Mô tả về các hiện tượng cơ bản trong quá trình chuyển mạch của cầu chì trong lưới điện

Thuật ngữ chuyển mạch cầu chì có thể được hiểu bằng cách xem xét một sự kiện thực tế.
Hình 1 đến 3 cho thấy dấu vết của bài kiểm tra dòng điện lỗi ba pha không nối đất đóng-mở (CO) trên cầu chì chân không (dấu vết do KEMA cung cấp).
Xem xét từng hình theo thứ tự, thuật ngữ như sau:

Thứ Tự và Các Lượng Liên Quan Đến Việc Cắt Mạch Cầu Chì

Từ Hình 1, chúng ta có thể quan sát chi tiết chuỗi sự kiện như sau:

1. Trạng Thái Ban Đầu:

• Cầu chì bắt đầu ở vị trí mở.

• Một tín hiệu đóng được áp dụng vào cuộn dây đóng để khởi động quá trình đóng.

2. Quá Trình Đóng:

Sau một khoảng thời gian trễ điện ngắn, tiếp điểm di chuyển bắt đầu di chuyển (như được chỉ ra bởi đường cong di chuyển phía dưới) và cuối cùng tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh. Thời điểm này được gọi là tiếp xúc hoặc đóng mạch. Trên thực tế, do sự phá vỡ trước giữa các tiếp điểm, kết nối điện thực sự có thể xảy ra hơi sớm hơn so với tiếp xúc cơ học.

Khoảng thời gian giữa việc áp dụng tín hiệu đóng và thời điểm tiếp xúc được gọi là thời gian đóng cơ học.

3. Trạng Thái Đóng và Dòng Điện Lỗi:

• Sau khi đóng, cầu chì mang dòng điện lỗi. Một tín hiệu cắt được áp dụng vào cuộn dây cắt, khởi động quá trình mở (hoặc cắt) của cầu chì.

• Sau một khoảng thời gian trễ điện ngắn, tiếp điểm di chuyển bắt đầu di chuyển xa khỏi tiếp điểm tĩnh, dẫn đến sự tách rời cơ học. Thời điểm này được gọi là tách tiếp điểm, tách rời hoặc mở mạch.

• Khoảng thời gian giữa việc áp dụng tín hiệu cắt và thời điểm tách tiếp điểm được gọi là thời gian mở cơ học.

4. Hình Thành Cung Điện và Ngắt Dòng:

• Một cung điện hình thành giữa các tiếp điểm khi chúng tách rời. Dòng điện cố gắng ngắt tại các điểm giao nhau, đầu tiên trong pha b, sau đó là pha a, và cuối cùng thành công trong pha c.

•  Pha c là pha đầu tiên đạt được ngắt hoàn toàn, với thời gian cung điện (thời gian giữa tách tiếp điểm và ngắt dòng) khoảng nửa chu kỳ. Thời gian ngắt (còn gọi là thời gian cầu chì) cho pha c là tổng của thời gian mở cơ học và thời gian cung điện.

5. Phân Bố Dòng Điện Trong Quá Trình Ngắt:

• Tại thời điểm ngắt dòng trong pha c, các dòng điện trong pha a và b dịch chuyển 30°, trở nên bằng nhau về độ lớn nhưng ngược chiều. Dòng điện trong pha đi trước (pha a) trải qua nửa chu kỳ ngắn hơn, trong khi dòng điện trong pha đi sau (pha b) trải qua nửa chu kỳ dài hơn.

• Thời gian làm sạch tổng cộng là tổng của thời gian mở cơ học và thời gian cung điện tối đa quan sát được trong pha a hoặc pha b.

Các lượng liên quan đến dòng điện chuyển mạch cầu chì:

Có thể thấy rõ trong Hình 2 rằng:

•  Đối với lỗi bắt đầu ở đỉnh điện áp, dòng điện sẽ đối xứng. Đối xứng có nghĩa là mỗi nửa chu kỳ của dòng điện, còn được gọi là vòng dòng điện, sẽ giống hệt nửa chu kỳ dòng điện trước đó. Dòng điện trong pha a gần như đối xứng do lỗi bắt đầu ngay trước đỉnh điện áp.

• Dòng điện trong pha b và pha c không đối xứng và bao gồm các vòng dòng điện dài và ngắn, tương ứng được gọi là vòng lớn và vòng nhỏ.
  Độ không đối xứng tối đa xảy ra khi lỗi bắt đầu ở điểm giao nhau của điện áp.

Các Lượng Liên Quan Đến Điện Áp Chuyển Mạch Cầu Chì

Từ Hình 3, chúng ta có thể quan sát chi tiết chuỗi sự kiện như sau:

Giao Nhau Dòng Điện:
Giao nhau dòng điện xảy ra mỗi 60 giây. Sau khi các tiếp điểm tách, cực gần nhất với giao nhau tiếp theo sẽ cố gắng ngắt dòng điện đầu tiên. Trong trường hợp này, cực pha b, gần nhất với giao nhau đầu tiên, cố gắng ngắt dòng điện.

2. Các Nỗ Lực Ngắt Dòng Đầu Tiên:

Cực pha b cố gắng ngắt dòng điện nhưng thất bại do các tiếp điểm quá gần để chịu đựng Điện Áp Phục Hồi Tạm Thời (TRV), dẫn đến tái kích hoạt.
 Tiếp theo, cực pha a cũng cố gắng ngắt dòng điện nhưng cũng thất bại và tái kích hoạt.

3. Ngắt Dòng Thành Công:

 Cuối cùng, cực pha c thành công ngắt dòng điện, khôi phục hệ thống về TRV và điện áp phục hồi xoay chiều (AC recovery voltage).

4. Điện Áp Phục Hồi Tạm Thời (TRV):

•  Định nghĩa: TRV là dao động tạm thời xảy ra khi điện áp bên phía nguồn của cầu chì phục hồi về điện áp hệ thống trước lỗi.

• Hành vi: TRV dao động quanh điện áp phục hồi xoay chiều, đóng vai trò là điểm mục tiêu hoặc trục dao động. Giá trị đỉnh của TRV phụ thuộc vào độ giảm trong mạch.

• Thời Gian Dao Động: Như được hiển thị trong sóng điện, TRV dao động trong một phần tư chu kỳ tần số nguồn (tức là 90 độ).

• Tác Động lên Cực: Cực đầu tiên được làm sạch (trong trường hợp này là pha c) chịu tác động của TRV cao nhất, vì nó trải qua toàn bộ dao động tạm thời.

5.    Làm Sạch Cực Tiếp Theo:

• Cực pha a và pha b được làm sạch muộn hơn cực pha c 90 độ.

• Đối với các cực này, giá trị TRV thấp hơn so với cực pha c và có cực tính ngược lại.

• Điện áp phục hồi xoay chiều là điện áp dòng, được chia sẻ giữa hai pha.