Làm thế nào để Chọn Đúng Cầu Dao Hơi

01 Lời nói đầu

Trong các hệ thống trung áp, cầu chì là thành phần chính không thể thiếu. Cầu chì chân không chiếm ưu thế trên thị trường trong nước. Do đó, thiết kế điện đúng cách không thể tách rời khỏi việc lựa chọn đúng cầu chì chân không. Trong phần này, chúng ta sẽ thảo luận về cách lựa chọn chính xác cầu chì chân không và những hiểu lầm phổ biến trong việc lựa chọn chúng.

02 Khả năng cắt dòng ngắn mạch không cần quá cao

Khả năng cắt dòng ngắn mạch của cầu chì không cần phải quá cao, nhưng nên có một khoảng dự phòng để phù hợp với sự mở rộng công suất lưới điện trong tương lai có thể dẫn đến tăng cường dòng ngắn mạch. Tuy nhiên, trong thực tế thiết kế điện, khả năng cắt dòng ngắn mạch của cầu chì thường được chọn quá cao. 

Ví dụ, trong các trạm biến áp cuối người dùng trong hệ thống 10kV, dòng ngắn mạch ở busbar chủ yếu khoảng 10kA, và trong các hệ thống công suất lớn hơn, nó có thể đạt tới 16kA. Tuy nhiên, trong các bản vẽ thiết kế điện, khả năng cắt dòng ngắn mạch của cầu chì chân không thường được chỉ định lên tới 31.5kA, thậm chí 40kA. Khả năng cắt dòng ngắn mạch cao như vậy dẫn đến lãng phí đầu tư. Trong các trường hợp trên, khả năng cắt 20kA hoặc 25kA đã đủ. Tuy nhiên, hiện nay, cầu chì chân không với khả năng cắt 31.5kA đang được yêu cầu nhiều và sản xuất hàng loạt, dẫn đến giảm chi phí sản xuất và giá cả, do đó trở nên phổ biến hơn.

Trong thiết kế điện, dòng ngắn mạch được tính toán thường ở mức cao. Lý do là do kháng hệ thống và kháng tiếp xúc trong mạch vòng thường bị bỏ qua trong quá trình tính toán. Tất nhiên, khả năng cắt của cầu chì phải được lựa chọn dựa trên dòng ngắn mạch tối đa có thể. Tuy nhiên, giá trị cài đặt bảo vệ ngắn mạch không nên dựa trên dòng ngắn mạch tối đa. 

Điều này là vì các hồ quang thường xảy ra trong quá trình ngắn mạch, và kháng hồ quang rất cao. Trong các tính toán thiết kế, ngắn mạch được coi là ngắn mạch ba pha thuần kim loại, giả sử không có hồ quang và không có kháng tiếp xúc. Trong thực tế, hơn 80% các vụ ngắn mạch là một pha, và hồ quang hầu như luôn có mặt trong các sự cố ngắn mạch. Do đó, dòng ngắn mạch thực tế thấp hơn nhiều so với giá trị lý tưởng được tính toán. 

Nếu giá trị cài đặt bảo vệ quá cao, nó làm giảm độ nhạy bảo vệ hoặc gây ra sự thất bại của bảo vệ tức thời. Trong thực tế kỹ thuật, vấn đề thường không phải là cầu chì không cắt được, mà là bộ phận bảo vệ không hoạt động do giá trị cài đặt quá cao. Nhờ đó, ngắn mạch ba pha thuần kim loại hiếm khi xảy ra—chúng chỉ xảy ra khi dây nối đất không được tháo sau bảo dưỡng trước khi đóng cầu chì. Tuy nhiên, nối đất thường được thực hiện thông qua các công tắc nối đất hoặc xe đẩy nối đất, và chức năng liên kết được đặt, khiến cho ngắn mạch ba pha thuần kim loại cực kỳ khó xảy ra.

Trong các bản vẽ xây dựng điện, thường thấy khả năng cắt của cầu chì cấp vào chính được chỉ định cao hơn một cấp so với các cầu chì cấp ra. Điều này không cần thiết. Cầu chì chính xử lý các sự cố ngắn mạch ở busbar, trong khi các cầu chì cấp ra xử lý các sự cố trong mạch riêng của chúng. Tuy nhiên, gần phía tải của cầu chì cấp ra, do gần với busbar, dòng ngắn mạch không khác biệt đáng kể so với dòng ngắn mạch của busbar. Do đó, khả năng cắt của cầu chì chính và cầu chì cấp ra nên giống nhau.

03 Yêu cầu về tuổi thọ điện và cơ khí không cần quá cao

Tuổi thọ điện được đề cập ở đây không phải là số lần mở và đóng dưới dòng điện định mức hoặc dòng điện tải một phần theo các khoảng thời gian quy định, mà là số lần có thể cắt dòng ngắn mạch mà không cần bảo dưỡng. Không có tiêu chuẩn quốc gia nào cho số lượng này. Thông thường, các nhà sản xuất thiết kế cho 30 lần cắt như vậy. Một số sản phẩm của các nhà sản xuất có thể xử lý 50 lần. Trong các tài liệu đấu thầu cho các dự án của người dùng, thường thấy các yêu cầu quá cao về số lần cắt ngắn mạch. Ví dụ, một tài liệu đấu thầu yêu cầu cầu chì chân không bảo vệ đường dây 12kV phải cắt dòng ngắn mạch định mức 100 lần, với tuổi thọ cơ khí 100.000 lần vận hành và ngắt dòng định mức 20.000 lần—những yêu cầu này là không hợp lý.

Số lần cắt ngắn mạch quá cao là không cần thiết. Sự cố ngắn mạch là sự cố điện lớn. Mỗi lần xảy ra đều phải được xem xét như một tai nạn nghiêm trọng yêu cầu phân tích nguyên nhân gốc rễ và biện pháp khắc phục để ngăn chặn tái diễn. Do đó, trong suốt thời gian sử dụng hiệu quả của cầu chì, nó chỉ cắt dòng ngắn mạch vài lần. Điện áp hệ thống càng cao, thiệt hại do ngắn mạch càng lớn, nhưng xác suất xảy ra càng thấp. Vì vậy, một cầu chì trung áp có khả năng cắt 30 lần ngắn mạch là đủ. Thử nghiệm kiểu mẫu cho việc cắt ngắn mạch rất đắt đỏ. Đối với cầu chì chân không 12kV, mỗi lần thử nghiệm cắt ngắn mạch hiện tại mất khoảng 10.000 RMB. Thực hiện quá nhiều thử nghiệm gây tốn kém và không cần thiết.

Một số lần cắt thành công cao hơn có nghĩa là khả năng cắt tốt hơn? Đây là một hiểu lầm phổ biến khác. Chìa khóa trong việc thử nghiệm cắt ngắn mạch của cầu chì chân không nằm ở mười lần vận hành đầu tiên. Miễn là cầu chì cắt thành công dòng điện quy định trong mười lần thử nghiệm đầu tiên, hiệu suất sau đó thường đáng tin cậy. Dữ liệu thống kê từ các thử nghiệm kiểu mẫu cho thấy xác suất hỏng hóc cao nhất trong mười lần cắt đầu tiên và giảm dần khi số lần cắt tăng lên. Sau 30 lần cắt, khả năng hỏng hóc trong các lần thử nghiệm sau gần như bằng không. Do đó, có thể cắt 30 lần không có nghĩa là không thể cắt 50—nó chỉ đơn giản là không cần thử nghiệm thêm.

Về tuổi thọ cơ khí của cầu chì chân không, không cần yêu cầu quá cao. Lớp M1 ban đầu không ít hơn 2.000 lần vận hành, và lớp M2 chỉ 10.000. Hiện nay, các nhà sản xuất đang cạnh tranh về tuổi thọ cơ khí—một nhà sản xuất tuyên bố 25.000, một nhà sản xuất khác tuyên bố 100.000. Trong các quá trình đấu thầu, các bên tham gia so sánh các giá trị tuổi thọ cơ khí, điều này không có ý nghĩa đối với các cầu chì chân không sử dụng trong phân phối. Tuy nhiên, trong các ứng dụng cụ thể như chuyển đổi thường xuyên các động cơ, lò hồ quang, hoặc các mạch bù tụ tự động, các tiếp điểm chân không là thích hợp hơn (cầu chì SF6 thường được sử dụng để chuyển mạch các ngân hàng tụ điện trung áp). Các tiếp điểm có tuổi thọ cơ khí và điện vượt quá một triệu lần vận hành (tuổi thọ điện được đo bằng ngắt dòng định mức, không phải dòng ngắn mạch). Không cần phải cạnh tranh về tuổi thọ cơ khí trong các cầu chì.

04 Yêu cầu quá cao về các thông số điện khác

Khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn của cầu chì đề cập đến khả năng chịu đựng nhiệt của dòng ngắn mạch trong trường hợp sự cố. Điều này khác với sự tăng nhiệt. Thử nghiệm tăng nhiệt bao gồm việc truyền dòng điện định mức hoặc dòng điện quy định qua cầu chì trong thời gian dài và đảm bảo rằng sự tăng nhiệt tại các điểm không vượt quá giới hạn quy định. Khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn của cầu chì thường được thử nghiệm trong 3 giây.

Trong khoảng thời gian này, nhiệt sinh ra bởi dòng ngắn mạch không được làm hỏng cầu chì. Khả năng chịu nhiệt trong 3 giây là đủ. Lý do là sau khi xảy ra ngắn mạch, bảo vệ theo thời gian có thể có sự chậm trễ cố tình để đảm bảo tính chọn lọc. Đối với bảo vệ theo thời gian, sự chậm trễ 0,5 giây giữa các cầu chì liền kề đảm bảo tính chọn lọc. Nếu các cầu chì khác nhau hai cấp, thời gian chậm trễ là 1 giây; nếu ba cấp, 1,5 giây. Khả năng chịu nhiệt trong 3 giây đã đủ. Tuy nhiên, một số người dùng hoặc nhà thiết kế vẫn đòi hỏi khả năng chịu nhiệt trong 5 giây, điều này thực sự không cần thiết.

Trong quá trình đóng của cầu chì, các tiếp điểm di động và cố định có thể bị bật. Nếu thời gian bật quá dài hoặc đồng bộ đóng ba pha lớn, có thể xảy ra sự phá vỡ và tái kích giữa các tiếp điểm. Tái kích gây ra quá trình nạp và xả trong mạch, tăng độ dốc và biên độ của quá điện áp. Quá điện áp này được gọi là quá điện áp tái kích tiếp điểm.

Nguy cơ của nó thậm chí còn vượt quá quá điện áp cắt dòng của cầu chì chân không, đe dọa cách điện cuộn dây của máy biến áp và động cơ. Do đó, thời gian bật tiếp điểm và độ bất đồng bộ ba pha không nên vượt quá 2ms. Các thông số cầu chì hiện tại được sản xuất để đáp ứng yêu cầu này. Tuy nhiên, một số người dùng đòi hỏi giá trị nhỏ hơn 2ms, thậm chí yêu cầu không vượt quá 1ms, điều này vượt quá khả năng kỹ thuật hiện tại.

05 Các vấn đề tiêu cực do dòng khởi động quá cao của các thiết bị ngắt chân không

Dòng khởi động định mức cho các thiết bị ngắt chân không trung áp là 630A. Hiện nay, một số nhà sản xuất không còn sản xuất phiên bản 630A, và dòng khởi động tối thiểu đã tăng lên 1250A. Điều này liên quan đến việc sản xuất thiết bị ngắt chân không. Tuy nhiên, nó mang lại một loạt các hậu quả tiêu cực. Vì dòng khởi động của thiết bị ngắt chân không quá cao, các cầu chì chân không được lắp ráp với các thiết bị ngắt này phải phù hợp với dòng định mức của thiết bị ngắt. 

Do đó, tất cả các thành phần liên quan—như cột cực, tiếp điểm cắm trên cột cực, và tiếp điểm cố định trong tủ điện—cũng phải phù hợp với dòng định mức của thiết bị ngắt. Điều này dẫn đến lãng phí nghiêm trọng các vật liệu kim loại màu trong hầu hết các trường hợp. Ví dụ, một cầu chì chân không 12kV có thể cung cấp cho một máy biến áp 1000kVA, dòng định mức ở phía 10kV chỉ là 57,7A. Tuy nhiên, vì thiết bị ngắt chân không khởi động ở 1250A, cầu chì phải có dòng định mức 1250A. Do đó, tất cả phụ kiện của cầu chì phải có dòng định mức ít nhất 1250A, và các tiếp điểm cố định trong tủ điện cũng phải có dòng định mức không ít hơn 1250A, dẫn đến lãng phí đáng kể các vật liệu kim loại màu.

Tệ hơn nữa, người dùng hoặc nhà thiết kế vẫn kiên trì rằng khả năng dẫn điện của các dây dẫn chính trong tủ điện phải phù hợp với cầu chì—tức là, khả năng dẫn điện của dây dẫn được thiết kế cho 1250A. Trên thực tế, khả năng dẫn điện 60A đã đủ, và miễn là tiết diện tối thiểu của dây dẫn mạch vượt qua kiểm tra ổn định động và nhiệt, có rất nhiều dư địa để tiết kiệm vật liệu.