Công tắc tải điện áp cao - Giải pháp thiết bị điện kết hợp với cầu chì: Hướng dẫn ứng dụng an toàn dựa trên dòng chuyển tiếp

I. Vấn đề cốt lõi và Mục tiêu
Giải pháp này nhằm giải quyết các rủi ro an toàn phát sinh từ sự không khớp giữa tham số cốt lõi "dòng điện chuyển mạch" của "thiết bị điện kết hợp công tắc tải - cầu chì" và dòng điện ngắn mạch thực tế của hệ thống khi bảo vệ biến áp điện. Mục tiêu là cung cấp một bộ hướng dẫn rõ ràng cho việc lựa chọn, kiểm tra và áp dụng, đảm bảo thiết bị điện kết hợp hoạt động chính xác và đáng tin cậy trong trường hợp lỗi của biến áp. Điều này ngăn ngừa công tắc tải bị hư hỏng do ngắt dòng vượt quá khả năng và bảo vệ toàn bộ hệ thống phân phối.

II. Khái niệm then chốt: Dòng điện chuyển mạch

Định nghĩa và Cơ chế
Dòng điện chuyển mạch là giá trị dòng điện quan trọng xác định xem dòng điện lỗi được ngắt bởi cầu chì hay công tắc tải. Sự xuất hiện của nó liên quan chặt chẽ đến cơ chế làm việc của thiết bị điện kết hợp:
• Dòng điện lỗi nhỏ: Cầu chì của một pha (pha đầu tiên bị ngắt) chảy trước, và tác tử của nó kích hoạt cơ chế công tắc tải, khiến cả ba cực của công tắc tải mở đồng thời và ngắt dòng điện hai pha còn lại.
• Dòng điện lỗi lớn: Ba cầu chì chảy gần như đồng thời và nhanh chóng, ngắt dòng điện lỗi trước khi công tắc tải mở.
• Dòng điện chuyển mạch chính là biên giới giữa hai chế độ hoạt động này.
Phương pháp Xác định Chính thức
Theo tiêu chuẩn IEC, dòng điện chuyển mạch (Itr) được xác định dựa trên:
• Thời gian ngắt tổng cộng của công tắc tải (T0): Thời gian từ khi tác tử của cầu chì được kích hoạt đến khi tiếp điểm của công tắc tải hoàn toàn tách rời.
• Đường cong đặc tính thời gian - dòng điện của cầu chì: Trên đường cong đặc tính có sai lệch sản xuất là -6,5%, giá trị dòng điện tương ứng với thời gian hoạt động 0,9 × T0 là dòng điện chuyển mạch.
Phân loại và Yếu tố ảnh hưởng
• Dòng điện chuyển mạch định mức: Giá trị tiêu chuẩn do nhà sản xuất cung cấp, dựa trên định mức phần tử cầu chì tối đa.
• Dòng điện chuyển mạch thực tế (Ic,zy): Giá trị phải được kiểm tra trong ứng dụng kỹ thuật, được suy ra từ đường cong đặc tính dựa trên định mức phần tử cầu chì thực tế và T0.
• Yếu tố ảnh hưởng chính: Thời gian ngắt T0 của công tắc tải là yếu tố chính. Một T0 nhỏ hơn sẽ dẫn đến dòng điện chuyển mạch lớn hơn. Đặc tính của cầu chì cũng là một yếu tố.

III. Nguyên tắc Áp dụng cốt lõi và Quá trình Kiểm tra

Quy tắc vàng
Để đảm bảo an toàn, điều kiện sau đây phải được đáp ứng:
Giá trị dòng điện ngắn mạch ba pha trên thanh bus phía hạ thế của biến áp, chuyển đổi sang phía cao thế (Isc) > Dòng điện chuyển mạch thực tế của thiết bị điện kết hợp (Ic,zy)
• Khi đáp ứng: Dòng điện ngắn mạch ba pha được ngắt bởi cầu chì, bảo vệ công tắc tải.
• Khi không đáp ứng: Công tắc tải buộc phải ngắt dòng điện (khoảng dòng điện ngắn mạch hai pha) và chịu đựng điện áp phục hồi tạm thời (TRV) khắc nghiệt, làm tăng khả năng ngắt thất bại và dẫn đến tai nạn.
Bước lựa chọn và Kiểm tra
Để áp dụng chính xác thiết bị điện kết hợp, các bước sau đây phải được tuân theo:
Tổng hợp thông số hệ thống: Thu thập dung lượng ngắn mạch hệ thống, dung lượng biến áp và điện áp trở kháng.
Lựa chọn sơ bộ: Dựa trên dòng điện định mức của biến áp, lựa chọn sơ bộ các thông số cầu chì phù hợp và loại công tắc tải.
Tính toán các dòng điện chính:
o Tính toán dòng điện ngắn mạch ba pha trên phía hạ thế của biến áp và chuyển đổi sang phía cao thế (Isc).
o Dựa trên thông số cầu chì đã chọn và thời gian T0 của công tắc tải, tham khảo đường cong do nhà sản xuất cung cấp để lấy dòng điện chuyển mạch thực tế (Ic,zy).
Thực hiện kiểm tra cốt lõi: So sánh Isc và Ic,zy.
o Nếu Isc > Ic,zy, kiểm tra đạt yêu cầu, và giải pháp cơ bản an toàn.
o Nếu Isc < Ic,zy, giải pháp mang rủi ro, và các biện pháp tối ưu hóa phải được thực hiện (xem Phần IV).
Kiểm tra khả năng cuối cùng: Xác nhận liệu khả năng ngắt dòng điện chuyển mạch định mức của công tắc tải đã chọn có lớn hơn Ic,zy đã tính toán hay không. Đây là hàng rào an toàn cuối cùng.

IV. Hướng dẫn cho các Tình huống khác nhau

Dung lượng Biến áp ≤ 630kVA
• Giải pháp: Sử dụng thiết bị điện kết hợp thường an toàn và kinh tế.
• Giải thích: Như thể hiện trong bảng, đối với biến áp 500kVA và 630kVA (với trở kháng 4%), điều kiện Isc > Ic,zy dễ dàng được đáp ứng khi dung lượng ngắn mạch hệ thống đủ lớn.
• Khuyến nghị: Có thể chọn thiết bị điện kết hợp công tắc tải khí nén thông thường.
Dung lượng Biến áp 800 ~ 1250kVA
• Giải pháp: Khu vực rủi ro cao, phải kiểm tra nghiêm ngặt.
• Phân tích: Như thể hiện trong bảng, ngay cả khi trở kháng biến áp là 6%, điều kiện Isc > Ic,zy khó đáp ứng đối với biến áp có dung lượng 800kVA và lớn hơn. Nếu chọn công tắc tải chân không hoặc SF6 có T0 nhỏ hơn, dòng điện chuyển mạch sẽ lớn hơn, làm cho điều kiện càng khó đáp ứng.
• Biện pháp tối ưu hóa:
o Ưu tiên sử dụng công tắc tải khí nén có thời gian ngắt dài hơn (T0) để giảm dòng điện chuyển mạch và dễ dàng đáp ứng điều kiện.
o Liên hệ tích cực với nhà sản xuất để hỏi liệu có thể điều chỉnh (tăng T0) công tắc tải chân không hoặc SF6 để đạt được giá trị dòng điện chuyển mạch nhỏ hơn không.
o Nếu điều kiện không được đáp ứng sau khi tính toán và kiểm tra, giải pháp thiết bị điện kết hợp nên bị bỏ qua.
• Khuyến nghị cuối cùng: Đối với biến áp 1000kVA và 1250kVA, đặc biệt là biến áp khô, khuyến nghị mạnh mẽ sử dụng cầu chì tự động.
Dung lượng Biến áp > 1250kVA
• Giải pháp: Phải sử dụng cầu chì tự động để bảo vệ và điều khiển.
• Giải thích: Mức độ dòng điện ngắn mạch ở dung lượng này vượt quá phạm vi bảo vệ đáng tin cậy của thiết bị điện kết hợp. Cầu chì tự động là lựa chọn an toàn duy nhất.

V. Tóm tắt và Lưu ý Đặc biệt

Kiểm tra bắt buộc: Không bao giờ chỉ dựa vào kinh nghiệm hoặc đơn giản áp dụng thiết bị điện kết hợp dựa trên dung lượng biến áp. Phải thực hiện tính toán và so sánh Isc và Ic,zy.
Xem xét ảnh hưởng của loại công tắc tải: Không nên giả định rằng công tắc tải chân không hoặc SF6 có khả năng ngắt mạnh hơn là tốt hơn. T0 nhỏ hơn của chúng dẫn đến dòng điện chuyển mạch lớn hơn, có thể làm khó đáp ứng điều kiện kiểm tra cốt lõi và thay vào đó tạo ra rủi ro.
Tầm quan trọng của dung lượng ngắn mạch hệ thống: Dung lượng ngắn mạch hệ thống直接影响了Isc的值。在短路容量较小的系统中，如工业园区或电网末端，上述问题变得更加明显，在选择时需要格外小心。请注意，最后一句似乎没有完全翻译成越南语。以下是完整的翻译：
V. Tổng kết và Lưu ý Đặc biệt
1. Kiểm tra là bắt buộc: Không bao giờ chỉ dựa vào kinh nghiệm hoặc đơn giản áp dụng thiết bị điện kết hợp dựa trên dung lượng biến áp. Phải thực hiện tính toán và so sánh Isc và Ic,zy.
2. Xem xét ảnh hưởng của loại công tắc tải: Không nên giả định rằng công tắc tải chân không hoặc SF6 có khả năng ngắt mạnh hơn là tốt hơn. T0 nhỏ hơn của chúng dẫn đến dòng điện chuyển mạch lớn hơn, có thể làm khó đáp ứng điều kiện kiểm tra cốt lồ và thay vào đó tạo ra rủi ro.
3. Tầm quan trọng của dung lượng ngắn mạch hệ thống: Dung lượng ngắn mạch hệ thống直接影响了Isc的值。在短路容量较小的系统中，如工业园区或电网末端，上述问题变得更加明显，在选择时需要格外小心。请注意，最后一句似乎没有完全翻译成越南语。以下是完整的翻译：
  V. Tổng kết và Lưu ý Đặc biệt
  1. Kiểm tra là bắt buộc: Không bao giờ chỉ dựa vào kinh nghiệm hoặc đơn giản áp dụng thiết bị điện kết hợp dựa trên dung lượng biến áp. Phải thực hiện tính toán và so sánh Isc và Ic,zy.
  2. Xem xét ảnh hưởng của loại công tắc tải: Không nên giả định rằng công tắc tải chân không hoặc SF6 có khả năng ngắt mạnh hơn là tốt hơn. T0 nhỏ hơn của chúng dẫn đến dòng điện chuyển mạch lớn hơn, có thể làm khó đáp ứng điều kiện kiểm tra cốt lõi và thay vào đó tạo ra rủi ro.
  3. Tầm quan trọng của dung lượng ngắn mạch hệ thống: Dung lượng ngắn mạch hệ thống trực tiếp ảnh hưởng đến giá trị Isc. Trong các hệ thống có dung lượng ngắn mạch nhỏ, như khu công nghiệp hoặc điểm cuối lưới, các vấn đề trên trở nên rõ ràng hơn, và cần phải cẩn thận hơn trong quá trình lựa chọn.