Được các bác động viên ở các bài viết trước. Lần này mình viết bài này nhằm giải thích những sự thật đằng sau các con số mà nhà sản xuất, phân phối thiết bị chống xung (SPDs) thường quảng cáo. Hy vọng, nếu có Bác nào đầu tư mua thiết bị SPD thì sẽ không bị ức:
Thiết bị chống xung (SPD)
Thiết bị chống xung là gì?
Một thiết bị với ít nhất 1 thành phần phi tuyến nhằm giới hạn xung điện áp đi vào thiết bị điện bằng cách chuyển (cắt) hoặc giới hạn dòng xung, và nó có khả năng lặp lại chức năng đó như đã được thiết kế. SPDs trước đây được biết với tên thiết bị ức chế xung nhiễu điện áp (Transient Voltage Surge Suppressors – TVSS) hay thiết bị hãm xung thứ cấp. SPDs được niêm yết trong tiêu chuẩn UL 1449, hiện nay được chỉ rõ là Type 1, Type 2 hoặc Type 3 và được sử dụng trên hệ thống nguồn điện AC điện áp thấp (có điện áp dưới 1000 Vrms).
Tại sao nhà sản xuất SPD không còn dùng thuật ngữ TVSS?
Thiết bị TVSS có dòng sản phẩm nhiều hơn của SPDs. Bắt đầu với tiêu chuẩn UL 1449 3rd Edition và 2008 National Electrical Code, thuật ngữ “SPD” đã chính thức thay thế thuật ngữ “TVSS” và “thiết bị hãm xung thứ cấp”. SPDs được phân loại theo Type 1, Type 2, Type 3 hoặc Type 4, chúng được lựa chọn dựa trên thiết bị được bảo vệ và vị trí lắp đặt nơi chúng được sử dụng. Với những thay đổi thuật ngữ hiện tại bởi UL và NEC, hiện nay không có tổ chức tiêu chuẩn nào sử dụng thuật ngữ TVSS, như IEEE®, IEC®, và NEMATH cũng đã sử dụng thuật ngữ “SPD” trong nhiều năm trước.
Phân loại SPD theo tiêu chuẩn UL là gì và nó thể hiện điều gì?
Có bốn loại:
Có phải chọn loại SPD Type 1 hoạt động tốt hơn loại SPD Type 2?
Không cần thiết. SPD Type 1 cung cấp bảo vệ linh hoạt với khả năng kết nối với hai bên của ngõ vào nguồn điện, tuy nhiên UL không so sánh hoạt động kẹp xung của SPD Type 1 với SPD Type 2. UL kiểm tra hoạt động kẹp xung là như nhau trên tất cả các loại SPDs, không phần biệt loại SPDs. UL cũng đánh giá hoạt động an toàn của tất cả SPDs tại vị trí lắp đặt dự định của nó. Từ UL 1449 3rd Edition, SPD Type 1 được phê duyệt sẽ bao gồm những thiết bị mà trước đây được biết đến như thiết bị hãm xung thứ cấp hay TVSS. Điều quan trọng cần nhận biết là thiết bị hãm xung thứ cấp được thiết kế có MCOV (điện áp hoạt động liên tục cực đại – Maximum Continuous Operating Voltage) cao hơn so với thiết bị TVSS. Và trong khi chỉ số MCOV của SPD có ảnh hưởng trực tiếp lên hoạt động kẹp điện áp, thì thực tiễn để chọn SPD tốt nhất cần cân nhắc cẩn thận các chỉ số khác nữa bao gồm dòng xung cực đại, điện áp kẹp theo IEEE, VPR theo UL, và tuổi thọ thiết bị (bảo hành).
Tại sao tôi cần cân nhắc lắp đặt thiết bị chống xung?
Chúng ta cần thực hiện các bước phòng ngừa để bảo vệ các thiết bị điện tử có giá trị cho dù là một máy photocopy văn phòng, máy CNC công nghiệp, hay thiết bị trong nhà. Hầu hết mọi người đều biết đến ảnh hưởng nguy hại của sét tới các thiết bị điện tử, nhưng rối loại điện áp có thể bắt nguồn từ nguồn năng lượng thấp hơn rất nhiều. Gai (Spikes) điện áp xảy ra hàng ngày khi một thiết bị như máy nén khí HVAC hoặc tải cảm ứng được đóng và ngắt. Bên cạnh đó, xung nhiễu có thể sinh ra từ sự đóng ngắt của cầu giao (CB, MCB,…) hoặc từ hoạt động của thiết bị bên trong nhà, văn phòng, .v.v. Những sự kiện này thường không gây ra kết quả tức thời có thể nhận biết được. Theo thời gian, các triệu chứng sẽ dần xuất hiện như rối loạn nhẫu nhiên, lỗi dữ liệu và làm giảm tuổi thọ mạch điện tử nhạy cảm. Lắp đặt SPDs đúng được xem là ưu tiên hàng đầu để bảo vệ các mạch điện tử nhạy cảm trong các thiết bị điện thông minh hiện nay.
Một SPD sẽ bảo vệ thiết bị của tôi khỏi sét đánh trực tiếp?
Một sự gia tăng đột ngột với điện áp đỉnh cao từ một tia sét trực tiếp có thể tạo ra dòng vượt quá vài trăm nghàn ampe. SPDs không phù hợp để xử lý sét đánh trực tiếp lên một cơ sở như một thiết bị bảo vệ độc lập. Để bảo vệ tốt nhất sét đánh trực tiếp, bạn nên xem xét lắp đặt hệ thống chống sét theo tiêu chuẩn UL69A hoặc NFPA 780. Phần lớn xung điện áp phá hủy bên ngoài vào không phải do nguyên nhân từ sét trực tiếp. Thay vào đó là kết quả của dòng xung trên dây nguồn AC, viễn thông và những đường dây tiện ích khác được tạo ra từ điện trường mạnh do ảnh hưởng của sét đánh từ xa lên hay từ các nguồn ít nghiêm trọng hơn như sự đóng ngắt điện của Công ty điện lực, đóng ngắt các tải lớn, sự cố trên đường dây tải điện, nối đất không tốt, .v.v. Những xung này có thể lan truyền với khoảng cách rất xa trên dây dẫn kim loại tới nhà của bạn, và với năng lượng còn lại cũng đủ để phá hủy thiết bị điện tử của bạn. SPDs được chế tạo với mục đích đặc biệt là giảm thiểu các loại rối loạn điện áp.
Một SPD sẽ bảo vệ hệ thống phân phối điện khỏi những rối loạn điện như quá áp, sụt áp hoặc sóng hài?
Không. Một quan niệm phổ biến về SPDs là nó được chế tạo để bảo vệ thiết bị khỏi tất cả vấn đề của nguồn điện. SPDs không được chế tạo để chống lại sự xuất hiện của điện áp quá mức tại tần số năng lượng bình thường. Chúng cũng không thể chống lại sụt áp (Sags) hoặc sóng hài. Thực tế, quá áp trong nhiều chu kỳ được biết đến như TOV hoặc sưng (Swell) điện áp, hiện tượng này có thể gây hư hỏng cho thành phần ức chế trong một SPD nếu chúng (quá áp) vượt quá điện áp hoạt động của SPD.
Lắp đặt SPD sẽ tiết kiệm cho tôi?
SPDs được chế tạo để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm bằng cách giảm thiểu thiệt hại có thể xảy ra do ảnh hưởng của sét. Lắp đặt một SPD có thể tiết kiệm được chi phí về thời gian gián đoạn sản xuất, sửa chữa hoặc thay thế sớm thiết bị điện có thể bị hư hỏng do ảnh hưởng của sét. Tuy nhiên, không có chứng minh rõ rệt trực tiếp hay gián tiếp rằng sử dụng SPD sẽ làm giảm nhu cầu mua sắm thiết bị điện.
SPDs có giá trị xung mà tôi nên chọn cho cơ sở của mình là bao nhiêu?
Nhiệm vụ chọn thiết bị chống xung cho một cơ sở không thể chỉ xác định bằng chỉ số hoặc kích thước của hệ thống phân phối điện. Mỗi cơ sở có thể được đánh giá dựa trên các yếu tố như môi trường xung đã có, loại cơ sở, và rủi ro phơi nhiễm. Tiêu chuẩn IEEE C62.41 xác định rủi ro của xung phát sinh trong một cơ sở dựa trên khoảng cách gần với ngõ vào. Vị trí này được xác định theo Category C (Service Entrance – ngõ vào chính giống như tủ điện tổng), Category B (tủ điện nhánh), Category A (nhánh cuối tới thiết bị).
Hiện nay, phần lớn các nhà sản xuất SPD sẽ đề xuất lắp đặt SPD có chỉ số cắt xung cao từ 100kA – 300kA mỗi phase tại vị trí Cat. C, SPD có chỉ số cắt xung trùn bình từ 60kA – 100kA tại vị trí Cat. B, và SPD có chỉ số cắt xung thấp từ 25kA – 50kA tại vị trí Cat. A.
Một điều cũng rất quan trọng là chỉ số dòng xung của SPD không nên được xem như dấu hiệu cho khả năng kẹp điện áp của nó, mà cần cân nhắc dựa trên độ tin cậy hay chính xác hơn là tuổi thọ của SPD. Thiết bị ức chế tại tủ điện tổng có thể chịu được hàng nghìn dòng xung khác nhau. Dựa trên dữ liệu có sẵn của IEEE C62.41, chúng ta hoàn toàn có thể ước tính được tuổi thọ của một thiết bị ức chế như SPD. Một thiết bị ức chế có dòng xung 150kA/phase theo lý thuyết sẽ có tuổi thọ hơn 25 năm ngay cả khi nó nằm tại vị trí có nhiều dòng xung cao.
Chỉ số joule (J) có quan trọng?
Khi nói về SPDs, câu trả lời là không. Chỉ số Joule không phải là một chỉ báo cho hoạt động tốt của một SPD, nó cũng không được bất kỳ tiêu chuẩn nào về thiết bị chống xung qui định cả. Chỉ số Joule thường được nhà sản xuất SPD có sử dụng Silicone Avalanche Diodes để quảng cáo như một thông số kỹ thuật đáng mong muốn, hoặc bởi nhà sản xuất ổ cắm điện có thành phần chống xung tích hợp bên trong. Chỉ số Joule đôi khi được dùng làm người sử dụng SPD nhận thức nhầm lẫn về khả năng xử lý năng lượng như được chế tạo, bằng việc bỏ đi các chỉ số quan trọng trực tiếp tới khách hàng thể hiện độ tin cậy mạnh mẽ của SPD như dòng xung cực đại mà nó chịu được 1 lần như định nghĩa trong IEEE C62.62.
Dòng xả danh định (In) trong UL là gì?
Dòng xả danh định được định nghĩa là đỉnh của dòng sóng xung 8/20µs đi qua SPD, và SPD vẫn duy trì được chức năng bảo vệ của nó sau 15 lần dòng xung này đi qua. Dòng đỉnh cực đại là công bố trước tiên bởi nhà sản xuất SPD và sau đó được thử nghiệm xem có đáp ứng theo UL không. Dòng xả danh định cao nhất theo chấp nhận của UL là 20kA. UL cũng lưu ý rằng SPDs phải có dòng xả danh định 20kA phù hợp với điều kiện của tiêu chuẩn UL 96A (Lightning Protection Systems) để được lắp đặt tại tủ điện phân phối.
Chỉ số SCCR trong UL có ý nghĩa gì?
SCCR (Short Circuit Curent Rating – chỉ số dòng ngắn mạch) là một yêu cầu bắt buộc đối với tất cả SPDs bởi cả UL và National Electrical Code. Nó được định nghĩa là dòng AC tối đa mà SPD cho qua, tại điểm này SPD sẽ thực hiện ngắn mạch (theo chế tạo) trong trường hợp SPD bị hỏng. Chỉ số SCCR của SPDs được đưa ra dựa trên quy trình thử nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn UL 1449. SPDs được lắp đặt trên nguồn điện AC phải có chỉ số SCCR không thấp hơn dòng gây hư hỏng (fault current) của hệ thống. Per NEC, Artcle 285.6, một SPDs sẽ không được cài đặt tại một điểm trong hệ thống điện có dòng gây hư hỏng vượt quá chỉ số SCCR theo thiết kế của SPD.
SVR là gì?
SVR (Suppressed Voltage Rating – chỉ số điện áp kẹp) đã từng được đề cập trong UL 1449 2nd Edition (phiên bản thứ 2 – và đang dùng thuật ngữ TVSS), nó dựa trên dữ liệu trong quá trình thử nghiệm đánh giá hoạt động giới hạn điện áp của thiết bị TVSS. TVSS sẽ được nối với máy tạo xung với dây dẫn dài 6 inch, mỗi phase của TVSS sẽ được kiểm tra với sóng xung kết hợp 6kV/5kA phát ra từ máy tạo xung. Giá trị kẹp trung bình sẽ được làm tròn để thiết lập chỉ số SVR cho mỗi phase. Tháng 09 năm 2009, giá trị SVR không còn được đề xuất trong tiêu chuẩn UL 1449 3rd Edition.
VPR là gì?
VPR (Voltage Protection Rating – giá trị điện áp bảo vệ) được đề cập trong UL 1449 3rd Edition, VPR của SPDs dựa trên dữ liệu điện áp kẹp thu được trong quá trình thử nghiệm đánh giá giới hạn điện áp. Mỗi phase SPD được thử nghiệm với dòng xung kết hợp 6kV/3kA phát ra từ máy tạo xung, máy này được nối với SPD bằng một dây dẫn dài 6 inch. Giá trị kẹp trung bình được làm tròn tới giá trị gần nhất dựa trên bảng 63.1 trong tiêu chuẩn UL 1449 3rd Edition. VPR đã được sử dụng để thay thế giá trị SVR có trong tiêu chuẩn UL 1449 2nd Edition vốn đã lỗi thời.
Những cạm bẫy khi so sánh giá trị điện áp kẹp giữa các nhà sản xuất SPD là gì?
Nhiệm vụ công khai dữ liệu so sánh giá trị điện áp kẹp (let-thru) lúc đầu được xem là một quá trình thường lệ giữa các nhà sản xuất SPD. Tuy nhiên, giá trị điện áp kẹp có thể là một trong nhiều giá trị mơ hồ của SPD. Để đơn giản hóa thuật ngữ, điện áp kẹp của SPD có thể được xem là điện áp lớn nhất mà SPD cho qua khi được thử nghiệm với một sóng xung. Hầu hết các nhà sản xuất SPD sẽ công bố dữ liệu điện áp kẹp trung bình cho nhiều mode bảo vệ khác nhau, và khi tham chiếu một hoặc nhiều sóng xung thử nghiệm được quy định trong tiêu chuẩn IEEE C62.41gần như tất cả họ không công bố dữ liệu này. Đôi khi họ hướng khách hàng tin rằng IEEE C62.41 là tiêu chuẩn cung cấp phương pháp thử nghiệm đáng tin cậy với mục đích xác định chỉ số hoạt động của SPD.
Thật không hay, trong trường hợp này IEEE C62.41 chỉ định nghĩa về môi trường thử nghiệm xung và song xung thử nghiệm tại nhiều vị trí khác nhau. Do sự thiếu vắng một quy chuẩn đồng bộ nên dẫn đến ngành công nghiệp SPD đã tạo ra nhiều phương pháp thử nghiệm khác nhau, mà có những phương pháp do tự nhà sản xuất SPD tạo ra và thực hiện. Ví dụ, một số nhà sản xuất SPD có thể đo giá trị điện áp kẹp trung bình tại điểm kết nối cuối của SPD, trong khi những nhà sản xuất khác lại đo tại vị trí dây dẫn cách SPD 6 inch hoặc thậm chí xa hơn. Một số khác lại bỏ đi thành phần tới hạn như cầu chì ngắn mạch. Bất kỳ một hành động nào của nhà sản xuất cũng có thể ảnh hưởng đáng kể tới kết quả thử nghiệm giá trị điện áp kẹp của SPD. Khi so sánh dữ liệu điện áp kẹp, thì tốt nhất chúng ta nên yêu cầu báo cáo chứng nhận miêu tả việc xây dựng mẫu thử nghiệm và chi tiết phương pháp thử nghiệm. Điều này sẽ cung cấp một sự hiểu biết tốt hơn khi so sánh hoạt động của SPD.
Sinewave Tracking là gì?
Sinewave Tracking là thuật ngữ mà một số nhà sản xuất sử dụng để mô tả SPDs có mạch điện dung với mục đích lọc EMI/RFI. Sinewave Tracking không phản ánh một sự cải tiến hay một công nghệ lọc nâng cao.
Sự khác nhau giữa giá trị “per-mode” và “per-phase” là gì?
Chế độ bảo vệ mode có thể định nghĩa là một bộ phận bao gồm ít nhất một thành phần ức chế xung tải phi tuyến ở giữa bất kỳ mạch điện AC nào như Line-Neutral, Line-Ground, Line-Line hoặc Neutral-Ground. Tất cả SPD phải được thử nghiệm và đánh giá khả năng xử lý dòng xung lớn nhất trên mỗi mode vì số lượng và loại thành phần ức chế có thể rất khác hau giữa các modes. Trái ngược với mode bảo vệ, một bảo vệ phase thường được định nghĩa là tổng gộp lại các bảo vệ mode thông thường giữa L-N và L-G. Nhà sản xuất SPD quảng cáo “per phase” hay tổng giá trị bảo vệ mà không cung cấp chỉ số “per mode” là nhằm dễ dàng che giấu loại SPD được chế tạo trên nền tảng mạch ức chế không cần bằng, hoặc che giấu phương pháp tính toán mà có thể bao gồm giá trị các modes N-G hay L-L bên trong giá trị “per phase” của họ.
Chế độ bảo vệ “All modes” trên các SPDs được hiểu như thế nào?
Chế độ “All modes” cũng là một thuật ngữ có thể gây nhầm lẫn cho khách hàng. Chúng ta cần phần biệt các hệ thống điện khác nhau, và chế độ bảo vệ “all modes” có rời rạc không? Phần câu hỏi này được trả lời chi tiết trong bài viết hiểu đúng về nguyên lý bảo vệ mạch.
Giá trị “Response Time” (thời gian đáp ứng) có quan trọng không?
SPD được các nhà sản xuất lắp ráp từ các thành phần khác nhau, nhưng giá trị thời gian đáp ứng họ công bố thực chất chỉ là dữ liệu dựa trên một thành phần ức chế như MOV hoặc Diode, đúng ra họ phải cung cấp giá trị dựa trên dữ liệu thử nghiệm các thành phần của SPD. Tốc độ của thời gian đáp ứng không được đánh giá cao trong bất kỳ tổ chức tiêu chuẩn nào về SPD. Ngoài ra, tiêu chuẩn kỹ thuật thử nghiệm IEEE C62.62 cho SPDs tuyên bố như sau:
“Hành vi phản ứng xung điện áp của một SPD với sóng xung đầu tiên phụ thuộc vào tỷ lệ gia tăng của sóng xung tới, trở kháng của nguồn xung, ảnh hưởng của điện kháng bên trong thiết bị, và hành vi phản ứng của cơ chế truyền dẫn trong hoạt động của các thành phần ức chế. Nói cách khác, phản ứng trước sóng xung đầu tiên có thể bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện thử nghiệm mạch, bao gồm độ tự cảm của kết nối, hơn là bởi tốc độ phản ứng của các thành phần.”
IEEE C62.62 có đề cập thêm: “Do đó, đặc tính kỹ thuật của đáp ứng với song xung đầu tiên được coi là có khả năng gây nhầm lẫn và là một yêu cầu không cần thiết trong việc lựa chọn lắp đặt thiết bị theo các điều khoản trong tiêu chuẩn này. Trong trường hợp không có yêu cầu cụ thể, IEEE khuyến cáo không cần thử nghiệm, đo đạc, đánh giá, đặc tính kỹ thuật, hay đặc điểm nhận dạng khác để chứng minh cho đáp ứng với sóng xung tới.”
Thiết kế SPD lắp ráp là gì?
Một SPD lắp ráp bao gồm nhiều thành phần hoặc một bộ phận có thể thay thế (bởi người sử dụng cuối cùng) trong trường hợp một SPD bị hư hỏng.
Những ưu điểm và nhược điểm trong một SPD lắp ráp là gì?
Một số nhà sản xuất SPD tích cực phát triển theo thiết kế module (lắp ráp) và thiết lập dịch vụ sau bán hàng để sửa chữa, thay thế các thành phần của SPD như cầu chì và các thành phần tùy chỉnh khác. Viễn cảnh có được một SPD lắp ráp dựa trên nền tảng module có vẻ như mang tới cảm giác tốt đẹp ban đầu. Tuy nhiên, đầu tiên ta phải đi vào xem xét thiết kế của SPD, và nguyên nhân làm chúng hư hỏng nhanh chóng. Trong hầu hết thiết kế của SPD, các thành phần mạch ức chế thứ cấp thường là MOVs (Metal Oxide Varistors). Khi một MOV hỏng, thường là do tiếp xúc với sự gia tăng điện áp trên phase vượt quá giá trị điện áp của MOV. MOVs tiếp xúc một lần với điện áp bất thường, chúng sẽ bắt đầu nóng lên nhanh chóng trong một quá trình gọi là “chạy trốn nhiệt độ” và thường chúng bị hư hỏng vĩnh viễn trong thời gian ngắn chỉ với một vài chu kỳ tần số điện. Công việc tiếp theo của tổng thể SPD là chịu được dòng hư hỏng cho đến khi cầu chì của SPD hoặc thiết bị ngắn mạch bên ngoài (CB) ngắt dòng điện đi qua SPD. Trong một số thiết kế SPD, sự hư hỏng của MOV sẽ diễn ra rất mạnh mẽ làm ảnh hưởng tới các bộ phận xung quanh cũng như cấu trúc đường dẫn xung. Và trong những thiết kế như vậy, cơ chế ngăn chặn duy nhất chỉ có thể là cỏ bọc bên ngoài của SPD.
Chúng tôi thường khuyến cáo rằng trong trường hợp SPD hư hỏng, tất cả các modes bảo vệ và tất cả cầu chì tích hợp trong SPD nên được xem xét để thay thế. Điều này có chức năng tương đương với thay thể toàn bộ một đơn vị và phải được quy định cụ thể không phân biệt loại SPD thiết kế module hay không theo kiểu module. Để hiểu được lý do này, chúng ta phải hiểu được một SPD được đánh giá như thế nào cho hoạt động an toàn bởi UL. UL yêu cầu thử nghiệm bởi một điện áp bất thường (abnormal overvoltage – AOV) được tiến hành trên tất cả các loại thiết kế SPD theo chương trình kiểm tra an toàn UL 1449. AOV phơi nhiễm trên một phase là nhằm thúc đẩy các thành phần của SPD vào trạng thái hư hỏng để kiểm tra độ an toàn SPD. Trong và sau khi kết thúc thử nghiệm, SPD được đánh giá để đảm bảo không có lửa hay kim loại nóng chảy đẩy ra ngoài vỏ, cũng không có khe hở được tạo ra bên ngoài SPD. Nhưng để công bằng trong đánh giá thiết kế SPD kiểu module, thử nghiệm AOV không được dùng để chứng minh hay đánh giá khả năng của bất kỳ thiết kế SPD đã được sửa chũa và thay thế.
Thuật ngữ “Cascading” có ý nghĩa gì và tại sao cần xem xét nó khi lựa chọn lắp đặt SPDs?
“Cascading” là sự kết hợp các thiết bị bảo vệ xung trong một toàn nhà. Theo đề xuất bởi IEEE 1100, một SPD nên được kết hợp theo nhiều lớp (nhiều gia đoạn bảo vệ). IEEE đưa ra các khuyến nghị như sau:
“… đối với các dòng đột biến lớn, cách thực hiện tốt nhất là cắt dòng (chuyển dòng xung xuống đất) theo hai lớp: lớp cắt đầu tiên nên được cài đặt tại tủ điện tổng. Sau đó, bất kỳ điện áp dư (điện áp còn lại đi qua lớp cắt đầu tiên) sẽ được xử lý bởi lớp bảo vệ thứ hai tại tủ phân phối điện nhánh. Với cách này, dây dẫn bên trong toàn nhà sẽ không yêu cầu phải có khả năng mang dòng xung lớn.”
“…sự đầu tư đúng mực phải đưa ra sự kết hợp các lớp thiết bị bảo vệ xung.”
Trong khi sét là nhà sản xuất được biết đến nhiều nhất, tạo ra xung bên ngoài lớn nhất, nhưng nó chỉ là một trong nhiều nguồn gây ra xung nhiễu điện áp. Các nguồn khác bao gồm hoạt động chuyển mạch của thiết bị, hoạt động của các thiết bị điện liền kề, hoạt động của các máy hiệu chỉnh công suất, và hoạt động bù trừ lỗi trên đường truyền. Điều quan trọng cần lưu ý là không cần phải sét đánh trực tiếp lên đường dây mới xuất hiện thiệt hại, mà một tia sét cách xa vài trăm mét cũng có thể gây ra xung nhiễu với thiệt hại lớn.
Ngoài ra, người ta ước tính rằng có 70 đến 80% xung nhiễu được tạo ra trong hệ thống bằng sự chuyển mạch của tải như đèn chiếu sáng, hệ thống sưởi, động cơ và các thiết bị văn phòng khác. Nghành công nghiệp hiện đại ngày nay chủ yếu dựa trên thiết bị điện tử và tự động hóa nhằm tăng năng suất, an toàn, và mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Máy tính là bộ điều khiển dựa trên các vi mạch được sử dụng phổ biến trong hầu hết cơ sở sản xuất. Bộ vi xử lý có thể được tìm thấy trong rất nhiều máy móc công nghiệp, như hệ thống báo động an ninh và chống cháy, đồng hồ thời gian và các công cụ theo dõi hàng tồn kho. Xung nhiễu trong hệ thống có nguồn gốc từ tải của thiết bị, bảng mạch nhánh, và từ hệ thống nguồn riêng bệt khác thì không thể giảm thiểu ảnh hưởng của nó một cách hiệu quả chỉ bằng lắp đặt một SPD tại tủ phân phối phối chính (hay tại 1 điểm trong hệ thống). Điều này tái khẳng định khuyến nghị của IEEE về phương pháp bảo vệ theo nhiều lớp, và lắp đặt SPDs tại các bảng điện phân phối nhánh cung cấp nguồn cho các thiết bị điện quan trọng và nhạy cảm.
Tôi có nghe rằng những SPD sử dụng công nghệ Silicone Avalanche Diode (SAD) sẽ cung cấp hoạt động bảo vệ tốt hơn SPD thiết kế dựa trên MOV vì chúng đáp ứng nhanh hơn … điều đó là đúng?
Nó là một tài liệu tốt mà nhà sản suất SPDs với công nghệ SAD thường sẽ đưa vào tốc độ đáp ứng như một tham số hoạt động rất quan trọng. Tuy nhiên, hiệu quả hoạt động của một SPD thiết kế dựa trên SAD không tốt hơn SPD thiết kế dựa trên MOV. Điều này là do “thời gian đáp ứng” của bất kỳ SPD mắc song song nào chịu ảnh hưởng lớn của dây dẫn bên trong/bên ngoài hơn là tốc độ của các thành phần SAD (hoặc MOV). Ví dụ, một thành phần SAD có thể phản ứng trước sóng xung điện áp với tốc độ dưới 1 microsecond, nhưng độ tự cảm (khoảng 1-10 nanohenrys mỗi inch) dây dẫn kết nối bên trong và bên ngoài trong SPD là nhân tố ảnh hưởng chủ yếu tới hiệu quả hoạt động tổng thể của SPD – chứ không phải lý thuyết SAD hoặc “thời gian phản ứng” của MOV.
Có phải X cung cấp cả hai loại thiết bị SPD theo UL 1449 2nd Edition và 3rd Edition?
X chỉ sản xuất SPDs đã niêm yết và tuân thủ yêu cầu của UL 1449 3rd Edition. Tính đến tháng 09 năm 2009, UL không còn chấp nhận thiết bị chống xung SPD được niêm yết và đánh giá theo phiên bản tiêu chuẩn cũ UL 1449 2rd Edition. Vì vậy, hãy cẩn thận với những nhà sản xuất không đưa ra được bằng chứng về trạng thái niêm yết sản phẩm SPD của họ tại danh mục UL VCZA.
SPDs của X được niêm yết tại UL 96A?
UL 96A là tiêu chuẩn cho hệ thống chống sét. Bất kể nhà sản xuất SPD nào đều không được niêm yết trong UL 96A. Thay vào đó, chúng được tham chiếu bởi UL 96A và yêu cầu phải có trong hệ thống chống sét như một phần chính. Chỉ tiêu chuẩn UL 1449 mới đánh giá cho SPD. SPDs của X được niêm yết trong UL 1449 và có các loại SPDs Type 1, Type 2 với dòng xả danh định 20kA. Bảng niêm yết và tiêu chuẩn hoạt động xác nhận SPDs của X đủ điều kiện như một thiết bị chống xung mẫu. điều được yêu cầu bởi UL 96A để được sử dụng trong hệ thống chống sét của UL.
SPDs được niêm yết UL 1283 sẽ mang đến bộ lọc EMI/RFI hoạt động tốt hơn một SPD không niêm yết?
UL 1283 là tiêu chuẩn về an toàn. Nó không có thử nghiệm được thực hiện dưới chương trình phù hợp với UL 1283 để chứng minh rằng SPDs được niêm yết sẽ có hoạt động lọc hay làm giảm sóng hài.
Chiều dài tối đa cho phép của dây dẫn kết nối SPD là bao nhiêu?
Trong nghành công nghiệp SPD, chiều dài dây dẫn kết nối SPD là một yếu tố rất quan trọng có ảnh hưởng đáng kể tới hoạt động kẹp điện áp của bất kỳ SPD nào được lắp song song, của bất kỳ nhà sản xuất nào hay bất kỳ loại nào. Tuy nhiên, chúng ta lại không có một câu trả lời rõ ràng cho câu hỏi “chiều dài dây dẫn tối đa mà vẫn đảm bảo hoạt động bảo vệ tải của SPD không bị ảnh hưởng?” Ví dụ, cài đặt một SPD với 6 chân kết nối thì vẫn sẽ đảm bảo chức năng bảo vệ tải, và vẫn có thể kẹp điện áp ở mức thấp hơn điện áp phóng điện bề mặt hay cấp độ xung không ảnh hưởng tới hầu hết thiết bị điện. Nhưng nếu cài đặt một SPD có 3 chân kết nối với dây dẫn thì thường sẽ cho điện áp cho qua trên tải bảo vệ cao hơn.
Chiều dài dây dẫn sẽ ảnh hưởng tới thiết bị điện tử trên tải phụ thuộc vào nhiều vấn đề, bao gồm sự nhạy cảm của thiết bị ha khả năng chịu xung của thiết bị. Ngoài ra, nếu lắp đặt thêm SPD tại bảng điện phân phối nhánh thì điện áp cho qua tại bảng nhánh này có thể ít gây ảnh hưởng do có tác động cộng hưởng của Cascading, tức lắp đặt nhiều SPD theo hướng dẫn thực hành trong IEEE 1100-2005.
Nếu không thể giảm khoảng cách giữa SPD và tủ phân phối, chúng ta có thể thực hiện một số giải pháp để giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng cảm ứng vốn có trên dây dẫn. Dệt hoặc xoắn dây dẫn kết nối với nhau sẽ giúp giảm thiểu điện trường cảm ứng. Trong hầu hết các trường hợp, SPD được thiết kế rất nhỏ để đặt càng gần bảng phân phối càng tốt. Hiện tượng cảm ứng ảnh hưởng lên dây dẫn làm điện áp xung nhiễu tăng lên nhanh chóng, và việc sử dụng các loại dây dẫn có tiết diện lớn không phải là sự thay thế tốt hơn so với việc lắp đặt SPD gần bảng phân phối. Trong thực tiễn, nên gắn SPD tại vị trí cho phép 3 chân kết nối với dây dẫn hoặc ngắn nhất có thể. Lý tưởng nhất là khoảng cách kết nối từ 18’’ đến 24’’, tất nhiên điều này không phải lúc nào cũng khả dụng trong thực tế.
Gắn SPD trong tủ điện phân phối, hay bên ngoài tủ như gắn trên tường, cách nào tốt hơn?
Để trả lời cho câu hỏi này nên dựa trên hệ thống phân phối điện sẵn có. Đối với hệ thống phân phối điện mới, tích hợp SPD trong tủ điện có một ưu điểm rõ rệt so với gắn trên tường. Lý do là:
Việc tích hợp các thiết bị sẽ làm chiều dài dây dẫn kết nối là ngắn nhất. Điều này giúp thiết bị được bảo vệ cao nhất. Dây dẫn càng dài sẽ làm tăng trở kháng của hệ thống SPD và từ đó làm giảm hiệu quả kẹp điện áp.
Việc tích hợp làm giảm không gian yêu cầu tổng thể.
Tích hợp thiết bị trong tủ sẽ giảm thiểu nguy cơ lắp đặt các thiết bị không chính xác.
Tích hợp thiết bị làm giảm chi phí nhân công bảo trì.
Tích hợp làm giảm chi phí vận chuyển và thi công.
Để lắp đặt SPDs cho hệ thống điện có sẵn mà tủ điện không có đủ không gian để gắn vào thì gắn trên tường và gần thiết bị được bảo vệ là giải pháp tốt nhất.
Tôi có nghe nói rằng việc tích hợp SPDs có thể làm hỏng các thiết bị điện hoặc gây thương tích cho người nếu chúng bị hư hỏng. Tôi có nên lo lắng về điều này?
Đúng là một số SPDs sản xuất trước tháng 02 năm 2007, nếu đã bị hỏng sẽ không an toàn khi tiếp xúc với quá áp bất thường của hệ thống điện. Nguy cơ này có thể do cả thiết kế chế tạo SPD và thiếu kiểm tra quy định an toàn tại cấp độ dòng hư hỏng thấp hơn giá trị dòng ngắn mạch của SPD. Tiêu chuẩn UL 1449 2rd Edition (cập nhật tháng 02 năm 2007) đưa ra yêu cầu thử nghiệm dòng hư hỏng trung bình trong phạm vi chính về sự không an toàn của SPD khi bị hỏng tại cấp độ dòng hư hỏng mà trước đây không được kiểm tra. Nhiều nhà sản xuất SPD đã được yêu cầu phải có biện pháp thiết kế lại để đáp ứng sự thay đổi trong tiêu chuẩn UL. Kết quả là SPD ngày nay được thiết kế an toàn hơn bao giờ hết.
Làm thế nào một nhãn hiệu SPDs có thể tuân thủ những thay đổi về dòng hư hỏng trung bình trong UL 1449?
Dòng SPDs kết hợp tính hợp tính năng độc đáo mới là cầu chì nhiệt. Không giống như ngắt nhiệt (thermal cutoffs) truyền thống thường được sử dụng gắn ngay gần một nhóm MOVs, các cầu chì nhiệt được gắn trực tiếp trên mỗi MOV thông qua quá trình eutectic. Bạn có thể tìm hiểu thêm tại bài viết nguyên lý bảo vệ của thiết bị chống sét.
Thiết bị chống xung (SPD)
Thiết bị chống xung là gì?
Một thiết bị với ít nhất 1 thành phần phi tuyến nhằm giới hạn xung điện áp đi vào thiết bị điện bằng cách chuyển (cắt) hoặc giới hạn dòng xung, và nó có khả năng lặp lại chức năng đó như đã được thiết kế. SPDs trước đây được biết với tên thiết bị ức chế xung nhiễu điện áp (Transient Voltage Surge Suppressors – TVSS) hay thiết bị hãm xung thứ cấp. SPDs được niêm yết trong tiêu chuẩn UL 1449, hiện nay được chỉ rõ là Type 1, Type 2 hoặc Type 3 và được sử dụng trên hệ thống nguồn điện AC điện áp thấp (có điện áp dưới 1000 Vrms).
Tại sao nhà sản xuất SPD không còn dùng thuật ngữ TVSS?
Thiết bị TVSS có dòng sản phẩm nhiều hơn của SPDs. Bắt đầu với tiêu chuẩn UL 1449 3rd Edition và 2008 National Electrical Code, thuật ngữ “SPD” đã chính thức thay thế thuật ngữ “TVSS” và “thiết bị hãm xung thứ cấp”. SPDs được phân loại theo Type 1, Type 2, Type 3 hoặc Type 4, chúng được lựa chọn dựa trên thiết bị được bảo vệ và vị trí lắp đặt nơi chúng được sử dụng. Với những thay đổi thuật ngữ hiện tại bởi UL và NEC, hiện nay không có tổ chức tiêu chuẩn nào sử dụng thuật ngữ TVSS, như IEEE®, IEC®, và NEMATH cũng đã sử dụng thuật ngữ “SPD” trong nhiều năm trước.
Phân loại SPD theo tiêu chuẩn UL là gì và nó thể hiện điều gì?
Có bốn loại:
- Type 1: loại SPD được UL phê duyệt cho cài đặt taị bất kỳ vị trí nào giữa tụ biến áp thứ cấp (tụ biến áp trước khi cung cấp điện vào nhà) và ngõ vào thiết bị chống quá dòng (như CB, MCB). SPDs Type 1 có thể được lắp đặt tại bất kỳ đâu trên tải của ngõ vào và trong hệ thống điện điện áp thấp mà không cần lắp thêm cầu chì chuyên dụng hoặc thiết bị ngắn mạch.
- Type 2: loại SPD được UL phê duyệt cài đặt trên tải của ngõ vào thứ cấp thiết bị chống quá dòng. SPDs Type 2 có thể hoặc không cần thiết sử dụng cầu chì chuyên dụng hay thiết bị ngắn mạch.
- Type 3: loại SPD được cài đặt cách bảng điện (tủ điện) 10 m hay lớn hơn. Thiết bị này thường được lắp đặt tại rốn kết nối, hay đóng vai trò như ổ cắm trực tiếp và được lắp đặt trên tải cuối thiết bị cần bảo vệ. Khoảng cách 10 m không bao gồm dây dẫn đi kèm SPD, hoặc được sử dụng để kết nối SPD với tải.
- Type 4: loại SPD được phân loại là thành phần lắp đặt của SPD. Ví dụ về phạm vi SPDs Type 4 từ thành phần MOV (Metal Oxide Varistor) đến một SPD được lắp đặt gần như hoàn chỉnh chỉ thiếu vỏ bọc bên ngoài.
Có phải chọn loại SPD Type 1 hoạt động tốt hơn loại SPD Type 2?
Không cần thiết. SPD Type 1 cung cấp bảo vệ linh hoạt với khả năng kết nối với hai bên của ngõ vào nguồn điện, tuy nhiên UL không so sánh hoạt động kẹp xung của SPD Type 1 với SPD Type 2. UL kiểm tra hoạt động kẹp xung là như nhau trên tất cả các loại SPDs, không phần biệt loại SPDs. UL cũng đánh giá hoạt động an toàn của tất cả SPDs tại vị trí lắp đặt dự định của nó. Từ UL 1449 3rd Edition, SPD Type 1 được phê duyệt sẽ bao gồm những thiết bị mà trước đây được biết đến như thiết bị hãm xung thứ cấp hay TVSS. Điều quan trọng cần nhận biết là thiết bị hãm xung thứ cấp được thiết kế có MCOV (điện áp hoạt động liên tục cực đại – Maximum Continuous Operating Voltage) cao hơn so với thiết bị TVSS. Và trong khi chỉ số MCOV của SPD có ảnh hưởng trực tiếp lên hoạt động kẹp điện áp, thì thực tiễn để chọn SPD tốt nhất cần cân nhắc cẩn thận các chỉ số khác nữa bao gồm dòng xung cực đại, điện áp kẹp theo IEEE, VPR theo UL, và tuổi thọ thiết bị (bảo hành).
Tại sao tôi cần cân nhắc lắp đặt thiết bị chống xung?
Chúng ta cần thực hiện các bước phòng ngừa để bảo vệ các thiết bị điện tử có giá trị cho dù là một máy photocopy văn phòng, máy CNC công nghiệp, hay thiết bị trong nhà. Hầu hết mọi người đều biết đến ảnh hưởng nguy hại của sét tới các thiết bị điện tử, nhưng rối loại điện áp có thể bắt nguồn từ nguồn năng lượng thấp hơn rất nhiều. Gai (Spikes) điện áp xảy ra hàng ngày khi một thiết bị như máy nén khí HVAC hoặc tải cảm ứng được đóng và ngắt. Bên cạnh đó, xung nhiễu có thể sinh ra từ sự đóng ngắt của cầu giao (CB, MCB,…) hoặc từ hoạt động của thiết bị bên trong nhà, văn phòng, .v.v. Những sự kiện này thường không gây ra kết quả tức thời có thể nhận biết được. Theo thời gian, các triệu chứng sẽ dần xuất hiện như rối loạn nhẫu nhiên, lỗi dữ liệu và làm giảm tuổi thọ mạch điện tử nhạy cảm. Lắp đặt SPDs đúng được xem là ưu tiên hàng đầu để bảo vệ các mạch điện tử nhạy cảm trong các thiết bị điện thông minh hiện nay.
Một SPD sẽ bảo vệ thiết bị của tôi khỏi sét đánh trực tiếp?
Một sự gia tăng đột ngột với điện áp đỉnh cao từ một tia sét trực tiếp có thể tạo ra dòng vượt quá vài trăm nghàn ampe. SPDs không phù hợp để xử lý sét đánh trực tiếp lên một cơ sở như một thiết bị bảo vệ độc lập. Để bảo vệ tốt nhất sét đánh trực tiếp, bạn nên xem xét lắp đặt hệ thống chống sét theo tiêu chuẩn UL69A hoặc NFPA 780. Phần lớn xung điện áp phá hủy bên ngoài vào không phải do nguyên nhân từ sét trực tiếp. Thay vào đó là kết quả của dòng xung trên dây nguồn AC, viễn thông và những đường dây tiện ích khác được tạo ra từ điện trường mạnh do ảnh hưởng của sét đánh từ xa lên hay từ các nguồn ít nghiêm trọng hơn như sự đóng ngắt điện của Công ty điện lực, đóng ngắt các tải lớn, sự cố trên đường dây tải điện, nối đất không tốt, .v.v. Những xung này có thể lan truyền với khoảng cách rất xa trên dây dẫn kim loại tới nhà của bạn, và với năng lượng còn lại cũng đủ để phá hủy thiết bị điện tử của bạn. SPDs được chế tạo với mục đích đặc biệt là giảm thiểu các loại rối loạn điện áp.
Một SPD sẽ bảo vệ hệ thống phân phối điện khỏi những rối loạn điện như quá áp, sụt áp hoặc sóng hài?
Không. Một quan niệm phổ biến về SPDs là nó được chế tạo để bảo vệ thiết bị khỏi tất cả vấn đề của nguồn điện. SPDs không được chế tạo để chống lại sự xuất hiện của điện áp quá mức tại tần số năng lượng bình thường. Chúng cũng không thể chống lại sụt áp (Sags) hoặc sóng hài. Thực tế, quá áp trong nhiều chu kỳ được biết đến như TOV hoặc sưng (Swell) điện áp, hiện tượng này có thể gây hư hỏng cho thành phần ức chế trong một SPD nếu chúng (quá áp) vượt quá điện áp hoạt động của SPD.
Lắp đặt SPD sẽ tiết kiệm cho tôi?
SPDs được chế tạo để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm bằng cách giảm thiểu thiệt hại có thể xảy ra do ảnh hưởng của sét. Lắp đặt một SPD có thể tiết kiệm được chi phí về thời gian gián đoạn sản xuất, sửa chữa hoặc thay thế sớm thiết bị điện có thể bị hư hỏng do ảnh hưởng của sét. Tuy nhiên, không có chứng minh rõ rệt trực tiếp hay gián tiếp rằng sử dụng SPD sẽ làm giảm nhu cầu mua sắm thiết bị điện.
SPDs có giá trị xung mà tôi nên chọn cho cơ sở của mình là bao nhiêu?
Nhiệm vụ chọn thiết bị chống xung cho một cơ sở không thể chỉ xác định bằng chỉ số hoặc kích thước của hệ thống phân phối điện. Mỗi cơ sở có thể được đánh giá dựa trên các yếu tố như môi trường xung đã có, loại cơ sở, và rủi ro phơi nhiễm. Tiêu chuẩn IEEE C62.41 xác định rủi ro của xung phát sinh trong một cơ sở dựa trên khoảng cách gần với ngõ vào. Vị trí này được xác định theo Category C (Service Entrance – ngõ vào chính giống như tủ điện tổng), Category B (tủ điện nhánh), Category A (nhánh cuối tới thiết bị).
Hiện nay, phần lớn các nhà sản xuất SPD sẽ đề xuất lắp đặt SPD có chỉ số cắt xung cao từ 100kA – 300kA mỗi phase tại vị trí Cat. C, SPD có chỉ số cắt xung trùn bình từ 60kA – 100kA tại vị trí Cat. B, và SPD có chỉ số cắt xung thấp từ 25kA – 50kA tại vị trí Cat. A.
Một điều cũng rất quan trọng là chỉ số dòng xung của SPD không nên được xem như dấu hiệu cho khả năng kẹp điện áp của nó, mà cần cân nhắc dựa trên độ tin cậy hay chính xác hơn là tuổi thọ của SPD. Thiết bị ức chế tại tủ điện tổng có thể chịu được hàng nghìn dòng xung khác nhau. Dựa trên dữ liệu có sẵn của IEEE C62.41, chúng ta hoàn toàn có thể ước tính được tuổi thọ của một thiết bị ức chế như SPD. Một thiết bị ức chế có dòng xung 150kA/phase theo lý thuyết sẽ có tuổi thọ hơn 25 năm ngay cả khi nó nằm tại vị trí có nhiều dòng xung cao.
Chỉ số joule (J) có quan trọng?
Khi nói về SPDs, câu trả lời là không. Chỉ số Joule không phải là một chỉ báo cho hoạt động tốt của một SPD, nó cũng không được bất kỳ tiêu chuẩn nào về thiết bị chống xung qui định cả. Chỉ số Joule thường được nhà sản xuất SPD có sử dụng Silicone Avalanche Diodes để quảng cáo như một thông số kỹ thuật đáng mong muốn, hoặc bởi nhà sản xuất ổ cắm điện có thành phần chống xung tích hợp bên trong. Chỉ số Joule đôi khi được dùng làm người sử dụng SPD nhận thức nhầm lẫn về khả năng xử lý năng lượng như được chế tạo, bằng việc bỏ đi các chỉ số quan trọng trực tiếp tới khách hàng thể hiện độ tin cậy mạnh mẽ của SPD như dòng xung cực đại mà nó chịu được 1 lần như định nghĩa trong IEEE C62.62.
Dòng xả danh định (In) trong UL là gì?
Dòng xả danh định được định nghĩa là đỉnh của dòng sóng xung 8/20µs đi qua SPD, và SPD vẫn duy trì được chức năng bảo vệ của nó sau 15 lần dòng xung này đi qua. Dòng đỉnh cực đại là công bố trước tiên bởi nhà sản xuất SPD và sau đó được thử nghiệm xem có đáp ứng theo UL không. Dòng xả danh định cao nhất theo chấp nhận của UL là 20kA. UL cũng lưu ý rằng SPDs phải có dòng xả danh định 20kA phù hợp với điều kiện của tiêu chuẩn UL 96A (Lightning Protection Systems) để được lắp đặt tại tủ điện phân phối.
Chỉ số SCCR trong UL có ý nghĩa gì?
SCCR (Short Circuit Curent Rating – chỉ số dòng ngắn mạch) là một yêu cầu bắt buộc đối với tất cả SPDs bởi cả UL và National Electrical Code. Nó được định nghĩa là dòng AC tối đa mà SPD cho qua, tại điểm này SPD sẽ thực hiện ngắn mạch (theo chế tạo) trong trường hợp SPD bị hỏng. Chỉ số SCCR của SPDs được đưa ra dựa trên quy trình thử nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn UL 1449. SPDs được lắp đặt trên nguồn điện AC phải có chỉ số SCCR không thấp hơn dòng gây hư hỏng (fault current) của hệ thống. Per NEC, Artcle 285.6, một SPDs sẽ không được cài đặt tại một điểm trong hệ thống điện có dòng gây hư hỏng vượt quá chỉ số SCCR theo thiết kế của SPD.
SVR là gì?
SVR (Suppressed Voltage Rating – chỉ số điện áp kẹp) đã từng được đề cập trong UL 1449 2nd Edition (phiên bản thứ 2 – và đang dùng thuật ngữ TVSS), nó dựa trên dữ liệu trong quá trình thử nghiệm đánh giá hoạt động giới hạn điện áp của thiết bị TVSS. TVSS sẽ được nối với máy tạo xung với dây dẫn dài 6 inch, mỗi phase của TVSS sẽ được kiểm tra với sóng xung kết hợp 6kV/5kA phát ra từ máy tạo xung. Giá trị kẹp trung bình sẽ được làm tròn để thiết lập chỉ số SVR cho mỗi phase. Tháng 09 năm 2009, giá trị SVR không còn được đề xuất trong tiêu chuẩn UL 1449 3rd Edition.
VPR là gì?
VPR (Voltage Protection Rating – giá trị điện áp bảo vệ) được đề cập trong UL 1449 3rd Edition, VPR của SPDs dựa trên dữ liệu điện áp kẹp thu được trong quá trình thử nghiệm đánh giá giới hạn điện áp. Mỗi phase SPD được thử nghiệm với dòng xung kết hợp 6kV/3kA phát ra từ máy tạo xung, máy này được nối với SPD bằng một dây dẫn dài 6 inch. Giá trị kẹp trung bình được làm tròn tới giá trị gần nhất dựa trên bảng 63.1 trong tiêu chuẩn UL 1449 3rd Edition. VPR đã được sử dụng để thay thế giá trị SVR có trong tiêu chuẩn UL 1449 2nd Edition vốn đã lỗi thời.
Những cạm bẫy khi so sánh giá trị điện áp kẹp giữa các nhà sản xuất SPD là gì?
Nhiệm vụ công khai dữ liệu so sánh giá trị điện áp kẹp (let-thru) lúc đầu được xem là một quá trình thường lệ giữa các nhà sản xuất SPD. Tuy nhiên, giá trị điện áp kẹp có thể là một trong nhiều giá trị mơ hồ của SPD. Để đơn giản hóa thuật ngữ, điện áp kẹp của SPD có thể được xem là điện áp lớn nhất mà SPD cho qua khi được thử nghiệm với một sóng xung. Hầu hết các nhà sản xuất SPD sẽ công bố dữ liệu điện áp kẹp trung bình cho nhiều mode bảo vệ khác nhau, và khi tham chiếu một hoặc nhiều sóng xung thử nghiệm được quy định trong tiêu chuẩn IEEE C62.41gần như tất cả họ không công bố dữ liệu này. Đôi khi họ hướng khách hàng tin rằng IEEE C62.41 là tiêu chuẩn cung cấp phương pháp thử nghiệm đáng tin cậy với mục đích xác định chỉ số hoạt động của SPD.
Thật không hay, trong trường hợp này IEEE C62.41 chỉ định nghĩa về môi trường thử nghiệm xung và song xung thử nghiệm tại nhiều vị trí khác nhau. Do sự thiếu vắng một quy chuẩn đồng bộ nên dẫn đến ngành công nghiệp SPD đã tạo ra nhiều phương pháp thử nghiệm khác nhau, mà có những phương pháp do tự nhà sản xuất SPD tạo ra và thực hiện. Ví dụ, một số nhà sản xuất SPD có thể đo giá trị điện áp kẹp trung bình tại điểm kết nối cuối của SPD, trong khi những nhà sản xuất khác lại đo tại vị trí dây dẫn cách SPD 6 inch hoặc thậm chí xa hơn. Một số khác lại bỏ đi thành phần tới hạn như cầu chì ngắn mạch. Bất kỳ một hành động nào của nhà sản xuất cũng có thể ảnh hưởng đáng kể tới kết quả thử nghiệm giá trị điện áp kẹp của SPD. Khi so sánh dữ liệu điện áp kẹp, thì tốt nhất chúng ta nên yêu cầu báo cáo chứng nhận miêu tả việc xây dựng mẫu thử nghiệm và chi tiết phương pháp thử nghiệm. Điều này sẽ cung cấp một sự hiểu biết tốt hơn khi so sánh hoạt động của SPD.
Sinewave Tracking là gì?
Sinewave Tracking là thuật ngữ mà một số nhà sản xuất sử dụng để mô tả SPDs có mạch điện dung với mục đích lọc EMI/RFI. Sinewave Tracking không phản ánh một sự cải tiến hay một công nghệ lọc nâng cao.
Sự khác nhau giữa giá trị “per-mode” và “per-phase” là gì?
Chế độ bảo vệ mode có thể định nghĩa là một bộ phận bao gồm ít nhất một thành phần ức chế xung tải phi tuyến ở giữa bất kỳ mạch điện AC nào như Line-Neutral, Line-Ground, Line-Line hoặc Neutral-Ground. Tất cả SPD phải được thử nghiệm và đánh giá khả năng xử lý dòng xung lớn nhất trên mỗi mode vì số lượng và loại thành phần ức chế có thể rất khác hau giữa các modes. Trái ngược với mode bảo vệ, một bảo vệ phase thường được định nghĩa là tổng gộp lại các bảo vệ mode thông thường giữa L-N và L-G. Nhà sản xuất SPD quảng cáo “per phase” hay tổng giá trị bảo vệ mà không cung cấp chỉ số “per mode” là nhằm dễ dàng che giấu loại SPD được chế tạo trên nền tảng mạch ức chế không cần bằng, hoặc che giấu phương pháp tính toán mà có thể bao gồm giá trị các modes N-G hay L-L bên trong giá trị “per phase” của họ.
Chế độ bảo vệ “All modes” trên các SPDs được hiểu như thế nào?
Chế độ “All modes” cũng là một thuật ngữ có thể gây nhầm lẫn cho khách hàng. Chúng ta cần phần biệt các hệ thống điện khác nhau, và chế độ bảo vệ “all modes” có rời rạc không? Phần câu hỏi này được trả lời chi tiết trong bài viết hiểu đúng về nguyên lý bảo vệ mạch.
Giá trị “Response Time” (thời gian đáp ứng) có quan trọng không?
SPD được các nhà sản xuất lắp ráp từ các thành phần khác nhau, nhưng giá trị thời gian đáp ứng họ công bố thực chất chỉ là dữ liệu dựa trên một thành phần ức chế như MOV hoặc Diode, đúng ra họ phải cung cấp giá trị dựa trên dữ liệu thử nghiệm các thành phần của SPD. Tốc độ của thời gian đáp ứng không được đánh giá cao trong bất kỳ tổ chức tiêu chuẩn nào về SPD. Ngoài ra, tiêu chuẩn kỹ thuật thử nghiệm IEEE C62.62 cho SPDs tuyên bố như sau:
“Hành vi phản ứng xung điện áp của một SPD với sóng xung đầu tiên phụ thuộc vào tỷ lệ gia tăng của sóng xung tới, trở kháng của nguồn xung, ảnh hưởng của điện kháng bên trong thiết bị, và hành vi phản ứng của cơ chế truyền dẫn trong hoạt động của các thành phần ức chế. Nói cách khác, phản ứng trước sóng xung đầu tiên có thể bị ảnh hưởng nhiều bởi điều kiện thử nghiệm mạch, bao gồm độ tự cảm của kết nối, hơn là bởi tốc độ phản ứng của các thành phần.”
IEEE C62.62 có đề cập thêm: “Do đó, đặc tính kỹ thuật của đáp ứng với song xung đầu tiên được coi là có khả năng gây nhầm lẫn và là một yêu cầu không cần thiết trong việc lựa chọn lắp đặt thiết bị theo các điều khoản trong tiêu chuẩn này. Trong trường hợp không có yêu cầu cụ thể, IEEE khuyến cáo không cần thử nghiệm, đo đạc, đánh giá, đặc tính kỹ thuật, hay đặc điểm nhận dạng khác để chứng minh cho đáp ứng với sóng xung tới.”
Thiết kế SPD lắp ráp là gì?
Một SPD lắp ráp bao gồm nhiều thành phần hoặc một bộ phận có thể thay thế (bởi người sử dụng cuối cùng) trong trường hợp một SPD bị hư hỏng.
Những ưu điểm và nhược điểm trong một SPD lắp ráp là gì?
Một số nhà sản xuất SPD tích cực phát triển theo thiết kế module (lắp ráp) và thiết lập dịch vụ sau bán hàng để sửa chữa, thay thế các thành phần của SPD như cầu chì và các thành phần tùy chỉnh khác. Viễn cảnh có được một SPD lắp ráp dựa trên nền tảng module có vẻ như mang tới cảm giác tốt đẹp ban đầu. Tuy nhiên, đầu tiên ta phải đi vào xem xét thiết kế của SPD, và nguyên nhân làm chúng hư hỏng nhanh chóng. Trong hầu hết thiết kế của SPD, các thành phần mạch ức chế thứ cấp thường là MOVs (Metal Oxide Varistors). Khi một MOV hỏng, thường là do tiếp xúc với sự gia tăng điện áp trên phase vượt quá giá trị điện áp của MOV. MOVs tiếp xúc một lần với điện áp bất thường, chúng sẽ bắt đầu nóng lên nhanh chóng trong một quá trình gọi là “chạy trốn nhiệt độ” và thường chúng bị hư hỏng vĩnh viễn trong thời gian ngắn chỉ với một vài chu kỳ tần số điện. Công việc tiếp theo của tổng thể SPD là chịu được dòng hư hỏng cho đến khi cầu chì của SPD hoặc thiết bị ngắn mạch bên ngoài (CB) ngắt dòng điện đi qua SPD. Trong một số thiết kế SPD, sự hư hỏng của MOV sẽ diễn ra rất mạnh mẽ làm ảnh hưởng tới các bộ phận xung quanh cũng như cấu trúc đường dẫn xung. Và trong những thiết kế như vậy, cơ chế ngăn chặn duy nhất chỉ có thể là cỏ bọc bên ngoài của SPD.
Chúng tôi thường khuyến cáo rằng trong trường hợp SPD hư hỏng, tất cả các modes bảo vệ và tất cả cầu chì tích hợp trong SPD nên được xem xét để thay thế. Điều này có chức năng tương đương với thay thể toàn bộ một đơn vị và phải được quy định cụ thể không phân biệt loại SPD thiết kế module hay không theo kiểu module. Để hiểu được lý do này, chúng ta phải hiểu được một SPD được đánh giá như thế nào cho hoạt động an toàn bởi UL. UL yêu cầu thử nghiệm bởi một điện áp bất thường (abnormal overvoltage – AOV) được tiến hành trên tất cả các loại thiết kế SPD theo chương trình kiểm tra an toàn UL 1449. AOV phơi nhiễm trên một phase là nhằm thúc đẩy các thành phần của SPD vào trạng thái hư hỏng để kiểm tra độ an toàn SPD. Trong và sau khi kết thúc thử nghiệm, SPD được đánh giá để đảm bảo không có lửa hay kim loại nóng chảy đẩy ra ngoài vỏ, cũng không có khe hở được tạo ra bên ngoài SPD. Nhưng để công bằng trong đánh giá thiết kế SPD kiểu module, thử nghiệm AOV không được dùng để chứng minh hay đánh giá khả năng của bất kỳ thiết kế SPD đã được sửa chũa và thay thế.
Thuật ngữ “Cascading” có ý nghĩa gì và tại sao cần xem xét nó khi lựa chọn lắp đặt SPDs?
“Cascading” là sự kết hợp các thiết bị bảo vệ xung trong một toàn nhà. Theo đề xuất bởi IEEE 1100, một SPD nên được kết hợp theo nhiều lớp (nhiều gia đoạn bảo vệ). IEEE đưa ra các khuyến nghị như sau:
“… đối với các dòng đột biến lớn, cách thực hiện tốt nhất là cắt dòng (chuyển dòng xung xuống đất) theo hai lớp: lớp cắt đầu tiên nên được cài đặt tại tủ điện tổng. Sau đó, bất kỳ điện áp dư (điện áp còn lại đi qua lớp cắt đầu tiên) sẽ được xử lý bởi lớp bảo vệ thứ hai tại tủ phân phối điện nhánh. Với cách này, dây dẫn bên trong toàn nhà sẽ không yêu cầu phải có khả năng mang dòng xung lớn.”
“…sự đầu tư đúng mực phải đưa ra sự kết hợp các lớp thiết bị bảo vệ xung.”
Trong khi sét là nhà sản xuất được biết đến nhiều nhất, tạo ra xung bên ngoài lớn nhất, nhưng nó chỉ là một trong nhiều nguồn gây ra xung nhiễu điện áp. Các nguồn khác bao gồm hoạt động chuyển mạch của thiết bị, hoạt động của các thiết bị điện liền kề, hoạt động của các máy hiệu chỉnh công suất, và hoạt động bù trừ lỗi trên đường truyền. Điều quan trọng cần lưu ý là không cần phải sét đánh trực tiếp lên đường dây mới xuất hiện thiệt hại, mà một tia sét cách xa vài trăm mét cũng có thể gây ra xung nhiễu với thiệt hại lớn.
Ngoài ra, người ta ước tính rằng có 70 đến 80% xung nhiễu được tạo ra trong hệ thống bằng sự chuyển mạch của tải như đèn chiếu sáng, hệ thống sưởi, động cơ và các thiết bị văn phòng khác. Nghành công nghiệp hiện đại ngày nay chủ yếu dựa trên thiết bị điện tử và tự động hóa nhằm tăng năng suất, an toàn, và mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Máy tính là bộ điều khiển dựa trên các vi mạch được sử dụng phổ biến trong hầu hết cơ sở sản xuất. Bộ vi xử lý có thể được tìm thấy trong rất nhiều máy móc công nghiệp, như hệ thống báo động an ninh và chống cháy, đồng hồ thời gian và các công cụ theo dõi hàng tồn kho. Xung nhiễu trong hệ thống có nguồn gốc từ tải của thiết bị, bảng mạch nhánh, và từ hệ thống nguồn riêng bệt khác thì không thể giảm thiểu ảnh hưởng của nó một cách hiệu quả chỉ bằng lắp đặt một SPD tại tủ phân phối phối chính (hay tại 1 điểm trong hệ thống). Điều này tái khẳng định khuyến nghị của IEEE về phương pháp bảo vệ theo nhiều lớp, và lắp đặt SPDs tại các bảng điện phân phối nhánh cung cấp nguồn cho các thiết bị điện quan trọng và nhạy cảm.
Tôi có nghe rằng những SPD sử dụng công nghệ Silicone Avalanche Diode (SAD) sẽ cung cấp hoạt động bảo vệ tốt hơn SPD thiết kế dựa trên MOV vì chúng đáp ứng nhanh hơn … điều đó là đúng?
Nó là một tài liệu tốt mà nhà sản suất SPDs với công nghệ SAD thường sẽ đưa vào tốc độ đáp ứng như một tham số hoạt động rất quan trọng. Tuy nhiên, hiệu quả hoạt động của một SPD thiết kế dựa trên SAD không tốt hơn SPD thiết kế dựa trên MOV. Điều này là do “thời gian đáp ứng” của bất kỳ SPD mắc song song nào chịu ảnh hưởng lớn của dây dẫn bên trong/bên ngoài hơn là tốc độ của các thành phần SAD (hoặc MOV). Ví dụ, một thành phần SAD có thể phản ứng trước sóng xung điện áp với tốc độ dưới 1 microsecond, nhưng độ tự cảm (khoảng 1-10 nanohenrys mỗi inch) dây dẫn kết nối bên trong và bên ngoài trong SPD là nhân tố ảnh hưởng chủ yếu tới hiệu quả hoạt động tổng thể của SPD – chứ không phải lý thuyết SAD hoặc “thời gian phản ứng” của MOV.
Có phải X cung cấp cả hai loại thiết bị SPD theo UL 1449 2nd Edition và 3rd Edition?
X chỉ sản xuất SPDs đã niêm yết và tuân thủ yêu cầu của UL 1449 3rd Edition. Tính đến tháng 09 năm 2009, UL không còn chấp nhận thiết bị chống xung SPD được niêm yết và đánh giá theo phiên bản tiêu chuẩn cũ UL 1449 2rd Edition. Vì vậy, hãy cẩn thận với những nhà sản xuất không đưa ra được bằng chứng về trạng thái niêm yết sản phẩm SPD của họ tại danh mục UL VCZA.
SPDs của X được niêm yết tại UL 96A?
UL 96A là tiêu chuẩn cho hệ thống chống sét. Bất kể nhà sản xuất SPD nào đều không được niêm yết trong UL 96A. Thay vào đó, chúng được tham chiếu bởi UL 96A và yêu cầu phải có trong hệ thống chống sét như một phần chính. Chỉ tiêu chuẩn UL 1449 mới đánh giá cho SPD. SPDs của X được niêm yết trong UL 1449 và có các loại SPDs Type 1, Type 2 với dòng xả danh định 20kA. Bảng niêm yết và tiêu chuẩn hoạt động xác nhận SPDs của X đủ điều kiện như một thiết bị chống xung mẫu. điều được yêu cầu bởi UL 96A để được sử dụng trong hệ thống chống sét của UL.
SPDs được niêm yết UL 1283 sẽ mang đến bộ lọc EMI/RFI hoạt động tốt hơn một SPD không niêm yết?
UL 1283 là tiêu chuẩn về an toàn. Nó không có thử nghiệm được thực hiện dưới chương trình phù hợp với UL 1283 để chứng minh rằng SPDs được niêm yết sẽ có hoạt động lọc hay làm giảm sóng hài.
Chiều dài tối đa cho phép của dây dẫn kết nối SPD là bao nhiêu?
Trong nghành công nghiệp SPD, chiều dài dây dẫn kết nối SPD là một yếu tố rất quan trọng có ảnh hưởng đáng kể tới hoạt động kẹp điện áp của bất kỳ SPD nào được lắp song song, của bất kỳ nhà sản xuất nào hay bất kỳ loại nào. Tuy nhiên, chúng ta lại không có một câu trả lời rõ ràng cho câu hỏi “chiều dài dây dẫn tối đa mà vẫn đảm bảo hoạt động bảo vệ tải của SPD không bị ảnh hưởng?” Ví dụ, cài đặt một SPD với 6 chân kết nối thì vẫn sẽ đảm bảo chức năng bảo vệ tải, và vẫn có thể kẹp điện áp ở mức thấp hơn điện áp phóng điện bề mặt hay cấp độ xung không ảnh hưởng tới hầu hết thiết bị điện. Nhưng nếu cài đặt một SPD có 3 chân kết nối với dây dẫn thì thường sẽ cho điện áp cho qua trên tải bảo vệ cao hơn.
Chiều dài dây dẫn sẽ ảnh hưởng tới thiết bị điện tử trên tải phụ thuộc vào nhiều vấn đề, bao gồm sự nhạy cảm của thiết bị ha khả năng chịu xung của thiết bị. Ngoài ra, nếu lắp đặt thêm SPD tại bảng điện phân phối nhánh thì điện áp cho qua tại bảng nhánh này có thể ít gây ảnh hưởng do có tác động cộng hưởng của Cascading, tức lắp đặt nhiều SPD theo hướng dẫn thực hành trong IEEE 1100-2005.
Nếu không thể giảm khoảng cách giữa SPD và tủ phân phối, chúng ta có thể thực hiện một số giải pháp để giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng cảm ứng vốn có trên dây dẫn. Dệt hoặc xoắn dây dẫn kết nối với nhau sẽ giúp giảm thiểu điện trường cảm ứng. Trong hầu hết các trường hợp, SPD được thiết kế rất nhỏ để đặt càng gần bảng phân phối càng tốt. Hiện tượng cảm ứng ảnh hưởng lên dây dẫn làm điện áp xung nhiễu tăng lên nhanh chóng, và việc sử dụng các loại dây dẫn có tiết diện lớn không phải là sự thay thế tốt hơn so với việc lắp đặt SPD gần bảng phân phối. Trong thực tiễn, nên gắn SPD tại vị trí cho phép 3 chân kết nối với dây dẫn hoặc ngắn nhất có thể. Lý tưởng nhất là khoảng cách kết nối từ 18’’ đến 24’’, tất nhiên điều này không phải lúc nào cũng khả dụng trong thực tế.
Gắn SPD trong tủ điện phân phối, hay bên ngoài tủ như gắn trên tường, cách nào tốt hơn?
Để trả lời cho câu hỏi này nên dựa trên hệ thống phân phối điện sẵn có. Đối với hệ thống phân phối điện mới, tích hợp SPD trong tủ điện có một ưu điểm rõ rệt so với gắn trên tường. Lý do là:
Việc tích hợp các thiết bị sẽ làm chiều dài dây dẫn kết nối là ngắn nhất. Điều này giúp thiết bị được bảo vệ cao nhất. Dây dẫn càng dài sẽ làm tăng trở kháng của hệ thống SPD và từ đó làm giảm hiệu quả kẹp điện áp.
Việc tích hợp làm giảm không gian yêu cầu tổng thể.
Tích hợp thiết bị trong tủ sẽ giảm thiểu nguy cơ lắp đặt các thiết bị không chính xác.
Tích hợp thiết bị làm giảm chi phí nhân công bảo trì.
Tích hợp làm giảm chi phí vận chuyển và thi công.
Để lắp đặt SPDs cho hệ thống điện có sẵn mà tủ điện không có đủ không gian để gắn vào thì gắn trên tường và gần thiết bị được bảo vệ là giải pháp tốt nhất.
Tôi có nghe nói rằng việc tích hợp SPDs có thể làm hỏng các thiết bị điện hoặc gây thương tích cho người nếu chúng bị hư hỏng. Tôi có nên lo lắng về điều này?
Đúng là một số SPDs sản xuất trước tháng 02 năm 2007, nếu đã bị hỏng sẽ không an toàn khi tiếp xúc với quá áp bất thường của hệ thống điện. Nguy cơ này có thể do cả thiết kế chế tạo SPD và thiếu kiểm tra quy định an toàn tại cấp độ dòng hư hỏng thấp hơn giá trị dòng ngắn mạch của SPD. Tiêu chuẩn UL 1449 2rd Edition (cập nhật tháng 02 năm 2007) đưa ra yêu cầu thử nghiệm dòng hư hỏng trung bình trong phạm vi chính về sự không an toàn của SPD khi bị hỏng tại cấp độ dòng hư hỏng mà trước đây không được kiểm tra. Nhiều nhà sản xuất SPD đã được yêu cầu phải có biện pháp thiết kế lại để đáp ứng sự thay đổi trong tiêu chuẩn UL. Kết quả là SPD ngày nay được thiết kế an toàn hơn bao giờ hết.
Làm thế nào một nhãn hiệu SPDs có thể tuân thủ những thay đổi về dòng hư hỏng trung bình trong UL 1449?
Dòng SPDs kết hợp tính hợp tính năng độc đáo mới là cầu chì nhiệt. Không giống như ngắt nhiệt (thermal cutoffs) truyền thống thường được sử dụng gắn ngay gần một nhóm MOVs, các cầu chì nhiệt được gắn trực tiếp trên mỗi MOV thông qua quá trình eutectic. Bạn có thể tìm hiểu thêm tại bài viết nguyên lý bảo vệ của thiết bị chống sét.
Chỉnh sửa lần cuối bởi người điều hành:
