Các loại thiết bị bảo vệ đột biến: Loại 1, Loại 2 và Loại 3 được giải thích

Trong thế giới được điện hóa và số hóa cao ngày nay, xã hội của chúng ta dựa vào các thiết bị điện tử mỏng manh — từ TV thông minh và máy tính trong gia đình đến các thiết bị điều khiển chính xác trong các môi trường công nghiệp.

Tuy nhiên, một mối đe dọa vô hình ẩn nấp trong lưới điện: điện tăng. Những thứ này có thể gây ra thiệt hại lớn trong vòng một phần triệu giây. Thiết bị bảo vệ tăng đột biến (SPDS) đóng vai trò là biện pháp phòng thủ quan trọng chống lại mối đe dọa này. Nhưng không phải tất cả các SPD đều được tạo ra như nhau.

Hiểu được sự khác biệt giữa SPDs loại 1, loại 2 và loại 3 là điều cần thiết để xây dựng một hệ thống chống sét lan truyền toàn diện và hiệu quả. Bài viết này xem xét vai trò, tiêu chuẩn và ứng dụng của ba danh mục SPD này, cung cấp cho bạn hướng dẫn đầy đủ để xây dựng một phòng thủ điện tử mạnh mẽ.

Thiết bị bảo vệ đột biến (SPD) là gì?

Sự gia tăng đến từ đâu?

Một sự gia tăng, còn được gọi là quá áp thoáng qua, đề cập đến xung dòng điện có thời lượng thiên văn (micro giây đến mili giây) nhưng biên độ điện áp vượt xa mức hoạt động bình thường. Nó có thể được phân loại thành hai loại: tăng bên ngoài và tăng bên trong.

Sự gia tăng bên ngoài (mối đe dọa chính)

a) sét đánh trực tiếp: Lưới điện nổi bật hoặc các cấu trúc lân cận bơm hàng triệu vôn — kịch bản khắc nghiệt nhất.

b) sét gây ra: Phổ biến hơn. Ngay cả khi sét đánh xa hàng trăm mét, trường điện từ mạnh của nó tạo ra quá áp trên các đường dây và tín hiệu trong nhà, sau đó truyền vào thiết bị.

tăng nội bộ (thường xuyên xảy ra)

Hoạt động chuyển mạch của các thiết bị công suất cao trong các tòa nhà — chẳng hạn như thang máy, máy nén điều hòa không khí và máy hàn — tạo ra chuyển đổi thường xuyên trong lưới điện. Ngay cả các hoạt động như máy photocopy và máy pha cà phê cũng tạo ra quá áp quá mức thường xuyên, năng lượng thấp hơn.

Tác động tích lũy của những đợt tăng này hoạt động giống như một “cái búa thu nhỏ” liên tục tấn công các linh kiện điện tử, dần dần gây suy giảm hiệu suất, hỏng dữ liệu và giảm tuổi thọ thiết bị. Tuy nhiên, một sự kiện đột biến lớn duy nhất giống như một “cơn đau tim điện tử”, có khả năng gây ra thiệt hại vĩnh viễn cho thiết bị hoặc thậm chí gây ra hỏa hoạn.

Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền (SPD) là các thiết bị an toàn điện tử được thiết kế đặc biệt để chống lại những mối đe dọa này. Các chức năng cốt lõi của chúng có thể được tóm tắt là “theo dõi, chuyển hướng và kẹp”.

Trong điều kiện điện áp bình thường, SPD có trở kháng cao, không có tác động đến mạch. Khi phát hiện quá áp, nó chuyển sang trạng thái trở kháng thấp trong khoảng nano giây, thiết lập đường dẫn xả an toàn xuống đất cho dòng điện tăng trong khi giới hạn điện áp qua các cực của nó (điện áp kẹp) ở phạm vi an toàn trong dung sai của thiết bị được bảo vệ.

Do đó, SPD không phải là một thứ xa xỉ mà là một thành phần thiết yếu trong bất kỳ hệ thống điện hiện đại nào đang tìm cách bảo vệ tài sản, đảm bảo tính liên tục trong kinh doanh và bảo vệ dữ liệu.

SPD hoạt động như thế nào?

Trong điều kiện bình thường, SPD không có tác dụng lên mạch và vẫn ở trạng thái trở kháng cao. Khi phát hiện một sự gia tăng nguy hiểm, nó sẽ phản ứng trong vòng nano giây, chuyển sang trạng thái trở kháng thấp. Điều này tạo ra một đường điện trở thấp cho dòng điện đột biến, nhanh chóng “chuyển hướng” nó xuống đất đồng thời giới hạn điện áp qua các đầu nối của nó (được gọi là điện áp kẹp) đến một phạm vi an toàn. Điều này bảo vệ thiết bị được kết nối song song khỏi bị hư hại.

Bạn có thể hình dung nó như một van giảm áp thông minh cho dòng nước cao áp, như hình dưới đây: Khi áp suất nước bình thường, van vẫn đóng chặt. Khi áp suất đột ngột tăng đột biến (surge), van ngay lập tức mở ra, giải phóng dòng nước dư thừa (dòng điện tăng) để đảm bảo an toàn cho thiết bị hạ lưu (thiết bị của bạn).

Sự cố điện dâng có thể gây ra cho hệ thống chiếu sáng LED là gì?

Nhiều người cho rằng vì đèn chiếu sáng LED lâu dài và tiết kiệm năng lượng, chúng vốn có độ bền và chắc chắn. Tuy nhiên, thực tế hoàn toàn ngược lại - đèn LED chiếu sáng cực kỳ nhạy cảm với sự gia tăng điện, chủ yếu do thành phần cốt lõi của chúng: nguồn điện của trình điều khiển.

1. Thiệt hại khi chuyển đổi nguồn điện

Như hình dưới đây, các chip LED hoạt động dưới điện áp DC thấp (ví dụ: 3V) và dòng điện không đổi. Nguồn điện xoay chiều 220V mà chúng tôi sử dụng hàng ngày phải được chuyển đổi thông qua một thành phần được gọi là “cung cấp năng lượng cho trình điều khiển”. Trình điều khiển này về cơ bản là một nguồn cung cấp chuyển mạch chính xác được đóng gói với các thành phần bán dẫn nhạy cảm (như MOSFET, bộ điều khiển IC, điốt chỉnh lưu, v.v.).

Các thành phần bán dẫn này cực kỳ mỏng manh, với khả năng chịu điện áp thấp hơn nhiều so với bóng đèn sợi đốt hoặc huỳnh quang truyền thống. Ngay cả một mức tăng điện áp nhỏ cũng có thể khiến chúng bị hỏng. Do đó, nguồn điện chuyển mạch được bảo vệ bằng điện là rất quan trọng để kéo dài tuổi thọ của các thiết bị chiếu sáng.

2. Đốt chip LED

Dòng điện cao có thể trực tiếp cắt đứt các kết nối dây vàng hoặc làm hỏng chip LED, gây ra hiện tượng đen một phần hoặc toàn bộ và hỏng hóc của chip.

3. Suy thoái thành phần tiến bộ

Loại sát thương này tinh vi hơn và phổ biến hơn. Các đợt tăng nhỏ lặp đi lặp lại không phá hủy vật cố định ngay lập tức gây ra thiệt hại tích lũy cho vật liệu bán dẫn bên trong của nó. Theo thời gian, đồ đạc có thể mờ, nhấp nháy, chuyển màu, hoặc phát ra tiếng động bất thường từ người lái xe.

Tuổi thọ dự kiến của đồ đạc giảm mạnh từ 50.000–100.000 giờ xuống chỉ một hoặc hai năm — hoặc thậm chí ít hơn. Bạn có thể cho rằng bạn đã mua một “sản phẩm không đạt tiêu chuẩn”, nhưng thủ phạm thực sự có thể là dòng chảy nội bộ thường xuyên.

Lợi ích của việc thêm SPDs vào thiết bị chiếu sáng

Đèn chiếu sáng LED, đặc biệt là trong các ứng dụng thương mại, công nghiệp hoặc ngoài trời (như đèn đường, đèn pha và đèn công nghiệp / khai thác), có chi phí mua sắm và lắp đặt cao hơn đáng kể so với các thiết bị truyền thống. Thiệt hại đối với một vật cố định không chỉ liên quan đến chi phí thay thế bản thân thiết bị mà còn cả chi phí lao động đáng kể để bảo trì / thay thế, đặc biệt là trong môi trường ở độ cao hoặc môi trường phức tạp.

Chi phí lắp đặt SPD thấp hơn đáng kể so với chi phí dài hạn phát sinh do thường xuyên thay thế các trình điều khiển LED hoặc toàn bộ đồ đạc do hư hỏng do đột biến. Nó thể hiện một biện pháp bảo vệ quan trọng cho các khoản đầu tư chiếu sáng.

Do đó, việc trang bị hệ thống chiếu sáng LED - đặc biệt là ánh sáng ngoài trời, thương mại và công nghiệp - với các thiết bị bảo vệ đột biến (SPD) không phải là một sự sang trọng tùy chọn mà là một biện pháp bảo vệ cần thiết. nó cho phép:

• Ngăn chặn sự cố thiết bị đột ngột, tốn kém.
• Tránh tình trạng giảm dần, giảm dần hiệu suất và tuổi thọ giảm.
• Giảm chi phí bảo trì và tăng cường độ tin cậy của hệ thống chiếu sáng.
• Đối với đồ đạc gia đình cá nhân: Sử dụng các dải điện chất lượng cao với khả năng chống sét lan truyền cơ bản tích hợp.

• Đối với toàn bộ tòa nhà hoặc biệt thự: lắp đặt SPD loại 2 trong bảng phân phối chính để bảo vệ thân cây cho tất cả các mạch gia đình.

• Đối với các thiết bị đèn LED ngoài trời (đèn đường, đèn cảnh quan) và mạch chiếu sáng nhà máy / trung tâm thương mại lớn, SPD loại 2 phải được lắp đặt cụ thể cho các mạch chiếu sáng trong bảng phân phối khu vực tương ứng. Đối với các đồ đạc đặc biệt đắt tiền hoặc quan trọng, hãy cân nhắc thêm SPD loại 3 bên trong thiết bị cố định hoặc tại thiết bị đầu cuối để bảo vệ chi tiết.

Bằng cách đầu tư vào SPD, bạn đang đảm bảo đầu tư chiếu sáng LED của mình mang lại tuổi thọ và hiệu suất cao đã hứa, do đó mang lại giá trị thực sự cho đồng tiền.

Làm thế nào để hiểu phân loại SPD?

Bạn có thể hỏi: Nếu SPD tồn tại, tại sao lại phân loại chúng thành các loại khác nhau? Câu trả lời là không một SPD nào có thể xử lý độc lập tất cả các loại mối đe dọa đột biến.

Năng lượng được tạo ra bởi các tia sét khác nhau rất nhiều về độ lớn so với năng lượng được tạo ra bởi các hoạt động chuyển mạch bên trong. Do đó, một chiến lược bảo vệ hiệu quả liên quan đến việc thiết lập một hệ thống phòng thủ hợp lực, nhiều lớp. Khái niệm này được gọi là “sự phối hợp năng lượng” hoặc “xả tầng”. Hãy tưởng tượng nó như một hệ thống phòng thủ của một lâu đài:

• Loại 1 hoạt động như các bức tường và cổng bên ngoài chắc chắn, được thiết kế để chống lại các cuộc tấn công trực diện dữ dội nhất.

• Loại 2: Đội tuần tra bảo vệ trong lâu đài, giải quyết những kẻ lạc lối phá vỡ các bức tường bên ngoài và những xáo trộn bên trong.

• Loại 3: Các vệ sĩ cá nhân tại cửa phòng của King, cung cấp lớp bảo vệ cuối cùng và tinh tế nhất.

Chỉ khi ba dòng phòng thủ này hoạt động cùng nhau, lâu đài (hệ thống điện của bạn) mới có thể nhận được sự bảo vệ toàn diện nhất.

SPD loại 1: tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại các đợt tăng bên ngoài

SPD loại 1 là thiết bị được đánh giá cao nhất, được thiết kế để chuyển hướng các phần của dòng điện sét do các cú đánh trực tiếp gây ra. theo tiêu chuẩn quốc tế (ví dụ: IEC 61643-1), chúng phải chịu được thử nghiệm với dạng sóng dòng điện 10/350µs. Dạng sóng này đại diện cho năng lượng to lớn của một cú sét đánh trực tiếp, có thời gian cực kỳ dài khiến thiết bị bị căng thẳng nghiêm trọng. Vị trí lắp đặt: Được lắp đặt trong bảng phân phối chính của tòa nhà (MDB), thường ở điểm vào điện.

những phẩm tính: phóng ra dòng sét lớn (thường là hàng chục kiloampere). Mục đích chính của nó không phải là giới hạn điện áp ở mức rất thấp mà là để “hấp thụ” một cách an toàn nhất đòn tấn công ban đầu gây chết người nhất.

Thành phần điển hình: thường sử dụng các khe hở tia lửa hoặc ống xả khí, vì các thành phần này có thể chịu được các tác động năng lượng cực cao.

Các kịch bản áp dụng: Chủ yếu được sử dụng trong các tòa nhà được trang bị hệ thống chống sét bên ngoài (ví dụ: cột thu lôi) hoặc những hệ thống được cung cấp bởi đường dây điện trên cao. Nó tạo thành nền tảng của toàn bộ hệ thống chống sét lan truyền.

Loại 2 SPD: Bảo vệ sơ cấp, bảo vệ hệ thống phân phối

SPD loại 2 là SPD được sử dụng rộng rãi nhất, đóng vai trò là mức bảo vệ chính trong hệ thống bảo vệ đột biến. Chúng được kiểm tra bằng cách sử dụng dạng sóng hiện tại 8/20µs, mô phỏng các dòng dư dư truyền sau khi bị giới hạn bởi SPD loại 1, cũng như các dòng điện tạo ra bởi các hoạt động chuyển mạch bên trong.

Vị trí lắp đặt: Được lắp đặt trong các bảng phân phối phụ để bảo vệ các tầng, khu vực hoặc nhóm tải cụ thể.

những phẩm tính: Giới hạn thêm điện áp và dòng điện tăng không được xử lý đầy đủ bởi SPD loại 1, cùng với các dòng điện tăng được tạo ra bên trong. Nó hạn chế điện áp ở mức an toàn cho hầu hết các thiết bị gia dụng và thương mại (ví dụ: dưới thiết bị chịu được xếp hạng điện áp).

Thiết bị điển hình: Thông thường nhất là một biến thể oxit kim loại (MOV) do tốc độ phản hồi tuyệt vời và các đặc tính điện áp kẹp.

Ứng dụng: Một thiết bị bảo vệ gần như không thể thiếu trong tất cả các công trình lắp đặt điện. Trong các tòa nhà nhỏ không có hệ thống chống sét bên ngoài, nó thậm chí có thể đóng vai trò là lớp bảo vệ cấp một.

Loại 3 SPD: Bảo vệ chính xác cho các thiết bị cuối

Loại 3 SPD mang lại mức độ bảo vệ tinh tế nhất, được thiết kế đặc biệt để bảo vệ các thiết bị cuối có độ nhạy cao hoặc đắt tiền. Nó được thử nghiệm bằng cách sử dụng sóng tổng hợp (sóng điện áp 1,2 / 50µs và sóng dòng điện 8/20µs), với giá trị dòng điện thử nghiệm thấp hơn đáng kể so với loại 2.

Loại 3 SPD ngăn chặn quá trình dư thừa phút một chút vượt qua hai mức bảo vệ đầu tiên. Mặc dù năng lượng thấp, nhưng những mức tăng điện áp này có thể làm suy giảm tuổi thọ của thiết bị hoặc gây ra hỏng dữ liệu do tích lũy kéo dài. Nó không bao giờ được sử dụng một mình và phải được cài đặt ở hạ lưu của SPD loại 2.

Vị trí lắp đặt:

- Ở đầu thiết bị, bao gồm ổ cắm điện có chức năng SPD (ví dụ: một số dải nguồn nâng cao).

- SPDs plug-in chuyên dụng.

- Mô-đun SPD nhúng bên trong thiết bị.

Đơn vị kết hợp: Loại 2 + 3 kết hợp SPDs cũng có sẵn trên thị trường. Chúng tích hợp cả hai mức bảo vệ vào một mô-đun duy nhất, cung cấp giải pháp thuận tiện và hiệu quả cho các tình huống cài đặt nhiều SPD độc lập là không thực tế.

Làm thế nào để chọn và triển khai hệ thống SPD của bạn?

Lựa chọn SPD thích hợp và xây dựng một hệ thống phối hợp là rất quan trọng trong môi trường dễ bị sét đánh thường xuyên hoặc biến động công suất đáng kể. Việc lựa chọn và lắp đặt SPD thích hợp không chỉ ngăn chặn việc sửa chữa tốn kém mà còn đảm bảo tính liên tục trong sản xuất và sinh hoạt, khiến nó trở thành một quyết định kỹ thuật đòi hỏi phải xem xét toàn diện.

Đầu tiên, đánh giá môi trường của tòa nhà của bạn: tần số sét đánh, trạng thái cách ly, nguồn điện trên cao hoặc dưới lòng đất, sự hiện diện của các thanh sét trong cấu trúc, giá trị và độ nhạy của thiết bị bên trong. Điều này sẽ xác định xem bạn có yêu cầu bảo vệ loại 1 hay không hoặc kết hợp loại 2 + 3 đủ.

• Tuân theo nguyên tắc phân cấp:

– Tòa nhà có hệ thống chống sét hoặc khu vực có nguy cơ cao: thực hiện kiến trúc hoàn chỉnh loại 1 → loại 2 → loại 3.

- Các tòa nhà thương mại hoặc dân cư tiêu chuẩn: lắp đặt ít nhất một SPD loại 2 tại lối vào dịch vụ chính và bổ sung SPD loại 3 tại các điểm thiết bị quan trọng.

- Các tòa nhà nhỏ hoặc căn hộ: Lắp đặt SPD loại 2 hiệu suất cao trong bảng điều khiển dịch vụ và sử dụng dải điện được bảo vệ bằng điện loại 3 cho các thiết bị có giá trị.

• Cấp bảo vệ điện áp (tăng): Điều này đại diện cho điện áp kẹp của SPD. Giá trị thấp hơn cho thấy khả năng bảo vệ tốt hơn. Đảm bảo lên dưới mức điện áp chịu được của thiết bị được bảo vệ.

• Dòng xả danh định (IN) và dòng xả tối đa (IMAX): Những điều này cho thấy khả năng của SPD trong việc tiêu tán dòng điện tăng. Giá trị cao hơn biểu thị khả năng phục hồi lớn hơn.

• Đối với SPDs loại 1, hãy tập trung vào dòng xung (IIMP).

• Đảm bảo lắp đặt đúng: Hiệu suất SPD phụ thuộc nhiều vào cài đặt. Giảm thiểu chiều dài dây nối đất là rất quan trọng, vì các dây dẫn quá dài tạo ra điện áp cảm ứng làm suy giảm đáng kể bảo vệ. Sử dụng các công cụ hoặc thanh cái chuyên dụng để kết nối trực tiếp SPD và với độ dài tối thiểu với hệ thống nối đất.

• Bảo trì và tuổi thọ: SPD là thiết bị tiêu hao. Đặc biệt là các SPD dựa trên MOV dần dần suy thoái sau các sự kiện đột biến lặp đi lặp lại. Chọn SPDs với các điểm tiếp xúc tín hiệu từ xa hoặc cửa sổ cảnh báo trực quan để theo dõi tình trạng của chúng và tạo điều kiện thay thế kịp thời.

Lựa chọn loại SPD phù hợp và xây dựng hệ thống bảo vệ phối hợp là chìa khóa để đảm bảo an toàn cho thiết bị điện và kéo dài tuổi thọ của nó. Hiểu được sự khác biệt và kết nối của họ sẽ giúp bạn thiết lập một “dòng phòng thủ điện tử” thực sự mạnh mẽ cho gia đình hoặc doanh nghiệp của bạn. Phụ lục cung cấp các tham số tham chiếu để chọn các loại SPD khác nhau:

Các giá trị khuyến nghị cho dòng điện tăng và các thông số dòng điện danh nghĩa của bộ bảo vệ tăng cường đường dây điện

Phần kết luận

Tóm lại, loại 1, loại 2 và loại 3 mỗi SPD đều hoàn thành các vai trò riêng biệt, tạo thành một hệ thống phòng thủ phân lớp từ vĩ mô đến cấp vi mô. Đầu tư vào một hệ thống chống sét lan truyền được thiết kế tốt không chỉ là bảo vệ phần cứng mà còn là đầu tư chiến lược vào bảo mật dữ liệu, tính liên tục trong kinh doanh và bảo vệ tính mạng và tài sản. Bằng cách hiểu các chức năng tương ứng của chúng và triển khai chúng một cách hiệp đồng, bạn có thể thiết lập một rào cản mạnh mẽ cho tài sản điện tử của mình trước các mối đe dọa điện không thể đoán trước.