Sự khác biệt điển hình giữa thiết bị đóng cắt SF6 và chân không trong điện áp cao
So sánh bộ ngắt chân không và SF6 trong thiết bị đóng cắt điện áp cao
Khi nói đến việc ngắt dòng điện lỗi, đặc biệt là những dòng điện có tốc độ tăng nhanh của điện áp phục hồi tạm thời (TRV), bộ ngắt chân không có lợi thế đáng kể so với bộ ngắt SF6 (lục floua sunfur) nhờ vào đặc tính phục hồi điện môi vượt trội. Dưới đây là so sánh chi tiết, bao gồm các khác biệt chính về thống kê sự cố, hành vi sự cố muộn và hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể như ngắt tải cảm và ngắt tụ điện.
1. Phục hồi điện môi và Điện áp phục hồi tạm thời (TRV)
Bộ ngắt chân không:
Phục hồi điện môi nhanh chóng: Bộ ngắt chân không được biết đến với khả năng phục hồi điện môi cực kỳ nhanh chóng, điều này rất quan trọng khi đối mặt với tốc độ TRV cao. Sau khi ngắt dòng điện, khoảng cách chân không nhanh chóng khôi phục lại đặc tính cách điện, làm cho nó hiệu quả cao trong việc xử lý điều kiện TRV dốc.
Hiệu suất vượt trội trong TRV dốc: Thời gian phục hồi nhanh này cho phép bộ ngắt chân không xử lý điện áp phục hồi tạm thời với tốc độ tăng rất nhanh hơn so với bộ ngắt SF6. Sự khôi phục cách điện nhanh chóng giảm thiểu rủi ro tái chập trong giai đoạn TRV.
Bộ ngắt SF6:
Phục hồi điện môi chậm hơn: Mặc dù vẫn hiệu quả, bộ ngắt SF6 có tốc độ phục hồi điện môi chậm hơn so với bộ ngắt chân không. Điều này có nghĩa là trong một sự kiện TRV dốc, có rủi ro cao hơn về tái chập hoặc sự cố trước khi cách điện hoàn toàn khôi phục.
Kém phù hợp cho TRV dốc: Trong các ứng dụng mà TRV có tốc độ tăng rất nhanh, bộ ngắt SF6 có thể không hoạt động tốt bằng bộ ngắt chân không, có thể dẫn đến áp lực lớn hơn lên bộ ngắt và tăng rủi ro hỏng hóc.
2. Thống kê sự cố
Bộ ngắt chân không:
Điện áp phá vỡ cao: Nguyên tắc, khoảng cách chân không có điện áp phá vỡ rất cao, làm cho chúng rất tin cậy trong hầu hết các điều kiện vận hành.
Xác suất phá vỡ nhỏ ở điện áp trung bình: Mặc dù có điện áp phá vỡ cao, vẫn có xác suất rất nhỏ xảy ra sự cố ở điện áp tương đối trung bình. Tuy nhiên, xác suất này cực kỳ thấp và thường không phải là mối quan tâm trong các ứng dụng thực tế.
Bộ ngắt SF6:
Điện áp phá vỡ thấp hơn: Khoảng cách SF6 thường có điện áp phá vỡ thấp hơn so với khoảng cách chân không, điều này có nghĩa là chúng dễ bị sự cố hơn dưới một số điều kiện nhất định.
Hiệu suất ổn định hơn: Mặc dù bộ ngắt SF6 có điện áp phá vỡ thấp hơn, chúng thường có hiệu suất dự đoán và ổn định hơn trên một loạt rộng các điều kiện vận hành.
3. Hành vi sự cố muộn
Bộ ngắt chân không:
Sự cố muộn tự phát: Một đặc điểm độc đáo của bộ ngắt chân không là chúng có thể gặp sự cố muộn tự phát, có thể xảy ra vài trăm miligiây sau khi ngắt dòng điện. Hiện tượng này hiếm nhưng có thể xảy ra do ion hóa dư thừa hoặc các yếu tố khác.
Hậu quả hạn chế: Hậu quả của các sự cố muộn như vậy là tối thiểu vì khoảng cách chân không ngay lập tức khôi phục lại cách điện sau khi sự cố. Tính chất tự lành này đảm bảo rằng bộ ngắt vẫn hoạt động và an toàn.
Bộ ngắt SF6:
Không có sự cố muộn: Bộ ngắt SF6 không có hành vi sự cố muộn, vì khí SF6 nhanh chóng de-ion hóa sau khi ngắt dòng điện, khôi phục lại cách điện của khoảng cách.
4. Hiệu suất trong việc ngắt tải cảm
Bộ ngắt chân không:
Tỷ lệ tái chập cao hơn: Trong việc ngắt tải cảm, đặc biệt là khi ngắt cuộn kháng shunt, bộ ngắt chân không có xu hướng trải qua số lần tái chập lặp đi lặp lại nhiều hơn tại một tần số dòng điện không. Điều này là do phục hồi điện môi nhanh, có thể dẫn đến tái chập nếu TRV vượt quá khả năng của bộ ngắt.
Các biện pháp giảm thiểu: Để giảm thiểu vấn đề này, các biện pháp đặc biệt như điện trở cắm trước hoặc mạch snubber có thể được sử dụng để hạn chế TRV và giảm khả năng tái chập.
Bộ ngắt SF6:
Tỷ lệ tái chập thấp hơn: Bộ ngắt SF6 thường có tỷ lệ tái chập thấp hơn trong các ứng dụng ngắt tải cảm. Điều này là do phục hồi điện môi chậm của SF6 cho phép cách điện tăng dần, giảm khả năng tái chập.
5. Ngắt tụ điện
Bộ ngắt chân không:
Nỗi lo về hồ quang trước khi đóng: Khi ngắt tụ điện, bộ ngắt chân không phải tránh dòng điện khởi đầu rất cao. Hồ quang trước khi đóng, có thể xảy ra trước khi các tiếp điểm hoàn toàn đóng, có thể làm suy giảm đặc tính cách điện của hệ thống tiếp điểm, dẫn đến sự cố tiềm ẩn.
Các biện pháp giảm thiểu: Để ngăn chặn điều này, thiết bị đóng cắt chân không cho việc ngắt tụ điện thường bao gồm các tính năng như điện trở cắm trước hoặc cơ chế đóng kiểm soát để hạn chế dòng điện khởi đầu và bảo vệ bộ ngắt.
Bộ ngắt SF6:
Xử lý dòng điện khởi đầu tốt hơn: Bộ ngắt SF6 thường phù hợp hơn cho việc ngắt tụ điện vì chúng có thể xử lý dòng điện khởi đầu cao mà không có sự suy giảm cách điện đáng kể. Điều này khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng có dòng điện khởi đầu cao.
6. Thiết kế hệ thống tiếp điểm
Các hệ thống tiếp điểm của cầu chì chân không và SF6 khác nhau trong thiết kế để phù hợp với nguyên tắc hoạt động riêng:
Cầu chì SF6 (bên trái):
Hệ thống tiếp điểm trong cầu chì SF6 được thiết kế để hoạt động với môi trường khí, cung cấp đặc tính dập hồ quang xuất sắc. Các tiếp điểm thường lớn hơn và chắc chắn hơn để xử lý dòng điện và tiêu tán năng lượng cao liên quan đến SF6.
Cầu chì chân không (bên phải):
Hệ thống tiếp điểm trong cầu chì chân không đơn giản và gọn gàng hơn, vì môi trường chân không cung cấp cách điện và dập hồ quang xuất sắc. Các tiếp điểm thường được làm từ vật liệu như hợp kim đồng-tungsten, có điểm nóng chảy cao và dẫn điện tốt.
Kết luận
Tóm lại, bộ ngắt chân không tỏa sáng trong các ứng dụng có điện áp phục hồi tạm thời rất dốc nhờ vào khả năng phục hồi điện môi nhanh, làm cho chúng vượt trội trong việc xử lý tốc độ TRV cao. Tuy nhiên, chúng có thể gặp nhiều tái chập hơn trong việc ngắt tải cảm và cần quản lý cẩn thận khi ngắt tụ điện để tránh hồ quang trước khi đóng. Mặt khác, bộ ngắt SF6 cung cấp hiệu suất ổn định hơn về thống kê sự cố và phù hợp hơn cho việc xử lý dòng điện khởi đầu cao, làm cho chúng là lựa chọn ưu tiên cho việc ngắt tụ điện. Lựa chọn giữa bộ ngắt chân không và SF6 phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể và loại tải đang được chuyển đổi.
