Bộ bảo vệ chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN dành cho hệ thống phân phối điện công nghiệp

Bộ bảo vệ chống sét lan truyền trên thanh DIN trong hệ thống phân phối điện công nghiệp là gì?

Định nghĩa về thiết bị chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN

A Bộ bảo vệ quá áp cho thanh DIN, còn được gọi là SPD trên thanh DIN hoặc thiết bị chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN, là một thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong các tủ phân phối công nghiệp, tủ điều khiển, bảng điều khiển tự động hóa hoặc hệ thống phân phối điện. Thiết bị này thường được lắp đặt trên thanh DIN tiêu chuẩn 35mm cùng với các bộ ngắt mạch, công tắc tơ, rơle, khối đầu cuối và các mô-đun nguồn điện để tạo thành một hệ thống bảo vệ nguồn điện công nghiệp hoàn chỉnh.

Trong các hệ thống điện công nghiệp, các đợt tăng áp đột ngột có thể xuất phát từ quá áp do sét gây ra, quá trình đóng/ngắt của mạng lưới điện, quá trình đóng/ngắt của máy biến áp, quá trình khởi động và dừng động cơ, hoạt động của công tắc tơ, bộ biến tần hoặc các nhiễu loạn thoáng qua khác do thiết bị công suất cao gây ra. Mặc dù các đợt tăng áp này chỉ kéo dài trong thời gian ngắn, nhưng đỉnh điện áp của chúng có thể cao hơn nhiều so với mức chịu đựng bình thường của thiết bị điện. Điều này có thể gây hư hỏng cho các bộ điều khiển logic lập trình (PLC), giao diện người dùng (HMI), bộ biến tần (VFD), hệ thống nguồn dự phòng (UPS), mô-đun nguồn, cảm biến, mô-đun truyền thông và các thành phần điều khiển điện tử khác.

Chức năng chính của bộ bảo vệ chống sét lan truyền trên thanh DIN là nhanh chóng hạn chế hiện tượng quá áp thoáng qua trước khi nó lan đến các thiết bị phía sau và dẫn dòng điện sét lan truyền sang hệ thống nối đất. Đối với các nhà máy, dây chuyền sản xuất, phòng dữ liệu, các đơn vị lắp ráp tủ điện và hệ thống tự động hóa công nghiệp, đây là một thành phần bảo vệ quan trọng nhằm nâng cao độ tin cậy của nguồn điện, giảm thiểu hư hỏng thiết bị và hạn chế tối đa tổn thất do thời gian ngừng hoạt động.

Cơ chế hoạt động của bộ bảo vệ chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN trong các hệ thống điện áp thấp

Trong các hệ thống phân phối điện hạ áp công nghiệp, thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) gắn trên thanh DIN thường được kết nối song song giữa đường dây điện và hệ thống nối đất. Khi điện áp đột biến vượt quá ngưỡng hoạt động của SPD, các bộ phận bảo vệ bên trong thiết bị sẽ dẫn điện nhanh chóng và chuyển hướng dòng điện đột biến sang cực PE hoặc hệ thống nối đồng tiềm.

Quá trình này có thể được chia thành ba giai đoạn:

• Điều kiện bình thường: SPD duy trì ở trạng thái trở kháng cao và không ảnh hưởng đến nguồn điện bình thường.
• Sự cố tăng áp đột ngột: Thiết bị SPD dẫn điện nhanh chóng và hạn chế hiện tượng quá áp thoáng qua trên đường dây.
• Sau đợt tăng đột biến: SPD trở lại trạng thái trở kháng cao và hệ thống tiếp tục hoạt động bình thường.

Bộ bảo vệ chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN thường không được sử dụng như một thiết bị độc lập. Thiết bị này là một phần của chiến lược bảo vệ chống sét lan truyền tổng thể trong hệ thống phân phối điện công nghiệp, hoạt động phối hợp với hệ thống bảo vệ tại điểm vào mạng, hệ thống bảo vệ ở cấp phân phối, hệ thống bảo vệ tủ điều khiển và hệ thống bảo vệ chi tiết ở phía thiết bị.

Tại sao phương pháp lắp đặt trên thanh DIN lại phù hợp với các tủ phân phối công nghiệp

Việc lắp đặt trên thanh DIN rất phù hợp với các hệ thống phân phối điện công nghiệp, bởi vì các bảng phân phối điện và tủ điều khiển công nghiệp đòi hỏi cách bố trí các thành phần theo mô-đun, tiêu chuẩn hóa và dễ bảo trì. Thiết bị chống sét lan truyền trên thanh DIN có thể được gắn trực tiếp vào thanh DIN tiêu chuẩn và bố trí cùng với các bộ ngắt mạch, khối đầu nối và các thành phần điều khiển.

Phương pháp cài đặt này mang lại một số ưu điểm:

• Tiết kiệm không gian trên bảng điều khiển và phù hợp với các tủ điều khiển công nghiệp có kích thước nhỏ gọn
• Hỗ trợ lắp đặt nhanh chóng cho các nhà sản xuất bảng điều khiển và lắp ráp hàng loạt
• Giúp việc bảo trì trở nên dễ dàng hơn nhờ việc kiểm tra và thay thế nhanh chóng
• Giúp hệ thống dây điện gọn gàng và được bố trí hợp lý với các thanh nối đất và các thiết bị bảo vệ dự phòng
• Hỗ trợ cơ chế bảo vệ nhiều cấp trong tủ phân phối chính, tủ phân phối phụ và tủ thiết bị

Bộ chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN so với bộ chống sét lan truyền gắn trên bảng điều khiển

Cả thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) gắn trên thanh DIN và thiết bị bảo vệ chống sét gắn trên bảng điều khiển đều có thể được sử dụng để bảo vệ chống sét trong các hệ thống phân phối điện, nhưng chúng khác nhau về cấu tạo, phương pháp lắp đặt và tình huống ứng dụng.

Mục so sánh	Bộ bảo vệ quá áp cho thanh DIN	Bộ chống sét lan truyền gắn trên bảng điều khiển
Phương pháp lắp đặt	Được lắp trên thanh DIN 35mm	Thường được lắp đặt trên bề mặt bảng điều khiển hoặc vỏ ngoài
Các ứng dụng điển hình	Tủ điều khiển công nghiệp, bảng phân phối thứ cấp, bảng điều khiển thiết bị, hộp ghép nối PV	Tủ phân phối chính, hệ thống điện tòa nhà, điểm tiếp nhận thiết bị
Cấu trúc	Thiết kế mô-đun, nhỏ gọn, dễ thay thế	Thường được tích hợp sẵn hoặc lắp đặt bên ngoài
Bảo trì	Có thể bảo trì thông qua chỉ báo trạng thái hoặc các mô-đun có thể tháo lắp	Tùy thuộc vào cấu trúc sản phẩm
Tính phù hợp trong công nghiệp	Phù hợp với thiết kế tủ tiêu chuẩn và lắp ráp hàng loạt	Phù hợp với các không gian lắp đặt bảng điều khiển cụ thể hoặc để bảo vệ ở khu vực lối vào

Đối với các hệ thống phân phối điện công nghiệp, ưu điểm của bộ chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN là có thể tích hợp trực tiếp vào bên trong tủ phân phối hoặc tủ điều khiển. Thiết bị này phù hợp để lắp đặt cùng với các linh kiện điện mô-đun khác. Điều này khiến nó trở nên đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi thiết kế tiêu chuẩn hóa, sản xuất hàng loạt, bảo trì nhanh chóng và hệ thống dây dẫn gọn gàng.

Các ứng dụng công nghiệp phổ biến của thiết bị chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN

Trong các hệ thống phân phối điện công nghiệp, thiết bị chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN không chỉ được lắp đặt tại một vị trí cố định duy nhất. Tùy thuộc vào cấp độ phân phối, độ nhạy của thiết bị, chiều dài cáp và nguồn gây sốc điện, bộ bảo vệ chống sốc điện trên thanh DIN (SPD) có thể được lắp đặt tại các tủ phân phối chính, tủ phân phối phụ, trung tâm điều khiển động cơ, bảng điều khiển PLC, mạch nguồn UPS, bảng điều khiển thiết bị tự động hóa, cũng như các hệ thống điện mặt trời (PV) hoặc hệ thống lưu trữ năng lượng.

Các hệ thống công nghiệp thường có nhiều cấp phân phối điện. Nếu chỉ lắp đặt một thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) tại tủ phân phối chính, thiết bị này có thể không đảm bảo mức độ bảo vệ đủ cho các tủ điều khiển từ xa, thiết bị nhạy cảm hoặc các đoạn cáp dài. Cách tiếp cận tốt hơn là xây dựng một hệ thống bảo vệ chống sét lan truyền được phối hợp chặt chẽ theo cấu trúc hệ thống, cho phép các thiết bị SPD lắp trên thanh DIN ở các vị trí khác nhau đảm nhận vai trò bảo vệ tại điểm vào hệ thống, bảo vệ ở cấp phân phối và bảo vệ chi tiết cho thiết bị.

Tủ phân phối điện chính

Tủ phân phối điện chính là điểm vào của hệ thống điện công nghiệp và là vị trí quan trọng đầu tiên mà các xung điện có thể xâm nhập vào mạng lưới phân phối điện của nhà máy. Khi một xung điện xâm nhập qua đường dây cấp điện của công ty điện lực, đường dây trên không, phía hạ áp của máy biến áp hoặc hệ thống chống sét bên ngoài, thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) trong tủ phân phối điện chính có thể giải phóng các xung điện có năng lượng cao trước khi chúng lan truyền xuống các đoạn mạng phía sau.

Các lựa chọn phổ biến cho tủ phân phối điện chính bao gồm thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 1 lắp trên thanh DIN, thiết bị bảo vệ chống sét kết hợp loại 1+2, hoặc thiết bị bảo vệ chống sét loại 2 có mức định mức cao. Lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào việc tòa nhà có hệ thống chống sét bên ngoài hay không, mức độ rủi ro sét đánh của khu vực, phương thức cấp điện vào, mức dòng ngắn mạch của hệ thống và độ nhạy của các thiết bị ở phía hạ lưu.

Bảng phân phối phụ

Các tủ phân phối phụ được đặt giữa hệ thống phân phối điện chính và thiết bị đầu cuối. Chúng cấp điện cho các khu vực cục bộ như xưởng, các tầng, khu vực thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất. Việc lắp đặt các thiết bị chống sét lan truyền trên thanh DIN tại những vị trí này giúp hạn chế hơn nữa các xung điện dư từ hệ thống phía trên và giảm thiểu các xung điện do chuyển mạch sinh ra trong khu vực thiết bị cục bộ.

Các thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 2 lắp trên thanh DIN thường được sử dụng trong các tủ phân phối phụ công nghiệp. Chúng phù hợp để hạn chế các đợt sét gián tiếp, các đợt tăng áp do chuyển mạch lưới điện và các đợt tăng áp do hoạt động của thiết bị. Điều này khiến chúng trở thành một trong những loại SPD phổ biến nhất trong các hệ thống phân phối điện công nghiệp.

Ví dụ, trong một nhà máy lớn, tủ phân phối chính có thể đã được lắp đặt thiết bị SPD Loại 1 hoặc Loại 1+2. Tuy nhiên, xưởng sản xuất có thể nằm cách xa tủ phân phối chính. Do khoảng cách dây cáp dài hơn, các điện thế tiềm năng mới và điện áp dư có thể xuất hiện trong quá trình lan truyền xung. Trong trường hợp này, việc lắp đặt thêm một thiết bị SPD Loại 2 tại bảng phân phối phụ của xưởng sản xuất có thể cung cấp sự bảo vệ gần hơn cho các động cơ, tủ điều khiển, hệ thống chiếu sáng và thiết bị tự động hóa trong khu vực đó.

Trung tâm điều khiển động cơ và tủ điều khiển

Các trung tâm điều khiển động cơ và tủ điều khiển công nghiệp là những lĩnh vực ứng dụng quan trọng của thiết bị chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN. Chúng thường chứa các thiết bị như công tắc tơ, rơle, bộ khởi động mềm, biến tần, thiết bị bảo vệ động cơ, bộ nguồn điều khiển và mô-đun truyền thông. Các thành phần này có thể tạo ra các đợt sét lan truyền trong quá trình vận hành và chuyển mạch, đồng thời cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các đợt sét lan truyền từ hệ thống phân phối phía thượng nguồn.

Việc lắp đặt các thiết bị bảo vệ quá áp (SPD) trên thanh DIN trong tủ phân phối điện (MCC) hoặc tủ điều khiển giúp giảm thiểu tác động của các đợt tăng áp do chuyển mạch và quá áp thoáng qua từ phía nguồn điện lên các linh kiện điều khiển. Điều này đặc biệt quan trọng trong các môi trường công nghiệp có nhiều động cơ, máy bơm, quạt, máy nén, băng tải và hệ thống truyền động, nơi các chu kỳ khởi động-dừng của thiết bị có thể liên tục gây ra áp lực điện áp thoáng qua.

Các thiết bị được bảo vệ phổ biến bao gồm:

• Mạch điều khiển công tắc tơ và rơle
• Mạch đầu vào của bộ biến tần (VFD) và bộ khởi động mềm
• Mô-đun nguồn điều khiển động cơ
• Các mô-đun PLC hoặc I/O bên trong tủ điều khiển
• Giao diện truyền thông của thiết bị và bộ điều khiển từ xa

Đối với các tủ phân phối điện (MCC) và tủ điều khiển, thiết bị bảo vệ quá áp (SPD) cần được lắp đặt gần đầu vào nguồn điện và kết nối với thanh nối đất bằng các dây dẫn ngắn và thẳng. Khi cần thiết, cũng nên sử dụng các thiết bị bảo vệ quá áp cho tín hiệu (SPD tín hiệu) hoặc các thiết bị bảo vệ quá áp cho đường truyền dữ liệu (SPD đường truyền dữ liệu) để đảm bảo sự phối hợp trong việc bảo vệ các tín hiệu điều khiển và đường truyền thông tin.

Bảng điều khiển PLC và hệ thống tự động hóa

Bảng điều khiển PLC là trung tâm điều khiển của hệ thống tự động hóa công nghiệp. Nó nhận tín hiệu từ các cảm biến, thực thi logic điều khiển và điều khiển động cơ, van, robot, băng tải và thiết bị sản xuất. Nếu PLC, mô-đun I/O, HMI hoặc mô-đun truyền thông bị hư hỏng do sét đánh, toàn bộ hệ thống tự động hóa có thể ngừng hoạt động.

Trong các tủ PLC, các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) gắn trên thanh DIN thường được lắp đặt tại đầu vào nguồn điều khiển để bảo vệ các mạch nguồn điều khiển 230V AC, 24V DC hoặc các mạch nguồn điều khiển khác. Đối với mạng truyền thông và các đường tín hiệu tại hiện trường, cũng cần lắp đặt các thiết bị chống sét lan truyền (SPD) dành cho tín hiệu hoặc đường truyền dữ liệu phù hợp khi cần thiết.

Trong các hệ thống tự động hóa, hiện tượng tăng áp đột ngột về nguồn điện và tín hiệu thường xảy ra đồng thời. Sự tăng áp trên đường dây nguồn có thể làm hỏng mô-đun nguồn PLC, trong khi sự tăng áp trên các dây cáp cảm biến dài hoặc dây cáp truyền thông có thể làm hỏng các cổng I/O hoặc giao diện truyền thông. Do đó, việc bảo vệ chống tăng áp cho tủ điều khiển công nghiệp không nên chỉ tập trung vào nguồn điện chính. Nó cũng cần xem xét việc bảo vệ phối hợp cho nguồn điện điều khiển, đường dây tín hiệu và đường dây dữ liệu.

Hệ thống UPS và các mạch cấp nguồn dự phòng

Trong các hệ thống công nghiệp, hệ thống UPS thường được sử dụng để bảo vệ các tải quan trọng như hệ thống điều khiển, máy chủ, thiết bị truyền thông, hệ thống giám sát, hệ thống DCS, hệ thống SCADA và hệ thống thiết bị an toàn. Hệ thống UPS có thể cung cấp nguồn điện dự phòng trong trường hợp mất điện, nhưng không thể thay thế hoàn toàn thiết bị chống sét lan truyền (SPD).

Phía đầu vào của UPS vẫn có thể bị ảnh hưởng bởi các đợt tăng áp do sét đánh hoặc do quá trình chuyển mạch từ hệ thống phân phối phía thượng nguồn. Nếu không có thiết bị bảo vệ SPD phù hợp, các đợt tăng áp này có thể xâm nhập vào UPS và gây hư hỏng cho các mô-đun chỉnh lưu, bảng điều khiển hoặc mạch bypass. Đối với các tải quan trọng, có thể lắp đặt thêm các thiết bị bảo vệ chi tiết hơn ở phía đầu ra của UPS hoặc gần các thiết bị nhạy cảm, tùy theo cấu trúc hệ thống.

Trong các hệ thống cấp điện quan trọng trong công nghiệp, một phương pháp bảo vệ phổ biến là:

Vị trí lắp đặt	Phương pháp bảo vệ được khuyến nghị	Mục tiêu bảo vệ chính
Bảng phân phối chính	Loại 1 hoặc Loại 1+2 SPD	Hạn chế các đợt tăng đột biến năng lượng ở mức đầu vào
Phía đầu vào của UPS	Thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 2 gắn trên thanh DIN	Bảo vệ các mạch đầu vào của UPS
Phía đầu ra của UPS	Loại 2 hoặc Loại 3 SPD	Giảm điện áp dư cho các tải quan trọng
Phía thiết bị	SPD loại 3 hoặc thiết bị bảo vệ chuyên dụng	Bảo vệ máy chủ, PLC và thiết bị truyền thông

Cấu hình phối hợp này giúp giảm thiểu nguy cơ các đợt tăng áp đột ngột xâm nhập vào hệ thống UPS và các tải trọng quan trọng, từ đó nâng cao tính liên tục của nguồn điện cho các hệ thống điều khiển công nghiệp và hệ thống dữ liệu.

Hệ thống quang điện mặt trời, lưu trữ năng lượng và hệ thống điện một chiều công nghiệp

Ngày càng có nhiều cơ sở công nghiệp hiện nay đang sử dụng các hệ thống điện mặt trời trên mái nhà, hệ thống lưu trữ năng lượng, các đơn vị phân phối dòng điện một chiều (DC) hoặc thiết bị năng lượng tái tạo. Các dây cáp phía dòng điện một chiều (DC) trong các hệ thống này thường có chiều dài lớn, và một số dây cáp được lắp đặt ngoài trời hoặc ở những khu vực hở, khiến chúng dễ bị ảnh hưởng hơn bởi các đợt tăng áp do sét gây ra.

Trong các hệ thống điện mặt trời công nghiệp, các thiết bị bảo vệ chống sét DC gắn trên thanh DIN thường được lắp đặt tại Hộp kết hợp PV, mạch đầu vào DC của bộ biến tần và mạch phân phối DC. Đối với các hệ thống quang điện (PV) có điện áp DC 600 V, 1000 V hoặc 1500 V, phải lựa chọn các thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng DC. Không nên sử dụng các thiết bị SPD AC tiêu chuẩn để thay thế.

Trong các hệ thống lưu trữ năng lượng, các giá đỡ pin, bộ biến tần (PCS), hệ thống quản lý pin (BMS), hệ thống quản lý năng lượng (EMS) và thanh dẫn DC cũng có thể bị ảnh hưởng bởi hiện tượng quá áp thoáng qua. Tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống, có thể cần lắp đặt các thiết bị bảo vệ chống quá áp (SPD) ở phía DC, phía AC và trên các đường truyền thông.

Các điểm bảo vệ chống sét quan trọng đối với các hệ thống DC công nghiệp bao gồm:

• Chọn SPD dòng một chiều (DC SPD) dựa trên điện áp mạch hở tối đa
• Xác nhận rằng SPD đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC/EN 61643-31
• Phân biệt SPD DC PV với SPD AC
• Cần xem xét việc bảo vệ ở cả phía đầu vào DC và phía đầu ra AC của bộ biến tần
• Thiết kế đường dẫn phóng điện phù hợp với hệ thống nối đất và liên kết điện thế bằng nhau

Đối với các hệ thống phân phối điện công nghiệp có tích hợp hệ thống quang điện mặt trời (PV), thiết bị lưu trữ năng lượng hoặc thiết bị một chiều (DC), việc lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN phải xem xét cả phía xoay chiều (AC) và phía một chiều (DC). Điều này giúp tránh tình trạng chỉ bảo vệ hệ thống phân phối AC trong khi để các mạch DC tiếp xúc với nguy cơ sét lan truyền.

Cách chọn loại thiết bị chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN phù hợp cho hệ thống phân phối điện công nghiệp

Trong các hệ thống phân phối điện công nghiệp, một trong những bước quan trọng nhất là Chọn bộ chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN là xác định đúng loại SPD. Các loại SPD khác nhau được thiết kế để phù hợp với các mức năng lượng xung khác nhau, các vị trí lắp đặt khác nhau và các đối tượng cần bảo vệ khác nhau. Nếu chọn sai loại, ngay cả một sản phẩm có thông số kỹ thuật có vẻ cao cũng có thể không đảm bảo được khả năng bảo vệ hiệu quả trong hệ thống thực tế.

So sánh SPD AC và SPD DC trong các ứng dụng công nghiệp

Các hệ thống công nghiệp thường bao gồm cả mạch xoay chiều (AC) và mạch một chiều (DC), do đó cần phải phân biệt rõ ràng giữa thiết bị bảo vệ quá áp xoay chiều (AC SPD) và thiết bị bảo vệ quá áp một chiều (DC SPD). Không nên sử dụng chúng thay thế cho nhau.

Bộ lọc tần số cao (AC SPDs) chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống phân phối điện xoay chiều hạ áp, chẳng hạn như tủ phân phối chính, tủ phân phối phụ, tủ điều khiển động cơ (MCC), tủ điều khiển động cơ, mạch đầu vào của bộ lưu điện (UPS) và các mạch cấp nguồn cho thiết bị công nghiệp. Chúng được sử dụng để hạn chế các đợt tăng áp do sét và do chuyển mạch trên các đường dây điện xoay chiều.

Bộ điều khiển điện áp DC được sử dụng trong các hệ thống điện mặt trời PV, phía DC của hệ thống lưu trữ năng lượng, hộp ghép DC, mạch đầu vào DC của bộ biến tần, nguồn điện điều khiển DC và các mạch DC khác. Do các hệ thống DC không có điểm giao cắt zero tự nhiên, nên các hồ quang DC khó dập tắt hơn. Do đó, các thiết bị bảo vệ quá áp DC (SPD) cần có cơ chế dập tắt hồ quang và ngắt kết nối an toàn phù hợp với các ứng dụng DC.

Một sai lầm thường gặp trong các hệ thống quang điện công nghiệp là sử dụng thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) dòng xoay chiều (AC) trong mạch một chiều (DC) của hệ thống quang điện. Điều này có thể khiến thiết bị SPD không thể ngắt kết nối an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố và thậm chí có thể gây ra nguy cơ phóng điện hồ quang kéo dài. Do đó, các hệ thống quang điện DC nên sử dụng thiết bị SPD dòng một chiều (DC) đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC/EN 61643-31.

Sự khác biệt giữa SPD dòng xoay chiều (AC) và SPD dòng một chiều (DC) có thể tóm tắt như sau:

Mục so sánh	Thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) gắn trên thanh DIN AC	Thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) gắn trên thanh DIN DC
Hệ thống áp dụng	Hệ thống phân phối điện xoay chiều hạ áp	Hệ thống PV, lưu trữ năng lượng và phân phối dòng điện một chiều
Vị trí chung	Tủ điện chính, tủ điện phân phối phụ, đầu vào UPS, tủ điều khiển	Hộp ghép PV, đầu vào DC của bộ biến tần, mạch DC
Hành vi của cung	Dòng xoay chiều (AC) có điểm cắt qua zero tự nhiên, do đó các tia lửa điện dễ dập tắt hơn	Dòng điện một chiều (DC) không có điểm cắt qua zero tự nhiên, do đó các tia lửa điện khó dập tắt hơn
Tiêu cự tiêu chuẩn	IEC/EN 61643-11	IEC/EN 61643-31
Trọng tâm lựa chọn	Uc, Up, In, Imax, hệ thống nối đất	Điện áp mạch hở tối đa, dập hồ quang DC, ngắt mạch do quá nhiệt, cực tính
Khả năng thay thế	Không nên sử dụng bừa bãi trong các mạch một chiều	Không nên sử dụng bừa bãi trong các hệ thống điều hòa không khí

Hệ thống công nghiệp một pha so với hệ thống công nghiệp ba pha

Các hệ thống phân phối điện công nghiệp có thể bao gồm cả nguồn điện một pha và ba pha. Số pha ảnh hưởng trực tiếp đến cấu hình cực và phương pháp nối dây của thiết bị SPD gắn trên thanh DIN.

Hệ thống một pha thường được sử dụng cho nguồn điện điều khiển, hệ thống chiếu sáng, thiết bị văn phòng, các hệ thống UPS nhỏ, mạch ổ cắm một pha và một số thiết bị phụ trợ. Các cấu hình SPD phổ biến bao gồm 1P, 1P+N hoặc 2P, chủ yếu bảo vệ các đường dẫn sét như L-N, L-PE và N-PE.

Hệ thống ba pha thường được sử dụng cho động cơ, biến tần (VFD), máy nén, máy bơm, quạt, thiết bị sưởi ấm công nghiệp, trung tâm điều khiển động cơ và hệ thống phân phối chính. Các cấu hình SPD phổ biến bao gồm 3P, 3P+N, 4P, 3+1 hoặc 4+0, bao phủ các đường dẫn xung giữa các dây pha, dây trung tính và dây đất.

Giá mà chỉ có một SPD một pha Khi được sử dụng trong hệ thống công nghiệp ba pha, một số dây pha có thể không được bảo vệ, hoặc các đường dẫn xung giữa các dây pha, dây trung tính và dây PE có thể không được bảo vệ đầy đủ. Do đó, cần lựa chọn các thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) nhiều cực lắp trên thanh DIN phù hợp với phương pháp đấu dây thực tế trong các hệ thống ba pha.

Loại hệ thống	Đơn đăng ký chung	Cấu hình SPD thông dụng	Tập trung vào việc lựa chọn
Hệ thống điện xoay chiều một pha	Điều khiển nguồn điện, hệ thống chiếu sáng, bộ lưu điện (UPS) cỡ nhỏ	1P, 1P+N, 2P	Xác nhận các đường dẫn bảo vệ L, N và PE
Hệ thống ba pha ba dây	Động cơ, một số thiết bị công nghiệp	3P	Bảo vệ các đường dẫn dòng đột biến giữa các pha và PE
Hệ thống ba pha bốn dây	Tủ phân phối chính và tủ phân phối phụ trong nhà máy	4P, 3+1, 4+0	Cần xem xét các biện pháp bảo vệ L, N và PE
Mạch điều khiển DC	Bộ điều khiển logic lập trình (PLC), cảm biến, bộ nguồn 24V DC	Bộ điều khiển điện áp DC	Xác nhận các yêu cầu về điện áp một chiều và cực tính

Bộ chống sét lan truyền loại 1 gắn trên thanh DIN để bảo vệ đường dây cấp điện chính

Thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 1 lắp trên thanh DIN chủ yếu được sử dụng tại điểm vào của hệ thống điện công nghiệp, chẳng hạn như tủ phân phối điện chính, tủ điện chính hạ áp, bảng phân phối hạ áp của máy biến áp hoặc điểm vào hệ thống điện của tòa nhà. Chức năng chính của thiết bị này là giải phóng dòng điện sét có năng lượng cao và ngăn chặn các đợt tăng áp nghiêm trọng xâm nhập vào mạng lưới phân phối điện bên trong nhà máy.

Loại 1 SPD thường được xem xét trong các bối cảnh công nghiệp sau đây:

• Tòa nhà nhà máy được trang bị hệ thống chống sét bên ngoài
• Nguồn điện sử dụng các đường dây điện trên không
• Nhà máy tọa lạc tại một khu vực thường xuyên xảy ra giông bão
• Hệ thống phân phối được kết nối với nhiều thiết bị ngoài trời
• Tòa nhà công nghiệp này có hệ thống pin mặt trời trên mái
• Bảng mạch chính tiếp nhận điện có nguy cơ bị sốc điện cao hơn

Tham số chính của thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 1 là Iimp, chỉ khả năng chịu dòng xung sét. Tham số này thường được sử dụng để đánh giá khả năng của SPD trong việc chịu đựng dạng sóng dòng sét 10/350 μs. Đối với hệ thống bảo vệ đường dây cấp điện chính, Iimp là một chỉ số quan trọng để xác định liệu SPD loại 1 có phù hợp với hệ thống công nghiệp có nguy cơ sét đánh cao hay không.

Cần lưu ý rằng thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 1 chủ yếu có chức năng xả các xung sét có năng lượng cao. Thiết bị này không phải lúc nào cũng có thể giảm điện áp dư xuống mức phù hợp với các thiết bị điện tử nhạy cảm. Do đó, trong các hệ thống công nghiệp, SPD loại 1 thường cần phải hoạt động kết hợp với các SPD loại 2 hoặc loại 3 được lắp đặt ở phía hạ lưu.

Bộ chống sét lan truyền loại 2 gắn trên thanh DIN dành cho tủ phân phối công nghiệp

Thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 2 lắp trên thanh DIN là loại SPD phổ biến nhất trong các hệ thống phân phối điện công nghiệp. Thiết bị này thường được lắp đặt trong các tủ phân phối chính, tủ phân phối phụ, trung tâm điều khiển động cơ, mạch đầu vào của UPS, tủ điều khiển thiết bị hoặc bảng điện tự động hóa. Nó được sử dụng để hạn chế các đợt sét gián tiếp, các đợt tăng áp do chuyển mạch lưới điện và các hiện tượng quá áp thoáng qua do hoạt động của thiết bị gây ra.

Đối với hầu hết các hệ thống điện công nghiệp hạ áp, Loại 2 SPD là thành phần cốt lõi của hệ thống bảo vệ chống sét ở cấp độ phân phối. Thiết bị này thích hợp để bảo vệ:

• Tủ phân phối phụ công nghiệp
• Trung tâm điều khiển động cơ
• Tủ điều khiển PLC
• Mạch đầu vào của UPS
• Mạch đầu vào của bộ biến tần (VFD) và bộ khởi động mềm
• Mạch điện của thiết bị tự động hóa
• Hệ thống chiếu sáng công nghiệp và hệ thống nguồn điện phụ trợ

Các thông số chính của một thiết bị SPD loại 2 thường bao gồm In, Imax và Up. In là dòng xả danh định mà thiết bị SPD có thể chịu được nhiều lần. Imax là dòng xả tối đa trong một lần. Up là mức điện áp bảo vệ. Đối với người dùng trong lĩnh vực công nghiệp, việc lựa chọn không nên chỉ dựa vào Imax. Cần phải xem xét cả độ nhạy của thiết bị, vị trí lắp đặt và mức độ rủi ro của hệ thống.

Nếu thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 1 hoặc loại 1+2 đã được lắp đặt trên bảng phân phối chính, việc lắp đặt thêm một thiết bị SPD loại 2 ở phía hạ lưu trên bảng phân phối phụ có thể giúp giảm thêm điện áp dư do sét đánh và bảo vệ hiệu quả hơn cho các tủ điều khiển và thiết bị quan trọng.

Bộ chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN loại 3 dành cho thiết bị đầu cuối nhạy cảm

A Loại 3 SPD Thiết bị này thường được lắp đặt gần các thiết bị nhạy cảm để bảo vệ cuối cùng ở mức độ cao. Khả năng xả của nó thường thấp hơn so với các thiết bị SPD Loại 1 và Loại 2, nhưng nó giúp giảm thêm điện áp dư ở phía thiết bị.

Trong các hệ thống công nghiệp, thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 3 thường được sử dụng để bảo vệ các thiết bị nhạy cảm như:

Thiết bị nhạy cảm	Tại sao cần có biện pháp bảo vệ loại 3?
Bộ điều khiển PLC	Các cổng I/O và mô-đun nguồn rất nhạy cảm với các đợt tăng áp dư
Màn hình cảm ứng HMI	Các giao diện truyền thông và mô-đun hiển thị dễ bị ảnh hưởng bởi điện áp thoáng qua
Máy chủ công nghiệp	Nguy cơ cao dẫn đến mất dữ liệu và hệ thống phải khởi động lại
Thiết bị truyền thông	Các giao diện Ethernet, RS485 và fieldbus rất dễ bị hư hỏng do hiện tượng tăng áp đột ngột
Thiết bị đo lường chính xác	Yêu cầu cao về độ chính xác của phép đo và độ ổn định của hệ thống điều khiển
Thiết bị an ninh và giám sát	Các tuyến cáp dài có thể gây ra các đợt tăng áp cảm ứng

Không nên sử dụng thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền (SPD) loại 3 làm thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền duy nhất trong hệ thống công nghiệp. Nếu không có sự bảo vệ từ thiết bị SPD loại 1 hoặc loại 2 ở phía thượng nguồn, thiết bị SPD loại 3 có thể không đủ khả năng chịu đựng được năng lượng sét lan truyền lớn hơn.

Do đó, thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) loại 3 phù hợp hơn để làm cấp bảo vệ cuối cùng trong hệ thống bảo vệ chống sét nhiều cấp. Thiết bị này thường được phối hợp với SPD loại 1 hoặc loại 1+2 tại tủ phân phối chính và SPD loại 2 tại các tủ phân phối phụ để mang lại sự bảo vệ toàn diện hơn cho các thiết bị đầu cuối nhạy cảm.

Bộ bảo vệ chống sét lan truyền kết hợp loại 1+2 trên thanh DIN dành cho tủ điều khiển công nghiệp nhỏ gọn

Thiết bị SPD kết hợp Loại 1+2 tích hợp các chức năng bảo vệ Loại 1 và Loại 2 vào một sản phẩm duy nhất. Thiết bị này có khả năng chịu được dòng xung sét có năng lượng tương đối cao đồng thời hạn chế quá áp thoáng qua trong hệ thống phân phối. Đối với các hệ thống phân phối công nghiệp có không gian tủ hạn chế hoặc cần cấu trúc bảo vệ đơn giản hóa, đây là lựa chọn phổ biến.

Loại 1+2 SPD phù hợp với các ứng dụng sau đây:

• Bảng phân phối điện chính trong công nghiệp có không gian hạn chế
• Bộ bảo vệ chống sét kết hợp dành cho hệ thống cấp nguồn đầu vào
• Các hệ thống cần giảm số lượng mô-đun
• Các nhà máy có hệ thống chống sét bên ngoài hoặc có nguy cơ bị sét đánh cao hơn
• Các nhà sản xuất bảng điều khiển cần bố trí tủ đơn giản hơn
• Các công trình công nghiệp quy mô nhỏ cần giải pháp bảo vệ gọn nhẹ

Mặc dù bộ bảo vệ quá áp (SPD) loại 1+2 cung cấp khả năng bảo vệ kết hợp, nhưng điều đó không có nghĩa là có thể loại bỏ tất cả các bộ SPD ở phía hạ lưu. Nếu hệ thống công nghiệp có các đoạn cáp dài, thiết bị phân bố rộng rãi hoặc các PLC, biến tần (VFD), hệ thống UPS, thiết bị truyền thông và hệ thống điều khiển chính xác ở phía hạ lưu, thì vẫn nên lắp đặt các thiết bị SPD loại 2 hoặc loại 3 trong các tủ phân phối phụ hoặc gần các thiết bị.

Do đó, thiết bị SPD kết hợp loại 1+2 phù hợp hơn như một giải pháp bảo vệ kết hợp cơ bản, chứ không phải là biện pháp bảo vệ duy nhất cho mọi hệ thống công nghiệp.

Bộ bảo vệ chống sét lan truyền LSP DIN Rail: Giải pháp bảo vệ chống sét lan truyền đáng tin cậy cho các hệ thống phân phối điện công nghiệp

LSP tập trung vào nghiên cứu, phát triển và sản xuất các thiết bị chống sét, cung cấp các giải pháp thiết bị chống sét lắp trên thanh DIN dành cho các hệ thống công nghiệp, thương mại và năng lượng tái tạo. Dòng sản phẩm bao gồm SPD Loại 1, SPD Loại 1+2, SPD Loại 2, SPD Loại 3 và SPD DC, hỗ trợ bảo vệ tại điểm vào hệ thống, bảo vệ cấp phân phối, bảo vệ tủ điều khiển, bảo vệ chi tiết phía thiết bị và bảo vệ chống sét phía DC của hệ thống PV. Với danh mục sản phẩm đầy đủ, các kỹ sư có thể thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét phối hợp Loại 1 + Loại 2 + Loại 3 bằng cách sử dụng một thương hiệu đáng tin cậy duy nhất.

Trong các ứng dụng công nghiệp, các thiết bị SPD LSP trên thanh DIN được thiết kế để lắp đặt trên thanh DIN tiêu chuẩn 35mm, giúp chúng phù hợp với các bố trí mô-đun trong tủ phân phối và tủ điều khiển. Thiết kế mô-đun cắm vào giúp việc bảo trì và thay thế diễn ra nhanh chóng hơn, trong khi cửa sổ hiển thị trạng thái rõ ràng giúp nhân viên bảo trì kiểm tra xem thiết bị SPD có còn ở trạng thái bảo vệ bình thường hay không. Đối với các thiết bị không có người giám sát, dây chuyền sản xuất liên tục hoặc các hệ thống điện quan trọng, các tiếp điểm báo hiệu từ xa tùy chọn có thể kết nối trạng thái của SPD với các hệ thống giám sát hoặc báo động, từ đó giảm thiểu rủi ro do sự cố SPD không được phát hiện kịp thời.

LSP chú trọng đến độ tin cậy lâu dài trong môi trường công nghiệp. Các sản phẩm SPD của hãng sử dụng các linh kiện cốt lõi như MOV LKD và GDT Vactech, kết hợp với cơ chế ngắt nhiệt, ngắt mạch ở nhiệt độ thấp, vỏ chống cháy và thiết kế cấu trúc mô-đun để xử lý các đợt tăng áp do sét, tăng áp do chuyển mạch và các hiện tượng điện thoáng qua trong công nghiệp. Thiết kế và thử nghiệm sản phẩm tuân thủ các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC/EN 61643-11 dành cho các ứng dụng bảo vệ chống sét lan truyền điện áp xoay chiều (AC) hạ áp. Đối với các ứng dụng điện một chiều (DC) trong hệ thống quang điện, có thể lựa chọn các giải pháp SPD DC phù hợp dựa trên điện áp hệ thống và vị trí lắp đặt.

Đối với khách hàng công nghiệp, LSP không chỉ là nhà cung cấp sản phẩm SPD. Công ty còn có thể đóng vai trò là đối tác cung cấp giải pháp bảo vệ chống sét. Dù dự án liên quan đến việc lựa chọn tủ phân phối chính, bố trí tủ điều khiển, bảo vệ phía DC của hệ thống PV, phối hợp bảo vệ dự phòng, tùy chỉnh theo yêu cầu OEM, xây dựng thương hiệu, đóng gói hay tài liệu kỹ thuật, LSP đều có thể cung cấp các đề xuất sản phẩm và hướng dẫn ứng dụng nhằm giúp giảm thiểu sai sót trong lựa chọn, rủi ro lắp đặt và khó khăn trong bảo trì.

Các câu hỏi thường gặp về thiết bị chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN dành cho hệ thống phân phối điện công nghiệp

Bộ chống sét lan truyền gắn trên thanh DIN được sử dụng để làm gì trong các hệ thống công nghiệp?

Bộ bảo vệ chống sét trên thanh DIN được sử dụng để bảo vệ thiết bị điện và các thành phần điều khiển trong hệ thống phân phối điện công nghiệp khỏi các đợt sét, đợt tăng áp do chuyển mạch và hiện tượng quá áp thoáng qua trên lưới điện. Thiết bị này thường được lắp đặt trong tủ phân phối chính, tủ phân phối phụ, tủ PLC, tủ MCC, mạch UPS hoặc hệ thống điện một chiều (DC) từ năng lượng mặt trời (PV). Bằng cách hạn chế quá áp và dẫn dòng điện đột biến xuống đất, thiết bị này giúp nâng cao độ tin cậy của thiết bị và giảm thiểu rủi ro ngừng hoạt động.

Nên lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) trên thanh DIN ở vị trí nào trong tủ phân phối điện của nhà máy?

Thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) gắn trên thanh DIN nên được lắp đặt ở phía đầu vào của mạch được bảo vệ trong tủ phân phối của nhà máy, càng gần công tắc chính, cầu dao, các đầu nối đầu vào và thanh nối đất PE càng tốt. Điều này giúp rút ngắn đường dẫn xả sét và giảm điện áp dư bổ sung do điện cảm của hệ thống dây dẫn gây ra. Trong các nhà máy quy mô lớn, các thiết bị SPD cũng cần được phối hợp lắp đặt trên các bảng phân phối chính, bảng phân phối phụ, tủ điều khiển động cơ (MCC), tủ PLC và các mạch UPS.

Các tủ điều khiển công nghiệp có cần thiết bị chống sét không?

Đúng vậy. Các tủ điều khiển công nghiệp thường cần được bảo vệ chống sét lan truyền vì các thiết bị như PLC, HMI, mô-đun I/O, rơ-le, bộ nguồn, đầu nối biến tần (VFD) và giao diện truyền thông đều rất nhạy cảm với hiện tượng quá áp thoáng qua. Sóng xung có thể xuất phát từ hệ thống phân phối điện phía trên, các hoạt động khởi động và dừng động cơ, quá trình đóng/mở công tắc tơ hoặc các dây tín hiệu dài. Việc lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sốc điện (SPD) phù hợp trên thanh DIN sẽ giúp giảm thiểu hư hỏng thiết bị, sự cố truyền thông và thời gian ngừng sản xuất.

Tôi nên sử dụng SPD loại 1 hay loại 2 cho bảng phân phối chính của nhà máy?

Nên sử dụng thiết bị bảo vệ chống sét (SPD) Loại 1 hoặc Loại 1+2 nếu bảng phân phối chính của nhà máy nằm tại điểm vào nguồn điện, được kết nối với đường dây trên không, được bảo vệ bởi hệ thống chống sét bên ngoài, hoặc nằm trong khu vực có nguy cơ sét đánh cao. Nếu mối quan tâm chính là các đợt tăng áp do chuyển mạch lưới điện, các đợt tăng áp gián tiếp do sét hoặc các hiện tượng quá độ do chuyển mạch thiết bị, thì SPD Loại 2 thường là lựa chọn phù hợp. Các hệ thống công nghiệp quy mô lớn thường sử dụng SPD Loại 1 tại điểm vào và SPD Loại 2 ở phía hạ lưu.

Một thiết bị SPD gắn trên thanh DIN có thể bảo vệ toàn bộ hệ thống điện công nghiệp không?

Thông thường thì không. Một thiết bị SPD gắn trên thanh DIN chỉ có thể bảo vệ một phần mạch điện gần vị trí lắp đặt và không thể bao phủ toàn bộ hệ thống điện công nghiệp. Các nhà máy quy mô lớn thường bao gồm tủ phân phối chính, tủ phân phối phụ, tủ điều khiển động cơ (MCC), tủ PLC, hệ thống UPS, đường dây tín hiệu và mạch điện một chiều (DC). Do dây cáp dài và thiết bị được phân bố rộng rãi, hiện tượng sét dư vẫn có thể xảy ra. Do đó, thường cần phải áp dụng giải pháp bảo vệ đa tầng với các thiết bị SPD loại 1, loại 2, loại 3 và SPD tín hiệu.