Hiện tượng được tạo ra trong quá trình chuyển mạch của biến áp không tải bằng công tắc cách ly điện áp cao AIS

Giới thiệu về Cầu cách điện áp cao

1. Sự khác biệt giữa Cầu chì điện áp cao và Công tắc nối đất

Cầu chì điện áp cao (Cầu chì) và Công tắc nối đất là hai thiết bị chuyển mạch cơ khí khác nhau, mỗi loại đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện.

• Cầu chì điện áp cao: Chủ yếu được sử dụng để chỉ ra rằng mạch có mở hay đóng. Cầu chì có khả năng ngắt dòng điện, cho phép nó cắt dòng điện lớn trong điều kiện có tải và duy trì ổn định khi các điểm tiếp xúc được tách ra và điện áp hồi phục được thiết lập. Cầu chì điện áp cao thường được sử dụng để bảo vệ hệ thống điện khỏi các sự cố như ngắn mạch và quá tải.

• Công tắc nối đất: Chức năng chính là nối đất các phần của mạch, bao gồm thiết bị, đảm bảo an toàn khi tiếp xúc. Công tắc nối đất không có khả năng ngắt dòng điện, do đó không thể sử dụng để cắt dòng điện tải. Nó thường được sử dụng kết hợp với cầu chì điện áp cao để đảm bảo rằng sau khi cầu chì được mở, tất cả các phần của mạch có thể được nối đất đáng tin cậy, ngăn ngừa tai nạn điện giật.

2. Hạn chế hoạt động của Cầu chì điện áp cao AIS

Trong Thiết bị chuyển mạch cách điện bằng không khí (AIS), cầu chì điện áp cao không thể ngắt dòng điện trong khi dẫn hoặc sau khi các điểm tiếp xúc được tách ra và điện áp hồi phục được thiết lập giữa chúng. Điều này có nghĩa là nếu cầu chì hoạt động trong điều kiện có tải, nó chỉ có thể ngắt hiệu quả dòng điện nhỏ. Cụ thể, khi điện áp định mức xuất hiện trên các điểm tiếp xúc, cầu chì có thể ngắt dòng điện nhỏ nhưng không thể xử lý dòng điện lớn hoặc tải nặng.

3. Chức năng của Công tắc nối đất

Chức năng chính của công tắc nối đất là nối đất các phần của mạch, đảm bảo an toàn trong quá trình bảo dưỡng hoặc kiểm tra. Nó có thể được sử dụng kết hợp với cầu chì điện áp cao hoặc độc lập. Bằng cách nối đất mạch, công tắc nối đất hiệu quả loại bỏ tích tụ tĩnh điện, ngăn ngừa tai nạn điện giật và cung cấp an toàn cho công việc bảo dưỡng sau đó.

Tổng quan về Việc chuyển mạch Biến áp không tải và Dung lượng

1. Khả năng chuyển mạch Dòng điện dung của Cầu chì điện áp cao

Theo tiêu chuẩn IEC, cầu chì điện áp cao không được thiết kế cụ thể để ngắt dòng điện lỗi, nhưng vì chúng hoạt động trong điều kiện có tải, nên được kỳ vọng sẽ ngắt dòng điện nhỏ. Định nghĩa của IEC về cầu cách điện (cầu cách ly) nêu rõ rằng cầu chì (cầu cách ly) có thể mở hoặc đóng mạch mà dòng điện ngắt hoặc nối rất nhỏ, hoặc điện áp giữa các cực của cầu chì không thay đổi.

Mặc dù không được nêu rõ, mô tả này có thể được hiểu là đề cập đến dòng điện sạc dung lượng nhỏ và chuyển mạch vòng (còn gọi là chuyển mạch song song), trong các ứng dụng cụ thể được gọi là công tắc chuyển bus. IEC 62271-102 xác nhận điều này và đặt giới hạn tối đa 0,5 A cho "dòng điện sạc dung lượng rất nhỏ", với các giá trị cao hơn yêu cầu thỏa thuận giữa người dùng và nhà sản xuất.

2. Dòng điện chuyển bus định mức

Theo IEC 62271-102, dòng điện chuyển bus định mức được quy định như sau:

• Đối với mức điện áp 52 kV < Ur < 245 kV, dòng điện chuyển bus là 80% dòng điện bình thường định mức của cầu chì, nhưng giới hạn ở 1600 A.

• Đối với mức điện áp 245 kV ≤ Ur ≤ 550 kV, dòng điện chuyển bus là 60% dòng điện bình thường định mức của cầu chì.

• Đối với mức điện áp Ur > 550 kV, dòng điện chuyển bus là 80% dòng điện bình thường định mức của cầu chì, nhưng giới hạn ở 4000 A.

3. Ứng dụng của Việc chuyển mạch Biến áp không tải

Trong thực tế, đặc biệt ở Bắc Mỹ, cầu chì không khí thường được sử dụng để chuyển mạch biến áp không tải. Dòng điện từ hóa của biến áp không tải thường rất nhỏ, thường dưới 1 A. Trong trường hợp này, biến áp có thể được biểu diễn như một mạch RLC nối tiếp (như hình 1), với dao động liên quan bị giảm thiểu, và hệ số biên độ là 1,4 hoặc ít hơn theo đơn vị.

4. Chuyển mạch vòng trong các mạch truyền tải song song

Một thực hành phổ biến khác là mở rộng chuyển bus để chuyển mạch giữa các mạch truyền tải song song, mặc dù dòng điện thấp hơn do trở kháng vòng cao hơn. Cách tiếp cận này có thể hiệu quả trong việc giảm sự tạo hồ quang và dao động điện áp trong quá trình chuyển mạch.

5. Ứng dụng của Thiết bị chuyển mạch phụ trợ

Một thực hành phổ biến ở Bắc Mỹ, nhưng ít phổ biến hơn ở các khu vực khác, là bổ sung thiết bị chuyển mạch phụ trợ để giảm nhẹ mức độ nghiêm trọng của các sự kiện chuyển mạch. Ví dụ, các thiết bị này có thể giảm thiểu sự tái phát sinh hồ quang hoặc đạt được khả năng ngắt cao hơn. Việc sử dụng thiết bị chuyển mạch phụ trợ có thể tăng cường độ tin cậy và an toàn của hệ thống, đặc biệt khi xử lý dòng điện lớn hoặc mạch phức tạp.

Chuyển mạch Biến áp không tải bằng Cầu cách điện điện áp cao AIS

Đối với việc chuyển mạch biến áp không tải trong phạm vi 72,5–245 kV, cầu cách điện điện áp cao AIS thường được sử dụng. Vì dòng điện từ hóa của biến áp không tải thường rất nhỏ (thường dưới 1 A), cầu cách điện có thể thực hiện an toàn việc chuyển mạch. Biến áp có thể được đơn giản hóa như một mạch RLC nối tiếp, với dao động liên quan bị giảm thiểu, và hệ số biên độ là 1,4 hoặc ít hơn theo đơn vị.

Trong tình huống này, nhiệm vụ chính của cầu cách điện là đảm bảo rằng dòng điện từ hóa của biến áp không gây ra hồ quang đáng kể hoặc dao động điện áp trong quá trình chuyển mạch. Thông qua thiết kế và vận hành phù hợp, cầu cách điện điện áp cao AIS có thể hiệu quả hoàn thành nhiệm vụ này, đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống điện.

 Hình 2 hiển thị dấu vết từ một sự kiện chuyển mạch thực tế.

Điện áp hồi phục tạm thời (TRV) qua cầu cách điện là sự khác biệt giữa điện áp nguồn và dao động phía biến áp như được minh họa trong Hình 3.

Ngắt dòng điện: Sự kiện điện môi

Ngắt dòng điện cơ bản xảy ra khi khoảng cách giữa các điểm tiếp xúc đủ lớn để chịu đựng được điện áp hồi phục tạm thời (TRV). Quá trình này tự nhiên là một sự kiện điện môi, nơi sức mạnh cách điện của không khí hoặc chân không giữa các điểm tiếp xúc vượt qua điện áp được áp dụng, hiệu quả dập tắt hồ quang và ngắt dòng điện.

Ngắt dòng điện từ hóa của Biến áp không tải

Ngắt dòng điện từ hóa của biến áp không tải là một sự kiện mở-đóng lặp lại có thể dẫn đến nhiều lần tái phát sinh hồ quang. Mỗi lần tái phát sinh có thể gây ra dòng điện xung, kéo dài thời gian hồ quang, kéo dài thời gian chuyển mạch tổng thể và gây mài mòn các điểm tiếp xúc hồ quang. Tính chất lặp lại của các sự kiện này có thể gây ra căng thẳng đáng kể cho thiết bị chuyển mạch và có thể làm suy giảm hiệu suất của nó theo thời gian.

Để giảm thiểu những tác động này, rất quan trọng phải đảm bảo rằng thiết bị chuyển mạch có khả năng xử lý các đặc tính cụ thể của dòng điện từ hóa, chẳng hạn như hành vi dòng điện vào và điện áp tạm thời liên quan. Thiết kế và lựa chọn đúng đắn thiết bị chuyển mạch, cùng với việc sử dụng các thiết bị phụ trợ như arrester hoặc điện trở giảm chấn, có thể giúp giảm khả năng tái phát sinh hồ quang và giảm thiểu tác động lên hệ thống.