Viet Orient
Giải pháp
Hệ thống chống sét lan truyền

Tiến trình thực hiện để ngăn chặn nguy cơ bị sét đánh:
Hệ thống bảo vệ một tòa nhà chống lại những ảnh hưởng của sét phải bao gồm:

• Bảo vệ các cấu trúc khỏi bị sét đánh trực tiếp;

• Bảo vệ các hệ thống điện khỏi bị sét trực tiếp và gián tiếp.
Nguyên tắc cơ bản bảo vệ của một thiết lập chống lại nguy cơ sét đánh là để ngăn chặn năng lượng của sét ảnh hưởng đến các thiết bị điện tử nhạy cảm. Để đạt được điều này, hệ thống chống sét cần phải:
• Xác định được dòng sét và những kênh (vị trí) mà tia sét có khả năng thông qua đó để phóng xuống đất là lớn nhất (tránh vùng lân cận của thiết bị điện tử nhạy cảm);
• Thực hiện liên kết đẳng thế của tiến trình thiết lập hệ thống chống sét;
Liên kết đẳng thế này là thực hiện liên kết hệ thống dây tiếp đất (kết nối giữa các hệ thống tiếp đất), và thiết bị van đẳng thế này có thể là thiết bị chống xung (SPDs) hoặc ống phóng khí gas (Spark gaps).
• Giảm thiểu tác động gây ra bởi các ảnh hưởng gián tiếp bằng việc cài đặt SPDs hoặc các bộ lọc. Hai hệ thống bảo vệ được sử dụng để loại bỏ hoặc giới hạn quá áp: chúng được gọi là hệ thống bảo vệ tòa nhà – hệ thống chống sét trực tiếp (đối với bên ngoài của tòa nhà) và hệ thống bảo vệ các thiết bị điện (đối với bên trong tòa nhà). (>>> Xem thêm thiết bị chống sét APC PRM24)

Xây dựng hệ thống bảo vệ tòa nhà
Vai trò của hệ thống bảo vệ tòa nhà là để chống sét trực tiếp.

Hệ thống này bao gồm:
• Thiết bị bắt sét (VD: kim thu sét): hệ thống chống sét;
• Dây dẫn được thiết kế để truyền sét xuống đất;
• Hệ thống tiếp địa "chim chân" kết nối với nhau;
• Liên kết giữa tất cả các khung kim loại (bằng liên kết van đẳng thế) với điểm tiếp đất.
Khi có dòng sét trong một dây dẫn (dây thoát sét), và nếu có sự khác biệt xuất hiện giữa nó và các hệ thống dẫn kết nối với điểm tiếp đất nằm trong vùng lân cận, có thể gây ra hiện tượng phóng điện bề mặt.

Ba loại hệ thống chống sét trực tiếp được sử dụng:
1) Hệ thống chống sét dùng cột thu lôi

Các cột thu lôi bằng kim loại được đặt ở trên cùng của tòa nhà. Nó được nối đất theo một hoặc nhiều dây dẫn (thường là dải đồng).

 

2) Hệ thống chống sét dây
Các dây này được trải dài trên cấu trúc được bảo vệ. Chúng được sử dụng để bảo vệ cấu trúc đặc biệt: khu vựcphóng tên lửa, các ứng dụng quân sự và bảo vệ đường dây trên không điện áp cao. >>> Xem thêm thiết bị chống sét PNETR6 APC

 

3) Hệ thống chống sét với các dây dẫn sét đan xen như lồng lưới (lồng Faraday)

Bảo vệ này liên quan đến việc đặt nhiều dây dẫn (băng đồng) đối xứng nhau xung quanh tòa nhà. Đây là loại hệ thống chống sét được sử dụng cho các tòa nhà cao với rất nhiều thiết bị điện tử nhạy cảm như phòng máy tính.

 

 

Hậu quả của hệ thống chống sét trực tiếp (hệ thống bảo vệ bên ngoài tòa nhà) cho các thiết bị điện tử bên trong tòa nhà

Như một hệ quả, hệ thống chống sét trực tiếp không bảo vệ các thiết bị điện bên trong tòa nhà: điều đó đòi hỏiphải cung cấp một hệ thống bảo vệ cho các thiết bị điện. Khi có sét đánh trực tiếp vào hệ thống chống sét trực tiếp, 50% năng lượng của dòng sét sẽ đi vào hệ thống tiếp đất của các thiết bị điện và sự gia tăng điện áp nàyrất thường xuyên vượt quá khả năng chịu nhiệt của các loại dây dẫn trong các mạng khác nhau (LV chính, viễn thông, video cáp, vv). Hơn nữa, dòng chảy của dòng sét qua dây dẫn xuống đất sẽ gây ra hiện tượng quá áp (do hiện tượng cảm ứng điện từ) cho các thiết bị điện.

 

P3: Những nguyên tắc trong thiết lập hệ thống chống sét

Lắp đặt hệ thốngbảo vệ thiết bị điện
Mục đích chính của hệ thống bảo vệ thiết bị điện là để giới hạn quá áp đến giá trị có thể chấp nhận cho các thiết bị điện. Hệ thống bảo vệ thiết bị điện bao gồm:
• Một hoặc nhiều SPDs tùy thuộc vào cấu hình xây dựng;
• Liên kết đẳng thế: lưới kim loại của các bộ phận tiếp đất.

Triển khai thực hiện
Thiết lập hệ thống bảo vệ hệ thống điện và điện tử của một tòa nhà là như sau:

Tìm kiếm thông tin
• Xác định tất cả các tải nhạy cảm và vị trí của chúng trong tòa nhà.
• Xác định hệ thống điện, điện tử và các điểm tương ứng đi vào tòa nhà của chúng.
• Kiểm tra hệ thống chống sét trực tiếp là trên tòa nhà hay trong vùng lân cận.
• Thấu hiểu các quy định áp dụng đối với vị trí của tòa nhà.
• Đánh giá các nguy cơ bị sét đánh theo vị trí địa lý, loại hình cung cấp điện, mật độ sét đánh.

Giải pháp thực hiện
• Cài đặt các dây dẫn liên kết theo một khung lưới.
• Cài đặt một SPD đường vào LV.
• Cài đặt một SPD bổ sung trong mỗi tủ phân phối điện nằm trong vùng lân cận của thiết bị nhạy cảm. 

Thiết bị chống xung quá áp (SPD)
Thiết bị chống xung quá áp (SPD) được sử dụng cho mạng lưới cấp điện, mạng điện thoại, và thông tin liên lạc và xe buýt điều khiển tự động.
Thiết bị chống xung quá áp (SPD) là một thành phần của hệ thống bảo vệ thiết bị điện.
Thiết bị này được kết nối song song trên các mạch cung cấp năng lượng của tải để bảo vệ. Nó cũng có thể được sử dụng ở tất cả các cấp của mạng lưới cung cấp điện. Đây là loại phổ biến nhất được sử dụng và hiệu quả nhất trong việc chống quá áp.

Nguyên tắc
SPD được thiết kế để hạn chế xung quá áp có nguồn gốc từ khí quyển và chuyển hướng các sóng xung xuống đất, để hạn chế biên độ của xung quá áp xuống giá trị không còn nguy hại cho thiết bị điện, thiết bị chuyển mạch điện và truyền động điều khiển.

SPD loại bỏ quá áp:
• trong chế độ thông thường, giữa pha và trung tính hoặc đất;
• trong các chế độ khác, giữa pha và trung tính.
Trong trường hợp một xung quá áp vượt quá ngưỡng hoạt động của SPD:
• Thông thường, SPD sẽ dẫn năng lượng xuống đất;
• Trong chế độ khác, SPD phân phối năng lượng cho các dây dẫn trực tiếp khác.

Ba loại SPD:
• SPD loại 1
SPD loại này được khuyến cáo sử dụng trong trường hợp cụ thể của ngành dịch vụ và các tòa nhà công nghiệp có hệ thống chống sét bằng kim thu lôi hay lồng Faraday. Nó bảo vệ hệ thống điện khỏi sét đánh trực tiếp. Nó có thể xả rất nhanh năng lượng của sét lan truyền lây lan dây thoát sét xuống hệ thống tiếp đất.
SPD loại 1được đặc trưng bởi dạng sóng 10/350 µs.

• SPD loại 2
SPD loại 2 dùng để bảo vệ chính cho tất cả các thiết bị điện hoạt động với điện áp thấp. Nó được cài đặt trong mỗi tủ điện, nó ngăn chặn sự lan truyền của xung quá áp tới hệ thống điện và bảo vệ tải.
SPD loại 2 được đặc trưng bởi dạng sóng 8/20 µs.

• SPD loại 3
Những SPDs có khả năng phóng điện thấp. Do đó, chúng phải được cài đặt như là một bổ sung cho SPD loại 2 và trong vùng lân cận có tải nhạy cảm. SPD loại 3 được đặc trưng bởi một sự kết hợp của sóng điện áp (1.2/50 µs) và (8 /20 µs).

P4: Phân vùng bảo vệ Lightning Protection Zone

Phân vùng bảo vệ trên đường nguồn:

Nguyên tắc bảo vệ chính xác có thể đạt được thông qua áp dụng những tiêu chuẩn quốc tế như IEC 61024-1 (bảo vệ công trình khỏi sét đánh trực tiếp) và IEC 61312-1 (bảo vệ hệ thống thông tin LEMP). Những tiêu chuẩn này xác định các trình tự đúng để theo đó thiết lập hệ thống chống sét hiệu quả. Điều quan trọng là hệ thống bảo vệ phải bao gồm cả bảo vệ cho công trình và bảo vệ chống quá áp cho thiết bị ên trong.

Theo tiêu chuẩn IEC 61312-1, việc cài đặt toàn bộ hệ thống chống sét được chia thành các phân vùng bảo vệ khác nhau:

Các phân vùng bảo vệ:

LPZOA: đây là phân vùng có khả năng sét đánh trực tiếp. Trong một điện cực lớn, dòng sét có thể đạt giá trị 200.000 A = 200 kA (10/350 µs). Bất kỳ hệ thống dây dẫn thoát sét nào cũng phải đáp ứng yêu cầu chuyển toàn bộ dòng sét ở bất kỳ cường độ nào xuống đất một cách an toàn.

LPZOB: phân vùng mà sét không có khả năng đánh trực tiếp, nhưng điện trường của sét trong phân vùng này lại rất lớn. Vùng này được xác định bởi hiệu quả của hệ thống bảo vệ cấu trúc (hệ thống chống sét trực tiếp).

LPZ1: đây là phân vùng mà sét đánh trực tiếp là không thể. Điện trường của dòng sét tại phân vùng này cũng thấp hơn nhiều so với các phân vùng LPZOA và LPZOB. Đây là phân vùng các thiết bị chống xung quá áp sẽ rất phù hợp để cài đặt, nó sẽ giới hạn giá trị điện áp đi vào cơ sở.

LPZ2: giá trị xung điện áp và điện trường tại phân vùng này sẽ thấp hơn nhiều so với LPZ1 khi các nguyên tắc bảo vệ được áp dụng. Các thiết bị nhạy cảm có thể được cài đặt tại phân vùng này một cách an toàn.

Galvanic Coupling

Khi một công trình bị sét đánh trực tiếp như trong hình 1 (Fig.1), một điện áp lớn sẽ gia tăng nhanh chóng xung quanh RA và toàn bộ vùng đất trong khu vực công trình A cũng có sự gia tăng điện áp lên cao, điều này phụ thuộc vào cường độ của dòng sét. Điện áp tại vùng đất của công trình B sẽ thấp hơn nhiều so với công trình A, và sự khác biệt này sẽ được cân bằng thông qua các loại dây cáp thông tin (dây điện thoại, ADSL, cáp truyền hình,...).

Cảm ứng điện từ:

Khi dòng sét được truyền xuống đất thông qua những dây dẫn như hình 2 (Fig.2) (thân cây), một điện trường cực lớn được tạo ra trong thời gian ngắn. Điện trường này sẽ đi vào bất kỳ vòng đất (hệ thống tiếp địa) nào có sẵn của các tòa nhà gần đó. Khi những dòng này được cân bằng, thiệt hại thường xảy ra đối với các thiết bị.


Chống sét lan truyền cho hệ thống điện
Hãm tăng được chia thành ba lớp:

  • Lớp 1: "bảo vệ dòng đầu tiên"

  • Lớp 2: hãm điện áp

  • Lớp 3: tiếp tục hãm điện áp

Các hãm SPD này khác nhau trong thiết kế, khả năng xử lý dòng của chúng và được đặt tại các địa điểm cụ thểtheo IEC 61312-1 yêu cầu cung cấp các giải pháp bảo vệ tối ưu.