Thiết bị bảo vệ đột biến có thể ngăn chặn tia chớp không? Huyền thoại so với thực tế

nốt thứ sáu trong Thiết bị bảo vệ tăng áp (SPD) Không “ngừng sét”. Nó không thể chặn một cuộc tấn công hoặc loại bỏ năng lượng sét. Cái gì nó hộp làm là Hạn chế quá áp thoáng qua Và chuyển dòng điện đột biến sang một đường có kiểm soát, giảm căng thẳng về cách nhiệt và điện tử. Hiệu suất trong thế giới thực phụ thuộc vào một Hệ thống bảo vệ phối hợp: Chất lượng liên kết / nối đất, vị trí chính xác, dây dẫn ngắn và bảo vệ theo giai đoạn.

Ý nghĩa của việc "tác hại sét" là gì

Khi mọi người nói "sét làm hỏng thiết bị của tôi", họ thường kết hợp các sự kiện điện khác nhau tạo ra các lỗi tương tự. Phân tích kỹ thuật bắt đầu bằng cách tách nguồn tăng đột biến và cơ chế ghép nối.

1) sét đánh trực tiếp

Một cuộc tấn công trực tiếp sẽ đưa dòng điện cực cao vào một cấu trúc hoặc đường dây. nó tạo ra:

• Độ lớn dòng điện rất lớn (dải Ka)
  
• Thời gian tăng rất nhanh (micro giây)
  
• trường điện từ lớn
  
• Sự khác biệt tiềm ẩn nghiêm trọng giữa đồ kim loại và hệ thống dây điện
  

Đây không phải là một "tăng điện áp" theo nghĩa thông thường. Đây là một xung năng lượng cao, buộc dòng điện qua bất kỳ con đường nào có sẵn, bao gồm thép xây dựng, tấm chắn cáp và dây dẫn điện.

2) sét đánh gần đó

Nhiều thất bại xảy ra mà không có một cuộc đình công trực tiếp. Một cuộc đình công gần đó có thể kết hợp năng lượng vào hệ thống dây điện thông qua:

• Khớp nối cảm ứng (từ trường gây ra điện áp trên các vòng lặp)
  
• Khớp nối điện dung (điện trường cặp với dây dẫn)
  
• Sự gia tăng tiềm năng mặt đất (điện áp địa phương thay đổi trong quá trình đình công)
  

Những sự kiện này có thể tạo ra quá độ gây hư hỏng về nguồn điện, điều khiển và đường dây liên lạc ngay cả khi nguồn cung cấp tiện ích vẫn ở mức "bình thường" ở 50/60 Hz.

3) Chuyển đổi đột biến

Các hoạt động chuyển mạch cũng có thể tạo ra quá độ nhanh:

• Khởi động / dừng động cơ
  
• chuyển mạch tụ điện
  
• Máy biến áp
  
• Xóa và đóng lại lỗi
  

Các dòng điện chuyển mạch thường có năng lượng thấp hơn sét, nhưng chúng vẫn có thể gây căng thẳng cho các thiết bị điện tử và cách nhiệt, và chúng thường là các sự kiện lặp đi lặp lại (hiệu ứng lão hóa tích lũy).

Huyền thoại vs Thực tế: SPD có thể ngăn chặn tia chớp?

Dưới đây là những niềm tin phổ biến về SPDs và Sét, được viết lại thành các thuật ngữ kỹ thuật và được sửa chữa bằng hành vi hệ thống.

Lầm tưởng: “Spd ngăn chặn hoàn toàn sét.”

thực tế: SPD không ngăn chặn sét. Nó chỉ giới hạn quá áp thoáng qua bằng cách cung cấp một đường dẫn chuyển trở kháng thấp hơn trong một đợt tăng.

Giải thích kỹ thuật:
Lightning không phải là thứ bạn “chặn” bằng một thiết bị. Một sự kiện đột biến buộc dòng điện chảy. SPD hoạt động bằng cách chuyển từ trở kháng cao sang trở kháng thấp khi điện áp tăng trên ngưỡng của nó, sau đó dẫn dòng điện tăng sang tham chiếu (thường là trái đất bảo vệ). Sự kiện vẫn tồn tại; SPD chỉ đơn giản là thay đổi nơi năng lượng đi và giảm điện áp được nhìn thấy bởi các thiết bị được bảo vệ.

Lầm tưởng: “Một SPD là đủ cho toàn bộ tòa nhà.”

thực tế: Một SPD hiếm khi cung cấp bảo hiểm đầy đủ cho một cơ sở. Bảo vệ hiệu quả thường được phân loại qua nhiều điểm.

Giải thích kỹ thuật:
Năng lượng tăng và thời gian tăng nhanh có nghĩa là trở kháng dây dẫn là vấn đề. Thậm chí một vài mét dây dẫn cũng thêm điện cảm tạo ra điện áp bổ sung (V = l × DI / dt). Một SPD duy nhất tại bảng điều khiển chính có thể làm giảm sự gia tăng đến, nhưng các tải nhạy cảm ở xa vẫn có thể nhìn thấy mức độ phóng điện cao do:

• cáp điện cảm
  
• Khớp nối bên trong giữa các mạch
  
• Sự gia tăng chuyển mạch cục bộ được tạo ra bên trong tòa nhà
  

Phương pháp phối hợp thường sử dụng bảo vệ lối vào dịch vụ cộng với phân phối và bảo vệ điểm sử dụng khi cần thiết.

Lầm tưởng: Bảo vệ điểm sử dụng có thể xử lý sét một mình.

thực tế: Các thiết bị điểm sử dụng giúp ích, nhưng chúng không nên được coi là sự thay thế cho kiểm soát tăng áp ngược dòng hoặc chất lượng liên kết / nối đất.

Giải thích kỹ thuật:
SPD điểm sử dụng gần với thiết bị, điều này rất tốt để giảm thiểu điện cảm chì và kẹp cục bộ. Nhưng nó bị giới hạn bởi:

• Xếp hạng hiện tại tăng đột biến của nó
  
• Con đường chuyển hướng có sẵn đến Trái đất
  
• Trở kháng ngược dòng và ổn định tham chiếu hệ thống
  

Nếu một đợt tăng lớn đến cơ sở, việc buộc tất cả phải được xử lý ở đầu tải là sự phối hợp kém. Mạng thượng nguồn nên lấy phần lớn năng lượng tăng đột biến, để lại các quá độ còn lại nhỏ hơn cho các giai đoạn hạ lưu.

Lầm tưởng: “Tập lượng cao hơn có nghĩa là‘ không có thiệt hại nào có thể xảy ra.

thực tế: Xếp hạng cao hơn thường có nghĩa là khả năng sống sót và khả năng được cải thiện, không đảm bảo thiệt hại bằng không.

Giải thích kỹ thuật:
Bảng dữ liệu SPD bao gồm các xếp hạng như dòng xả tối đa, dòng xả danh nghĩa và mức bảo vệ điện áp. Đây là những điều kiện thử nghiệm được tiêu chuẩn hóa, không phải là một lời hứa rằng mọi sự đột biến đều vô hại. Thiết bị hư hỏng vẫn có thể xảy ra vì:

• Sự tăng đột biến có thể vượt quá khả năng của SPD
  
• Điện cảm lắp đặt làm tăng điện áp kẹp hiệu quả
  
• Bảo vệ không đầy đủ trên tất cả các dây dẫn (công suất, tín hiệu, mặt đất)
  
• Phối hợp cách điện và thiết bị chịu được là hữu hạn
  

Bảo vệ kỹ thuật là giảm rủi ro, không phải miễn dịch tuyệt đối.

Lầm tưởng: "Nếu chỉ báo đang bật, sự bảo vệ được đảm bảo."

thực tế: Các chỉ báo trạng thái thường xác nhận tình trạng bên trong cơ bản, không phải là hiệu suất bảo vệ của hệ thống đầy đủ.

Giải thích kỹ thuật:
Nhiều SPD sử dụng ngắt kết nối nhiệt và cửa sổ chỉ báo để hiển thị liệu một phần tử bảo vệ (thường dựa trên MOV) có còn được kết nối hay không. “Xanh” thường có nghĩa là “không mở được”. nó không chứng minh:

• Trở kháng nối đất chính xác
  
• Chiều dài dây dẫn lắp đặt chính xác
  
• Phối hợp đúng cách với các thiết bị ngược dòng/hạ dòng
  
• rằng SPD có thể xử lý sự kiện tiếp theo
  

SPD có thể “lành mạnh” nhưng được lắp đặt theo cách dẫn đến điện áp cho qua cao tại các đầu cuối của thiết bị.

Lầm tưởng: Chỉ có sét mới gây ra sự gia tăng (switching switching không thành vấn đề).

thực tế: Việc chuyển đổi đột biến thường xuyên và có thể là nguyên nhân chính dẫn đến thất bại và lão hóa sớm.

Giải thích kỹ thuật:
Sét là kịch tính, nhưng chuyển đổi chuyển tiếp là phổ biến trong các hệ thống công nghiệp và thương mại. Các dòng tăng năng lượng thấp hơn lặp đi lặp lại có thể:

• làm suy giảm các yếu tố MOV theo thời gian
  
• Căng thẳng nguồn cung cấp và cách nhiệt
  
• gây ra các thiết lập lại không liên tục và lỗi giao tiếp
  

Bỏ qua sự gia tăng chuyển đổi thường dẫn đến các chiến lược bảo vệ trông phù hợp trên giấy nhưng không thành công trong môi trường hoạt động thực tế.

những gì một SPD có thể làm so với những gì nó không thể làm 

Nó có thể làm gì

nốt thứ sáu trong Thiết bị bảo vệ chống sét có thể:

• kẹp quá áp quá độ ở mức thấp hơn so với mạch không được bảo vệ sẽ gặp phải
  
• Chuyển dòng điện đột biến khỏi thiết bị nhạy cảm vào một đường có kiểm soát
  
• Giảm ứng suất cách điện và giảm xác suất hỏng hóc điện tử trong các sự kiện đột biến
  
• Cải thiện sự phối hợp tăng đột biến khi lắp đặt trong các lớp (lối vào dịch vụ + phân phối + bảo vệ cục bộ)
  

Những gì nó không thể làm

Một thiết bị bảo vệ đột biến không thể:

• Ngăn chặn sét đánh hoặc sét “chặn” vào cơ sở
  
• hấp thụ năng lượng không giới hạn (tất cả các thiết bị có khả năng tăng đột biến và hành vi lão hóa)
  
• Thay thế hệ thống chống sét bên ngoài (đầu cuối không khí, dây dẫn xuống và liên kết)
  
• Đảm bảo không có thiệt hại trong tất cả các điều kiện tăng đột biến, đặc biệt là đối với các kịch bản tấn công trực tiếp

thiết bị chống sét lan truyền so với thiết bị bảo vệ tăng đột biến

Các thuật ngữ này thường được sử dụng thay thế cho nhau trong cuộc trò chuyện thông thường, nhưng trong thực tế kỹ thuật, chúng có xu hướng ánh xạ tới các vùng lắp đặt khác nhau và điện áp hệ thống.

trong đó "bắt chống tăng áp" thường được sử dụng

thuật ngữ sự chống cự được sử dụng rộng rãi trong bối cảnh điện và tiện ích, đặc biệt là mạng trung bình / cao thế. Nó thường đề cập đến các thiết bị được thiết kế để bảo vệ các hệ thống cách điện trong:

• dây chuyền phân phối
  
• trạm phụ
  
• đầu cuối máy biến áp
  
• Thiết bị đường dây trên cao
  

Tại sao “bộ chống sét ôxít kim loại” lại quan trọng

nốt thứ sáu trong chống sét ôxít kim loại Thường sử dụng các khối varistor kẽm-oxit (ZnO). Chúng cung cấp khả năng dẫn điện phi tuyến tính mạnh và xử lý năng lượng cao so với các thiết kế cũ kỹ hơn. Về mặt thực tế, thiết kế oxit kim loại là phương pháp chống sét hiện đại tiêu chuẩn trong nhiều ứng dụng HV / MV.

Bộ chống sét HV so với bộ chống sét tăng LV (Mục đích và Khu vực)

• nốt thứ sáu trong chống sét lan truyền HV được lắp đặt trên các hệ thống điện áp cao hơn để bảo vệ máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cách điện khỏi các xung sét và chuyển mạch. Trọng tâm của nó là điều phối cách điện và kiểm soát tăng cấp hệ thống.
  
• nốt thứ sáu trong chống sét lan truyền LV (thường tương tự về mặt chức năng với SPD trong hệ thống điện áp thấp) được lắp đặt ở lối vào cơ sở hoặc bảng phân phối để giảm quá điện áp tạm thời đạt đến tải.
  

Tóm lại: Bộ chống sét thường được liên kết với bảo vệ cấp lưới và máy biến áp, trong khi SPDs thường được liên kết với bảo vệ cấp cơ sở và cấp thiết bị. Vật lý chồng chéo, nhưng môi trường lắp đặt và mục tiêu phối hợp khác nhau.

Đường đột biến sét trong hệ thống thực 

Ngay cả khi không có một cú đánh trực tiếp vào tòa nhà, sét vẫn có thể tạo ra các điều kiện hư hỏng do khớp nối và hành vi thoáng qua.

Khớp nối vào đường dây điện

Một cuộc đình công gần đó có thể kết hợp năng lượng vào các lần chạy cáp trên cao hoặc dài. Đường dây hoạt động giống như một ăng-ten ở tần số xung sét. Quá trình cảm ứng có thể lan truyền vào mạng lưới phân phối và lối vào dịch vụ.

Điện áp cảm ứng trên dây dẫn dài

Các dây dẫn dài, đặc biệt là khi được định tuyến với sự phân tách (tạo thành một vùng vòng lặp), có thể gặp điện áp cảm ứng từ từ trường thay đổi nhanh chóng. Đây là lý do tại sao:

• chạy song song dài
  
• Khay cáp liên kết kém
  
• Trái đất tách biệt và các tham chiếu trung lập
  Tất cả đều có thể làm tăng căng thẳng tăng đột biến.
  

Thời gian tăng và hành vi thoáng qua

Xung sét tăng cực nhanh. Thời gian tăng nhanh có nghĩa là:

• DI / DT cao
  
• Điện áp cảm ứng cao trên điện cảm
  
• Căng thẳng nghiêm trọng tại các thiết bị đầu cuối thiết bị
  

Đây là điểm mấu chốt: ngay cả khi điện áp tiện ích ở trạng thái ổn định là hoàn hảo, thiết bị có thể bị lỗi vì sự kiện gây hư hỏng không phải là điều kiện trạng thái ổn định. Đó là một xung chuyển tiếp với nội dung tần số cao.

Tại sao thiết bị bị lỗi ngay cả khi điện áp tiện ích là "bình thường"

Hầu hết các thiết bị điện tử hiện đại bị lỗi do:

• Sự cố nối bán dẫn
  
• cách điện cách điện trong các nguồn điện
  
• PCB theo dõi
  
• Sự cố của cổng giao tiếp do các dòng chảy của chế độ chung
  

Những lỗi này có thể xảy ra khi quá độ vượt quá thành phần chịu được trong micro giây, mặc dù điện áp RMS không bao giờ sai lệch đủ để ngắt cầu dao.

Điều gì thực sự bảo vệ chống lại sét

Chống sét không phải là một vấn đề thiết bị duy nhất. Đó là một vấn đề điều phối hệ thống.

1) Chống sét bên ngoài

Hệ thống bên ngoài cung cấp một đường dẫn và đường dẫn dẫn đầu tiên được ưu tiên:

• Các thiết bị đầu cuối hàng không (đánh chặn tấn công)
  
• Dây dẫn xuống (Đường dẫn hiện tại được điều khiển)
  
• chấm dứt trái đất (tiêu tan hiện tại)
  

Điều này làm giảm khả năng sét dòng sử dụng hệ thống dây điện bên trong làm đường dẫn của nó.

2) Mạng lưới liên kết và nối đất

Liên kết và tiếp đất làm giảm sự khác biệt tiềm ẩn nguy hiểm bằng cách:

• Cân bằng tiềm năng gia công kim loại
  
• Cung cấp các đường dẫn tham chiếu trở kháng thấp
  
• Hạn chế rủi ro phóng điện qua các khoảng trống
  

Liên kết kém có thể gây ra sự khác biệt lớn giữa các điểm “nối đất” trong một sự kiện đột biến, đây chính xác là những gì làm hỏng thiết bị.

3) Thiết bị bảo vệ tăng áp tại các vị trí chính xác

Thiết bị bảo vệ tăng đột biến Xử lý quá độ còn lại bằng cách kẹp và chuyển hướng dòng điện tăng. Chúng hoạt động tốt nhất khi:

• Lắp đặt gần điểm vào của dây dẫn
  
• được phối hợp theo các giai đoạn (vì vậy không có thiết bị nào lấy mọi thứ)
  
• liên kết với tham chiếu Trái đất trở kháng thấp
  

4) Phối hợp giữa các lớp bảo vệ

Điều phối có nghĩa là:

• Bảo vệ thượng nguồn có các thành phần năng lượng cao
  
• Giới hạn bảo vệ hạ lưu Điện áp dư gần tải nhạy cảm
  
• Hệ thống nối đất / liên kết cung cấp tham chiếu chung làm cho việc kẹp có ý nghĩa
  

Nếu không có sự phối hợp, SPD có thể tiến hành nhưng vẫn cho phép làm hư hại điện áp tại các đầu cuối thiết bị do trở kháng dây dẫn và ca chuyển chứng.

Thực tế cài đặt (Tại sao "vị trí" quan trọng hơn "tuyên bố")

Trong bảo vệ chống sét lan truyền, cài đặt vật lý thường chiếm ưu thế trong số dữ liệu. Thiết bị tốt nhất có thể hoạt động kém nếu được cài đặt không đúng cách.

Nguyên tắc lắp đặt chính:

• Giữ dây dẫn ngắn (dây dài dẫn điện áp cảm ứng trong quá trình chuyển tiếp nhanh)
  
• Sử dụng nối đất trở kháng thấp (dây dẫn rộng, tuyến ngắn, liên kết rắn)
  
• Tránh các vòng lặp (hạn chế khu vực vòng lặp để giảm điện áp cảm ứng)
  
• Bond kim loại đúng cách (kệ cáp, thùng loa, thép kết cấu)
  
• Duy trì định tuyến dây dẫn chính xác (giảm khớp nối giữa đường dẫn tăng tốc và mạch nhạy cảm)
  

Cài đặt không tốt có thể tạo ra điện áp có hiệu quả cao ngay cả khi bản thân SPD hoạt động chính xác.

Bảng so sánh: Công cụ chống sét so với chức năng thực của chúng

thiết bị/hệ thống	mục đích chính	Xử lý đình công trực tiếp	Xử lý tăng đột biến gây ra	Ghi chú / Giới hạn
Thiết bị bảo vệ tăng áp (SPD)	Kẹp quá áp thoáng qua và dòng điện đột biến trên các mạch điện áp thấp	không được thiết kế để tự xử lý năng lượng tấn công trực tiếp	Hiệu quả khi được cài đặt và phối hợp chính xác	Hiệu suất phụ thuộc nhiều vào độ dài dây dẫn, liên kết và phối hợp
sét chống sét/bộ chống sét kim loại	Hạn chế quá áp xung điện áp trên hệ thống điện bằng cách sử dụng hành vi biến thể phi tuyến tính	Có thể xử lý dòng xung cao tùy thuộc vào lớp và cài đặt	Rất hiệu quả để bảo vệ xung động / máy biến áp	Trọng tâm là sự phối hợp cách điện; vẫn đòi hỏi tiếp đất thích hợp
chống sét lan truyền HV	Bảo vệ thiết bị cách điện HV/MV (máy biến áp, thiết bị đóng cắt, dây chuyền)	Phù hợp hơn so với các thiết bị LV cho các sự kiện năng lượng cao trong các vùng HV	Hiệu quả chống sét và chuyển mạch	Phải phù hợp với điện áp hệ thống và điều kiện quá áp tạm thời
chống sét lan truyền LV	Giảm quá áp thoáng qua trong phân phối LV và lối vào dịch vụ	Không phải là một giải pháp độc lập cho cuộc đình công trực tiếp	Hiệu quả cho các đợt tăng đột biến đến và gây ra khi được dàn dựng	Yêu cầu vị trí chính xác và nối đất trở kháng thấp
nối đất & liên kết	Cung cấp sự ổn định tham chiếu và cân bằng tiềm năng	Cần thiết để kiểm soát các đường dẫn hiện tại và giảm rủi ro phóng điện	Cần thiết để giảm sự khác biệt tiềm ẩn gây hại	không phải là một thiết bị; nối đất kém sẽ đánh bại sự bảo vệ

Những sai lầm phổ biến tạo ra sự bảo vệ sai lầm

Đây là các chế độ lỗi thực tế làm cho hệ thống trông được bảo vệ nhưng hoạt động kém trong các sự kiện đột biến thực sự:

• Chỉ sử dụng một SPD tại lối vào dịch vụ và giả sử bảo vệ cơ sở đầy đủ
  
• Vị trí sai (SPD quá xa so với dây dẫn đến hoặc bảng được bảo vệ)
  
• Không có sự phối hợp liên kết giữa các cơ sở điện, kết cấu và viễn thông
  
• Dây dài cho SPD, tạo điện áp cho qua cảm ứng cao
  
• Trộn sai bộ chống sét / loại SPD cho điện áp hệ thống và vùng ứng dụng
  
• Bỏ qua tín hiệu và đường dữ liệu, chỉ bảo vệ các dây dẫn điện
  
• Mong đợi "không gây sát thương" thay vì thiết kế để giảm rủi ro và khả năng sống sót
  
• Không có kế hoạch kiểm tra / thay thế, giả sử thiết bị không bao giờ xuống cấp
  

Khuyến nghị thực tế

Một cách tiếp cận trung lập, tập trung vào kỹ thuật là quản lý rủi ro và cải thiện khả năng sống sót:

• Khi tiếp xúc với sét cao, sử dụng biện pháp bảo vệ phối hợp (bảo vệ chống sét bên ngoài + liên kết / nối đất + SPDs theo giai đoạn).
  
• Nếu cơ sở chứa các thiết bị điện tử nhạy cảm (tự động, CNTT, trình điều khiển LED, thiết bị đo đạc), bảo vệ nhiều lớp thường được biện minh vì các dòng chảy dư nhỏ vẫn có thể gây ra hỏng hóc.
  
• Coi chống sét lan truyền như một phần của lập kế hoạch bảo trì: kiểm tra, xem xét lịch sử sự kiện và chiến lược thay thế là vấn đề.
  
• Ưu tiên chất lượng lắp đặt: dây dẫn ngắn, liên kết trở kháng thấp và vị trí chính xác thường mang lại nhiều lợi ích hơn là theo đuổi các xếp hạng bảng tên lớn hơn.
  
• Xem xét tất cả các lối vào: Nguồn, thông tin liên lạc, hệ thống dây điện điều khiển và đường cáp dài ngoài trời là những điểm vào tăng đột biến phổ biến.
  

Phần kết luận

Một thiết bị bảo vệ đột biến không ngăn được sét, và nó không thể đảm bảo không có thiệt hại. Những gì nó có thể làm là hạn chế quá áp thoáng qua và dòng điện tăng đột biến để thiết bị thấy ít áp lực điện hơn. Kết quả thực tế phụ thuộc vào thiết kế hệ thống: chất lượng liên kết và nối đất, vị trí chính xác và phối hợp giữa các lớp bảo vệ. Chống sét là một vấn đề hệ thống, và SPD là một phần quan trọng của hệ thống đó.

hỏi Ẩn