Giải thích về các thiết bị ngăn áp lực: Nguyên tắc, loại và ứng dụng - Hướng dẫn thực tế cho các kỹ sư hệ thống điện

Chống sét van là thiết bị bảo vệ thiết yếu trong các hệ thống điện hiện đại. Chúng giới hạn quá điện áp quá độ do sét đánh, thao tác đóng cắt và các nhiễu loạn khác, giúp bảo vệ máy biến áp, cáp, thiết bị đóng cắt và các thiết bị nhạy cảm về cách điện khác. Chống sét van cao thế hiện đại chủ yếu dựa trên công nghệ oxit kim loại, đặc biệt là oxit kẽm (ZnO). Tiêu chuẩn IEC 60099-4 quy định về chống sét van oxit kim loại không khe hở dùng cho hệ thống điện xoay chiều (AC) trên 1 kV.

Chống sét van được đấu nối giữa hệ thống điện và đất để giới hạn các quá điện áp quá độ nguy hiểm. Ở điện áp bình thường, nó chỉ cho một dòng điện rò nhỏ chạy qua. Khi xảy ra xung sét hoặc xung quá điện áp, điện trở của nó giảm nhanh chóng, cho phép dòng xung chạy xuống đất và giới hạn điện áp đặt lên thiết bị được bảo vệ. Sau khi quá độ đi qua, nó trở lại trạng thái trở kháng cao.

Phần tử tích cực của chống sét van oxit kim loại hiện đại là một cột gồm các phiến điện trở phi tuyến (varistor) oxit kẽm có đặc tính vôn-ampe phi tuyến mạnh. Ở điện áp vận hành bình thường, các phiến này hầu như không dẫn điện. Khi xung sét hoặc xung đóng cắt làm tăng điện áp, độ dẫn điện tăng vọt, chuyển hướng dòng xung và ghìm mức quá điện áp. Thiết kế không khe hở mang lại khả năng đáp ứng nhanh mà không cần khe hở phóng điện nối tiếp như ở các công nghệ cũ.

Chống sét van có thể được phân loại theo cấp ứng dụng và theo vật liệu vỏ bọc. Bảng dưới đây tóm tắt các loại chính thường được sử dụng trong hệ thống điện:

Các yếu tố lựa chọn quan trọng bao gồm:

• Điện áp vận hành liên tục (Uc) và điện áp danh định;
• Khả năng chịu quá điện áp tạm thời;
• Dòng phóng danh định;
• Điện áp dư hoặc mức bảo vệ;
• Khả năng hấp thụ năng lượng;
• Điều kiện nối đất;
• Mức độ ô nhiễm và độ cao so với mực nước biển;
• Vị trí lắp đặt.

Lựa chọn chính xác đảm bảo chống sét van chịu được các điều kiện bình thường của hệ thống, đồng thời mang lại khả năng bảo vệ quá độ hiệu quả.

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Bảo vệ máy biến áp lực;
• Bảo vệ thanh cái và thiết bị đóng cắt trạm biến áp;
• Đường dây truyền tải và phân phối trên không;
• Điểm chuyển tiếp cáp ngầm;
• Bảo vệ máy phát điện và động cơ;
• Hệ thống năng lượng tái tạo;
• Hệ thống điện công nghiệp.

Mục tiêu chính là giữ cho các quá điện áp quá độ luôn thấp hơn mức chịu đựng cách điện của thiết bị được bảo vệ.

Chống sét van phải chịu các ứng suất về điện, nhiệt, môi trường và cơ học. Quá trình lão hóa, sự xâm nhập của hơi ẩm, ô nhiễm, tác động xung lặp lại nhiều lần và hấp thụ năng lượng quá mức có thể ảnh hưởng đến tình trạng của chúng. Việc đánh giá có thể bao gồm kiểm tra trực quan, đo dòng rò, kiểm tra nhiệt và các phương pháp chẩn đoán khác. Phân tích dòng rò được nghiên cứu rộng rãi như một phương pháp giám sát tình trạng cho chống sét van oxit kim loại.

Chống sét van là một phần quan trọng trong phối hợp cách điện. Mức bảo vệ của chống sét van phải thấp hơn đáng kể so với mức chịu đựng của thiết bị được bảo vệ. Việc lắp đặt cũng rất quan trọng: dây dẫn kết nối dài có thể làm tăng điện áp đặt lên thiết bị được bảo vệ trong thời gian xảy ra dòng xung quá độ nhanh. Do đó, cần xem xét đồng thời việc lựa chọn chống sét van chính xác, hệ thống nối đất, chiều dài dây nối và cách bố trí.

Chống sét van cung cấp một lớp bảo vệ quan trọng chống lại quá điện áp do sét và đóng cắt. Chống sét van oxit kim loại hiện đại sử dụng các đặc tính phi tuyến của điện trở varistor ZnO để chuyển hướng năng lượng xung sét và hạn chế ứng suất điện áp. Việc hiểu rõ các loại chống sét van, nguyên lý hoạt động, thông số định mức, yêu cầu lắp đặt và giám sát tình trạng sẽ giúp các kỹ sư lựa chọn và duy trì hệ thống chống sét hiệu quả. Ứng dụng đúng cách có thể làm giảm ứng suất cách điện, nâng cao độ tin cậy của thiết bị và hỗ trợ sự ổn định lâu dài của hệ thống điện.