Bạn nên kiểm tra những thông số chính nào trước khi chọn máy cắt chân không?

Điều gì làm cho máy cắt chân không trở nên khác biệt?

A máy cắt chân không (VCB) làm gián đoạn dòng điện sự cố bằng cách tách các tiếp điểm của nó bên trong một bộ ngắt chân không kín, trong đó sự vắng mặt của các phân tử khí có nghĩa là hồ quang hình thành giữa các tiếp điểm sẽ tắt gần như ngay lập tức - thường là trong lần giao nhau bằng 0 của dòng điện đầu tiên sau khi tách tiếp điểm. So với cầu dao dầu, cầu dao khí nén hoặc cầu dao SF6, VCB có khả năng dập hồ quang nhanh hơn, tuổi thọ điện dài hơn nhiều (thường là 10.000 lần vận hành trở lên ở dòng định mức), yêu cầu bảo trì tối thiểu và không có nguy cơ cháy hoặc thoát khí độc. Những ưu điểm này đã khiến chúng trở thành lựa chọn ưu việt cho thiết bị đóng cắt trung thế trong phạm vi từ 3,6 kV đến 40,5 kV, bao gồm các nhà máy công nghiệp, trạm biến áp phân phối tiện ích, tòa nhà thương mại, hoạt động khai thác mỏ và lắp đặt năng lượng tái tạo.

Mặc dù có độ tin cậy cao nhưng VCB không phải là thiết bị phù hợp cho tất cả mọi người. Cấp điện áp, dòng điện định mức, khả năng cắt ngắn mạch, cơ chế vận hành và các đặc tính cụ thể của tải được bảo vệ đều ảnh hưởng đến việc cầu dao nào là phù hợp cho một ứng dụng nhất định. Việc chọn một VCB có kích thước quá nhỏ so với mức độ lỗi, không phù hợp với loại tải hoặc không tương thích với bảng điều khiển thiết bị đóng cắt sẽ ảnh hưởng đến cả khả năng bảo vệ và tuổi thọ của thiết bị. Hướng dẫn này sẽ trình bày từng thông số lựa chọn quan trọng về mặt thực tế.

Bước một: Xác nhận điện áp hệ thống và loại điện áp

Tiêu chí lựa chọn đầu tiên và cơ bản nhất là điện áp định mức tối đa của máy cắt, điện áp này phải bằng hoặc vượt quá điện áp cao nhất sẽ xuất hiện tại các đầu cực máy cắt trong bất kỳ điều kiện vận hành nào, bao gồm cả quá điện áp tạm thời trong quá trình chuyển mạch hoặc sự cố. VCB được sản xuất ở các cấp điện áp tiêu chuẩn được xác định bởi IEC 62271-100 và ANSI/IEEE C37.04. Các loại phổ biến bao gồm 7,2 kV, 12 kV, 17,5 kV, 24 kV và 40,5 kV cho các ứng dụng trung áp.

Không chọn cầu dao được định mức chính xác ở điện áp danh định của hệ thống. Hệ thống phân phối 6,6 kV nên sử dụng bộ ngắt định mức 7,2 kV và hệ thống 11 kV yêu cầu bộ ngắt cấp 12 kV, vì điện áp tối đa định mức tính đến dung sai điện áp của hệ thống và quá điện áp nhất thời. Điều quan trọng không kém là điện áp chịu được tần số công nghiệp định mức và điện áp chịu xung sét định mức (BIL), xác nhận rằng cầu dao có thể tồn tại dưới áp lực điện môi do sét đánh và đột biến chuyển mạch trên mạng được kết nối.

Bước hai: Xác định dòng điện định mức bình thường

Dòng điện định mức bình thường là dòng điện liên tục mà cầu dao có thể mang theo vô thời hạn mà không vượt quá giới hạn nhiệt độ của các tiếp điểm, dây dẫn và thiết bị đầu cuối. Giá trị này phải phù hợp với dòng tải liên tục tối đa của mạch được bảo vệ, với mức an toàn thích hợp. Dòng điện định mức tiêu chuẩn cho VCB trung thế là 630 A, 1250 A, 1600 A, 2000 A, 2500 A và 3150 A.

Khi tính toán định mức dòng điện yêu cầu, hãy tính đến dòng điện đầy tải của động cơ hoặc máy biến áp lớn nhất đang được bảo vệ, cộng với bất kỳ tải bổ sung nào trên cùng một bộ cấp nguồn. Đối với bộ cấp nguồn máy biến áp, hãy sử dụng dòng điện đầy tải của máy biến áp ở điện áp sơ cấp, không chỉ ghi trên bảng tên kVA. Đối với máy cấp liệu có động cơ, hãy bao gồm hệ số dịch vụ và mức tăng trưởng tải tiềm năng trong tương lai. Việc chọn định mức dòng điện có khoảng trống ít nhất 20–25% trên dòng tải tối đa được tính toán là một cách thực hành tốt và tránh sự lão hóa nhiệt phiền toái của các tiếp điểm cầu dao trong suốt thời gian sử dụng của nó.

Bước ba: Ghép công suất cắt ngắn mạch với mức lỗi

Khả năng cắt ngắn mạch (còn gọi là dòng ngắn mạch định mức hoặc Isc) được cho là thông số an toàn quan trọng nhất trong việc lựa chọn VCB. Nó xác định dòng điện sự cố tiềm ẩn tối đa mà máy cắt có thể ngắt một cách an toàn mà không làm hỏng máy cắt hoặc mất khả năng ngăn chặn. Nếu mức độ lỗi thực tế tại điểm lắp đặt vượt quá khả năng cắt định mức của cầu dao, thì cầu dao có thể không ngắt được sự cố, dẫn đến hồ quang kéo dài, nổ bộ ngắt chân không và có khả năng gây hư hỏng nghiêm trọng cho thiết bị đóng cắt và thiết bị được kết nối.

Dòng điện sự cố dự kiến ​​tại bất kỳ điểm nào trong mạng phải được tính toán bằng cách sử dụng nghiên cứu ngắn mạch, có tính đến trở kháng nguồn của nguồn điện, trở kháng của tất cả các máy biến áp và cáp giữa nguồn và máy cắt cũng như sự đóng góp của bất kỳ máy phát điện cục bộ hoặc động cơ lớn nào. Dòng điện cắt định mức phổ biến cho VCB trung thế là 16 kA, 20 kA, 25 kA, 31,5 kA và 40 kA (RMS đối xứng). Luôn chọn cầu dao có dòng điện cắt định mức vượt quá dòng điện sự cố dự kiến ​​được tính toán tại điểm lắp đặt, bao gồm cả các tình huống tăng cường mạng trong tương lai có thể làm tăng mức độ lỗi.

Liên quan chặt chẽ là dòng điện chịu được thời gian ngắn định mức (Ik), là dòng điện sự cố mà cầu dao có thể mang trong một khoảng thời gian xác định (thường là 1 hoặc 3 giây) mà không bị hư hỏng. Thông số này phù hợp với các máy cắt phân đoạn thanh cái và bộ ghép thanh cái có thể mang dòng điện sự cố trong khi bảo vệ phía thượng nguồn hoạt động.

Bước bốn: Hiểu loại tải và tác động của nó đối với việc lựa chọn

Bản chất của tải kết nối với mạch ảnh hưởng đáng kể đến việc lựa chọn VCB, bởi vì các loại tải khác nhau tạo ra các ứng suất khác nhau lên bộ ngắt chân không trong quá trình chuyển mạch.

Tải động cơ

Chuyển mạch động cơ trung thế là một trong những ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất của VCB. Tại thời điểm cấp điện, động cơ tạo ra dòng điện khởi động gấp 6–8 lần dòng điện đầy tải của nó. Quan trọng hơn, khi tắt một động cơ đang chạy, từ trường suy giảm sẽ tạo ra một xung điện áp được gọi là quá điện áp cắt hoặc dòng điện ảo cắt tạm thời. Các VCB được chọn cho nhiệm vụ chuyển mạch động cơ phải có mức dòng điện cắt thấp - thường dưới 5 A - để giảm thiểu các hiện tượng quá điện áp này. Nhiều nhà sản xuất cung cấp VCB được xếp hạng đặc biệt để chuyển mạch động cơ thường xuyên (Loại M2 theo IEC 62271-100), với mức độ bền từ 10.000 hoạt động không tải trở lên và 2.000 hoạt động chuyển mạch đầy tải trở lên. Thiết bị chống sét hoặc mạch giảm chấn RC cũng thường được áp dụng ở phía tải của VCB chuyển mạch động cơ như một biện pháp bảo vệ quá áp bổ sung.

Tải máy biến áp và tụ điện

Máy biến áp cấp điện tạo ra dòng điện khởi động có độ lệch DC cao có thể đạt tới 8–12 lần dòng điện định mức của máy biến áp trong vài chu kỳ. VCB phải có khả năng chịu được sự xâm nhập này mà không bị ngắt không mong muốn nếu bảo vệ quá dòng tức thời được đặt quá nhạy cảm. Việc chuyển mạch dãy tụ điện tạo ra một vấn đề khác: sự khởi động ban đầu là quá độ tần số cực cao gây áp lực lên điện môi của bộ ngắt chân không. Đối với nhiệm vụ của dàn tụ điện, hãy chọn một VCB có định mức chuyển mạch tụ điện nối tiếp nhau xác định cả dòng điện khởi động cực đại và tần số của nó, xác nhận rằng bộ ngắt có thể xử lý sự gián đoạn của dòng điện điện dung mà không bị đánh lại.

Bước năm: Chọn cơ chế vận hành phù hợp

Cơ cấu vận hành lưu trữ và giải phóng năng lượng cần thiết để mở và đóng các tiếp điểm của máy cắt với tốc độ và lực đủ để đạt được áp suất tiếp điểm và ngắt hồ quang đáng tin cậy. Hai loại cơ chế chủ yếu trong VCB hiện đại là cơ cấu truyền động bằng lò xo và cơ cấu truyền động từ tính (nam châm vĩnh cửu).

• Cơ chế tích điện bằng lò xo lưu trữ năng lượng trong lò xo cơ học được sạc bằng động cơ điện hoặc bằng tay. Chúng bền bỉ, đã được chứng minh qua nhiều thập kỷ sử dụng và có thể thực hiện thao tác đóng mở (CO) từ lò xo đã tích điện ngay cả khi mất nguồn điện phụ. Chúng là sự lựa chọn tiêu chuẩn cho hầu hết các ứng dụng công nghiệp và tiện ích.
• Cơ cấu dẫn động nam châm vĩnh cửu (PMA) sử dụng lực điện từ từ xung cuộn dây để mở và đóng các tiếp điểm, với nam châm vĩnh cửu giữ các tiếp điểm ở vị trí không có nguồn điện liên tục. PMA có ít bộ phận chuyển động hơn nhiều so với cơ cấu lò xo, mang lại độ bền cơ học rất cao (lên tới 50.000 lần thao tác), thời gian vận hành cực nhanh và ổn định và hầu như không cần bôi trơn hoặc điều chỉnh. Chúng là lựa chọn ưu tiên cho các ứng dụng chu kỳ cao như chuyển mạch động cơ thường xuyên, đóng lại và tự động hóa lưới điện thông minh.

Điện áp nguồn phụ cho cơ cấu vận hành (thường là 110V DC, 220V DC hoặc 230V AC) phải phù hợp với nguồn điện điều khiển có sẵn trong bảng điều khiển thiết bị đóng cắt. Xác minh điều này ở giai đoạn đặc điểm kỹ thuật để tránh việc trang bị thêm tốn kém.

Sơ lược về các thông số lựa chọn chính

Bảng sau đây tóm tắt các tham số lựa chọn chính và các câu hỏi mà mỗi tham số trả lời trong quá trình đặc tả:

Tiêu chuẩn tuân thủ và khả năng tương thích của bảng điều khiển

VCB không hoạt động độc lập — nó được tích hợp vào bảng điều khiển thiết bị đóng cắt (trong nhà hoặc ngoài trời, cố định hoặc rút ra được) và bản thân nó phải tuân thủ các tiêu chuẩn liên quan cho quốc gia và khu vực lắp đặt. Bộ ngắt phải tương thích về kích thước và điện với bảng điều khiển của nó, có hình dạng kết nối chính phù hợp, bố trí thiết bị đầu cuối thứ cấp và kích thước giá đỡ hoặc vận chuyển có thể kéo được. IEC 62271-100 là tiêu chuẩn quốc tế cơ bản quản lý việc thử nghiệm loại và đặc tính định mức của cầu dao AC. Ở Bắc Mỹ, ANSI/IEEE C37.04, C37.06 và C37.09 quy định xếp hạng và thử nghiệm đối với cầu dao điện áp cao.

Luôn yêu cầu nhà sản xuất cấp chứng chỉ kiểm tra điển hình để xác nhận rằng mẫu cầu dao cụ thể đã được kiểm tra theo tiêu chuẩn áp dụng tại phòng thí nghiệm độc lập được công nhận. Xác minh rằng điện áp, dòng điện và khả năng cắt phù hợp hoặc vượt quá yêu cầu ứng dụng của bạn - không chỉ đơn giản là xếp hạng trên bảng tên phù hợp. Đối với các dự án cơ sở hạ tầng quan trọng, cấp tiện ích hoặc xuất khẩu, hãy xác nhận rằng cầu dao và bảng điều khiển thiết bị đóng cắt của nó có các chứng nhận theo yêu cầu kỹ thuật của người dùng cuối, chẳng hạn như báo cáo thử nghiệm KEMA, CESI hoặc CPRI. Một VCB được chọn với sự chú ý nghiêm ngặt đến các thông số này sẽ bảo vệ mạng của bạn một cách đáng tin cậy trong 25 đến 30 năm với sự can thiệp tối thiểu.