Chống sét van là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng thực tế

Sét là một trong những hiện tượng thiên nhiên nguy hiểm, có thể gây ra những thiệt hại nặng nề về tài sản và thậm chí là tính mạng con người. Trong các hệ thống điện, từ lưới điện truyền tải quy mô lớn đến các thiết bị điện tử dân dụng, nguy cơ bị hư hỏng do quá áp do sét đánh là rất cao. Để giải quyết vấn đề này, một thiết bị vô cùng quan trọng đã ra đời và được sử dụng rộng rãi: chống sét van.

Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn toàn diện, chi tiết về "chống sét van là gì", cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại, ứng dụng và tầm quan trọng của nó trong cuộc sống hiện đại.

Đôi nét về chống sét van

Chống sét van là thiết bị bảo vệ quan trọng trong hệ thống điện. Dưới đây là những thông tin cơ bản bạn cần biết.

1. Định nghĩa: Chống sét van là gì?

Chống sét van (tên tiếng Anh: Lightning Arrester hoặc Surge Arrester) là một thiết bị bảo vệ được thiết kế để giới hạn điện áp quá độ (transient overvoltages) bằng cách chuyển hướng dòng điện tăng vọt (surge current) xuống đất một cách an toàn.

Chống sét van là thiết bị chống sét lan truyền, không có chức năng dẫn dòng sét đánh trực tiếp mà chủ yếu bảo vệ hệ thống điện khỏi xung quá áp do sét lan truyền hoặc đóng cắt mạch điện.

Thiết bị này được lắp đặt song song với các thiết bị điện cần bảo vệ. Ở điều kiện hoạt động bình thường, chống sét van đóng vai trò như một vật cách điện lý tưởng. 

Tuy nhiên, khi có sự cố quá áp đột biến do sét đánh trực tiếp hoặc do cảm ứng sét lan truyền, hoặc các sự cố đóng cắt mạch điện, điện trở của nó sẽ ngay lập tức giảm xuống mức cực thấp, tạo ra một đường dẫn điện an toàn cho dòng điện xung sét thoát xuống hệ thống tiếp địa, bảo vệ thiết bị điện phía sau khỏi hư hỏng.

2. Tầm quan trọng thiết yếu

Tầm quan trọng của chống sét van là không thể phủ nhận:

• Bảo vệ tài sản: Ngăn ngừa thiệt hại nặng nề cho các thiết bị đắt tiền như máy biến áp, tủ điều khiển, hệ thống điện tử nhạy cảm, v.v.
• Đảm bảo an toàn con người: Giảm thiểu nguy cơ chập cháy, nổ do sét đánh, bảo vệ an toàn cho người vận hành và người sử dụng.
• Duy trì sự ổn định hệ thống: Tránh gián đoạn cung cấp điện do sự cố hư hỏng thiết bị, đảm bảo hoạt động liên tục cho các ngành công nghiệp và dịch vụ thiết yếu.

Cấu tạo của chống sét van

Cấu tạo của chống sét van khá đơn giản nhưng lại dựa trên nguyên lý vật lý phức tạp. 

Các loại chống sét van hiện đại (đặc biệt là loại không khe hở dùng oxit kim loại) thường bao gồm các bộ phận chính sau:

• Phần tử chính (đĩa MOV): Đây là trái tim của thiết bị. Nó thường được làm từ các vật liệu bán dẫn như Oxit Kẽm (ZnO), được xếp chồng lên nhau thành một cột. Các đĩa ZnO này có đặc tính điện trở phi tuyến tính đặc biệt: điện trở thay đổi theo điện áp đặt vào.
• Hệ thống khe hở phóng điện (đối với loại truyền thống): Ở các loại chống sét van cũ hơn, người ta sử dụng các khe hở không khí để tạo đường phóng điện khi điện áp đạt ngưỡng.
• Vỏ bảo vệ (vỏ cách điện): Thường làm bằng sứ hoặc polymer composite chất lượng cao. Vỏ này có chức năng cách điện với môi trường bên ngoài, bảo vệ các phần tử bên trong khỏi độ ẩm, bụi bẩn và các tác động cơ học.

Nguyên lý hoạt động chi tiết

Nguyên lý hoạt động của chống sét van dựa trên đặc tính phi tuyến của phần tử chính (ZnO) và có thể chia thành hai trạng thái chính:

1. Ở điều kiện hoạt động bình thường (không có sét)

Khi hệ thống điện hoạt động ở điện áp định mức (ví dụ 220V, 10kV, 35kV...), điện áp đặt lên hai đầu chống sét van ở mức thấp. Lúc này, phần tử ZnO có điện trở rất cao, gần như vô hạn. 

Dòng điện đi qua chống sét van xuống đất rất nhỏ (gọi là dòng rò), không đáng kể, và thiết bị gần như không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của lưới điện.

2. Khi có quá áp đột biến (do sét đánh hoặc sự cố)

Khi sét đánh hoặc có xung đột biến quá áp, điện áp trên hệ thống tăng vọt lên mức rất cao trong thời gian ngắn. Ngay lập tức, đặc tính phi tuyến của vật liệu ZnO phát huy tác dụng: điện trở của nó giảm mạnh xuống mức cực thấp (chỉ vài Ohm).

Khi điện trở giảm, chống sét van trở thành một đường dẫn điện ưu tiên cho dòng sét cường độ lớn chạy qua, chuyển hướng dòng năng lượng khổng lồ này xuống hệ thống tiếp địa (nối đất) một cách nhanh chóng và an toàn. Điện áp trên thiết bị cần bảo vệ được giới hạn ở một mức an toàn, ngăn ngừa hư hỏng.

3. Sau khi quá áp kết thúc

Quá trình phóng điện diễn ra rất nhanh (trong vài micro giây). Khi xung quá áp đi qua và điện áp trên lưới điện trở lại mức bình thường, điện trở của chống sét van sẽ tự động tăng vọt trở lại trạng thái cao ban đầu, ngắt dòng điện đi xuống đất và cho phép hệ thống điện hoạt động trở lại bình thường.

Phân loại chống sét van phổ biến

Trên thị trường hiện nay có nhiều cách phân loại chống sét van, chủ yếu dựa trên cấu tạo và cấp điện áp sử dụng:

1. Theo cấu tạo và vật liệu

• Chống sét van có khe hở phóng điện (Gap Type): Là loại truyền thống, sử dụng khe hở không khí. Nhược điểm là thời gian phản ứng chậm hơn và có thể phát sinh hồ quang điện kéo dài sau khi phóng sét.
• Chống sét van không khe hở (Gapless Type) hay Chống sét van Oxit kim loại (MOV Arrester): Loại phổ biến nhất hiện nay. Sử dụng các đĩa ZnO nén chặt. Ưu điểm là phản ứng cực nhanh, không phát sinh hồ quang kéo dài và độ tin cậy cao hơn.

2. Theo cấp điện áp

• Chống sét van hạ thế: Dùng cho lưới điện dân dụng, công nghiệp điện áp thấp (dưới 1000V). Thường lắp đặt trong tủ điện tổng hoặc gần các thiết bị nhạy cảm.
• Chống sét van trung thế: Dùng cho lưới điện từ 1kV đến 35kV, bảo vệ các trạm biến áp trung gian, đường dây truyền tải.
• Chống sét van cao thế và siêu cao thế: Dùng cho các hệ thống truyền tải điện lớn, điện áp từ hàng trăm kV trở lên.

👉 Đọc thêm để hiểu rõ: So sánh chi tiết các loại chống sét van phổ biến hiện nay

Ứng dụng thực tế và vị trí lắp đặt lý tưởng

Chống sét van được ứng dụng rộng rãi ở hầu hết các điểm xung yếu trong hệ thống điện:

• Tại các trạm biến áp: Lắp đặt ở phía sơ cấp (trước máy biến áp) để bảo vệ trái tim của hệ thống điện.
• Dọc theo đường dây truyền tải: Đặc biệt ở những khu vực địa hình cao, trống trải, thường xuyên bị sét đánh.
• Tại đầu vào các tủ điện phân phối chính: Bảo vệ hệ thống điện trong các tòa nhà, nhà máy, xí nghiệp.
• Bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm: Máy chủ, hệ thống camera an ninh, thiết bị viễn thông.

Vị trí lắp đặt: Chống sét van luôn được lắp đặt song song (shunt) với thiết bị cần bảo vệ. Một đầu nối vào dây pha hoặc dây nóng, đầu còn lại được nối trực tiếp xuống hệ thống tiếp địa có điện trở suất thấp.

Để đảm bảo hiệu quả bảo vệ tối ưu, việc lắp đặt chống sét van cần được thực hiện bởi đơn vị chuyên nghiệp, am hiểu tiêu chuẩn kỹ thuật và có kinh nghiệm thực tế. Việc thi công sai kỹ thuật hoặc tiếp địa không đạt chuẩn có thể khiến thiết bị mất tác dụng, thậm chí gây nguy hiểm cho hệ thống điện.

Tân Tiến hiện là đối tác đại diện chính thức tại Việt Nam của các thương hiệu chống sét hàng đầu quốc tế:

• Sertec CMCE (Paraguay / Asia Pacific) – công nghệ trung hòa sét tiên tiến được triển khai trên 50 nước trên thế giới, đã được xác thực trên hệ thống phân phối Find a Dealer toàn cầu.
• OBO Bettermann (Đức) – tập đoàn lớn về thiết bị chống sét & hệ thống tiếp địa, Tân Tiến được xác nhận chính thức trên hệ thống đại lý của OBO khu vực Châu Á – Thái Bình Dương.
• AT3W (Tây Ban Nha) – nhà sản xuất kim thu sét ESE & hệ thống cảnh báo sét ATSTORM®, Tân Tiến giữ vai trò đại diện thương mại tại Việt Nam.

Với vai trò đại diện chính thức, Tân Tiến cung cấp giải pháp – thiết bị – tư vấn kỹ thuật chuẩn hãng, hỗ trợ triển khai thực tế và đảm bảo toàn bộ sản phẩm đến tay khách hàng đều chính hãng, đúng tiêu chuẩn quốc tế và được hãng công nhận.

Lưu ý khi lựa chọn và sử dụng

Để chống sét van phát huy hiệu quả tối đa, cần lưu ý:

• Lựa chọn đúng cấp điện áp: Phải chọn chống sét van có điện áp định mức phù hợp với điện áp làm việc của hệ thống.
• Kiểm tra chất lượng tiếp địa: Hệ thống tiếp địa (nối đất) phải đạt tiêu chuẩn (điện trở tiếp địa thấp) thì dòng sét mới thoát đi hiệu quả được.
• Bảo trì định kỳ: Cần kiểm tra tình trạng hoạt động của chống sét van, đặc biệt là sau những cơn bão lớn, để đảm bảo thiết bị vẫn hoạt động tốt.

Kết luận

Chống sét van là gì? đó là người hùng thầm lặng bảo vệ hệ thống điện của chúng ta trước sự tàn phá của thiên nhiên. Với nguyên lý hoạt động thông minh, khả năng phản ứng tức thời, chống sét van đóng vai trò thiết yếu trong việc bảo vệ tài sản, duy trì hoạt động sản xuất và đảm bảo an toàn cho con người.

Việc hiểu rõ và lắp đặt đúng chủng loại chống sét van ở vị trí thích hợp là khoản đầu tư thông minh và cần thiết cho bất kỳ hệ thống điện nào ngày nay.

Hy vọng qua bài viết đã giúp bạn hiểu hơn về khái niệm chống sét van là gì? Nếu còn bất kỳ thắc mắc nào bạn hãy để lại bình luận bên dưới nhé!