Sự khác biệt giữa Bộ phận chống sét và Bộ phận chống tăng áp

Thiết bị chống sét là gì?

Thiết bị chống sét là thiết bị giới hạn điện áp quan trọng thường được lắp đặt trong bảng điều khiển của hệ thống điện. Chức năng chính của nó là bảo vệ cách điện, thiết bị và máy móc khỏi các nguy cơ điện khác nhau. Nó không chỉ bảo vệ khỏi tác động phá hủy của sét đánh mà còn bảo vệ khỏi các quá điện áp tạm thời do các sự kiện như thao tác chuyển mạch, hồ quang, giảm tải và các lỗi điện như lỗi đất.

Thiết bị chống sét đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống điện bằng cách hiệu quả giới hạn dòng và xung điện áp. Bảo vệ này mở rộng đến cả thiết bị điện áp thấp và cao, cũng như các đường truyền thông, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy và không gián đoạn của các thành phần này. Trong số các loại có sẵn, thiết bị chống sét phổ biến nhất có các điện trở oxit kim loại phi tuyến được bọc trong vỏ gốm hoặc silicone. Các thiết bị này được kết nối song song với mạch chúng được thiết kế để bảo vệ, cho phép chúng chuyển hướng an toàn năng lượng điện thừa vào lưới tiếp đất trong trường hợp xảy ra xung. Kết nối song song này đảm bảo rằng hoạt động bình thường của mạch không bị ảnh hưởng đồng thời cung cấp bảo vệ ngay lập tức khi xảy ra xung điện áp.

Sự phát triển của thuật ngữ và định nghĩa về thiết bị chống sét

Trước đây, thuật ngữ "thiết bị chống sét" thường được sử dụng trong các hệ thống điện. Tuy nhiên, hiện nay nó đã được thay thế bằng thuật ngữ toàn diện hơn "thiết bị chống sét". Trong những ngày đầu thiết kế hệ thống điện, vốn tương đối đơn giản, sét đánh là nguyên nhân chính gây ra hầu hết các quá điện áp. Nhưng trong các thiết kế hệ thống điện hiện đại và tiên tiến, nhiều yếu tố có thể dẫn đến quá điện áp. Những yếu tố này bao gồm việc giảm tải, thay đổi đột ngột tải công suất cao, và việc chuyển mạch ở các trạm biến áp siêu cao áp (EHV). Do đó, thiết bị chống sét hiện được sử dụng trong các trạm biến áp thay vì các thiết bị chống sét truyền thống. Thiết bị chống sét được thiết kế để bảo vệ hệ thống khỏi tất cả các nguồn gây ra xung điện áp, không chỉ sét đánh. Trong các đường dây truyền tải và phân phối điện áp thấp (LV) và trung bình (MV), thuật ngữ "thiết bị chống sét đường dây" cũng được sử dụng để chỉ các thiết bị bảo vệ chống lại cả sét đánh và các loại xung khác.

Thiết bị chống sét là gì?

Thiết bị chống sét là thiết bị bảo vệ quan trọng được thiết kế đặc biệt để bảo vệ các mạch điện khỏi tác động phá hủy của các tia sét. Các tia sét này tạo ra các xung điện áp tạm thời cực kỳ cao, cũng như các dòng xung do sét, tia lửa, và hồ quang cách ly.

Chức năng chính của thiết bị chống sét là bảo vệ hệ thống điện bằng cách an toàn chuyển hướng các xung điện áp cao xuống đất. Mặc dù dây tiếp đất hoặc dây nối đất cung cấp một mức độ bảo vệ cho các đường dây trên không và hệ thống điện khỏi các tia sét trực tiếp, nhưng chúng có thể không đủ để bảo vệ khỏi các sóng đi qua. Các sóng này có thể đạt đến các thiết bị và thiết bị được kết nối tại các điểm cuối, có thể gây thiệt hại đáng kể. Đây là nơi thiết bị chuyển hướng xung, hay thiết bị chống sét, đóng vai trò quan trọng. Chúng được thiết kế để bảo vệ hệ thống điện khỏi các xung do lỗi hoặc tia sét gây ra.

Thiết bị chống sét được lắp đặt chiến lược tại các điểm cao nhất của các cấu trúc, chẳng hạn như cột truyền tải, tháp, và các tòa nhà. Bằng cách làm như vậy, chúng cung cấp một con đường an toàn cho việc xả dòng và điện áp do tia sét tạo ra trực tiếp xuống đất. Điều này hiệu quả bảo vệ toàn bộ hệ thống điện khỏi các vấn đề do sét gây ra, đảm bảo tính toàn vẹn và hoạt động đáng tin cậy của các thiết bị và hạ tầng được kết nối.

Sự khác biệt chính giữa thiết bị chống sét và thiết bị chống sét

• Địa điểm lắp đặt：Thiết bị chống sét thường được lắp đặt bên trong bảng điều khiển, trong khi thiết bị chống sét được đặt bên ngoài. Sự khác biệt này trong địa điểm lắp đặt xuất phát từ chức năng bảo vệ riêng biệt của chúng.

• Phạm vi bảo vệ：Thiết bị chống sét bảo vệ hệ thống điện từ bên trong, bảo vệ các thành phần nội bộ khỏi các nhiễu điện khác nhau. Trong khi đó, thiết bị chống sét cung cấp bảo vệ bên ngoài, bảo vệ thiết bị khỏi các mối đe dọa điện từ bên ngoài.

• Bảo vệ chống lại：Thiết bị chống sét được thiết kế để bảo vệ hệ thống khỏi một loạt các hiện tượng điện, bao gồm sét, thao tác chuyển mạch, lỗi điện, và các xung điện áp và dòng điện tạm thời khác. Trong khi đó, thiết bị chống sét chủ yếu nhằm xử lý các tia sét và các xung liên quan.

• Cơ chế tiêu tán năng lượng：Thiết bị chống sét chặn các xung điện và chuyển hướng năng lượng dư thừa không mong muốn đến dây tiếp đất. Trong khi đó, thiết bị chống sét chuyển hướng dòng năng lượng trực tiếp xuống đất thông qua thiết bị chống sét, tạo ra một con đường kháng cự nhỏ nhất cho các điện tích do sét gây ra.

• Khả năng hoán đổi：Thiết bị chống sét đôi khi có thể được sử dụng thay thế cho thiết bị chống sét do khả năng bảo vệ rộng rãi hơn. Tuy nhiên, thiết bị chống sét không thể được sử dụng thay thế cho thiết bị chống sét vì chúng thiếu khả năng xử lý các xung điện không liên quan đến sét.

Kim thu sét là gì?

Kim thu sét, còn được gọi là dây dẫn sét, là thanh kim loại được làm từ các vật liệu như đồng, nhôm, hoặc các chất dẫn điện khác. Nó được lắp đặt trên đỉnh của các cấu trúc, bao gồm các cột và tháp truyền tải, các tòa nhà, và các công trình cao khác. Chức năng chính của nó là bảo vệ các cấu trúc này khỏi các tia sét trực tiếp.

Sét là một xả tĩnh điện xảy ra giữa mây và trái đất. Khi sét đánh trực tiếp vào các đường dây điện, nó có thể gây ra một đột biến nguy hiểm trong điện áp hệ thống, gây ra mối đe dọa lớn cho các hệ thống điện và thiết bị. Đây là nơi kim thu sét đóng vai trò quan trọng. Bằng cách cung cấp một con đường ưu tiên cho dòng điện sét, nó bảo vệ các hệ thống điện, thiết bị, và thiết bị khỏi tác động phá hủy của các tia sét trực tiếp.

Một trong những lợi ích của kim thu sét là chi phí tương đối thấp so với thiết bị chống sét. Được gắn trên bề mặt cao nhất của một tòa nhà hoặc tháp đường dây, nó cung cấp một con đường an toàn cho các điện tích tĩnh điện và dòng điện sét đạt tới đất. Tuy nhiên, để hoạt động hiệu quả, nó phải được tiếp đất đúng cách vào hệ thống tiếp đất, đảm bảo rằng các điện tích được tiêu tán an toàn vào đất.

Thiết bị kìm hãm xung là gì?

Thiết bị kìm hãm xung, còn được gọi phổ biến là thiết bị bảo vệ xung hoặc thiết bị kìm hãm tạm thời, là thiết bị cần thiết. Nó thường được lắp đặt trong bảng phân phối gia đình với chức năng chính là bảo vệ các hệ thống dây điện trong nhà khỏi các xung điện áp và xung chuyển mạch.

Các xung này có thể gây ra mối đe dọa đáng kể đối với các thiết bị điện và toàn vẹn của hệ thống điện trong nhà. Ví dụ, khi một tải cảm, như tủ lạnh, máy giặt, hoặc động cơ điện, được tắt, nó tạo ra các xung điện áp trong hệ thống điện. Hiện tượng này xảy ra theo các quy luật tự cảm và điện động lực ngược (back EMF). Khi dòng điện qua tải cảm giảm nhanh chóng, cuộn cảm phản ứng lại sự thay đổi này, tạo ra một xung điện áp lớn có thể đạt mức cao hơn nhiều so với điện áp hoạt động bình thường của hệ thống điện. Các xung này, nếu không được kiểm soát, có thể gây hư hỏng các thành phần điện tử nhạy cảm trong các thiết bị, làm gián đoạn hoạt động bình thường của các thiết bị điện, và có thể dẫn đến sửa chữa hoặc thay thế tốn kém. Thiết bị kìm hãm xung bước vào để chặn và chuyển hướng an toàn các xung điện quá mức, đảm bảo rằng điện áp trong hệ thống điện trong nhà vẫn nằm trong giới hạn an toàn và bảo vệ các thiết bị điện được kết nối khỏi bị hư hại.

Vai trò và cách hoạt động của thiết bị kìm hãm xung

Các xung điện áp đột ngột và xung này có thể gây hư hại nghiêm trọng cho các thiết bị điện nhạy cảm với điện áp định mức. Trong các mạch có tải cảm, hành động chuyển mạch của contactor có thể tạo ra các xung chuyển mạch. Các xung này không chỉ gây nguy hiểm cho contactor mà còn có thể gây hại cho các thiết bị khác được kết nối trong hệ thống điện. Để giải quyết vấn đề này, thiết bị kìm hãm xung thường được lắp đặt trong các contactor điện áp thấp (LV). Chức năng kép của nó là bảo vệ contactor khỏi các xung điện áp từ bên ngoài và bảo vệ toàn bộ hệ thống khỏi tác động có hại của hành động chuyển mạch của contactor.

Một thiết bị kìm hãm xung điển hình được thiết kế dưới dạng ổ cắm tiện ích với công tắc nguồn ON/OFF tích hợp. Nó có dây ba lõi, cho phép nó được cắm dễ dàng vào ổ cắm tường tiêu chuẩn. Cấu hình này giúp kết nối các thiết bị điện một cách thuận tiện, cung cấp bảo vệ ngay lập tức chống lại các dao động điện áp.

Các nguồn điện áp tiêu chuẩn trong các hộ gia đình, như 120V AC ở Hoa Kỳ và 230V AC ở Anh và Liên minh Châu Âu, được chỉ định là giá trị căn bậc hai trung bình (RMS), còn được gọi là giá trị hiệu dụng. Các giá trị RMS này đại diện cho điện áp DC tương đương sẽ cung cấp cùng một lượng công suất cho một tải điện trở. Đối với nguồn 120V RMS (tần số 60Hz), điện áp đỉnh là khoảng 170Vp, trong khi nguồn 230V RMS (tần số 50Hz) có điện áp đỉnh đạt khoảng 325Vp.

Tuy nhiên, trong trường hợp có các nhiễu điện do các yếu tố như sét đánh hoặc thao tác chuyển mạch, điện áp đỉnh có thể tăng lên hàng trăm volt hoặc thậm chí hàng nghìn volt dưới dạng các xung bất thường. Các sự kiện tạm thời này kéo dài rất ngắn, thường chỉ vài micro giây (10⁻⁶ giây). Dù thời gian ngắn ngủi, chúng có thể gây thiệt hại đáng kể cho các thiết bị điện tử nhạy cảm, thường được thiết kế để hoạt động trong một phạm vi điện áp hẹp.

Đây là nơi thiết bị kìm hãm xung đóng vai trò quan trọng. Chúng được thiết kế để theo dõi điện áp vào và ngăn chặn bất kỳ điện áp đỉnh nào vượt quá ngưỡng định trước. Ví dụ, thiết bị kìm hãm xung có định mức 250V sẽ hoạt động bình thường khi điện áp vào duy trì ở mức hoặc dưới 230V. Nhưng ngay khi các xung điện áp tạm thời vượt quá giới hạn 250V, thiết bị kìm hãm xung ngay lập tức chuyển hướng năng lượng dư thừa xuống đất. Phản ứng nhanh chóng này hiệu quả bảo vệ các thiết bị được kết nối bằng cách đảm bảo rằng điện áp chúng nhận được không bao giờ vượt quá giới hạn hoạt động an toàn, từ đó bảo vệ chức năng và kéo dài tuổi thọ của chúng.

Sự khác biệt giữa thiết bị chống sét và thiết bị kìm hãm xung

Các sự khác biệt chính giữa thiết bị kìm hãm xung và thiết bị chống sét nằm ở định mức điện áp và khả năng tiêu tán năng lượng. Thiết bị kìm hãm xung thường có định mức điện áp tương đối thấp, chỉ cao hơn một chút so với điện áp hoạt động bình thường của hệ thống điện mà nó phục vụ. Khả năng tiêu tán năng lượng của nó cũng hạn chế. Ngược lại, thiết bị chống sét có định mức điện áp cao hơn nhiều so với điện áp định mức của mạch. Quan trọng hơn, nó có khả năng tiêu tán năng lượng điện lớn hơn nhiều, trong khi vẫn đảm bảo cách điện của hệ thống điện không bị ảnh hưởng.

Điểm then chốt: Cần lưu ý rằng thiết bị kìm hãm xung không phù hợp để bảo vệ các mạch khỏi các xung và nhiễu do sét đánh. Thiết kế và khả năng của chúng không đủ để xử lý các sự kiện năng lượng và điện áp cực cao liên quan đến sét, đòi hỏi sự bảo vệ mạnh mẽ hơn từ thiết bị chống sét.