Sự cố quá áp do sét đánh lan truyền là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây hư hỏng thiết bị, làm gián đoạn vận hành và gây thiệt hại kinh tế nghiêm trọng tại các nhà máy, tòa nhà. Để đảm bảo an toàn, việc tích hợp giải pháp chống sét công nghiệp vào hệ thống tủ điện M&E là yêu cầu bắt buộc đối với mọi kỹ sư thiết kế và nhà thầu cơ điện. Trong bài viết, HVC Hưng Yên sẽ cung cấp tới bạn cách lựa chọn, lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền SPD và bảo vệ quá áp hệ thống điện hạ thế hiện nay.

Vì sao hệ thống tủ điện M&E cần chống sét và bảo vệ quá áp?

Tác động thực tế của sự cố quá áp và sét lan truyền

Chống sét tủ điện và bảo vệ quá áp là tập hợp các biện pháp kỹ thuật nhằm ngăn chặn dòng điện có điện áp cao đột biến xâm nhập vào mạng lưới điện. Nếu không có hệ thống bảo vệ, các xung điện áp này sẽ phá hủy lớp cách điện của thiết bị, gây chập cháy tủ điện và làm dừng toàn bộ dây chuyền sản xuất.

Các dạng sét và nguyên nhân gây quá áp trong hệ thống điện

Hệ thống điện hạ thế thường bị ảnh hưởng bởi 3 nguyên nhân chính:

• Sét đánh trực tiếp (Direct Strike): Sét đánh thẳng vào tòa nhà hoặc đường dây truyền tải trên không, tạo ra dòng năng lượng cực lớn (kA).
• Sét đánh gián tiếp/Sét lan truyền (Indirect Strike): Sét đánh vào vùng lân cận hoặc cảm ứng điện từ lên các đường dây kim loại (điện thông tin, điện lực) rồi truyền vào tủ điện hạ thế.
• Quá áp nội bộ do đóng cắt (Switching Surges): Đây là hiện tượng xung dòng xuất hiện khi khởi động các tải lớn như động cơ, máy biến áp, hệ thống điều hòa không khí HVAC hoặc do ngắn mạch.

Hậu quả nghiêm trọng khi thiếu thiết bị cắt sét

Khi không lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền SPD, doanh nghiệp phải đối mặt với:

• Thiệt hại phần cứng: Cháy hỏng bo mạch PLC, biến tần, máy tính điều khiển và hệ thống đo lường (đây là các thiết bị chịu xung áp thấp).
• Gián đoạn vận hành: Nhà máy dừng sản xuất, tòa nhà mất điện, gây thiệt hại doanh thu hàng tỷ đồng mỗi giờ.
• Nguy cơ cháy nổ: Hồ quang điện phát sinh do quá áp có thể là nguyên nhân dẫn đến các vụ hỏa hoạn tại phòng điện trung tâm.

Thiết bị chống sét lan truyền SPD là gì?

Thiết bị chống sét lan truyền SPD (Surge Protective Device) là thiết bị điện có nhiệm vụ giới hạn các mức điện áp dư (quá áp đột biến) và xả dòng điện xung (dòng sét) xuống hệ thống tiếp địa nhằm bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị phụ tải an toàn.

Hướng dẫn lựa chọn SPD phù hợp cho từng loại tủ điện và công trình

Để lựa chọn đúng chống sét lan truyền cho tủ điện, kỹ sư cơ điện cần căn cứ vào vị trí vùng bảo vệ (LPZ), cấu trúc nguồn điện lưới (TT, TNS, TNC, IT) và độ nhạy của tải.

Lựa chọn theo loại tủ điện M&E

• Tủ điện tổng MSB (Main Distribution Board): Yêu cầu bắt buộc lắp SPD Type 1 hoặc SPD Type 1+2 (kết hợp). Thông số dòng chịu sét tối thiểu phải đạt 12.5 kA hoặc 25 kA mỗi cực tùy thuộc vào công trình có trang bị kim thu sét cổ điển/tia tiên đạo hay không.
• Tủ điện phân phối DB (Distribution Board): Lắp đặt SPD Type 2 để bảo vệ thứ cấp, dập tắt các xung điện áp dư từ tủ tổng truyền về và xung đóng cắt nội bộ. Thông số phổ biến từ 20 kA đến 40 kA.
• Tủ điều khiển và hệ thống HVAC: Khu vực chứa biến tần, PLC, màn hình HMI cần lắp SPD Type 2 hoặc Type 3 chuyên dụng có tích hợp bộ lọc nhiễu thông tần (Sine wave tracking) nhằm bảo vệ dữ liệu điều khiển không bị sai lệch.

Lựa chọn theo loại hình công trình

• Chống sét cho nhà máy sản xuất: Đặc thù nhà máy có diện tích mái lớn, nhiều máy móc công suất cao. Cần bố trí SPD Type 1 tại tủ MSB trạm biến áp và các khối SPD Type 2 tại các tủ phân phối xưởng sản xuất để cách ly nhiễu đóng cắt giữa các dây chuyền.
• Chống sét cho tòa nhà cao tầng: Các tòa nhà chung cư, văn phòng thường chịu ảnh hưởng sét đánh vào đỉnh tòa nhà. Cần chú ý lắp đặt SPD cho các trục cáp động lực chạy dọc hộp kỹ thuật và bảo vệ đặc biệt cho hệ thống tủ điện phòng trung tâm dữ liệu (Data Center), tủ điều khiển thang máy.

Bí kíp chọn thiết bị chống sét lan truyền cho kỹ sư M&E

• Xác định hệ thống nối đất của công trình (TNS, TNC, TT).
• Kiểm tra xem tòa nhà có hệ thống chống sét trực tiếp (kim thu sét) không? (Nếu có chọn Type 1 tại tủ MSB).
• Xác định điện áp vận hành liên tục lớn nhất.
• Xác định mức điện áp bảo vệ của SPD phải thấp hơn độ bền xung điện áp chịu đựng của thiết bị cần bảo vệ.
• Chọn MCB/Cầu chì bảo vệ dòng rò ngược (Backup fuse) phù hợp theo khuyến cáo của hãng sản xuất SPD.

Giải pháp chống sét tổng thể cho hệ thống M&E và tiêu chuẩn kỹ thuật

Một giải pháp bảo vệ hệ thống điện toàn diện là sự phối hợp của 3 lớp rào chắn kỹ thuật sau:

• Lớp 1: Kim thu sét & Lồng Faraday.
• Lớp 2: Hệ thống tiếp địa điện lực & chống sét < 4 Ohm.
• Lớp 3: Hệ thống SPD đa cấp trong tủ điện M&E.

Các tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc tuân thủ

Khi thiết kế và thi công hệ thống tủ điện M&E, các nhà thầu phải tuân thủ nghiêm ngặt các bộ tiêu chuẩn:

• IEC 62305: Tiêu chuẩn quốc tế về bảo vệ chống sét (Từ phần 1 đến phần 4 về quản lý rủi ro và bảo vệ thiết bị điện tử).
• IEC 61643-11: Tiêu chuẩn về thiết bị bảo vệ quá áp thấp áp.
• TCVN 9385:2012: Tiêu chuẩn Việt Nam về chống sét cho công trình xây dựng – Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống.

Yêu cầu cốt lõi về tiếp địa: Hệ thống bãi tiếp địa dùng cho chống sét lan truyền trong tủ điện phải có điện trở đất đạt tiêu chuẩn kỹ thuật (thường là R < 4, đối với các hệ thống viễn thông, data center đặc thù yêu cầu R < 1). Nếu bãi tiếp địa không đạt, toàn bộ năng lượng sét không thể thoát nhanh xuống đất, gây hiện tượng điện áp sụt ngược và phá hủy tủ điện.

Những sai lầm thường gặp khi lắp đặt SPD

Trong quá trình tư vấn và chế tạo, sản xuất tủ điện, HVC đã ghi nhận nhiều trường hợp hệ thống chống sét hoàn toàn vô tác dụng do lắp đặt sai kỹ thuật:

1. Quy tắc chiều dài dây dẫn “Đường dây 50cm” bị bỏ qua

Theo tiêu chuẩn IEC 60364-5-534, tổng chiều dài dây nối từ pha động lực vào SPD và từ SPD ra thanh busbar tiếp địa không được vượt quá 50cm. Cứ mỗi mét dây dài thêm, do hiện tượng cảm ứng điện từ của dòng sét, điện áp dư sẽ tăng thêm khoảng 1kV. Nếu dây quá dài, điện áp bảo vệ thực tế đặt lên thiết bị sẽ vượt ngưỡng chịu đựng, khiến SPD mất tác dụng.

2. Đi chung đường dây “sạch” và dây “bẩn”

Dây dẫn dòng sét từ SPD xuống bãi tiếp địa (dây bẩn) được đi chung máng cáp, bó chặt với các dây cấp nguồn đầu ra cho thiết bị nhạy cảm (dây sạch). Hiện tượng cảm ứng điện từ sẽ khiến xung sét chuyển từ dây bẩn sang dây sạch, bỏ qua hàng rào bảo vệ của SPD.

3. Không lắp thiết bị bảo vệ dự phòng (MCB phối hợp) cho SPD

Khi SPD hoạt động quá tải hoặc hết tuổi thọ, linh kiện Varistor bên trong có thể bị ngắn mạch liên tục. Nếu không lắp một MCB hoặc cầu chì phối hợp phía trước SPD, sự cố ngắn mạch này sẽ làm sập aptomat tổng của nhà máy, thậm chí gây nổ tung module SPD.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Tuổi thọ của thiết bị chống sét lan truyền SPD là bao lâu? Khi nào cần thay thế?

SPD không có tuổi thọ tính theo năm cố định mà tính theo số lần cắt xung sét. Trên mặt thiết bị luôn có cửa sổ chỉ thị màu: Màu xanh là hoạt động tốt, màu đỏ nghĩa là linh kiện bảo vệ bên trong đã hỏng (bị suy hao do cắt nhiều xung dòng lớn) và cần phải thay thế module mới ngay lập tức.

2. Có cần cách ly SPD khi tiến hành đo điện trở cách điện (Megger test) của tủ điện không?

CÓ. Khi đo điện trở cách điện bằng đồng hồ Megohmmeter với điện áp cao (500VDC hoặc 1000VDC), SPD sẽ hiểu nhầm đó là một xung quá áp và sẽ kích hoạt chế độ dẫn dòng short-circuit xuống đất. Điều này dẫn đến kết quả đo cách điện bị sai lệch (báo ngắn mạch) hoặc có thể làm hỏng linh kiện Varistor của SPD. Hãy rút module SPD ra trước khi đo đạc.

3. Tại sao đã lắp kim thu sét hiện đại ở mái tòa nhà rồi vẫn phải lắp SPD trong tủ điện?

Kim thu sét chỉ bảo vệ công trình khỏi nguy cơ cháy nổ cấu trúc vật lý do sét đánh thẳng (Trực tiếp). Tuy nhiên, khi dòng sét hàng trăm kA truyền xuống đất, nó tạo ra điện từ trường cực lớn cảm ứng vào mạng lưới dây điện chạy trong tòa nhà, hình thành xung sét lan truyền. Do đó, lắp SPD trong tủ điện là mảnh ghép bắt buộc để bảo vệ lõi thiết bị điện tử bên trong.

Hệ thống chống sét và bảo vệ quá áp cho tủ điện M&E mang nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho toàn bộ hạ tầng cơ điện của doanh nghiệp. Việc đầu tư bài bản cho thiết bị SPD, tuân thủ quy trình lắp đặt là giải pháp tối ưu nhất để bảo vệ khối tài sản máy móc thiết bị hàng tỷ đồng.

4. Nên mua tủ điện M&E ở đâu?

Công ty TNHH HVC Hưng Yên tự hào là đơn vị uy tín hàng đầu trong lĩnh vực tư vấn kỹ thuật, thiết kế và sản xuất hệ thống tủ điện M&E chuẩn ISO. Chúng tôi cam kết mang lại các giải pháp tủ điện hạ thế, tủ MSB, tủ DB… an toàn, chất lượng, tối ưu hiệu quả và chi phí. Nếu quý khách đang cần tìm hệ thống tủ điện tối ưu cho công trình của mình, hãy liên hệ ngay tới chúng tôi để nhận tư vấn miễn phí từ đội ngũ kỹ sư hàng đầu với nhiều năm kinh nghiệm trong thiết kế, sản xuất và lắp đặt tủ điện.

Thông tin liên hệ:

CÔNG TY TNHH HVC HƯNG YÊN

– Văn phòng giao dịch: Tầng 8, Tòa tháp C – Hồ Gươm Plaza, số 102 Trần Phú, P. Hà Đông, TP. Hà Nội

– Nhà máy sản xuất: Thôn Thọ Bình, xã Triệu Việt Vương, tỉnh Hưng Yên

– Hotline: 0243 540 2246

– Website: https://tudienhvc.net/ 

– Email: info@hvcgroup.net