Những điều cần chú ý trong thiết kế của cầu chì gắn cột điện áp thấp

Dyson

Trường dữ liệu: Tiêu chuẩn Điện

China

Cầu chì lắp cột điện áp thấp là thiết bị bảo vệ và điều khiển quan trọng trong hệ thống điện, mà thiết kế và hoạt động của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn và độ tin cậy của hệ thống. Thiết kế phải toàn diện giải quyết khả năng thích ứng với môi trường, sự phối hợp các tham số điện và lựa chọn bộ truyền để đảm bảo hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau. Trong quá trình hoạt động, việc tuân thủ nghiêm ngặt các giao thức an toàn, bảo trì định kỳ và xử lý đúng cách các tình huống ngoại lệ là cần thiết để ngăn ngừa tai nạn do vận hành sai. Bài viết này hệ thống hóa các nguyên tắc thiết kế và tiêu chuẩn vận hành chính cho cầu chì lắp cột điện áp thấp, cung cấp hướng dẫn chuyên nghiệp cho nhân viên kỹ thuật.

1. Xem xét Thiết kế cho Cầu chì Lắp cột Điện áp Thấp

Thiết kế của cầu chì lắp cột điện áp thấp phải chịu được môi trường ngoài trời khắc nghiệt đồng thời đáp ứng yêu cầu bảo vệ và điều khiển.

1.1 Khả năng Thích ứng với Môi trường

Là thiết bị được lắp đặt bên ngoài, những cầu chì này phải chịu đựng sự biến đổi nhiệt độ, độ ẩm, ăn mòn bởi sương muối và rung cơ khí. Theo GB/T 2423.17, chúng phải vượt qua bài kiểm tra phun sương muối trung tính trong 72 giờ (Cấp 5), phù hợp cho các khu vực ven biển hoặc công nghiệp, với Độ ô nhiễm 3 để chống lại ô nhiễm dẫn điện hoặc ngưng tụ. Đối với độ cao lớn (>2000m), các tham số cách điện và tăng nhiệt phải được điều chỉnh theo GB/T 20645-2021 (giới hạn tăng nhiệt giảm 1% cho mỗi 100m tăng; yêu cầu giảm định mức dòng điện trên 4000m).

Đối với nhiệt độ thấp, hoạt động ở -40°C và lưu trữ ở -55°C phải được đảm bảo, với hiệu suất đáng tin cậy của bộ truyền. Khả năng chống tia UV yêu cầu lớp phủ bề mặt như sơn polyamide (góc tiếp xúc >90°) hoặc PVDF (khả năng chống lão hóa UV ≥ Cấp 8). Việc niêm phong vỏ phải đáp ứng tiêu chuẩn IP54/55 để ngăn chặn sự suy giảm cách điện.

1.2 Sự Phối hợp Các Tham số Điện

Việc tính toán chính xác dòng ngắn mạch và lựa chọn tham số phù hợp là rất quan trọng. Dòng ngắn mạch nên được tính toán bằng phương pháp tuyệt đối, xem xét dòng ngắn mạch ba pha, hai pha và một pha đất. Dòng ngắn mạch ban đầu ba pha được tính như sau:

trong đó là điện áp danh định đường dây, và , là tổng điện trở và điện kháng của vòng ngắn mạch. Dung lượng cắt ngắn mạch định mức (Ics) của cầu chì không được nhỏ hơn dòng ngắn mạch ba pha tối đa. Kiểm tra độ nhạy yêu cầu dòng ngắn mạch tối thiểu ở cuối đường dây ít nhất là 1,3 lần cài đặt dòng quá tải tức thì hoặc ngắn hạn: .

Đối với bảo vệ quá tải, cài đặt dài hạn phải thỏa mãn , trong đó là khả năng tải liên tục của dây dẫn và $I_{c}$ là dòng tải được tính. Đối với bảo vệ ngắn mạch, cài đặt tức thì nên ≥1,2 lần dòng khởi động đầy đủ của động cơ lớn nhất (ví dụ: 20-35 lần dòng định mức cho động cơ chuột lồng), trong khi cài đặt ngắn hạn nên tránh đỉnh tải tạm thời, thường được đặt ở 1,2 lần (dòng khởi động động cơ tối đa + các dòng tải khác).

1.3 Lựa chọn Bộ Truyền

Cơ chế hoạt động bằng lò xo thường được sử dụng, yêu cầu độ tin cậy, chống nhảy, tự mở và chức năng đệm. Các thông số thời gian: cầu chì khung - đóng ≤0,2 giây, mở ≤0,1 giây; cầu chì vỏ bọc - tuổi thọ cơ học ≥10.000 lần vận hành (cầu chì khung ≥20.000). Bộ truyền phải bao gồm phát hiện lưu trữ năng lượng và khóa liên kết để vận hành an toàn. Đặc tính động đòi hỏi tốc độ và kiểm soát chuyển dịch tiếp điểm được tối ưu hóa (ví dụ: kiểm soát giai đoạn cho cầu chì chân không để giảm thiểu nảy tiếp điểm). Đặc tính đầu ra phải phù hợp với cầu chì để đảm bảo đóng dưới điều kiện ngắn mạch. Ở các vùng lạnh, ESR tụ điện tăng ở -40°C, kéo dài thời gian đóng; thử nghiệm nhiệt độ biến đổi là cần thiết.

2. Thiết kế và Lựa chọn Cài đặt Chức năng Bảo vệ

2.1 Bảo vệ Quá Tải

Thông thường được thực hiện thông qua các đơn vị cắt nhiệt từ hoặc điện tử. Đơn vị nhiệt từ sử dụng dải kim loại kép có đặc tính ngược thời gian (thời gian cắt tỷ lệ nghịch với bình phương của dòng quá tải). Đơn vị điện tử cung cấp kiểm soát chính xác, với cài đặt dài hạn nằm trong khoảng từ 0,4 đến 1 lần dòng định mức . Cài đặt phải thỏa mãn và . Độ nhạy: , trong đó $I_{kmin}$ là dòng ngắn mạch một pha tối thiểu ở cuối đường dây. Đối với tải quan trọng, bảo vệ quá tải có thể kích hoạt báo động thay vì cắt.

2.2 Bảo vệ Ngắn Mạch

Bao gồm bảo vệ ngắn hạn và tức thì. Bảo vệ ngắn hạn đảm bảo tính chọn lọc: $×$ (dòng khởi động động cơ tối đa + các tải khác), với độ trễ thời gian (0,1-0,4 giây) phối hợp với các cầu chì phía thượng nguồn (≥0,1-0,2 giây chênh lệch thời gian). Bảo vệ tức thì nhắm vào các lỗi nghiêm trọng: $×$ dòng khởi động động cơ đầy đủ (ví dụ: 12-18 lần $I_{n}$ cho động cơ). Đối với các đường phân phối, các đơn vị cắt điện tử với bảo vệ tức thì có độ trễ được ưa chuộng. Tính chọn lọc: cài đặt ngắn hạn phía thượng nguồn ≥1,3 × cài đặt tức thì phía hạ nguồn, với ≥0,1-0,2 giây chênh lệch thời gian.

2.3 Bảo vệ Áp Suất Thấp

Ngăn chặn hỏng hóc thiết bị do sụt áp. Phạm vi cắt: 35%-70% của điện áp định mức. Loại tức thì cắt ngay lập tức nhưng có thể gây ra cắt không mong muốn; loại có độ trễ (0-5 giây) bỏ qua các dao động tạm thời, phù hợp cho sử dụng công nghiệp. Đơn vị cắt áp suất thấp phải có điện áp định mức phù hợp với điện áp đường dây, và chức năng của nó không được can thiệp vào các bảo vệ khác. Loại có độ trễ (0,2-3 giây) được khuyến nghị cho các ứng dụng công nghiệp.

3. Phối Hợp Chọn Lọc và Bảo vệ Kéo Dài

3.1 Khu Vực Chọn Lọc

Khu vực 1 (Isc < Icu phía hạ nguồn): Được đạt được thông qua phân loại dòng và thời gian (ví dụ: phía thượng nguồn $×$ phía hạ nguồn $I_{se t 3}$ , thời gian trễ ≥ phía hạ nguồn + 0,1 giây).
Khu vực 2 (Icu phía hạ nguồn < Isc < Icu phía thượng nguồn): Dựa vào đặc tính hạn chế dòng hoặc dữ liệu của nhà sản xuất. Giới hạn chọn lọc $I_{s}$ có thể nhỏ hơn Icu phía hạ nguồn (chọn lọc một phần).
Khu vực 3 (Isc > Icu phía thượng nguồn): Yêu cầu kiểm tra; các tiếp điểm phía thượng nguồn có thể mở tạm thời (≤30 ms) mà không cắt, miễn là không xảy ra hàn.

3.2 Bảo vệ Kéo Dài

Sử dụng khả năng hạn chế dòng của cầu chì phía thượng nguồn để cho phép sử dụng cầu chì phía hạ nguồn có dung lượng cắt thấp hơn, giảm chi phí. Yêu cầu cài đặt tức thì tương ứng và tránh tải quan trọng trên các mạch kéo dài. Chọn lọc dựa trên năng lượng (ví dụ: trong các cầu chì loại A) có thể tăng giới hạn chọn lọc, nhưng cần kiểm tra thông qua dữ liệu của nhà sản xuất.

3.3 Phương Pháp Chọn Lọc

Chọn Lọc Dòng: Cài đặt tức thì phía thượng nguồn ≥1,3 × phía hạ nguồn.
Chọn Lọc Thời Gian: Độ trễ ngắn hạn phía thượng nguồn ≥ phía hạ nguồn + 0,1-0,2 giây.
Chọn Lọc Năng Lượng: Dựa trên yêu cầu năng lượng của hệ thống tiếp điểm.
Chọn Lọc Logic: Phát hiện lỗi phía hạ nguồn gửi tín hiệu khóa cho phía thượng nguồn, cho phép cắt nhanh phía hạ nguồn trong khi phía thượng nguồn vẫn đóng - đảm bảo bảo vệ "ổn định, chính xác, nhanh chóng".