Ứng dụng của Thiết bị Bảo vệ Dòng điện Dư tự động đóng lại trong Bảo vệ Sét cho Nguồn Điện Viễn thông

1. Vấn đề Ngắt Điện Do RCD Tự Động Mở Khi Có Sét

Một mạch cung cấp điện truyền thông điển hình được thể hiện trong Hình 1. Một thiết bị bảo vệ dòng rò (RCD) được lắp đặt tại đầu vào nguồn điện. RCD chủ yếu cung cấp bảo vệ chống lại dòng rò của thiết bị điện để đảm bảo an toàn cá nhân, trong khi các thiết bị bảo vệ xung (SPD) được lắp đặt trên các nhánh nguồn điện để bảo vệ chống lại sự xâm nhập của sét. Khi có sét đánh, các mạch cảm biến có thể gây ra dòng xung nhiễu không cân bằng và dòng nhiễu chế độ sai biệt. Khi dòng chế độ sai biệt vượt quá ngưỡng mở của RCD, sự hoạt động sai xảy ra. Ngoài ra, nếu dòng rò của thiết bị truyền thông gần với ngưỡng mở, từ thông không cân bằng trong mùa mưa có thể dễ dàng gây ra việc RCD tự động mở.

Dòng sét là dòng điện tạm thời có thể tạo ra một xung đơn hoặc nhiều xung. Các dòng điện đi qua các thiết bị bảo vệ xung F1 và F2 lần lượt là I1 và I2. I1 thường không bằng I2, dẫn đến nhiễu chế độ sai biệt. Khi nhiễu chế độ sai biệt vượt quá giá trị hoạt động dòng rò còn lại của RCD, bộ bảo vệ sẽ mở, mạch bị ngắt, thiết bị truyền thông ngừng hoạt động và cần phải khôi phục điện bằng tay. Các trạm truyền thông chủ yếu không có người trông coi; khi có sét đánh ở một khu vực, một số trạm truyền thông có thể mất điện và không thể khôi phục liên lạc trong thời gian ngắn. Do đó, vấn đề này phải được giải quyết.

2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị bảo vệ dòng rò có chức năng đóng tự động

Đóng tự động là phương pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề ngắt điện do RCD tự động mở. Đóng tự động thường được sử dụng trong hệ thống điện áp cao và đã đạt được kết quả xuất sắc. Tuy nhiên, vì lý do an toàn, nó chưa được phổ biến rộng rãi trong hệ thống điện dân dụng thấp. Hệ thống truyền thông của Trung Quốc đã bắt đầu sử dụng nó trong những năm gần đây và đã thiết lập tiêu chuẩn: YD/T 2346-2011 "Điều kiện kỹ thuật cho thiết bị bảo vệ dòng rò có chức năng đóng tự động cho viễn thông," với hiệu ứng ứng dụng đáng kể.

Khi sét gây ra việc RCD tự động mở và ngắt mạch, thiết bị bảo vệ dòng rò có chức năng đóng tự động sẽ tự động đóng công tắc. Vì dòng sét là tạm thời, sau khi sét qua, I1≈I2, đóng thành công, nguồn điện được khôi phục và liên lạc tiếp tục.

Đóng tự động có điều kiện và phải xem xét các yếu tố an toàn và khác. Có hai phương pháp đóng tự động: một là phát hiện tình trạng dòng rò để quyết định có đóng hay không; và một là đóng tự động mà không cần phát hiện.

Thiết bị đóng tự động với chức năng phát hiện lỗi rò L-PE tự động (sau đây gọi tắt là thiết bị đóng phát hiện) bao gồm cơ cấu vận hành điện, mạch điều khiển, mạch phát hiện và giao diện đầu ra. Mạch phát hiện hoạt động cùng với thiết bị đóng và, dưới sự điều khiển của mạch điều khiển của thiết bị đóng, hoàn thành việc phát hiện và quyết định có đóng hay không dựa trên kết quả phát hiện. Mạch phát hiện kết nối với các dây pha của RCD, dây PE, các điện trở đất Re1 và Re2, và dây trung tính N của biến áp, tạo thành một vòng kín qua các dây pha, dây PE, điện trở đất Re1 và Re2, dây trung tính N của biến áp và mạch phát hiện.

Dây PE của mạch phát hiện không cần kết nối với vỏ thiết bị, như được thể hiện cụ thể trong Hình 2; hoặc có thể tạo thành một vòng kín qua các dây pha, vỏ thiết bị, và dây PE, yêu cầu dây PE của mạch phát hiện của thiết bị đóng phải kết nối với vỏ thiết bị, như được thể hiện cụ thể trong Hình 3. Khi RCD mở, các mạch phát hiện rò của thiết bị đóng lần lượt là a-PE, b-PE, c-PE. Tín hiệu của mạch phát hiện có thể là DC hoặc AC, với điện áp không vượt quá 24V.

3. Yêu cầu về Hiệu suất Chính

Chức năng bảo vệ dòng rò giải quyết các vấn đề an toàn, trong khi đóng tự động giải quyết vấn đề ngắt điện do sét. YD/T 2346-2011 "Điều kiện kỹ thuật cho thiết bị bảo vệ dòng rò có chức năng đóng tự động cho viễn thông" xem xét một số tham số như sau.

Chức năng đóng tự động phải cân nhắc giữa tính liên tục của nguồn điện và các yếu tố an toàn.

(1) Số lần đóng Từ góc độ người dùng, càng nhiều lần đóng càng tốt; từ góc độ an toàn, càng ít lần đóng càng tốt. Đối với các sản phẩm đóng tự động mà không phát hiện dòng rò, tiêu chuẩn cho phép tối đa ba lần đóng tự động.

(2) Khoảng thời gian đóng Từ góc độ sử dụng điện, khoảng thời gian bằng không là lý tưởng; từ góc độ an toàn, nó phải đủ dài. Tiêu chuẩn quy định: Nếu thiết bị bảo vệ không có khả năng phát hiện dòng rò sau khi ngắt, thiết bị bảo vệ dòng rò sẽ tự động đóng một lần sau 20~60 giây sau khi mở; nếu không thành công, chờ 15 phút cho lần đóng thứ hai; nếu lần thứ hai thất bại, chờ thêm 15 phút cho lần đóng thứ ba; nếu lần thứ ba thất bại, không cho phép đóng thêm nữa.

(3) Điện áp phát hiện Điện áp phát hiện cũng là một tham số an toàn quan trọng không thể quá cao. Tiêu chuẩn quy định: Nếu thiết bị bảo vệ có khả năng phát hiện dòng rò sau khi ngắt, các yêu cầu sau đây được áp dụng:

• Nếu ba lần đóng thất bại trong vòng 1 phút, không cho phép đóng thêm nữa.

• Điện áp phát hiện ≤24V.

(4) Khả năng chịu đựng sét Bảo vệ có thể chứa một số mạch điện tử và phải có khả năng chịu đựng sét đủ; nếu không, nó không thể được sử dụng. Tiêu chuẩn quy định: Thiết bị bảo vệ dòng rò phải có khả năng chịu đựng đủ cho dòng xung đất chảy qua tải dung và dòng xung đất chảy do sự phóng điện của thiết bị. Thiết bị bảo vệ dòng rò có độ trễ phải có khả năng miễn dịch đủ đối với việc kích hoạt sai do dòng xung đất chảy do sự phóng điện của thiết bị.

Một sóng kết hợp 1.2/50μs (8/20μs), áp suất xung 2kV được áp dụng giữa các đường dây điện (L-N) không nên gây ra hoạt động sai. Một áp suất xung 1.2/50μs, 4kV được áp dụng giữa các đường dây điện (L-N) không nên làm hỏng mẫu, mà mẫu nên tiếp tục hoạt động bình thường.

Khi dòng sét 8/20μs, 20kA chảy giữa đường dây L và N, với thiết bị bảo vệ xung bổ sung được cài đặt, mẫu nên hoạt động bình thường mà không bị hỏng.

4. Kết luận và Đề xuất

Thiết bị bảo vệ dòng rò tự đóng lại có thể giải quyết hiệu quả vấn đề ngắt nguồn điện do sét đánh, tăng cường khả năng chống sét của hệ thống truyền thông, và an toàn, đáng tin cậy. Chúng đại diện cho phương pháp hiệu quả để cải thiện khả năng bảo vệ sét của hệ thống truyền thông.