Chống sét lan truyền SPD: Type 1, 2, 3 và cách chọn

2. Type 1, Type 2, Type 3

IEC 61643-11 quy định đặc tính và phép thử cho SPD nối vào lưới hạ thế, và chia SPD thành Type 1, 2, 3 theo dạng sóng thử. Tiêu chuẩn cũ IEC 61643-1 gọi là Class I, II, III; tiêu chuẩn Đức VDE 0675 cũ gọi là B, C, D (Schneider Electrical Installation Guide). Catalogue LS vẫn ghi Class I, II, III.

Ký hiệu sóng đọc là thời gian đầu sóng/thời gian giảm còn nửa trị số đỉnh, đơn vị µs. Sóng dòng 8/20 µs có đầu sóng 8 µs và giảm còn nửa đỉnh sau 20 µs; sóng áp 1.2/50 µs có đầu sóng 1,2 µs và giảm còn nửa đỉnh sau 50 µs (catalogue LS Surge Protective Devices, không ghi năm). Type 1 và Type 2 có thể gộp trong một thiết bị, gọi là SPD Type 1+2 (Schneider Electrical Installation Guide).

3. Đọc Uc, Up, In, Imax, Iimp

Các ký hiệu dưới đây theo IEC 61643-11, diễn giải theo Schneider Electrical Installation Guide; catalogue LS dùng cùng ký hiệu. Uc chọn theo điện áp danh định và sơ đồ nối đất như bảng dưới. Ví dụ lưới 230/400 V: SPD đấu pha–trung tính hoặc pha–PE cần Uc ≥ 1,1 × 400/√3 ≈ 254 V. Các mức Uc hay gặp cho lưới TT, TN là 260, 320, 340, 350 V; cho lưới IT là 440, 460 V.

• Uc (maximum continuous operating voltage), điện áp làm việc liên tục lớn nhất: điện áp xoay chiều hoặc một chiều mà trên mức đó SPD bắt đầu dẫn.
• Up (voltage protection level), mức điện áp bảo vệ: điện áp lớn nhất trên hai cực SPD khi SPD làm việc, đo khi dòng qua SPD bằng In. Up là một điện áp, đơn vị kV (IEC 60050, mục 614-03-56), phải thấp hơn mức chịu xung của tải.
• In (nominal discharge current), dòng phóng danh định: trị số đỉnh của dòng sóng 8/20 µs mà SPD phóng được ít nhất 19 lần trong trình tự thử của IEC 61643-11. In càng cao, SPD càng bền; Schneider khuyến nghị chọn In cao hơn mức tối thiểu 5 kA.
• Imax (maximum discharge current), dòng phóng lớn nhất: trị số đỉnh dòng sóng 8/20 µs SPD phóng được một lần, đặc trưng cho Type 2. Hai SPD cùng In, SPD có Imax cao hơn có dự phòng lớn hơn.
• Iimp (impulse current), dòng xung: trị số đỉnh dòng sóng 10/350 µs SPD phóng được ít nhất một lần, đặc trưng cho Type 1.
• Ifi, dòng kế tục tự dập: chỉ có ở SPD dùng khe phóng điện (spark gap); Ifi phải lớn hơn dòng ngắn mạch dự kiến tại chỗ lắp.

4. Chọn Up theo mức chịu xung của thiết bị

Điện áp chịu xung danh định của thiết bị điện không được nhỏ hơn mức trong Phụ lục L của QCVN 12:2014/BXD (mục 2.7.2.1). Quy chuẩn chia bốn cấp quá điện áp theo vị trí và loại thiết bị (mục 2.7.2.2 đến 2.7.2.5), tóm tắt ở bảng dưới cho lưới 230/400 V. Mức chịu xung của aptomat ghi trên nhãn là Uimp, xem đọc nhãn aptomat Ue, Ui, Uimp, Icu, Ics.

Up ghi trên catalogue là trị số đo riêng SPD. Khi lắp vào tủ, điện áp trên dây nối cộng thêm vào, nên phải chừa khoảng dự phòng. Với lưới 230/400 V, mức Up sau khi lắp thường chọn để bảo vệ thiết bị nhạy là 2,5 kV, ứng với cấp II. SPD đặt ở đầu vào công trình phải có In tối thiểu 5 kA (8/20 µs) và Up tại In nhỏ hơn 2,5 kV theo IEC 60364 (Schneider Electrical Installation Guide).

5. Đặt SPD ở tủ nào

Theo Schneider Electrical Installation Guide, SPD luôn phải lắp ở điểm đầu của hệ thống điện. Nếu công trình có hệ thống chống sét đánh thẳng (theo IEC 62305), SPD đầu nguồn là Type 1, đặt trong tủ nối với dây dẫn xuống đất của hệ chống sét. Type 1 thường đi kèm một SPD Type 2, vì ở nơi phơi nhiễm cao một SPD đầu nguồn khó vừa phóng dòng sét lớn vừa giữ Up đủ thấp.

Số cực chọn theo sơ đồ nối đất. SPD 1P+N, 3P+N bảo vệ cả chế độ chung (pha–đất) và chế độ vi sai (pha–trung tính), dùng cho lưới TT và TN-S. SPD 2P, 3P, 4P chỉ bảo vệ chế độ chung, dùng cho lưới IT, TN-C, TN-C-S. Tài liệu này còn khuyến nghị hai điểm đầu dưới đây; hai điểm sau là gợi ý của LS.

• Công trình lớn: lắp SPD ở đầu vào mỗi tủ phân phối nhánh.
• Tải nhạy đặt cách SPD đầu nguồn hơn 10 m: thêm SPD bảo vệ tinh sát tải, vì từ khoảng cách này hiện tượng sóng phản xạ tăng lên.
• LS gợi ý theo vùng chống sét LPZ: tủ phân phối chính (tủ ACB) đặt Class I; tủ phân phối cấp hai đặt Class II; ổ cắm, cạnh thiết bị đặt Class III (catalogue LS Surge Protective Devices).
• Dây nối SPD càng ngắn càng tốt để giảm điện áp cảm ứng trên dây (catalogue LS Surge Protective Devices).

6. Chọn Iimp và Imax theo mức phơi nhiễm sét

Type 1: khi không có quy định riêng cho loại công trình, Iimp tối thiểu 12,5 kA (sóng 10/350 µs) cho mỗi nhánh theo IEC 60364-5-534. Khi có quy định, IEC 62305-2 chia bốn cấp bảo vệ chống sét: cấp I cần Iimp tối thiểu 25 kA/cực, cấp II 18,75 kA/cực, cấp III và IV 12,5 kA/cực (Schneider Electrical Installation Guide). LS ghi SPD Class I cho ranh giới LPZ 1 có Iimp từ 15 đến 60 kA sóng 10/350 µs (catalogue LS Surge Protective Devices).

Type 2: Imax chọn theo phân tích rủi ro. Schneider khuyến nghị Imax 20 kA cho nhà trong khu đô thị, ngoại ô có nhà liền kề; 40 kA cho nhà ở vùng đồng bằng; 65 kA cho nhà có rủi ro riêng như cạnh cột điện, cây cao, vùng núi, vùng ẩm ướt hoặc gần ao hồ. Bảng dưới là cách LS ghi các thông số này cho dòng SP.

7. Aptomat hoặc cầu chì phía trước SPD

Theo Schneider Electrical Installation Guide, SPD dùng varistor phải có bộ ngắt nhiệt bên trong để tách SPD khỏi lưới khi hết tuổi thọ do lão hoá. Bộ ngắt này không kịp tác động khi SPD hỏng kiểu ngắn mạch: vượt khả năng phóng, sự cố lưới (đảo pha–trung tính, đứt trung tính) hoặc varistor xuống cấp dần. Vì vậy phải có thiết bị bảo vệ ngắn mạch bên ngoài (SCPD, external short-circuit protection device), là aptomat hoặc cầu chì. Yêu cầu với SCPD:

• Khả năng cắt của SCPD không nhỏ hơn dòng ngắn mạch dự kiến tại chỗ lắp, theo IEC 60364. Cách đọc khả năng cắt xem chọn MCCB theo dòng ngắn mạch.
• SCPD không được cắt khi SPD phóng 15 xung liên tiếp ở In.
• Cặp SPD và SCPD phải do hãng SPD chỉ định, thử và bảo đảm theo IEC 61643-11. SCPD tích hợp sẵn trong SPD thì sự phù hợp với IEC 61643-11 đã bao gồm việc này.
• Lắp nối tiếp (dùng aptomat tổng của lưới làm SCPD): khi SPD hỏng, cả hệ thống mất điện. Lắp song song (aptomat hoặc cầu chì riêng cho nhánh SPD): chỉ nhánh SPD bị cắt; cầu chì phải thay, aptomat đóng lại được ngay. Về cầu chì, xem cầu chì gG, aM dùng khi nào.
• Với LS: SPD gắn ray DIN dòng BKS không kèm cầu chì, cầu chì lắp tuỳ điều kiện hiện trường và mua riêng; SPD kiểu hộp dòng SP có sẵn mô-đun bảo vệ, cầu chì và dây nối trong vỏ thép. Hướng dẫn lắp của LS đấu SPD vào đầu ra của aptomat, dây cắt ngắn nhất có thể (catalogue LS Surge Protective Devices). Danh sách SPD gửi theo mẫu ở bài chuẩn bị BOQ để nhận báo giá nhanh, ghi kèm sơ đồ nối đất và tủ đặt SPD.