Chống sét van Cooper 1

BỘ NGẮT NỐI CHỐNG SÉT VAN: CẤU TẠO, LẮP ĐẶT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
I. Giới thiệu chung
Chống sét van (CSV) là thiết bị hạn chế các quá điện áp xảy ra trong lưới điện nhằm bảo vệ cách điện chính cho các thiết bị nhất thứ trong hệ thống điện. Chống sét van tạo ra một đường dẫn đưa dòng điện về đất khi có sự cố quá điện áp khí quyển hoặc quá điện áp nội bộ và sau đó khôi phục trạng thái bình thường trong điều kiện vận hành. Một số chống sét van trung thế và chống sét van đường dây hiện nay có bộ ngắt nối được gắn nối tiếp vào phần đuôi của chống sét van, bộ phận này sẽ hoạt động khi có dòng điện sự cố ở tần số công nghiệp đi qua.
II. Bộ ngắt nối
Một bộ ngắt nối chống sét van như trong hình 1 là thiết bị được gắn nối tiếp vào đuôi của chống sét van, sẽ tách phần dây nối đất từ đuôi của chống sét van nếu chống sét van bị quá tải hoặc bị sự cố. Nó được xem như là một bộ phận cách ly hoặc ngắt dây nối đất.  
Bộ ngắt nối này chỉ hoạt động khi có dòng điện ở tần số công nghiệp chạy qua, nó không hoạt động với dòng xung. Đặc tính làm việc dòng điện – thời gian (I-t) của một bộ ngắt nối điển hình như sau:
Dòng điện (A)    0,05    0,5    2    20    200    800
Thời gian tác động (s)    300-400    50-70    4-6    0,4-0,5    0,03-0,04    0,008-0,015
Bảng 1: Thời gian tác động của bộ ngắt nối theo dòng điện
III. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Hiện nay, nguyên lý thiết kế chung của bộ ngắt nối bao gồm một điện trở gia nhiệt, phần tử kích nổ và một số thành phần phụ khác, sơ đồ nguyên lý được thể hiện như trong hình 2. Có thể có một số khác nhau trong thiết kế nhưng về nguyên tắc các phần tử và hoạt động là giống nhau. Trong quá trình vận hành bình thường của chống sét van, dòng điện rò chạy qua điện trở gia nhiệt và phần tử cách ly. Phần tử cách ly thông thường là một thiết bị dể bị gây nổ khi bị kích hoạt bởi sự gia nhiệt. Trong quá trình thoát dòng xung sét, sự gia nhiệt trong bộ ngắt nối là không đủ để kích hoạt phần tử cách ly hoạt động. Phần tử kích nổ được thiết kế chỉ hoạt động khi có dòng sự cố ở tần số công nghiệp chạy qua thiết bị. 
IV. Đường cong đặc tính dòng điện – thời gian

Mỗi bộ ngắt nối đều có một đường cong đặc tính dòng điện – thời gian được thể hiện ở dạng đồ thị (hình 3) hoặc dạng bảng (bảng 1). Đường cong này dùng để xác định thời gian kích hoạt bộ ngắt nối hoạt động – đối với hầu hết các CSV có bộ ngắt nối thì nhiệt độ đủ để kích hoạt là khoảng 1800C. Việc gia nhiệt được có thể thực hiện bằng 2 cách sau đây:
-    Sử dụng vật liệu có khả năng sinh nhiệt cao như NiCr. Hợp kim này ngoài khả năng sinh nhiệt cao còn có khả năng chống lão hóa tốt. 
-    Sử dụng nhiệt từ hồ quang tạo ra từ mỏ phóng nhỏ trong quá trình có dòng sự cố chạy qua. Đây là phương pháp được ứng dụng vào năm 1939 nhưng đến bây giờ vẫn phát huy hiệu quả cao.
V. Phối hợp với các thiết bị quá dòng
Nếu một thiết bị quá dòng đặt ở vị trí trên của một chống sét van với bộ ngắt nối, thì có thể khả năng kích hoạt của bộ ngắt nối chậm hơn so với thiết bị quá dòng. Vì thế người thiết kế phải thận trọng trong việc sử dụng một chống sét van có bộ ngắt nối để phối hợp chính xác với đường cong kích hoạt sự hoạt động của bộ ngắt nối với đường cong chảy tối thiểu của thiết bị quá dòng. Có thể tóm lại là nếu thiết bị quá dòng chậm hơn đường cong liên kết cầu chì  thì việc phối hợp với bộ ngắt sẽ đạt được. 

VI. Vị trí an toàn của bộ ngắt nối
Các bộ ngắt nối thường lắp đặt ở phần cuối của chống sét van như hình 4. Trong cách lắp này dể dàng thấy được khi bộ ngắt nối hoạt động thì phần đuôi của CSV sẽ chịu một điện áp cao. Chính vấn đề này sẽ liên quan đến việc lắp đặt sao cho khi bộ ngắt nối đã hoạt động thì không được phóng điện giữa phần đuôi của CSV đến các bộ phận khác.
Một vấn đề an toàn khác của các bộ ngắt nối cần quan tâm nữa là khi bột kích hoạt được gia nhiệt đến nhiệt độ kích hoạt nó sẽ cách ly bộ ngắt với lực và tốc độ lớn. Điều này có thể làm phóng ra các mảnh vỡ và tia lửa. 
Vấn đề an toàn thứ 3 cần quan tâm với bộ ngắt nối là thiết bị được kích hoạt bởi nhiệt chính vì vậy không nên bị gia nhiệt trong lò trên 1500C vì nó có thể gây kích hoạt bộ ngắt nối làm việc. Điều này liên quan đến việc bảo quản và vận chuyển CSV.
VII. Các vấn đề liên quan đến lắp đặt
Một điều quan trọng cần chú ý đến là khi bộ ngắt nối hoạt động và cách ly phần nối đất của chống sét, dây nối phải có chiều dài phù hợp để cho phép nó tạo ra một khoảng cách giữa đuôi của chống sét và phần bị cách ly. Dây nối này yêu cầu khi bộ ngắt hoạt động phải tạo ra được khoảng cách an toàn như đã đề cập. Khi các chống sét van lắp trên một thanh ngang, song song với nhau, cần chú ý đến việc lắp đặt của pha ở giữa. Dây nối đất của pha này không được liên kết với 2 pha còn lại. Điều này có thể gây ra nguyên nhân hệ thống phải cắt điện trong khi bộ ngắt đã hoạt động và cách ly ra khỏi chống sét van.
VIII. Kết luận

    Các CSV trung thế và CSV đường dây hiện nay hầu như đều có lắp bộ ngắt nối. Vì thế việc chọn lựa, lắp đặt CSV này cần được chú trọng để đạt được các yêu cầu về mặc kỹ thuật cũng như ứng dụng được các ưu điểm mà CSV này mang lại. Ngoài ra đối với các CSV đường dây khi lắp thêm bộ ngắt nối cần quan tâm về khả năng chịu đựng các ứng suất cơ học, điện học, momen uốn và vặn xoắn trong khi vận hành. 
Tài liệu tham khảo
1.    IEC 60099-4 (2014) - Part 4: Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c. systems.
2.    IEC 60099-5 (2013) - Part 5: Selection and application recommendations.
3.    EPRI - Transmission Line Surge Arrester.
4.    CIGRE – WG A3.17 MO Surge Arrester.