Cuộn cảm hạn chế dòng điện

Cuộn cảm hạn chế dòng điện

Cuộn cảm hạn chế dòng điện là một cuộn dây cảm có độ kháng cảm lớn hơn nhiều so với độ kháng điện trở, được thiết kế để hạn chế dòng điện ngắn mạch trong trường hợp sự cố. Những cuộn cảm này cũng giảm thiểu các nhiễu loạn điện áp trong phần còn lại của hệ thống điện. Chúng được lắp đặt trên các đường dẫn, đường dây liên kết, đầu nối máy phát và giữa các đoạn bus để giảm mức độ của dòng điện ngắn mạch và giảm bớt các dao động điện áp liên quan.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, cuộn cảm cho phép dòng điện lưu thông không bị cản trở. Tuy nhiên, trong trường hợp xảy ra sự cố, cuộn cảm sẽ hạn chế các nhiễu loạn đến phần bị lỗi. Do độ kháng điện của hệ thống nhỏ đáng kể so với độ kháng cảm, sự hiện diện của cuộn cảm có tác động tối thiểu đến hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Chức năng chính của cuộn cảm hạn chế dòng điện

Mục tiêu chính của cuộn cảm hạn chế dòng điện là duy trì độ kháng cảm khi dòng điện ngắn mạch lớn chảy qua cuộn dây. Khi dòng điện sự cố vượt quá khoảng ba lần dòng điện định mức đầy tải, cuộn cảm lõi sắt với diện tích mặt cắt lớn được sử dụng để hạn chế dòng điện sự cố. Tuy nhiên, do chi phí và trọng lượng cao do lõi sắt cồng kềnh, cuộn cảm không lõi sắt thường được chọn để hạn chế dòng điện ngắn mạch trong hầu hết các ứng dụng.

• Cuộn cảm lõi sắt: Dễ bị tổn thất do hysteresis và dòng xoáy, dẫn đến tiêu thụ điện năng cao hơn.

• Cuộn cảm không lõi sắt: Có tổng tổn thất thường khoảng 5% của công suất định mức KVA, làm cho chúng hiệu quả hơn.

Chức năng của cuộn cảm hạn chế dòng điện

• Bảo vệ dòng điện sự cố: Giảm dòng điện ngắn mạch để bảo vệ thiết bị khỏi căng thẳng cơ học và quá nhiệt.

• Giảm thiểu nhiễu loạn điện áp: Làm dịu các dao động điện áp do ngắn mạch gây ra.

• Phân cách sự cố: Hạn chế dòng điện sự cố ở phần bị ảnh hưởng, ngăn chặn sự lan truyền đến các đường dẫn khỏe mạnh và duy trì tính liên tục của nguồn cung cấp.

Nhược điểm của cuộn cảm hạn chế dòng điện

• Tăng tỷ lệ tổng độ kháng cảm của mạch khi được tích hợp vào mạng lưới.

• Làm suy giảm hệ số công suất và làm trầm trọng thêm vấn đề điều chỉnh điện áp.

Vị trí của cuộn cảm trong hệ thống điện

Cuộn cảm được bố trí chiến lược theo chuỗi với máy phát, đường dẫn hoặc thanh bus để hạn chế dòng điện ngắn mạch:

• Cuộn cảm máy phát: Được lắp đặt giữa máy phát và thanh bus máy phát để cung cấp bảo vệ cho từng máy, thường có độ kháng khoảng 0.05 đơn vị.

• Nhược điểm: Sự cố trong một đường dẫn có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống do cấu hình cuộn cảm chung.

Nhược điểm của loại cuộn cảm này

Nhược điểm của loại cuộn cảm này là hai mặt: nó không bảo vệ máy phát khỏi sự cố ngắn mạch xảy ra trên thanh bus, và nó gây ra sụt điện áp và tổn thất công suất liên tục trong quá trình hoạt động bình thường.

Cuộn cảm thanh bus

Khi cuộn cảm được lắp đặt trên thanh bus, chúng được gọi là cuộn cảm thanh bus. Việc đưa cuộn cảm vào thanh bus giúp tránh sụt điện áp và tổn thất công suất liên tục. Dưới đây là giải thích về cuộn cảm thanh bus trong hệ thống vòng và hệ thống liên kết:

Cuộn cảm thanh bus (Hệ thống vòng)

Cuộn cảm thanh bus dùng để kết nối các đoạn thanh bus riêng biệt, bao gồm máy phát và đường dẫn được kết nối với thanh bus chung. Trong cấu hình này, mỗi đường dẫn thường được cung cấp bởi một máy phát. Trong quá trình hoạt động bình thường, chỉ có một lượng nhỏ công suất chảy qua cuộn cảm, dẫn đến sụt điện áp và tổn thất công suất thấp. Để giảm sụt điện áp qua cuộn cảm, cuộn cảm thanh bus được thiết kế với độ kháng ohmic cao.

Khi xảy ra sự cố trong bất kỳ đường dẫn nào, chỉ có một máy phát cung cấp dòng điện sự cố, trong khi dòng điện từ các máy phát khác bị hạn chế bởi cuộn cảm thanh bus. Điều này giảm dòng điện nặng và nhiễu loạn điện áp do ngắn mạch trên một đoạn thanh bus, giới hạn chúng chỉ ở đoạn bị lỗi. Nhược điểm duy nhất của cấu hình cuộn cảm này là không bảo vệ máy phát được kết nối với đoạn bị lỗi.

Cuộn cảm thanh bus (Hệ thống thanh bus liên kết)

Đây là một cải tiến của hệ thống trên. Trong cấu hình thanh bus liên kết, máy phát được kết nối với thanh bus chung thông qua cuộn cảm, với các đường dẫn được cung cấp từ phía máy phát.

Hệ thống hoạt động tương tự như hệ thống vòng nhưng mang lại những lợi ích bổ sung. Trong cấu hình này, nếu số đoạn tăng lên, dòng điện sự cố sẽ không vượt quá một giá trị cụ thể, được xác định bởi thông số kỹ thuật của từng cuộn cảm.