận hành bình thường. Khi điện áp vượt quá điện áp phá hủy, điôt nhanh chóng chuyển sang trạng thái kháng thấp, cho phép dòng điện chảy.

• Tiêu tán năng lượng: Điôt TVS tiêu tán năng lượng xung điện thông qua hiệu ứng lũy tiến trong các khớp PN nội bộ và phù hợp cho các xung điện nhỏ cần phản ứng nhanh.

3. Chuyển hướng năng lượng và tiếp đất

SPDs không chỉ hấp thụ năng lượng xung điện mà còn chuyển hướng một phần của nó đến các đường tiếp đất để giảm thiểu tác động lên thiết bị. Các cơ chế cụ thể bao gồm:

• Mạch chuyển hướng: SPDs được thiết kế với các mạch chuyển hướng chuyên biệt để hướng dẫn quá áp đến đường tiếp đất, ngăn chặn nó trực tiếp vào các thiết bị tải.

• Hệ thống tiếp đất: Một hệ thống tiếp đất tốt là chìa khóa để đảm bảo hoạt động hiệu quả của SPD. Hệ thống tiếp đất nên cung cấp một đường dẫn có điện trở thấp để nhanh chóng tiêu tán năng lượng xung điện vào lòng đất.

4. Phục hồi sau xung điện

Sau sự kiện xung điện, SPD cần trở lại trạng thái vận hành bình thường. Các loại bảo vệ khác nhau có các cơ chế phục hồi khác nhau:

• MOVs: Nếu xung điện không gây hư hại vĩnh viễn cho MOV, nó sẽ tự động trở lại trạng thái kháng cao một khi điện áp bình thường hóa.

• GDTs: Một khi điện áp trở lại bình thường, plasma bên trong GDT tự động tắt, khôi phục trạng thái cách điện.

• Điôt TVS: Sau khi điện áp bình thường hóa, điôt TVS cũng tự động trở lại trạng thái kháng cao.

5. Các chế độ hỏng hóc và bảo vệ

Mặc dù SPDs được thiết kế để xử lý xung điện, chúng vẫn có thể hỏng trong các trường hợp cực đoan. Để đảm bảo an toàn, nhiều SPDs bao gồm các tính năng bổ sung:

• Thiết bị ngắt nhiệt: Khi MOV hoặc thành phần khác quá nhiệt và hỏng, thiết bị ngắt nhiệt sẽ cắt mạch để ngăn cháy nổ và các mối nguy hiểm khác.

• Đèn báo/đèn báo động: Một số SPDs được trang bị đèn báo hoặc đèn báo động để thông báo cho người dùng nếu bộ bảo vệ vẫn hoạt động đúng cách.

Kết luận

Trong trường hợp có sét đánh, các thiết bị bảo vệ chống sét bảo vệ thiết bị điện thông qua các bước sau:

• Phát hiện xung điện: Xác định các tình huống điện áp vượt quá phạm vi bình thường.

• Hấp thụ và tiêu tán năng lượng: Sử dụng các thành phần như MOVs, GDTs, và điôt TVS để chuyển đổi năng lượng xung điện thành nhiệt hoặc các dạng năng lượng khác.

• Chuyển hướng đến đường tiếp đất: Hướng dẫn quá áp đến đường tiếp đất để giảm thiểu tác động lên thiết bị.

• Trở lại trạng thái bình thường: Sau xung điện, bộ bảo vệ trở lại trạng thái vận hành bình thường.

• Bảo vệ lỗi: Cung cấp các biện pháp an toàn bổ sung trong trường hợp cực đoan để ngăn ngừa thiệt hại thêm.