Chống sét van trong trạm biến áp – nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Chống sét van trong trạm biến áp – nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Chống sét van (Surge Arrester hoặc Lightning Arrester) là một trong những thiết bị bảo vệ quan trọng nhất trong trạm biến áp, có nhiệm vụ hạn chế quá điện áp do sét hoặc thao tác đóng cắt, từ đó bảo vệ máy biến áp và các thiết bị điện khỏi hư hỏng. Trong hệ thống điện hiện đại, chống sét van được lắp đặt ở nhiều vị trí khác nhau để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm thiểu sự cố.

Chống sét van là gì?

Chống sét van là thiết bị được mắc song song với thiết bị cần bảo vệ. Trong điều kiện vận hành bình thường, chống sét van gần như không dẫn điện. Khi xuất hiện quá điện áp vượt quá ngưỡng cho phép, thiết bị sẽ nhanh chóng dẫn dòng điện xung xuống đất, làm giảm điện áp trên thiết bị được bảo vệ.

Sau khi xung quá điện áp kết thúc, chống sét van tự động trở về trạng thái cách điện mà không cần thao tác đóng cắt.

Nguyên lý hoạt động của chống sét van

Nguyên lý làm việc của chống sét van dựa trên đặc tính phi tuyến của điện trở oxit kim loại (MOV – Metal Oxide Varistor), chủ yếu được chế tạo từ oxit kẽm (ZnO). Quá trình hoạt động gồm ba trạng thái:

1. TRẠNG THÁI BÌNH THƯỜNG:

• Điện áp hệ thống nhỏ hơn điện áp bảo vệ.
• Điện trở của chống sét van rất lớn.
• Chỉ tồn tại dòng rò rất nhỏ (μA đến mA).
• Thiết bị gần như không ảnh hưởng đến hệ thống điện.

2. TRẠNG THÁI QUÁ ÁP:

Các hiện tượng sét đánh trực tiếp vào đường dây; sét lan truyền; quá điện áp do đóng cắt máy cắt; quá điện áp cộng hưởng – dẫn đến tình trạng:

• Điện áp vượt ngưỡng.
• Điện trở MOV giảm rất nhanh.
• Chống sét van chuyển sang trạng thái dẫn.
• Dòng điện xung được truyền xuống hệ thống nối đất.
• Điện áp trên thiết bị được giữ dưới mức chịu đựng cách điện.

3. TRẠNG THÁI KẾT THÚC XUNG:

• Điện áp trở lại bình thường.
• MOV trở về điện trở rất lớn.
• Chống sét van ngừng dẫn điện.
• Hệ thống tiếp tục vận hành bình thường.

Cấu tạo của chống sét van

Một chống sét van hiện đại thường gồm 6 thành phần chính:

1. Vỏ cách điện: bằng sứ hoặc polymer (silicone), bảo vệ phần tử bên trong.
2. Khối điện trở MOV: thành phần chính quyết định khả năng bảo vệ.
3. Điện cực trên và dưới: kết nối với lưới điện và hệ thống tiếp địa.
4. Vòng làm kín: ngăn hơi ẩm xâm nhập.
5. Thiết bị đếm sét (tùy chọn): ghi nhận số lần chống sét van đã hoạt động.
6. Bộ tách sự cố (disconnector): tách chống sét van khỏi hệ thống khi thiết bị hỏng.

Các loại chống sét van thông dụng hiện nay

Theo vật liệu, chúng ta có chống sét van SiC (Silicon Carbide – công nghệ cũ, cần khe hở phóng điện) và chống sét van ZnO (Metal Oxide Surge Arrester – chống sét van không khe hở, khả năng bảo vệ tốt hơn).

Theo cấp điện áp, chúng ta có chống sét van hạ áp (≤ 1 kV); chống sét van trung thế (6 – 35kV); chống sét van cao áp (110 – 220 – 500kV).

Theo kết cấu, chúng ta có các loại chống sét van vỏ sứ, chống sét van cách điện polymer, chống sét van lắp ngoài trời hoặc trong nhà, trong tủ điện.

Ứng dụng chống sét van trong trạm biến áp

Trong các trạm biến áp 110kV, 220kV và 500kV, chống sét van ZnO hầu như được lắp tại:

• Đầu cực phía cao áp và trung áp của máy biến áp lực.
• Đầu vào và đầu ra các đường dây truyền tải.
• Các điểm nối giữa đường dây trên không và cáp ngầm.
• Gần thiết bị quan trọng như máy biến điện áp, máy biến dòng và thanh cái.

Đối với lưới điện phân phối 22kV và 35kV, chống sét van thường được lắp trên cột điện gần máy biến áp phân phối hoặc tại các vị trí có nguy cơ sét cao để bảo vệ thiết bị và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

1. Chống sét van bảo vệ máy biến áp lực:

Đây là công dụng hàng đầu của chống sét van. Thiết bị này được lắp gần đầu cực cao áp của máy biến áp nhằm hạn chế xung sét truyền vào cuộn dây, giảm thiểu nguy cơ đánh thủng cách điện, từ đó kéo dài tuổi thọ máy biến áp.

2. Chống sét van bảo vệ thanh cái:

Thanh cái là điểm tập trung nhiều thiết bị, do đó trang bị chống sét van giúp giảm biên độ quá điện áp, hạn chế lan truyền xung sét trong trạm và bảo vệ thiết bị đấu nối hiệu quả.

3. Chống sét van bảo vệ máy cắt và dao cách ly:

Khi thao tác đóng cắt, có thể xảy ra quá áp, chống sét van có tác dụng hấp thụ năng lượng xung, giảm ứng suất điện lên tiếp điểm và cách điện.

4. Chống sét van bảo vệ cáp ngầm:

Chống sét van đặt ở đầu tuyến cáp hoặc điểm chuyển tiếp giữa đường dây trên không và cáp ngầm. Từ đó, giúp hạn chế sóng quá điện áp truyền vào cáp và bảo vệ lớp cách điện hiệu quả hơn.

5. Chống sét van bảo vệ thiết bị đo lường:

Các thiết bị như: Máy biến điện áp (VT/PT); Máy biến dòng (CT); Thiết bị đo lường điện năng; Thiết bị điều khiển và bảo vệ đều có thể được bảo vệ khỏi xung quá điện áp bằng chống sét van.

Tiêu chí lựa chọn chống sét van phù hợp

Khi lựa chọn chống sét van cho trạm biến áp và hệ thống điện cần xem xét các yếu tố chính:

• Điện áp định mức của hệ thống.
• Điện áp làm việc liên tục lớn nhất (MCOV).
• Mức bảo vệ (Residual Voltage).
• Dòng xả danh định.
• Khả năng chịu năng lượng.
• Điều kiện môi trường (ô nhiễm, độ ẩm, vùng ven biển).
• Phối hợp cách điện với thiết bị cần bảo vệ.

Chống sét van là thiết bị không thể thiếu trong các trạm biến áp và lưới điện. Nhờ khả năng dẫn dòng xung xuống đất trong thời gian rất ngắn và tự phục hồi sau khi quá điện áp kết thúc, chống sét van giúp bảo vệ máy biến áp, thiết bị đóng cắt, cáp điện và hệ thống đo lường trước tác động của sét và quá điện áp thao tác. Việc lựa chọn đúng cấp điện áp, khả năng chịu năng lượng, phối hợp cách điện và bố trí lắp đặt hợp lý sẽ quyết định hiệu quả bảo vệ và độ tin cậy vận hành của toàn bộ hệ thống điện.

Để được tư vấn lựa chọn loại chống sét van phù hợp với hệ thống điện, Quý khách có thể liên hệ với chúng tôi: