Thiết bị đóng tự động cho cầu chì điện áp thấp dựa trên rơ-le thời gian

Để đảm bảo vận hành lưới điện an toàn và ổn định, đồng thời ngăn chặn dòng điện tải tăng đột biến gây hư hại thiết bị điện trong quá trình khôi phục nguồn điện, tất cả các tải kết nối với máy biến áp phân phối phải được ngắt trước khi cấp điện.

Do đó, các cầu chì điện áp thấp được trang bị chức năng giải phóng điện áp thấp: khi máy biến áp bị ngắt điện do bảo trì hoặc sự cố đường dây, mất điện áp trên thanh bus điện áp thấp khiến cầu chì nhánh tự động ngắt. Sau khi máy biến áp được cấp điện trở lại, vì cầu chì điện áp thấp thường không có khả năng đóng tự động, các nhà điều hành phải đóng cầu chì trực tiếp tại hiện trường để khôi phục nguồn điện. Do vị trí của cầu chì, giao thông và điều kiện thời tiết, thao tác này mất khá nhiều thời gian - trung bình là 33 phút - dẫn đến thời gian mất điện kéo dài và ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy cung cấp điện.

Để giải quyết vấn đề này, một thiết bị đóng tự động cho cầu chì điện áp thấp dựa trên rơle thời gian đã được phát triển. Đầu ra điện áp thấp của máy biến áp cung cấp nguồn điện cho cuộn dây rơle. Sau khi máy biến áp được cấp điện, cuộn dây rơle thời gian được cấp điện, và sau một khoảng thời gian trì hoãn được đặt trước, tiếp điểm di chuyển của nó tạm thời đóng mạch đóng, khiến cầu chì điện áp thấp tự động đóng. Thời gian trì hoãn tránh dòng điện khởi động của máy biến áp, đảm bảo an toàn cho thiết bị. Thông qua logic điều khiển phù hợp, đóng tự động sẽ không xảy ra sau khi ngắt do quá dòng hoặc ngắt tay.

1. Yêu cầu Thiết kế và Giải pháp

Theo quy định vận hành lưới điện, các yêu cầu thiết kế cụ thể được xác lập cho thiết bị chuyển đổi tự động khi mất điện áp:

• Khi phía cao áp của máy biến áp phân phối bị ngắt điện do bảo trì hoặc sự cố, máy biến áp mất điện áp và cầu chì điện áp thấp ngắt thông qua cơ chế giải phóng điện áp thấp. Sau khi máy biến áp được cấp điện trở lại, cầu chì tự động đóng sau một khoảng thời gian trì hoãn được đặt trước.

• Nếu có sự cố xảy ra phía hạ lưu của cầu chì điện áp thấp, cầu chì ngắt đáng tin cậy và không được đóng tự động.

• Nếu cầu chì điện áp thấp được mở bằng tay, nó không được đóng tự động.

Để đáp ứng các yêu cầu này, một giải pháp đáng tin cậy được đề xuất sử dụng rơle thời gian làm lõi điều khiển, tận dụng đặc tính trì hoãn và tiếp điểm di chuyển của nó để đạt được đóng tự động. Mô hình rơle thời gian được chọn là DS-28.

Rơle thời gian DS-28 được sử dụng trong thiết bị bao gồm một nam châm điện điều khiển cơ chế thời gian cơ khí. Cuộn dây điện từ lấy nguồn điện từ đầu ra điện áp thấp của máy biến áp, cung cấp rơle thời gian luôn được cấp điện. Rơle chứa một bộ tiếp điểm di chuyển chậm và một bộ tiếp điểm chính chậm (tiếp điểm cuối). Sơ đồ đấu dây nội bộ của rơle thời gian cho thiết bị chuyển đổi tự động khi mất điện áp được hiển thị trong Hình 1. 

Để ngăn chặn cuộn dây bị cháy do cấp điện kéo dài, một điện trở bảo vệ nhiệt được thêm vào như một điện trở bảo vệ bên ngoài. Trong thiết kế, các đầu 1 và 13–3 được sử dụng làm tín hiệu kích hoạt kết nối với mạch điện, trong khi các đầu 5 và 6, và 16–3 và 17, lần lượt là tiếp điểm di chuyển chậm và tiếp điểm đóng ngay tức thì thường đóng. Hình 2 hiển thị sơ đồ đấu dây của thiết bị đóng tự động cho cầu chì điện áp thấp dựa trên rơle thời gian.

2. Chiến lược Điều khiển của Thiết bị Chuyển Đổi Tự Động Khi Mất Điện Áp

2.1 Máy Biến Áp Mất Điện Áp

Khi máy biến áp mất điện áp, cầu chì điện áp thấp ngắt. Vì thanh bus điện áp thấp không được cấp điện, rơle thời gian vẫn ở trạng thái ban đầu, với tiếp điểm di chuyển chậm và tiếp điểm chính chậm mở, trong khi tiếp điểm đóng ngay tức thì thường đóng đóng.

Khi nguồn điện được khôi phục cho đường dây, đầu ra điện áp thấp của máy biến áp được cấp điện, cung cấp nguồn điện cho rơle thời gian. Tại thời điểm này, tiếp điểm đóng ngay tức thì thường đóng mở, đưa điện trở phân áp vào mạch cuộn dây, khiến nam châm điện từ được cấp điện và duy trì trạng thái hút lâu dài. Cơ chế cơ khí bắt đầu hoạt động, và tiếp điểm di chuyển chậm bắt đầu di chuyển về vị trí đóng.

Sau khoảng thời gian trì hoãn được đặt trước (thường được đặt giữa 10 đến 15 giây thông qua núm điều chỉnh thời gian trên bảng điều khiển rơle thời gian để tránh dòng điện khởi động của máy biến áp), tiếp điểm di chuyển chậm đóng tạm thời và sau đó mở lại. Hành động này mô phỏng việc nhấn và thả nút đóng tay, đảm bảo rằng mạch đóng không được cấp điện liên tục, điều này có thể ngăn chặn việc ngắt tay hoặc khiến cầu chì đóng vào điểm sự cố.

Thông thường, máy biến áp phân phối có công suất lên đến 2000 kVA, và thời gian dòng điện khởi động của máy biến áp kéo dài khoảng 6 đến 10 giây. Để tránh ảnh hưởng của dòng điện khởi động, thời gian trì hoãn được đặt từ 10 đến 15 giây trong quá trình lắp đặt bằng cách điều chỉnh núm điều chỉnh thời gian trên bảng điều khiển rơle thời gian. Sơ đồ đấu dây cho mạch đóng được hiển thị trong Hình 3.

Tiếp điểm chính (tiếp điểm cuối) đóng sau khi tiếp điểm di chuyển đóng và dừng ở cơ chế dừng cơ khí. Miễn là đầu ra điện áp thấp của máy biến áp vẫn được cấp điện, rơle sẽ ở trạng thái này. Khi đầu ra điện áp thấp mất điện (tức là cuộn dây điện từ bị ngắt điện), tất cả các tiếp điểm ngay lập tức quay lại vị trí ban đầu.

2.2 Cầu Chì Ngắt Do Sự Cố

Khi có sự cố xảy ra ở đường dây hoặc thiết bị phía hạ lưu của cầu chì điện áp thấp, cầu chì ngắt do quá dòng. Vì đầu ra điện áp thấp của máy biến áp vẫn được cấp điện, các tiếp điểm rơle giữ nguyên vị trí, đảm bảo rằng cầu chì không đóng tự động.

2.3 Ngắt Tay

Khi cầu chì điện áp thấp được mở bằng tay, đầu ra điện áp thấp của máy biến áp vẫn được cấp điện. Các tiếp điểm rơle không thay đổi, và mạch đóng không bị ảnh hưởng bởi rơle thời gian, ngăn chặn việc đóng tự động của cầu chì.

3. Kiểm Tra Chức Năng Thiết Bị

Sau khi lắp ráp thiết bị chuyển đổi tự động khi mất điện áp dựa trên rơle thời gian, các bài kiểm tra chức năng toàn diện đã được thực hiện. Sau khi kiểm tra thành công, một quy trình lắp đặt chuẩn hóa và các sơ đồ đấu dây đã được thiết lập, kèm theo các biện pháp an toàn và kỹ thuật chi tiết. Thiết bị đã được lắp đặt ở 10 khu vực. Sau sáu tháng vận hành, thiết bị hoạt động đáng tin cậy và chính xác trong cả các lần mất điện do bảo trì và do sự cố. Thời gian khôi phục nguồn điện giảm từ 33 phút trước khi lắp đặt xuống còn 10-15 giây.

Kết quả kiểm tra thực tế xác nhận rằng thiết bị chuyển đổi tự động khi mất điện áp cho cầu chì điện áp thấp dựa trên rơle thời gian đáp ứng tất cả các yêu cầu thiết kế.

4. Kết Luận

Thiết bị chuyển đổi tự động khi mất điện áp cho cầu chì điện áp thấp được đề xuất sử dụng tiếp điểm di chuyển chậm của rơle thời gian để giải quyết loạt vấn đề do việc lắp đặt cuộn dây giải phóng điện áp thấp. Nó cho phép cầu chì điện áp thấp đạt được đóng tự động sau khi mất điện áp. Thiết bị hoạt động đáng tin cậy trong các trường hợp mất điện bình thường và không hoạt động trong các trường hợp bất thường. Với nguyên lý đơn giản, đấu dây tiện lợi và chi phí thấp, thiết bị đã chứng minh trong các bài kiểm tra thực tế rằng nó khôi phục nguồn điện an toàn và đáng tin cậy sau khi ngắt do mất điện áp, giảm thời gian đóng cầu chì từ 33 phút xuống còn 10-15 giây. Điều này cải thiện đáng kể hiệu quả vận hành và độ tin cậy cung cấp điện, thể hiện giá trị thực tiễn cao trong các ứng dụng thực tế.