Các Vấn đề và Giải pháp cho Mạch Thứ cấp của Máy biến áp điện áp

Bài viết này phân tích sâu tình hình nêu trên và tóm tắt các biện pháp kỹ thuật để giải quyết các vấn đề.

1. Các Vấn đề Chính của Sản phẩm SPD trong Mạch Thứ cấp của Máy biến áp Điện áp

Hiện nay, có các thiết bị SPD không dòng rò (loại công tắc) ở trong và ngoài nước. Các mạch xả điện chính bên trong chủ yếu sử dụng ống xả/khoảng cách, với khả năng dòng xả cao (vượt quá varistor oxit kẽm). Tuy nhiên, chúng có những khuyết điểm chí mạng: hạn chế điện áp kém, điện áp kéo cung, và thời gian phản hồi dài (lên đến 100 ns). Điều này ngăn chặn việc bảo vệ thiết bị trong mạch thứ cấp một cách thích hợp. Thậm chí tệ hơn, điện áp kéo cung thường làm giảm điện áp mạch thứ cấp của máy biến áp điện áp (100 V) xuống vài volt, khiến hệ thống đo lường và điều khiển hiển thị mất điện áp đường dây điện áp cao. Do đó, các thiết bị chống sét dạng công tắc không thể sử dụng.

2. Giải pháp và Nội dung Chính

Các phần tử xả điện cốt lõi của SPD phổ biến trên thị trường bao gồm ống xả CDT, varistor oxit kẽm MOV, và bộ ức chế điện áp tạm thời TVD. TVD có thời gian phản hồi siêu nhanh (1 ns), khả năng hạn chế điện áp tốt, và dòng rò nhỏ (dưới 1 μA); nó cháy và ngắt sau khi hỏng, không gây ngắn mạch. Tuy nhiên, dòng xả của nó thấp (1 kA). Ngoài ra, CDT, GAP, và TVD có khả năng chống xung điện áp cao mạnh mẽ hơn so với MOV, chịu được xung 10 kV mà không bị hư hỏng cấu trúc.

Bằng cách kết hợp các ưu điểm của các phần tử này và sử dụng mạch kết hợp, một sản phẩm (MOV nối tiếp với CDT và TVD song song) được thiết kế, như được hiển thị trong Hình 1.

Hình 1: Nguyên lý Xả Điện

Khi dòng điện sét xâm nhập tại Điểm A, MOV ban đầu không dẫn điện. Tuy nhiên, dòng rò của MOV cân bằng điện thế giữa Điểm A và B. Tại thời điểm này, TVS kích hoạt trong vòng 1 ns, tạo ra đường dẫn trực tiếp giữa Điểm B và C. Do đó, toàn bộ điện áp sét được áp dụng lên MOV giữa Điểm A và B. Vì điện áp kích hoạt của MOV Um chỉ là 50% của điện áp kích hoạt của mạch kết hợp Uc, điện áp cao làm tăng tốc độ kích hoạt của MOV, giảm thời gian phản hồi điển hình từ 25 ns xuống khoảng 12.5 ns. Trong thời gian này, khi dòng xả vẫn đang xây dựng, đường dẫn trực tiếp từ A đến B buộc hầu hết điện áp sét vào Điểm B và C (nơi mà khả năng dòng tối đa của TVD là ~1 kA).

Từ góc độ thiết kế, điện áp kích hoạt của CDT thấp hơn 50% so với Uc. Ngoài ra, điện trở nội bộ RL của MOV bán dẫn tạo ra sự giảm điện áp nâng cao điện áp tại Điểm B lên trên điện áp sét ban đầu. Các thử nghiệm cho thấy điều này giảm thời gian kích hoạt của CDT từ 100 ns xuống 15 ns, cho phép toàn bộ mạch dẫn hoàn toàn trong 25 ns - phù hợp với thời gian phản hồi của MOV độc lập.

Sau khi xả, dòng rò nhỏ của TVD và sự ngắt hoàn toàn của CDT loại bỏ vấn đề dòng rò của MOV, ngăn ngừa các nguy cơ tiềm ẩn. Đối với hiệu suất kẹp điện áp, việc kích hoạt chính xác của TVD (nơi điện áp kích hoạt bằng điện áp kẹp) đảm bảo ngưỡng kẹp thấp. Với Um = 0.5Uc, điện áp kẹp của MOV trong mạch là 1.5Uc, dẫn đến tổng điện áp kẹp của mạch kết hợp là 2Uc - đáng kể tốt hơn tỷ lệ 3× của các mô-đun MOV độc lập.

Một mạch giám sát bổ sung được tích hợp để phát hiện sự hỏng hóc của các thành phần. Khi các phần tử bên trong suy giảm, nút giám sát chuyển từ trạng thái mở sang đóng, báo hiệu sự hỏng hóc của SPD. Bảng 1 so sánh hiệu suất của các mô-đun MOV độc lập so với SPD mạch xả kết hợp trong cùng điều kiện.

SPD kiểu mới này có dòng rò, nhưng có thể kiểm soát mức điện áp vượt quá ở mức rất thấp (dưới 10 μA). Hơn nữa, nó có thể giữ nguyên các tham số dòng rò và ngắt nhanh sau khi điện áp vượt quá biến mất. Đây là sản phẩm lý tưởng có thể áp dụng cho mạch thứ cấp của máy biến áp điện áp.

SPD sử dụng mạch xả kết hợp thay thế cho mô-đun varistor oxit kẽm đơn, cung cấp các biện pháp kỹ thuật bảo vệ điện áp vượt quá cho mạch thứ cấp của máy biến áp điện áp. Nó có thể tránh vấn đề tăng dòng rò do tuổi thọ sau khi mạch SPD bị tác động bởi sét hoặc điện áp vượt quá nhiều lần. Đồng thời, khi xảy ra sự cố và hỏng hóc, sẽ không có hiện tượng ngắn mạch. Nếu SPD có các vị trí lỗi như chập và ngắn mạch, nhân viên vận hành và bảo dưỡng có thể được nhắc nhở thông qua điểm tiếp xúc cảnh báo của SPD, tránh sự cố bảo vệ hoạt động sai hoặc không hoạt động.

3. Kết luận

Trong quá trình sử dụng thực tế, SPD sử dụng mạch kết hợp có giá trị dòng rò cơ bản không thay đổi từ lúc bắt đầu đến khi hỏng (sau khi hỏng, nó được ngắt trực tiếp), và có thể kiểm soát dưới 3 μA. Hơn nữa, SPD có thể cung cấp thuận tiện một điểm tiếp xúc giám sát sự hỏng hóc thông qua mạch kết hợp, dễ dàng cho nhân viên vận hành và bảo dưỡng theo dõi.

Bằng cách áp dụng công nghệ ức chế điện áp vượt quá cho mạch thứ cấp của máy biến áp kết hợp, rủi ro về sự cố bảo vệ an toàn do nguy cơ nối đất của SPD trong mạch thứ cấp của máy biến áp được tránh. Nó thực sự thực hiện bảo vệ chống sét và điện áp vượt quá trong mạch thứ cấp của máy biến áp, đảm bảo hoạt động an toàn của thiết bị thứ cấp điện trong môi trường thời tiết khắc nghiệt và tình huống tai nạn.