Thiết bị chống sét

Toàn bộ kiến thức căn bản cần biết về chống sét trực tiếp và chống sét lan truyền, chuẩn IEC

Tài liệu này cung cấp cho bạn tổng quan về chống sét trực tiếp (lightning protection) và chống sét lan truyền (surge protection) cho các hệ thống điện. Khám phá những vấn đề quan trọng nhất trong một nutshell. Hãy xem xét các giải pháp có sẵn cho những thách thức đa dạng mà ngành này đang phải đối mặt. Hoặc làm sâu sắc thêm kiến thức của bạn về mối quan hệ và nền tảng kiến thức về bảo vệ chống sét; một cái gì đó chỉ có các chuyên gia biết.

Chúng tôi chúc bạn - theo nghĩa chân thật nhất của từ - một bài đọc về điện!
Toàn bộ kiến thức căn bản cần biết về chống sét trực tiếp và chống sét lan truyền, chuẩn IEC

Những thắc mắc về sét trực tiếp và sét lan truyền

Bạn có thể có rất nhiều câu hỏi - từ các truy vấn cơ bản đến việc sét đánh thậm chí xảy ra như thế nào, với các chi tiết kỹ thuật về hệ thống lưới hoặc các thành phần riêng lẻ của khái niệm bảo vệ chống sét, ngay chính thiết bị đó. Tại đây bạn có thể tìm thấy câu trả lời cho các câu hỏi như:
- Sét đánh lan truyền là gì? Nó xảy ra như thế nào?
- Sát thương có thể gây ra do sét lan truyền gì?
- Bảo vệ chống sét lan truyền hoạt động như thế nào?
- Có những yêu cầu pháp lý hoặc tiêu chuẩn nào để bảo vệ chống sét lan truyền?
- Điều gì tạo nên khái niệm bảo vệ chống sét lan truyền nhất quán?
- Làm thế nào để kiểm tra chất lượng của các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền?
- Trong đó các ứng dụng là bảo vệ chống sét lan truyền đặc biệt quan trọng?

Chúng ta sẽ có câu trả lời cho những câu hỏi trên ở dưới đây.
 

1. Biến động điện áp (Surge voltages)

Các loại điện áp biến động có thể xảy ra trong các hệ thống điện và điện tử. Chúng khác nhau chủ yếu về thời gian và biên độ của chúng. Tùy thuộc vào nguyên nhân, biến động điện áp có thể kéo dài vài trăm micro giây, giờ hoặc thậm chí cả ngày. Biên độ có thể dao động từ vài milivolt đến khoảng mười nghìn vôn. Sét đánh là một nguyên nhân đặc biệt của điện áp biến động. Các dòng sét trực tiếp hoặc gián tiếp (lan truyền) có thể dẫn đến không chỉ ở biên độ điện áp tăng cao, mà còn đặc biệt là lưu lượng dòng cao và đôi khi kéo dài, sau đó có những ảnh hưởng rất nghiêm trọng.
 

1.1 Hiện tượng biến động điện áp 

Mỗi thiết bị điện có một cường độ điện môi đặc biệt chống lại điện áp tăng đột biến. Nếu mức điện áp tăng vượt quá sức mạnh này, trục trặc hoặc hỏng hóc có thể xảy ra. Điện áp tăng với biên độ rất cao trong phạm vi kilovolt thường là quá áp thoáng qua hay điện áp dâng, có nghĩa là chúng có thời gian tương đối ngắn, dao động từ vài micro giây đến vài trăm micro giây. Biên độ cao và thời gian ngắn, lần lượt, có nghĩa là điện áp rất đột ngột tăng lên và sự khác biệt điện áp cao, các hiệu ứng trong đó có thể được bảo vệ chống lại chỉ với bảo vệ tăng.

Mặc dù các nhà điều hành của một hệ thống điện có thể sử dụng các chế độ bảo vệ dự phòng tương ứng để sửa chữa thiệt hại vật chất cho hệ thống, có một nguy cơ riêng biệt cho thời gian hệ thống là xuống cho đến khi nó được sửa chữa. Thời gian chết này thường không được bảo vệ và trong một thời gian ngắn, có thể trở thành một gánh nặng tài chính nặng nề, đặc biệt là so với chi phí của một khái niệm cắt sét và chống sét lan truyền.
 

1.2 Những nguyên nhân (Causes)

Thời gian và biên độ điển hình của đột biến điện áp do sét thay đổi tùy theo nguyên nhân.

Cú sét đánh trực tiếp (Lightning strikes)
Lightning strikes: Sét đánh có khả năng phá hủy cực cao
Hình minh họa: Lightning strikes: Sét đánh có khả năng phá hủy cực cao

Sét đánh (sét điện từ xung, LEMP) có nguy cơ phá hoại lớn nhất trong số tất cả các nguyên nhân của điện áp tăng đột biến. Chúng gây ra điện áp dâng có thể mở rộng trong khoảng cách lớn và thường khiến cho các dòng biến động biên độ cao. Ngay cả những tác động gián tiếp của sét đánh có thể dẫn đến một điện áp tăng của vài kilovolt và dẫn đến dòng điện tăng lên hàng chục nghìn ampe. Mặc dù thời gian rất ngắn, từ một vài micro giây đến vài trăm micro giây, một sự kiện như vậy có thể dẫn đến thất bại hoàn toàn hoặc thậm chí là sự phá hủy cài đặt bị ảnh hưởng.

Hoạt động đảo mạch (Switching operations)
Động cơ điện công suất lớn tạo ra điện áp tăng do dòng điện chuyển đổi cao
Hình minh họa: Động cơ điện công suất lớn tạo ra điện áp tăng do dòng điện chuyển đổi cao

Các hoạt động chuyển mạch tạo ra các xung điện từ (chuyển mạch xung điện từ, SEMP), từ đó có thể dẫn đến các điện áp tăng đột biến có thể lan truyền tới các cáp điện. Lưu lượng dòng điện cực kỳ cao trong một thời gian ngắn trong thời gian ngắn mạch hoặc khi kích hoạt bởi người tiêu dùng với dòng điện chuyển đổi cao có thể gây ra điện áp dâng.

Phóng tĩnh điện (Electrostatic discharges)
Sự phóng tĩnh điện gây hại cho thiết bị điện tử
Hình minh họa: Tĩnh điện phóng điện có nguy hiểm, đặc biệt là các thiết bị điện tử nhạy cảm

Hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD) xảy ra nếu tiếp xúc với các bộ phận dẫn điện với cách tiếp cận điện thế khác nhau, dẫn đến việc trao đổi điện tích. Điều này có thể dẫn đến việc tạo ra điện tích tĩnh điện trong một phần dẫn điện tiếp xúc trong các hệ thống điện và điện tử. Cuối cùng, điện tích đạt đến mức cao đủ để phát ra một phần dẫn điện tiếp xúc với một chủ thể nguy cơ khác. Sự trao đổi đột ngột này dẫn đến một biến động điện áp. Điều này thể hiện mối nguy hiểm, đặc biệt là đối với các linh kiện điện tử nhạy cảm.
 

1.3 Các loại mắt xích coupling là nguyên nhân gây đột biến điện áp

Điện áp tăng có thể tác động tới mạch theo nhiều cách khác nhau. Trong thực tế, nó thường là một trường hợp chồng chéo giữa các loại mắt xích riêng lẻ.

Galvanic coupling
Hai mạch được kết nối với nhau theo cách dẫn điện có thể trực tiếp và ảnh hưởng lẫn nhau. Một sự thay đổi trong điện áp hoặc dòng điện trong một mạch tạo ra một phản ứng tương ứng trong mạch khác.

Cảm ứng từ thông Inductive coupling
Dòng điện tăng nhanh qua dây dẫn tạo ra từ trường, với mức độ mạnh xung quanh dây dẫn thay đổi nhanh chóng. Nếu một dây dẫn khác nằm trong từ trường này, thì theo nguyên lý cảm ứng, sự khác biệt điện áp xảy ra ở đây do sự thay đổi cường độ từ trường.

Ghép điện dung Capacitive coupling
Một điện trường xảy ra giữa hai điểm với tiềm năng khác nhau. Các sóng mang điện của các bộ phận dẫn điện tiếp xúc trong trường này được bố trí dựa trên hướng và cường độ trường theo nguyên lý vật lý của ảnh hưởng. Như vậy, một sự khác biệt tiềm năng cũng xảy ra trong phần dẫn điện tiếp xúc, nói cách khác, sự khác biệt điện áp.
 

1.4 Hoạt động trực tiếp

Điện áp chế độ bình thường (điện áp đối xứng, điện áp chế độ vi phân)
Nornal mode voltage
Hình minh họa: Normal-mode voltage

Điện áp tăng đối xứng có nguy cơ chủ yếu đối với thiết bị nằm giữa hai điện thế hoạt động. Chúng có thể gây hư hỏng nếu vượt quá sức chịu đựng của thiết bị.

Điện áp chế độ chung (điện áp không đối xứng)
Common-mode voltage
Hình minh họa: Common-mode voltage

Các điện áp xung chế độ chung chủ yếu gây ra nguy hiểm cho thiết bị nằm giữa các điện thế hoạt động (dây dẫn pha và dây dẫn trung tính) và điện thế mặt đất. Chúng có thể gây hư hỏng nếu vượt quá sức chịu đựng điện môi của thiết bị.
 

1.5 Những tác động và thiệt hại

Hiệp hội Bảo hiểm Đức (GDV) thường xuyên công bố số liệu thống kê, cho phép kết luận được rút ra trên tổng số thiệt hại do các nguyên nhân khác nhau gây ra. Theo các thống kê này, sau đám cháy và bão, sét đánh và điện áp tăng do sét lan truyền gây ra thiệt hại lớn nhất. Trong năm 2012, tỷ lệ thiệt hại của họ đối với tất cả các sản phẩm được bảo hiểm chiếm 18%. Nói cách khác, gần một phần năm của thiệt hại được bảo hiểm có thể được gây ra do sét lan truyền.

Lỗi thiết bị hoặc lỗi do điện áp tăng đột biến thường xuyên hơn dự kiến. Theo số liệu thống kê từ GDV, điện áp tăng đột biến do sét lan truyền là nguyên nhân thường gặp nhất gây ra thiệt hại này. Những con số này chỉ áp dụng cho thiệt hại dẫn đến hỏa hoạn.

Số trường hợp thiệt hại do sét đánh và điện áp tăng và chi phí thanh toán bảo hiểm
Hình minh họa 06: Số trường hợp thiệt hại do sét đánh và điện áp tăng và chi phí thanh toán bảo hiểm

Hình 6 cho thấy lượng sát thương gây ra bởi sét đánh trực tiếp và sét lan truyền trong năm 2013 theo báo cáo của GDV đã giảm khoảng 20% so với năm trước. Tuy nhiên, các khoản thanh toán tài chính của các nhà cung cấp bảo hiểm chỉ giảm 10%. Nếu các giá trị từ năm có thể so sánh năm 2010 được lấy làm cơ sở, điều này sẽ làm tăng chi phí khoảng 20%. Các công ty bảo hiểm xem xét một trong những nguyên nhân khiến các thiết bị điện tử ngày càng nhạy cảm đang tìm đường vào các hộ gia đình. Trung bình, một vụ sét đánh riêng lẻ hoặc thiệt hại từ sét lan truyền lên tới 800 euro vào năm 2013. Đây là số tiền cao nhất kể từ khi số liệu thống kê bắt đầu.

Tuy nhiên, đối với các hệ thống thương mại, hậu quả của sự thất bại (như thời gian chết hoặc mất dữ liệu) thường nghiêm trọng hơn nhiều. Sự hư hỏng của một thiết bị hoặc một máy được sử dụng trong một môi trường chuyên nghiệp thường dẫn đến chi phí cao hơn nhiều lần so với việc sửa chữa thiết bị bị lỗi. Ví dụ, nếu một tháp tế bào thất bại, chi phí cho nhà điều hành có thể nằm trong khoảng vài euro mỗi giây. Tính toán trong quá trình một ngày, điều này tương ứng với thiệt hại của hơn 100.000 euro.

Vì lý do này, một khái niệm bảo vệ tăng phù hợp là khẩn cấp cần thiết cho các hệ thống công nghiệp và kinh doanh. Nó không chỉ là một trường hợp có hiệu quả bảo vệ cho hỏa hoạn và con người, mà còn về việc loại bỏ khả năng rủi ro tài chính lớn. Một yếu tố bổ sung sẽ nhấn mạnh sự cần thiết của chống sét đánh và bảo vệ chống sét lan truyền trong tương lai là sự gia tăng xác suất sét đánh, như thể hiện bởi số liệu thống kê. Các nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra rằng là một phần của biến đổi khí hậu toàn cầu, tần suất bão được thiết lập để tăng lên. Sự phát triển này không chỉ giới hạn ở những vùng đã có nguy cơ cao bị tấn công mà còn mở rộng đến tất cả các vùng trên Trái đất.
 

2. Chống sét lan truyền: Những điều cần biết và xem xét?

Chống sét lan truyền hiệu quả không chỉ đơn giản là cài đặt. Nó phải được điều phối riêng dựa trên hệ thống được bảo vệ và các điều kiện môi trường xung quanh phổ biến trong khu vực. Vì lý do này, thiết kế và khái niệm phải nhất quán. Điều này có nghĩa là nhiều chi tiết phải được tính đến, cho tất cả mọi thứ từ các tiêu chuẩn và quy định để tạo ra một khái niệm vùng chống sét.
 

2.1 Nguyên lý hoạt động của chống sét lan truyền làm việc như thế nào?

Thiết bị chống sét lan truyền phải đảm bảo rằng điện áp tăng không gây hư hỏng cho các hệ thống máy móc thiết bị, thành phần máy móc hoặc thiết bị đầu cuối. Như vậy, các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) chủ yếu thực hiện hai nhiệm vụ:
- Hạn chế điện áp tăng về biên độ sao cho độ bền điện môi của thiết bị không được vượt quá.
- Xả dòng điện tăng liên quan đến điện áp tăng tới một mặt đất ở xa.

Sơ đồ cung cấp điện của một phần của thiết bị SPD
Hình minh họa 07: Sơ đồ cung cấp điện của một phần của thiết bị SPD

Ảnh hưởng của điện áp tăng như điện áp chế độ bình thường
Hình minh họa 08: Ảnh hưởng của điện áp tăng như điện áp chế độ bình thường

Ảnh hưởng của điện áp tăng như điện áp chế độ chung
Hình minh họa 09: Ảnh hưởng của điện áp tăng như điện áp chế độ chung

Cách thức hoạt động của thiết bị chống sét lan truyền có thể được giải thích một cách dễ dàng bằng biểu đồ cung cấp điện của thiết bị (Hình 7).

Như được mô tả trong Phần 1.4, điện áp tăng có thể phát sinh giữa các dây dẫn hoạt động như điện áp chế độ bình thường (Hình 8) hoặc giữa dây dẫn hoạt động và dây dẫn bảo vệ hoặc điện thế mặt đất như điện áp chế độ chung (Hình 9).


Hình minh họa 10: SPD between the active conductors

SPD between active conductors and the protective conductor
Hình minh họa 11: SPD between active conductors and the protective conductor

Với điều này trong tâm trí, các thiết bị chống sét lan truyền được lắp đặt song song với thiết bị, giữa các dây dẫn hoạt động (Hình 10) hoặc giữa các dây dẫn hoạt động và dây dẫn bảo vệ (Hình 11).

Thiết bị chống sét lan truyền hoạt động theo cách tương tự như công tắc tắt trong thời gian ngắn của điện áp tăng. Bằng cách đó, một loại ngắn mạch xảy ra; dòng điện dâng có thể chảy xuống đất hoặc tới mạng lưới cung cấp.

SPD between the active conductors in the case of normal-mode voltage
Hình minh họa 12: SPD between the active conductors in the case of normal-mode voltage

SPD between active conductors and the protective conductor in the case of common-mode voltage
Hình minh họa 13: SPD between active conductors and the protective conductor in the case of commonmode voltage

Điều này giới hạn sự khác biệt về điện áp (Hình 12 và 13). Mạch ngắn loại này chỉ kéo dài trong suốt thời gian của sự kiện điện áp tăng, thường là một vài micro giây. Như vậy, thiết bị được bảo vệ được bảo vệ và tiếp tục hoạt động không bị ảnh hưởng.
 

2.2 Các tiêu chuẩn chống sét trực tiếp và chống sét lan truyền (Lightning and surge protection standards)

Tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế cung cấp hướng dẫn để thiết lập một khái niệm cắt sét và chống sét lan truyền cũng như thiết kế của các thiết bị bảo vệ riêng lẻ. Một sự phân biệt được thực hiện giữa các biện pháp bảo vệ sau đây:
- Các biện pháp bảo vệ chống sét đánh: được quy định trong tiêu chuẩn chống sét IEC 62305 [1] [2] [3] [4]. Một thành phần quan trọng của điều này là một đánh giá rủi ro rộng lớn liên quan đến sự cần thiết, phạm vi và hiệu quả chi phí của một khái niệm bảo vệ.
- Các biện pháp bảo vệ chống lại tác động của khí quyển hoặc hoạt động chuyển mạch: quy định trong IEC 60364-4-44 [5]. So với IEC 62305, nó dựa trên một phân tích rủi ro rút ngắn và sử dụng điều này làm cơ sở cho việc đưa ra các biện pháp tương ứng.

Ngoài các tiêu chuẩn được đề cập, có thể cần phải tuân thủ các quy định pháp lý và quốc gia cụ thể khác, điều này thường làm cho việc sử dụng biện pháp chống sét lan truyền là một yêu cầu bắt buộc. Các phần sau không giải quyết các đặc tính riêng của các tiêu chuẩn ở các quốc gia khác nhau. Các tài liệu tham khảo theo tiêu chuẩn được đưa ra, trong phạm vi có thể, dựa trên các tài liệu IEC quốc tế.
 
2.2.1 Chống sét trực tiếp (cắt sét) theo IEC 62305

Phần 1: Đặc điểm của sét đánh
Trong Phần 1 của tiêu chuẩn này [1], các tính chất đặc trưng của sét đánh, khả năng xảy ra, và khả năng gây nguy hiểm được tính đến.

Phần 2: Phân tích rủi ro
Phân tích rủi ro theo Phần 2 của tiêu chuẩn này [2] mô tả một quá trình mà trước hết, sự cần thiết phải chống sét cho một cấu trúc vật lý được phân tích. Nhiều nguồn thiệt hại khác nhau, ví dụ: sét đánh trực tiếp trong tòa nhà, đi vào tiêu điểm, cũng như các loại thiệt hại phát sinh từ việc này:
- Tác động đến sức khỏe hoặc mất mát của cuộc sống
- Mất dịch vụ kỹ thuật cho công chúng
- Mất các đối tượng không thể thay thế có ý nghĩa văn hóa
- Lỗ tài chính

Các lợi ích tài chính được xác định như sau: tổng chi phí hàng năm cho hệ thống chống sét so với chi phí thiệt hại tiềm ẩn mà không có hệ thống bảo vệ?

Đánh giá chi phí dựa trên chi phí cho việc lập kế hoạch, lắp ráp và bảo trì hệ thống chống sét.

Các phần 3 và 4: Hỗ trợ lập kế hoạch và thông số kỹ thuật
Nếu đánh giá rủi ro xác định rằng yêu cầu chống sét và chi phí có hiệu quả thì loại và phạm vi của các biện pháp bảo vệ cụ thể có thể được lên kế hoạch dựa trên các phần 3 [3] và 4 [4] của tiêu chuẩn này. Mức độ chống sét được xác định bởi quản lý rủi ro là quyết định để xác định loại và phạm vi của các biện pháp.

Đối với các cấu trúc vật lý đòi hỏi mức độ an toàn cực kỳ cao, hầu hết các cú sét đánh phải được cắt tức thì và tiến hành một cách an toàn. Đối với các hệ thống có rủi ro còn lại cao hơn có thể chấp nhận được, các cú sét đánh với biên độ thấp hơn không bị cắt.

Hình 14 cho thấy biên độ sét hiện tại thấp nhất mà vẫn có thể được cắt một cách an toàn cũng như biên độ dòng sét cao nhất có thể được thực hiện một cách an toàn tùy thuộc vào mức độ chống sét. Điều này được mô tả bằng phương tiện của lớp chống sét Class I đến Class IV.

Hơn nữa, chúng mô tả xác suất thu sét đánh liên quan đến sự xuất hiện tổng thể của sét đánh. Lớp cấp cao nhất, lớp chống sét Class I, tương ứng với khả năng bắt được một cú đánh bằng 99%.

Biên độ dòng sét
Hình minh họa 14: Lightning protection classes in accordance with IEC 62305-1 [1] with corresponding minimum and maximum values of lightning current amplitude
 
2.2.2 Bảo vệ chống sét theo Tiêu chuẩn IEC 60364-4-44
IEC 60364-4-44 [5] bao gồm một mô tả các yêu cầu bảo vệ việc lắp đặt điện chống lại điện áp dâng gây ra bởi các tác động của khí quyển.

Khu vực ứng dụng của tiêu chuẩn bao gồm điện áp dâng được truyền bởi hệ thống cung cấp điện. Ngoài các điện áp tăng (chẳng hạn như điện áp phát sinh từ các hoạt động chuyển mạch), điều này bao gồm sét đánh trực tiếp trên đường cung cấp. Tuy nhiên, sét đánh trực tiếp trên hoặc gần một cấu trúc vật lý không được xem xét; trong những trường hợp này, tham khảo IEC 62305 [1-4].

Tương tự, tiêu chuẩn không áp dụng cho việc lắp đặt nếu các hậu quả từ điện áp tăng ảnh hưởng đến:
- Cấu trúc vật lý có nguy cơ nổ
- Các cấu trúc vật lý, nếu bị hư hỏng, có thể tác động đến môi trường (như hệ thống hóa chất hoặc nhà máy điện hạt nhân).

Thiết bị bảo vệ tăng đột biến phải được sử dụng theo IEC 60364-4-44 nếu quá áp quá mức có thể ảnh hưởng đến những điều sau:
- Đời sống con người; ví dụ, các hệ thống cho mục đích an toàn, các khu vực y tế
- Tổ chức công và văn hóa; ví dụ, thất bại của các dịch vụ công cộng, trung tâm viễn thông, bảo tàng
- Hoạt động công nghiệp hoặc thương mại; ví dụ: khách sạn, ngân hàng, công ty công nghiệp, thị trường thương mại, doanh nghiệp nông nghiệp

Trong tất cả các trường hợp khác, việc đánh giá rủi ro phải được thực hiện phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế. Tuy nhiên, có những độ lệch theo quốc gia cụ thể trong đó việc sử dụng biện pháp chống sét lan truyền thường là bắt buộc, làm cho việc đánh giá rủi ro không cần thiết.
 

2.3 Các biện pháp và thiết bị bảo vệ cơ bản

Để đảm bảo tổng số bảo vệ của một cấu trúc vật lý từ các tác động của sét đánh và sét lan truyền, các biện pháp bảo vệ khác nhau hoặc thiết bị được thiết kế riêng với nhau là bắt buộc. Phân loại rộng được hiển thị bên dưới:
- Bảo vệ chống sét bên ngoài;
- Bảo vệ chống sét bên trong;
- Nối đất và liên kết đẳng thế;
- Hệ thống SPD phối hợp
 
2.3.1 Bảo vệ chống sét bên ngoài hay còn gọi bảo vệ chống sét trực tiếp (External lightning protection)
Bảo vệ chống sét bên ngoài (Hình 15) nhằm mục đích chuyển hướng các cú sét đánh đến gần đối tượng được bảo vệ và truyền dòng sét từ điểm chạm vào mặt đất. Hình thành tia lửa nguy hiểm phải được ngăn chặn. Thiệt hại do nhiệt, từ hoặc hiệu ứng điện phải được ngăn chặn cũng thông qua thiết kế và kích thước phù hợp. Bảo vệ chống sét bên ngoài là một hệ thống bao gồm các kim thu sét, các thiết bị cắt sét và hệ thống nối đất.

Phần 3 của tiêu chuẩn IEC 62305 [3] là điều cần thiết cho việc lập kế hoạch và xây dựng các hệ thống chống sét bên ngoài. Xác định và xác định lớp chống sét là cơ sở cho việc này. Điều này có nguồn gốc từ phân tích rủi ro. Nếu không có quy định hoặc thông số kỹ thuật để bảo vệ chống sét bên ngoài, nên sử dụng lớp chống sét ít nhất là lớp III.

Vị trí của các kim thu sét trên tòa nhà cũng phải được xác định. Có ba phương pháp làm như vậy:
- Phương pháp hình cầu
- Phương pháp góc bảo vệ
- Phương pháp lưới

Để bảo vệ hệ thống chống sét bên ngoài, phải giữ khoảng cách tối thiểu giữa các đường dây điện và các cài đặt kim loại, được gọi là khoảng cách tách biệt.

Bảo vệ chống sét trực tiếp (bên ngoài)
Fig. 15 External lightning protection, here on a private residence, for example
 
2.3.2 Bảo vệ chống sét bên trong (Internal lightning protection)
Hệ thống chống sét bên trong nên ngăn chặn sự hình thành tia lửa nguy hiểm bên trong hệ thống. Tia lửa có thể được gây ra bởi điện áp tăng đột biến trong hệ thống chống sét bên ngoài hoặc trong các bộ phận dẫn điện khác của kết cấu vật lý.

Hệ thống chống sét bên trong bao gồm hệ thống liên kết đẳng thế và cách điện do đủ khoảng cách hoặc vật liệu thích hợp từ hệ thống chống sét bên ngoài.

Sự liên kết đẳng thế chống sét được thiết kế nhằm ngăn chặn sự khác biệt tiềm ẩn nguy hiểm. Với mục đích này, hệ thống chống sét chủ yếu được kết nối với các thiết bị kim loại, hệ thống bên trong, cũng như các hệ thống điện và điện tử trong hệ thống. Điều này xảy ra bằng các đường liên kết đẳng thế, thiết bị chống sét lan truyền hoặc bộ chống sét sừng.
 
2.3.3 Nối đất và liên kết đẳng thế
Hệ thống nối đất nhằm mục đích phân phối và xả dòng sét bị bắt xuống đất. Đối với quá trình này, hình học của hệ thống nối đất là rất quan trọng để có hiệu quả phát sinh dòng sét (không phải giá trị điện trở nối đất). Gắn kết đẳng thế hiệu quả cũng rất quan trọng. Liên kết đẳng năng kết nối tất cả các bộ phận dẫn điện với nhau thông qua cáp.

Dây dẫn hoạt động được tích hợp vào liên kết đẳng thế thông qua các thiết bị bảo vệ tăng.
 
2.3.4 Hệ thống SPD phối hợp
Một hệ thống SPD phối hợp được hiểu là một hệ thống đa cấp của các thiết bị bảo vệ tăng được phối hợp với nhau. Các điểm sau được khuyến nghị để đạt được hệ thống SPD hiệu năng cao:
- Chia cấu trúc vật lý thành vùng chống sét
- Kết hợp tất cả các cáp nối giữa các vùng khác nhau vào liên kết đẳng thế cục bộ bằng cách sử dụng SPDs phù hợp
- Phối hợp các loại SPD khác nhau: Các thiết bị phải hoạt động với nhau theo cách phối hợp để ngăn chặn các SPD riêng lẻ bị quá tải
- Sử dụng các đường cung cấp ngắn để kết nối SPD giữa các dây dẫn hoạt động và liên kết đẳng thế
- Đặt riêng cáp bảo vệ và không được bảo vệ
- Để tăng cường bảo vệ các mạch truyền tín hiệu, chỉ nên sử dụng thiết bị nối đất thông qua SPD tương ứng
 

2.4 Vùng chống sét (Lightning protection zones)

Vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ tăng trong cấu trúc vật lý được xác định bằng khái niệm vùng chống sét từ phần 4 của tiêu chuẩn chống sét IEC 62305 [4].

Nó phân chia một cấu trúc vật lý thành các vùng chống sét (LPZ), và làm như vậy từ bên ngoài vào bên trong với mức độ chống sét giảm. Trong khu vực bên ngoài chỉ có thiết bị kháng có thể được sử dụng. Tuy nhiên, trong khu vực nội bộ, thiết bị nhạy cảm cũng có thể được sử dụng. Các vùng riêng biệt được mô tả và đặt tên như sau:

Vùng chống sét với SPDs phối hợp tại các điểm tương ứng
Hình 16: Khái niệm vùng chống sét với SPDs phối hợp tại các điểm chuyển tiếp khu vực tương ứng

LPZ 0A
Khu vực không được bảo vệ bên ngoài tòa nhà có thể xảy ra sét đánh trực tiếp. Việc nối trực tiếp các dòng sét trong cáp và từ trường không bị sét đánh có thể dẫn đến nguy hiểm và hư hỏng.

LPZ 0B
Vùng bên ngoài tòa nhà được bảo vệ khỏi các tia sét trực tiếp, ví dụ, bởi một đầu cuối không khí. Từ trường không bị chập chờn của sét đánh và dòng điện gây ra có thể gây nguy hiểm và hư hại.

LPZ 1
Khu vực bên trong tòa nhà nơi có điện áp tăng cao hoặc dòng điện tăng và các trường điện từ mạnh vẫn được mong đợi.

LPZ 2
Khu vực bên trong một tòa nhà nơi điện áp tăng hoặc dòng điện tăng và trường điện từ đã bị suy yếu đáng kể sẽ được mong đợi.

LPZ 3
Khu vực bên trong tòa nhà, nơi điện áp tăng hoặc dòng điện được dự kiến ​​sẽ chỉ cực kỳ thấp hoặc hoàn toàn vắng mặt và các trường điện từ được dự kiến ​​sẽ chỉ rất yếu hoặc không tồn tại.

Tất cả các dây cáp giữa các khu vực phải sử dụng các thiết bị bảo vệ tăng cường phối hợp (Hình 16). Khả năng xả của chúng được dựa trên lớp chống sét để đạt được, được xác định theo yêu cầu pháp lý và yêu cầu của các cơ quan chính phủ và các công ty bảo hiểm, hoặc bằng phân tích rủi ro. Khi nói đến việc lựa chọn các thiết bị bảo vệ tăng, sử dụng tiêu chuẩn làm cơ sở, giả thiết rằng 50% dòng sét sẽ được thải ra mặt đất. 50% dòng sét khác được hướng đến việc lắp đặt điện thông qua liên kết đẳng thế chính và từ đó phải được tiến hành từ hệ thống SPD.
 

2.5 Nguyên lý bảo vệ vòng tròn


Chu trình bảo vệ chống sét
Hình minh họa 17: Protective circle

Một mô tả rõ ràng về khái niệm vùng chống sét được thể hiện bởi vòng tròn bảo vệ (Hình 17). Một vòng tròn tưởng tượng sẽ được vẽ xung quanh đối tượng cần được bảo vệ. Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền nên được lắp đặt tại tất cả các điểm mà các dây cáp cắt nhau vòng tròn này. Điều này đóng chặt khu vực bên trong vòng tròn bảo vệ. Khớp nối của điện áp tăng dòng giới hạn được kiểm duyệt để đạt được sự bảo vệ hiệu quả.

Vòng tròn bảo vệ phải bao gồm tất cả các đường dây điện và điện tử trong các lĩnh vực sau:
- Cung cấp năng lượng (Power supply)
- Công nghệ đo lường và kiểm soát (Measurement and control technology MCR)
- Công nghệ thông tin (Information technology)
- Hệ thống thu phát (Transceiver systems)
 

3. Phân loại và thử nghiệm các thiết bị chống sét lan truyền

Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền phải có các chức năng bảo vệ và thông số hiệu suất được xác định để làm cho chúng phù hợp để sử dụng trong các khái niệm bảo vệ tương ứng. Như vậy, chúng được phát triển, thử nghiệm và phân loại theo chuỗi tiêu chuẩn sản phẩm quốc tế của riêng chúng. Tuy nhiên, ngay cả trong quá trình sử dụng ở giai đoạn sau, hoạt động thích hợp và do đó tuân thủ chức năng bảo vệ phải được kiểm tra định kỳ, cũng như các thành phần liên quan đến an toàn khác trong lắp đặt điện và hệ thống điện tử.
 

3.1 Yêu cầu theo Tiêu chuẩn IEC 61643

Thiết bị chống sét lan truyền (SPD) thường được phân loại theo giá trị hiệu suất của chúng, tùy thuộc vào lớp bảo vệ và vị trí sử dụng; phân loại này được tìm thấy trong tiêu chuẩn sản phẩm IEC 61643. Nó chứa các định nghĩa về thuật ngữ, yêu cầu chung và quy trình thử nghiệm cho các thiết bị chống sét lan truyền. Một số tiêu chuẩn trong loạt bài này là:
- IEC 61643-11: Các thiết bị chống sét lan truyền bảo vệ tăng điện áp được kết nối với hệ thống điện hạ thế - Yêu cầu và phương pháp thử [6]
- IEC 61643-21: Thiết bị chống sét lan truyền kết nối với mạng viễn thông và tín hiệu - Yêu cầu hiệu suất và phương pháp thử [7]
- IEC 61643-31: Thiết bị chống sét lan truyền được kết nối với hệ thống điện hạ thế - Yêu cầu và phương pháp thử đối với thiết bị chống sét lan truyền được sử dụng trong lắp đặt quang điện (điện mặt trời) [8]

Trong tương lai, tiêu chuẩn sau sẽ được thêm vào loạt bài này:
- IEC 61643-41: Các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền được kết nối với hệ thống DC điện áp thấp - Yêu cầu và phương pháp thử
 

3.2 Các đặc điểm chính yếu của thiết bị chống sét lan truyền


Điện áp định mức (định danh) Nominal voltage (UN)
Giá trị danh định của điện áp của dòng hoặc mạch tín hiệu dựa trên việc sử dụng
dự kiến cho SPDs.

Điện áp danh nghĩa được chỉ định cho SPD tương ứng với điện áp hệ thống của khu vực cài đặt SPD điển hình cho hệ thống ba pha tiêu chuẩn, ví dụ: 230/400 V AC. Các hệ thống có điện áp hệ thống thấp hơn cũng có thể được bảo vệ bởi SPD. Trong trường hợp có điện áp hệ thống cao hơn, nó phải được quyết định trên cơ sở caseto (caseto-case) cho dù SPD có thể được sử dụng và nếu có những hạn chế để quan sát.

Dòng định mức (danh định, danh nghĩa) Nominal load current (IL)
Giá trị r.m.s. tối đa của dòng định mức, cho phép tải kết nối đến một trong các đầu ra được bảo vệ của SPD.

Giá trị cực đại này được xác định bởi các bộ phận mang dòng điện hoạt động trong các SPD; chúng phải có khả năng chịu được dòng điện tải nhiệt liên tục (the continuous thermal current load).

Khả năng chịu được ngắn mạch - Short-circuit withstand capability (ISCCR)
Dòng ngắn mạch tiềm tàng tối đa của mạng điện, mà SPD được đánh giá cùng với thiết bị bảo vệ quá dòng dội ngược.

Khả năng chịu được ngắn mạch cho biết dòng ngắn mạch tiềm năng tối đa mà SPD có thể được sử dụng tại vị trí lắp đặt. Các thử nghiệm tương ứng để xác định giá trị này được thực hiện liên quan đến thiết bị bảo vệ quá tải dòng tối đa cho phép (OCPD). Trong trường hợp các thiết bị chống sét lan truyền đặc biệt cho các hệ quang điện tương ứng với giá trị ISCPV, đây là dòng ngắn mạch trực tiếp tối đa dòng điện của một hệ thống mà SPD có thể được sử dụng.

Điện áp liên tục tối đa - Maximum continuous voltage (Uc)
Giá trị r.m.s. tối đa của điện áp được phép tiếp tục được cho qua các cực của SPD.

Điện áp liên tục tối đa phải cao hơn ít nhất 10% so với giá trị của điện áp danh định. Trong các hệ thống có độ lệch điện áp lớn hơn, SPDs có chênh lệch lớn hơn giữa Uc và Un phải được sử dụng.

Mức bảo vệ điện áp - Voltage protection level (Up)
Điện áp tối đa có thể xảy ra trên các khối đầu nối kết nối của SPD trong khi được nạp với một xung của độ dốc điện áp cụ thể và dòng điện xả của biên độ và dạng sóng được chỉ định.

Giá trị này mô tả hiệu ứng bảo vệ điện áp tăng của SPD. Trong trường hợp có biến động điện áp hoặc biến động dòng điện do sét lan truyền trong các thông số hiệu suất của SPD, điện áp được giới hạn an toàn ở mức tối đa của giá trị này tại các kết nối được bảo vệ của SPD.

Dòng điện sét - Lightning surge current (Iimp)
Giá trị đỉnh của dòng điện chạy qua SPD với hình dạng xung (10/350 μs).

Hình dạng xung (10/350 μs) của dòng sét lan truyền được sử dụng để mô phỏng luồng lưu lượng dòng của cú sét trực tiếp. Giá trị của dòng điện sét được sử dụng để kiểm tra đặc biệt SPD để chứng minh khả năng chịu tải của nó đối với dòng sét năng lượng cao. Tùy thuộc vào lớp chống sét được gán cho hệ thống chống sét, SPDs phải có giá trị tối thiểu tương ứng với giá trị đỉnh này.

Dòng xả danh định (danh nghĩa) - Nominal discharge current (In)
Giá trị đỉnh của dòng điện chạy qua SPD với hình dạng xung (8/20 μs).

Hình dạng xung (8/20 μs) của dòng điện tăng do sét lan truyền là đặc trưng của tác động của sét đánh gián tiếp (còn gọi là sét lan truyền) hoặc hoạt động chuyển mạch. Giá trị của dòng xả danh định được sử dụng cho một loạt các phép thử trên SPD, bao gồm cả các giá trị được sử dụng để xác định mức bảo vệ điện áp. Tùy thuộc vào lớp chống sét được gán cho hệ thống chống sét, SPDs phải có giá trị tối thiểu tương ứng với giá trị đỉnh này.

Điện áp hở mạch (không tải) - Off-load voltage (UOC)
Điện áp không tải của máy phát điện lai tại các điểm đầu cuối của SPD.

Một máy phát điện lai tạo ra một sự gia tăng kết hợp; ví dụ: khi tải. Nó cung cấp một xung điện áp với một hình dạng xung xác định, nói chung (1,2 / 50 μs), và trong một mạch ngắn, một xung dòng với một hình dạng xung được xác định, nói chung (8/20 μs). Sự gia tăng kết hợp là đặc trưng của các hiệu ứng của điện áp tăng do sét lan truyền. Tùy thuộc vào lớp bảo vệ được gán cho hệ thống chống sét, SPDs phải có giá trị tối thiểu tương ứng với giá trị này.

Các xung điện áp và xung dòng chuẩn - Normative surge current and voltage surge pulses

Đường cong xung dòng điện, dạng sóng 8/20 μs
Fig. 19: Curve for a (8/20 μs) surge current pulse

Đường công xung điện áp dâng, dạng sóng 1.2/50 μs
Fig. 20: Curve for a (1.2/50 μs) voltage surge pulse

Đường cong xung dòng điện dâng, dạng sóng 10/350 μs
Fig. 21: Curve for a (10/350 μs) surge current pulse

Chức năng giới hạn điện áp của SPDs được kiểm tra, ví dụ, sử dụng xung dòng với hình dạng xung (8/20 μs) (Hình 19), tức là, với thời gian tăng 8 μs và thời gian phân rã thành một nửa giá trị 20 μs. Hình dạng xung này cũng cung cấp thông tin về hành vi phản ứng động của SPD. Đối với SPDs chuyển mạch điện áp, chẳng hạn như thiết bị chống sét sừng hoặc thiết bị xả sét (buồng khí xả xung) gas-filled surge, hành vi phản ứng này cũng được thử nghiệm bằng cách sử dụng xung xung điện áp rất nhanh với hình dạng xung (1.2 / 50 μs) (Hình 20).

SPDs được thiết kế để bảo vệ chống lại dòng sét trực tiếp được kiểm tra thêm bằng cách sử dụng xung dòng với hình dạng xung (10/350 μs) (Hình 21).

Biên độ dựa trên dòng điện sét được chỉ định bởi nhà sản xuất cho thiết bị. Hình dạng xung này chứa nhiều lần tải điện so với hình dạng xung (8/20)), ở cùng biên độ. Do đó, nó đặt tải trọng cao hơn đáng kể trên SPD về năng lượng.
 

3.3 Bảo trì và thử nghiệm theo IEC 62305

Để đạt được tính sẵn sàng cao của hệ thống, các nhà khai thác hệ thống phải thường xuyên kiểm tra và duy trì hệ thống điện của họ (Bảng 1). Điều này được quy định bởi các nhà lập pháp, cơ quan giám sát hoặc các hiệp hội chuyên nghiệp dựa trên loại hệ thống tương ứng. Thường xuyên kiểm tra và bảo trì hệ thống chống sét (bảo vệ chống sét bên ngoài (trực tiếp) và bên trong (gián tiếp)) cũng được yêu cầu trong Phụ lục E.7 của tiêu chuẩn chống sét IEC 62305-3 [3]. Kiến thức chuyên gia là cần thiết để thực hiện kiểm tra chuyên nghiệp của hệ thống chống sét. Vì lý do này, kiểm tra này phải được thực hiện bởi một chuyên gia chống sét. Kiểm tra SPDs cũng là một phần của điều này. Tiêu chuẩn này cũng yêu cầu bảo trì được ghi lại đúng cách. Ba điểm sau đây đặc biệt quan trọng cần lưu ý:
 
Lightning protection class Visual check (years) Comprehensive testing (years) Comprehensive testing in critical situations (years)
I and II 1 2 1
III and IV 2 4 1
Table 1: Testing intervals in accordance with IEC 62305-3 [3]

- "Thử nghiệm toàn diện trong các tình huống quan trọng" liên quan đến cấu trúc vật lý có chứa các hệ thống hoặc hệ thống nhạy cảm với một số lượng lớn người.
- Cấu trúc vật lý được bảo vệ chống nổ, phải được kiểm tra bằng mắt mỗi 6 tháng. Các thử nghiệm điện của các cài đặt nên được thực hiện mỗi năm một lần.
- Đối với các hệ thống có yêu cầu nghiêm ngặt về mặt công nghệ an toàn, ví dụ, nhà lập pháp có thể quy định một kiểm tra toàn diện. Điều này có thể cần thiết nếu có sét đánh trong phạm vi bán kính nhất định của hệ thống tương ứng.


3.3.1 Electrical test
Tại thời điểm này câu hỏi đặt ra là chính xác những gì nên được bao phủ bởi một bài kiểm tra toàn diện. Việc kiểm tra trực quan một mình thường không thể cung cấp một ý tưởng về hiệu quả chức năng của SPD. Một thử nghiệm điện, tuy nhiên, có thể xác minh rõ ràng khả năng hoạt động của SPD.

Khi một thử nghiệm điện được thực hiện trên SPDs và mô phỏng một xung áp tăng thực, điện áp thử nghiệm được chọn sao cho SPD "hoạt động", nghĩa là, trở nên dẫn điện. Kết quả đo sau đó được so sánh với các giá trị tham chiếu và được đánh giá.


3.3.2 Thiết bị test CHECKMASTER 2
The CHECKMASTER 2 (Fig. 22) là thiết bị kiểm tra điện áp cao, di động, dễ dàng và dễ sử dụng từ Phoenix Contact cho các thiết bị chống sét lan truyền dạng cắm (pluggable). Nó thực hiện một thử nghiệm điện một cách tự động của SPDs dạng cắm (pluggable).

Ưu điểm Advantages
Thiết bị kiểm tra thông minh với thiết kế kiểu mô-đun được trang bị màn hình vận hành, máy quét mã vạch và bộ điều khiển logic lập trình cũng như bộ cấp nguồn điện áp cao, hạn chế, có thể điều khiển từ xa. Nhờ sử dụng bộ điều hợp thử nghiệm, CHECKMASTER 2 có thể dễ dàng được điều chỉnh cho các thiết bị chống sét lan truyền khác nhau. Các bộ điều hợp thử nghiệm này dễ thay thế mà không có các công cụ và không cần phải tắt thiết bị thử nghiệm.

CHECKMASTER 2 không chỉ phát hiện các thiết bị chống sét lan truyền bị lỗi. Nó cũng có thể phát hiện các thiết bị chống sét lan truyền bị hư hỏng trước đó với các thông số điện ở giới hạn của phạm vi dung sai đã xác định.

Để có thể kiểm tra các thiết bị chống sét lan truyền sẽ được phát triển trong tương lai, các bản cập nhật phần mềm có thể được thực hiện thông qua thanh USB. Chúng có sẵn cho cơ sở dữ liệu thành phần, phần mềm và ngôn ngữ hoạt động.

Hồ sơ thử nghiệm với kết quả thử nghiệm, vị trí lắp đặt và giá trị chữ và số được lưu trữ theo cách không an toàn và có thể được lưu trên thanh USB thông qua giao diện USB. Nó có thể được xử lý thêm bằng phần mềm Office chuẩn (MS Word, MS Excel, v.v.).

CHECKMASTER 2
CHECKMASTER 2 high-voltage test device
CHECKMASTER 2 high-voltage test device

CHECKMASTER 2 cho phép kiểm tra thuận tiện, hoàn toàn tự động các thiết bị bảo vệ tăng có thể cắm được. Các thiết bị bảo vệ tăng bị hỏng hoặc quá tải được phát hiện đáng tin cậy và có thể được thay thế như một biện pháp phòng ngừa. Tất cả các kết quả kiểm tra được ghi chép theo tiêu chuẩn.
 

3.4 Xung và công nghệ thử nghiệm dòng điện cao thế

Các thiết bị chống sét lan truyền hiệu quả hơn, chúng được thiết kế phù hợp hơn với các yêu cầu và các tính năng đặc biệt của khu vực ứng dụng của chúng. Do đó, việc phát triển các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền yêu cầu mô phỏng trong phòng thí nghiệm về các điều kiện vận hành - hoặc cụ thể hơn là các điều kiện điện và các sự kiện điện áp tăng đột biến được dự đoán.

Mô phỏng thực tế các sự kiện xung điện áp (do sét lan truyền, phóng tĩnh điện, chuyển mạch, ...)
Đối với chứng nhận kỹ thuật dựa trên thử nghiệm của SPD hiệu suất cao thuộc mọi loại, hành vi đoản mạch của hiệu suất cao, hệ thống cấp điện hạ thế phải được mô phỏng. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một biến áp ba pha có thể điều chỉnh với hành vi ngắn mạch có thể điều chỉnh. Mô phỏng này được kết hợp với một bộ tạo dòng điện tăng hay xung dòng, tạo ra dòng điện đột biến thường được tạo ra bởi các sự kiện điện áp tăng đột biến. Nó chỉ là một sự sắp xếp thử nghiệm loại này mà hiệu suất của các thiết bị bảo vệ có thể được xác định, cũng như tương tác của chúng với các hệ thống cung cấp điện khác nhau. Tiêu chuẩn IEC 61643-11 [6] mô tả quy trình thử nghiệm trong ngữ cảnh này được gọi là thử nghiệm vận hành. Trong quá trình thử nghiệm này, thiết bị bảo vệ tăng đột biến (xung áp, xung dòng) hay đơn giản hơn gọi là thiết bị chống sét lan truyền phải chịu dòng xung tăng trong khi nó được kết nối đồng thời với một hệ thống cấp điện được tham số cụ thể. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống kiểm tra như vậy, thường bao gồm một bộ tạo xung dòng, thiết bị bảo vệ tăng áp - dòng và hệ thống cấp nguồn tần số dòng, được mô tả trong hình 24.

Mô phỏng dòng điện sét
Các máy phát xung dòng (Hình 27) là các bộ phận chính của phòng thí nghiệm về dòng điện; chúng giúp xác định khả năng xả, các thành phần thử nghiệm để bảo vệ chống sét bên ngoài, và cũng thể hiện chức năng của các khái niệm bảo vệ chống sét lan truyền. Chúng mô phỏng dòng điện sét với biên độ lên đến 100 kA với một xung (10/350 μ) và dòng điện tăng, ví dụ, bao gồm chuyển đổi điện áp tăng do sét lan truyền với biên độ 200 kA hoặc cao hơn với hình dạng xung (8 / 20 μs).

Kiểm tra hoàn toàn tự động
Các yêu cầu đối với thiết bị chống sét lan truyền theo IEC 61643-11 [6] gọi cho các phép thử (Hình 26) đánh giá hành vi quá tải và lỗi. Một thử nghiệm quan trọng mô phỏng sự lão hóa của thiết bị bảo vệ tăng điện áp và dòng (sét lan truyền) là kết quả của việc tăng dòng rò là kiểm tra độ ổn định nhiệt. Thử nghiệm này có thể mất vài giờ. Các trình tự kiểm tra chuyên sâu và tốn thời gian tương tự được định nghĩa trong IEC 61643-21 [7] cho SPDs để sử dụng trong các mạch truyền tín hiệu.

Công nhận phù hợp với tiêu chuẩn DIN EN ISO / IEC 17025
Nó không chỉ là thiết bị kỹ thuật của phòng thí nghiệm thử nghiệm mà đếm. Cũng quan trọng là chuyên môn kỹ thuật của nhân viên, hiệu quả của hệ thống quản lý về đảm bảo chất lượng, cũng như tính độc lập và công bằng của các tiêu chí kiểm tra. Các yêu cầu thiết yếu về chuyên môn cho các phòng thử nghiệm và hiệu chuẩn được mô tả trong DIN EN ISO / IEC 17025. Việc thực hiện và tuân thủ tiêu chuẩn này có thể được kiểm tra và xác nhận bởi Cơ quan công nhận Đứ (the German Accreditation Body (DAkkS)).
 

4. Tính năng chất lượng của thiết bị chống sét lan truyền

Chất lượng và hiệu suất của các thiết bị chống sét lan truyền bảo vệ phát sinh xung áp và xung dòng là khó cho một khách hàng để đánh giá. Chức năng chính xác chỉ có thể được kiểm tra trong các phòng thí nghiệm với thiết bị phù hợp. Vì vậy, ngoài sự xuất hiện bên ngoài và haptics, chỉ có các dữ liệu kỹ thuật được cung cấp bởi nhà sản xuất có thể cung cấp bất kỳ hướng dẫn. Quan trọng hơn nữa là một tuyên bố đáng tin cậy từ nhà sản xuất về hiệu suất của SPD và hoàn thành thành công các thử nghiệm được thiết lập trong phần tương ứng của loạt tiêu chuẩn IEC 61643.
 

4.1 Tuyên bố phù hợp CE

Một tuyên bố ban đầu về chất lượng là Tuyên bố về sự phù hợp của CE. Nó xác nhận rằng sản phẩm tuân thủ Chỉ thị điện áp thấp 2014/35 / EU của Liên minh châu Âu. Thực hiện các yêu cầu thử nghiệm trong loạt tiêu chuẩn EN 61643, dựa trên dòng IEC 61643, là cơ sở chính để đánh giá các thiết bị bảo vệ tăng.

Xin lưu ý: Việc đánh giá và công bố phù hợp CE do nhà sản xuất cung cấp. Do đó, không có nghĩa là một con dấu của sự chấp thuận của một viện độc lập hoặc xác nhận khác của một kiểm tra hoặc đánh giá sản phẩm của một bên thứ ba. Dấu CE chỉ có nghĩa là nhà sản xuất đã xác nhận tuân thủ các quy định có liên quan liên quan đến sản phẩm của mình. Nếu không tuân thủ các quy định có liên quan hoặc lạm dụng đánh dấu CE được chứng minh, các bước pháp lý có thể được bắt đầu thậm chí có thể dẫn đến việc cấm thị trường khởi động dưới sự giám sát của Liên minh châu Âu.
 

4.2 Chứng nhận sản phẩm độc lập

Chứng nhận sản phẩm độc lập của các thiết bị chống sét lan truyền SPD
Dấu hiệu chất lượng thực sự là chứng nhận sản phẩm từ một viện kiểm tra độc lập. Những điều này có thể xác nhận việc thực hiện các yêu cầu kiểm tra tương ứng được quy định trong các tiêu chuẩn. Hơn nữa, họ cũng có thể ghi lại các đặc điểm bổ sung của sản phẩm, chẳng hạn như đề kháng với các tác động của cú sốc và dao động hoặc yêu cầu an toàn của thị trường nội địa cụ thể.

Các yêu cầu quy định đặt trên SPD đôi khi yêu cầu các thử nghiệm rất phức tạp mà chỉ có một vài phòng thí nghiệm thử nghiệm trên thế giới hoàn toàn có khả năng thực hiện. Đối với ngày càng nhiều nhà sản xuất và nhà cung cấp SPDs, cụ thể là trong phân khúc giá thấp hơn, các thông số kỹ thuật liên quan đến hiệu suất của các thiết bị cũng được tính đến. Như vậy, việc chứng nhận độc lập của SPDs, và do đó cũng xác nhận các thông số kỹ thuật hiệu suất, ngày càng trở nên quan trọng hơn.

KEMA, VDE, ÖVE, và nhiều hơn nữa Những nhãn hiệu chứng nhận này từ các viện kiểm nghiệm độc lập xác nhận, ví dụ, phiên bản hiện tại của các yêu cầu thử nghiệm tương ứng từ loạt tiêu chuẩn IEC 61643 đã được hoàn thành.

UL, CSA, EAC, và nhiều hơn nữa Những chứng nhận này là những ví dụ về các yêu cầu đối với một số thị trường trong nước.

Hơn nữa, theo tiêu chuẩn riêng của họ, UL và CSA đặt yêu cầu an toàn đối với các sản phẩm cho thị trường Bắc Mỹ hoặc các khu vực chịu ảnh hưởng của thị trường Mỹ. Ngược lại, EAC chủ yếu là sự chấp thuận hành chính của các sản phẩm cho Khu vực Kinh tế Á-Âu. Nó giống như Tuyên bố về sự phù hợp của CE và cũng có thể thu được trên cơ sở này.

GL, ATEX, IECEx, và nhiều hơn nữa Các phê duyệt này xác nhận hành vi của sản phẩm trong các điều kiện môi trường cụ thể.

GL xác nhận sự kháng cự của các sản phẩm đối với các ảnh hưởng bên ngoài trong môi trường hàng hải cũng như trên biển, ví dụ, các cú sốc, độ rung, độ ẩm hoặc nồng độ muối.

ATEX và IECEx, lần lượt, xác nhận sự phù hợp của sản phẩm để sử dụng trong các khu vực có khả năng gây nổ, chẳng hạn như những khu vực thường xuyên tồn tại trong ngành công nghiệp chế biến.
 

5 Hệ thống giám sát sét Lightning monitoring system

Sét đánh gây thiệt hại nghiêm trọng cho các tòa nhà và hệ thống. Chúng là một mối nguy hiểm đặc biệt đối với các cấu trúc lộ ra ngoài như công viên gió ngoài khơi, cột radio, các cơ sở giải trí hoặc các tòa nhà cao tầng. Nó là thực tế không thể cho nhân viên liên tục theo dõi hệ thống tiếp xúc hoặc quy mô lớn, có nghĩa là thiệt hại được phát hiện quá muộn.

Hệ thống giám sát sét LM-S có thể phát hiện và phân tích sét đánh trong thời gian thực. Nó cung cấp thông tin trực tuyến về cường độ của cuộc đình công dựa trên các thông số ảnh hưởng của sét đánh. Bằng cách hợp nhất các thông số vận hành hệ thống và dữ liệu đo lường, hệ thống cung cấp một cơ sở chứng minh để đưa ra các quyết định về kiểm soát và bảo trì.
 

5.1 Giám sát thông minh Smart monitoring

The lightning monitoring system
Fig. 33: The lightning monitoring system

Sét đánh có thể gây thiệt hại nghiêm trọng cho các tòa nhà và hệ thống. Chúng có thể dẫn đến phá hủy rộng rãi, điều này cũng có thể gây ra thiệt hại do hậu quả.

Thiệt hại về cơ bản phụ thuộc vào phí của cuộc đình công. Tuy nhiên, thiết kế của khái niệm chống sét và chống sét cũng có ảnh hưởng đến mức độ thiệt hại.

Các hệ thống đặc biệt có nguy cơ bị sét đánh là ở những vị trí tiếp xúc hoặc với diện tích bề mặt lớn, ví dụ như máy phát điện tuabin gió, hệ thống phát điện, hoạt động công nghiệp bao phủ diện tích lớn và hệ thống đường sắt.

Trong các hệ thống như vậy, hoàn toàn chống sét nói chung là rất khó khăn, hoặc thậm chí không thể, để thực hiện. Thiệt hại hoặc phá hủy hệ thống thường chỉ được theo dõi sau khi thiệt hại do hậu quả đã xảy ra.

Kết quả là, các hệ thống giám sát thông minh được sử dụng ngày càng nhiều. Họ liên tục theo dõi tình trạng của một hệ thống. Họ ngay lập tức báo cáo các sự kiện bất thường và sai số tham số cho một đơn vị đánh giá trung tâm. Điều này giúp tạo điều kiện phản ứng nhanh với các trục trặc hoặc hư hỏng có thể xảy ra và do đó, phòng ngừa thiệt hại tiếp theo và thời gian ngừng hoạt động lâu dài.
 

5.2 Phát hiện dòng sét Lightning current detection

Operating principle, Faraday effect
Fig. 34: Operating principle, Faraday effect

Hệ thống giám sát sét LM-S (Hình 33) cung cấp tùy chọn phát hiện sét: Nếu sét đánh sét, từ trường sẽ tạo thành xung quanh tia sét. Hiệu ứng Faraday chỉ ra rằng từ trường như vậy có thể thay đổi sự phân cực của sóng ánh sáng. LM-S cuối cùng sử dụng hiệu ứng này để đo dòng sét. Đối với quá trình này, một tín hiệu ánh sáng ở phía trước của đường đo của cảm biến được phân cực. Mặt phẳng phân cực của tín hiệu ánh sáng sau đó được quay trong đường đo khi nó đi qua từ trường.

Sử dụng một bộ lọc phân cực bổ sung, vòng quay của mặt phẳng phân cực của ánh sáng có thể được xác định và sau đó là cường độ của từ trường hoạt động trên đường đo. Bằng cách này, các đặc điểm của các sự kiện sét - biên độ, độ dốc dòng sét, năng lượng và điện tích cụ thể - có thể được tính toán bởi đơn vị đánh giá và được lưu trữ cùng với ngày và thời gian của sét đánh.

Nếu sét đánh được đo bằng tua-bin gió hoặc các tòa nhà, kết luận có thể rút ra bất kỳ lúc nào từ mối quan hệ giữa các tham số sét và tác hại hoặc phá hủy liên quan.

Hệ thống thông tin sét được sử dụng để thu thập thông tin về sét đánh để giải quyết khiếu nại. Các hệ thống này có thể xác định được sét đánh với độ chính xác lên đến 200 m. Cho dù và tại điểm nào sét đánh vào một tòa nhà hoặc hệ thống chỉ có thể được xác định bằng một hệ thống giám sát sét như LM-S.

LM-S lightning monitoring system
Burj Khalifa, LM-S application
Fig. 35: Burj Khalifa, LM-S application

Hệ thống giám sát sét phát hiện sét đánh trong hệ thống chống sét của tòa nhà hoặc hệ thống. Tất cả các dữ liệu đo được có thể được truy cập từ xa thông qua các giao diện khác nhau như giao diện web tích hợp hoặc Modbus. Các biến đo lường của sét đánh bao gồm:
- Biên độ Ipeak
- Gradient di / dt
- Tải Q
- Năng lượng riêng W / R
 

6. Các lĩnh vực ứng dụng (Fields of application)

Loạt tiêu chuẩn IEC 61643 phân chia các lĩnh vực ứng dụng trong đó các thiết bị chống sét lan truyền được triển khai trong các hệ thống điện áp thấp (điện hạ thế), mạng lưới xử lý tín hiệu và viễn thông và lắp đặt quang điện. Nói chung, tất cả các khu vực có điều kiện tiên quyết hệ thống riêng lẻ rất khác nhau. Tương ứng, các giải pháp hoặc các bước liên quan có thể khác nhau rất nhiều. Nó là giá trị kiểm tra các ứng dụng này chi tiết hơn.
 

6.1 Bảo vệ hệ thống AC

6.1.1 Phân loại SPD và công nghệ ứng dụng
Khái niệm vùng bảo vệ chống sét cung cấp các thiết bị chống sét lan truyền phối hợp cho tất cả các cáp nối giữa các vùng. Giá trị công suất của chúng được dựa trên lớp bảo vệ cần đạt được.

Như vậy, các SPD khác nhau được yêu cầu dựa trên các điểm chuyển tiếp vùng (xem Bảng 2). Các yêu cầu đối với các loại SPD riêng lẻ được xác định trong tiêu chuẩn IEC 61643- 11 [6] cho các thiết bị chống sét lan truyền được sử dụng trong các hệ thống điện áp thấp (hạ thế).

Một khái niệm bảo vệ đa cấp có nguồn gốc từ điều này (Hình 36).
 
Zone transition  SPD type  Designation
LPZ 0-->  LPZ 1  Type 1  Lightn. current arrester/protective device
LPZ 0B -->  LPZ 1  Type 2  Surge protective device
LPZ 1   --> LPZ 2  Type 2  Surge protective device
LPZ 2   --> LPZ 3  Type 3  Device protection

Table 2: Lightning protection zone transition and corresponding SPD type


Khái niệm bảo vệ chống sét đa tầng
Fig. 36: Multi-level protection concept

Chức năng đa cấp giới hạn mức độ chống sét từ vùng này sang vùng khác. Biên độ và mức năng lượng cụ thể của xungđiện áp tăng hoặc xung dòng điện tăng sẽ được giảm dần. Giá trị điện áp mà SPDs cá nhân phải hạn chế điện áp tăng cũng giảm. Điều này đạt được bằng các mức bảo vệ điện áp thấp tương ứng dựa trên độ bền điện môi của thiết bị được bảo vệ trong vùng lân cận.

Cường độ điện môi được quy định theo IEC 60664-1 [9] trong các loại quá áp I đến IV (Bảng 3).
 
Nominal voltage of the power supply system Conductor-neutral
conductor voltage
derived from the total
nominal AC voltage
or nominal DC
voltage
Rated surge voltage
Overvoltage category
Three-phase Single-phase I II III IV
    50 330 500 800 1500
100 500 800 1500 2500
120 - 240 150 800 1500 2500 4000
230/400
277/480
  300 1500 2500 4000 6000
400/690   600 2500 4000 6000 8000
1000   1000 4000 6000 8000 12000
Table 3: Overvoltage categories based on the nominal voltage
 
6.1.2 Thiết bị chống sét lan truyền loại một Type 1 (T1): Thiết bị cắt dòng sét/ Thiết bị kết hợp bảo vệ (Type 1: Lightning current arrester/combination protective device)
Thiết bị chống sét lan truyền loại 1 phải đáp ứng các yêu cầu cao nhất về biên độ và năng lượng cụ thể từ xung dòng điện tăng, vì chúng được cho là để bảo vệ chống lại các tác động của sét đánh trực tiếp. Nhu cầu đặt trên khả năng chịu được ngắn mạch cũng rất cao trong môi trường cài đặt phân phối chính điển hình. Công nghệ mạnh mẽ là cần thiết để đáp ứng các yêu cầu này, chẳng hạn như công nghệ chống sét sừng hay khe hở phóng điện (spark gap technology).

Spark gap technology

Fig. 37: Graphic symbol of an enclosed spark gap

Nguyên tắc hoạt động của chống sét sừng spark gap ban đầu rất đơn giản: Hai điện cực được đặt ở khoảng cách đã được định vị đặt cách nhau. Chúng được phân tách bằng môi trường, chẳng hạn như không khí, do đó sự sắp xếp này ban đầu có hiệu ứng cô lập (Hình 37). Nếu điện áp có mặt giữa hai điện cực vượt quá cường độ điện của không khí (khoảng 3 kV / mm) trong không gian này do điện áp tăng, một dòng hồ quang điện được hình thành. So với một trạng thái cách điện với một điện trở trong phạm vi giga-ohm, trở kháng của hồ quang điện cực kỳ thấp và do đó sụt điện áp trên ống xả sét là tốt.

Đặc tính này lý tưởng cho việc xả dòng sét: điện áp còn lại thấp hơn của ống (buồng) xả, đầu vào năng lượng càng thấp được quản lý. Đặc tính phi tuyến liên quan đến sự thay đổi trở kháng đột ngột, và do đó cũng có sự khác biệt điện áp trên chống sét sừng, được gọi là chuyển mạch điện áp. Một lợi thế đáng kể phát sinh từ điện áp dư thấp là tải thấp trên thiết bị được bảo vệ như là kết quả của điện áp trên điện áp danh nghĩa quy định hoặc điện áp liên tục tối đa. Đối với thời gian tương đối dài của dòng sét, điện áp dư của khoảng cách tia lửa (khe hở phóng điện) rất thấp, trong phạm vi điện áp liên tục tối đa của thiết bị được bảo vệ. SPDs loại 1 với các thành phần giới hạn điện áp thường là vài trăm volt trên giá trị này - tải trọng lớn hơn đáng kể cho thiết bị được bảo vệ.

Spak gaps hiện đại thường được đóng gói trong vỏ thép mạnh mẽ, do đó không có khí ion hóa được tạo ra bởi hồ quang điện có thể thoát ra ngoài môi trường trong quá trình xả. Hơn nữa, chống sét sừng được kích hoạt thường xuyên. Chúng có thêm hệ thống dây điện để hỗ trợ sự đánh lửa của chống sét sừng. Điều này giới hạn điện áp còn lại ở mức rất thấp, thấp hơn nhiều so với điện áp sẽ tạo ra dựa trên cường độ điện của không khí một mình. Ngay cả khi môi trường cài đặt của SPDs loại 1 thường không yêu cầu nó, mức bảo vệ điện áp của chống sét sừng hiện đại được kích hoạt thường ở mức của loại điện áp thấp nhất thuộc lớp Class I (dựa trên điện áp danh định của hệ thống).

Dòng định mức ngắn mạch phát sinh (Follow current interrupt rating)
Biểu đồ đường cong dư áp của spark gap điển hình được kích hoạt với 1 xung (8/20 μs)
Hình 38: Biểu đồ đường cong dư áp của spark gap điển hình được kích hoạt với 1 xung (8/20 μs)

Một đặc tính đặc biệt cho chống sét sừng được biết đến như là đánh giá ngắt dòng Ifi. Nếu một spak gap được kích hoạt bởi điện áp tăng (sét lan truyền), nó tạo thành một loại ngắn mạch cho mạng cung cấp được kết nối thông qua đó dòng điện được điều khiển. Do đó khoảng spak gap phải ở vị trí để ngăn chặn hoặc gián đoạn dòng điện tự động sau quá trình xả, mà không kích hoạt thiết bị bảo vệ quá dòng dội ngược. Dòng ngắn mạch định mức phát sinh chỉ ra dòng ngắn mạch tiềm năng tối đa mà tại đó điều này được đảm bảo tại vị trí lắp đặt. Các spak gap hiện đại do đó phải thực hiện hai chức năng:
- Xả dòng điện năng lượng cao
- Ức chế theo dòng cho mạng lưới cung cấp mạnh mẽ

Trong trường hợp dòng sét, trở kháng của spak gap lý tưởng là rất thấp, để giữ đầu vào năng lượng càng thấp càng tốt và giảm thiểu hao mòn. Tuy nhiên, trong trường hợp theo dòng, trở kháng phải càng cao càng tốt để đảm bảo loại bỏ nhanh.

Để chịu được biên độ dòng sét cao tới 50 kA trên các mạng cung cấp với các dòng ngắn mạch có thể lên đến 100 kA, các spak gap ngày nay thường phức tạp và bao gồm nhiều bộ phận chức năng riêng lẻ (Hình 39).

Công nghệ Spark gap không có line follow current (khống chế dòng phóng theo)
Để có hệ thống sẵn sàng tối đa, hạn chế dòng phát sinh là điều cần thiết:
- Các thiết bị bảo vệ quá dòng dội ngược không được kích hoạt không cần thiết bằng line foolow currents (dòng phóng theo hay dòng phát sinh)
- Quá trình cài đặt không được nạp bởi các luồng dòng cao phát sinh
- Mặc trên spak gap được giảm thiểu

Lần đầu tiên, Phoenix Contact đã có thể phát triển và cung cấp một spak gap trên thị trường hoàn toàn không có dòng phóng theo (line follow currents), có công nghệ Kiểm soát Năng lượng An toàn (xem 6.1.10).

Các thành phần riêng biệt của một spark gap hoàn chỉnh
Hinh 39: Các thành phần riêng biệt của một spark gap hoàn chỉnh
 
6.1.3 Thiết bị chống sét lan truyền loại 2 Type 2 (T2) (Type 2: Surge protective device)
Thiết bị chống sét lan truyền loại 2 thường được lắp đặt trong các tủ điện phân phối phụ hoặc tủ điều khiển máy. Các SPD này phải có khả năng xả điện áp tăng từ các sét đánh gián tiếp hoặc các hoạt động chuyển mạch nhưng không xử lý dòng sét trực tiếp. Như vậy, đầu vào năng lượng được quản lý thấp hơn đáng kể. Trong mọi trường hợp, điện áp tăng đột biến gây ra bởi các hoạt động chuyển mạch thường rất nhạy (dynamic).

Ở đây, công nghệ xả như công nghệ varistor với hành vi phản ứng nhanh đứng hàng đầu trong thử nghiệm.

Varistor technology

Fig. 40: Graphic symbol of a varistor

Varistors (biến điện trở hoặc oxit kim loại varistor, MOV) (Hình 40) là các bộ phận bán dẫn được làm từ gốm oxit kim loại. Chúng biểu diễn một đường cong điện áp hiện tại phi tuyến tính (Hình 41). Trong dải điện áp thấp, điện trở của một varistor rất cao. Tuy nhiên, trong phạm vi điện áp cao hơn, điện trở giảm nhanh chóng để cho phép dòng điện rất cao được thải ra mà không có bất kỳ vấn đề gì.


Hình 41: Đường cong đặc trưng dòng điện áp của một varistor với điện áp định mức AC 320 V (min. Và dung sai tối đa trước và sau điểm mA)

Điện áp dư của một varistor với điện áp định mức AC 350 V dưới tải 25 kA (8/20 μs)
Hình 42: Điện áp dư của một varistor với điện áp định mức AC 350 V dưới tải 25 kA (8/20 μs)

Vì lý do này, các đặc tính của varistors được gọi là voltagelimiting. Với thời gian đáp ứng điển hình trong phạm vi nano giây thấp hơn, các varistor rất phù hợp thậm chí để hạn chế các hiện tượng điện áp tăng đột biến năng động đặc biệt.

Varistor có thể mang dòng điện sét (Varistors that carry lightning current)
Varistor bằng gốm hiệu suất cao thậm chí có thể thể hiện khả năng xả xung 12,5 kA (10/350 μ) trong các không gian lắp đặt có thể chấp nhận được. Kết quả là, chúng cũng thích hợp như SPDs loại 1 cho các môi trường có mức bảo vệ thấp.

Đối với công suất xả xung cao hơn từ 25 kA đến 50 kA (10/350 μs), nhiều varistor thường cần được sử dụng trong một kết nối song song. Kết quả là, các nhà sản xuất thiết bị chống sét lang truyền không có công nghệ spak gap thường sử dụng các varistors như SPDs loại 1 để đáp ứng các yêu cầu của lớp chống sét Class I. Khái niệm này có những khiếm khuyết nghiêm trọng. Nếu các đặc tính của các varistors kết nối song song không khớp chính xác, một yêu cầu rất khó đáp ứng, các đường dẫn riêng lẻ được đặt dưới các tải trọng khác nhau trong quá trình. Tương ứng, chúng rất khác nhau. Sự khác biệt giữa tải trọng ngày càng trở nên lớn hơn theo thời gian. Điều này cuối cùng dẫn đến quá tải varistor và do đó sự thất bại của toàn bộ SPD.
 
6.1.4 Thiết bị chống sét lan truyền loại 3 Type 3 (T3) (Type 3: Device protection)
Thiết bị chống sét lan truyền loại 3 thường được cài đặt ngay trước các thiết bị đầu cuối được bảo vệ. Do môi trường cài đặt khác nhau, loại 3 SPDs có sẵn trong một loạt các thiết kế. Ngoài việc lắp đặt đường ray DIN tiêu chuẩn, có các thiết bị để lắp đặt trong ổ cắm hoặc lắp trực tiếp trên PCB của thiết bị đầu cuối. Về mặt kỹ thuật, loại 3 SPDs tương tự nhất với loại 2, dựa trên các varistors, nhưng các yêu cầu về công suất xả so với loại 2 thậm chí còn thấp hơn.

Nó thường hữu ích để kết hợp việc bảo vệ nguồn điện để bảo vệ các giao diện khác trong thiết bị đầu cuối, chẳng hạn như dữ liệu hoặc đường truyền thông. Có các thiết bị kết hợp cho mục đích này. Họ thực hiện việc bảo vệ chống xung áp, xung dòng đột biến cho tất cả các cáp (cung cấp) tương ứng.
 
6.1.5 Phối hợp các loại SPD khác nhau
Khái niệm bảo vệ đa cấp với các loại SPD liên tiếp khác nhau
Hình 43: Khái niệm bảo vệ đa cấp với các loại SPD liên tiếp khác nhau

Khái niệm vùng bảo vệ chống sét cung cấp các thiết bị chống sét lan truyền phối hợp cho tất cả các cáp nối giữa các vùng. Giá trị công suất của chúng được dựa trên lớp bảo vệ cần đạt được.

Tùy thuộc vào sự chuyển đổi vùng, do đó các loại khác nhau được yêu cầu (xem Bảng 2). Các yêu cầu đối với các loại SPD riêng lẻ được xác định trong tiêu chuẩn sản phẩm cho các thiết bị bảo vệ tăng, IEC 61643-11 [6].

Một khái niệm bảo vệ đa cấp có thể được bắt nguồn từ điều này (Hình 43). Bắt đầu từ các khu vực bảo vệ nội bộ, một SPD loại 3 và một SPD loại đầu nguồn 2 sẽ được điều phối. Phải đảm bảo rằng SPDs loại 3 không bị quá tải năng lượng. Vì chỉ có điện áp tăng của biên độ thấp được đo trong vùng bảo vệ chống sét 2, sự phối hợp có thể được thực hiện chỉ bằng cách ứng xử của các SPD. SPD loại 3 và các thành phần được sử dụng trong thiết bị này phải được thiết kế sao cho chúng chỉ phản ứng với các giá trị điện áp cao hơn SPD loại 2.

Theo hướng của các vùng chống sét bên ngoài, sự phối hợp giữa SPDs loại 2 và SPDs loại đầu nguồn 1 phải được đảm bảo một lần nữa. Do khả năng xảy ra sét đánh trực tiếp hoặc sét đánh một phần phải được xem xét ở đây mà chỉ có thể được sinh ra bởi loại SPDs, điều đặc biệt quan trọng là SPDs được giải quyết một cách chọn lọc. Nếu không, SPD loại 2 có thể bị quá tải.

Các công nghệ được sử dụng cho SPD loại 1 là rất khác nhau, vì vậy không có điều kiện áp dụng chung cho sự phối hợp. SPDs loại 1 dựa trên khoảng trống tia lửa cung cấp một lợi thế rõ ràng trong lĩnh vực này. Điện thế dư tương đối thấp của chúng chỉ khoảng vài trăm vôn trong suốt thời gian của dòng sét đảm bảo rằng hầu như tất cả dòng điện được hấp thụ.
 
6.1.6 Hệ thống lưới điện phù hợp với Tiêu chuẩn IEC 60364
Thiết kế của một khái niệm chống sét lan truyền cho các hệ thống dòng điện ba pha phụ thuộc vào hệ thống lưới điện hiện có, trong số các yếu tố khác. Các hệ thống này có thể thay đổi tùy thuộc vào thiết kế của nền tảng của máy biến áp cung cấp nguồn cung cấp, hệ thống sử dụng và kết nối của chúng với nhau. Chỉ thị thiết lập hệ thống cấp điện áp thấp, IEC 60364-1 [10], liệt kê các cấu hình hệ thống sau:

TN-S system
TN-S System
Fig. 44: TN-S system

Trong hệ thống lưới điện này, một điểm của máy biến áp cung cấp năng lượng được tiếp đất trực tiếp, thường là điểm trung hòa. Dây dẫn trung tính (N) và dây dẫn bảo vệ (PE) được định tuyến đến hệ thống tiêu thụ trong các dây dẫn riêng biệt. Nguồn điện ba pha gồm năm dây dẫn: L1, L2, L3, N và PE (Hình 44).

TN-C system
TN-C System
Fig. 45: TN-C system

Trong hệ thống lưới này, điểm trung hòa của máy biến áp cung cấp năng lượng được nối đất trực tiếp. Dây dẫn trung tính và dây dẫn bảo vệ được chuyển đến hệ thống tiêu thụ trong một dây dẫn (PEN). Nguồn điện ba pha gồm bốn dây dẫn: L1, L2, L3 và PEN (Hình 45).

TT system
TT System
Fig. 46: TT system

Trong hệ thống lưới này, điểm nối đất của máy biến áp được định tuyến tới hệ thống chỉ như một dây dẫn trung tính. Các bộ phận của hệ thống điện được kết nối với một hệ thống nối đất cục bộ được tách ra khỏi điểm nối đất của máy biến áp. Dây dẫn trung tính và dây dẫn bảo vệ cục bộ được định tuyến tới hệ thống tiêu thụ trong các dây dẫn riêng biệt. Nguồn cấp ba pha gồm năm dây dẫn: L1, L2, L3, N và PE cục bộ (Hình 46).

IT system
IT System
Fig. 47: IT system

Trong hệ thống lưới này, điểm trung hòa của máy biến áp cung cấp năng lượng không được nối đất, hoặc chỉ được nối đất qua một trở kháng cao. Các bộ phận dẫn điện tiếp xúc của hệ thống điện được kết nối với hệ thống nối đất cục bộ. Nếu một dây dẫn trung tính cũng được định tuyến từ điểm trung hòa của máy biến áp cung cấp năng lượng, nó được định tuyến riêng biệt với dây dẫn bảo vệ cục bộ. Nguồn điện ba pha gồm bốn hoặc năm dây dẫn: L1, L2, L3, nếu thích hợp, N và PE cục bộ (Hình 47).

Một điểm đặc biệt của hệ thống CNTT là một lỗi cách điện có thể xảy ra trong một khoảng thời gian giới hạn. Lỗi nối đất trong pha phải được phát hiện đơn giản bằng cách giám sát cách điện và được báo cáo để có thể khắc phục kịp thời. Chỉ trong trường hợp xảy ra lỗi nối đất thứ hai, điều này sẽ dẫn đến một đoạn ngắn mạch giữa hai pha và thiết bị bảo vệ tăng có liên quan sẽ đi. Do đó, các thiết bị bảo vệ để sử dụng trong các hệ thống CNTT phải có khả năng chịu được điện áp pha-pha của hệ thống cũng như khả năng chịu đựng. Điều này được đảm bảo bởi yêu cầu quy chuẩn mà chỉ SPDs với điện áp liên tục tối đa của ít nhất điện áp pha-pha cộng với dung sai có thể được sử dụng giữa pha và PE trong các hệ thống CNTT.
 
6.1.7 Hệ thống điện của Mỹ (American grid systems)
Các hệ thống lưới điện khác được sử dụng, đặc biệt là ở khu vực Bắc và Trung Mỹ. Điều quan trọng nhất là:
- Hệ thống Wye
- Hệ thống Delta
- Hệ thống chia pha

Wye system
Wye system
Fig. 48: Wye system

Những hệ thống này phần lớn tương ứng với các hệ thống TN. Điểm trung hòa của máy biến áp cung cấp được nối đất trực tiếp, và từ đó, dây dẫn bảo vệ (dây dẫn nối đất, GND) được định tuyến tới hệ thống tiêu thụ. Hệ thống Wye cách điện tồn tại, nhưng có tương đối ít. Nói chung, một dây dẫn trung tính có thể được khai thác đầu tiên trong hệ thống tiêu dùng. Điều này sau đó tương ứng với một hệ thống TN-C-S. Nguồn điện ba pha gồm bốn hoặc năm dây dẫn: L1, L2, L3, nếu thích hợp, N và GND (Hình 48).

Delta system
Delta system (high-leg)
Fig. 49: Delta system (high-leg)

Nối đất trong hệ thống này hoặc diễn ra thông qua một trong các pha (góc) hoặc thông qua một vòi trung tâm giữa hai giai đoạn (chân cao). GND được định tuyến từ điểm nối đất tương ứng tới hệ thống người tiêu dùng. Hệ thống đồng bằng cách điện tồn tại, nhưng có tương đối ít.

Dây dẫn trung tính là, nếu cần thiết, thường đầu tiên khai thác trong hệ thống tiêu dùng, là tốt. Nguồn điện ba pha gồm bốn hoặc năm dây dẫn: L1, L2, L3, nếu thích hợp, N và GND (Hình 49).

Split-phase system
Split-phase system
Fig. 50: Split-phase system

Hệ thống hai pha được sử dụng rộng rãi này được nối đất bằng một vòi trung tâm trên cuộn dây biến áp và một dây dẫn trung tính được định tuyến từ đó. Nguồn cấp điện hai pha gồm bốn dây dẫn: L1, L2, N và GND (Hình 50).
 
6.1.8 Lược đồ kết nối Connection scheme
CT1 connection scheme or 4+0 circuit
Fig. 51: CT1 connection scheme or 4+0 circuit

Thiết bị chống sét lan truyền là một phần của liên kết đẳng thế của cấu trúc vật lý. Trong trường hợp có điện áp tăng, chúng kết nối các dây dẫn hoạt động trong các thiết bị điện với nền đất.

Tùy thuộc vào hệ thống lưới điện của hệ thống tiêu dùng, các SPDs khác nhau có thể được sử dụng. Chúng được kết hợp trong các sơ đồ kết nối khác nhau (CT) để thiết lập kết nối này. Trong chỉ thị lắp đặt để bảo vệ tăng, IEC 60364-5-53 [11], các loại sau đây được chỉ định:
- Sơ đồ kết nối CT1: kết hợp các SPD có chế độ bảo vệ giữa mỗi dây dẫn hoạt động (ruột dẫn ngoài và dây dẫn trung tính, nếu có) và dây dẫn PE. Lược đồ kết nối này thường được chỉ định là một mạch x + 0, trong đó x đại diện cho số lượng dây dẫn hoạt động (Hình 51).

CT2 connection scheme or 3+1 circuit
Fig. 52: CT2 connection scheme or 3+1 circuit

- Sơ đồ kết nối CT2: kết hợp các SPD có chế độ bảo vệ giữa mỗi dây dẫn ngoài và dây dẫn trung tính và một chế độ bảo vệ giữa dây dẫn trung tính và dây dẫn PE. Lược đồ kết nối này thường được chỉ định là một mạch x + 1, trong đó x đại diện cho số lượng dây dẫn bên ngoài (Hình 52).

Việc sử dụng các sơ đồ kết nối trong các hệ thống lưới riêng lẻ được liệt kê trong Bảng 4. Khi sử dụng SPD giữa các dây dẫn trung tính và bảo vệ trong các hệ thống CNTT, lưu ý rằng khả năng chịu được ngắn mạch và, nếu có, SPD ít nhất phải phù hợp với dòng ngắn mạch dự kiến tại vị trí lắp đặt trong trường hợp xảy ra lỗi nối đất hai pha.

CT2 connection scheme
Đối với các hệ thống TN và TT, Phoenix Contact chủ yếu cung cấp SPDs với sơ đồ kết nối CT2. Ưu điểm của sơ đồ kết nối này là:
- Có thể được sử dụng phổ biến ở tất cả các quốc gia trên toàn thế giới
- Mức bảo vệ điện áp thấp hơn giữa dây dẫn ngoài và trung tính
- Không có dòng rò vào dây dẫn bảo vệ do việc sử dụng khoảng cách tia lửa giữa dây dẫn trung tính và bảo vệ
 
6.1.9 Kết nối và bảo vệ quá dòng của SPDs
Nếu xảy ra quá áp quá mức (dòng điện dâng), điện áp cảm ứng giảm có thể dẫn đến các dây dẫn điện. Việc giảm điện áp bổ sung trong các cáp kết nối có thể làm suy yếu hiệu ứng bảo vệ, đặc biệt khi kết nối chống sét lan truyền. Vì lý do này, các cáp kết nối của SPDs luôn được định tuyến càng ngắn càng tốt, tránh bán kính uốn nhỏ.

Về cơ bản, SPD có thể được kết nối theo hai cách khác nhau:

Branch wiring
Fig. 53: Branch wiring

- Branch wiring (stub wiring), see Fig. 53

V-wiring
Fig. 54: V-wiring

- V-wiring (V-shaped wiring, Kelvin connection), see Fig. 54

Trong cả hai trường hợp, tổng chiều dài cáp a, b và c không được vượt quá 0,5 m bất cứ khi nào có thể, theo IEC 60364 phần 5, chương 53, mục 534 [11]. Điều này đặc biệt dễ bảo đảm trong trường hợp V-wiring, vì chỉ có chiều dài c là có liên quan. Bằng cách này, mức bảo vệ điện áp tổng thể, bao gồm mức bảo vệ điện áp SPD và điện áp giảm dọc theo cáp kết nối, có thể được giảm thiểu tối đa có thể.

Trong trường hợp dây nhánh, SPD có thể và phải được bảo vệ, tùy thuộc vào giá trị danh nghĩa của thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng (upstream overcurrent) F1, với thiết bị bảo vệ quá dòng bổ sung thứ hai, F2, có giá trị danh nghĩa thấp hơn. Hệ thống dây điện này cho phép sử dụng trong các hệ thống có dòng điện danh nghĩa của bất kỳ cường độ nào, miễn là dòng ngắn mạch tiềm năng trên vị trí lắp đặt SPD không vượt quá khả năng chịu được ngắn mạch của nó.

Chỉ có thể sử dụng dây V cho giá trị danh nghĩa của thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng F1 hoặc dòng danh nghĩa của hệ thống không vượt quá dung lượng dòng liên tục của cáp kết nối và khối đầu nối kết nối SPD.
 
Grid system at
the SPD installation location
Connection scheme
CT1 CT2
TN system x x
TT system Only downstream of a
residual current operated
device
x
IT system with routed neutral
conductor
x x
IT system without routed
neutral conductor
x Not applicable

Table 4: Connection schemes and grid systems

Là một phần của việc lắp đặt điện, các yêu cầu pháp lý hoặc quy định tương ứng sẽ được thực hiện để bảo vệ kết nối và bảo vệ quá dòng các thiết bị bảo vệ tăng xung áp, xung dòng (hay đơn giản là sét lan truyền). Những mục tiêu này chủ yếu nhằm đảm bảo độ tin cậy hoạt động của hệ thống. Hơn nữa, các điều kiện cụ thể liên quan đến bảo vệ kết nối và cầu chì phải được tính đến cho chức năng bảo vệ tăng đột biến chính xác.

Các yêu cầu dựa trên các phần khác nhau của IEC 60364 để tạo ra hệ thống điện áp thấp: một mặt, Phần 5, Phần 53, Phần chính 534 [11], liên quan đến việc lựa chọn và thiết lập các thiết bị chống sét lan truyền, và mặt khác, Phần 4, Phần 43 [12], liên quan đến các biện pháp bảo vệ chống lại quá dòng, cũng như tiêu chuẩn sản phẩm cho các thiết bị bảo vệ tăng, IEC 61643-11 [6].

Kết nối mặt cắt ngang - Connection cross sections
Nếu các yêu cầu này được kết hợp, điều này dẫn đến các điều kiện sau để đo kích thước cáp kết nối của SPDs (dựa trên cáp đồng cách điện PVC):
- Các mặt cắt ngang tối thiểu cho cáp kết nối SPD ban đầu là do yêu cầu lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền, tùy thuộc vào kết nối dây dẫn hoạt động hoặc dây dẫn / thanh bảo vệ nối đất chính (PE (N)) cũng như loại SPD:
+ Mặt cắt ngang của dây dẫn hoạt động đối với SPD loại 1: min. 6 mm2
+ Mặt cắt ngang của dây dẫn hoạt động cho loại SPDs: min. 2,5 mm2
+ Mặt cắt ngang cho thanh cái nối đất chính hoặc dây dẫn bảo vệ cho SPDs loại 1: min. 16 mm2
+ Mặt cắt ngang cho thanh dẫn nối đất chính hoặc dây dẫn bảo vệ cho SPD loại 2: min. 6 mm2

- Trên một giá trị danh định cụ thể của bảo vệ quá dòng ngược dòng, các mặt cắt tối thiểu được xác định bởi nhu cầu của cáp kết nối để có khả năng chịu được ngắn mạch
- Nếu cáp kết nối SPD có dòng điện hoạt động, thì tải trọng dòng liên tục có thể được sử dụng để xác định mặt cắt tối thiểu như một giá trị hiện tại nhất định Bảo vệ quá dòng Khi thiết kế bảo vệ quá dòng SPDs, trước tiên phải ưu tiên các yếu tố sau:
  + Ưu tiên cung cấp hệ thống: Hệ thống dây điện nhánh với thiết bị bảo vệ quá dòng F2 riêng biệt trong chi nhánh
  + Ưu tiên của hệ thống bảo vệ tăng: V-wiring hoặc hệ thống dây điện nhánh mà không cần thiết bị bảo vệ quá dòng F2 riêng biệt

Trong trường hợp đầu tiên, thiết bị bảo vệ quá dòng riêng biệt F2 đảm bảo rằng điều này được kích hoạt trong trường hợp lỗi SPD, ví dụ: do ngắn mạch. Thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng F1 không được kích hoạt để cung cấp thiết bị được bảo vệ không bị gián đoạn. Tuy nhiên, trong trường hợp này, thiết bị không còn được bảo vệ khỏi các sự kiện quá áp tiếp theo.

Trong trường hợp thứ hai, thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng F1 đảm nhận quá trình bảo vệ quá dòng trong trường hợp SPD bị lỗi. Trong quá trình này, sự thất bại của nguồn cung cấp được chấp nhận để không có thiệt hại nào phát sinh từ các sự kiện quá áp tiếp theo.

Khi kích thước bảo vệ quá dòng, cần lưu ý những điểm sau:
- Tính chọn lọc của thiết bị bảo vệ quá dòng tương ứng với các thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng.
- Thiết bị bảo vệ quá dòng cuối cùng trước SPD không được vượt quá giá trị danh định tối đa của thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng theo quy định của nhà sản xuất SPD.
- Thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng được thiết kế để có thể mang biên độ của sét và dòng điện yêu cầu bởi lớp chống sét khi có thể. Đặc biệt là đối với dòng sét năng lượng cao, cầu chì dưới imension có thể gây nguy hiểm, vì chúng có thể bị phá hủy trong một thời gian rất ngắn do đầu vào năng lượng cao.


Fig. 55: Switching-off characteristics of a circuit breaker (F1) and a selective gG fuse (F2)


Fig. 56: Các đặc tính tắt của bộ ngắt mạch (F1) phù hợp với thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng cho SPD với cầu chì dự phòng tối đa 315 A gG

Do đó, việc tôn trọng tính chọn lọc là ưu tiên hàng đầu. Trong trường hợp đơn giản, hai thiết bị bảo vệ quá dòng được đưa vào tài khoản là các cầu chì gG, sau đó một giá trị danh định 1250 A được áp dụng, phải là F2 × 1,6 = F1. Nếu một hoặc cả hai thiết bị bảo vệ quá dòng là bộ ngắt mạch hoặc bộ ngắt mạch thu nhỏ, thì các đặc điểm vấp phải của chúng phải được so sánh với nhau hoặc với các đặc tính cầu chì và, nếu có, phù hợp với nhau. Đây là trường hợp nếu các đường cong không chạm hoặc chồng lên nhau (Hình 55 và 56). Hơn nữa, chúng phải có một khoảng thời gian đủ trong các khu vực có dòng điện ngắn mạch sao cho thiết bị bảo vệ quá dòng hạ lưu tương ứng có thể giải quyết hai thiết bị kia và tắt chúng đi.

Một kịch bản tương tự được áp dụng trong trường hợp thiết bị ngắt mạch thu nhỏ hoặc bộ ngắt mạch được thiết kế để cung cấp bảo vệ quá dòng cho SPD là F1, không có thiết bị bảo vệ quá dòng F2 riêng biệt. Sau đó, các đặc tính tắt của công tắc phải được so sánh với các đặc tính của sự bảo vệ quá dòng cực đại được chỉ định cho SPD bởi nhà sản xuất. Điều này không được vượt quá trong phạm vi cho các dòng ngắn mạch.

Rất khó để đưa ra các tuyên bố chung về điểm này. Các phát biểu chỉ có thể được thực hiện liên quan đến các dòng danh nghĩa tương đối thấp của các công tắc so với các dòng danh nghĩa của cầu chì dự phòng tối đa gG điển hình cho SPDs. Nếu, ví dụ, cầu chì dự phòng tối đa 315 A gG được chỉ định, thì so với chỉ một bộ ngắt mạch thu nhỏ 125 A của đặc tính C thường có thể đóng vai trò cầu chì dự phòng cho SPD. Các công tắc có dòng điện danh nghĩa cao hơn hoặc các đặc điểm khác phải được xem xét trên cơ sở cá nhân và được kiểm tra nếu cần thiết (Hình 56).

SPDs với bảo vệ quá dòng tích hợp
Một giải pháp đặc biệt đơn giản để cài đặt SPDs trong chế độ bảo vệ quá dòng là các sản phẩm đã chứa các cầu chì tương ứng, chẳng hạn như FLASHTRAB SEC HYBRID.

FLASHTRAB SEC HYBRID

Hình minh họa 57: FLT-SEC-H-T1-1C-264/25-FM

Nhờ vào cầu chì tích hợp, không yêu cầu các yếu tố bảo vệ bên ngoài, và không gian và chi phí được giảm đáng kể. Hiệu ứng bảo vệ được tăng lên, vì sự khác biệt điện áp phát sinh từ cầu chì đã được chứa trong mức bảo vệ điện áp của SPD. Các cáp kết nối ngắn cần thiết cho SPD có thể được thực hiện dễ dàng (Hình 57).
 
6.1.10 Công nghệ kiểm soát năng lượng an toàn (SEC)
Phoenix Contact cung cấp SPDs được kết hợp hoàn hảo với các mục khác trong phạm vi và cho phép dễ dàng triển khai các khái niệm bảo vệ đa cấp. Tăng cường các thiết bị chống sét lan truyền bằng công nghệ điều khiển năng lượng an toàn (SEC) kết hợp hiệu suất tối đa với tuổi thọ cao, để các phụ kiện điện luôn được bảo vệ một cách đáng tin cậy và chi phí bảo trì được giảm thiểu. Việc cài đặt SPD với công nghệ SEC rất dễ dàng, tiết kiệm chi phí và tiết kiệm không gian. Có thể tìm thấy các loại SPD riêng lẻ trong các phạm vi sản phẩm như trong Bảng 5.

Tác động độc lập và an toàn (Impact-free and durable)
Một khái niệm chống sét lan truyền phù hợp đòi hỏi một thiết bị bảo vệ kết hợp / chống sét loại 1 (/ 2) cực mạnh. Thông thường loại 1 spak gap gánh nặng việc cài đặt với dòng cao theo dòng, mà cũng có thể gây ra bảo vệ quá dòng thượng nguồn được kích hoạt. Thiết bị chống sét hiện tại của công nghệ SEC / thiết bị bảo vệ kết hợp là thiết bị đầu tiên có công nghệ spak gap không có dòng phóng theo line follow currents. Việc ngăn chặn các dòng theo dòng lợi ích cho toàn bộ quá trình cài đặt. Điều này có nghĩa rằng không chỉ các thiết bị được bảo vệ, mà toàn bộ nguồn cung cấp, bao gồm cả SPD, được đặt dưới tải tối thiểu bởi quy trình xả độc quyền. Tính khả dụng của hệ thống tối đa được đảm bảo vì cầu chì bảo vệ ngược dòng không được kích hoạt.
 
SPD type Product range
Type 1 FLASHTRAB SEC
(FLT-SEC)
Type 2 VALVETRAB SEC
(VAL-SEC)
Type 3 PLUGTRAB SEC
(PLT-SEC)
Table 5: Product ranges with Safe Energy Control technology

Giải pháp backup-fuse-free cho mọi ứng dụng
Thiết bị cắt dòng sét/ thiết bị bảo vệ kết hợp mạnh mẽ và thiết bị chống sét lan truyền với công nghệ điều khiển năng lượng an toàn cung cấp giải pháp cho tất cả các ứng dụng phổ biến mà không cần sử dụng cầu chì dự phòng riêng biệt. Đối với các ứng dụng bảo vệ cài đặt là ưu tiên hàng đầu, SPD loại 1 và loại 2 có thể được sử dụng cho các xếp hạng cầu chì chính 315 A gG không có bảo vệ quá dòng riêng biệt. Đối với các ứng dụng vượt quá phạm vi này, các sản phẩm có sẵn với cầu chì phẫu thuật tích hợp, chẳng hạn như FLASHTRAB SEC HYBRID. SPDs loại 3 từ dãy sản phẩm PLUGTRAB SEC có thể hoạt động trong hệ thống dây điện nhánh mà không cần bất kỳ cầu chì dự phòng nào, nhờ vào các cầu chì tích hợp.

Hướng dẫn lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền trong hệ thống TN-S System
Fig. 58: Ví dụ kết nối các thiết bị bảo vệ tăng trong hệ thống TN-S

Thiết kế nhỏ gọn và phù hợp
Phạm vi SEC cung cấp spak gap loại nhỏ gọn nhất 1 cho điện áp danh định này với FLASHTRAB SEC PLUS 440 và SPD loại hẹp nhất 2 với VALVETRAB SEC. FLASHTRAB SEC T1 + T2 là tổ hợp phối hợp trực tiếp duy nhất bao gồm các spak gap loại 1 và loại biến đổi điện trở 2 trong không gian nhỏ nhất. Tất cả các sản phẩm trong danh mục đầu tư của SEC đều có thể cắm được, giúp bảo trì dễ dàng hơn rất nhiều.
 
6.1.11 Khái niệm bảo vệ đa cấp
Nhờ SPDs từ phạm vi SEC, nó rất dễ dàng để lắp ráp các khái niệm bảo vệ đa cấp cho việc cài đặt tiêu chuẩn. Các thông số như điện áp liên tục tối đa, mức bảo vệ điện áp và công suất xả được thiết kế phù hợp với nhau. 

Hệ thống sản xuất công nghiệp với hệ thống chống sét bên ngoài
Việc chuyển tiếp vùng bảo vệ 0A 1 được cung cấp bởi một SPD loại 1 từ phạm vi sản phẩm FLASHTRAB SEC tại điểm mà các đường cung cấp nhập vào tòa nhà trong khu vực của nguồn cung cấp chính thấp. Tùy thuộc vào hệ thống lưới điện, loại kết nối được chọn và mức điện áp của nguồn cung cấp, có nhiều loại SPD và các phiên bản mạch khác nhau. Nếu, ví dụ, nó là một hệ thống AC TN-C ba pha 230/400 V, FLT-SEC-P-T1-3C-350/25-FM là lý tưởng (Hình 60).

Ngoài ra, sự kết hợp thiết bị bảo vệ của FLASHTRAB SEC T1 + T2 (Hình 61) cũng có thể được sử dụng ở đây. Sự kết hợp trực tiếp của SPD loại 1 trên cơ sở khe hở và SPD loại 2 trên cơ sở varistor cung cấp nhiều ưu điểm khi sử dụng trực tiếp trong phân phối chính.

Trong các phân phối phụ của hệ thống sản xuất cho các phòng máy và văn phòng, việc chuyển đổi vùng bảo vệ 1 -> 2 được cung cấp bởi các SPDs loại 2 từ dải sản phẩm VALVETRAB SEC.

Một feed-in dưới dạng một hệ thống TN-C, như được sử dụng trong ví dụ này, thường trở thành một hệ thống TN-S bắt đầu từ phân phối chính. Do đó, phần còn lại của quá trình cài đặt được hoàn thành với dây dẫn bảo vệ trung tính và bảo vệ riêng biệt. VAL-SEC-T2-3S-350-FM được cung cấp dưới dạng SPD loại 2 (Hình 62). Trong tủ điều khiển máy và trong văn phòng, quá trình chuyển đổi vùng bảo vệ 2 3 được cung cấp bằng phương tiện loại SPDs từ dải PLUGTRAB SEC, trực tiếp ngược dòng thiết bị đầu cuối nhạy cảm. Đối với thiết bị đầu cuối hoạt động với điện áp danh nghĩa 230 V, thì PLT-SEC-T3-230-FM có thể được sử dụng (Hình 63).

Khái niệm hệ thống tích hợp đa cấp thiết bị chống sét lan truyền dựa trên ví dụ về hệ thống sản xuất công nghiệp
Hình 59: Khái niệm bảo vệ đa cấp dựa trên ví dụ về hệ thống sản xuất công nghiệp

FLASHTRAB SEC

Fig. 60: FLT-SEC-P-T1-3C-350/25-FM

SPDs loại 1 từ gia đình FLASHTRAB SEC tất cả đều sử dụng công nghệ khoảng cách tia lửa không có dòng theo dòng. Do đó, chúng đảm bảo tính sẵn sàng tối đa của hệ thống, vì các hệ thống bảo vệ quá dòng ngược dòng không được kích hoạt như là một phần của quá trình xả, và có tuổi thọ sản phẩm đặc biệt dài.

FLASHTRAB SEC T1+T2

Fig 61: FLT-SEC-T1+T2-3C-350/25-FM

Sự kết hợp thiết bị bảo vệ độc đáo trên thị trường, FLASHTRAB SEC T1 + T2, bảo vệ tối ưu thiết bị nhạy cảm bằng phương tiện:
- Spak gap SEC mạnh mẽ để xả dòng sét trực tiếp
- Varistor arrester để hạn chế tăng điện áp đột ngột
- Phân bố năng lượng lý tưởng giữa SPD loại 1 và loại 2

VALVETRAB SEC

Fig. 62: VAL-SEC-T2-3S-350-FM

Tính năng tốt nhất của VALVETRAB SEC T2 là thiết bị ngắt kết nối nhiệt mạnh mẽ bên trong, ngoài thiết kế hẹp - chỉ 12 mm cho mỗi vị trí. Do đó SPD có thể được sử dụng tới 315 A gG mà không cần cầu chì dự phòng bổ sung. Cũng có thể vận hành SPD trong các mạng hiển thị các dòng ngắn mạch tiềm năng lên đến 50 kA tại vị trí lắp đặt.

PLUGTRAB SEC

Fig. 63: PLT-SEC-T3-230-FM

PLUGTRAB SEC T3 có các cầu chì chống dòng điện tích hợp. Như vậy, nó có thể được sử dụng với các thiết bị đầu cuối hoạt động với cả dòng điện xoay chiều AC và dòng điện một chiều DC. Việc bảo vệ quá dòng tích hợp cho phép kết nối trong hệ thống dây điện nhánh mà không có cầu chì dự phòng riêng biệt, bất kể dòng danh nghĩa và sự bảo vệ của mạch điện.
 

6.2 Bảo vệ các hệ thống DC với các nguồn điện áp tuyến tính (Protection of DC systems with linear voltage sources)

Hành vi hoạt động của các hệ thống DC có thể làm lệch lẫn nhau một cách đáng kể do sự khác biệt lớn về đặc điểm nguồn của chúng. Do đó, không thể dễ dàng chọn các thiết bị chống sét lan truyền bảo vệ đột biến xung áp  và xung dòng mà không có kiến thức chính xác về các thuộc tính của các hệ thống tương ứng. Điều này đặc biệt áp dụng cho các hệ thống có dòng ngắn mạch giới hạn hoặc thấp.

Các hệ thống nguồn cung cấp dòng điện trực tiếp với các đặc tính nguồn tuyến tính chủ yếu được sử dụng cho các mục sau:
- Người tiêu dùng có điện áp cung cấp dòng điện trực tiếp thấp, ví dụ: bộ điều khiển lập trình ogic PLC hoặc hệ thống viễn thông
- Người tiêu dùng thiết bị di động, ví dụ: xe nâng hàng hoặc hệ thống điện trên tàu
- Lưu trữ pin trong các hệ thống UPS
- Trung tâm máy tính
- Phương tiện đường sắt

Nguồn điện điển hình của các hệ thống nguồn cung cấp dòng điện DC với các đặc tính nguồn tuyến tính bao gồm:
- Bộ chỉnh lưu được điều khiển và không điều khiển có hoặc không có bộ lọc line filter làm mịn gai sóng hài
- Các đơn vị cung cấp điện được quy định
- Đơn vị cung cấp điện sạc
- Bộ pin

Lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền
Việc chọn SPD cho các hệ thống nguồn cấp dòng điện trực tiếp DC thường phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống cấp dòng điện xoay chiều AC.

Trong trường hợp hệ thống cấp điện AC, thường chỉ có một, nguồn điện được xác định chặt chẽ; cho các hệ thống DC, tuy nhiên, thường có nhiều nguồn điện với các hành vi hoạt động khác nhau. Điều này đặc biệt áp dụng cho các hệ thống DC hoạt động bằng pin.

Trong phần lớn các hệ thống AC, dòng ngắn mạch tối thiểu đủ cao để gây ra các thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng để kích hoạt trong vài phần nghìn giây. Điều này cho phép dễ dàng lựa chọn các cầu chì bảo vệ đáng tin cậy cho hệ thống trong trường hợp hỏng hóc nhưng cũng có thể mang dòng điện tăng lên liên quan đến đánh giá của chúng. Tuy nhiên, trong trường hợp các hệ thống DC có các dòng ngắn mạch có giới hạn hoặc thấp, điều quan trọng là ngay cả các dòng ngắn mạch tiềm năng tối thiểu tại vị trí lắp đặt SPD cũng được phát hiện, để đáp ứng các yêu cầu an toàn cơ bản. Đảm bảo rằng cầu chì không được kích hoạt bởi tải trọng dòng chảy tăng sau đó là một ưu tiên thứ cấp.

Tiêu chí thiết kế đáng kể cho việc lựa chọn SPD và thiết bị bảo vệ quá dòng tương ứng trong các hệ thống DC là:
- Điện áp danh nghĩa của nguồn điện DC (s)
- Số, loại và hành vi hoạt động của nguồn điện DC (s)
- Dòng ngắn mạch tối đa và tối thiểu tiềm năng tại vị trí lắp đặt SPD


VALVETRAB SEC DC

Hình minh họa 64: VALVETRAB SEC DC

Phoenix Contact cung cấp SPD loại 2 để bảo vệ các hệ thống DC với dải sản phẩm VALVETRAB-SEC-DC (Hình 64), có thiết kế đặc biệt nhỏ gọn. Với chiều rộng tổng cộng chỉ 12 mm cho mỗi vị trí, các SPD này có thiết bị ngắt kết nối cực mạnh có khả năng tách dòng DC tới 200 A. Điều này cho phép sử dụng SPDs trong ứng dụng mà không cần cầu chì sao lưu, trong số các tính năng khác. Các thành phần hạ lưu nhạy cảm được bảo vệ tối ưu, nhờ vào mức bảo vệ điện áp thấp.

Mạch bảo vệ cho các hệ thống DC nối đất và không nối đất
Các mạch ưu tiên cho SPDs trong các hệ thống DC phù hợp với sơ đồ kết nối CT1 (xem Hình 51) và được thiết kế với một hoặc hai vị trí.

Cần có mạch 2 + 0 cho các hệ thống TN nối đất nếu vị trí lắp đặt của SPDs cách xa điểm tiếp đất của hệ thống (Hình 67).

Mô hình lắp đặt chống sét lan truyền mạch 1+0, đối với hệ thống TN system tại điểm nối đất
Fig. 65: 1+0 circuit for grounded TN systems at the grounding point



Fig. 66: 2+0 circuit for IT systems



Fig. 67: 2+0 circuit for grounded TN systems that are far away from the grounding point

Trung tâm dữ liệu với một hệ thống cung cấp điện DC với các đặc tính nguồn tuyến tính
Fig. 68: Data center with a DC power supply system with linear source characteristics
 

6.3 Bảo vệ hệ thống DC trong các hệ thống quang điện mặt trời

Việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng trở nên quan trọng trong những năm gần đây. Ngoài các máy phát điện tuabin gió, nhà máy thủy điện hoặc hệ thống sinh khối, hệ thống phát điện quang điện (hệ thống PV) cung cấp một phần đáng kể năng lượng tái tạo. Các hệ thống PV được thiết kế, ví dụ như các hệ thống mái nhà trên các ngôi nhà riêng và các tòa nhà công nghiệp cũng như các hệ thống tự do. Do vị trí tiếp xúc của chúng, các hệ thống này dễ bị tăng nguy cơ hư hại do tác động của sét. Để ngăn chặn thiệt hại như vậy và mất khả năng sẵn có của hệ thống, các biện pháp chống sét và tăng đột biến sẽ được xem xét trong giai đoạn thiết kế.

Các tiêu chuẩn và chỉ thị được thiết kế riêng cho các hệ thống cung cấp điện PV giúp dễ dàng lên kế hoạch chống sét và chống sét cho các hệ thống này.

Yêu cầu đối với SPDs để sử dụng trong các hệ thống điện mắt trời quang năng PV
Các đặc điểm của nguồn PV áp đặt các yêu cầu cụ thể về SPDs để bảo vệ hệ thống PV cho các hệ thống DC. So với các hệ thống cấp điện áp thấp thông thường, các hệ thống PV có các đặc điểm sau:
- Điện áp cao hệ thống DC lên đến 1500 V
- Các đặc tính nguồn, tương ứng với nguồn dòng phi tuyến tính
- Hoạt động hiện tại tại điểm tối đa điện năng tối đa (MPP), chỉ thấp hơn vài phần trăm so với dòng ngắn mạch của hệ thống
- Sự phụ thuộc của dòng ngắn mạch vào các điều kiện môi trường xung quanh như chiếu xạ và nhiệt độ

Đối với hành vi lỗi quá tải của các thiết bị và thành phần DC, kết quả có ý nghĩa quan trọng: Do dòng điện ngắn mạch không xác định, thường khó đạt được sự phối hợp hữu ích của các thiết bị bảo vệ quá dòng hoặc cầu chì cho SPDs trong các hệ thống này. Ngoài ra, các đặc tính nguồn phi tuyến tính cho các hoạt động chuyển mạch đặt các yêu cầu rất cao về hiệu suất của các thiết bị chuyển mạch, cầu chì và các thiết bị tách khác.

Trong điều kiện này, các yêu cầu đặc biệt đã được xác định để sử dụng SPDs trong các hệ thống PV và để kiểm tra chúng để xác minh chức năng của chúng. Những yêu cầu này đã được xuất bản lần đầu tiên theo tiêu chuẩn Châu Âu EN 50539-11. Một tiêu điểm cụ thể của các tiêu chuẩn này là hành vi quá tải và lỗi của SPDs để bảo vệ hệ thống DC.

Đặc biệt, các tùy chọn mô phỏng phòng thí nghiệm về đặc điểm nguồn của các hệ thống PV được mô tả trong các tiêu chuẩn này. IEC 61643-31 [8] mô tả chủ đề này theo tiêu chuẩn quốc tế.

Các tiêu chuẩn này tạo cơ sở để xác nhận SPDs để sử dụng trong các hệ thống PV ở phía DC về hiệu suất của chúng và đặc biệt là độ tin cậy của chúng trong trường hợp hỏng hóc.

Lựa chọn và lắp đặt SPD để bảo vệ hệ thống PV
Bảo vệ hiệu quả chống lại dòng sét và điện áp tăng có liên quan đến cả hai bộ phận DC và AC của các hệ thống PV. Việc thực hiện bảo vệ này không chỉ tính đến các quy định chung về lắp đặt hệ thống quang điện (IEC 60364-7-712), mà còn hướng dẫn cụ thể về việc lựa chọn và lắp đặt SPDs để bảo vệ hệ thống DC. Đây là CLC / TS 50539-12 hoặc sau đó là CLC / TS 61643-32 như là một đặc tả kỹ thuật ở cấp độ châu Âu cũng như IEC 61643-32 [18] như một đối tác quốc tế.
 
6.3.1 Hệ thống PV trên tòa nhà
Khi thiết kế và lắp đặt SPDs để bảo vệ hệ thống PV, điều cần thiết là phân biệt giữa cấu trúc vật lý (tòa nhà) và hệ thống cá biệt.

Trong trường hợp cấu trúc vật lý, hệ thống PV là một phần của cấu trúc tòa nhà và được kết nối với việc lắp đặt điện. Các khía cạnh sau có liên quan để thiết kế và lắp đặt đúng SPDs trong các hệ thống này:
- Dữ liệu đặc trưng cho các hệ thống cung cấp, chẳng hạn như cấu hình mạng, điện áp danh nghĩa và dòng ngắn mạch
- Lớp chống sét (LPL) đạt được
- Sự hiện diện của hệ thống chống sét bên ngoài cũng như số lượng thiết bị bảo vệ mà hệ thống có
- Duy trì khoảng cách cách ly
- Vị trí lắp đặt biến tần
- Độ dài cáp giữa các thiết bị được bảo vệ

Dựa trên cấu hình các đặc tính của hệ thống PV được bảo vệ, được đặc trưng bởi các khía cạnh nêu trên, IEC 61643-32 [18] bao gồm các khuyến nghị cho các vị trí lắp đặt của SPD cũng như các yêu cầu về hiệu suất của chúng.

Một sự phân biệt được thực hiện ở đây giữa các cài đặt xây dựng có và không có hệ thống chống sét bên ngoài. Đối với các cấu trúc vật lý không có hệ thống chống sét bên ngoài, bảo vệ hệ thống PV nói chung là đủ với một SPD loại 1 với công suất xả ít nhất 5 kA (8/20 )s) cho mỗi chế độ bảo vệ.

Mạch Y bao gồm ba varistors với các điểm ngắt kết nối nhiệt
Fig. 70: Mạch Y bao gồm ba varistors với các điểm ngắt kết nối nhiệt

Ưu điểm của the Y-circuit 
Tất cả các thiết bị bảo vệ tăng từ Phoenix Contact cho bảo vệ DC của các hệ thống PV đều dựa trên mạch Y. Mạch không ổn định này luôn có hai varistors với các thiết bị ngắt kết nối được điều phối phù hợp được chuyển đổi thành chuỗi giữa tất cả các điện thế. Điều này đảm bảo rằng ngay cả trong trường hợp cực đoan, khi một trong các varistor thất bại, dòng chảy của dòng điện có thể tin cậy tiếp tục qua giây mà không bị gián đoạn. Điều này đảm bảo an toàn tối đa.

Hệ thống chống sét trên mái nhà của một ngôi nhà riêng
Fig. 69: Rooftop system on a private home

Điều này áp dụng cho cả DC và bên AC của hệ thống bảo vệ, trong khi các quy định của quốc gia cụ thể không xác định bất kỳ yêu cầu nào cao hơn, chẳng hạn như yêu cầu SPD loại 1 để bảo vệ bên AC của hệ thống.

Trong trường hợp các tòa nhà có hệ thống PV và hệ thống chống sét bên ngoài mà khoảng cách tách biệt cần thiết giữa tất cả các bộ phận dẫn điện của tòa nhà và việc lắp đặt điện được duy trì, cần có SPD loại 1 để bảo vệ hệ thống AC. Cũng trong trường hợp bảo vệ hệ thống DC-side, nó đủ để có một SPD loại 1 với công suất xả ít nhất 5 kA (8/20 μs) cho mỗi chế độ bảo vệ.

Tuy nhiên, nếu khoảng cách tách yêu cầu không được duy trì, cần có SPD loại 1 để bảo vệ hệ thống phía DC. Với mục đích này, IEC 61643-32 [18] xác định khả năng xả yêu cầu cho SPDs được sử dụng, tùy thuộc vào lớp chống sét và công nghệ SPD được sử dụng.

Sự khác biệt giữa công nghệ SPD được sử dụng dựa trên thực tế là bản thân SPD ảnh hưởng đến sự phân bố dòng sét trong hệ thống và kết quả là, phải xả dòng điện cường độ khác nhau dựa trên công nghệ. IEC 61643-32 [18] tạo sự phân biệt ở đây giữa các SPDs giới hạn điện áp dựa trên các biến tần và các SPD chuyển mạch điện áp dựa trên các khoảng trống tia lửa hoặc các thiết bị bảo vệ tăng khí (ống xả khí, GDT). Các kết hợp của các thành phần cơ bản này được xem như sau: Kết nối chuỗi bao gồm varistor và GDT cũng được xem là voltagelimiting, trong khi kết nối song song được xem là chuyển mạch điện áp. Để bảo vệ hệ thống hiệu quả, IEC 61643-32 [18] cũng cung cấp hướng dẫn về số lượng SPDs được lắp đặt và vị trí lắp đặt tối ưu. Để bảo vệ biến tần, hãy làm theo khuyến cáo để lắp đặt SPDs càng gần càng tốt.

Nếu chiều dài cáp giữa các tấm PV và biến tần vượt quá 10 m, hãy lắp đặt thêm một thiết bị bảo vệ ở đầu kia của cáp trong khu vực của các tấm PV để bảo vệ chúng một cách hiệu quả.

Trong các hệ thống có hệ thống chống sét bên ngoài, nơi không duy trì khoảng cách tách, nó cũng cần thiết cho các khung kim loại và hệ thống vận chuyển của các tấm PV được kết nối với hệ thống chống sét với các đầu nối có thể mang dòng sét. Trong trường hợp này, bất kể độ dài cáp tương ứng, SPD loại 1 phải được lắp đặt tại mỗi vị trí lắp đặt. Lý do cho điều này là tất cả các dây cáp của hệ thống PV được coi là đường song song với các đường liên kết đẳng thế và các thiết bị bảo vệ của tòa nhà và được kết nối qua SPDs, phải mang dòng sét một phần.


Bảng 6: Các giá trị của các SPDs giới hạn điện áp trong ứng dụng PV trên một tòa nhà mà khoảng cách tách không được duy trì


Bảng 7: Giá trị cho SPDs chuyển mạch điện áp trong ứng dụng PV trên một tòa nhà mà khoảng cách tách không được duy trì

Hệ thống đứng độc lập với hệ thống chống sét bên ngoài
Fig. 71: Hệ thống đứng độc lập với hệ thống chống sét ngoài trời
 
6.3.2 Hệ thống độc lập Free-standing systems
So với cấu trúc vật lý, các khía cạnh khác có liên quan để thiết kế đúng hệ thống chống sét và chống sét cho các hệ thống PV độc lập:
- Chiều rộng lưới liên kết đẳng thế
- Thiết kế hệ thống nối đất
- Sử dụng các loại biến tần (chuỗi hoặc bộ biến tần công suất trung tâm)

Các hệ thống độc lập thường được đặc trưng bởi hệ thống liên kết đẳng thế liên kết cao, thường được trang bị nhiều kết nối mặt đất. Các khung mô-đun cũng được kết nối với hệ thống liên kết đẳng thế. Chiều dài cáp giữa các tấm PV và điểm cấp liệu có thể là vài trăm mét trong các hệ thống này.

Nếu sét đánh vào hệ thống chống sét bên ngoài, các dòng sét một phần được kết hợp vào hệ thống liên kết đẳng thế. Do đó, các hệ thống đứng độc lập với các bộ biến tần công suất trung tâm ở phía DC phải được bảo vệ bằng các SPD loại 1, với hiệu suất được yêu cầu được chỉ định trong Bảng 8.

Đối với các hệ thống độc lập có bộ biến tần được lắp đặt gần các tấm PV, các điều sau được áp dụng:

Để bảo vệ mặt AC, chọn SPD với công suất xả tương tự như các giá trị trong Bảng 8. Để bảo vệ phía DC, đủ để sử dụng SPD loại 2 với công suất xả ít nhất 5 kA (8/20 μs) trên mỗi chế độ bảo vệ.

Các thông số dòng sét (I10 / 350) và In (I8 / 20) cho SPDs ở phía DC trong các hệ thống PV độc lập với một biến tần công suất trung tâm
Table 8: Các thông số dòng sét (I10 / 350) và In (I8 / 20) cho SPDs ở phía DC trong các hệ thống PV độc lập với một biến tần công suất trung tâm (Lightning current parameters (I10/350) and In (I8/20) for SPDs on the DC side in free-standing PV systems with a central power inverter)

VALVETRAB-MB-...-DC-PV
VAL-MB-T1/T2 1500DC-PV/2+V-FM
Fig. 72: VAL-MB-T1/T2 1500DC-PV/2+V-FM

Chi phí của một hệ thống PV có thể được giảm đáng kể bởi một điện áp hệ thống DC cao lên đến 1500 V. Cần ít hộp kết hợp chuỗi hơn, và chi phí vật liệu để lắp đặt cáp cũng giảm.

Với phạm vi sản phẩm VAL-MB, Phoenix Contact đang thiết lập các tiêu chuẩn mới với SPD hiệu suất cao cho điện áp lên đến 1500 V DC. Nó có công suất xả cao tổng cộng 12,5 kA (10/350 μ) và do đó đáp ứng tất cả các yêu cầu và điều kiện tiêu chuẩn của hướng dẫn lắp đặt để sử dụng trong lớp bảo vệ chống sét cấp III và IV.
 

6.4 Bảo vệ các mạch truyền tín hiệu trong công nghệ MCR

Vùng chống sét và phân loại thiết bị bảo vệ cho hệ thống MCR và IT theo IEC 61643-22
Fig. 73: Vùng chống sét và phân loại thiết bị bảo vệ cho hệ thống MCR và IT theo IEC 61643-22

Việc truyền tín hiệu nhiễu không cần thiết đóng một vai trò trung tâm trong lĩnh vực công nghệ đo lường, điều khiển và điều chỉnh (measurement, control and regulation technology - MCR technology).

Hoạt động trơn tru của quản lý dịch vụ xây dựng, sản xuất hoặc công nghệ chế biến đòi hỏi một mức độ cao về chất lượng và tính khả dụng của các tín hiệu được truyền đi. Tuy nhiên, các công nghệ này đang được tiếp xúc với một môi trường điện ngày càng hoạt động.

Điều này đặc biệt đúng với các tín hiệu khá yếu phát ra bởi các cảm biến. Điện áp nhỏ hoặc dòng điện phải được truyền tải một cách an toàn, được điều chỉnh hoặc đánh giá cẩn thận đang ngày càng bị nhiễu sóng điện từ và tần số vô tuyến điện. Lý do cho điều này là:
- Một số lượng ngày càng tăng của các thành phần hoạt động bằng điện trong tất cả các lớp hiệu suất, đặc biệt là động cơ hoạt động thông qua biến tần và các thiết bị truyền động khác.
- Sự tăng thu nhỏ và mật độ đóng gói của các thành phần thiết bị.
- Một khối lượng ngày càng tăng của thiết bị truyền thông và điều khiển không dây.
- Các hệ thống kỹ thuật số hoạt động với tần số truyền dẫn cao hơn bao giờ hết.

Việc xem xét không đủ các biến số nhiễu này, các điều chỉnh không đủ để khắc phục các lỗi hoặc các thiếu sót lập kế hoạch khác đều có thể ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu nhiễu.

Điện áp tăng lên, chẳng hạn như những tác động do tác động của sét, cũng có thể có tác động tiêu cực đến chức năng và tính sẵn có của các mô-đun điện tử trong công nghệ MCR. Tuy nhiên, sự can thiệp và thiệt hại gây ra bởi điện áp tăng trong các hệ thống công nghệ MCR có thể được ngăn chặn hiệu quả bằng cách sử dụng các thiết bị bảo vệ tailormade.

Tùy thuộc vào tiềm năng rủi ro và yêu cầu của mức độ bảo vệ, các thiết bị bảo vệ tăng với mạch bảo vệ kết hợp hoặc với các bộ phận riêng lẻ được sử dụng. Đây là những cài đặt trực tiếp thượng nguồn của các đầu vào tín hiệu được bảo vệ. Các mạch của các thiết bị bảo vệ tăng được sử dụng được điều chỉnh phù hợp với các loại tín hiệu khác nhau.

Graphic-symbol-of-a-gas-filled-surge-arrester
Fig. 74: Graphic symbol of a gas-filled surge
arrester

Graphic symbol of a suppressor diode
Fig. 75: Graphic symbol of a suppressor diode
 
6.4.1 Chức năng của thiết bị chống sét lan truyền (Function of surge protective devices)
Rất nhiều ứng dụng và dạng tín hiệu khác nhau tồn tại trong công nghệ MCR. Vì lý do này, các thiết bị bảo vệ khác nhau được thiết kế riêng cho ứng dụng tương ứng là cần thiết. Các thành phần điển hình cho các thiết bị bảo vệ này bao gồm các ống xả khí (GDT) và điốt điện áp thoáng qua (diode TVS). Các biến thể hiếm khi được sử dụng do "hành vi lão hóa" của chúng (tăng dòng rò sau khi tải nặng) và thiết kế lớn hơn.

GDT bao gồm sắp xếp điện cực trong ống gốm hoặc thủy tinh. Khí trơ, chẳng hạn như argon hoặc neon, nằm giữa các điện cực. Khi đạt được điện áp công suất, thành phần thay đổi thành trạng thái kháng thấp do xả khí được sử dụng. Điện áp tấn công không phải là hằng số; thay vào đó, nó phụ thuộc vào tốc độ tăng của điện áp tăng.

Sau khi đốt đường xả, điện áp hồ quang giữa 10 và 30 V thường được tạo ra, có thể được đo như là sự giảm điện áp tại SPD. GDT có khả năng xả dòng điện cao hơn mười nghìn ampe (8/20 μs). Tuy nhiên, với các giá trị bắt đầu từ vài trăm vôn, mức bảo vệ điện áp tương đối cao.

Các điốt ức chế trở nên dẫn điện nếu vượt ngưỡng điện áp hoặc UR điện áp ngược. Dòng điện 1 mA chảy qua diode khử ở mức điện áp phân rã cao hơn một chút UBR. Tại thời điểm này, diode đàn áp bắt đầu hạn chế điện áp tăng. Điện áp giới hạn tối đa là điện áp cao nhất có thể xảy ra ở diode khử trong trường hợp điện áp tăng. Ưu điểm chính của điốt TVS là tốc độ phản ứng và giới hạn điện áp đặc biệt. Tuy nhiên, công suất xả điện áp thấp hơn đáng kể so với GDT. Các thiết bị bảo vệ hiện đại sử dụng GDT và điốt TVS được thiết kế riêng cho nhau để tận dụng tối đa lợi ích tương ứng của chúng. Bằng cách này, GDT cung cấp công suất xả cao và diode TVS cung cấp mức bảo vệ điện áp thấp hơn và hành vi phản ứng nhanh. Việc đạt được điều này đòi hỏi phải phối hợp các yếu tố ghép nối giữa diode GDT và TVS. Cách một mạch hai cấp như công trình này được giải thích trong Hình 76.

Nếu một quá áp quá độ xảy ra giữa các dây tín hiệu, diode TVS giả định trạng thái kháng thấp sau một thời gian đáp ứng ngắn. Điều này dẫn đến một dòng chảy của dòng điện qua diode và các phần tử tách được tìm thấy trong đường tín hiệu Rtotal. Việc giảm điện áp được giới hạn ở giá trị của điện áp kẹp tối đa tại diode và giá trị của mức bảo vệ điện áp UP tại đầu ra của SPD. Thiết kế tối ưu để tiến hành dòng điện qua SPD có mức bảo vệ điện áp UP chỉ cao hơn một chút so với điện áp kẹp tối đa. Để xả dòng điện vượt quá công suất xả dòng cực đại của diode TVS, GDT phải thực hiện phần dòng điện tăng mà nếu không sẽ dẫn đến tình trạng quá tải của diode TVS. Dòng điện được chuyển mạch đột ngột trong quá trình này sau khi điện áp trên GDT đạt tới điện áp tấn công UZ của nó. Khi dòng điện được áp dụng, điện áp có mặt tại đường dẫn xả chìm vào giá trị của điện áp hồ quang (10 V – 30 V tùy thuộc vào loại). Hành vi hoán vị tại các thiết bị bảo vệ được quan sát (Hình 76) được xác định chủ yếu bởi tính kháng của các phần tử tách rời, được làm rõ từ quan sát tiếp theo.

UG giảm điện áp tại GDT, xác định hành vi đánh lửa của nó, phát sinh từ sự sụt giảm điện áp dọc theo các phần tử tách (quan sát về mặt kháng cự) và điện áp giảm US tại diode TVS. Từ mối quan hệ xấp xỉ tuyến tính của điện áp đã đề cập trước đó, nó trở nên rõ ràng là sụt điện áp tại GDT và hơn thế nữa, hành vi phản ứng và chuyển đổi công suất của nó trong diode TVS có thể được điều khiển đặc biệt bằng cách thay đổi giá trị điện trở của các phần tử tách. Những đặc điểm tích cực liên quan đến sự gia tăng của Rtotal là trái ngược với sự gia tăng tổn thất điện năng trong các yếu tố tách (điện trở). Giới hạn trên cho dòng định mức của SPD có nguồn gốc từ việc tự gia nhiệt, được phát hiện với sự cần thiết phải tuân theo nhiệt độ tối đa.

Mạch bảo vệ hai lớp
Fig. 76: Mạch bảo vệ hai lớp

Basic circuits
Basic circuit for insulated signal circuits
Fig. 77: Basic circuit for insulated signal circuits

Basic circuit for insulated signal circuits (without coupling resistors)
Fig. 78: Basic circuit for insulated signal circuits (without coupling resistors)

Basic circuit for applications with common reference potential, directly grounded
Fig. 79: Basic circuit for applications with common reference potential, directly grounded

Basic circuit for applications with common reference potential, indirectly grounded Signal 1
Fig. 80: Basic circuit for applications with common reference potential, indirectly grounded

Các mạch bảo vệ khác nhau phù hợp với các ứng dụng riêng lẻ có sẵn cho công nghệ MCR. Trước hết, một sự phân biệt được tạo ra giữa các loại tín hiệu được thiết kế như một vòng tròn khép kín độc lập (vòng lặp) và các tín hiệu có tiềm năng tham chiếu chung hoặc dây dẫn trả về chung. Các mạch kín độc lập (vòng lặp) thường được thiết kế sao cho chúng được cách ly khỏi điện thế đất để có khả năng miễn nhiễm nhiễu. Ứng dụng thường gặp của loại này là vòng lặp dòng 4 đến 20 mA để truyền các giá trị đo được. SPDs được thiết kế để đảm bảo cách nhiệt tiếp tục trong ứng dụng. Ống xả khí đảm bảo cách nhiệt giữa dây tín hiệu và điện thế đất trong khi vận hành. Trong trường hợp điện áp tăng, GDT xả hiệu quả transients xuống đất và giới hạn điện áp sao cho cường độ điện môi của thiết bị đầu cuối không được vượt quá. Cường độ điện môi điển hình của thiết bị đầu cuối là 1,5 kV. Ngoài việc bảo vệ cường độ điện môi, việc bảo vệ giữa các dây tín hiệu đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng MCR nhằm ngăn chặn vượt quá cường độ điện. Các thiết bị đầu cuối thường nhạy cảm hơn nhiều với những khác biệt tiềm năng của bản chất này, vì các thành phần bán dẫn nhạy cảm trong thiết bị đầu cuối bị ảnh hưởng trực tiếp. Thông thường, cường độ điện tương ứng của các thiết bị dưới 100 V. Mức độ bảo vệ đạt được bởi SPD do đó bao gồm một diode TVS phản ứng nhanh thực hiện mức bảo vệ điện áp thấp tương ứng.

Trong trường hợp điện trở tách trong các đường dẫn chế độ chung không đáng tin cậy thì cần phải có phiên bản mạch không cần tách. Đây có thể là trường hợp với các mạch đo hai dây dẫn Pt 100, trong đó các điện trở có thể bóp méo kết quả đo. Ngay cả đối với các mạch truyền động có dòng điện danh định cao hơn, loại mạch bảo vệ này được sử dụng. Một công suất xả dòng điện thấp hơn giữa các dây tín hiệu dù sao đi nữa nếu không có hiện tượng tách rời.

Các ứng dụng có tiềm năng tham chiếu chung đòi hỏi một mạch bảo vệ được thiết kế đặc biệt, vì các thành phần bán dẫn nhạy cảm trong các thiết bị đầu cuối cũng có thể bị hư hỏng do quá áp quá mức giữa các dây tín hiệu và điện thế tham chiếu. Vì lý do này, trong trường hợp này, các điốt TVS được chuyển đổi giữa mỗi dây và điện thế tham chiếu. Trong trường hợp tiềm năng tham chiếu được nối đất, SPD có thể được sử dụng, như trong Hình 79. Trong phần lớn các trường hợp, kết nối trực tiếp giữa tiềm năng tham chiếu chung (ví dụ như mặt đất) và điện thế đất không được phép hoặc mong muốn. Các phiên bản mạch với một GDT bổ sung giữa tiềm năng tham chiếu và mặt đất được sử dụng cho ứng dụng này. (Hinh 80). Đây được gọi là nền tảng gián tiếp.
 
6.4.2 Khái niệm vùng bảo vệ trong các ứng dụng MCR

Zone concept in accordance with IEC 61643-22 [16]
Fig. 81: Zone concept in accordance with IEC 61643-22 [16]

Sự cần thiết để thực hiện bảo vệ tăng được xác định dựa trên phân tích rủi ro. SPDs sau đó được chọn bằng cách sử dụng lớp thử nghiệm được quy định bởi quá trình chuyển đổi vùng (xem Hình 81). Để đạt được hiệu quả bảo vệ tối ưu lý tưởng, mỗi SPDs được đặt ở giới hạn vùng. Tất cả các dây dẫn vào hoặc ra khỏi tòa nhà phải được tích hợp vào liên kết đẳng thế chung của SPDs tương ứng. Đặc biệt, khái niệm vùng sẽ được áp dụng nếu có hệ thống chống sét bên ngoài.

Lightning protection zone transitions and corresponding SPD types
Table 9: Lightning protection zone transitions and corresponding SPD types

Ví dụ, mức độ bảo vệ đầu tiên (j, I) chủ yếu cung cấp sự bảo vệ chống lại sự phá hủy để lắp đặt trực tiếp tại lối vào tòa nhà. SPDs được sử dụng sẽ được đánh giá theo mức độ đe dọa dự kiến. Các SPDs tiếp theo (k, n và m, o) sau đó chỉ cần giảm điện áp nhiễu và dòng điện tăng tới giá trị chấp nhận được đối với thiết bị đầu cuối. Ngược lại với việc lắp đặt SPD cho các hệ thống cấp điện, SPD phải được lắp đặt ở mọi vùng chuyển tiếp cho tín hiệu MCR (xem IEC 61643-22, [16]).

Trong thực tế, sự lựa chọn được thực hiện để không tách các cáp tín hiệu khỏi trường tại mỗi vùng chuyển tiếp. Điều này giúp cho chi phí lắp đặt thấp. Do đó, nhiều mức bảo vệ được kết hợp trong một SPD MCR. Như một giải pháp thực tế, mô-đun bảo vệ này có thể được cài đặt ở phía thượng nguồn của thiết bị được bảo vệ, chẳng hạn như đầu vào của bộ điều khiển. So với SPDs để cấp nguồn theo IEC 61643-11, sự khác biệt ở đây không được thực hiện theo T1, T2, T3; thay vào đó, SPDs được phân loại theo công suất xả. D1 cho tín hiệu sét tại giới hạn vùng LPZ 0/1, C2 cho xung nhiễu giảm tại LPZ 1/2 và C1 tại LPZ 2/3. Danh sách lựa chọn (Bảng 9) từ DIN CLC / TS 61643-22 [16] cung cấp thông tin về vị trí mà mỗi loại SPD phải được cài đặt.

Bảo vệ tăng cường cho các vòng hiện tại Giá trị đo được thường được truyền bằng các quy trình chuẩn hóa trong trường. Tín hiệu 4 đến 20 mA được sử dụng đặc biệt thường xuyên cho các ứng dụng sử dụng cáp dài hơn. Giá trị đo tại cảm biến được chuyển đổi thành giá trị hiện tại chạy giữa cả hai thiết bị truyền dẫn. Điện trở ohmic của cáp không có ảnh hưởng ở đây trên dòng truyền giá trị đo được. Đối với các vòng hiện tại, hai dây tín hiệu thường được sử dụng mà không đòi hỏi một tiềm năng tham chiếu bổ sung và được định tuyến trong trạng thái cách điện từ điện thế mặt đất. Để bảo vệ một ứng dụng loại này từ transients, một SPD là cần thiết ở cả hai điểm cuối. SPD tương ứng được trang bị mạch bảo vệ nhiều tầng. Các điện áp chế độ bình thường thoáng qua giữa các dây tín hiệu và điện áp chế độ chung tới mặt đất được giới hạn ở cả hai điểm cuối (xem Hình 82).

Fig. 82: Example of a measuring signal transmission (4...20 mA) with surge protection
Fig. 82: Example of a measuring signal transmission (4...20 mA) with surge protection

Bảo vệ chống sét lan truyền cho tín hiệu nhị phân Trong công nghệ điều khiển, các mô-đun thường được sử dụng có số đầu vào và đầu ra tín hiệu cao hơn (kỹ thuật số vào / ra kỹ thuật số). Hơn nữa, có một tiềm năng tham chiếu chung thường được sử dụng đồng thời như một dây dẫn trở lại chung từ trường. Mạch bảo vệ phù hợp với loại ứng dụng này được thiết kế với hai mức bảo vệ giữa mỗi dây và tiềm năng tham chiếu chung. Giữa hai dây tín hiệu "lân cận", luôn có sự bảo vệ thông qua kết nối hàng loạt của hai điốt ức chế. Hơn nữa, có sự bảo vệ đối với mặt đất thông qua GDT sao cho, cùng nhau, tất cả các transients có thể hiểu được đều bị hạn chế (xem Hình 83).

Example of protected binary inputs and outputs of a controller
Fig. 83: Example of protected binary inputs and outputs of a controller

Bảo vệ chống sét cho phép đo nhiệt độ Nếu đo nhiệt độ bằng điện trở phụ thuộc nhiệt độ, như Pt 100, phần ohmic của cáp bổ sung cũng như điện trở tách của thiết bị bảo vệ tăng đặc biệt cần được tính đến. Trong trường hợp đo hai dây, giá trị điện trở của SPD có thể làm sai lệch kết quả đo được. Nếu tổng các điện trở tách trong mạch đo được, ví dụ, 4 ohms, thì có một lỗi đo 4% cho phép đo 0 ° C, thay vì 100 ohms, phát hiện được 104 ohms. Vì lý do này, mạch bảo vệ hai giai đoạn có sẵn như là một phiên bản mà không cần tách điện trở để giảm thiểu ảnh hưởng của SPD trong ứng dụng này (xem Hình 84).

Example of protected two-wire temperature measurement (Pt 100)
Fig. 84: Example of protected two-wire temperature measurement (Pt 100)

Bảo vệ chống sét trong các khu vực được bảo vệ chống nổ Ex zone
Nổ khí quyển có thể xảy ra thường xuyên trong các ngành hóa chất và hóa dầu do các quá trình công nghiệp. Chúng được gây ra, ví dụ, bởi khí, hơi hoặc hơi. Các khí quyển nổ cũng có khả năng xảy ra ở các nhà máy, silo, và các nhà máy đường và thức ăn gia súc do bụi có mặt ở đó. Do đó, các thiết bị điện trong khu vực có khả năng gây nổ phải tuân thủ các chỉ thị đặc biệt. Điều này cũng áp dụng cho SPDs được sử dụng trong các loại ứng dụng này.

Các khu vực có khả năng gây nổ được chia thành các khu tiêu chuẩn hóa. Phân loại cho các khu vực bụi và khí nổ được tìm thấy trong tiêu chuẩn IEC / EN 60079-11 [17]. Các khu được phân loại dựa trên xác suất mà một bầu không khí nổ sẽ phát sinh.

Loại bảo vệ an toàn Ex i nội tại được sử dụng thường xuyên trong lĩnh vực công nghệ MCR. Bảo vệ an toàn nội tại, trái ngược với các loại bảo vệ khác (chẳng hạn như tăng độ an toàn), không chỉ đề cập đến các thiết bị riêng lẻ mà cho toàn bộ mạch. Một mạch được mô tả là bản chất an toàn nếu dòng điện và điện áp được giới hạn ở mức độ như vậy mà không có tia lửa hoặc hiệu ứng nhiệt nào có thể gây ra một bầu không khí dễ cháy nổ. Điện áp bị hạn chế để giữ năng lượng của tia lửa dưới năng lượng đánh lửa của khí xung quanh. Một hiệu ứng nhiệt, chẳng hạn như một bề mặt quá nóng, được ngăn chặn bằng cách hạn chế dòng điện. Năng lượng cũng có thể được lưu trữ dưới dạng dung sai hoặc điện cảm trong mạch an toàn thực chất. Điều này cũng phải được xem xét khi kiểm tra mạch an toàn thực chất. Mức độ an toàn ia, ib hoặc ic xác định xem bảo vệ có được duy trì với hai lỗi hoặc một lỗi trong mạch bảo vệ hay không hoặc không có sự bảo vệ nào được cung cấp trong trường hợp có lỗi. An toàn nội tại được dựa trên giám sát lỗi để loại trừ nguy cơ nổ. Liên quan đến việc bảo vệ tăng cường các mạch an toàn nội tại, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng có sự chấp thuận Ex i tương ứng. Hơn nữa, SPD phải có khả năng xả ít nhất 10 tín hiệu của dòng điện tăng 10 kA (8/20 μ) một cách an toàn. Mô tả toàn diện các biện pháp phòng chống cháy nổ liên quan đến loại bảo vệ an toàn nội tại có thể được tìm thấy trong tiêu chuẩn IEC / EN 60079-11 [17].

Zone 0
Khu vực có khí gas nổ nguy hiểm hiện diện trong thời gian liên tục, thường xuyên hoặc dài. Những điều kiện này thường được tìm thấy bên trong các thùng chứa, đường ống, thiết bị và xe tăng.

Zone 1
Khu vực trong đó một bầu không khí khí độc nguy hiểm được dự kiến chỉ thỉnh thoảng trong khi hoạt động bình thường. Điều này bao gồm các khu vực xung quanh khu vực ngay lập tức 0, cũng như các khu vực gần đầy và đổ thiết bị.

Zone 2
Khu vực trong đó một bầu không khí khí độc hại không được mong đợi trong quá trình hoạt động bình thường; tuy nhiên nếu nó xảy ra, nó chỉ trong một thời gian ngắn. Vùng 2 bao gồm các khu vực được sử dụng riêng để lưu trữ, khu vực xung quanh các kết nối đường ống có thể bị ngắt kết nối và nói chung là khu vực trung gian xung quanh khu vực 1.

Fig. 85: Zone division based on the example of a liquid tank with fill level sensor
Fig. 85: Zone division based on the example of a liquid tank with fill level sensor

Thiết bị bảo vệ được chứng nhận cho các khu vực có khả năng gây nổ Ex zone

TERMITRAB complete for protecting intrinsically safe circuits
Fig. 86: TERMITRAB complete for protecting intrinsically safe circuits

Với TERMITRAB hoàn chỉnh, các dòng sản phẩm PLUGTRAB IQ và SURGETRAB, Phoenix Contact cung cấp các giải pháp có sự chấp thuận của ATEX phù hợp với chỉ thị 94/9 / EC và có thể được cài đặt trong các mạch an toàn nội tại lên Khu vực 1.

Vì tất cả SPDs từ Phoenix Contact cho các mạch an toàn thực chất được phân loại trong danh mục "Ex ia", chúng cung cấp mức độ an toàn cao nhất. Trong thể loại "ia", một mạch an toàn thực chất trong một thiết bị điện không được có khả năng gây cháy trong trường hợp điện áp Um và Ui, ngay cả dưới giả định của hai lỗi không liên quan.
 
6.4.3 Lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền cho hệ thống MCR (Selecting SPDs for MCR systems)
There is a great variety of surge protective devices in the field of MCR technology. The selection criteria range from the obvious installation characteristics of the SPD and advantageous product features to the technical parameters of the application. Installation characteristics

a) Mounting type
SPDs được lắp đặt trên đường ray DIN theo tiêu chuẩn. Để lắp đặt SPD trên các thiết bị hiện trường, đôi khi nó dễ dàng hơn để gắn trực tiếp SPD vào đầu cảm biến.

b) Connection technology
Nhiều SPDs có kết nối vít quen thuộc. Vì nhiều dây điện được kết nối trong các ứng dụng công nghệ MCR, kết nối Pushin nhanh hơn, không có công cụ được ưu tiên hơn.

c) Overall width
Số lượng tín hiệu được bảo vệ trong ứng dụng MCR thường rất lớn. Do đó, một SPD hẹp hơn có thể đóng góp đáng kể để cho phép toàn bộ tủ điều khiển được kích thước ở dạng nhỏ hơn.

Đặc tính sản phẩm Product features
d) Signaling and remote signaling
SPD bị quá tải không còn cung cấp sự bảo vệ và phải được thay thế. Một thiết bị không thành công có thể được phát hiện với sự trợ giúp của chỉ báo trạng thái trên SPD. Tùy chọn tín hiệu từ xa làm cho nó có thể truyền trạng thái đến phòng điều khiển và thay thế SPDs một cách nhanh chóng. Tín hiệu từ xa làm tăng chất lượng bảo vệ cho khái niệm bảo vệ tăng tổng thể.

e) Pluggability
SPD có thể thay thế mà không cần truy cập cài đặt. Tín hiệu không bị gián đoạn cũng không bị ảnh hưởng trong quá trình cắm và ngắt kết nối.

f ) Knife disconnection
SPDs với dao ngắt kết nối cung cấp khả năng mở đường dẫn tín hiệu trên SPD. Bằng cách này, dây dẫn SPD đến trường có thể được tách ra khỏi hệ thống dây điện với các thiết bị điện tử. Công việc bảo trì cũng trở nên đặc biệt đơn giản, chẳng hạn như tiến hành các phép đo cách điện để xác định một lỗi trong lĩnh vực cáp, ví dụ.

Selection criteria for MCR SPDs
Table 10: Selection criteria for MCR SPDs

Thông số ứng dụng Application parameters
g) Interface type
Sự phân biệt thường được thực hiện giữa các loại giao diện có và không có dây dẫn tham chiếu. Tín hiệu có dây dẫn tham khảo, ví dụ: đầu vào tín hiệu số, yêu cầu các thành phần bảo vệ thô và tốt giữa dây dẫn tín hiệu và dây dẫn tham chiếu. Tín hiệu không có dây dẫn tham chiếu, ví dụ: 4 đến 20 mA vòng hiện tại, yêu cầu một yếu tố bảo vệ tốt giữa cả hai dây tín hiệu, vì đây là nơi mà các thiết bị điện tử nhạy cảm được cài đặt, và bảo vệ thô cho tiềm năng mặt đất. Các mạch bảo vệ phải được lựa chọn cho SPDs cho phù hợp.

h) Nominal voltage
Điện áp danh định của ứng dụng có ảnh hưởng đáng kể đến điện trở tăng áp của thiết bị đầu cuối. Như một quy luật, điện áp danh định càng thấp của ứng dụng, mức bảo vệ điện áp càng thấp của SPD phải thấp hơn. Điện áp tối đa của ứng dụng có thể không vượt quá Uc điện áp liên tục cao nhất của SPD, tuy nhiên, vì nó có thể dẫn đến tình trạng quá tải.

i) Rated current
Dòng định mức của SPDs cho công nghệ MCR bị giới hạn bởi loại mạch bảo vệ. Do dòng điện danh định trong công nghệ MCR nói chung là thấp, dòng điện định mức SPD thấp là đủ trong nhiều trường hợp. Mạch bảo vệ phải thay đổi đối với các ứng dụng có dòng điện danh định cao hơn. Theo quy định, dòng danh nghĩa của ứng dụng không được phép vượt quá dòng định mức của SPD.

j) Number of signal wires
Một SPD riêng biệt thường có thể được sử dụng cho bất kỳ cặp dây tín hiệu nào. Để tăng mật độ đóng gói, SPDs bảo vệ nhiều dây tín hiệu rất hữu ích, ví dụ: hai đầu vào số với một dây dẫn tham chiếu chung.

Trình cấu hình trực tuyến cho bảo vệ tăng MCR (Online configurator for MCR surge protection)
Đánh giá tất cả các tiêu chí lựa chọn riêng lẻ có thể là tẻ nhạt. Trình cấu hình trực tuyến từ Phoenix Contact cung cấp một tùy chọn đơn giản để chọn SPD phù hợp cho ứng dụng MCR tương ứng. Trình cấu hình đưa tính thích hợp kỹ thuật của SPD vào trong quá trình này. Các đặc tính sản phẩm mong muốn có thể được thêm vào một cách dễ dàng và các đặc tính sản phẩm không cần thiết có thể được loại bỏ. Kết quả là, quá trình lựa chọn một sản phẩm được đơn giản hóa đáng kể với cách tiếp cận đơn giản này.

k) RF application or data interface (>1 Mbps)
Nhiều mạch bảo vệ tăng có đặc tính truyền thấp. Do đó, đối với các ứng dụng tần số vô tuyến, các mạch bảo vệ được yêu cầu khi độ suy giảm tín hiệu hầu như không đáng chú ý.

l) Resistance-dependent measurement
Trong các mạch bảo vệ thường được thực hiện cho công nghệ MCR, các điện trở tách được sử dụng trong đường tín hiệu để phối hợp giữa các yếu tố bảo vệ tốt và thô. Mạch có sẵn cho các phép đo phụ thuộc vào điện trở không ảnh hưởng đến trở kháng của đường tín hiệu.

m) Ex application
Trong các ứng dụng có khí quyển dễ nổ, yêu cầu tăng lên được đặt trên các thiết bị điện. SPDs với các đặc tính và phê duyệt tương ứng là cần thiết cho các ứng dụng này.

n) Protective circuit type
Mạch bảo vệ nhiều giai đoạn có chứa các thành phần bảo vệ thô và tốt được sử dụng làm tiêu chuẩn. Các mạch này cung cấp khả năng chống sét và chống sét và do đó có thể được triển khai toàn cầu. Mạch một pha có thiết kế đơn giản hơn nhưng chỉ cung cấp khả năng chống sét hoặc chỉ chống sét.
 
6.4.4 Thiết bị chống sét lan truyền dạng mỏng - Surge protection in thin layers – TERMITRAB complete
Surge protection for all applications-TERMITRAB complete
Fig. 87: Surge protection for all applications – TERMITRAB complete

SPDs với mật độ đóng gói cao thường được yêu cầu trong công nghệ MCR, vì nhiều tín hiệu có thể cần phải được bảo vệ trong một tủ điều khiển duy nhất trong ngành công nghiệp quá trình chẳng hạn. Bằng cách sử dụng các SPDs đặc biệt hẹp như TERMITRAB hoàn chỉnh, các yêu cầu về không gian có thể được giảm đáng kể và các hệ thống có thể được định kích thước ở dạng nhỏ hơn.

Chỉ báo trạng thái và tín hiệu từ xa Các thiết bị bảo vệ tăng có thể bị quá tải và gặp sự cố. Đối với một khái niệm bảo vệ tăng cường chức năng lâu dài, chức năng, điều quan trọng là SPDs quá tải được phát hiện và thay thế. Để kết thúc, TERMITRAB hoàn thành cung cấp các chỉ báo trạng thái cơ học trên mô-đun báo hiệu khi một thành phần bảo vệ tăng bị ngắt kết nối khỏi đường tín hiệu. Chức năng chỉ báo trạng thái không có thêm nguồn phụ trợ. Tình trạng của các mô-đun hoàn chỉnh TERMITRAB có thể được truyền đến phòng điều khiển, nhờ vào các mô-đun báo hiệu từ xa tùy chọn. Điều này có nghĩa là thông tin luôn luôn có sẵn thông qua một hệ thống bảo vệ tăng chức năng. Mô-đun báo hiệu từ xa theo dõi trạng thái của tối đa 40 mô-đun hoàn chỉnh TERMITRAB lân cận. Vì lý do này, không cần thêm dây hoặc lập trình. Nếu một yếu tố bảo vệ bị ngắt kết nối trong trường hợp quá tải, thiết bị ngắt kết nối đóng kênh giám sát và báo hiệu từ xa nhóm được kích hoạt.

Danh mục được điều chỉnh (Tailored portfolio)
TERMITRAB hoàn thành cung cấp một danh mục đầu tư phù hợp với các chức năng khác nhau. Bắt đầu với các thiết bị đầu cuối đơn giản với một thành phần bảo vệ tăng, phạm vi mở rộng để bao gồm SPD nhiều giai đoạn, có thể cắm được với các chỉ báo trạng thái và ngắt kết nối dao tích hợp. Điều này làm cho nó có thể tạo ra một khái niệm với các đặc tính sản phẩm mong muốn dựa trên các yêu cầu riêng lẻ. Một mạch thích hợp và các chức năng tùy chọn được chọn chỉ trong vài bước bằng cách sử dụng bộ cấu hình trực tuyến.

TERMITRAB complete – ultra narrow
TTC-3
Fig. 88: TTC-3

Dòng sản phẩm TTC hoàn chỉnh của TERMITRAB bao gồm thiết bị bảo vệ tăng nhỏ nhất trên thế giới cho công nghệ MCR với chiều rộng tổng thể chỉ là 3,5 mm. Điều này tiết kiệm không gian và cắt giảm chi phí.
- Chiều rộng tổng thể 3,5 mm
- Công nghệ kết nối Push-in
- Mạch bảo vệ nhiều tầng
- Tín hiệu kỹ thuật số và tín hiệu analog

TERMITRAB complete – narrow and pluggable
TTC-6 pluggable versions
Fig. 89: TTC-6 pluggable versions

Cũng trong số các giống có thể cắm được, TERMITRAB hoàn thành cung cấp các giải pháp hẹp nhất trên thị trường với chiều rộng tổng thể là 6 mm.
- Chiều rộng tổng thể 6 mm
- Có thể cắm vào và kiểm tra
- Chỉ báo trạng thái tích hợp
- Có sẵn với con dao ngắt kết nối
- Kết nối đẩy hoặc vít
- Mạch bảo vệ nhiều tầng

TERMITRAB complete – one-piece
TTC-6 one-piece versions
Fig. 90: TTC-6 one-piece versions

Nếu không cần phải cắm và kiểm tra các thiết bị, các phiên bản một mảnh là lựa chọn thích hợp từ hệ thống hoàn chỉnh TERMITRAB.
- Chiều rộng tổng thể 6 mm
- Có sẵn với chỉ báo trạng thái tích hợp và ngắt kết nối dao
- Kết nối đẩy hoặc vít
- Mạch bảo vệ nhiều tầng

TERMITRAB complete – one-stage
TTC-6 one-stage versions
Fig. 91: TTC-6 one-stage versions

Các yếu tố bảo vệ một giai đoạn duy nhất trên thị trường với một chỉ số trạng thái tích hợp và tín hiệu từ xa tùy chọn.
- Chiều rộng tổng thể 6 mm
- Chỉ báo trạng thái tích hợp
- Kết nối đẩy hoặc vít
- Mạch bảo vệ một tầng

TERMITRAB complete – remote signaling
TTC-6 remote signaling set
Fig. 92: TTC-6 remote signaling set

Mô-đun gửi - nhận để giám sát tối đa 40 thiết bị bảo vệ từ phạm vi hoàn chỉnh TERMITRAB.
- Chiều rộng tổng thể 6 mm
- Chỉ báo trạng thái tích hợp
- Kết nối đẩy hoặc vít
- Liên lạc chỉ báo từ xa nổi
- Không có hệ thống dây điện của thiết bị bảo vệ riêng lẻ
 
6.4.5 Thiết bị chống sét lan truyền cách bằng phát hiện sớm
Giám sát các yếu tố bảo vệ kết hợp với chức năng báo hiệu từ xa đặc biệt hữu ích cho các thiết bị bảo vệ ở những vị trí khó tiếp cận. Một chiến lược bảo trì định hướng trạng thái, thậm chí ưu tiên là có thể, nhờ vào việc mua lại trạng thái liên tục và đánh giá các chỉ số lão hóa. Liên quan đến các thành phần quan sát của diode TVS và GDT của mạch bảo vệ, các phương pháp được mô tả bên dưới, dựa trên nguyên tắc vật lý và thống kê cũng như liên kết giữa hai nguyên tắc này có thể được sử dụng để phát hiện trạng thái của thành phần và đánh giá quá trình lão hóa.

a) Đánh giá "trực tiếp" trạng thái thành phần, tức là một đánh giá trực tiếp, có thể xảy ra nếu có mối quan hệ trực tiếp giữa các biến đo được và trạng thái lão hóa được phát hiện. Loại mối quan hệ vật lý này tồn tại, ví dụ, giữa dòng rò được tạo ra bởi một diode TVS và mức độ thiệt hại của nó.

b) Các quy trình đánh giá thống kê được sử dụng nếu có kiến ​​thức đã được thiết lập về hành vi lão hóa và suy giảm phụ thuộc vào tải trọng đối với thành phần quan sát được. Trong trường hợp này, các báo cáo thống kê có thể được thực hiện về trạng thái bằng cách phát hiện tải và so sánh nó với giới hạn tải được mô tả trong IEC 61643-21 [7]. Ở đây, ví dụ, việc phát hiện trực quan xả khí kết hợp với dòng chảy của dòng điện qua GDT rất hữu ích.

Việc phát hiện trực quan dòng chảy của dòng điện qua GDT và phát hiện dòng rò qua diode TVS được sử dụng cho việc thực hiện kỹ thuật thu hồi trạng thái và đánh giá cho mạch bảo vệ 2 cấp. Bằng cách thu thập các biến số đo này, có thể thực hiện các câu lệnh liên quan đến tải thành phần trước và tham số thành phần vật lý liên tục thay đổi bằng cách sử dụng các thuật toán phù hợp. Thông tin này được hiển thị qua thông báo trạng thái. Để cung cấp tùy chọn truy xuất thông tin này trong phòng điều khiển, ví dụ, nó thuận lợi nếu trạng thái bảo vệ có thể được báo hiệu từ xa. Với mục đích này, một số liên lạc nổi có thể được PLC đánh giá thường được sử dụng trên thiết bị bảo vệ. Kết quả sau đó có thể được chuyển tiếp đến phòng điều khiển bằng cách sử dụng các phương tiện truyền dẫn khác nhau (bus hoặc hệ thống không dây). Việc phát hiện và xử lý trạng thái tùy chọn đã được thực hiện trong hệ thống thiết bị bảo vệ PT-IQ PLUGTRAB (Hình 93). Trạng thái chức năng tương ứng được báo cáo bởi một hệ thống giám sát thông minh. Có các chỉ báo LED trên phích cắm bảo vệ màu xanh lục, vàng và đỏ cho mục đích này. Màu vàng cho biết thiết bị bảo vệ gần hết tuổi thọ. Tuy nhiên, màu vàng cũng có nghĩa là chức năng bảo vệ vẫn được đảm bảo đầy đủ. Chỉ báo cảnh báo sớm này có thể lập kế hoạch thay thế ở giai đoạn sớm. Thay thế được khuyến nghị và phải được thực hiện khi đèn LED màu đỏ sáng lên.

Để giảm thiểu chi phí đấu dây của sản phẩm, một tín hiệu và cung cấp xe buýt chạy dọc theo đường ray DIN. Các mô-đun bảo vệ cũng chứa điện áp cung cấp và báo cáo trạng thái của chúng tới nguồn cấp trung tâm và mô-đun báo hiệu từ xa (PT-IQPTB), hiển thị trực quan tín hiệu và làm cho nó có sẵn như một tín hiệu từ xa thông qua một tiếp điểm nổi. Sử dụng tiếp điểm nổi này, trạng thái của SPDs có thể được chuyển tiếp bằng cách sử dụng các phương tiện truyền dẫn khác nhau (bus hoặc hệ thống không dây).

PLUGTRAB PT-IQ
Fig. 93: Protective device system PT-IQ with function indicator display
Fig. 93: Protective device system PT-IQ with function indicator display

Hệ thống giám sát thông minh này cho phép người dùng biết trạng thái bảo vệ của hệ thống bất kỳ lúc nào, bất kể vị trí. Một chiến lược bảo trì ưu tiên cũng có thể, nhờ vào màn hình ba giai đoạn. Các thiết bị có sẵn với các khối thiết bị đầu cuối vít hoặc với kết nối Push-in. Chi phí đi dây của các sản phẩm được giảm thiểu, nhờ vào một tín hiệu và cung cấp xe buýt nằm trong đường ray DIN. Hơn nữa, có các phiên bản để sử dụng trong các mạch Ex i.
 
6.4.6 Bảo vệ chống sét tại thiết bị thực địa
Để bảo vệ các thiết bị hiện trường, các thiết kế SPD có sẵn có thể dễ dàng cài đặt trên các đối tượng cần được bảo vệ. Một tuyến cáp miễn phí được sử dụng trong quá trình này và SPD được kết nối với dây song song. Nếu không có tuyến miễn phí còn lại trên thiết bị hiện trường, có thể sử dụng phiên bản SPD thông qua hệ thống dây điện.

SURGETRAB
SURGETRAB with through wiring on the field device
Fig. 94: SURGETRAB with through wiring on the field device

SURGETRAB with parallel wiring on a field device
Fig. 95: SURGETRAB with parallel wiring on a field device

Phạm vi mục này được thiết kế đặc biệt để sử dụng trong trường. Các phiên bản mạch khác nhau được tối ưu hóa để đo mạch và bộ truyền động. Các kết nối vít với chủ đề số liệu hoặc ½ "và ¾" cho phép sử dụng trong tất cả các hệ thống thiết bị hiện có trên toàn thế giới.
 
6.4.7 Liên kết đẳng thế chống sét cho đường ống
Typical application field: gas compression station
Fig. 96: Typical application field: gas compression station

Installation example based on an insulated flange
Fig. 97: Installation example based on an insulated flange

Một cuộc sống phục vụ lâu dài là rất quan trọng cho hoạt động hiệu quả của đường ống. Hệ thống chống ăn mòn hoạt động được sử dụng để bảo vệ chống gỉ. Trong hoạt động, những yêu cầu các ống kim loại được cách ly với tiềm năng mặt đất. Để bảo vệ cách điện ống (lớp phủ) và mặt bích cách điện chống lại thiệt hại gây ra bởi điện áp tăng, sử dụng khoảng cách tia lửa cô lập. Nếu xảy ra điện áp tăng, ví dụ do sét đánh, khoảng cách tia lửa cô lập trở nên thấp trở kháng. Dòng sét sét được xả xuống đất trên một con đường xác định. Liên kết đẳng thế bảo vệ chống sét do đó được đảm bảo.
 
6.5 Bảo vệ các mạch truyền tín hiệu trong công nghệ thông tin
Truyền thông qua mạng dữ liệu là một phần của cuộc sống hàng ngày trong mọi lĩnh vực kinh doanh.

Các giao diện hoạt động với các mức tín hiệu thấp ở tần số cao. Điều này làm cho chúng đặc biệt nhạy cảm với điện áp tăng và có thể dẫn đến sự phá hủy các linh kiện điện tử trong các hệ thống CNTT. Ngoài việc bảo vệ được điều chỉnh cho các hệ thống này, SPD cũng phải thể hiện hành vi truyền tín hiệu chất lượng cao, vì nếu không trục trặc sẽ được mong đợi trong quá trình truyền dữ liệu. Khía cạnh này đang ngày càng trở nên quan trọng khi đối mặt với việc tăng tốc độ truyền dữ liệu liên tục. Để đạt được mục đích này, khi phát triển các SPD mới cho các hệ thống CNTT, trọng tâm là thực hiện hành vi truyền tín hiệu chất lượng cao. Nó được đánh giá dựa trên các tiêu chuẩn ISO / IEC 11801 hoặc EN 50173.

Hơn nữa, một loạt các công nghệ kết nối được nhìn thấy trong lĩnh vực ứng dụng này. Vì lý do này, các thiết bị bảo vệ phải tương ứng với các thông số kỹ thuật điện và cũng thích nghi với các giao diện được bảo vệ. Các phiên bản SPD thường chỉ khác nhau về công nghệ thiết kế và kết nối của họ.

Các mạch bảo vệ thường kết hợp với các cực dương ức chế điện trở thấp, có điện dung thấp với các ống xả khí mạnh. Khi công nghệ mạch yêu cầu, điện trở ohmic tách hai giai đoạn bảo vệ.
 
6.5.1 Giao diện Ethernet và token ring
Kiến trúc hoặc cấu trúc của một cài đặt mạng và loại truyền dữ liệu giữa các thiết bị đầu cuối trong mạng dữ liệu được gọi là cấu trúc liên kết.

Trong các mạng cục bộ, chúng đã được thử và thử nghiệm dưới dạng các cấu trúc liên kết của xe buýt, vòng và sao cũng có thể được kết hợp. Để truyền tải thông tin trong mạng dữ liệu, sử dụng cặp xoắn hoặc sợi quang.

Yêu cầu truyền dữ liệu Giao diện Ethernet và token ring đã được sử dụng trong nhiều năm. Tuy nhiên, các hệ thống Ethernet đã chiếm ưu thế, do tốc độ truyền của chúng và các đầu nối nhỏ gọn. Hành vi truyền của hệ thống Ethernet được định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.3. Tốc độ truyền tải lên đến 10 Gbps.

Tốc độ truyền được xác định (Bảng 11) tùy thuộc vào loại hiệu suất (cat. 5 - cat. 7).

Các hệ thống mới hơn có yêu cầu tần số truyền dẫn cao phù hợp với mèo. 6 và mèo. 7, và cuối cùng là mèo. 8.1 hoặc mèo. 8.2.

Thiết bị bảo vệ có kết nối RJ45, nơi tất cả tám đường dẫn tín hiệu được bảo vệ, rất phù hợp với giao diện Ethernet, PROFINET và token ring.

Cấp nguồn qua Ethernet - Power over Ethernet (PoE)
Cấp nguồn qua Ethernet (PoE) là một quá trình trong đó năng lượng phụ trợ cho các thiết bị được kết nối cũng được truyền qua cáp dữ liệu Ethernet.

Công suất phụ được áp dụng cho các cặp dây chưa sử dụng (chế độ B, hình 100) hoặc nạp dưới dạng công suất ảo (chế độ A, hình 99) giữa các cặp dây tín hiệu. Phù hợp với IEEE 802.3af, công suất tối đa 13.5 W có thể được truyền bằng phương pháp này. Chuẩn IEEE 802.3at tiếp theo hiện cho phép 25.5 W với PoE +. PoE ++ đang được tranh luận, điều này sẽ làm cho nó có thể đạt được khả năng truyền tải cao hơn nữa.
 
6.5.2 Giao diện nối tiếp (Serial interfaces)
Các giao diện nối tiếp cho phép trao đổi dữ liệu giữa các máy tính và các thiết bị ngoại vi. Trong quá trình truyền dữ liệu nối tiếp, các bit được truyền qua cáp (theo chuỗi), sau đó một bit. Đặc biệt phổ biến là:

DT-LAN-Cat.6+
DT-LAN-Cat.6+ - SPD for information technology
Fig. 98: DT-LAN-Cat.6+ - SPD for information technology

Table 11: Transmission speed vs. performance categories
Table 11: Transmission speed vs. performance categories

Transmission of auxiliary power by means of phantom supply (mode A)
Fig. 99: Transmission of auxiliary power by means of phantom supply (mode A)

Transmission of auxiliary energy via free wire pairs (mode B)
Fig. 100: Transmission of auxiliary energy via free wire pairs (mode B)

The DT-LAN-CAT.6+ protective device optimally protects sensitive equipment, as quickly reacting protective components are used for the data cabling as well as for the PoE system.

RS-485 and PROFIBUS interfaces
Thiết bị bảo vệ DT-LAN-CAT.6 + bảo vệ tối ưu các thiết bị nhạy cảm, vì phản ứng nhanh chóng các thành phần bảo vệ được sử dụng cho cáp dữ liệu cũng như cho hệ thống PoE.

Thiết bị bảo vệ DT-LAN-CAT.6 + bảo vệ tối ưu các thiết bị nhạy cảm, vì phản ứng nhanh chóng các thành phần bảo vệ được sử dụng cho cáp dữ liệu cũng như cho hệ thống PoE.

Trong các hệ thống cũ hơn, điện áp tín hiệu của giao diện này lên tới -7 V và +12 V. Trong các hệ thống mới hơn, một phiên bản có mức TTL, tức là +/- 5 V, được sử dụng.

Giao diện PROFIBUS là sự phát triển hơn nữa của giao diện RS-485. Nó sử dụng các đặc tính vật lý của RS-485, nhưng với tốc độ truyền lên đến 12 Mbps. Các giao diện này được sử dụng cho các ứng dụng khác trong thời gian và trường thiết bị thu thập dữ liệu máy.

Phích cắm gắn D-SUB cho giá đỡ đường ray DIN hoặc mô-đun DIN rail với các khối đầu nối vít thường được sử dụng làm thiết bị bảo vệ.

V.24 interface
Giao diện nối tiếp V.24 hoặc RS-232 hoạt động với truyền tín hiệu không đối xứng. Mỗi tín hiệu phát và một tín hiệu nhận được đều có tiềm năng tham chiếu chung (mặt đất). Ngoài ra, có thể truyền tối đa năm tín hiệu điều khiển. Điều này mang lại tối đa tám tín hiệu hoạt động bao gồm cả mặt đất. Kết nối thường được thực hiện thông qua các khối D-SUB 25, D-SUB 9 hoặc vít.

V.11 interface
Giao diện nối tiếp V.11 hoặc RS-422 hoạt động trên cơ sở truyền tín hiệu đối xứng. Đường truyền có thể lên đến 1000 m. Tín hiệu truyền và nhận được truyền qua một cặp dây tín hiệu. Ngoài ra, một mặt đất được định tuyến như một tiềm năng tham chiếu, do đó các điều kiện điện áp được xác định chiếm ưu thế tại các giao diện được kết nối. Giao diện TTY Giao diện TTY hoạt động theo kiểu serially và đối xứng thông qua hai cặp dây tín hiệu. Khi điện áp tín hiệu lên đến 24 V xảy ra, tín hiệu hiện tại được phân tích. Ở đây, 10 đến 30 mA là logic 1 và 0 đến 1 mA là logic 0. Tốc độ truyền dữ liệu chuẩn là 9,6 hoặc 19,2 kbps.
 

6.6 Bảo vệ các mạch truyền tín hiệu trong công nghệ viễn thông

Các thiết bị đầu cuối viễn thông ngày nay là một phần vốn có của thiết bị điện tử văn phòng. Ngày nay, tính sẵn sàng hoạt động không hạn chế của các hệ thống truyền thông hiện đại, nhanh chóng là một điều cần thiết tuyệt đối, đặc biệt là trong lĩnh vực kinh doanh. Việc sử dụng cụ thể các thiết bị bảo vệ tăng phù hợp có thể ngăn chặn sự thất bại đột ngột và không lường trước được của các thiết bị viễn thông quan trọng. Các thiết bị bảo vệ thích hợp để truyền dữ liệu DSL và cho các giao diện tín hiệu tương tự có sẵn.

Mạch bảo vệ chủ yếu được tạo thành từ sự kết hợp giữa các điốt và các ống xả khí mạnh mẽ. Các ống xả khí được thiết kế như thiết bị bảo vệ tăng điện khí ba điện cực. Điện cực trung tâm cung cấp bảo vệ điện áp chế độ chung ở điện thế mặt đất. Khi công nghệ mạch yêu cầu, điện trở ohmic tách hai giai đoạn bảo vệ. Để bảo vệ chống lại điện áp từ mạng cung cấp điện (chéo điện), các ống xả khí ba điện cực được trang bị bảo vệ nhiệt.
 
6.6.1 Giao diện trong lĩnh vực viễn thông - Interfaces in telecommunications
xDSL interface
Giao diện DSL (đường thuê bao kỹ thuật số) cung cấp kết nối Internet với tốc độ 1 Mbps (ADSL) đến 100 Mbps (VDSL). Tần số truyền dẫn là từ 2,2 đến 17,7 MHz. Điện áp danh định cho mạch bảo vệ trên các thiết bị bảo vệ phù hợp phụ thuộc vào việc nguồn DC có được truyền hay không. Các giá trị điện áp danh nghĩa điển hình cho các ứng dụng là:
- Không có nguồn điện: <24 VDC
- Có nguồn điện: ≥ 110 V DC

Khi so sánh với quốc tế, tần số truyền trong dải DSL có thể thay đổi khoảng 100 kHz tùy thuộc vào khu vực. Vì lý do này, tần số cắt của chúng sẽ được tính đến khi lựa chọn thiết bị bảo vệ.

Giao diện analog viễn thông - Analog telecommunications interface
COMTRAB: Modular, small and simple
Fig. 102: COMTRAB: Modular, small and simple

Ngày nay, viễn thông tương tự chỉ được tìm thấy trong các kết nối điện thoại đơn giản. Các thiết bị bảo vệ cho điều này cần phải có điện áp danh định 180 V. Nói chung, các thiết bị bảo vệ DSL (Hình 101) cũng có thể được sử dụng cho viễn thông tương tự.
 
6.6.2 Công nghệ kết nối Connection technology
Công nghệ LSA-PLUS đã được sử dụng như công nghệ kết nối trong nhiều năm. Nó là một tiếp xúc dịch chuyển cách điện mà mỗi lần nhấn riêng dây dẫn của cáp cùng với vật liệu cách nhiệt bằng cách sử dụng một công cụ đặc biệt được gọi là công cụ đục lỗ. Các mô-đun bảo vệ có thể được cắm vào các dải LSA-PLUS này một cách dễ dàng mà không cần sử dụng các công cụ. Tạp chí bảo vệ thô (với GDT) hoặc phích cắm mô-đun thu nhỏ với các yếu tố bảo vệ thô và mịn kết hợp (Hình 102) có sẵn để bảo vệ.

DT-TELE-RJ45
Fig 101: DT-TELE-RJ45 - SPD for telecommunications systems
Fig 101: DT-TELE-RJ45 - SPD for telecommunications systems

Thiết bị bảo vệ DT-TELE-RJ45 bảo vệ kết nối VDSL nhanh chóng, nhờ vào sự suy giảm đặc biệt thấp. Nhờ công nghệ kết nối phổ quát (RJ45, RJ12, RJ11 và kết nối vít có thể cắm được), sản phẩm này lý tưởng cho mọi ứng dụng.
 

6.7 Bảo vệ các mạch truyền tín hiệu trong các hệ thống thu phát (Protection of signal transmission circuits in transceiver systems)

Hệ thống thu phát thường được coi là đặc biệt dễ bị điện áp tăng.

Cáp ăng-ten mở rộng ra ngoài tòa nhà và thường đặc biệt dài, cũng như các ăng-ten tự, được tiếp xúc trực tiếp với khí thải. Vì lý do này, các loại cáp có thiết kế đồng trục và các đặc tính EMC thuận lợi được sử dụng. Lá chắn của cáp ăng-ten có thể được nối đất hoặc nổi, tùy thuộc vào điều kiện hệ thống. Tuy nhiên, nguy cơ ghép điện áp tăng trong cáp ăng-ten không được loại bỏ hoàn toàn. Điện áp tăng thậm chí có thể tiếp cận các giao diện nhạy cảm của các hệ thống thu phát thông qua đường dẫn cáp này.

Các tần số cao của truyền dẫn không dây yêu cầu sử dụng các thiết bị bảo vệ có độ tự hủy thấp hoặc mất chèn thấp với kết hợp trở kháng tốt. Tuy nhiên, một mức độ bảo vệ tốt là cần thiết với khả năng xả cao. Vì lý do này, hầu hết các thiết bị bảo vệ được trang bị các thiết bị bảo vệ tăng cường khí đầy mạnh mẽ hoặc với công nghệ Lambda / 4.

LAMBDA/4 technology
Công nghệ Lambda / 4 sử dụng một mạch ngắn giữa dây dẫn bên trong và tấm chắn. Chiều dài của cáp giữa mạch ngắn và dây dẫn bên trong phù hợp với tần số được phép đi qua mà không bị suy giảm. Một lợi thế lớn trong công nghệ này là đạt được mức bảo vệ điện áp rất thấp (thấp), vì thiết bị bảo vệ hoạt động như một mạch ngắn trong dải tần số của điện áp tăng. Tuy nhiên, phải tính đến cáp được kết nối với thiết bị bảo vệ Lambda / 4 không thể sử dụng nguồn điện DC. Các tín hiệu băng thông tương đối rộng (ví dụ: 0,8 - 2,25 GHz) có thể được truyền bằng các thiết bị bảo vệ Lambda / 4 được tối ưu hóa RF. Hình 103 cho thấy một thiết kế điển hình của một thiết bị bảo vệ với công nghệ Lambda / 4.

Các ứng dụng phổ biến nhất cho SPDs trong viễn thông là:

Kết nối ăng-ten của thiết bị thu sóng vô tuyến và truyền hình Các thiết bị bảo vệ cho các thiết bị vô tuyến và truyền hình thường được gắn giữa kết nối tường ăng-ten và cáp ăngten đi. Đối với máy thu vệ tinh, có các thiết bị bảo vệ đa kênh để gắn trên tường. Kết nối cáp và ăng-ten băng thông rộng thường có đầu nối TV và RF phù hợp với DIN 45325. Bộ thu vệ tinh được kết nối thông qua đầu nối F.

Giao tiếp Video communication
Các ứng dụng trong giao tiếp video mở rộng từ việc giám sát các tòa nhà, khu vực công cộng và các viện đến các cơ sở thể thao và giải trí. Sự sẵn có liên tục của thiết bị giám sát này yêu cầu các thiết bị bảo vệ tăng phù hợp. Như một quy tắc chung, các phích cắm kèm theo đồng trục được sử dụng như các thiết bị bảo vệ, với các đầu nối BNC hoặc TNC.

Liên kết vô tuyến và hệ thống điện thoại di động Công nghệ liên kết vô tuyến cho phép truyền dữ liệu không dây. Sóng vô tuyến được tạo ra được truyền đi trong chế độ đa kênh sử dụng ăng-ten bảng điều khiển với tần số sóng mang từ 1 đến 40 GHz. Các loại ăng-ten phổ biến là phản xạ parabol, ăng-ten vỏ và ăng ten sừng. Tần số danh nghĩa của các tín hiệu hữu ích trong phạm vi này là từ 0,8 GHz đến 2,7 GHz. Các đầu nối N, SMA hoặc 7/16 được sử dụng làm công nghệ kết nối cho các thiết bị bảo vệ.

CN-LAMBDA/4
CN-LAMBDA/4 - protective device with Lambda/4 technology
Fig. 103: CN-LAMBDA/4 - protective device with Lambda/4 technology

Sử dụng thiết bị bảo vệ CN-LAMBDA / 4-2.25, phạm vi rộng nhất của các hệ thống truyền dẫn có thể được bảo vệ tích cực trong dải tần số GHz. Điều này đạt được bằng công nghệ LAMBDA / 4 băng thông rộng.
 

7 Chú giải Glossary

ATEX

ATEX là một từ đồng nghĩa được sử dụng rộng rãi cho chỉ thị ATEX do Liên minh châu Âu ban hành. Tên gọi ATEX có nguồn gốc từ chữ viết tắt tiếng Pháp cho “thuốc nổ atmosphères”.
 

Tín hiệu nhị phân Binary signals

Theo tín hiệu nhị phân, chúng tôi có nghĩa là tín hiệu số chỉ có trạng thái "cao" hoặc "thấp". Nói chung, các tín hiệu này liên quan đến một tiềm năng tham chiếu chung hoặc một dây dẫn trả về chung.
 

Độ bền điện môi Dielectric strength

Độ bền cách điện của các mạch điện của một phần thiết bị khi so sánh với điện áp chịu được và tăng với biên độ trên điện áp liên tục tối ưu.
 

EMC

EMC là viết tắt của khả năng tương thích điện từ (electromagnetic compatibility), khả năng của một thiết bị, nhà máy hoặc hệ thống hoạt động thỏa đáng trong môi trường điện từ, mà không gây nhiễu sóng điện từ mà không thể chấp nhận được đối với thiết bị, thực vật hoặc hệ thống trong thiết lập này.
 

Follow current interrupt rating (Ifi)

Follow current interrupt rating cho thấy giá trị r.m.s. của dòng ngắn mạch tại vị trí lắp đặt của SPD có điện áp, SPD sẽ chuyển tiếp sang trạng thái ohmic cao nếu điện áp liên tục Uc tối đa được áp dụng độc lập do dòng điện tăng, mà không kích hoạt quá dòng ngược dòng Thiết bị bảo vệ.
 

Ống xả khí (Gas discharge tube), GDT

Thiết bị chống sét lan truyền ống xả sét khí (Gas-filled surge protective device)
 

Insertion loss

Giá trị suy giảm được định nghĩa là tỷ lệ điện áp xảy ra ngay trước và sau điểm chèn của thiết bị bảo vệ cần kiểm tra. Kết quả được thể hiện bằng decibel.
 

Lớp chống sét (Lightning protection class)

Một phân loại tiêu chuẩn của hệ thống chống sét vào các lớp I đến IV. Chúng dựa trên một tập hợp các giá trị tham số dòng sét liên quan đến xác suất, nhờ đó các giá trị đo lớn nhất và nhỏ nhất trong trường hợp xảy ra các cú đánh tự nhiên không thể vượt quá và các cuộc đình công có thể được xả một cách an toàn. Lớp bảo vệ chống sét I do đó tương ứng với các giá trị đo được cao nhất và xác suất lớn nhất của việc chụp cảnh cáo. Các giá trị giảm tương ứng, xuống đến lớp chống sét IV.
 

Hệ thống chống sét Lightning protection system (LP-S)

Hệ thống bao gồm các thanh chặn, thiết bị bảo vệ và hệ thống tiếp đất bên ngoài, cũng như hệ thống liên kết đẳng thế và hệ thống SPD phối hợp trong cấu trúc vật lý để bảo vệ chống lại thiệt hại do điện áp tăng và dòng điện từ sét đánh.
 

Vùng chống sét Lightning protection zone (LPZ)

Một vùng trong đó môi trường điện từ được xác định liên quan đến nguy cơ sét. Tất cả các dòng (cung cấp) vượt qua giới hạn vùng phải được bao gồm trong liên kết đẳng thế chống sét bằng phương tiện SPDs tương ứng. Giới hạn vùng của vùng sét không nhất thiết là giới hạn vật lý (ví dụ: tường, sàn hoặc trần nhà).
 

Điện áp liên tục tối đa - Maximum continuous voltage (Uc)

Giá trị r.m.s. tối đa của điện áp có thể liên tục được áp dụng cho chế độ bảo vệ của SPDs. Điện áp liên tục tối đa phải cao hơn ít nhất 10% so với giá trị của điện áp danh định. Trong các hệ thống có dao động điện áp lớn hơn, SPDs có sự khác biệt lớn hơn giữa UC và UN phải được sử dụng.
 

Dòng xả danh nghĩa - Nominal discharge current (In)

Giá trị đỉnh của dòng điện chạy qua SPD với hình dạng xung (8/20 μs). Hình dạng xung (8/20 μs) của dòng điện tăng là đặc trưng của tác động của sét đánh gián tiếp hoặc hoạt động chuyển mạch. Giá trị của dòng xả danh định được sử dụng cho một loạt các phép thử trên SPD, bao gồm cả các giá trị được sử dụng để xác định mức bảo vệ điện áp. Tùy thuộc vào lớp chống sét được gán cho hệ thống chống sét, SPDs phải có giá trị tối thiểu tương ứng với giá trị này.
 

Dòng tải danh nghĩa - Nominal load current (IL)

Giá trị r.m.s. tối đa của dòng danh định, có thể chảy đến tải trọng ohmic được kết nối với đầu ra được bảo vệ của SPD. Giá trị cực đại này được xác định bởi các bộ phận mang dòng điện hoạt động trong các SPD; chúng phải có khả năng chịu được tải nhiệt hiện tại liên tục.
 

Điện áp danh nghĩa - Nominal voltage (UN)

Giá trị danh định của điện áp của dòng hoặc mạch tín hiệu dựa trên việc sử dụng được dự tính cho SPDs. Điện áp danh định được chỉ định cho SPD tương ứng với điện áp hệ thống của trang cài đặt SPD điển hình cho hệ thống ba pha tiêu chuẩn, ví dụ: 230/400 V AC. Điện áp hệ thống thấp hơn cũng có thể được bảo vệ bởi SPD. Trong trường hợp có điện áp hệ thống cao hơn, nó phải được quyết định trên cơ sở caseto-trường hợp cho dù SPD có thể được sử dụng và nếu có những hạn chế để quan sát.
 

Điện áp hở mạch (không tải) - Off-load voltage (UOC)

Điện áp không tải của máy phát điện lai tại các điểm đầu cuối của SPD. Một bộ tạo hỗn hợp tạo ra một xung kết hợp, tức là trong tải, nó cung cấp xung điện áp với một hình dạng xung xác định, nói chung (1,2 / 50 μs), và trong một mạch ngắn, xung dòng với một hình dạng xung được xác định, nói chung ( 8/20 μs). Sự gia tăng kết hợp là đặc trưng của các hiệu ứng của điện áp tăng áp. Tùy thuộc vào lớp bảo vệ được gán cho hệ thống chống sét, SPDs phải có giá trị tối thiểu tương ứng với giá trị này.
 

Thiết bị bảo vệ quá dòng - Overcurrent protective device, OCPD

Overcurrent protective device
 

Overvoltage category

Phân chia thiết bị thành các loại I đến IV tùy thuộc vào điện trở tăng áp của chúng. Danh mục quá áp tôi tương ứng với giá trị thấp nhất và bao gồm các thiết bị đặc biệt nhạy cảm (kết thúc). Những giá trị này tăng theo, lên đến loại IV quá áp. Các giá trị cho từng loại cũng phụ thuộc vào mức điện áp của hệ thống cấp điện.
 

Power over Ethernet (PoE)

Cấp nguồn qua Ethernet là một quá trình trong đó năng lượng phụ trợ cho các thiết bị được kết nối cũng được truyền qua cáp dữ liệu Ethernet.
 

Xung dòng xả - Pulse discharge current (Iimp)

Giá trị đỉnh của dòng điện chạy qua SPD với hình dạng xung (10/350 μs). Hình dạng xung (10/350 μs) của dòng điện tăng là đặc trưng của các tác động của sét đánh trực tiếp. Giá trị của dòng xả xung được sử dụng cho các thử nghiệm SPD đặc biệt để chứng minh khả năng vận chuyển đối với dòng sét năng lượng cao. Theo lớp chống sét được gán cho hệ thống chống sét, SPDs phải có giá trị tối thiểu tương ứng với giá trị này.
 

Công nghệ điều khiển năng lượng an toàn, công nghệ SEC

Công nghệ cho SPDs để bảo vệ nguồn điện. SPDs với công nghệ SEC được đặc trưng bởi những điều sau đây:
- Không bị va đập và bền
- Giải pháp sao lưu-cầu chì miễn phí cho mọi ứng dụng
- Thiết kế nhỏ gọn và phù hợp
 

Short-circuit withstand capability (ISCCR)

Dòng ngắn mạch tiềm năng tối đa của mạng điện, mà SPD được đánh giá cùng với thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng. Khả năng chịu được ngắn mạch cho biết dòng ngắn mạch tiềm năng tối đa mà SPD có thể được sử dụng tại vị trí lắp đặt. Các phép thử tương ứng để xác định giá trị này được thực hiện liên quan đến thiết bị bảo vệ quá dòng ngược dòng. Trong trường hợp các thiết bị bảo vệ tăng đặc biệt cho các hệ thống PV tương ứng với giá trị ISCPV, đây là dòng ngắn mạch DC tối đa của một hệ thống mà SPD có thể được sử dụng.
 

Surge current

Dòng điện xung được đặc trưng bởi sự gia tăng đáng kể dòng điện trong một khoảng thời gian ngắn. Các dạng xung điển hình là (8/20 μ), có thể kiểm tra hành vi giới hạn điện áp của SPD và (10/350 μ), với khả năng sét hiện tại của SPDs có thể được kiểm tra.
 

Surge protective device, SPD

Surge protective device
 

Surge voltage

Một điện áp hình xung được đặc trưng bởi sự gia tăng đáng kể điện áp trong một khoảng thời gian ngắn. Một hình dạng xung điển hình là (1,2 / 50 μs). Các hành vi phản ứng của SPDs hoặc điện trở tăng điện áp của thiết bị cũng có thể được kiểm tra với điều này.
 

TVS

TVS stands for Transient Voltage Suppression.
 

Mức bảo vệ điện áp - Voltage protection level (Up)

Điện áp tối đa có thể xảy ra trên các khối đầu nối kết nối của SPD trong khi được nạp với một xung của độ dốc điện áp cụ thể và dòng điện xả của biên độ và dạng sóng được chỉ định. Giá trị này mô tả hiệu ứng bảo vệ điện áp tăng của SPD. Trong trường hợp có hiện tượng điện áp tăng trong các thông số hiệu suất của SPD, điện áp được giới hạn một cách an toàn với mức tối đa của giá trị này tại các kết nối được bảo vệ của SPD.
 

8 References

[1] International Electrotechnical Commission. IEC 62305-1 - Lightning protection -
Part 1: General principles. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2010.

[2] International Electrotechnical Commission. IEC 62305-2 - Lightning protection -
Part 2: Risk management. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2010.

[3] International Electrotechnical Commission. IEC 62305-3 - Lightning protection -
Part 3: Physical damage to structures and life hazard. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2010.

[4] International Electrotechnical Commission. IEC 62305-4 - Lightning protection -
Part 4: Protection against lightning. Electrical and electronic systems within structures. s.l.: VDE Verlag GmbH, 2010.

[5] International Electrotechnical Commission. IEC 60364-4-44 - Low-voltage electrical installations - Part 4-44: Protection
for safety - Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2015.

[6] International Electrotechnical Commission. IEC 61643-11 - Surge protective devices
connected to low-voltage power systems - Requirements and test methods. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2011.

[7] International Electrotechnical Commission. IEC 61643-21 - Surge protective devices connected to
telecommunications and signaling networks - Performance requirements and testing methods. s.l. :
VDE Verlag GmbH, 2000.

[8] International Electrotechnical Commission. IEC 61643-31 - Low-voltage surge protective devices – Requirements
and tests for surge protective devices to be used in photovoltaic installations. Requirements and test methods. s.l. :
VDE Verlag GmbH, 2015.

[9] International Electrotechnical Commission. IEC 60664-1 - Insulation coordination for equipment within lowvoltage
systems - Part 1: Principles, requirements, and tests. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2007.

[10] International Electrotechnical Commission. IEC 60364-1 - Low-voltage electrical installations -
Part 1: Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2005.

[11] International Electrotechnical Commission. IEC 60364-5-53 - Electrical installations of buildings - Part 5: Selection
and erection of electrical equipment; Section 53: Switchgear and control. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2015.

[12] International Electrotechnical Commission. IEC 60364-4-43 - Low-voltage electrical installations -
Part 4-43: Protection for safety - Protection against overcurrent. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2008.

[13] European Committee for Electrotechnical Standardization. CLC/TS 50539-12 - Low-voltage surge protective
devices connected to photovoltaic installations - Selection and application principles. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2013.

[14] Phoenix Contact GmbH & Co. KG. TRABTECH surge protection - user manual for specialist electrical planners.
2015.

[15] International Electrotechnical Commission. IEC 61643-12 - Surge protective devices connected to low-voltage
power systems - Selection and application principles. s.l. : VDE Verlag GmbH, 2010.

[16] International Electrotechnical Commission. IEC 61643-22 - Low-voltage surge protective devices - Surge protective
devices connected to telecommunications and signaling - Selection and application principles. s.l. :
VDE Verlag GmbH, 2007.

[17] International Electrotechnical Commission. IEC 60079-11 (VDE 0170-7) - Explosive atmospheres -
Part 11: Equipment protection by intrinsic safety "i" VDE-VERLAG GMBH, 2012

[18] International Electrotechnical Commission. IEC 61643-32 - Low-voltage surge protective devices – Requirements
and tests for surge protective devices to be used in photovoltaic installations - Selection and application. s.l.:




 
(Nguyễn Thảo Trường - http://DienElectric.Com theo Phoenix Contact Surger Protection)
BÀI VIẾT XEM NHIỀU