Khi máy cắt chân không cắt một bộ tụ điện, dòng điện tụ điện sớm pha hơn điện áp 90°, do đó các tiếp điểm thường dập hồ quang tại thời điểm dòng điện bằng không. Tại thời điểm này, tụ điện giữ lại một điện áp một chiều gần với giá trị đỉnh của hệ thống. Khi điện áp hệ thống tiếp tục biến đổi, điện áp hồi phục trên các tiếp điểm máy cắt tăng lên nhanh chóng. Nếu tốc độ hồi phục cách điện của khe hở tiếp điểm không thể bắt kịp với tốc độ tăng của điện áp hồi phục, khe hở sẽ lại bị đánh thủng và hồ quang được mồi lại — đây chính là hiện tượng "đánh lửa lại".
| Mối nguy | Mô tả |
|---|---|
| Quá áp biên độ cao | Mỗi lần đánh lửa lại sẽ chồng thêm một đỉnh điện áp lên tụ điện; việc đánh lửa lại lặp đi lặp lại có thể đẩy quá áp lên gấp 3 lần điện áp định mức của hệ thống hoặc cao hơn |
| Hư hỏng cách điện thiết bị | Mức quá áp cao như vậy có thể đánh thủng cách điện của các phần tử bên trong tụ điện, thiết bị chống sét van và thậm chí cả máy biến áp, gây hư hỏng vĩnh viễn |
| Sự cố hệ thống | Quá áp nghiêm trọng có thể khiến bảo vệ hoạt động sai hoặc không hoạt động, làm mở rộng phạm vi sự cố và ảnh hưởng đến độ ổn định của lưới điện |
Máy cắt chân không ngâm dầu ngăn chặn hiệu quả hiện tượng đánh lửa lại thông qua tác động hiệp đồng của các khía cạnh sau:
Đây là tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại hiện tượng đánh lửa lại. Chân không có cường độ cách điện cực cao và tốc độ phục hồi điện môi cực nhanh. Sau khi dập hồ quang tại thời điểm dòng điện qua không, hơi kim loại bên trong buồng ngắt chân không khuếch tán nhanh chóng và ngưng tụ trên tấm chắn, cho phép khe hở tiếp điểm phục hồi về mức cách điện rất cao trong vòng vài micro giây. Khả năng phục hồi nhanh chóng này cho phép máy cắt "vượt qua" sự gia tăng của điện áp phục hồi, do đó tránh được hiện tượng đánh lửa lại.
Kết cấu ngâm dầu cung cấp khả năng bảo vệ bổ sung và các chức năng phụ trợ cho buồng ngắt chân không:
| Chức năng | Mô tả |
|---|---|
| Làm mát tiếp điểm | Dầu cách điện hấp thụ hiệu quả năng lượng hồ quang và nhiệt tiếp điểm, làm giảm nhiệt độ bề mặt tiếp điểm và giảm sự sinh hơi kim loại ở nhiệt độ cao, do đó làm giảm xác suất đánh lại do nồng độ hơi kim loại quá cao sau khi dập hồ quang |
| Tăng cường cách điện bên ngoài | Dầu đóng vai trò là môi trường cách điện chính, đảm bảo vận hành an toàn của thiết bị đóng cắt ở điện áp cao và ngăn ngừa phóng điện bề mặt bên ngoài |
| Hiệu ứng giảm chấn | Độ nhớt của dầu tạo ra lực giảm chấn cho chuyển động tiếp điểm, cải thiện độ ổn định tốc độ mở và giảm hiện tượng nảy tiếp điểm do rung động cơ học gây ra — nguyên nhân chính gây ra đánh lại |
Các máy cắt chân không ngâm dầu hiện đại sử dụng vật liệu tiếp xúc được tối ưu hóa đặc biệt cho việc cắt dòng điện dung (như hợp kim đồng-crom), có đặc điểm là dòng cắt nhỏ, khả năng chống xói mòn cao và hiệu suất chống hàn dính tốt. Ngoài ra, các thiết kế kết cấu tiếp xúc (như tiếp điểm từ trường dọc trục hoặc ngang) kiểm soát hiệu quả hình dạng hồ quang, ngăn hồ quang tập trung cục bộ trên bề mặt tiếp xúc, từ đó giảm sự hình thành điểm nóng và tiếp tục hạ thấp nguy cơ phóng điện lại.
Tốc độ mở và độ đồng bộ ba pha của máy cắt là yếu tố then chốt để ức chế phóng điện lại. Các máy cắt chân không ngâm dầu thường được trang bị cơ cấu truyền động lò xo hoặc thủy lực hiệu suất cao để đảm bảo tốc độ phân tách ban đầu đủ lớn trong quá trình mở, nhanh chóng kéo dài hồ quang và đẩy nhanh quá trình phục hồi điện môi. Đồng thời, việc điều chỉnh đồng bộ ba pha nghiêm ngặt giúp tránh hiện tượng mất cân bằng điện áp và dịch chuyển điểm trung tính do thao tác các pha không đồng thời, làm giảm các tác nhân cơ học gây phóng điện lại.
| Phòng thủ | Đóng góp chính |
|---|---|
| Phục hồi điện môi của buồng dập chân không | Phục hồi siêu nhanh vượt tốc độ tăng điện áp phục hồi; tuyến phòng thủ đầu tiên |
| Môi trường ngâm dầu | Làm mát, tăng cường cách điện bên ngoài và giảm chấn chống nảy tiếp điểm |
| Vật liệu và kết cấu tiếp điểm | Dòng cắt thấp, chống hàn dính và điều khiển hồ quang bằng từ trường |
| Điều khiển đặc tính cơ khí | Tốc độ cắt cao và đồng bộ ba pha nghiêm ngặt |
Mặc dù dập tắt sự phóng điện lại là chìa khóa của quá trình cắt, dòng điện xung kích khi đóng cũng không thể bị bỏ qua. Dòng điện xung kích khổng lồ không chỉ ảnh hưởng đến tụ điện mà còn có thể gây ra hiện tượng hàn dính các tiếp điểm của máy cắt. Trong các ứng dụng thực tế, máy cắt chân không ngâm dầu thường áp dụng các biện pháp sau:
| Biện pháp | Mô tả |
|---|---|
| Điện kháng hạn dòng mắc nối tiếp | Phương pháp phổ biến và hiệu quả nhất; tăng điện cảm mạch điện để hạn chế biên độ và tần số của dòng điện xung kích |
| Công nghệ đóng điện chọn pha | Sử dụng bộ điều khiển thông minh để đóng máy cắt chính xác tại thời điểm điện áp bằng 0 hoặc một góc pha cụ thể, về cơ bản loại bỏ hoặc giảm đáng kể dòng điện xung kích |
| Điện trở nạp trước | Trong các ứng dụng đặc biệt, nạp trước cho tụ điện thông qua một điện trở trước khi đóng máy cắt chính khi điện áp đã cân bằng |
Thông qua cơ chế bốn trong một "phục hồi điện môi nhanh chóng trong buồng dập chân không + làm mát và cách điện bằng môi trường ngâm dầu + vật liệu và kết cấu tiếp điểm được tối ưu hóa + điều khiển cơ khí chính xác," máy cắt chân không ngâm dầu xây dựng một tuyến phòng thủ vững chắc chống lại hiện tượng phóng điện lại trong quá trình đóng cắt tụ điện. Thiết bị không chỉ giải quyết được khuyết điểm cố hữu của máy cắt chân không là dễ bị phóng điện lại khi ngắt dòng điện dung, mà còn kết hợp các ưu điểm của thiết bị ngâm dầu — vận hành tin cậy và bảo trì thấp — trở thành lựa chọn lý tưởng cho việc đóng cắt bộ tụ điện shunt cao áp. Việc hiểu đúng nguyên lý hoạt động của nó có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với quy hoạch, thiết kế hệ thống điện, lựa chọn thiết bị cũng như vận hành và bảo trì an toàn.
Biên tập từ: Garca
Đăng nhập
