Ngắt đệm trong công tắc điện áp cao khí gas
Giải thích Chi Tiết Quá Trình Ngắt Cung Điện trong Máy Cắt SF6 Loại Puffer
Trong máy cắt SF6 loại puffer, quá trình ngắt cung điện là cơ chế quan trọng đảm bảo ngắt dòng điện lớn một cách đáng tin cậy, đặc biệt trong điều kiện ngắn mạch. Quá trình này bao gồm sự tương tác giữa các tiếp điểm chính, tiếp điểm cung điện và vòi phun PTFE (Polytetrafluoroethylene), hướng dẫn dòng khí SF6 nén để dập tắt cung điện. Dưới đây là giải thích chi tiết về quá trình ngắt cung điện, từng bước:
Trạng Thái Ban Đầu: Tiếp Điểm Chính Mở, Dòng Điện Được Chuyển Sang Tiếp Điểm Cung Điện
Tiếp Điểm Chính: Các tiếp điểm chính, được thiết kế lớn hơn để chịu tải dòng điện bình thường, được đặt đồng tâm bên ngoài các tiếp điểm cung điện. Trong trạng thái ban đầu, các tiếp điểm chính đã mở và dòng điện đã được chuyển (commutated) sang các tiếp điểm cung điện.
Tiếp Điểm Cung Điện: Các tiếp điểm cung điện nhỏ hơn và được thiết kế đặc biệt để chịu nhiệt độ và áp suất cao do cung điện tạo ra. Chúng chuẩn bị mở, và khi chúng mở, một cung điện sẽ phát sinh giữa chúng.
Đốt Cung Điện: Tiếp Điểm Cung Điện Bắt Đầu Tách Ra
Khi các tiếp điểm cung điện bắt đầu tách ra, dòng điện vẫn tiếp tục chảy qua khoảng cách nhỏ giữa chúng, tạo thành một cung điện. Tại thời điểm này, cung điện vẫn còn tương đối ổn định, và vòi phun PTFE, được cố định vào tiếp điểm di động, bắt đầu hướng dẫn dòng khí SF6 nén từ thể tích puffer đến cung điện.
Dòng khí ban đầu bị hạn chế vì diện tích cắt của cung điện có thể lớn, đặc biệt là ở dòng điện ngắn mạch cao. Hiện tượng này, khi diện tích cắt của cung điện lớn hơn đường kính cổ họng vòi phun, được gọi là hiện tượng tắc dòng. Trong hiện tượng tắc dòng, dòng khí bị chặn một phần bởi cung điện, ngăn không cho nó làm mát cung điện hiệu quả.
Tăng Áp Suất Khí và Hạn Chế Cung Điện
Chuyển Động Cơ Học và Truyền Nhiệt: Khi các tiếp điểm cung điện tiếp tục tách ra, chuyển động cơ học của các tiếp điểm tiếp tục nén khí SF6 trong thể tích puffer. Ngoài ra, nhiệt từ cung điện được truyền đến khí, khiến nhiệt độ của nó tăng nhanh. Sự kết hợp giữa nén cơ học và truyền nhiệt dẫn đến sự tăng đáng kể áp suất khí trong thể tích puffer.
Gần Đến Điểm Zero Của Dòng Điện: Khi cung điện gần đến điểm zero tự nhiên (điểm mà dòng điện xoay chiều đi qua zero), diện tích cắt của cung điện bắt đầu giảm. Sự giảm kích thước của cung điện cho phép khí SF6 nén chảy tự do hơn qua vòi phun.
Sức Ép Khí Mạnh: Ngay khi các tiếp điểm cung điện hoàn toàn tách ra, khí nén trong thể tích puffer được giải phóng qua vòi phun, tạo ra một sức ép mạnh thổi trực tiếp vào cung điện. Dòng khí tốc độ cao này làm lạnh cung điện nhanh chóng, kéo dài nó và phá vỡ plasma ion hóa, dẫn đến việc dập tắt cung điện.
Dập Tắt Cung Điện và Phục Hồi Độ Chống Điện
Dập Tắt Cung Điện: Một khi cung điện được dập tắt tại điểm zero của dòng điện, dòng điện ngừng chảy, và cung điện không còn tồn tại. Sự vắng mặt của cung điện có nghĩa là nguồn nhiệt đã bị loại bỏ, cho phép khí SF6 làm lạnh.
Tái Kết Hợp Các Phần Tử Khí: Sau khi cung điện được dập tắt, các phân tử khí SF6 đã phân hủy (như SF4, S2F10, v.v.) bắt đầu tái kết hợp, khôi phục cấu trúc hóa học ban đầu của SF6. Quá trình tái kết hợp này cũng khôi phục lại tính chất cách điện của khí.
Phục Hồi Độ Chống Điện: Sự tái kết hợp nhanh chóng của các phần tử khí và việc làm lạnh khí dẫn đến việc phục hồi nhanh chóng độ chống điện giữa các tiếp điểm. Điều này đảm bảo rằng cung điện không tái phát sinh khi điện áp giữa các tiếp điểm tăng sau khi dòng điện đi qua điểm zero.
Chuyển Động Của Tiếp Điểm Dừng Lại: Với cung điện đã được dập tắt và độ chống điện đã được khôi phục, chuyển động của các tiếp điểm dừng lại. Áp suất khí bên trong máy cắt (CB) sau đó ổn định, và hệ thống trở lại trạng thái bình thường, không dẫn điện.
Điểm Cần Lưu Ý:
Hiện Tượng Tắc Dòng: Ở dòng điện ngắn mạch cao, diện tích cắt của cung điện có thể lớn hơn đường kính cổ họng vòi phun, tạm thời chặn dòng khí. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tắc dòng. Mặc dù vậy, áp suất khí vẫn tiếp tục tăng do nén cơ học và truyền nhiệt từ cung điện.
Thể Tích Puffer và Thiết Kế Vòi Phun: Thể tích puffer là thành phần quan trọng lưu trữ khí SF6 nén, sau đó được giải phóng qua vòi phun PTFE. Vòi phun được thiết kế để hướng dẫn dòng khí chính xác vào cung điện, đảm bảo làm mát hiệu quả và dập tắt cung điện.
Phục Hồi Nhanh Độ Chống Điện: Một trong những ưu điểm chính của khí SF6 là khả năng nhanh chóng phục hồi tính chất cách điện sau khi cung điện được dập tắt. Điều này đảm bảo rằng máy cắt có thể an toàn ngắt dòng điện lớn mà không rủi ro cung điện tái phát sinh.
Kết Luận
Quá trình ngắt cung điện trong máy cắt SF6 loại puffer là phương pháp hiệu quả và đáng tin cậy để ngắt dòng điện lớn, đặc biệt trong điều kiện ngắn mạch. Sự kết hợp giữa nén cơ học, dòng khí và các tính chất độc đáo của khí SF6 đảm bảo rằng cung điện được dập tắt nhanh chóng, và độ chống điện giữa các tiếp điểm được khôi phục nhanh chóng. Thiết kế này cho phép máy cắt xử lý các dòng lỗi lớn trong khi vẫn duy trì sự toàn vẹn và an toàn của hệ thống điện.
