Phân tích và giải pháp cho các vấn đề quá áp do bộ ngắt mạch chân không chuyển mạch tụ điện gây ra - Blog

Quá điện áp được tạo ra khi máy cắt chân không chuyển mạch tụ điện là một vấn đề phổ biến và quan trọng trong hệ thống điện cần được chú ý chặt chẽ. Quá điện áp như vậy có thể gây nguy hiểm cho cách điện của tụ điện, cầu dao và toàn bộ hệ thống. Sau đây là phân tích có hệ thống về vấn đề này và các giải pháp tiềm năng:

Phân tích nguyên nhân gây ra quá điện áp

Nguyên nhân chính có thể là do sự tương tác giữa đặc tính cắt của máy cắt chân không và đặc tính tích trữ năng lượng của dàn tụ điện, được biểu hiện cụ thể như sau:

1. Chuyển đổi dòng khởi động và quá áp hoạt động

2. Cơ chế: Tại thời điểm đóng tụ, điện áp trên dàn tụ bằng 0, trong khi điện áp hệ thống ở một giá trị tức thời nhất định. Sự chênh lệch điện áp lớn giữa hai nguồn gây ra dòng điện khởi động tần số cao-với biên độ và tần số cao rất lớn (lên đến vài đến hàng chục lần dòng điện định mức).

Tác động: Dòng điện khởi động tần số-cao tạo ra sự sụt giảm điện áp tần số cao- trên trở kháng hệ thống, điều này có thể cộng thêm vào điện áp tần số nguồn để tạo thành hiện tượng quá điện áp khi vận hành. Trong trường hợp nhiều dãy tụ điện hoạt động song song, khi một dãy tụ điện khác được kết nối với một dãy tụ điện (hoặc hệ thống) đã tích điện, sự chênh lệch điện áp có thể còn lớn hơn và các vấn đề về dòng điện khởi động và quá điện áp trở nên nghiêm trọng hơn.

vtz-12f generator use vacuum circuit breaker

Chuyển mạch quá điện áp (Vấn đề cốt lõi)

Đây là nguồn quá điện áp điển hình và thách thức nhất khi sử dụng máy cắt chân không để đóng cắt tụ điện, chủ yếu liên quan đến đặc tính cắt của môi trường chân không:

Cắt hiện tại: Độ ổn định của hồ quang chân không kém. Ở dòng điện thấp (chẳng hạn như dưới hàng chục ampe), hồ quang có thể tắt đột ngột trước khi dòng điện tự nhiên vượt qua 0, điều này được gọi là "cắt dòng điện". Năng lượng điện trường (điện tích trên tụ điện) tương ứng với dòng điện cắt (chủ yếu là dòng điện dung) không thể được giải phóng ngay lập tức, dẫn đến dòng điện thoáng qua cắt quá điện áp trên tụ điện cao hơn điện áp hệ thống.

Quá điện áp tái kích hoạt nhiều lần (nguy hiểm nhất): Đây là dạng quá điện áp nghiêm trọng nhất.

Lần kích hoạt lại lần đầu: Sau khi cầu dao mở ra, khoảng cách tiếp điểm tăng dần. Khi điện áp dư trên tụ điện (DC hoặc tần số{1}}thấp) ngược hướng với điện áp nguồn của hệ thống, điện áp phục hồi giữa các tiếp điểm có thể vượt quá cường độ phục hồi điện môi của khe hở chân không tại thời điểm đó, khiến khe hở bị phá vỡ và xảy ra hiện tượng giật lại. Tại thời điểm đánh lại, điện áp trên tụ sẽ dao động về phía điện áp nguồn của hệ thống thông qua điện cảm của mạch.

Tăng "bước" điện áp: Việc đánh lại tạo ra dòng điện dao động tần số cao. Bộ ngắt mạch chân không đặc biệt hiệu quả trong việc dập tắt hồ quang khi dòng điện tần số cao-giao nhau bằng 0. Nếu hồ quang bị gián đoạn thành công tại điểm 0-thứ nhất hoặc thứ hai của dòng điện tần số cao{6}}, thì tụ điện sẽ bị "khóa" ở giá trị điện áp mới. Do quá trình phóng điện lại, giá trị điện áp mới này có thể cao hơn nhiều so với điện áp trước khi tái kích hoạt.

Quá trình lặp lại: Khi khoảng cách tiếp xúc tiếp tục tăng, điện áp phục hồi sẽ tăng trở lại và có thể xảy ra lần tái kích hoạt thứ hai, thứ ba hoặc nhiều hơn. Mỗi lần tái khởi động có thể khiến điện áp trên tụ điện tăng lên "bước". Về mặt lý thuyết, sau vài lần khởi động lại, quá điện áp cực đại ở hai đầu tụ điện có thể đạt tới gấp ba lần, thậm chí cao hơn điện áp pha của hệ thống.

10kv-indoor-high-voltage-isolation-truck

Những mối nguy hiểm chính do quá điện áp gây ra

1. Đối với bản thân tụ điện: Quá điện áp đe dọa trực tiếp đến khả năng cách điện của các phần tử tụ điện, làm tăng tốc độ lão hóa của chất điện môi và ảnh hưởng lâu dài{1}}có thể dẫn đến hỏng hóc, khiến tụ điện phát nổ.

2. Đối với cầu dao chân không: Nhiều lần đánh lửa lại có thể tạo ra điện áp phục hồi và dòng điện đánh lửa cực cao, làm tăng độ hao mòn điện của các tiếp điểm và có khả năng gây hư hỏng lớp cách điện cho chính cầu dao.

3. Đối với các thiết bị khác trong hệ thống: Quá điện áp có thể truyền qua đường dây, gây nguy hiểm cho cách điện của máy biến áp được kết nối, máy biến áp đo lường, dây cáp và các thiết bị khác.

4. Kích hoạt hoạt động không chính xác hoặc không thực hiện được chức năng bảo vệ: Quá trình-tần số cao nhất thời có thể cản trở việc lấy mẫu và phán đoán logic của các thiết bị bảo vệ dựa trên-máy vi tính.

Giải pháp và biện pháp ngăn chặn

Các phương pháp tiếp cận giải pháp chính xoay quanh việc "hạn chế dòng điện khởi động", "ngăn chặn sự đánh lửa trở lại" và "hấp thụ/hạn chế quá điện áp".

Tối ưu hóa việc lựa chọn và sử dụng các bộ ngắt mạch.

1.Chọn bộ ngắt mạch chân không "cấp C2" hoặc "chuyên dụng ngắt dòng điện dung": Đây là biện pháp cơ bản và hiệu quả nhất. Những cầu dao này đã được xác minh thông qua các thử nghiệm điển hình nghiêm ngặt và có thể đảm bảo rằng không xảy ra hiện tượng kích hoạt lại hoặc xác suất kích hoạt lại là cực kỳ thấp khi ngắt dòng điện dung định mức. Vật liệu tiếp xúc, thiết kế từ trường và quy trình sản xuất của chúng đều được tối ưu hóa cho tải điện dung.

Tránh sử dụng các bộ ngắt mạch có mục đích chung hoặc chỉ "L75" đã được thử nghiệm: Bộ ngắt mạch có mục đích chung- có thể đáp ứng các yêu cầu ngắt của tải cảm ứng, nhưng chúng không thể đảm bảo hiệu suất ngắt đối với tải điện dung.

Đảm bảo các đặc tính cơ học ổn định: Đảm bảo tốc độ mở cầu dao đủ nhanh và ổn định để nhanh chóng thiết lập khoảng cách mở vừa đủ và tăng cường cường độ phục hồi điện môi.

2. Lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp

Thiết bị chống oxit kim loại (MOA): Được kết nối song song ở đầu dãy tụ điện hoặc phía thanh cái, đây là cấu hình tiêu chuẩn để hạn chế biên độ quá điện áp. Nó có thể kẹp quá điện áp đến mức an toàn. Cần lựa chọn và lắp đặt mô hình phù hợp với điện áp hoạt động liên tục và điện áp dư phù hợp càng gần dãy tụ điện càng tốt.

Mạch hấp thụ giảm chấn RC: Mạch tụ điện-có điện trở song song được lắp đặt trên các điểm tiếp xúc của bộ ngắt hoặc giữa dãy tụ điện và bộ ngắt.

Chức năng: Giảm tốc độ tăng điện áp phục hồi (du/dt); để cung cấp đường dẫn-trở kháng thấp cho dòng điện-tần số cao có thể xảy ra sau khi kích hoạt lại và tiêu thụ năng lượng của nó; để ngăn chặn quá điện áp gián đoạn hiện tại.

Design Key: Các thông số (giá trị R và C) cần được tính toán dựa trên thông số hệ thống để đạt được hiệu quả giảm chấn tốt nhất.

3. Cải tiến phương thức vận hành

Sử dụng công tắc đồng bộ (thiết bị đóng/ngắt lựa chọn pha): Bằng cách điều khiển bộ ngắt mạch đóng vào thời điểm khi chênh lệch giữa điện áp hệ thống và điện áp dư của tụ điện là nhỏ nhất (chẳng hạn như tại điểm giao nhau bằng 0 của điện áp), dòng điện khởi động và quá điện áp khi đóng có thể **giảm đáng kể**. Tương tự, nó cũng có thể được điều khiển để ngắt chính xác ở điểm giao nhau bằng 0 của dòng điện, giảm nguy cơ gián đoạn dòng điện. Đây hiện là công nghệ tiên tiến để ngăn chặn quá áp khi vận hành.

Tối ưu hóa trình tự vận hành: Đối với các dàn tụ điện song song, trình tự vận hành nên như sau: khi tắt nguồn, ngắt cầu dao trước, sau đó đến công tắc cách ly; khi bật nguồn, trước tiên hãy đóng công tắc cách ly, sau đó là cầu dao. Tránh vận hành các tụ điện đã tích điện bằng công tắc cách ly.

4. Những điều cần cân nhắc từ phía hệ thống-

Lò phản ứng nối tiếp: Lò phản ứng nối tiếp có tốc độ phản ứng nhất định (thường là 0,5% đến 1% để hạn chế dòng điện khởi động và 5% đến 6% để triệt tiêu khuếch đại sóng hài) được kết nối trong mạch tụ điện.

Chức năng: Giới hạn biên độ và tần số dòng điện khởi động; tạo thành nhánh lọc có tụ điện; cũng có thể thay đổi các tham số của quá trình nhất thời ở một mức độ nào đó và ảnh hưởng đến các điều kiện kích hoạt lại.

Bố trí điện hợp lý: Rút ngắn chiều dài đường dây kết nối giữa dàn tụ và máy cắt, giảm cuộn cảm

Tóm tắt và đề xuất

Vấn đề quá điện áp do máy cắt chân không chuyển mạch tụ điện gây ra về cơ bản là do xung đột giữa đặc tính ngắt dòng và đặc tính đánh lửa lại của hồ quang chân không và đặc tính lưu trữ năng lượng của tụ điện.

Các chiến lược giải pháp phải tuân theo hệ thống phân cấp sau:

1. Phòng ngừa trước tiên (giải quyết nguyên nhân gốc rễ): Trong giai đoạn thiết kế và mua sắm, chỉ nên chọn máy cắt "cấp C2" hoặc máy cắt chân không được thiết kế đặc biệt cho chuyển mạch tụ điện đã được cơ quan có thẩm quyền chứng nhận.

2. Bảo vệ như một tấm chắn (giải quyết các triệu chứng): Chuẩn hóa cấu hình của thiết bị chống sét oxit kim loại (MOA) làm tuyến phòng thủ cuối cùng chống lại quá điện áp.

3. Tối ưu hóa như một biện pháp phụ trợ (nâng cao hiệu quả): Tùy theo tầm quan trọng và ngân sách của dự án, hãy xem xét lắp đặt mạch giảm chấn RC, thiết bị chuyển mạch đồng bộ và cấu hình lò phản ứng nối tiếp hợp lý.

4. Vận hành và bảo trì làm nền tảng: Thường xuyên kiểm tra đặc tính cơ học của cầu dao và tình trạng của thiết bị chống sét, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt quy trình vận hành đúng.

Trong kỹ thuật thực tế, cần thực hiện so sánh về mặt kỹ thuật và kinh tế bằng cách tính đến các yếu tố như cấp điện áp hệ thống, công suất dàn tụ điện, phương thức vận hành và chi phí để lựa chọn một hoặc nhiều biện pháp ngăn chặn kết hợp nhằm đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và tin cậy.

Máy cắt chân không trong nhà thu nhỏ ZN85B-40.5

Máy cắt chân không trong nhà thu nhỏ ZN85B-40.5là sản phẩm thu nhỏ 40,5kV do công ty chúng tôi thiết kế và phát triển. Nó có thể thay thế hoàn hảo các loại xe đẩy sàn dòng VD4-40.5 và HD4-40.5 do ABB sản xuất. Loạt bài này chủ yếu bao gồm hai loạt: cơ chế nam châm vĩnh cửu và cơ chế lò xo. Nó là một thành phần thiết bị đóng cắt trong nhà có điện áp định mức 40,5KV, AC 50HZ.

zn85b 40-5 miniaturized ndoor vacuum circuit breaker