Tình hình hiện tại và xu hướng phát triển của cầu chì điện áp cao SF6
Cầu chì điện áp cao, còn được gọi là công tắc điện áp cao, có khả năng ngắt và dập hồ quang đủ mạnh. Chúng không chỉ có thể cắt và đóng dòng không tải và dòng tải của mạch điện áp cao mà còn, khi hệ thống gặp sự cố, phối hợp với các thiết bị bảo vệ và tự động để nhanh chóng cắt dòng điện lỗi, giảm phạm vi mất điện và ngăn chặn sự mở rộng của tai nạn. Điều này rất quan trọng để đảm bảo vận hành an toàn của hệ thống điện.
Cầu chì điện áp cao đã phát triển qua cầu chì dầu, cầu chì khí nén, cầu chì chân không, và cầu chì SF₆. Trong đó, hai loại đầu tiên đã dần bị loại bỏ, và cầu chì SF₆ được sử dụng phổ biến hơn so với hai loại sau. Cầu chì SF₆ được sử dụng rộng rãi vào đầu những năm 1970. Chúng sử dụng hexafluorua sunfur làm môi trường dập hồ quang. Loại cầu chì này có khả năng ngắt lớn. Trong điều kiện ngắt tự do, khả năng ngắt của nó khoảng 10 lần cao hơn so với các cầu chì khác. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành ổn định và an toàn của hệ thống điện và cũng có ý nghĩa lớn về mặt kinh tế và xã hội.
1. Hiệu suất của cầu chì SF₆
Cầu chì SF₆ là thiết bị chuyển mạch không dầu sử dụng khí SF₆ làm môi trường cách điện và dập hồ quang. Hiệu suất cách điện và đặc tính dập hồ quang của chúng cao hơn nhiều so với cầu chì dầu. Cầu chì hexafluorua sunfur có các đặc điểm sau:
2. Phát triển của cầu chì SF₆ điện áp cao
2.1 Cầu chì SF₆ hai áp suất
Hai hệ thống khí SF₆ (hệ thống áp suất cao và hệ thống áp suất thấp) được đặt bên trong cầu chì. Chỉ trong quá trình mở, buồng áp suất cao chảy vào buồng áp suất thấp thông qua van thổi để tạo luồng khí áp suất cao. Sau khi ngắt hoàn tất, van thổi được đóng lại. Nguyên lý của buồng dập hồ quang là có máy nén khí và ống nối giữa buồng áp suất cao và buồng áp suất thấp. Khi áp suất khí trong buồng áp suất cao giảm hoặc áp suất khí trong buồng áp suất thấp tăng đến giới hạn nhất định, máy nén khí bắt đầu bơm khí SF₆ từ buồng áp suất thấp vào buồng áp suất cao, tạo thành hệ thống khí khép kín tự động.
2.2 Cầu chì SF₆ một áp suất
Cấu trúc một áp suất đơn giản và có thể thích ứng với nhiều nhiệt độ môi trường. Loại nén khí cũng đã trải qua quá trình phát triển: về việc thổi hồ quang, loại một áp suất thế hệ đầu tiên có cấu trúc thổi đơn, với dòng điện ngắt nhỏ (thông thường 31.5kA) và điện áp đoạn đứt thấp (thông thường 170kV). Loại một áp suất thế hệ thứ hai có cấu trúc thổi kép, với dòng điện ngắt tăng lên (40-50kA), và điện áp đoạn đứt vẫn thấp. Thông thường, sản phẩm 252kV có hai đoạn đứt. Loại một áp suất thế hệ thứ ba có cấu trúc thổi kép bổ sung bằng hiệu ứng giãn nở nhiệt (dập hồ quang lai). Dòng điện ngắt lớn, tăng lên 63kA, và điện áp đoạn đứt cao. Một đoạn đứt có thể đạt 252kV, 363kV, 420kV, thậm chí 550kV.
Phát triển của loại một áp suất, từ góc độ của buồng dập hồ quang, đã sử dụng piston nén khí nhỏ hơn. Các ưu điểm mang lại bởi việc giảm kích thước piston trong buồng dập hồ quang như sau:
2.3 Cầu chì SF₆ tự năng lượng
Cầu chì SF₆ tự năng lượng có hai nguyên lý dập hồ quang: nguyên lý giãn nở nhiệt và nguyên lý xoay hồ quang. Hiện tại, phần lớn cầu chì tự năng lượng sử dụng nguyên lý giãn nở nhiệt. Nguyên lý tự năng lượng là sử dụng năng lượng hồ quang để làm nóng khí SF₆ trong buồng giãn nở, tạo áp lực, tạo luồng khí, và dập hồ quang. Tuy nhiên, khi ngắt dòng điện nhỏ, do năng lượng hồ quang nhỏ, cần piston nhỏ để nén khí tạo thổi phụ trợ. Do giảm đáng kể công suất hoạt động, có thể sử dụng cơ cấu hoạt động lò xo có cấu trúc đơn giản. Loại giãn nở nhiệt hiện đã phát triển đến thế hệ thứ hai. Sản phẩm thế hệ đầu tiên đạt hiệu quả giảm công suất hoạt động bằng cách giảm năng lượng nén khí cần thiết để dập hồ quang. Đường kính piston nén khí được thiết kế theo ngắt 30% dòng điện lỗi tối đa, và khối lượng chuyển động cũng nhỏ, giảm công suất hoạt động. Sản phẩm thế hệ thứ hai cải thiện hiệu quả giãn nở nhiệt và hiệu suất ngắt, không chỉ cải thiện ngắt dòng điện dung lượng mà còn giảm tiếp công suất hoạt động.
2.4 Cầu chì SF₆ thông minh
Đặc trưng khác của cầu chì điện áp cao hiện đại là sự thông minh, phát triển từ hệ thống điện cơ truyền thống thành hệ thống thông minh hiện đại tập trung xung quanh máy tính. Hiện nay, nội dung kiểm tra trực tuyến của cầu chì điện áp cao bao gồm:
Qua các kiểm tra này, hơn 90% sự cố có thể được phát hiện. Kiểm tra trực tuyến có thể thay đổi bảo dưỡng định kỳ của cầu chì sang bảo dưỡng dựa trên tình trạng thực tế.
3. Cầu chì SF₆ kiểu trụ sứ và kiểu bình và ứng dụng của chúng
Trung Quốc lần đầu tiên áp dụng cầu chì SF₆ vào năm 1970 khi Cục Điện Lực Đông Bắc nhập khẩu ba cầu chì SF₆ kiểu trụ sứ hai áp suất H-912 220KV do Siemens sản xuất từ nước ngoài và lắp đặt chúng tại trạm biến áp chính HuShitai ở Thẩm Dương. Chúng vẫn đang hoạt động tốt đến ngày nay.
Cầu chì hexafluorua sunfur điện áp cao được chia thành kiểu trụ sứ và kiểu bình theo cấu trúc. Khi so sánh hai loại, mỗi loại có đặc điểm riêng:
4. Các vấn đề cần lưu ý trong quá trình vận hành và bảo dưỡng cầu chì SF₆
Để kiểm soát nghiêm ngặt rò rỉ khí và ngăn ngừa độ ẩm và ướt át xâm nhập vào hộp, công nghệ xử lý và yêu cầu vật liệu cao hơn nhiều so với các thiết bị điện áp cao thông thường. Đồng thời, cần hệ thống khí SF₆ đặc biệt, bao gồm van có khả năng kín tốt, thiết bị phát hiện rò rỉ, thiết bị thu hồi khí, và giám sát áp suất. Ngoài ra, do tiêu thụ kim loại lớn, độ phức tạp sản xuất tăng.
Khí SF₆ tinh khiết không màu, không mùi, không độc, và không cháy. Tuy nhiên, trong quá trình tổng hợp hexafluorua sunfur, cũng sản sinh các hợp chất sunfur fluoride thấp,有毒物质。因此，在断路器中安装了一个吸附剂，其中放置了活性铝来吸收这些有毒气体。
即使如此，在维护过程中仍需特别注意防止中毒。因此，在工作前必须彻底抽空和排放气体。如果仍然闻到不愉快的气味，应佩戴防毒面具和橡胶手套。此外，电弧分解产物还含有一些金属氟化物，以粉末形式散落在断路器中。虽然这些粉末不是高毒性物质，但在清洁过程中仍需采取预防措施，防止吸入。
### 5. 结论
随着电力系统电压的不断提高，无论是支柱式还是罐式SF₆断路器，都在不断随着技术进步而发展。特别是近年来，自能灭弧原理得到了开发和应用，即利用高压形成气吹来熄灭电弧。减少了断口数量，降低了材料消耗。
由于其价格相对较高，对SF₆气体的应用、管理和操作要求也较高，因此在中压（35kV, 10kV）中应用并不广泛。总的来说，高压SF₆断路器具有广阔的应用前景，产品的技术研发和升级将带来显著的经济和社会效益。
- 严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。
- 若是没有语种书写体要求，且存在多种书写物的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。
- 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果，不得多语种混合特备注意不能出现夹杂中文。
- 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。
【输出规范】
- 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。
- 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。
- 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。
- 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。
- 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。
【输出内容】
Khí SF₆ tinh khiết không màu, không mùi, không độc, và không cháy. Tuy nhiên, trong quá trình tổng hợp hexafluorua sunfur, cũng sản sinh các hợp chất sunfur fluoride thấp, có độc. Trong cầu chì, khí sẽ bị phân hủy dưới nhiệt độ cao của hồ quang thông qua quá trình phân ly và ion hóa, tạo ra khí độc hại. Do đó, một bộ hấp thụ được lắp trong cầu chì, và alumin hoạt tính được đặt trong đó để hấp thụ các khí độc hại này. Dù vậy, vẫn cần đặc biệt chú ý để phòng tránh nhiễm độc trong quá trình bảo dưỡng. Do đó, khí phải được hút và xả sạch trước khi làm việc. Nếu vẫn ngửi thấy mùi khó chịu, cần đeo mặt nạ phòng độc và găng tay cao su. Ngoài ra, các sản phẩm phân giải hồ quang cũng chứa một số hợp chất fluorua kim loại, tồn tại dưới dạng bột trong cầu chì. Mặc dù các bột này không phải là chất độc hại cao, vẫn cần phải thận trọng để tránh hít phải khi làm vệ sinh. 5. Kết luận Với sự gia tăng liên tục của điện áp hệ thống điện, dù là cầu chì SF₆ kiểu trụ sứ hay kiểu bình, chúng đều không ngừng phát triển theo sự tiến bộ của công nghệ. Đặc biệt, trong những năm gần đây, nguyên lý dập hồ quang tự năng lượng đã được phát triển và áp dụng, tức là sử dụng áp suất cao để tạo luồng khí thổi dập hồ quang. Số lượng đoạn đứt được giảm, và tiêu thụ vật liệu cũng giảm. Do giá cả tương đối cao và yêu cầu cao về việc áp dụng, quản lý, và vận hành khí SF₆, nó không được áp dụng rộng rãi ở điện áp trung bình (35kV, 10kV). Nói chung, cầu chì SF₆ điện áp cao có triển vọng ứng dụng rộng lớn, và nghiên cứu, phát triển, và nâng cấp sản phẩm sẽ mang lại lợi ích kinh tế và xã hội đáng kể.
