Hướng dẫn về Recloser: Cách hoạt động và lý do các công ty điện sử dụng nó

1. Recloser là gì?
Recloser là công tắc điện áp cao tự động. Tương tự như cầu chì trong hệ thống điện gia đình, nó ngắt điện khi xảy ra sự cố - chẳng hạn như ngắn mạch. Tuy nhiên, khác với cầu chì gia đình cần được đặt lại bằng tay, recloser tự động theo dõi đường dây và xác định xem sự cố đã được giải quyết hay chưa. Nếu sự cố là tạm thời, recloser sẽ tự động đóng lại và khôi phục nguồn điện.

Reclosers được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phân phối - từ trạm biến áp đến cột điện ở khu vực dân cư. Chúng có nhiều loại, bao gồm recloser một pha nhỏ gọn cho các đường dây một pha và recloser ba pha lớn hơn cho các trạm biến áp và đường dây phân phối điện áp cao lên đến 38 kV.

Thiết kế và hiệu suất của recloser được điều chỉnh bởi các tiêu chuẩn quốc tế như ANSI/IEEE C37.60 và IEC 62271-111.

2. Tại sao sử dụng Reclosers?

Các thiết bị tự động đóng lại mạch điện được coi là thiết bị thiết yếu bởi các công ty điện trên toàn thế giới để đạt được mục tiêu cốt lõi của họ: cung cấp nguồn điện liên tục và đáng tin cậy nhất cho khách hàng một cách đơn giản và tiết kiệm chi phí.

Reclosers có thể phát hiện và ngắt dòng điện lỗi, sau đó tự động khôi phục nguồn điện khi sự cố tạm thời đã được giải quyết. Về cơ bản, recloser là thiết bị thông minh tự chứa, có khả năng cảm nhận dòng điện quá tải, đo thời gian, ngắt dòng điện lỗi và tự động đóng lại để tái kích hoạt đường dây.

Nếu sự cố là vĩnh viễn, recloser sẽ khóa sau một số lần hoạt động được đặt trước - thường là ba đến bốn lần thử - do đó tách phần hỏng khỏi phần còn lại của hệ thống. Khả năng này giúp các công ty điện tiết kiệm thời gian và chi phí vận hành đáng kể, vì nguồn điện thường được khôi phục sau chỉ một hoặc hai lần nhấp nháy điện ngắn, mà không cần can thiệp trực tiếp tại hiện trường.

Trong những trường hợp phải điều động đội ngũ, reclosers giúp giảm thiểu diện tích mất điện và hỗ trợ nhân viên bảo trì nhanh chóng tìm ra sự cố và khôi phục dịch vụ. Khách hàng dân cư, thương mại, công nghiệp và tổ chức đều hưởng lợi từ việc giảm thiểu gián đoạn và chi phí liên quan. Không có mức độ đáng tin cậy cao như vậy, nhiều tải trọng hiện đại quan trọng - như máy tính, bơm nước và dây chuyền sản xuất tự động - sẽ khó có thể hoạt động ổn định.

3. Recloser hoạt động như thế nào?

Khi xảy ra sự cố trên đường dây, recloser phát hiện và tự động ngắt điện. Sau một khoảng thời gian rất ngắn - thường chỉ đủ gây ra một ánh sáng nhấp nháy ngắn - recloser cố gắng đóng lại và khôi phục nguồn điện. Nếu sự cố vẫn tồn tại, nó sẽ ngắt điện lại.

Sau ba lần thử không thành công, recloser phân loại sự cố là vĩnh viễn và giữ nguyên trạng thái mở (được khóa). Ở điểm này, đội ngũ kỹ thuật phải đến hiện trường để sửa chữa cơ sở hạ tầng bị hỏng và đặt lại recloser bằng tay để khôi phục nguồn điện.

Một số ví dụ về sự cố vĩnh viễn bao gồm:

• Hư hỏng do sét đánh vào dây dẫn hoặc thiết bị

• Cành cây rơi xuống và làm hỏng đường dây

• Va chạm xe cộ với cột điện hoặc thiết bị

4. Sự cố tạm thời là gì?

Đa số sự cố trên đường dây phân phối trên không là tạm thời. Ví dụ bao gồm sét đánh, dây dẫn bị gió thổi, hoặc tiếp xúc tạm thời do chim hoặc động vật nhỏ. Những sự cố này thường tự giải quyết sau khi nguồn điện bị ngắt và không gây thiệt hại lâu dài cho đường dây.

Các loại sự cố tạm thời phổ biến:

• Dây dẫn va chạm do gió

• Phóng điện dọc theo bề mặt cách điện do điện áp quá cao do sét gây ra

• Tiếp xúc tạm thời giữa dây dẫn có điện và bộ phận nối đất do chim, chuột hoặc động vật khác

• Cành cây tiếp xúc ngắn với đường dây có điện

• Sóng xung kích do chuyển mạch gây phóng điện cách điện

Dữ liệu hoạt động dài hạn và kinh nghiệm thực tế rõ ràng chứng minh tầm quan trọng của chức năng "ngắt và đóng lại". Nếu đường dây bị ngắt điện tạm thời, nguồn gốc sự cố thường biến mất - làm tăng khả năng đóng lại thành công. Do đó, các thiết bị tự động đóng lại mạch điện gần như loại bỏ hoàn toàn thời gian mất điện kéo dài do sự cố tạm thời hoặc dòng điện quá tải thoáng qua trong hệ thống phân phối.

5. Các loại Recloser

5.1 Recloser một pha

Recloser một pha được sử dụng để bảo vệ các mạch một pha, như các nhánh hoặc nhánh từ một mạch ba pha. Chúng cũng có thể được triển khai trên các mạch ba pha nơi phần lớn tải là một pha.

Trong trường hợp xảy ra sự cố ngắn mạch vĩnh viễn, chỉ pha bị ảnh hưởng được khóa, trong khi hai phần ba còn lại của hệ thống tiếp tục cung cấp điện - nâng cao tính liên tục tổng thể của dịch vụ.

Do trọng lượng nhẹ hơn so với các recloser ba pha lớn, các đơn vị một pha thường được gắn trực tiếp lên cột điện hoặc cấu trúc thép của trạm biến áp bằng các giá đỡ tích hợp, loại bỏ nhu cầu về khung đỡ bổ sung.

Tùy thuộc vào thiết kế, các rơ-le đóng lại một pha có thể có hệ thống điều khiển thủy lực (tích hợp trong bình dầu của rơ-le) hoặc điều khiển điện tử (đóng gói trong tủ điều khiển riêng biệt).

Đáng chú ý, hiện nay các rơ-le đóng lại một pha cũng có sẵn ở dạng cắt nhỏ, đại diện cho mức độ tích hợp cao giữa các thành phần chính và phụ. Chúng có thể được lắp trực tiếp lên đế gắn của cầu chì tiêu chuẩn và thường được sử dụng để bảo vệ mạch nhánh, với dòng định mức typic lên đến 200 A.

Một nhà sản xuất tiêu biểu là S&C Electric Company (Hoa Kỳ), sản phẩm TripSaver® II của họ là ví dụ về loại này, như được hiển thị dưới đây:

5.2 Rơ-le đóng lại ba pha

Rơ-le đóng lại ba pha được sử dụng trên các đường dây phân phối ba pha để tăng cường độ tin cậy của hệ thống. Trong trường hợp xảy ra lỗi vĩnh viễn, cả ba pha sẽ bị khóa đồng thời, do đó ngăn ngừa nguy cơ mất pha đơn đối với các tải ba pha quan trọng—như động cơ ba pha lớn—mà có thể bị hỏng do nguồn điện không cân bằng hoặc không đầy đủ.

Việc lựa chọn rơ-le đóng lại ba pha dựa trên các thông số điện yêu cầu, phương tiện cắt và cách điện (ví dụ: dầu, chân không, hoặc khí thân thiện với môi trường), và sự lựa chọn giữa điều khiển thủy lực (tích hợp trong đơn vị) hoặc điều khiển điện tử (đóng gói trong tủ điều khiển riêng biệt).

5.3 Chế độ hoạt động: Cắt và khóa ba pha

Đây là chế độ hoạt động tiêu chuẩn cho các rơ-le đóng lại lớn hơn. Bất kể lỗi là lỗi đất một pha, lỗi pha-pha, hay lỗi ba pha, tất cả ba cực sẽ cắt đồng thời trong mỗi lần vận hành. Việc cắt và đóng lại của cả ba pha được liên kết cơ học và được điều khiển bởi một cơ cấu vận hành duy nhất, đảm bảo hiệu suất đồng bộ.

Rơ-le đóng lại ba pha hỗ trợ nhiều cấu hình lắp đặt, bao gồm:

• Khung gắn trên cột (cho việc lắp đặt trên đường dây)

• Khung gắn trạm (cho ứng dụng trạm hoặc gắn trên nền)

5.4 Rơ-le đóng lại ba đơn

Rơ-le đóng lại ba đơn được điều khiển điện tử và cung cấp ba chế độ hoạt động:

• Cắt và khóa ba pha
  Tất cả ba pha sẽ cắt đồng thời do quá dòng, đóng lại đồng thời, và hoạt động theo cùng một trình tự.

• Cắt một pha và khóa ba pha
  Mỗi pha độc lập thực hiện cắt quá dòng và đóng lại. Nếu bất kỳ một pha nào vào chu trình khóa do lỗi vĩnh viễn, hoặc nếu lệnh "khóa" từ xa hoặc cục bộ được phát hành, hai pha còn lại cũng sẽ cắt và vào chế độ khóa, do đó ngăn ngừa tình trạng mất pha kéo dài của tải ba pha.

• Cắt một pha và khóa một pha
  Mỗi pha sẽ cắt và khóa độc lập, không ảnh hưởng đến các pha khác. Chế độ này chủ yếu được sử dụng cho tải dân dụng, hoặc trong các kịch bản mà tải ba pha đã được bảo vệ khỏi mất pha bằng các phương pháp khác.

Rơ-le đóng lại ba đơn có thể được gắn trên cột sử dụng khung gắn cột, hoặc được lắp trên khung trạm hoặc trực tiếp lên cấu trúc thép của trạm.

6. Các loại điều khiển rơ-le

"Trí tuệ" cho phép rơ-le cảm nhận quá dòng, chọn đặc tính dòng-thời gian, thực hiện các thao tác cắt và đóng lại, và cuối cùng là khóa, đến từ hệ thống điều khiển của nó. Có hai loại điều khiển chính: điều khiển thủy lực tích hợp và điều khiển điện tử đóng gói trong tủ điều khiển riêng biệt.

Điều khiển thủy lực

Điều khiển thủy lực được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các rơ-le đóng lại một pha và một số rơ-le đóng lại ba pha. Nó tồn tại như một phần tích hợp của rơ-le. Với phương pháp điều khiển này, quá dòng được phát hiện bởi cuộn dây cắt nối tiếp với đường dây. Khi dòng điện quá dòng đi qua cuộn dây, cuộn dây kéo plunger, khiến các tiếp điểm của rơ-le mở ra.

Thời gian và các thao tác theo trình tự được thực hiện bằng cách dầu thủy lực chảy qua các buồng thủy lực hoặc lỗ. Trong các rơ-le nhỏ, năng lượng cần thiết để đóng lại được cung cấp bởi lò xo, được sạc bởi plunger của cuộn dây cắt nối tiếp trong quá trình bảo vệ quá dòng. Trong các rơ-le lớn, đóng lại được thực hiện bởi một solenoid đóng riêng biệt, được cấp điện từ điện áp đường dây từ phía nguồn của rơ-le.

7. Điều khiển dựa trên vi xử lý hoặc điện tử

Hệ thống điều khiển rơ-le dựa trên vi xử lý hoặc điện tử thường được lắp đặt trong các tủ điều khiển riêng biệt, cho phép điều chỉnh các thông số hoạt động bất cứ lúc nào. Chúng có thể được kết hợp với các phụ kiện khác nhau để tùy chỉnh các chức năng cơ bản nhằm đáp ứng một loạt yêu cầu ứng dụng. So với điều khiển thủy lực, các phương pháp điều khiển này mang lại tính linh hoạt cao hơn, dễ dàng lập trình và tùy chỉnh thông số, cũng như các khả năng bảo vệ, đo lường và tự động hóa tiên tiến.

Điều khiển dựa trên vi xử lý thường được sử dụng cùng với giao diện phần mềm dựa trên PC để cấu hình cài đặt điều khiển, ghi dữ liệu đo lường và thiết lập các thông số truyền thông. Hệ thống điều khiển cũng cung cấp nhiều công cụ phân tích, bao gồm xác định lỗi, ghi sự kiện và chức năng dao động. Điều khiển điện tử đã được áp dụng rộng rãi cho hầu hết các máy đóng cắt ba pha kể từ giữa những năm 1980, và nhiều đơn vị này vẫn hoạt động đáng tin cậy đến ngày nay.

8. Phương tiện ngắt của máy đóng cắt

8.1 Phương tiện ngắt bằng dầu
Máy đóng cắt sử dụng dầu để ngắt dòng điện sử dụng cùng loại dầu làm chất cách điện chính. Một số máy đóng cắt có hệ thống điều khiển thủy lực cũng sử dụng dầu này để thực hiện các chức năng đếm thời gian và đếm.

8.2 Phương tiện ngắt chân không
Phương tiện ngắt chân không cho phép ngắt hồ quang nhanh, tiêu tốn ít năng lượng và mang lại lợi ích như tuổi thọ tiếp điểm và phương tiện ngắt lâu, căng thẳng cơ học thấp, và độ an toàn vận hành cao. Do hồ quang bị tắt trong môi trường chân không, tuổi thọ tiếp điểm và phương tiện ngắt vượt xa so với các phương tiện ngắt khác. Tùy thuộc vào mô hình, chất cách điện cho máy đóng cắt chân không có thể là dầu, khí hoặc epoxy.