CHỐNG SÉT 3 LINE DÙNG KHÍ GAS

GDT = Gas Discharge Tube: Ống phóng điện có khí.

Cấu tạo gồm 2 hoặc 3 điện cực gắn trong vỏ kín làm bằng gốm chịu nhiệt chứa hỗn hợp không khí và các khí khác, bao gồm:

• Khí Hydro
• Khí Đơteri (Deuteri – hydro nặng)
• Khí hiếm hoặc khí trơ (gồm nhóm khí: Heli, Neon, Argon, Xenon, Radon và Krypton).
• Hơi nguyên tố (kim loại và phi kim)
• Khí cách điện (SF6- Sulfure Hexaflouride: dập hồ quang).

Ứng dụng: Bảo vệ các thiết bị nhỏ khỏi thiệt hại do:

• Điện áp tăng cao đột biến do sét lan truyền
• Xung gai do sự chuyển mạch của các thiết bị điện.

Vị trí lắp đặt trong mạch điện: GDT được đấu nối song song và đặt trước linh kiện cần bảo vệ.

Hình thức bảo vệ: GDT được thiết kế để tiêu tán một lượng lớn năng lượng bằng cách chuyển hướng tất cả dòng điện xuống đất.

Tính chất ống phóng điện có khí:

• Chúng có điện trở cách điện cao.
• Điện dung và độ rò rỉ thấp nên ảnh hưởng rất ít đến sự biến dạng tín hiệu.

Điều này rất quan trọng nếu GDT được sử dụng để bảo vệ các thiết bị viễn thông (ADSL, VDSL) – các loại cảm biến trong hệ thống bảo vệ – hệ thống truyền phát sóng RF, đường truyền dữ liệu.

GDT hoạt động ntn ?

Trong sơ đồ mạch chống sét lan truyền này ta thấy:

Trong trạng thái bình thường

• Các nguyên tử hoặc phân tử trong hỗn hợp khí GDT trung hoà về điện.
• Không có dòng điện chạy qua GDT.
• Mạch điện hở.
• Thiết bị được cung cấp điện bình thường.

Khi điện áp tăng (thường là thời gian rất ngắn với biên độ cao) hỗn hợp khí nhận được năng lượng đủ lớn sẽ giải phóng các electron.

• Các nguyên tử lập tức chuyển từ trạng thái trung hoà về điện sang tích điện.
• Quá trình ion hoá rất nhanh tạo ra các luồng hạt mang điện trái dấu ở 2 đầu điện cực.
• Dòng điện hồ quang xuất hiện giữa 2 cực của GDT tạo thành mạch điện kín.
• Dòng xung điện áp sẽ được chuyển hướng xuống đất.
• Thiết bị được bảo vệ.

Trong mạch điện này, khi đầu Input nhận được điện áp tăng cao bất thường vượt quá giá trị định mức của GDT và VDR (là 250V). Dòng điện sẽ đi qua cả 2 linh kiện này tạo thành 1 mạch kín.

Điều gì sẽ xẩy ra tiếp theo:

• Nếu giá trị dòng điện không vượt quá 16A của cầu chì F1, mạch vẫn bình thường.
• Nếu dòng điện liên tục tăng lớn hơn giá trị quy định của cầu chì (16A) cầu chì sẽ đứt.
  • Hở mạch. Đầu Output sẽ không có điện áp
  • Thiết bị được bảo vệ.

Tuỳ vào mức công suất của thiết bị mà ta lựa chọn trị số của cầu chì cho phù hợp.

Vd: bộ đèn đường có công suất 120W suy ra I=P/U = 120/220 = 0.54A thì ta chọn cầu chì 1A là phù hợp.

So sánh Varistor (VDR hay MOV)

• GDT có điện áp đánh thủng cao hơn.
• Có thể xử lý sự cố tốt hơn và chịu được nhiều lần hiện tượng xung áp cao mà không bị cháy.

Vd: Gas Discharge Tubes CG/CG2 Series của hãng Littelfuse công bố có thể chịu được:

• 400 lần xung 10/1000μs cường độ 500A
• 10 lần xung 8/20μs cường độ 10kA
• 05 lần xung 8/20μs cường độ 20kA

TVS = Transient Voltage Suppressors: diode triệt tiêu điện áp quá độ.

Được sử dụng để bảo vệ thiết bị điện tử khỏi các xung điện áp bất thường gây ra trên đường dây điện.

Các diode này được mắc song song với thiết bị cần bảo vệ. Thiết bị hoạt động bằng các ngắt dòng điện dư khi điện áp cảm ứng vượt quá giá trị đánh thủng của nó.

Có 2 loại:

• Loại 1 chiều hoạt động như một diode thông thường, nhưng có thể xử lý dòng điện đỉnh rất lớn. Sử dụng trong mạch điện DC

• Loại 2 chiều: có khả năng triệt tiêu điện áp quá độ cả 2 chiều. Sử dụng trong mạch điện AC

Để cho dễ hình dung, ta phân tích thông số kĩ thuật của 1 TVS cụ thể:

AK10-Y Series của hãng Littelfuser

Dòng AK10-Y được thiết kế đặc biệt để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm với điện áp quá độ do xung sét hoặc xung gai (từ sự đóng cắt motor) gây ra. Hấp thụ được công suất đỉnh 30.000W ở xung 10/1000μs.

Model: AK10-240C-Y có các thông số sau:

• Điện áp chờ 240V: là ngưỡng điện áp mà ta không muốn đường dây điện vượt quá. Ở điện áp chờ này TVS không hoạt động, thiết bị được cung cấp điện áp bình thường.

Vd: đèn đường LED hoạt động ở điện áp bình thường là 220V.AC, nếu tăng cao vượt quá 240V.AC thì sẽ gây hư hỏng một số linh kiện. Vì thế ta chọn TVS có điện áp chờ là 240V.

• Điện áp đánh thủng 250V (Min) – 285V (Max) : là điện áp tối thiểu làm cho một phần của chất cách điện bị đánh thủng và trở nên dẫn điện.
• Điện áp kẹp (Max) 340V: là điện áp mà bộ chống sét lan truyền cho phép truyền qua nó tới tải tiêu thụ khi có các xung điện áp bất thường.
• Dòng rò 15μA = 0,000015A rất rất nhỏ.
• Điện dung 2nF =0,000000002 F

Ưu điểm của diode triệt tiêu điện áp quá độ – TVS :

• Chuyển hướng nguồn năng lượng quá độ xuống dất một cách an toàn, trong khi vẫn duy trì điện áp kẹp không đổi.
• Năng lực chịu đựng cao
• Tuổi thọ lâu
• Điện dung và dòng rò thấp
• Thời gian đáp ứng tính bằng micro giây. Nhanh hơn rất nhiều so với MOV và GDT.