GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT HẠ ÁP
KHÁI QUÁT VÀ YÊU CẦU CHUNG CHO CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT
Máy cắt hạ áp, hay còn gọi là aptomat, là thiết bị điện tự động có chức năng ngắt mạch điện khi xảy ra sự cố như quá tải, ngắn mạch, điện áp thấp hoặc công suất ngược Các máy cắt này thường được sử dụng trong các mạch điện hạ áp với điện áp định mức lên đến 660V xoay chiều và 330V một chiều, cùng với dòng điện định mức tối đa lên tới 6000A Những máy cắt hạ áp hiện đại có khả năng cắt dòng điện lên đến 300 kA và cũng thường được sử dụng để đóng, cắt các mạch điện trong chế độ bình thường.
Chế độ làm việc định mức của máy cắt hạ áp yêu cầu phải là chế độ dài hạn, cho phép trị số dòng điện định mức chảy qua máy cắt trong thời gian dài Đồng thời, tiếp điểm chính của máy cắt cần phải chịu được dòng điện ngắn mạch lớn, ngay cả khi các tiếp điểm đã đóng hoặc đang trong trạng thái đóng.
Máy cắt hạ áp cần ngắt dòng điện ngắn mạch lớn, có thể lên đến vài chục kilôampe, và vẫn hoạt động hiệu quả ở trị số dòng điện định mức sau khi ngắt Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động, cũng như hạn chế sự cố ngắn mạch, máy cắt hạ áp phải có thời gian cắt ngắn Việc giảm kích thước lắp đặt và đảm bảo an toàn trong vận hành yêu cầu hạn chế vùng cháy hồ quang, thường thông qua việc kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong Cuối cùng, máy cắt hạ áp cần có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động để thực hiện thao tác có chọn lọc.
Máy cắt hạ áp có những thông số cơ bản quan trọng như dòng điện định mức (I đm), điện áp định mức (U đm), dòng điện ngắt giới hạn và thời gian tác động.
Thời gian tác động của máy cắt hạ áp là yếu tố quan trọng, được tính từ khi xảy ra sự cố cho đến khi ngắt mạch điện hoàn toàn, được biểu diễn bằng công thức t = t0 + t1 + t2.
Thời gian t0 được xác định từ lúc xảy ra ngắn mạch cho đến khi dòng điện đạt trị số tác động I = Itđ Thời gian này phụ thuộc vào giá trị dòng điện khởi động, trong khi tốc độ tăng của dòng điện ti d d lại phụ thuộc vào các thông số của mạch ngắt.
Thời gian t1 được xác định từ lúc I = I td cho đến khi tiếp điểm máy cắt bắt đầu chuyển động, và thời gian này phụ thuộc vào các yếu tố như phần tử bảo vệ, cơ cấu ngắt, kết cấu của tiếp điểm, cũng như trọng lượng phần động Nếu t1 lớn hơn 0.01 giây, máy ngắt hoạt động trong thời gian bình thường Đối với máy cắt tác động nhanh, thời gian t1 dao động trong khoảng 0.002 đến 0.008 giây.
+t 2 là thời gian cháy của hồ quang (phụ thuộc bộ phận dập hồ quang và trị dòng điện ngắt và biện pháp dập hồ quang)
1.1.3 Phân loại a, Phân theo kết cấu
+ Loại ba cực b, Theo thời gian tác động
+ Tác động tức thời (nhanh)
+ Tác động không tức thời c, Theo công cụ bảo vệ
+Áptômát dòng điện cực tiểu
+Áptômát bảo vệ công suất ngƣợc
Áptômát vạn năng là thiết bị được chế tạo cho các mạch có dòng điện lớn, với các thông số bảo vệ có thể điều chỉnh Loại áptômát này không có vỏ và thường được lắp đặt trong các trạm biến áp lớn.
+Áptômát định hình: bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt, bảo vệ quá điện áp bằng rơle điện từ, đặt trong vỏ nhựa.
NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA APTOMAT
1.2.1 Nguyên lý làm việc của aptomát tác động theo mức dòng
Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý atomat dòng điện cực tiểu
Aptomat loại này hoạt động bằng cách tự động ngắt mạch khi dòng điện trong mạch nhỏ hơn dòng điện chỉnh định I cđ Khi I < I cđ, lực điện từ của nam châm điện không đủ để giữ nắp, dẫn đến việc lò xo kéo điểm động ra khỏi điểm tĩnh, làm ngắt mạch điện Aptomat dòng cực tiểu được sử dụng để bảo vệ máy phát khỏi việc chuyển sang chế độ động cơ khi nhiều máy phát hoạt động song song.
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý aptomat dòng cực đại
Aptomat loại này hoạt động bằng cách tự động ngắt mạch khi dòng điện vượt quá trị số dòng chỉnh định Icđ Khi dòng điện I lớn hơn Icđ, lực điện từ của nam châm điện thắng lực cản của lò xo, kéo nắp và làm bật mấu giữa thanh và đòn, dẫn đến việc lò xo ngắt kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh, ngắt mạch điện Aptomat dòng cực đại được sử dụng để bảo vệ mạch điện khỏi tình trạng quá tải hoặc ngắn mạch.
1.2.2 Nguyên lý tác động của Aptomat theo điện áp
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý atomat điện áp thấp
Nguyên lí làm việc: Aptomat loại này tự động ngắt mạch khi điện áp
Khi điện áp U giảm xuống dưới mức định mức U cđ, lực điện từ của nam châm điện 1 giảm yếu hơn lực kéo của lò xo 3, dẫn đến việc mấu giữa thanh 4 và đòn 5 bật ra Hệ quả là lò xo 6 kéo tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh, làm cắt mạch điện Aptomat điện áp thấp được sử dụng để bảo vệ mạch điện khi điện áp sụt quá thấp hoặc khi mất điện áp bảo vệ thấp áp ở U TA.
+ Aptomat dòng điện ngƣợc (cho mạch một chiều)
Hình 1.4 Nguyên lý làm việc của aptomat dòng điện ngược
Aptomat hoạt động bằng cách tự động cắt mạch điện khi hướng truyền dòng điện thay đổi Khi dòng điện truyền theo chiều thuận, từ thông của cuộn dây điện và cuộn dây áp suất của nam châm điện cùng chiều, tạo ra lực điện từ lớn hơn lực lò xo, dẫn đến aptomat đóng Ngược lại, khi chiều dòng điện thay đổi, lực điện từ giảm do tỷ lệ với bình phương hiệu hai từ thông, không còn đủ để thắng lực lò xo, làm cho mấu giữa thanh và đòn bật ra, lò xo ngắt kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh, từ đó ngắt mạch điện.
NỐI TẦNG CASCADE APTOMAT
1.3.1 Nối tầng tác động theo mức dòng
Kỹ thuật này áp dụng phân bậc ngưỡng dòng tác động của phần tử từ, tuy nhiên tính chọn lọc tuyệt đối không thể đạt được do I SCA gần bằng ISCB, dẫn đến cả hai CB cùng tác động Do đó, sự chọn lọc chỉ mang tính chất từng phần và bị giới hạn bởi Irm của CB phía trước.
CB phía sau là loại hạn chế dòng, giúp cải thiện tính chọn lọc theo giá trị dòng Khi xảy ra ngắn mạch ở thiết bị B, dòng hạn chế I B sẽ kích hoạt CB B, nhưng không đủ để tác động đến CB A Cần lưu ý rằng mọi CB được xem xét đều có mức hạn chế dòng nhất định, dù không được phân loại là hạn chế dòng Điều này rất quan trọng cho đặc tuyến của CB chuẩn A Việc thực hiện kiểu phối hợp này chỉ có thể đạt được thông qua tính toán và thử nghiệm cẩn thận.
Hình 1.5 CB B là giới hạn dòng
CB ở phía trước có tác động nhanh với độ trễ ngắn (SD), được trang bị bộ tác động kèm theo bộ làm trễ cơ học không hiệu chỉnh Điều này đảm bảo độ trễ đưa vào có tính chọn lọc đối với tất cả các CB tác động nhanh (đặt ở phía sau) khi gặp bất kỳ dòng sự cố nào nhỏ hơn I rms.
CB A: compact NS250N được trang bị bộ tác động SD với giá trị Ir = 250, có giá trị đặt bộ tác động là 2000A Trong khi đó, CB B compact NS100N có giá trị Ir = 100A Theo sách tra cứu phân phối điện Merlin Gerin, giá trị giới hạn của tính chọn lọc là 3000A, cao hơn so với 2500A nếu sử dụng bộ tác động kiểu chuẩn.
Hình 1.6 Sử dụng một CB chọn lọc ở phía trước
1.3.2 Nối tầng tác động theo thời gian
Sự tác động theo thời gian của các cầu chì (CB) có tính chọn lọc rất quan trọng Ứng dụng của nó tương đối đơn giản, dựa trên nguyên tắc làm trễ thời gian mở của các cầu chì mắc nối tiếp theo trình tự thời gian kiểu bậc thang.
Kỹ thuật này cần Đƣa vào bộ định thì trong cơ cấu tác động
Các CB có khă năng chịu đƣợc các hiệu ứng nhiệtvà điện động của dòng trong thời gian trễ
Trong mạch điện có hai điện trở A và B mắc nối tiếp, dòng điện qua chúng là như nhau Mạch sẽ có tính chọn lọc nếu thời gian cắt của B ngắn hơn thời gian tác động của A.
Ví dụ: thực hiện với các CB Masterpact (bảo vệ điện tử) (MG)
Chúng có thể đƣợc trang bị các bộ tạo trễ ở bốn nấc điều chỉnh nhƣ:
- Độ trễ (tương ứng với một nấc cho trước) có giá trị lớn hơn toàn bộ thời gian cắt của nấc thấp hơn ngay phía sau
- Độ trễ tương ứng với nấc đầu tiên có giá trị lớn hơn toàn bộ thời gian cắt của một CB cắt nhanh (dạng compact) hoặc của cầu chì
Hình 1.7 Chọn lọc theo thời gian
Một bộ làm trễ thời gian kiểu cơ học góp phần cải thiện đặc tính của chọn lọc theo tác động dòng
Giá trị tức thời I rmA chuẩn (Compact kiểu SA)
Hình 1.8 Chọn lọc kết hợp
Chọn lọc tuyệt đối nếu ISCB < IrmA (giá trị tứcc thời)
CB ở phía trước có thể sử dụng hai ngưỡng tác động
Giá trị trễ I rmA hoặc tạo bộ trễ kiểu điện tử SD (short delay)
1.3.4 Nối tầng dựa trên mức năng lƣợng hồ quang
Hệ thống này cho phép chọn lọc chính xác giữa hai cầu dao (CB) trong cùng một dòng sự cố, nhờ vào việc sử dụng CB hạn chế dòng Tác động của CB được thực hiện thông qua cảm ứng áp suất trong buồng hồ quang, với mức áp suất không khí nóng lên phụ thuộc vào năng lượng của hồ quang.
Hình 1.9 Chọn lọc theo mức hồ quang
Kỹ thuật này áp dụng cho các mạch có dòng ngắn mạch lớn hơn hoặc bằng 25In, đảm bảo tính chọn lọc tuyệt đối giữa hai cầu dao (CB) có cùng dòng ngắn mạch Để thực hiện kỹ thuật này, cần có năng lượng đủ để tác động vào CB A trên nguồn.
Nguyên tắc vận hành của cả hai cầu dao (CB) là khả năng hạn chế dòng điện, nhờ vào lực điện từ từ ngắn mạch phía dưới của CB B, giúp tiếp điểm hồ quang hạn chế dòng cho cả hai CB cùng lúc Dòng sự cố được kiểm soát thông qua hai hồ quang mắc nối tiếp, trong đó cường độ nhiệt của hồ quang làm không khí trong các ngăn dập hồ quang nở ra, dẫn đến tăng áp suất Khi đạt đến một mức dòng nhất định, tốc độ tăng áp suất có thể được sử dụng để phát hiện sự cố và kích hoạt cắt điện ngay lập tức.
Nguyên tắc chọn lọc yêu cầu rằng nếu cả hai cầu dao (CB) được thiết lập bộ cắt theo áp suất chính xác, việc chọn lọc cho hai CB có định mức khác nhau cần phải được điều chỉnh một cách hợp lý.
CB B sẽ cắt ở mức áp suất thấp hơn so với CB A Nếu xảy ra ngắn mạch giữa A và B, chỉ có hồ quang của A hạn chế dòng điện, dẫn đến dòng điện lớn hơn so với trường hợp sự cố xảy ra sau B Dòng điện lớn qua A tạo ra áp suất cao hơn, đủ để kích hoạt bộ tác động theo áp suất làm việc Như vậy, dòng điện càng lớn thì CB sẽ cắt càng nhanh.
Sự chọn lọc đƣợc đảm bảo nếu
+ Tỉ số dòng định mức của 2 CB ≥ 2,5
+ Tỉ số dòng ngắt chỉnh định > 1,6 Đối với điều kiện ngắt mạch ≤ 25I n ta dùng sơ đồ bảo vệ truyền thống nhƣ đã đề cập
Hình 1.10 Nguyên tắc chọn lọc theo năng lƣợng hồ quang.
CẤU TẠO CHUNG CỦA APTOMAT
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện đã trở nên đơn giản và gọn nhẹ hơn, đồng thời tích hợp nhiều tính năng vượt trội Đặc biệt, hầu hết các thiết bị điện hiện nay đều có khả năng kết nối với máy tính và có thể được điều khiển trực tiếp từ máy tính hoặc từ xa qua bộ điều khiển cầm tay, trong đó aptomat cũng là một thiết bị tiêu biểu.
1.4.2 Phần cơ khí của aptomat
Hồ quang chỉ xảy ra trên tiếp điểm hồ quang, giúp bảo vệ tiếp điểm chính khỏi hư hại Việc sử dụng tiếp điểm phụ là cần thiết để ngăn ngừa hồ quang lan rộng, bảo vệ tiếp điểm chính khỏi sự tổn thất Các vật liệu như Ag-W, Cu-W, và Ni thường được sử dụng trong quá trình này.
Aptomat , sẽ tác động khi mạch điện có sự cố quá dòng điện và sụt áp
, cuộn dây đƣợc này đƣợc quấn nhiều vòng với dây tiết diện nhỏ chịu điện áp nguồn
Hộp dập hồ quang là thiết bị quan trọng giúp áptômát dập hồ quang trong mọi chế độ làm việc của lưới điện Có hai kiểu thiết bị dập hồ quang phổ biến là kiểu nửa kín và kiểu hở Thiết bị dập kiểu nửa kín được thiết kế trong vỏ kín của áptômát và có lỗ thoát khí, đảm bảo hiệu quả dập hồ quang an toàn và hiệu suất cao.
Dòng điện giới hạn cắt không vượt quá 50kA, trong khi thiết bị dập kiểu hở được sử dụng cho các ứng dụng có dòng điện cắt lớn hơn 50kA hoặc điện áp vượt quá 1000V.
Hình 1.12 Cấu trúc chung của aptomat
Trong buồng dập hồ quang, người ta sử dụng các tấm thép xếp thành lưới ngăn để chia nhỏ hồ quang thành nhiều đoạn, giúp dễ dàng dập tắt Hình dạng của hộp dập hồ quang cho thấy khả năng làm việc hiệu quả ở các mạch điện khác nhau Cụ thể, khi làm việc với mạch điện xoay chiều có điện áp lên đến 500V, thiết bị có thể dập tắt hồ quang với dòng điện đạt 40kA Ngược lại, trong mạch điện một chiều với điện áp tối đa 440V, khả năng cắt dòng điện chỉ đạt 20kA.
1.4.6 Cơ cấu truyền động cắt Áptômát
Cơ cấu truyền động cắt áptômát bao gồm cơ cấu đóng cắt và khâu truyền động trung gian, với hai phương pháp điều khiển chính: bằng tay và bằng cơ điện Điều khiển bằng tay, thông qua núm gạt hoặc nút ấn, thường được sử dụng cho các áptômát có dòng điện định mức không vượt quá 600A Trong khi đó, điều khiển bằng cơ điện, sử dụng nam châm điện, động cơ điện hoặc hệ thống thuỷ lực, phù hợp cho các áptômát có dòng điện lớn hơn 1000A và cho phép đóng cắt từ xa Để tăng cường lực điều khiển bằng tay, có thể sử dụng tay dài theo nguyên lý đòn bẩy, bên cạnh các phương pháp điều khiển khác như động cơ điện hoặc khí nén.
Khâu truyền động trung gian phổ biến nhất trong aptomat là cơ cấu tự do trượt khớp Hình 1.13 mô tả khâu truyền động trung gian của aptomat với cơ cấu điều khiển bằng nam châm điện Trong trạng thái bình thường (không có sự cố), các tay đòn 2 và 3 được kết nối cứng nhắc, với tâm O nằm thấp dưới đường nối giữa hai điểm O1 và O2 Giá đỡ 5 giữ cho hai đòn này không thể tự gập lại, và ta gọi điểm O ở vị trí chết (hình 1.13a).
Khi xảy ra sự cố, phần ứng 6 của nam châm điện 7 bị hút dập vào hệ thống tay đòn 2, 3, khiến điểm O thoát khỏi vị trí chết và cao hơn đường nối O1 O2 Lúc này, hai tay đòn 2, 3 không còn nối cứng, dẫn đến việc các tiếp điểm nhanh chóng mở ra dưới tác động của lò xo kéo tiếp điểm Để đóng lại aptomat, cần kéo tay cầm 4 xuống dưới để hai tay đòn 2, 3 duỗi thẳng ra, sau đó mới có thể thực hiện việc đóng lại.
Hình 1.13 Cơ cấu nhả khớp tự do a, vị trí dóng; b, vị trí mở; c vị trí chuẩn bị đóng lại
Các phần tử bảo vệ của aptomat bao gồm bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ sụt áp, bảo vệ dòng điện dư và bảo vệ tổng hợp bằng tổ hợp mạch điện tử Để bảo vệ thiết bị khỏi quá tải, aptomat thường trang bị phần tử bảo vệ quá tải, có cấu trúc tương tự như relay nhiệt Phần tử phát nóng của relay nhiệt được kết nối với mạch điện chính Khi xảy ra quá tải, tấm kim loại kép giãn nở sẽ làm nhả rơi tự do, mở tiếp điểm của aptomat Đường đặc tính ampe-giây của relay nhiệt cần phải nằm dưới đường đặc tính của thiết bị bảo vệ để đảm bảo hiệu quả.
Loại này có nhƣợc điểm có quán tính nhiệt lớn và không bảo vệ đƣợc ngắn mạch
Phần tử bảo vệ ngắn mạch trong aptomat hoạt động tương tự như một relay dòng điện, với cuộn dây nối tiếp với mạch điện chính Khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép, phần ứng sẽ bị hút, dẫn đến việc nhả khớp rơi tự do và mở tiếp điểm aptomat Bằng cách điều chỉnh vít, chúng ta có thể thay đổi lực của lò xo phản lực và từ đó điều chỉnh trị số dòng điện tải động.
Phần tử bảo vệ sụt áp hoạt động tương tự như relay điện áp, với cuộn dây được kết nối với điện áp nguồn Khi xảy ra sự cố sụt áp hoặc mất điện, lực hút điện từ không đủ mạnh để giữ phần ứng, dẫn đến việc lò xo phản lực đẩy phần ứng ra, làm nhả khớp rơi tự do và mở tiếp điểm của aptomat.
Phần tủ bảo vệ dòng điện dư và phần tử bảo vệ nhiều thông số được thiết kế từ các mạch vi điện tử, bao gồm các khối đo lường so sánh, khuếch đại và chấp hành.
LỰA CHỌN SƠ BỘ APTOMAT THÔNG THƯỜNG
1.5.1 Đặt vấn đề Để hạn chế những hậu quả nguy hiểm gây phá hỏng sự cố quá dòng, quá tải, sự cố hỏng cách điện, và cách ly phần hư hỏng ra khỏi lưới vì vậy việc lựa chọn thiết bị để bảo vệ cho mạch điện hết sức quan trọng, và việc lựa chọn phải dựa trên rất nhiều yếu tố nhƣng phải phù hợp với các tiêu chuẩn của từng thiết bị, và phải tuân thủ theo tiêu chuẩn quốc tế
1.5.2 Lựa chọn theo mức dòng
Việc lựa chọn áptômát chủ yếu dựa vào: Dòng địên tính toán trong mạch, dòng điện quá tải, tính thao tác chọn lọc
Khi lựa chọn áptômát, cần xem xét đặc tính làm việc của phụ tải, đảm bảo rằng áptômát không ngắt khi xảy ra quá tải ngắn hạn, thường gặp trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động và dòng điện động trong phụ tải công nghệ.
Yêu cầu chung là làm việc định mức của móc bảo vệ Iaptômat không đƣợc bé hơn dòng điện tính toán I tt của mạch:
Tùy thuộc vào đặc tính và điều kiện làm việc của phụ tải, việc lựa chọn dòng điện định mức cho móc bảo vệ thường được khuyến nghị là 125%, 150% hoặc cao hơn so với dòng điện tính toán của mạch.
Cuối cùng, chúng ta lựa chọn áptômát dựa trên các thông số kỹ thuật do nhà chế tạo cung cấp Áptômát được chọn từ hai hệ thống: hệ thống cắt mạch điện và hệ thống dò tìm sự cố.
+ Chọn hệ thống cách bố trí cắt mạch điện
Hệ thống này gồm có liện động cơ khí với các cực cắt dòng điện và sẽ đƣợc bố trí theo các chức năng sau:
Số luợng các cực: Số lƣợng các dây dẫn để cắt, điện áp định mức
(điện áp sử dụng), loại dòng điện (xoay chiều hay một chiều)
Dòng điện I b : dòng điện sử dụng của mạch điện, chính dòng điện này cho phép ta xác định dòng điện định mức mà người ta gọi là “cỡ áptômát”
Dòng điện ngắn mạch Icc là dòng mà khí cụ điện, như áptômát, có thể chấp nhận để bảo vệ ngay lập tức các thiết bị điện phía sau Khi lựa chọn áptômát, cần chọn loại có khả năng cắt cao hơn dòng Icc đã tính toán để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
+ Chọn loại hệ thống mở (hay dò tìm sự cố để thực hiện tác động mở)
Sự bố trí điện từ - nhiệt hay điện tử, thực hiện điều khiển của các cực cắt, đƣợc chọn theo chức năng:
Dòng Ib là dòng điện cực đại trong mạch khi hoạt động bình thường, trong khi dòng điện đột ngột xuất hiện khi áp dụng điện áp, thường gọi là dòng điện mở máy Giá trị của dòng quá tải này giúp xác định loại đường cong (B, C, D, ) sử dụng cho hệ thống mở của áptômát Việc chọn đường đặt tuyến trong catalog được thực hiện bởi các nhà sản xuất và viện giám định khoa học kỹ thuật.
+ Ngoài ra CB còn đƣợc lựa chọn tuỳ vào
Các đặc tính điện mà nó đƣợc đặt vào
Môi trường sử dụng của thiết bị, nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong tủ hoặc không, các điều kiện khí hậu
Khả năng tạo và cắt dòng ngắn mạch
Các yêu cầu về khai thác tính chọn lọc bao gồm điều khiển từ xa, các công tắc phụ và cuộn dây tác động phụ, đồng thời cần được tích hợp vào hệ thống mạng tín hiệu nội bộ để đảm bảo thông tin, điều khiển và chỉ thị được truyền tải hiệu quả.
Các quy tắc lắp đặt, đặc biệt là bảo vệ con người
Các đặc tính tải nhƣ là động cơ, đèn chiếu sáng huỳnh quang, máy biến áp
Những bước tiếp theo gắn liền với việc chọn một CB trong lưói phân phối
+ Chọn dòng định mức phụ thuộc nhiệt độ môi trường
Dòng định mức của một cầu dao (CB) được xác định dựa trên hiệu suất hoạt động của thiết bị trong điều kiện nhiệt độ môi trường cụ thể, thường là 30 độ C đối với các cầu dao sử dụng trong dân dụng.
Sự vận hành các CB trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau phụ thuộc vào công nghệ chế tạo bộ tác động
+ Các bộ tác động kiểu điện từ nhiệt không bù
Các cầu chì với bộ tác động theo nguyên tắc nhiệt không bù có dòng tác động phụ thuộc vào nhiệt độ Khi thiết bị được đặt trong tủ hoặc trong môi trường có nhiệt độ cao, dòng tác động khi quá tải có thể bị giảm xuống.
CB có thể chuyển hạng khi làm việc ở nhiệt độ cao hơn mức chuẩn, do đó, các nhà thiết kế cần cung cấp bảng chuyển hạng cho thiết bị được thiết kế.
Các thiết bị dạng mô-đun thường được lắp ráp cạnh nhau trong tủ kim loại có kích thước nhỏ Sự trao đổi nhiệt khi có dòng điện sẽ khiến chúng bị giảm hiệu suất theo hệ số 0.8.
Các bộ phận này được trang bị thanh lưỡng kim bù nhiệt, cho phép điều chỉnh dòng hiệu chỉnh Ir của bộ phận tác động theo sự thay đổi nhiệt độ trong phạm vi định sẵn CB (≤ 630A) Thông thường, bộ phận tác động từ nhiệt có khả năng bù từ -5 độ đến 40 độ.
Ghi chú liên quan đến việc giảm định mức của CB
Một CB có định mức dòng theo nhiệt độ môi trường chuẩn (30 0 C) sẽ bị quá nhiệt khi mang nhiệt cùng dòng ở 50 0 C
CB hạ áp được trang bị thiết bị bảo vệ quá dòng, hoạt động ở mức thấp hơn khi nhiệt độ tăng cao Điều này dẫn đến việc CB tự động giảm định mức do bộ tác động quá tải Khi bộ tác động nhiệt được bù, có thể điều chỉnh trong khoảng từ 0.7 đến 1.0, trong môi trường nhiệt độ từ -5°C đến 40°C.
Với các CB được bù này trong catalogue thường có giá trị xướng hạng của I n ở nhiệt độ trên mức đƣợc bù, ví dụ nhƣ 50 0 C và 60 0 C, nhƣ 95A ở 50 0 C và 90A ở 60 0 C cho CB 100A
+ Bộ tác động kiểu điện tử
Thiết bị đóng cắt có ưu điểm lớn về khả năng ổn định khi hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thay đổi Tuy nhiên, chúng vẫn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, do đó, các nhà chế tạo thường cung cấp biểu đồ thể hiện giá trị ngưỡng dòng tác động tối đa cho phép theo từng mức nhiệt độ.
+ Chọn ngưỡng cắt tức thời hoặc có trễ ngắn
Dưới đây là bảng tổng kết các đặc điểm chính của bộ tác động kiểu từ hoặc có trễ ngắn theo phân loại của IEC898, cũng như bảng tác động tức thời hoặc có trễ ngắn.
Bảng 1.1 Bảng tác động tức thời hoặc có trễ
+ Chọn CB theo khả năng cắt
Lắp một CB bảo vệ trong mạng phân phối điện hạ thế cần phải đáp ứng một trong hai điều kiện sau đây:
Dạng Bộ tác động Ứng dụng
Ngƣỡng thấp dạng B Máy phát dự phòng
Dây có chiều dài lớn
Ngưỡng chuẩn dạng C Bảo vệ mạch: Trường hợp chung
Bảo vệ mạch trong trường hợp quá độ ban đầu lớn
Bảo vệ động cơ khi phối hợp với công tác tơ ngắt
Hoặc có khả năng cắt Icu (hoặc Icn) ít nhất có giá trị bằng dòng ngắn mạch giả định tại điểm lắp đặt
GIỚI THIỆU APTOMAT HÃNG ABB
ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong bất kỳ mạng lưới sinh hoạt hay công nghiệp nào, sự cố là điều không thể tránh khỏi Tuy nhiên, con người luôn mong muốn giảm thiểu thiệt hại, dù là sự cố nặng hay nhẹ Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, các sản phẩm hiện nay ngày càng hoàn thiện và tích hợp nhiều chức năng hơn, giúp đáp ứng tốt hơn nhu cầu bảo vệ hệ thống điện một cách an toàn.
CẤU TẠO APTOMAT HÃNG ABB
Hình 2.1 Kết cấu bên trong của máy cắt
1: Đầu đấu dây điều khiển
2: Đấu nối mạch điều khiển
4: Vị trí đặt cuộn đóng – cuộn nhả 5: Rơle thực hiện nhả
16: Thanh dẫn đến tiếp điểm cố định 17: Thanh dẫn từ máy cắt ra lưới 18: Giắc nối trung gian
21: Thanh dẫn đến tiếp điểm tĩnh 22: Thanh dẫn từ máy cắt ra ngoài 23: Biến dòng (CT)
Kiểm tra độ mòn của contact
Trong đơn hàng của nhà sản xuất, khe hở A đã được chỉ định sẵn trong bảng, cho phép chúng ta điều chỉnh vị trí của trục và cơ cấu hoạt động.
Hình 2.2 Khe hở không khí A
3a) Điều chỉnh khoảng cách hoạt động contact cho E1 – E2 – E3
Nới lỏng ốc ở pos 1 và đai ốc ở pos 3 hình 2.3
Di chuyển tới vị trí nhƣ trên để thao tác với ốc ở pos 2
Bỏ cơ cấu hoạt động của chổi đặt ở trên trên trục ở pos 5 và thay đổi tác dụng đai ốc ở pos 4
Hình 2.4 Kết cấu một số vị trí ốc để kiểm tra khe hở A
Xiết chặt ốc ở pos 1 và đai ốc ở pos 3 và 4 Đóng CB và kiểm tra khe hở A
3b) Điều chỉnh khoảng cách hoạt động contact cho E 4 – E 6
Nới lỏng ốc ở pos 1 và 6 và đai ốc ở pos 3 và 8 hình 2.3, 2.4
Di chuyển tới vị trí nhƣ trên để thao tác với ốc ở pos 2
Bỏ cơ cấu hoạt động của chổi ở vị trí 5 và giá đỡ tiếp giáp của chổi trên trục tại vị trí 9 Thay đổi tác dụng trên đai ốc ở vị trí 4 và ốc ở vị trí 7.
Nới ốc ở ở pos 1, 6, và đai ốc ở pos 3, 4, 8 Đóng CB và kiểm tra khe hở A
4) Nếu khe hở A chƣa đạt yêu cầu, chúng ta mở CB ra và thực hiện lại các bước như ở phần 3a, 3b
5) Nếu khe hở đã đạt yêu cầu, chúng ta mở CB ra, thực hiên lắp lại buồng hồ quang
Bộ phận dập hồ quang (Arc Chutes) là thiết bị quan trọng dùng để kiểm soát và dập tắt hồ quang điện, bao gồm các tấm kim loại mỏng được lắp đặt song song trong vỏ bọc cách ly Thiết kế này giúp phân chia và dập tắt hồ quang một cách nhanh chóng, hạn chế sự lan tỏa của nó Sự cách ly hiệu quả giữa các bộ phận dẫn điện không chỉ giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong trường hợp ngắn mạch mà còn cho phép thiết lập kết nối tải và hệ thống nguồn cấp ở cả hai mặt.
2.2.4 Các đặc tính Đặc tính cơ bản của một CB
Aptomat thường có đặc tính như là cắt với thời gian tác động chậm
L‟ là thời gian tác động ngắn để bảo vệ ngắn mạch, trong khi „S‟ bảo vệ chạm đất với thời gian trễ „G‟ Để bảo vệ ngắn mạch và xử lý dòng điện tăng cao, yêu cầu cần phải cắt ngay „Iu stanst‟.
Aptomat có đặc tính quan trọng là điện áp sử dụng định mức U c, đây là giá trị điện áp mà thiết bị có thể hoạt động hiệu quả trong điều kiện bình thường Ngoài ra, cần lưu ý đến các giá trị điện áp trong các điều kiện bất thường để đảm bảo an toàn và hiệu suất của thiết bị.
Dòng định mức In là giá trị tối đa của dòng điện liên tục mà cầu chì và relay bảo vệ quá dòng có thể chịu đựng vô hạn ở nhiệt độ môi trường quy định bởi nhà sản xuất, đồng thời đảm bảo rằng nhiệt độ của các bộ phận mang điện không vượt quá giới hạn cho phép.
Dòng tác động có hiệu chỉnh khi quá tải (Irth hoặc Ir) và khi ngắn mạch
Im các CB công nghiệp đƣợc trang bị relay quá dòng có thể thay đổi đƣợc t(s)
Hình 2.6 Đặc tính của CB tác động theo kiểu từ nhiệt
Dòng định mức cắt mạch (Icu) được sử dụng trong công nghiệp, trong khi dòng định mức sử dụng dân dụng (Icn) có đặc tính vận hành khác nhau Các cầu dao tự động (CB) hoạt động theo kiểu điện từ đảm bảo cắt nhanh khi có dòng sự cố lớn, với ngưỡng tác động I m Ngoài ra, các cầu dao hoạt động theo kiểu điện tử có thời gian tác động t(s) để đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
Điện áp định mức (U i) là giá trị chuẩn để kiểm tra phóng điện và khoảng cách điện của một CB, thường có giá trị lớn hơn 2U i Trị số lớn nhất của điện áp sử dụng định mức phải nhỏ hơn hoặc bằng giá trị quy định.
U i : U e ≤ U i cho các loại A không có thời gian trễ thiết kế cho tác động khi ngắn mạch thông thường, đặc biệt là với CB có vỏ đúc Đối với CB loại B, có thể cần thiết lập độ trễ trong quá trình tác động khi dòng ngắn mạch nhỏ hơn giá trị dòng chịu đƣợc với độ trễ I cw, thường gặp ở các CB cấu trúc mở và CB dạng hộp đúc I cw là dòng cực đại mà loại B có thể chịu đƣợc về nhiệt và điện động trong khoảng thời gian do nhà thiết kế quy định t(s).
Hình 2.8 Máy cắt loại A Hình 2.9 Máy cắt loại B.
Khả năng tạo dòng (I cm) là dòng điện tức thời mà cầu dao có thể thiết lập dưới điện áp định mức trong các điều kiện cụ thể Đối với chế độ xoay chiều, giá trị này tương đương với k lần I cu.
Dòng đỉnh hạn Dòng đỉnh hạn chế kA chê A 2 × s
Đặc tính hạn chế dòng của cầu dao (CB) liên quan đến khả năng cắt ngắn mạch thao tác (Ics), cho thấy rằng nếu lưới điện được thiết kế đúng, một CB sẽ không bao giờ hoạt động ở dòng cắt lớn nhất Icu Khái niệm Ics được thiết lập và biểu thị theo phần trăm của Icu (25, 50, 75, 100%) theo tiêu chuẩn IEC 947-2 Khả năng cắt Icu hoặc Icn đặc trưng cho dòng ngắn mạch cực đại mà thiết bị có thể cắt, trong khi khả năng xảy ra dòng sự cố là rất thấp; do đó, trong quá trình vận hành, CB thường chỉ cắt các dòng có giá trị nhỏ hơn nhiều.
Khả năng hạn chế dòng sự cố dòng sẽ đƣợc giảm và không đạt đến giá trị lớn nhất
CÁC ĐẠI LƢỢNG VÀ THÔNG SỐ CỦA APTOMAT KHI CẦN TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN
a, Các thống số khi cần tính toán
Bảng 2.1 Đại lƣợng lựa chọn và kiểm tra Điện áp định mức, kV U đmMC U đm , m
Dòng điện lâu dài định mức, A I đmMC I cb
Dòng điện cắt định mức, kVA I đmc I N
Công suất định mức, kA S đmc S N
Dòng điện ngắn mach xung kích cho phép, kA
(còn gọi là dòng ổn định động) đ xk đm i i
Dòng điện ổn định nhiệt đm nh qd nh dm t i t i
Trong ký hiệu dùng ở bảng trên
U đm m Điện áp định mức của mạng điện
I cb Dòng điện cƣỡng bức qua máy cắt
I N Dòng ngắn mạch Trong thiết kế hệ thống cung cấp điện coi ngắn mạch ở xa, do đó I N I '' I
I xk Dòng ngắn mạch xung kích i xk 1 8 2 I '' t đm nh Thời gian ổn định nhiệt định mức = 5ms hoặc 10ms t qđ Thời gian cắt b) Tính chọn lọc của aptomat
Hình 2.11 Sơ đồ nối tầng Aptomat
Trong hệ thống điện, các thiết bị bảo vệ dòng điện được lắp đặt giữa nguồn và các bộ phận cần bảo vệ, nhằm ngăn chặn sự cố lan rộng Những thiết bị này cần đảm bảo tính chọn lọc, giúp hạn chế ảnh hưởng đến các phần khác trong hệ thống Tính chọn lọc được định nghĩa là khả năng của thiết bị bảo vệ trong việc chỉ ngắt điện cho phần bị sự cố mà không làm gián đoạn hoạt động của các bộ phận khác.
- Xung dòng điện bình thường không gây ngắn mạch
- Khi vận hành đúng chỉ thiết bị bảo vệ gần chỗ sự cố nhất theo chiều cung cấp mới đƣợc tác động
Nếu thiết bị này hỏng, các thiết bị khác sẽ phải đảm bảo bảo vệ Icp và thời gian Tcp, giúp Aptomat A1, A2, A3 hoạt động hiệu quả Hệ thống lưới điện cần có khả năng lựa chọn khi xảy ra sự cố.
Khi xảy ra sự cố ngắn mạch ở C, chỉ nên ngắt điện tại mạch động cơ M 3 Các mạch khác vẫn tiếp tục được cung cấp điện bình thường, đảm bảo hoạt động cho các nhánh không gặp sự cố Đây là lựa chọn tối ưu cho từng phần của hệ thống.
Nếu A33 không hoạt động, A22 sẽ thực hiện chức năng bảo vệ tiếp điểm, đảm bảo an toàn cho dòng điện ngắn mạch từ biến áp điểm C Sự lựa chọn này là tuyệt đối và phụ thuộc vào thời gian làm việc của các cấp bảo vệ Mức độ lựa chọn theo thời gian yêu cầu thời gian làm việc của A22 phải lớn hơn A33 Bên cạnh đó, mức độ lựa chọn theo dòng điện yêu cầu dòng điện ngắt cấp I phải nhỏ hơn dòng điện cấp i+1.
A1 có thể hoạt động tại các điểm ngắn mạch a và b, tuy nhiên, khi xảy ra ngắn mạch tại điểm a, cần phải ngắt mạch hư hỏng sớm hơn thời gian quy định Việc kéo dài thời gian chạy trong mạch với dòng điện lớn có thể làm dây nóng lên, dẫn đến hư hỏng dây dẫn và thiết bị Do đó, khi xảy ra ngắn mạch, việc ngắt dòng điện cần được thực hiện một cách nhanh chóng và kịp thời.
Bảo vệ ngắn mạch chọn lọc được thiết lập với thời gian bổ sung độc lập, đảm bảo rằng thời gian tổng A t của Aptomat phía dưới luôn ngắn hơn thời gian điều khiển cực tiểu Tm của Aptomat phía trên Thời gian phân chia giữa hai Aptomat khoảng 100ms.
Hình 2.12 Tính toán chọn lọc nối tầng hai Aptomat
2 Aptomat ở phía dưới t m Thời gian điều chỉnh cực tiểu tA Thời gian tổng khả năng chọn lọc ở tA < tm1
Tính chọn lọc của Aptomat hạn chế dòng điện cầu chì phía trên
Với cách bố trí này tồn tại tính chọn lọc nếu I 2 t A của máy cắt thấp hơn giá trị tới hạn ngắn nhất I 2 tS của cầu chì
Tính chọn lọc Aptomat dòng điện không cầu chì phía dưới
Trong trường hợp này, dòng định mức của cầu chì phải lớn hơn dòng định mức của Aptomat Thời gian cắt tổng (t S + t 1) của cầu chì cần phải ngắn hơn thời gian điều khiển nhỏ nhất (t m) của Aptomat.
Tính chọn lọc Aptomat dòng điện “không” Aptomat hạn chế dòng điện phía dưới
Thời gian cắt tA đối với dòng điện ngoài I a của bộ hạn chế dòng điện cần phải lớn hơn thời gian điều khiển tối thiểu của Aptomat phía dưới.
Hình 2.13 Tính chọn lọc nối tầng hai Aptomat cắt dòng điện không bộ hạn chế dòng
2 Aptomat phía dưới tm Thời gian điều khiển nhỏ nhất tA thời gian tổng
Khả năng chọn lọc khi tA2 (IA) < tm1
ỨNG DỤNG CỦA APTOMAT HÃNG ABB
Aptomat là thiết bị có nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày và trong ngành công nghiệp, nhưng nó chỉ hoạt động hiệu quả trong hệ thống điện có điện áp dưới 1000V.
CB dân dụng theo tiêu chuẩn IEC 898 và tiêu chuẩn khác tương đương thực hiện các chức năng cơ bản gồm: cách ly, bảo vệ chống quá dòng
Hình 2.14 CB dân dụng bảo vệ quá dòng và tạo cách ly mạch
Một số kiểu thiết bị có thể bảo vệ phát hiện dòng rò 30mA chống giật điện bằng cách thêm modul chống dòng rò Ngoài ra, theo tiêu chuẩn IEC 1009, một số thiết bị như RCBO hay CBR theo IEC 947-2 đã được trang bị sẵn chức năng này.
Hình 2.15 CB dân dụng thực hiện chức năng bảo vệ chống điện giật nhờ môdun bổ xung
Ngoài việc thực hiện chức năng chính, các CB này còn hỗ trợ nhiều tính năng khác như điều khiển từ xa và chỉ thị, nhờ vào thiết kế modul và các khối bổ trợ.
Hình 2.16 CB loại Multi 9 của Merlin Gerin thực hiện nhiều chức năng
Các CB công nghiệp có dạng hộp đúc theo tiêu chuẩn IEC 974-2 cho phép thực hiện nhiều chức năng tương tự khác nhờ khối bổ sung thích hợp
Hình 2.17 CB công nghiệp dạng module thực hiện nhiều chức năng
Các CB công nghiệp cắt dòng lớn theo tiêu chuẩn IEC 947-2 tích hợp các chức năng thuộc điện tử và thông tin
Hình 2.18 CB Masterpact thực hiện nhiều chức năng tự động hoá trong modun cắt
Các thiết bị này cho phép hiệu chỉnh giá trị trong một dải rộng và với Mạch bảo vệ dòng rò
Hệ thống báo tín hiệu từ xa
Dưới đây là một số kiểu liên động của CB
Hình 2.19 ở dưới đây cho ta biết 1 CB cấp nguồn thường xuyên còn
CB kia khống chế nguồn thứ 2 chỉ cấp khi cần thiết
Hình 2.19 Liên động giữa 2 CB cấp điện cho một phụ tải
Hình 2.20 Liên động giữa 3 CB cấp điện cho hai phụ tải
Hình 2.21 Liên động giữa 3 CB cấp điện cho hai phụ tải
Trạng thái liên động CB1 CB2
Trạng thái liên động CB1 CB2 CB3
Trạng thái liên động CB1 CB2 CB3
Hình 2.22 Liên động giữa hai CB cấp điện cho 4 phụ tải.
NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ MÁY CẮT
Máy cắt điện là thiết bị thiết yếu dùng để đóng và cắt mạch điện trong cả điều kiện bình thường và khi có sự cố ngắn mạch Chúng hoạt động như một cơ cấu cơ khí có khả năng dẫn điện liên tục và cắt dòng điện khi cần thiết Đối với lò nung chảy hoạt động thường xuyên, máy cắt yêu cầu lực tác động nhỏ và dung lượng cắt thấp, giúp giảm thiểu mài mòn mặc dù vẫn phải đối mặt với tần suất đóng mở cao và thời gian làm việc dài.
Yêu cầu đối với máy cắt bao gồm khả năng cắt nhanh, không gây nổ hoặc cháy khi đóng, kích thước gọn nhẹ và giá thành hợp lý Một trong những vấn đề quan trọng trong máy cắt là dập tắt hồ quang khi cắt ngắn mạch Do đó, phương pháp dập hồ quang thường được sử dụng làm tiêu chí phân loại máy cắt.
Ngắt dòng điện ngắn mạch là chế độ làm việc nặng nhất của máy cắt
Khi ngắt dòng điện nhỏ từ máy biến áp không tải hoặc ngắt dòng điện dung của đường dây dài, hiện tượng song quá điện áp có thể xảy ra Điều này cũng có thể xảy ra trong nhiều tình huống khác, ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của hệ thống điện.
1 0 1 Có điện điều kiện làm việc nặng nề cho cả hệ thống ngắt
Thiết bị cắt mạch cần phải đảm bảo rằng dòng điện không gây hại cho hệ thống và phải đảm bảo an toàn tuyệt đối Việc chế tạo máy ngắt chỉ để ngắt dòng điện phụ tải có thể thực hiện một cách đơn giản hơn.
Máy cắt phải được thiết kế để đảm bảo an toàn và ổn định trong hệ thống điện, với khả năng chống lại tác động nhiệt, điện từ và trường tĩnh điện trong quá trình hoạt động Các bộ phận cơ bản của máy cắt cần phải chịu đựng các phụ tải nhiệt, cơ và điện, bao gồm sự cháy của hồ quang điện, tăng áp suất chất khí và chất lỏng, cũng như các chuyển động cơ với gia tốc lớn Nếu các dự trữ kết cấu không phù hợp với điều kiện làm việc, sẽ có nguy cơ hư hỏng từng bộ phận hoặc toàn bộ máy cắt, dẫn đến sự cố trong hệ thống điện Do đó, máy cắt cần phải tự động hạn chế sự cố và các bộ phận của nó phải đảm bảo ổn định đối với nhiệt độ, lực điện động và điện áp ở mọi giá trị.
Các đặc tính máy cắt phải đáp ứng những quy định cho trước b) Các yêu cầu đặc biệt khác
Ngoài các yêu cầu chung, máy cắt còn cần đáp ứng các yêu cầu đặc biệt tùy thuộc vào điều kiện làm việc cụ thể Cụ thể, máy phải có khả năng hoạt động hiệu quả trong môi trường ẩm ướt và nhiều bụi, tại các độ cao lớn hơn mực nước biển, trên các thiết bị di động, và phải thích ứng với điều kiện làm việc ở nhiệt độ rất thấp.
Với sự phát triển nhanh chóng của năng lượng và việc áp dụng các phương pháp hiện đại trong vận hành hệ thống điện, máy cắt đã trở thành một trong những bộ phận quan trọng nhất Điều này đòi hỏi nâng cao các chỉ tiêu kỹ thuật như tăng dòng điện định mức, công suất ngắt, cải thiện tốc độ tác động, và nâng cao khả năng chống ăn mòn của các bộ phận cơ khí và cách điện Ngoài ra, việc vận chuyển, lắp ráp và vận hành máy cắt cũng cần đảm bảo thuận tiện và an toàn về nổ và hỏa hoạn.
Trong thiết kế máy cắt hiện đại, cần chú trọng nâng cao các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và giảm trọng lượng trong mỗi đơn vị công suất ngắt Kết cấu máy cắt phải đơn giản, vững chắc, với các chi tiết và mối kết cấu tương thích, đồng thời áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến Việc chế tạo cũng nên sử dụng các nguyên liệu có tính cơ, điện, nhiệt cao và kinh tế, như nguyên liệu tiếp điểm đặc biệt và đồ gốm bền.
2.5.2 Phân loại a) Máy cắt nhiều dầu
Dầu vừa là chất cách điện đồng thời sinh khí để dập tắt hồ quang b) Máy cắt ít dầu
Lƣợng dầu ít chỉ đủ sinh khí dập tắt hồ quang còn cách điện là chắt rắn c) Máy cắt không khí
Dùng khí nén để dập tắt hồ quang d) Máy cắt tự sinh khí
Sử dụng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí khi chịu tác động của nhiệt độ cao từ hồ quang Khí tự sinh ra với áp suất cao giúp dập tắt hồ quang hiệu quả.
Hồ quang đƣợc dập trong khe hẹp làm bằng vật liệu rắn chịu đƣợc hồ quang, lực điện từ đẩy hồ quang vào khe f) Máy cắt chân không
Hồ quang được dập trong môi trường chân không g) Máy cắt SF6
Dùng khí SF6 để dập dập hồ quang
2.5.3 Các thông số chính của máy ngắt
+ U đm là điện áp dây lớn nhất mà máy cắt có thể làm việc bình thường tin cậy trong thời gian dài
+ I đm là dòng chạy lâu dài qua máy cắt mà không làm quá nhiệt và không gây hư hỏng, (liên quan kích thước các chi tiết trong máy ngắt)
+ I đđm là dòng ổn định động định mức
Dòng ổn định nhiệt (I nhđm) là dòng điện tương ứng với thời gian ổn định định mức t nh Trong khi đó, dòng cắt định mức (I cđm) là dòng ngắn mạch ba pha hiệu dụng lớn nhất mà máy ngắt có thể cắt mà không gây hư hại cho thiết bị Giá trị của I cđm được xác định từ thực nghiệm.
Công suất cắt định mức S cđm = 3 U đm I cgh
+ I cgh : dòng cắt lớn nhất cho phép khi U < U đm
+ t tđ : khoảng thời gian tính từ khi có tín hiệu ngắt đến thời điểm hồ quang bị dập tắt trên cả ba pha
- Tác động trung bình t tđ = (0,15 ÷ 0,1)s
Máy ngắt cần phải có khả năng đóng mạch ngay cả khi đang xảy ra sự cố ngắn mạch, đồng thời đảm bảo rằng các tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang không bị hư hỏng.
MÁY CẮT THẤP ÁP HÃNG ABB
+ Cấu tạo mặt ngoài của máy cắt loại cố định và di động
Hình 2.23 Hình ảnh máy cắt hãng ABB
1 Tên nhà sản xuất và kích cỡ của CB
2 Sace PR121, PR122, PR123 hay là trip unit
3 Nút ấn cho việc mở bằng tay
4 Nút ấn cho việc đóng bằng tay
5 Cần gạt cho việc nạp lò xo bằng tay
7 Thiết bị điều khiển bằng tay để mở „O‟, hay đóng „I‟ CB
8 Tín hiệu nạp lò xo hay không nạp
9 Tín hiệu điều khiển của việc nhả quá dòng
10 Vị trí khoá để mở
11 Chìa khóa và khóa móc trong và ngoài giành cho loại di động
12 Thiết bị giá dỡ trong và ngoài
Máy cắt ACB, hay còn gọi là máy cắt khí, có khả năng cắt hồ quang hiệu quả, cho phép đóng điện ngay cả khi các tải phía sau vẫn đang hoạt động ACB được phân loại thành 3 đến 4 loại khác nhau tùy theo hãng sản xuất, trong đó có loại 1 dòng chỉnh đến 1600A và loại 2 dòng chỉnh đến 3200A.
3 dòng chỉnh định đến 6400A Thực tế loại 3 tiếp điểm sẽ là hai tiếp điểm loại
ACB có ba loại cơ bản, bao gồm loại mắc song song với nhau Ngoài ra, một số hãng sản xuất ACB còn cung cấp các loại có cấp dòng nhỏ hơn 1000A, được gọi là loại 0 Đối với các ACB thuộc loại này, tiếp điểm chỉ có một loại dòng theo quy định Trip Unit điện của ACB là loại điện tử, thường có tấm chỉnh từ 0.4-1In.
Mở và đóng mạch giai đoạn 3, bằng tay hoặc tự động
Các tính năng chính của ACB là nó làm giảm hoặc phóng điện hồ quang trong quá tải
Máy cắt không khí ACB Emax là loại thiết bị cố định và di động, có khả năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch Với chip điện tử từ 0.4 I n, thiết bị này được thiết kế để chịu nhiệt đới hóa, dễ dàng lắp đặt và có dòng chỉnh định lên tới 6300A.
Để nâng cao khả năng bảo vệ chống dòng hồ quang và thuận tiện cho việc thu thập, giám sát dữ liệu từ các thiết bị đóng cắt, ABB đã tích hợp chức năng giao tiếp không dây vào dòng sản phẩm EMAX Các module không dây mới này cho phép cung cấp thông tin cần thiết mà không cần lắp đặt dây điện, giúp kỹ thuật viên có thể điều khiển và thu thập dữ liệu ngay cả khi vỏ thiết bị đóng cắt được gắn chặt.
Thiết bị mới của ABB hoàn toàn tương thích với các thiết bị hỗ trợ Bluetooth như PDA và máy tính cá nhân Để giao tiếp, người dùng cần tải phần mềm SD-Pocket miễn phí từ website của ABB Nếu sử dụng Module Bluetooth bên ngoài như BT030, phần mềm sẽ được cung cấp qua thẻ nhớ Với thiết bị hỗ trợ Bluetooth này, người dùng có thể giám sát quá trình đo lường theo thời gian thực của dòng điện, điện áp và công suất.
Khôi phục dữ liệu từ bộ Data Logger của thiết bị đóng cắt như PR122 và PR123 là hoàn toàn khả thi Những bộ Data Logger này sở hữu 8 kênh với tần số lấy mẫu lên tới 4800Hz, cho phép ghi lại và phân tích dễ dàng các sự kiện hoặc sự cố xảy ra với thiết bị.
3, Kiểm tra tình trạng của các thiết bị đóng cắt bao gồm cả số lƣợng các thiết bị vận hành, số thiết bị cắt đƣợc lắp đặt
Cấu hình các thiết bị đóng cắt trên PDA hoặc PC và tải xuống cho các thiết bị với mật khẩu tương ứng là một tính năng hữu ích Nhờ vào công nghệ không dây mà ABB cung cấp, việc giao tiếp giữa các hệ thống công suất trở nên đơn giản và hiệu quả hơn bao giờ hết.
+ Cấu tạo mặt ngoài của PR121
Hình 2.24 Các ký hiệu mặt ngoài của PR121
1 LED báo tín hiệu chức năng bảo vệ L
2 LED báo tín hiệu chức năng bảo vệ S
3 LED báo tín hiệu chức năng bảo vệ I
4 LED báo tín hiệu chức năng bảo vệ G
5 Thiết bị chuyển mạch DIP thiết lập ngƣỡng I1
6 Chuyển mạch DIP cho I1 thiết lập ngƣỡng chính hiện nay I1
7 Thiết bị chuyển mạch DIP để thiết lập ngƣỡng hiện tại I 2
8 Chuyển mạch DIP để thiết lập ngƣỡng hiện tại I3
9 Thiết bị chuyển mạch DIP để thiết lập ngƣỡng hiện tại I4
10 Thiết bị chuyển mạch DIP cho t1 thiết lập thời gian truyền đi t1
11 Thiết bị chuyển mạch DIP để thiết lập t 2 thời gian truyền đi t 2
12 Thiết bị chuyển mạch DIP để thiết lập thời gian truyền đi t 4
13 Chỉ thị DIP chuyển đổi vị trí cho mạng lưới tần số
14 Chỉ thị của DIP chuyển đổi vị trí để bảo vệ trung tính thiết lập
16 Dấu hiệu các vị trí chuyển đổi nhúng cho các dòng khác nhau I 1
17 Chỉ dẫn của các vị trí chuyển đổi DIP cho các ngƣỡng giá trị hiện thời I2
18 Chỉ dẫn của các vị trí chuyển đổi DIP cho các ngƣỡng giá trị hiện thời I 3
19 Chỉ dẫn các vị trí chuyển đổi DIP cho các giá trị ngƣỡng hiện tại khác nhau I4
20 Chỉ dẫn DIP vị trí chuyển đổi cho khác nhau thiết lập thời gian t1
21 Chỉ dẫn DIP vị trí chuyển đổi cho các thiết lập thời gian khác nhau t 2
22 Chỉ dẫn của DIP chuyển đổi vị trí cho các thiết lập thời gian khác nhau t4
23 DIP chuyển đổi thiết lập tần số và thiết lập mạng bảo vệ trung lập
24 Chỉ thị nguyên nhân nhả và kiểm tra nhả nút
Kiểm tra kết nối để thử nghiệm phát hành qua thiết bị bên ngoài như pin đơn vị PR130/B, đơn vị truyền thông không dây BT030 và đơn vị SACE PR010/T.
26 Số phát hành bảo vệ
+ Cấu tạo mặt ngoài của PR122
Hình 2.25 Các ký hiệu mặt ngoài của PR122
7 Nút ấn Enter cho việc xác nhận dữ liệu
8 Nút để thoát khỏi menu con hoặc hủy bỏ các hoạt động (ESC )
10 Số phát hành bảo vệ
+ Cấu tạo mặt ngoài của PR 123
1 LED cảnh báo chỉ số
Kiểm tra kết nối để thử nghiệm phát hành thông qua thiết bị bên ngoài như pin đơn vị PR130/B, đơn vị truyền thông không dây BT030 và đơn vị SACE PR010/T.
Hình 2.26 Các ký hiệu mặt ngoài của PR123
7 Nút ấn Enter cho việc xác nhận dữ liệu
8 Nút để thoát khỏi menu con hoặc hủy bỏ các hoạt động (ESC )
10 Số serial để kết nối trip unit
12 Nút xoay tăng giảm điện áp
Một số đặc tính của bảo vệ của PR121/P, PR122/P và PR123/P
Hình 2.27 Đặc tính bảo vệ L –I
Hình 2.28 Đặc tính bảo vệ L – I - S
Hình 2.29 Đặc tính bảo vệ chạm đất
Hình 2.30 Đặc tính bảo vệ quá điện áp
Hình 2.31 Đặc tính bảo vệ mất điện áp
Hình 2.32 Đặc tính bảo vệ mất pha.
MÁY CẮT ỨNG DỤNG TRONG CÁC BẢNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CỦA CÁC TRẠM PHÁT DỰ PHÒNG CÓ CÁC MÁY PHÁT LÀM VIỆC SONG
ĐẶT VẤN ĐỀ
Bảng điện phân phối là thiết bị trung tâm nhận năng lượng từ máy phát qua cầu dao chính ACB, phân bổ đến các phụ tải Tải được kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp từ thanh cái bảng điện chính qua cầu dao phụ tải CB Thiết kế của bảng điện phân phối tích hợp nhiều thiết bị và hệ thống điện nhằm cung cấp năng lượng ổn định cho phụ tải với độ tin cậy cao và giao diện thân thiện Các thiết bị trên bảng bao gồm đo lường, kiểm tra, khí cụ phân phối và bảo vệ, cùng với thiết bị điều chỉnh, điều khiển, nút ấn, công tắc và màn hình cảm ứng Công nghệ bảng điện phân phối hiện nay đã có những bước tiến lớn, cho phép điều khiển, thu thập và xử lý thông tin hiệu quả Đây là phần không thể thiếu trong các trạm phát dự phòng toàn phần.
BẢNG ĐIỆN PHÂN PHỐI
3.2.1 Cấu trúc chung của bảng điện phân phối
3.2.1.1 Cấu trúc chung của bảng điện chính
Bảng điện chính được cấu thành từ nhiều panel riêng biệt, mỗi panel có tính năng và yêu cầu sử dụng đặc thù Điều này dẫn đến sự khác biệt trong cấu tạo và hình thức của từng panel Tuy nhiên, trong thiết kế tổng thể, các panel thường được tạo dáng với trình độ mỹ thuật công nghiệp cao, nhằm tạo ra sản phẩm công nghiệp hiện đại và hoàn mỹ về hình thức Một bảng điện chính thông thường thường tích hợp các panel cơ bản sau.
3.2.1.2 Các panel dùng cho các máy phát- Generator Panel
Số lượng panel trong trạm được xác định theo số lượng máy phát có mặt; cụ thể, nếu trạm có hai máy phát, sẽ có hai panel tương ứng, và nếu có ba máy phát, sẽ cần ba panel Các panel này được tích hợp để hoạt động hiệu quả với hệ thống máy phát.
Hì nh 3 1 MSB với các panel vẽ bằng sơ đồ một dây
Thiết bị đo lường điện bao gồm nhiều loại, trong đó có đồng hồ đo điện áp (Voltmeter), đồng hồ đo dòng điện (Ammeter), đồng hồ đo tần số (FM Frequency meter), và thiết bị đo công suất phản kháng (KVA) Ngoài ra, còn có các công cụ để đo hệ số công suất (Power Factor - cosφ), giúp đánh giá hiệu quả sử dụng điện năng trong hệ thống điện.
Thiết bị đóng cắt: cầu dao chính Air Circuit Breaker (ACB)
Các thiết bị bảo vệ: Rowle công suất ngƣợc, Reverse Power Relay (RPR), Rơle quá tải Ovr Current Relay (OCR)
Các công tắc chuyển mạch và điều khiển đóng vai trò quan trọng trong việc đo điện áp của các pha máy phát và lưới điện (Bus) Chúng cũng được sử dụng để đo dòng điện các pha của máy phát IR, IS, IT Ngoài ra, các nút ấn cho phép khởi động hoặc dừng từ xa các động cơ diesel lai máy phát, và chiết áp điều chỉnh điện áp không tải cho máy phát (nếu có) cũng là những thành phần thiết yếu trong hệ thống này.
Các đèn báo hiệu: máy phát hoạt động ( running), ACB đang mở, ACB đóng
3.2.1.3 Panel hoà đồng bộ - Synchronizing Panel
Mỗi bảng điện chính thường chỉ có một panel hòa đồng bộ, có chức năng hòa đồng bộ các máy phát với nhau Việc hòa đồng bộ có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động, nhưng vẫn cần các thiết bị hỗ trợ Để giảm kích thước bảng điện chính, một số trạm phát hiện nay thiết kế panel hòa đồng bộ ghép chung vào các panel máy phát, tuy nhiên điều này làm cho việc thao tác và theo dõi trở nên khó khăn, đặc biệt với những người vận hành chưa có kinh nghiệm Panel hòa đồng bộ thường được tích hợp với một số thiết bị cần thiết.
Thiết bị đo lường công suất tác dụng bao gồm các đồng hồ Wattmeter, với số lượng đồng hồ tương ứng với số máy tại trạm, giúp theo dõi hiệu quả hoạt động của từng máy trên bảng điều khiển.
Các công tắc chuyển mạch và điều khiển: công tắc dùng cho việc hòa đồng bộ SYS – Synchroscope Switch; công tắc lựa chọn của từng máy phát
CS – Control Switch; các công tắc điều chỉnh động cơ trợ động điều tốc diesel lai máy phát GS- Governor Motor Control Switch
Đồng hồ hòa đồng bộ SY - Synchrocope là thiết bị quan trọng để hiển thị quá trình đồng bộ giữa các máy hoặc giữa máy phát và lưới điện trong quá trình hòa đồng bộ, có thể thực hiện bằng tay hoặc tự động Thiết bị này được kích hoạt bằng tay và thường chỉ hoạt động trong thời gian ngắn, vì vậy sau khi hoàn thành quá trình hòa, cần để thiết bị nghỉ Hiện nay, có nhiều loại đồng bộ kế, nhưng phổ biến nhất là hai loại: chỉ thị bằng kim và chỉ thị LED (Light Emitting Diode), với cấu tạo hoàn toàn khác nhau.
Bộ đèn hòa đồng bộ SYL, hay còn gọi là đèn đồng bộ, bao gồm ba đèn hoạt động theo nguyên tắc tắt hoặc quay Bộ đèn này kết hợp với đồng bộ kế, tạo nên độ tin cậy cao cho thiết bị hòa Các đèn báo hiệu chính quản lý các trạng thái như cách điện thấp, mất nguồn điều khiển sẵn sàng khởi động và điều khiển từ xa, giúp nâng cao hiệu quả hoạt động.
3.2.1.4 Panel tích hợp các khởi động từ cho các phụ tải quan trọng- Group Starter Panel Đây là các module chứa các hộp khởi động cho các phụ tải quan trọng lấy điện trực tiếp từ bảng điện chính Tùy từng tàu với các phụ tải nhiều hay ít mà số lƣợng các khởi động từ đạt trên các panel này sẽ đƣợc phân chia theo nhóm Ví dụ dưới tàu thủy thì trên bảng điện chính sẽ có hai panel dành cho các phụ tải này, trong đó mỗi panel đƣợc gọi là một nhóm Nhóm khởi dộng số 1 ( No 1 group starter) bao gồm:
- Bơm nước biển làm mát máy chính số 1 ( No 1 Cool S W Pump)
- Máy nén gió khởi động số 1 (No 1 Main Air Comp)
- Bơm nước ngọt làm mát máy chính số 1 (No 1 Cool F W Pump)
- Bơm cấp dầu FO cho máy chính số 1 (M/E FO Supply Pump)…
3.2.1.5 Panel cấp nguồn cho phụ tải động lực - 440 V Feeder Panel Đây là nơi cung cấp năng lƣợng cho phụ tải hoặc các nhóm phụ tải động lực thông qua các cầu dao phụ tải CB Tùy vào tính chất và tầm quan trọng cũng nhƣ công suất phụ tải mà chúng sẽ đƣợc cung cấp trực tiếp hoặc thông qua các bảng điện phụ trung gian Trên panel này chủ yếu bố trí các
CB còn được trang bị thêm các thiết bị đo lường như đồng hồ đo điện trở cách điện MΩ và các đèn chỉ thị cách điện, chủ yếu phục vụ cho việc kiểm tra trong lưới động lực.
3.2.1.6 Panel cấp nguồn cho phụ tải sinh hoạt 220 V (hoặc 100V) Feeder panel
Nhóm phụ tải sinh hoạt được cấp nguồn từ panel điện áp thấp riêng rẽ, lấy từ hệ thanh cái phụ trên bảng điện chính Nguồn cung cấp cho hệ thanh cái này được lấy từ biến áp chiếu sáng 400/220 V hoặc 440/100 V Đối với tàu thủy, điện áp chiếu sáng được cung cấp bằng điện áp dây, khác với lưới điện dân dụng dùng điện áp ba pha Điều này yêu cầu các thiết bị trong lưới chiếu sáng và sinh hoạt trên tàu thủy phải có đặc thù riêng, đặc biệt là vấn đề an toàn cho thiết bị, người vận hành và người sử dụng hệ thống Panel Feeder 220 V hoặc 100 V chủ yếu chứa các CB phụ tải.
CB chủ yếu sử dụng là loại một pha (hai cực) với điện áp 440 V hoặc 400 V Trong các Feeder Panel, CB thường được chọn với chức năng bảo vệ ngắn mạch dựa vào tác động từ trường của dòng ngắn mạch, giúp phản ứng nhanh và chính xác hơn so với các loại bảo vệ dựa trên nguyên lý phát nhiệt Tuy nhiên, lựa chọn này có chi phí cao hơn đáng kể Ngoài ra, panel còn được trang bị đèn báo cách điện cho lưới sinh hoạt, đồng hồ đo điện trở cách điện, cùng với các đồng hồ Voltmeter và Ammeter để đo điện áp và dòng điện cho lưới sinh hoạt.
3.2.2 Các thiết bị đƣợc tích hợp trên bảng điện chính
Bảng điện chính được mô tả như một hệ thống tĩnh, nhưng thực tế, các quá trình vật lý bên trong lại rất động Cấu tạo chi tiết của các phần tử trong bảng điện chính cho thấy sự tích hợp của nhiều thiết bị, mặc dù lý thuyết cho rằng chúng là tĩnh.
Bảng điện chính, từ những ngày đầu, đã tập trung năng lượng điện, với thanh cái là một trong những thiết bị đầu tiên Qua thời gian, kết cấu, hình dáng và chất liệu của thanh cái đã thay đổi, nhưng các tiêu chí kỹ thuật như khả năng dẫn điện tốt, độ bền cơ học, dễ gia công, tuổi thọ cao và giá thành hợp lý vẫn được các nhà sản xuất chú trọng Do đó, thanh cái thường được chế tạo từ đồng nguyên chất, với hàm lượng đồng tối thiểu không dưới 97% Trong các trạm phát điện, số lượng thanh cái thay đổi tùy theo loại máy phát, với các trạm dùng dòng xoay chiều có thể sử dụng từ ba đến bốn thanh cái Kích thước và hình dáng của thanh cái phụ thuộc vào công suất trạm, phổ biến là mặt cắt chữ nhật với tỷ lệ chiều dài gấp 5-10 lần chiều rộng Một số trạm phát còn thiết kế thanh cái kép, cho phép sử dụng hai thanh cái song song với tổng tiết diện tương đương thanh đơn.