Thiết bị đóng cắt điện áp cao
Hệ thống điện xử lý điện áp trên 36KV được gọi là thiết bị chuyển mạch điện áp cao. Do mức điện áp cao, hồ quang tạo ra trong quá trình chuyển mạch cũng rất cao. Do đó, cần phải đặc biệt chú ý khi thiết kế thiết bị chuyển mạch điện áp cao. Aptomat điện áp cao, là thành phần chính của thiết bị chuyển mạch điện áp cao (HV switchgear), do đó, aptomat điện áp cao (CB) nên có các tính năng đặc biệt để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy. Sự cố do chuyển mạch và cắt điện ở điện áp cao rất hiếm xảy ra. Hầu hết thời gian, các aptomat này đều ở trạng thái ON và có thể được vận hành sau một khoảng thời gian dài. Do đó, CBs phải đủ tin cậy để đảm bảo hoạt động an toàn khi cần thiết. Công nghệ aptomat điện áp cao đã thay đổi đáng kể trong 15 năm qua. Aptomat dầu ít (MOCB), aptomat phun khí và aptomat SF6 thường được sử dụng cho thiết bị chuyển mạch điện áp cao.
Aptomat chân không ít được sử dụng cho mục đích này vì đến nay công nghệ chân không vẫn chưa đủ để ngắt dòng ngắn mạch điện áp rất cao. Có hai loại aptomat SF6, aptomat SF6 áp suất đơn và aptomat SF6 áp suất kép. Hệ thống áp suất đơn là công nghệ tiên tiến nhất cho hệ thống thiết bị chuyển mạch điện áp cao, hiện nay. Ngày nay, khí SF6 như chất dập hồ quang, đã trở nên phổ biến nhất cho hệ thống điện áp cao và siêu cao. Mặc dù, khí SF6 góp phần vào hiệu ứng nhà kính. Nó có tác động mạnh gấp 23 lần so với CO2. Do đó, việc rò rỉ khí SF6 trong suốt thời gian sử dụng của aptomat phải được ngăn chặn. Để giảm thiểu lượng khí SF6 phát thải, hỗn hợp khí N2 – SF6 và CF4 – SF6 có thể được sử dụng trong aptomat trong tương lai, thay thế cho khí SF6 tinh khiết. Luôn phải chú ý rằng, không có khí SF6 thoát ra môi trường trong quá trình bảo dưỡng CB.
Mặt khác, aptomat SF6 có ưu điểm lớn về bảo trì thấp.
Thiết bị chuyển mạch điện áp cao được phân loại thành,
Loại cách điện bằng khí dùng trong nhà (GIS),
Loại cách điện bằng không khí dùng ngoài trời.
Lại nữa, aptomat cách điện bằng không khí dùng ngoài trời được phân loại thành,
Aptomat loại bình chết
Aptomat loại bình sống
Trong aptomat loại bình chết, thiết bị chuyển mạch (bộ phận ngắt) được đặt, với các thanh cách điện thích hợp bên trong vỏ kim loại ở điện thế đất, chứa chất cách điện. Trong aptomat loại bình sống, thiết bị chuyển mạch (bộ phận ngắt) được đặt trên các thanh cách điện, ở điện thế hệ thống. Aptomat loại bình sống rẻ hơn và yêu cầu ít không gian lắp đặt hơn.
Có ba loại aptomat, như chúng tôi đã nói trước đây, được sử dụng trong hệ thống thiết bị chuyển mạch điện áp cao đó là aptomat phun khí, aptomat SF6, aptomat dầu và aptomat chân không ít được sử dụng.
Aptomat Phun Khí
Trong thiết kế này, một luồng khí nén áp suất cao được sử dụng để dập hồ quang giữa hai tiếp điểm tách rời, khi ion hóa của cột hồ quang thấp nhất tại dòng điện zero.
Aptomat Dầu
Đây được phân loại thêm thành aptomat dầu nhiều (BOCB) và aptomat dầu ít (MOCB). Trong BOCB, bộ phận ngắt được đặt bên trong thùng dầu ở điện thế đất. Ở đây, dầu được sử dụng làm cả chất cách điện và chất ngắt. Trong MOCB, ngược lại, nhu cầu dầu cách điện có thể được tối thiểu hóa bằng cách đặt các bộ phận ngắt trong buồng cách điện ở điện thế hệ thống trên cột cách điện.
Aptomat SF6
Khí SF6 được sử dụng rộng rãi như chất dập hồ quang trong các ứng dụng HV ngày nay. Khí hexafluorua lưu huỳnh là một khí có điện âm cao, có tính cách điện và dập hồ quang xuất sắc. Tính cách điện và cách điện cao của SF6, giúp thiết kế aptomat điện áp cao với kích thước tổng thể nhỏ hơn, khoảng cách tiếp điểm ngắn hơn. Tính cách điện xuất sắc giúp thiết kế và xây dựng thiết bị chuyển mạch loại trong nhà trong hệ thống điện áp cao.
Aptomat Chân Không
Trong chân không, không có ion hóa nào giữa hai tiếp điểm tách rời sau khi dòng điện đạt zero. Cung hồ quang ban đầu sẽ tắt ngay khi dòng điện qua zero tiếp theo, nhưng do không có cơ chế ion hóa tiếp theo sau khi dòng điện qua zero đầu tiên, quá trình dập hồ quang hoàn tất. Mặc dù phương pháp dập hồ quang rất nhanh trong VCB, nhưng đến nay nó vẫn chưa phải là giải pháp phù hợp cho thiết bị chuyển mạch điện áp cao, vì VCB được làm cho điện áp rất cao không kinh tế chút nào.
Tính Năng Cơ Bản của Aptomat Điện Áp Cao
Các tính năng cơ bản cần được cung cấp trong aptomat điện áp cao, để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy, các aptomat được sử dụng trong thiết bị chuyển mạch điện áp cao, phải có khả năng được vận hành an toàn cho,
Sự cố đầu cuối.
Sự cố đường dây ngắn.
Dòng điện từ hóa của biến áp hoặc máy biến dòng.
Nạp điện đường dây truyền tải dài.
Sạc ngân hàng tụ điện.
Chuyển mạch chuỗi không đồng pha.
Sự Cố Đầu Cuối
Thông thường, tải kết nối với hệ thống điện có tính cảm. Do tính cảm này, khi dòng điện ngắn mạch vừa bị ngắt bởi aptomat, có khả năng xuất hiện điện áp hồi phục cao tần số dao động vài trăm Hz. Điện áp này có hai phần
Điện áp hồi phục tạm thời với tần số dao động cao ngay sau khi hồ quang tắt.
Sau khi tần số dao động cao suy yếu, điện áp hồi phục tần số nguồn xuất hiện trên các tiếp điểm của CB.
Điện Áp Hồi Phục Tạm Thời
Ngay sau khi hồ quang tắt, điện áp hồi phục tạm thời xuất hiện trên các tiếp điểm của CB, với tần số cao. Điện áp hồi phục này cuối cùng sẽ tiếp cận điện áp mạch mở. Điện áp hồi phục này có thể được biểu diễn như
Tần số dao động được điều khiển bởi các thông số L và C của mạch. Độ kháng có trong mạch điện làm giảm điện áp hồi phục tạm thời này. Điện áp hồi phục tạm thời không chỉ có một tần số, mà là sự kết hợp của nhiều tần số khác nhau do sự phức tạp của mạng điện.
Điện Áp Hồi Phục Tần Số Nguồn
Đây không gì khác hơn là điện áp mạch mở xuất hiện trên các tiếp điểm của CB, ngay sau khi điện áp hồi phục tạm thời suy yếu. Trong hệ thống ba pha, điện áp hồi phục tần số nguồn khác nhau ở các pha. Nó cao nhất ở pha đầu tiên. Nếu trung tính của mạng không được nối đất, điện áp giữa cực đầu tiên cần được ngắt là 1.5U, trong đó U là điện áp pha. Trong hệ thống trung tính được nối đất, nó sẽ là 1.3U. Bằng cách sử dụng độ kháng giảm, độ lớn và tốc độ tăng của điện áp hồi phục tạm thời có thể được hạn chế. Việc hồi phục dielectric của chất dập hồ quang và tốc độ tăng của điện áp hồi phục tạm thời có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của aptomat được sử dụng trong hệ thống thiết bị chuyển mạch điện áp cao. Trong aptomat phun khí, không khí đã ion hóa mất thời gian lâu để khử ion, do đó, không khí mất thời gian lâu để hồi phục dielectric strength. Đó là lý do tại sao nên sử dụng độ kháng giảm giá trị thấp để làm chậm tốc độ tăng của điện áp hồi phục. Mặt khác, ABCB ít nhạy cảm hơn với điện áp hồi phục ban đầu do điện áp hồ quang cao trong aptomat SF
