Tìm hiểu cách van một chiều và van xả áp hoạt động bên trong buồng dập hồ quang của máy cắt tự thổi SF6 thùng kim loại, nhằm ngắt dòng toàn dải và giảm năng lượng thao tác.
Phạm vi ứng dụng: Máy cắt SF6 bình chứa ngoài trời áp dụng nguyên lý dập hồ quang tự thổi (giãn nở nhiệt kết hợp nén phụ trợ), được trang bị cơ cấu truyền động lò xo. Tài liệu này phù hợp với kết cấu của loại buồng dập hồ quang này và tuân thủ định nghĩa kỹ thuật về nguyên lý dập hồ quang tự năng lượng cho máy cắt xoay chiều cao áp.
Máy cắt SF6 bình chứa ngoài trời trong xưởng
Đối với loại máy cắt này, khí SF6 đóng vai trò vừa là môi trường cách điện vừa là môi trường dập hồ quang. Buồng dập hồ quang áp dụng nguyên lý dập hồ quang tự thổi (tự năng lượng giãn nở nhiệt + nén phụ trợ). Được bao bọc bên trong sứ xuyên đỡ, đây là bộ phận cắt ngắt lõi của máy cắt.
Các thành phần chính bao gồm sứ xuyên, đế tiếp xúc cố định, tiếp xúc chính cố định, tiếp xúc hồ quang cố định, vòi phun, xi lanh, tiếp xúc hồ quang động, tiếp xúc trung gian, đế đỡ dưới và thanh giằng cách điện.
Bên trong buồng dập hồ quang có hai buồng chức năng, đây là điều kiện tiên quyết để hiểu hoạt động của van:
Hai buồng được nối với nhau qua các đường dẫn van. Khi có lệnh cắt, lò xo cắt dẫn động các cụm chuyển động cứng bao gồm xi lanh, tiếp xúc hồ quang động và thanh giằng di chuyển xuống dưới.
Đầu tiên, tiếp xúc chính cố định tách khỏi tiếp xúc chính động, và dòng điện làm việc chuyển sang các tiếp xúc hồ quang vẫn đang đóng. Sau đó, các tiếp xúc hồ quang tách ra và sinh ra hồ quang điện. Dòng khí SF6 định hướng được tạo ra bởi chênh lệch áp suất giữa hai buồng sẽ thổi và dập hồ quang tại thời điểm dòng điện xoay chiều qua không.
Van một chiều và van xả áp suất đàn hồi điều khiển hướng dòng khí giữa các buồng cũng như giới hạn áp suất trên của buồng nén khí. Chúng thực hiện việc cắt ngắt đáng tin cậy trên toàn dải dòng điện và giảm nhu cầu năng lượng vận hành của cơ cấu truyền động lò xo.
Ghi chú tiêu chuẩn: Theo IEC 62271-100, máy cắt phải vượt qua các thử nghiệm cắt ngắt toàn dải, bao gồm dòng điện cắt ngắt ngắn mạch định mức cũng như các điều kiện đóng cắt cảm kháng nhỏ và dung kháng nhỏ. Hai van là các thành phần quan trọng để loại bỏ vùng chết cắt ngắt.
Vị trí lắp đặt: Được gắn trên đường dẫn dưới của buồng giãn nở nhiệt bên trong xi lanh. Nó đóng vai trò là phần tử điều khiển đóng cắt giữa buồng giãn nở nhiệt và buồng nén khí. Nó chỉ cho phép dòng khí chảy một chiều và tự động đóng mở, được dẫn động bởi chênh lệch áp suất qua hai bên của nó, không cần dẫn động bên ngoài.
Chức năng cốt lõi: Tự động chuyển đổi nguồn khí thổi theo độ lớn dòng điện cắt ngắt, thực hiện tự thổi giãn nở nhiệt cho cắt ngắt dòng cao và thổi nén phụ trợ cho cắt ngắt dòng thấp, đồng thời đảm bảo áp suất thổi hiệu quả trên toàn dải dòng điện.
Trong quá trình cắt ngắt sự cố ngắn mạch, năng lượng hồ quang rất lớn. Dòng khí SF6 nhiệt độ cao từ vùng hồ quang chảy vào buồng giãn nở nhiệt và trở thành SF6 áp suất cao nhiệt độ thấp sau khi trao đổi nhiệt. Khi áp suất của buồng giãn nở nhiệt cao hơn áp suất của buồng nén khí, chênh lệch áp suất sẽ ép van một chiều đóng chặt. Nó ngăn dòng khí chảy ngược về buồng nén khí và giữ kín khí áp suất cao do năng lượng hồ quang sinh ra bên trong buồng giãn nở nhiệt.
Tại thời điểm dòng điện xoay chiều qua không, SF6 áp suất cao được lưu trữ trong buồng giãn nở nhiệt thổi về phía khe hở tiếp xúc với tốc độ cao. Nó làm mát và quét plasma, nhanh chóng khôi phục độ bền điện môi qua khe hở tiếp xúc mở và hoàn tất việc dập hồ quang. Đây là chế độ cắt ngắt tự thổi giãn nở nhiệt.
Trong điều kiện dòng điện thấp, năng lượng hồ quang bị hạn chế và độ tăng áp suất bên trong buồng giãn nở nhiệt không đủ. Quá trình nén liên tục trong hành trình cắt làm cho áp suất bên trong buồng nén khí cao hơn buồng giãn nở nhiệt. Chênh lệch áp suất đẩy van một chiều mở ra. Khí SF6 nén bên trong buồng nén khí chảy về phía khe hở tiếp điểm thông qua van một chiều.
Tại thời điểm dòng điện qua không, luồng khí SF6 có áp suất này dập tắt hồ quang, được gọi là chế độ cắt bằng thổi nén phụ trợ.
Tóm tắt ngắn gọn: Van một chiều hoạt động như một bộ chọn nguồn khí dẫn động bằng chênh lệch áp suất giữa hai buồng. Nó khóa để giữ áp suất tự thổi của buồng giãn nở nhiệt dưới dòng điện ngắn mạch lớn; nó mở ra để lấy khí nén từ buồng nén khí trong điều kiện dòng điện thấp. Nó loại bỏ vùng chết cắt ở dòng điện thấp của thiết kế dập hồ quang tự năng lượng, và đảm bảo khả năng cắt ổn định từ dòng điện ngắn mạch định mức xuống đến các dòng điện đóng cắt nhỏ.
Lưu ý tuân thủ: Thử nghiệm kiểu được quy định trong IEC 62271-100 bao gồm xác minh khả năng cắt ở nhiều biên độ dòng điện. Đặc tính áp suất đóng cắt của van này phải bao phủ tất cả các mức dòng điện thử nghiệm để tránh áp suất thổi không đủ và sự cố cắt trong quá trình đóng cắt dòng điện thấp.
Vị trí lắp đặt: Được lắp ở đáy buồng nén khí bên trong xi lanh, hoạt động phối hợp với van hồi khí ở đáy buồng.
Lưu ý quan trọng: Van này KHÔNG PHẢI là thiết bị xả áp quá áp cho buồng dập hồ quang. Nó là van điều áp vận hành kích hoạt trong mỗi thao tác cắt bình thường. Nó chỉ ghìm áp suất bên trong buồng nén khí và sẽ KHÔNG xả áp cho buồng giãn nở nhiệt.
Chức năng cốt lõi: Giới hạn phản lực tối đa của buồng nén khí, giảm đáng kể năng lượng thao tác yêu cầu của cơ cấu thao tác bằng lò xo, giảm tải trọng cơ khí lên các chi tiết cơ cấu và nâng cao tuổi thọ cơ khí.
Quy trình làm việc: Trong hành trình cắt, chuyển động đi xuống của xi lanh liên tục nén khí SF6 bên trong buồng nén khí và áp suất bên trong tăng dần. Khi áp suất đạt đến giá trị ngưỡng cài đặt trước, lực khí thắng lực nén trước của lò xo và nâng van xả áp đàn hồi mở ra.
Sau đó, buồng nén khí hoạt động trong điều kiện hỗn hợp: khí tiếp tục bị nén trong khi khí dư được xả ra ngoài. Áp suất buồng được ghìm ở gần giá trị hiệu chuẩn thay vì tăng không giới hạn.
Cơ cấu thao tác không còn cần phải chống lại phản lực của khí tăng nhanh, điều này làm giảm đáng kể yêu cầu về năng lượng thao tác cắt và giảm ứng suất cơ khí lên lò xo, thanh nối, trục quay và các chi tiết khác.
Tóm tắt ngắn gọn: Van xả áp đàn hồi đóng vai trò là bộ ghìm áp suất và giới hạn phản lực cho buồng nén khí. Việc hy sinh vừa phải áp suất giới hạn trên của buồng nén mang lại sự sụt giảm nổi bật về năng lượng thao tác của cơ cấu. Nó phù hợp với công suất đầu ra của cơ cấu dẫn động bằng lò xo và hiện thực hóa các đặc tính sản phẩm về yêu cầu công suất thao tác thấp và độ tin cậy cao.
Phân biệt chính (Các mục dễ nhầm lẫn)
| Bộ phận | Vị trí lắp đặt | Trạng thái trong quá trình cắt dòng ngắn mạch cao | Trạng thái trong quá trình cắt dòng thấp | Chức năng chính |
|---|---|---|---|---|
| Van một chiều | Đường dẫn nối buồng giãn nở nhiệt và buồng nén khí (phần xi lanh dưới) | Đóng; khí áp suất cao được giữ lại trong buồng giãn nở nhiệt để cắt tự thổi | Mở; khí nén được cung cấp từ buồng nén khí để thổi hỗ trợ | Chuyển đổi nguồn khí thổi bằng áp suất chênh lệch, đạt được khả năng cắt đáng tin cậy cho toàn dải dòng điện |
| Van xả áp đàn hồi | Đáy buồng nén khí | Mở ở áp suất cài đặt; xả khí dư của buồng nén để giảm lực phản ứng của cơ cấu | Mở ở áp suất cài đặt; xả khí dư của buồng nén để giảm lực phản ứng của cơ cấu | Giới hạn áp suất tối đa của buồng nén khí, giảm năng lượng vận hành đóng cắt và bảo vệ cơ cấu vận hành |
Van một chiều điều khiển hiệu suất thổi khí dập hồ quang. Đối với các kịch bản dòng điện cao và dòng điện thấp, nó lần lượt chọn nguồn khí thổi giữa năng lượng tự sinh do hồ quang (buồng giãn nở nhiệt) và năng lượng nén cơ học (buồng nén khí). Nó tránh vùng chết ngắt mạch dòng điện thấp và đảm bảo hiệu suất ngắt mạch toàn dải tuân thủ các yêu cầu thử nghiệm kiểu của tiêu chuẩn IEC.
Van xả áp suất đàn hồi điều khiển tải của cơ cấu vận hành. Nó giới hạn lực phản lực của khí từ buồng nén khí trong phạm vi có thể kiểm soát và ngăn ngừa nhu cầu năng lượng quá mức cho cơ cấu dẫn động. Do đó, buồng dập hồ quang có thể được kết hợp với cơ cấu vận hành bằng lò xo nhỏ gọn với năng lượng đầu ra tương đối thấp, đạt được các đặc tính kỹ thuật về kết cấu nhỏ gọn, công suất vận hành yêu cầu thấp và độ tin cậy cao.
Tác động kết hợp của hai van này cho phép buồng dập hồ quang SF6 tự thổi thực hiện mục tiêu thiết kế là cân bằng giữa khả năng ngắt mạch xuất sắc và cơ cấu dẫn động nhẹ.
Nhắc nhở tuân thủ bổ sung: IEC 62271-100 yêu cầu máy cắt phải vượt qua xác minh độ bền điện C2 và độ bền cơ học M2. Khả năng chống mỏi dưới các chu kỳ đóng cắt lặp đi lặp lại đối với van một chiều và van xả áp là một hạng mục đánh giá quan trọng trong thử nghiệm kiểu.
Nhân viên bảo trì tại hiện trường tuyệt đối không được thay đổi lực nén trước của lò xo đã được cài đặt sẵn của các van này. Việc điều chỉnh trái phép sẽ làm thay đổi áp suất thổi và năng lượng vận hành của cơ cấu, đồng thời có thể dẫn đến hỏng hóc khi ngắt mạch hoặc hư hỏng cơ cấu.
Đăng nhập
