Tăng áp trong quá trình chuyển mạch tụ bù shunt trong cầu chì
Điều Khiển Mạch Dòng Chảy: Một Thực Hành Phổ Biến trong Điều Khiển Tải Cảm
Điều khiển mạch dòng chảy là một trong những thực hành phổ biến nhất trong điều khiển tải cảm. Các mạch dòng chảy được lắp đặt để bù cho điện dung của đường dây trên không và được đóng hoặc ngắt dựa trên tải tức thời của đường dây. Vì mạch dòng chảy có thể được coi là một phần tử mạch tụ tập với điện dung rò rỉ, mạch tải tương đương có thể được đơn giản hóa thành mạch LC (cuộn cảm - tụ điện) cơ bản.
Oscillation Điện Áp khi Ngắt
Tại thời điểm ngắt, thường liên quan đến ngắt dòng đột ngột, mạch LC tạo ra sự dao động điện áp. Điện áp tối đa, , đạt đỉnh là 1 đơn vị (p.u.) của điện áp hệ thống cộng thêm sự đóng góp từ việc ngắt dòng đột ngột. Thông thường, điện áp hồi phục tạm thời dao động (TRV) tần số đơn lẻ có tần số cao, được chuẩn hóa bởi IEC 62271-110 với giá trị từ 6,8 kHz ở điện áp định mức 72,5 kV đến 1,5 kHz ở 800 kV.
Thời Gian Arc Ngắn và Nguy Cơ Khởi Động Lại
Tương tự như việc điều khiển dòng điện tụ, dòng điện mạch đủ thấp để ngắt có thể xảy ra sau một thời gian arc rất ngắn. Thời gian ngắn này có nghĩa là khoảng cách giữa các tiếp điểm của cầu chì có thể chưa đủ lớn tại điểm dòng điện bằng không để chịu đựng được TRV. Nếu điều này xảy ra, sẽ xảy ra hỏng hóc, dẫn đến khởi động lại. Trong trường hợp này, khởi động lại được gọi là khởi động lại vì tần số cao của TRV khiến nó xảy ra trong vòng một phần tư chu kỳ tần số công suất sau khi ngắt.
Phóng Điện Năng Lượng Thấp trong Khởi Động Lại Cảm
Khác với việc khởi động lại trong mạch tụ, năng lượng được cung cấp cho phóng điện khởi động lại cảm là tương đối thấp, chủ yếu là do phóng điện của điện dung rò rỉ. Một dòng điện khởi động lại tần số cao ngắn sẽ chảy, và khoảng cách có thể hoặc không khôi phục sau sự kiện. Trong quá trình dòng điện khởi động lại chảy, khoảng cách mở chỉ đạt điện áp hỏng hóc cao hơn một chút. Sau khi dòng điện khởi động lại bị ngắt, TRV cao hơn sau đó có thể dẫn đến khởi động lại. Điều này càng có khả năng xảy ra vì, trong thời gian dẫn điện ngắn, dòng điện tần số công suất trong mạch cảm tăng nhẹ, làm cho TRV thứ hai dốc hơn và có thể cao hơn so với lần trước.
Nhiều Khởi Động Lại và Tăng Điện Áp
Chuỗi khởi động lại được gọi là nhiều khởi động lại, và sự gia tăng dần của giá trị điện áp khởi động lại được gọi là (cảm) tăng điện áp. Nhiều khởi động lại có thể đặc biệt thách thức đối với cầu chì khí và dầu, đó là lý do tại sao điều khiển mạch dòng chảy đôi khi được gọi là "cơn ác mộng của cầu chì." Điều này đặc biệt đúng vì điều khiển mạch dòng chảy là một hoạt động hàng ngày, làm cho nó trở thành nguồn căng thẳng thường xuyên cho các thiết bị này.
Phân Tích Thử Nghiệm Cầu Chì SF6 với Nhiều Khởi Động Lại
Trong hình vẽ cho thử nghiệm cầu chì SF6, có thể quan sát thấy bảy khởi động lại trước khi khôi phục. Ngay sau mỗi khởi động lại, dòng điện khởi động lại tần số rất cao giữ khoảng cách dẫn điện trong khoảng 100 μs. Điện áp tối đa đạt được trên mạch cảm tải là 2,3 p.u.. Nếu không có khởi động lại, điện áp tối đa sẽ là 1,08 p.u. do dòng cắt nhỏ. Giá trị đỉnh của điện áp hồi phục tạm thời (TRV) là 3,3 p.u..
Những Quan Sát Chính:
Nhiều Khởi Động Lại: Mặc dù dòng cắt rất nhỏ, điện áp tải tăng đáng kể sau nhiều khởi động lại. Điều này nhấn mạnh tác động quan trọng của khởi động lại đối với mức điện áp của hệ thống.
Dòng Điện Khởi Động Lại Tần Số Cao: Dòng điện khởi động lại được đặc trưng bởi tần số rất cao, giữ khoảng cách dẫn điện trong thời gian ngắn (khoảng 100 μs). Thời gian dẫn điện ngắn này cho phép điện áp tăng nhanh, dẫn đến khởi động lại tiếp theo.
Tăng Điện Áp: Điện áp tối đa qua mạch cảm tải đạt 2,3 p.u., gấp hơn hai lần điện áp dự kiến mà không có khởi động lại (1,08 p.u.). Giá trị đỉnh TRV là 3,3 p.u. càng nhấn mạnh mức độ nghiêm trọng của sự tăng điện áp do nhiều khởi động lại.
Ngăn Ngừa Nhiều Khởi Động Lại trong Điều Khiển Mạch Dòng Chảy
Nhiều khởi động lại trong điều khiển mạch dòng chảy có thể được tránh hiệu quả thông qua kỹ thuật điều khiển đóng ngắt có kiểm soát. Thay vì phụ thuộc vào việc tách tiếp điểm ngẫu nhiên, điều khiển đóng ngắt có kiểm soát đảm bảo rằng các tiếp điểm tách rời trước thời điểm dòng điện bằng không. Phương pháp này mang lại nhiều lợi ích:
Tránh Thời Gian Arc Ngắn: Bằng cách tách các tiếp điểm trước, thời gian arc được kéo dài, cho phép khoảng cách đạt đủ khoảng cách trước khi dòng điện tự nhiên đạt đến không. Điều này giảm thiểu nguy cơ khởi động lại, vì khoảng cách đã sẵn sàng để chịu đựng điện áp hồi phục tạm thời (TRV).
Ngắt Đúng Thời Điểm: Điều khiển đóng ngắt có kiểm soát đảm bảo rằng việc ngắt xảy ra khi khoảng cách đã đạt đủ khoảng cách. Việc này giảm thiểu khả năng khởi động lại và giúp duy trì hiệu suất ổn định của hệ thống.
Giảm Tăng Điện Áp: Bằng cách ngăn ngừa khởi động lại, điều khiển đóng ngắt có kiểm soát cũng giảm thiểu nguy cơ tăng điện áp. Điện áp hệ thống vẫn gần với các giá trị dự kiến, giảm stress lên cách điện và các thành phần khác.
Lợi Ích của Điều Khiển Đóng Ngắt Có Kiểm Soát
Nâng Cao Độ Tin Cậy: Điều khiển đóng ngắt có kiểm soát cải thiện độ tin cậy tổng thể của cầu chì, đặc biệt trong các ứng dụng liên quan đến mạch dòng chảy. Nó giảm thiểu sự xuất hiện của nhiều khởi động lại, vốn có thể gây hư hỏng thiết bị hoặc mất ổn định hệ thống.
Cải Thiện Hiệu Suất: Bằng cách tránh khởi động lại, điều khiển đóng ngắt có kiểm soát đảm bảo rằng cầu chì hoạt động trong phạm vi thiết kế, duy trì hiệu suất tối ưu và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
Tiết Kiệm Chi Phí: Giảm tần suất khởi động lại có thể dẫn đến tiết kiệm chi phí bằng cách giảm yêu cầu bảo dưỡng và ngăn ngừa hỏng hóc thiết bị tiềm tàng.
