Tụ chống sét

TỤ CHỐNG SÉT

Tụ chống sét là gì?

Tụ chống sét ( Varistor hoặc Metal Varistor Oxit (MOV)) là một điện trở đặc biệt được sử dụng để bảo vệ mạch điện chống lại sự đột biến điện áp cao (trong khoảng thời gian ngắn). Những xung áp cao và những xung gai sẽ tấn công đường dây điện và sẽ phá hủy nguồn cung cấp điện của các thiết bị. Khi đó, một tụ chống sét được lắp vào mạch sẽ có thể ngăn những xung áp cao và những xung gai này, tránh việc chúng phá hỏng thiết bị.

Tụ chống sét còn được gọi là điện trở phụ thuộc điện áp hoặc VDR (Voltage Dependent Resistor).

Hình 1-Các loại tụ chống sét khác nhau. (Điện áp ngắc mạch được in trên vỏ.)	Hình 2- Sơ đồ mạch của tụ chống sét

Xung áp cao và xung gai

Sự xung áp cao hay xung gai là sự gia tăng điện áp cao hơn nhiều so với điện áp tiêu chuẩn 230 V.
Định nghĩa chính xác là:

• Khi sự gia tăng điện áp kéo dài hơn 3ns, nó được gọi là một xung áp cao.
• Khi sự gia tăng điện áp chỉ kéo dài trong 1-2 ns, nó được gọi là một xung gai.

Tuy nhiên, nếu xung áp cao hay xung gai đủ mạnh, nó sẽ làm hỏng một thiết bị điện hoặc chi tiết máy. Trong thực tế, sự gia tăng điện áp khi xung áp cao xảy ra có thể lên đến 6.000 V.
Ngay cả khi sự gia tăng điện áp không làm hỏng ngay máy móc của bạn, nó cũng có thể làm cho máy móc hư hỏng dần theo thời gian.

Hình 3- Hiện tượng xung gai trên một điện áp xoay chiều	Hình 4- Hiện tượng xung áp cao trên một điện áp xoay chiều.

Nguyên nhân của hiện tượng xung áp cao hay xung gai trên đường dây điện là do sự hoạt động của các thiết bị điện công suất cao như máy điều hòa không khí, tủ lạnh hay thang máy... Các thiết bị công suất lớn đòi hỏi rất nhiều năng lượng để bật/tắt động cơ và máy nén. Sự ngắt mạch này được tạo ra một cách đột ngột, cần một lượng điện năng lớn ngay lập tức, điều này làm dòng điện áp ổn định trong hệ thống điện tăng lên theo.

Hiện tượng xung áp cao hay xung gai có thể làm hỏng các linh kiện điện tử ngay lập tức hoặc hao mòn dần dần với thời gian. Chúng là những vấn đề thường gặp trong hệ thống điện của các tòa nhà. Bên cạnh đó, đường dây điện (bao gồm đường dây điện thoại và cáp ăng-ten) cũng bị ảnh hưởng bởi các xung điện áp cao đột ngột của sét.

Đó là lý do ta nên sử dụng tụ chống sét để bảo vệ cho tất cả các thiết bị điện tử (như thiết bị điện trong máy tính, trong các máy thiết bị sinh học...). Một tụ chống sét được lắp vào mạch cũng có tác dụng kéo dài tuổi thọ của các thiết bị điện..

Chức năng của tụ chống sét

Trong điều kiện bình thường, điện trở của tụ chống sét là rất cao. Khi điện áp kết nối được đẩy lên cao hơn so với thông số kỹ thuật của tụ, điện trở trong mạch ngay lập tức được đẩy xuống thấp. Chức năng này cũng được sử dụng để bảo vệ các linh kiện điện tử khỏi sự tăng cao của điện áp. Các tụ chống sét chỉ đơn giản là thêm điện năng vào nguồn. Khi xung điện áp và xung gai xuất hiện, các tụ chống sét sẽ làm ngắt mạch và bảo vệ các thiết bị.

Hình 5- Đường cong đặc trưng của một tụ chống sét. Tại thời điểm điện áp xuống thấp cũng là lúc dòng điện xuống thấp (tại đó điện trở là rất cao). Khi điện áp đạt đến điện áp của tụ chống sét, dòng điện được đẩy lên cao rất nhanh (điện trở là rất thấp). Mạch được ngắt.

Thông số kỹ thuật

Tụ chống sét là một loại điện trở nhưng thông số kỹ thuật của nó không phải là điện trở Ohm và công suất W. Đối với tụ chống sét thì thông số kỹ thuật quan trọng nhất là điện áp kẹp.

Điện áp kẹp:
Là lượng điện áp tối đa trong một thiết bị bảo vệ, nó cho phép ngăn chặn sự gia tăng điện năng trong mạch. Khi thiết bị đạt đến điện áp kẹp của mình, nó ngăn chặn sự gia tăng cường độ dòng điện đi qua các thiết bị vào một hệ thống máy tính hoặc thiết bị điện tử khác.
Đây cũng là điện áp đoản mạch của tụ chống sét. Điện áp kẹp càng thấp càng bảo vệ tốt hơn. Nhưng mặt khác, điện áp của nguồn không được thấp, vì nó sẽ phá hủy tụ chống sét. Đối với nguồn điện là 230 V, một tụ chống sét với điện áp kẹp là 275 V là một sự lựa chọn tốt.

Hấp thụ năng lượng và tản năng lượng :
Chỉ số này được đo bằng đại lượng Jun, và nó cho thấy mức năng lượng mà tụ chống sét có thể hấp thụ. Số jun càng cao thì mạch càng được bảo vệ tốt hơn. Một tụ chống sét có thông số hấp thụ/ tản năng lượng khoảng 200-400 Jun là một tụ có mức bảo vệ vừa phải. Từ 600 Jun trở lên được coi là một tụ tốt.
Để gia tăng khả năng hấp thụ năng lượng, ta có thể lắp hai hoặc ba tụ chống sét song song với nhau.

Thời gian phản ứng
Tụ chống sét ngắt mạch nhanh chóng nhưng không ngay lập tức. Luôn luôn có một độ trễ (dù rất nhỏ) khi chúng phản ứng lại với sự xung điện áp. Càng kéo dài thời gian thì sự xung điện áp càng gây hại nhanh chóng tới các thiết bị kết nối. Tốt nhất là phản ứng trong khoảng 1 ns hoặc nhanh hơn.

Cách lắp tụ chống sét vào mạch

	Hình 6- Tụ chống sét được lắp ở vị trí đầu vào của nguồn điện.
	Hình 7- Các tụ chống sét được lắp đặt bằng các đường dây nóng và dây nguội nhưng phải được đặt phía sau cầu chì. Nếu các tụ chống sét gây ra đoản mạch thì cầu chì cũng sẽ ngắt mạch theo, đồng thời ngắt kết nối với các thiết bị.
	Hình 8- Giải pháp đơn giản nhưng bảo vệ hiệu quả. Những cầu chì có cường độ dòng điện cao nên được thay thế bằng cầu chì khác phù hợp với thiết bị.
	Hình 9- Một mạch được gọi là bảo vệ tốt thì ít nhất phải lắp ba tụ chống sét. Chúng được lắp lần lượt với ba loại dây dẫn: dây nóng, dây nguội và dây nối đất.

Những vấn đề nảy sinh khi sử dụng tụ chống sét

Tụ chống sét có thể bị phá hủy nếu hiện tượng xung áp cao xảy ra quá nhiều lần. Cứ mỗi lần điện áp vượt ngưỡng của tụ, chúng bị hao mòn dần và một ngày nào đó sẽ bị hư hại hoàn toàn.
Hiện tượng điện áp vượt ngưỡng cũng rất phổ biến, các tụ chống sét có thể bị cháy. Khi đó, cầu chì sẽ ngắt mạch để đảm bảo an toàn cho các thiết bị kết nối.

	Hình 10- Khuyết điểm của tụ chống sét: Nhiều hiện tượng xung áp cao xảy ra trong thời gian dài sẽ có thể làm hư hại tụ chống sét.
	Hình 11- Nếu như tụ chống sét quá nóng, có thể gây ra cháy tụ.

Làm thế nào để kiểm tra một tụ chống sét?

Do các vấn đề trên, bạn nên kiểm tra tụ chống sét một cách thường xuyên và liên tục. Dưới đây là các bước để kiểm tra một tụ chống sét xem còn tốt hay không:

Bước 1:
Ngắt điện tất cả các thiết bị điện tử.

Bước 2:
Dùng tua vít mở mạch điện và xác định vị trí của tụ chống sét. Chúng thường là một đĩa nhỏ có kích thước như một đồng xu, với màu sắc rực rỡ, các tụ chống sét cũng được nối đến cầu chì. Nếu phát hiện tụ chống sét rõ ràng là đã bị cháy hoặc hư hỏng thì hãy thay thế nó. Nếu tụ chống sét vẫn còn nguyên vẹn thì tiến hành bước 3.

Bước 3:
Tháo các mối hàn và đưa tụ chống sét ra khỏi mạch bằng cách làm nóng mối hàn cho đến khi nó nóng chảy, và dùng các thiết bị chuyên môn loại bỏ các mối hàn của tụ chống sét ra khỏi mạch. Cẩn thận nâng tụ chống sét ra khỏi mạch, lúc này, bạn có thể đo điện trở của nó.

Bước 4:
Dùng máy đo đa dụng điện tử (electronic multimeter), chỉnh mức điện trở lên 1000 ohms. Chạm một đầu dò của máy vào đầu kết nối của tụ chống sét. Chạm đầu dò còn lại vào đầu còn lại của tụ. Đọc chỉ số điện trở trên đồng hồ. Nếu điện trở gần như vô hạn, các tụ vẫn còn tốt. Nếu điện trở rất thấp, các tụ đã bị hư.

Bước 5:
Hàn lại tụ chống sét vào mạch điện nếu tụ vẫn còn tốt. Và thay tụ mới vào vị trí cũ trong mạch, nếu nó đã bị hư.

Hình 12- Sử dụng máy đo đa dụng điện tử để đo điện trở của tụ chống sét

Các linh kiện thay thế

Ống phóng điện bằng gas (hay còn gọi là hạt nổ) là một dạng của buồng phóng điện bao gồm không khí và gas trộn lẫn. Khi điện áp tăng vọt do hiện tượng xung áp cao gây ra, khí sẽ bị ion hóa, có tác dụng như một dây dẫn hiệu quả. Nó sẽ chạy qua dây nối đất cho đến khi điện áp trở lại mức bình thường.

So sánh với tụ chống sét thì ống phóng điện bằng gas có điện áp đánh thủng cao hơn. Chúng có thể xử lý sự cố tốt hơn và chịu được nhiều lần hiện tượng xung áp cao mà không bị cháy. Mặt khác, thời gian đáp ứng là lâu hơn.

Các hạt nổ thường được sử dụng trong các thiết bị viễn thông để bảo vệ chống sét đánh.

Hình 13- Ống phóng điện bằng gas	Hình 14- Lắp đặt Ống phóng điện bằng gas trong mạch

nguồn: tbe.vn