HIỂU ĐÚNG VỀ NGUYÊN LÝ MẠCH BẢO VỆ 10 modes


Trong nội dung blog này đã có một bài nguyên lý bảo vệ nhưng chưa đề cập sự khác nhau giúp những người không hiểu thiết bị chống sét có thể phân biệt được.
TVSS kiểm soát xung nhiễu như thế nào?
Khi xung nhiễu xảy ra, một TVSS lý tưởng sẽ kết nối ngay lập tức mọi dây dẫn để có cùng điện áp. Cách thiết lập này gọi là cân bằng đẳng thế tức thời (tất cả dây dẫn được thiết lập để có cùng điện áp), nên sẽ không có sự chênh lệch điện áp giữa bất kỳ các cặp (các phase) dây dẫn. Nếu điều này xảy ra thì sẽ không có dòng nhiễu và không có thiết bị hư hỏng. Dòng điện bình thường đòi hỏi phải tồn tại sự chênh lệch điện áp. Loại bỏ xung nhiễu (điện áp và dòng) giữa tất cả các cặp dây dẫn. Tổng kiểm soát xung nhiễu điện áp và xung nhiễu dòng cần hệ thống kiểm soát năng lượng chuyên biệt tất cả các mạch bảo vệ (mode protection) riêng biệt. Sự riêng biệt của tất cả các mạch bảo vệ trong TVSS sẽ kiểm soát xung nhiễu điện áp trên tất cả các cặp dây dẫn (qua đó kiểm soát dòng xung nhiễu), TVSS chuyển năng lượng xung khỏi hệ thống cần bảo vệ, và chuyển đổi một phần năng lượng xung thành nhiệt năng vô hại tản vào không khí.
Sự riêng biệt tất cả các mạch bảo vệ và mạch bảo vệ giảm là gì?
Yếu tố đặc biệt của hệ thống kiểm soát năng lượng là sự riêng biệt của tất cả các mạch bảo vệ cung cấp mạch ức chế chuyên dụng và riêng biệt cho tất cả các cặp dây dẫn (line-to-line, line-to-neutral, line-to-ground, và neutral-to-ground). Một mạch bảo vệ giảm hay mạch bảo vệ một phần (reduced mode protection) bình thường chỉ cung cấp mạch ức chế cho các cặp line-to-neutral, hoặc line-to-neutral và neutral-to-ground. Ví dụ, nguồn điện 3 phase với thiết bị bảo vệ mạch một phần thì chỉ có thể có 3 hoặc 4 mạch ức chế riêng biệt được thiết lập trong khi đó một thiết bị có sự riêng biệt tất cả các mạch bảo vệ lại có đầy đủ 10 mạch ức chế riêng biệt trên mỗi cặp dây dẫn. Các thiết bị mạch bảo vệ một phần với 3 hoặc 4 mạch ức chế riêng biệt không thể kiểm soát xung nhiễu điện áp giữa tất cả các cặp dây dẫn. Ví dụ, các nhà cung cấp bán một TVSS với 3 mạch ức chế line-to-neutral (bao gồm L1-N, L2-N, L2-N) mà không có các mạch ức chế trên các dây dẫn vào hệ thống điện 3 phase. Nếu có một sự cố (ví dụ như sét) trên tất cả 3 phase và dây trung tính từ một cực trên máy biến thế và một TVSS chỉ cung cấp 3 mạch bảo vệ trên các cặp line-to-neutral. Vì vậy, thiết bị TVSS này không có mạch bảo vệ cặp neutral-to-ground (cặp này rất quan trọng và đáng lẽ phải được bảo vệ), và thực tế nó đã để các thiết bị bị phá hủy mặc dù chức năng của nó là bảo vệ các thiết bị này. Với một sự cố trên 3 pha và dây trung tính, mạch bảo vệ line-to-neutral sẽ nóng lên và dẫn xung nhiễu tới thanh buss trung tính. Ngoài ra, xung nhiễu xuất hiện trên thanh buss trung tính mà không có mạch bảo vệ kiểm soát sẽ đi trở lại vào bảng điều khiển thông qua cặp dây ground-to-neutral hay ngược lại. Ảnh hưởng của mạch bảo vệ một phần là tạo ra xung nhiễu trên cặp ground-to-neutral hay xung ngược từ hệ thống nối đất. Xung ngược này có thể phá hủy những thiết bị nhạy cảm. Xung ngược được tạo ra khi một xung từ 3 phase và (hoặc) trung tính thông qua liên kết cặp neutral-to-ground đi vào bảng điều khiển. Nếu tổng một dòng xung là 12.000 amps (bao gồm 3.000 amps trên mỗi phase và 3.000 amps trên dây trung tính) và sóng xung 8/20 µs đi qua thanh buss liên kết với một điện cảm 0.1 microhenries (tương đương với một dây dẫn liên kết dài 4 inches), chúng tôi đã tạo ra một xung ngược với công thức dưới đây:
Xung ngược = L di/dt, trong đó L = 0.1 x 10-6 henries, di = 12.000 amps, và dt = 8 x 10-6 giây.
Vậy, Xung ngược = (0.1 x 10-6 henries)(12.000 amps)(8 x 10-6 giây) = 150 volts.
Điện áp 150V giữa dây đất và trugn tính là đủ lớn để phá hủy các thiết bị nhạy cảm vốn thường được nối đất qua thanh buss.
Một TVSS với mạch bảo vệ giảm, thiết bị chỉ cung cấp mạch bảo vệ line-to-neutral cũng có thể tạo ra xung nhiễu trong quá trình hoạt động trên line-to-line. Giả sử một tia sét bao gồm 10.000 V xung đi vào hệ thống trên 3 dây phase của hệ thống điện 3 phase. Trong khi TVSS trên không thể bảo đảm xung nhiễu đi vào hệ thống trên tất cả 3 phase line-to-neutral với cùng một thời gian nhất định, nó cũng không thể bảo đảm rằng các mạch ức chế line-to-neutral sẽ kích hoạt đồng thời, một mạch ức chế line-to-neutral sẽ kích hoạt trước 2 mạch kia. Do đó, nếu mạch phase A kích hoạt trước, nó sẽ giảm điện áp xung nhiễu cho qua của line(A)-to-neutral. Ví dụ, chúng ta sẽ lấy điện áp cho qua là 1.000 V. Lúc này, điện áp trên 3 phase là:
Phase A-to-neutral (có điện áp cho qua) – 1.000 V
Phase B-to-neutral (chưa kích hoạt) = 10.000 V
Phase C-to-neutral (chưa kích hoạt) = 10.000 V
Một TVSS với mạch ức chế giảm sẽ tạo ra xung nhiễu điện áp mới như bên dưới đây:
Phase A-to-Phase B (10.000 V- 1.000 V = 9.000 V) = 9.000 V
Phase A-to-Phase C (10.000 V- 1.000 V = 9.000 V) = 9.000 V
Bên cạnh đó, những dòng xung từ phases A, B, và C đi từ một phases tới dây trung tính qua dây dẫn liên kết neutral-to-ground, chúng tạo ra dòng xung ngược như được giải thích ở trên.
Nhiều TVSS mạch ức chế một phần bao gồm mạch ức chế riêng biệt và độc lập trên neutral-to-ground, thiết kế này cung cấp 4 mạch bảo vệ riêng biệt và độc lập cho nguồn điện 3 phase. Trong khi đó, việc thêm mạch ức chế trên ground-to-neutral sẽ làm giảm điện áp xung ngược cho qua trên các mạch nhưng TVSS mạch ức chế giảm lại không kiểm soát (xung nhiễu trên mạch line-to-line). Những dòng xung nhiễu trên neutral-to-ground sẽ toàn chiếm mạch này. Do đó, mạch ức chế trên neutral-to-ground khó tránh khỏi hao mòn (giảm tuổi thọ) gia tăng. Xung nhiễu trên phase-to-neutral sẽ phân chia ra dựa vào trở kháng xung hay tần số trở kháng cao, chúng có xu hướng chảy tới liên kết ground-to-neutral trên bảng điều khiển. Một phần chảy xuống đất, một phần dòng xung trên neutral-to-ground sẽ chảy qua mạch bảo vệ neutral-to-ground. Vì vậy, chân này của mạch bảo vệ thường có liên kết yếu nhất trong thiết kế kiểu mạch ức chế một phần.
Xem xét một TVSS có mạch bảo vệ riêng biệt cho tất cả các phase của nguồn điện 3 phase. TVSS này cung cấp 10 mạch ức chế riêng biệt cho tất cả các cặp dây dẫn line-to-neutral, line-to-ground, line-to-line, and neutral-to-ground. Nếu một xung nhiễu 10.000 V xuất hiện trên phase A, B, và C, mạch bảo vệ line-to-neutral và line-to-ground sẽ kích hoạt kết nối dây trung tính và dây đất cho phép điện áp xung đi qua. Lúc này, khác biệt điện áp giữa dây trung tính và dây đất là 0 Volts, điều này đồng nghĩa với không có xung ngược và dòng nhiễu gây hại cho thiết bị. Bên cạnh đó, dòng xung sẽ phân chia trên 2 mạch riêng rẽ line-to-neutral và line-to-ground. Một nửa của dòng xung chảy qua mạch ức chế line-to-neutral và line-to-ground xuống đất, một nửa còn lại tạo thành nhiệt tản ra không khí. Không như một TVSS với mạch ức chế một phần thì toàn bộ dòng xung sẽ tạo thành nhiệt.
Với một TVSS mạch bảo vệ một phần, tất cả nhiệt độ và hao mòn xuất hiện trên mạch line-to-neutral. Nhưng với TVSS có tất cả mạch ức chế riêng biệt, hoạt động lan ra giữa các mạch cho độ tin cậy cao hơn, nhiệt độ trên mỗi mạch thấp hơn, có các thành phần dự phòng, và tuổi thọ lâu hơn rất nhiều. Và với TVSS có tất cả mạch ức chế riêng biệt , mạch neutral-to-ground sẽ kiểm soát bất kỳ nào xung nhiễu trên mạch này. Giả sử mạch ức chế của phase A kích hoạt đầu tiên, nó sẽ là nguyên nhân kích hoạt mạch line-to-line để kiểm soát xung nhiễu trên mạch này trong khi các mạch bảo vệ khác cũng được kích hoạt nhằm kiểm soát hoàn toàn hoạt động xung nhiễu. Hiện nay, chỉ TVSS với tất cả mạch bảo vệ riêng biệt mới có khả năng cung cấp sự bảo vệ an toàn cho các thiết bị điện tử nhạy cảm hay hệ thống điện tử quan trọng.
Khi một nhà cung cấp thiết bị TVSS cung cấp bảng dữ liệu điện áp cho qua trên tất cả các mạch, vậy điều đó có nghĩa là tất cả các mạch được thiết kế riêng biệt không?
Tất nhiên là không, điều này là nguyên nhân gây ra nhầm lẫn cho rất nhiều kỹ sư và người mua. Đối với nguồn điện 3 phase, số lượng mạch bảo vệ riêng biệt tối thiểu để cho ra tất cả các thông số điện áp cho qua là 4. Ví dụ, nhãn hiệu X cung cấp 4 mạch bảo vệ line-to-neutral (3 mạch) và neutral-to-ground (1 mạch). Nhãn hiệu X đã thử nghiệm trên mạch bảo vệ line-to-neutral và cho ra kết quả điện áp cho qua trên mạch này. Kết quả điện áp cho qua từ dòng xung đi qua mạch riêng biệt line-to-neutral . Tiếp tục, nhãn hiệu X đã thử nghiệm xung trên mạch line-to-line. Lần này, xung thử nghiệm sẽ đi từ phase A tới phase trung tính và quay trở lại phase B. Lưu ý rằng, ở đây (nhãn hiệu X) các mạch bảo vệ line-to-line không có sự riêng biệt, độc lập. Vì vậy, với một xung trên mạch line-to-line, mạch ức chế neutral-to-ground phải thực hiện hai nhiệm vụ. Nhãn hiệu X đã có những con số cho tài liệu tiếp thị của họ nhưng người mua thì không hề biết điều gì đã xảy ra. Tiếp theo, nhãn hiệu X thử nghiệm trên mạch line-to-ground, xung thử nghiệm sẽ đi qua mạch ức chế line-to-neutral sau đó qua mạch ức chế neutral-to-ground. Một lần nữa, nhãn hiệu X có các con số cho tài liệu tiếp thị, nhưng bạn sẽ không biết như thế nào? Chỉ 4 lít xăng không thể làm được khối lượng công việc của 10 lít xăng. Bốn mạch bảo vệ không thể làm việc của 10 mạch được. 4 không thể bằng 10. Trong khi các tiêu chuẩn công nghiệp của chúng ta chỉ thử nghiệm trên một mạch tại một thời điểm, điều này tương đối dễ dàng cho các nhà sản xuất TVSS để gây nhầm lẫn cho người mua bằng cách cung cấp dữ liệu mà dường như thể hiện đúng tất cả các mạch bảo vệ.
Những lợi ích của tất cả các mạch bảo vệ riêng biệt là gì? Tại sao lại chọn TVSS có tất cả các mạch bảo vệ riêng biệt?
Tất cả các mạch bảo vệ riêng biệt là hoạt động hiệu quả duy nhất.
Tất cả các mạch bảo vệ riêng biệt là bắt buộc tại bảng (điện) điều khiển chính và các bảng điều khiển nhánh cung cấp nguồn cho thiết bị điện tử nhạy cảm hay hệ thống điện quan trọng. Và nên được sử dụng cùng với hệ thống bảo vệ tổng. Đây là phương pháp bảo vệ duy nhất có thể kiểm soát xung nhiễu điện áp (và dòng xung nhiễu) trên từng mạch, hay các mạch mà chúng xuất hiện. Và việc kiểm soát này không tạo ra xung ngược hay chênh lệch điện áp xung trên các mạch điều mà mạch bảo vệ giảm không làm được.
Vì những lý do đó, TVSS với tất cả các mạch bảo vệ riêng biệt là không thể thay thế. Và những người mua cần nhận ra rằng họ không cần phải chi tiêu nhiều cho các thiết bị bảo vệ nguồn điện khác.

--------------------------------------------------------------------------------
Xem bài viết cùng chuyên mục: