Chống sét lan truyền là gì? Nguyên lý, các loại SPD và cách chọn đúng

Thiết bị thực hiện chức năng này được gọi là SPD – Surge Protective Device (thiết bị chống sét lan truyền hoặc thiết bị chống quá áp).

Không có một SPD dùng chung cho mọi vị trí. Muốn chọn đúng cần xác định trước: đường xung có thể đi vào hệ thống, điện áp hoặc tín hiệu đang sử dụng và thiết bị cần bảo vệ.

Chống sét lan truyền là gì?

Sét lan truyền (hay quá áp đột biến – transient overvoltage) là xung điện áp hoặc dòng điện có biên độ lớn xuất hiện trong thời gian rất ngắn rồi truyền theo dây dẫn vào hệ thống điện hoặc thiết bị điện tử.

Nguồn gây quá áp không chỉ có sét đánh trực tiếp. Trong thực tế, xung còn xuất hiện do:

• Sét đánh gần đường dây hoặc công trình
• Cảm ứng điện từ lên dây dẫn
• Đóng cắt tải công suất lớn
• Động cơ, contactor hoặc tải cảm ứng đóng ngắt
• Biến đổi trạng thái đột ngột trong hệ thống điện

Aptomat và cầu chì thông thường không thực hiện cùng chức năng với thiết bị chống sét lan truyền. Aptomat bảo vệ quá dòng và ngắn mạch, trong khi SPD hạn chế quá áp xung. Vì vậy trong cùng một tủ điện có thể đồng thời có MCB/MCCB, cầu chì và SPD.

Thiết bị chống sét lan truyền SPD hoạt động như thế nào?

SPD – Surge Protective Device được mắc vào hệ thống để hạn chế điện áp quá độ và dẫn dòng xung theo đường bảo vệ trước khi nó ảnh hưởng đến thiết bị phía sau.

Trong điều kiện bình thường, SPD gần như không ảnh hưởng đến mạch. Khi xuất hiện xung điện áp vượt mức thiết kế, thiết bị chuyển sang trạng thái dẫn để tạo đường thoát cho phần năng lượng quá áp. Sau khi xung kết thúc, SPD trở lại trạng thái làm việc bình thường.

Có thể hình dung SPD như một đường bảo vệ chỉ tham gia rõ rệt khi điện áp tăng bất thường.

Xung quá áp có thể đi vào hệ thống bằng những đường nào?

Nhiều người chỉ nghĩ đến việc lắp chống sét nguồn 220V ở đầu tủ điện. Tuy nhiên trong hệ thống tự động hóa, mỗi tuyến dây đều có thể trở thành đường truyền xung.

Ví dụ: Cảm biến đo mức đặt ngoài trời truyền tín hiệu 4–20mA về PLC. Dù tủ đã có chống sét lan truyền ở nguồn AC, xung vẫn có thể đi vào card analog thông qua chính tuyến dây tín hiệu.

SPD Type 1, Type 2 và Type 3 khác nhau thế nào?

Đối với đường nguồn, SPD thường được phân thành Type 1, Type 2 và Type 3. Đây là cách phân loại theo chức năng và vị trí bảo vệ, không phải thứ tự từ kém đến tốt.

Một hệ thống có thể phối hợp nhiều cấp SPD từ đầu nguồn đến gần thiết bị nhạy cảm thay vì chỉ sử dụng một thiết bị duy nhất.

5 thông số SPD cần biết khi chọn chống sét lan truyền

Khi đánh giá catalogue thiết bị chống sét lan truyền, cần hiểu ít nhất 5 thông số chính:

• Uc – điện áp làm việc liên tục: Mức điện áp SPD có thể làm việc liên tục. SPD cho nguồn 230VAC khác với thiết bị dùng cho 24VDC hoặc tín hiệu analog.
• Up – mức điện áp bảo vệ: Thông số đánh giá mức điện áp bảo vệ khi SPD xử lý xung. Cần đối chiếu Up với khả năng chịu quá áp của thiết bị phía sau.
• In – dòng xung danh định: Dòng xung danh định mà SPD được thiết kế để chịu (thường quan tâm với Type 2).
• Imax – dòng xung cực đại: Mức dòng xung cực đại SPD có thể xử lý.
• Iimp – dòng xung sét: Thường nhắc đến với Type 1, liên quan đến khả năng xử lý dòng xung năng lượng lớn.

Chống sét nguồn và chống sét tín hiệu có giống nhau không?

Không. Đây là điểm quan trọng nhất trong hệ thống đo lường và tự động hóa.

SPD nguồn được thiết kế theo điện áp và đặc tính đường cấp nguồn. Trong khi đó, chống sét tín hiệu phải vừa hạn chế xung vừa đảm bảo tín hiệu đo hoặc dữ liệu truyền thông vẫn hoạt động đúng.

5 bước chọn chống sét lan truyền cho hệ thống công nghiệp

Nên bắt đầu từ đường cần bảo vệ, điện áp hoặc tín hiệu và vị trí lắp trước khi chọn SPD.

1. Xác định đường cần bảo vệ
   Phân biệt nguồn AC, nguồn DC, tín hiệu analog hay đường truyền thông. Đây là bước quan trọng nhất để tránh chọn sai nhóm thiết bị.
2. Xác định điện áp hoặc tín hiệu làm việc
   230VAC khác 24VDC; nguồn 24VDC khác 4–20mA và RS485. SPD phải phù hợp với chính đường điện hoặc tín hiệu mà nó bảo vệ.
3. Xác định vị trí lắp SPD
   Đầu nguồn, tủ phân phối hay gần thiết bị điện tử cần cấp bảo vệ khác nhau. Với đường nguồn, đây là cơ sở xem xét Type 1, Type 2 hoặc Type 3.
4. Xác định thiết bị phía sau
   PLC, bộ nguồn, card analog, gateway, cảm biến có đặc tính khác nhau. Thiết bị càng nhạy càng cần đánh giá kỹ mức bảo vệ của SPD.
5. Kiểm tra tuyến cáp ngoài hiện trường
   Cảm biến ở bồn, silo, trạm bơm thường có tuyến dây dài. Cần xem cả đường nguồn và tín hiệu đi từ hiện trường về tủ.

Ví dụ chọn chống sét lan truyền cho tủ PLC

Giả sử hệ thống có cấu trúc: Nguồn AC → bộ nguồn 24VDC → PLC → cảm biến 4–20mA ngoài hiện trường.

Có ít nhất ba khu vực cần xem xét:

• Nguồn AC: Xung từ lưới điện có thể đi vào tủ.
• Nguồn 24VDC: Có thể cần thêm cấp bảo vệ cho PLC hoặc module điện tử.
• Tín hiệu 4–20mA: Nếu cảm biến ở ngoài trời hoặc xa tủ, xung có thể đi từ hiện trường về card analog.

Thiết bị chống sét lan truyền hãng nào tốt?

Không có một hãng tốt nhất cho mọi ứng dụng. Thay vì chọn thương hiệu trước, nên kiểm tra:

• Loại nguồn hoặc tín hiệu cần bảo vệ
• Điện áp làm việc
• Type 1, Type 2 hay Type 3
• Mức điện áp bảo vệ và khả năng chịu dòng xung
• Kiểu lắp đặt và cấu trúc hệ thống
• Tài liệu kỹ thuật và khả năng thay thế khi bảo trì

Đối với hệ thống đo lường và tự động hóa, lợi thế lớn là nhà sản xuất có đủ thiết bị cho nguồn, tín hiệu và truyền thông. Seneca – Italy có dòng S400 với nhiều nhóm thiết bị chống quá áp phục vụ các ứng dụng công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Chống sét lan truyền khác chống sét trực tiếp như thế nào?

Chống sét trực tiếp (kim thu sét) bảo vệ công trình khỏi tia sét đánh thẳng. Chống sét lan truyền bảo vệ thiết bị điện tử khỏi xung quá áp truyền theo đường dây.

Có cần lắp SPD cho nguồn 24VDC không?

Có, đặc biệt khi tuyến dây dài hoặc thiết bị nhạy cảm như PLC, module I/O.

SPD Type 2 có thay thế được Type 1 không?

Không. Type 1 chịu dòng xung năng lượng cao hơn, thường lắp ở đầu nguồn. Nên phối hợp nhiều cấp.

Lắp SPD có làm giảm tín hiệu 4–20mA không?

Nếu chọn đúng loại SPD tín hiệu chuyên dụng thì ảnh hưởng không đáng kể.

Khi nào cần thay SPD?

Khi thiết bị có chỉ báo hỏng (cửa sổ đổi màu, tiếp điểm báo sự cố) hoặc sau khi chịu nhiều xung lớn.

Kết luận

Chống sét lan truyền không chỉ là lắp một thiết bị SPD nguồn AC. Trong hệ thống tự động hóa hiện đại, cần bảo vệ đồng bộ nguồn AC, nguồn DC, tín hiệu analog và đường truyền thông. Việc hiểu rõ nguyên lý, phân loại Type 1-2-3 và 5 bước chọn đúng sẽ giúp bảo vệ PLC, cảm biến và toàn bộ hệ thống một cách hiệu quả.

Nếu bạn đang thiết kế hoặc nâng cấp tủ PLC, hãy xác định rõ các đường xung có thể xâm nhập trước khi chọn thiết bị chống sét lan truyền phù hợp.

Người chịu trách nhiệm nội dung:

Lê Quân Đạt – Kỹ sư Tự động hóa

Phụ trách biên soạn và kiểm tra nội dung kỹ thuật về cảm biến đo lường, xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu trong công nghiệp.

• Điện thoại: 0886 088 496
• Email: datle.huphaco@gmail.com
• Website: Chuyendoitinhieu.vn