Giải thích về IAC AFL: Yêu cầu phân loại hồ quang bên trong và tiêu chuẩn an toàn cho thiết bị đóng cắt

Giới thiệu

Một sự cố chạm mạch vòng bên trong trong thiết bị đóng cắt trung áp¹ được xem là một trong những hiện tượng nguy hiểm nhất trong hệ thống phân phối điện. Trong khoảng thời gian chỉ vài phần nghìn giây từ khi sự cố xảy ra đến khi hệ thống bảo vệ ngắt mạch, một tia lửa điện kéo dài ở mức điện áp 12–40,5 kV có thể giải phóng năng lượng tương đương với vài kilogram thuốc nổ TNT — tạo ra nhiệt độ plasma vượt quá 10.000°C, các sóng áp suất có thể làm vỡ vỏ thép, đồng thời phun ra kim loại nóng chảy và khí cháy, gây nguy hiểm đến tính mạng cho nhân viên trong phạm vi vài mét xung quanh tủ điện.

Phân loại hồ quang bên trong (IAC) là IEC 62271-200² khung thử nghiệm và chứng nhận tiêu chuẩn nhằm xác minh khả năng của vỏ tủ điện trong việc ngăn chặn, định hướng và xả an toàn năng lượng phát sinh từ sự cố hồ quang nội bộ trong điều kiện xấu nhất — bảo vệ nhân viên trong các khu vực tiếp cận được quy định khỏi các nguy cơ về nhiệt, áp suất và vật văng do sự cố hồ quang gây ra — và IAC AFL là phân loại cụ thể chứng nhận khả năng bảo vệ cho nhân viên tiếp cận ở các mặt trước, bên hông và sau của hệ thống tủ điện.

Đối với các kỹ sư điện thiết kế hệ thống tủ điện trung thế tại các trạm biến áp thứ cấp, cơ sở công nghiệp và bất kỳ địa điểm nào có thể có nhân viên hiện diện trong trường hợp xảy ra sự cố, phân loại IAC không phải là một tùy chọn kỹ thuật cao cấp — mà là tiêu chuẩn an toàn tối thiểu giúp phân biệt một hệ thống tủ điện được thiết kế để bảo vệ nhân viên với một hệ thống chỉ đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất điện. Việc nắm vững các yêu cầu về mức độ khả năng chịu lỗi (AFL) theo tiêu chuẩn IAC, những nội dung được kiểm chứng trong thử nghiệm loại, cũng như cách thức thiết kế tủ điện đạt được chứng nhận, chính là nền tảng kỹ thuật của mọi quy định an toàn có trách nhiệm đối với hệ thống lắp đặt trung thế.

Bài viết này cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật toàn diện về các yêu cầu phân loại hồ quang bên trong (IAC) theo tiêu chuẩn AFL — từ cơ chế hoạt động của sự cố và phương pháp thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 62271-200 đến các đặc điểm thiết kế, định nghĩa vùng tiếp cận, và các yêu cầu kỹ thuật đối với các loại tủ điện AIS, GIS và SIS.

Mục lục

• Phân loại hồ quang bên trong là gì và IAC AFL được định nghĩa như thế nào theo tiêu chuẩn IEC 62271-200?
• Thử nghiệm hồ quang bên trong xác minh sự tuân thủ tiêu chuẩn IAC AFL trong thiết bị đóng cắt trung thế như thế nào?
• Làm thế nào để các thiết kế tủ điện AIS, GIS và SIS đạt được chứng nhận IAC AFL?
• Làm thế nào để xác định và kiểm tra các yêu cầu về AFL của IAC cho hệ thống tủ điện của bạn?
• Câu hỏi thường gặp về phân loại hồ quang bên trong (IAC) và các yêu cầu của AFL

Phân loại hồ quang bên trong là gì và IAC AFL được định nghĩa như thế nào theo tiêu chuẩn IEC 62271-200?

Phân loại hồ quang bên trong được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEC 62271-200 — tiêu chuẩn chính áp dụng cho thiết bị đóng cắt trung áp có vỏ bọc kim loại — là một loại phân loại thử nghiệm tự nguyện nhằm xác nhận hiệu suất của vỏ bọc thiết bị đóng cắt trong trường hợp xảy ra sự cố hồ quang bên trong theo các điều kiện thử nghiệm đã quy định. Hệ thống phân loại này sử dụng mã chữ cái để xác định các mặt của vỏ bọc thiết bị đóng cắt đã được thử nghiệm và chứng nhận về khả năng bảo vệ nhân viên.

Hệ thống thư phân loại của IAC

Tiêu chuẩn IEC 62271-200 quy định phân loại hồ quang bên trong bằng cách sử dụng tổ hợp các ký tự chỉ định các vùng tiếp xúc đã được thử nghiệm:

Mã phân loại IAC:

• A: Áp dụng phân loại hồ quang (thiết bị đã được kiểm tra theo tiêu chuẩn IAC)
• F: Được chứng nhận an toàn cho mặt trước — nhân viên làm việc ở mặt trước của bảng điều khiển được bảo vệ
• L: Các mặt bên đã được chứng nhận — nhân viên làm việc ở hai bên tấm panel được bảo vệ
• R: Được chứng nhận an toàn cho người đứng phía sau — nhân viên đứng phía sau tấm chắn được bảo vệ
• B: Phân loại áp dụng cho cả hai phía của hệ thống thanh cái đôi

Các phân loại IAC phổ biến:

• IAC A: Chỉ mặt trước — mức phân loại tối thiểu; bảo vệ người vận hành ở mặt trước của bảng điều khiển
• IAC AF: Mặt trước và mặt bên — bảo vệ người vận hành và nhân viên làm việc trong lối đi dọc theo tủ điện
• IAC AFL: Mặt trước, mặt bên và mặt sau — bảo vệ toàn bộ chu vi; bắt buộc phải có ở những nơi nhân viên có thể tiếp cận bất kỳ mặt nào của công trình
• IAC AFLB: Bảo vệ toàn bộ chu vi cho tủ điện hai thanh cái

Các lớp học về khả năng tiếp cận

Tiêu chuẩn IEC 62271-200 quy định ba cấp độ tiếp cận, xác định khoảng cách giữa nhân viên và thiết bị đóng cắt trong quá trình vận hành và bảo trì bình thường:

Loại khả năng tiếp cận A (Tiếp cận có giới hạn):
Hệ thống thiết bị đóng cắt được lắp đặt trong khu vực hạn chế ra vào, chỉ dành cho nhân viên điện đã được đào tạo và có thẩm quyền. Nhân viên phải duy trì khoảng cách an toàn trong quá trình vận hành và đã được đào tạo về tia lửa điện³ nhận thức về rủi ro. Có thể chấp nhận phân loại IAC A hoặc IAC AF tùy thuộc vào bố trí của cơ sở.

Loại khả năng tiếp cận B (Tiếp cận chung):
Hệ thống tủ điện được lắp đặt tại khu vực mà những người không phải là nhân viên điện — bao gồm người sử dụng tòa nhà, nhân viên bảo trì hoặc người dân — có thể tiếp cận và có thể có mặt trong khu vực lân cận hệ thống tủ điện mà không được đào tạo chuyên sâu về hiện tượng hồ quang điện. Phân loại IAC AFL là yêu cầu tối thiểu đối với các hệ thống lắp đặt thuộc loại B về khả năng tiếp cận.

Ý nghĩa thực tiễn: Mọi hệ thống thiết bị đóng cắt được lắp đặt trong tòa nhà, cơ sở công nghiệp hoặc trạm biến áp đô thị, nơi có thể có nhân viên không chuyên về điện hiện diện trong vùng nguy hiểm trong quá trình vận hành bình thường, phải được quy định phải đạt tiêu chuẩn phân loại IAC AFL như một yêu cầu an toàn tối thiểu.

Cơ chế vật lý của sự cố chạm mạch bên trong — Những nội dung cần có trong thử nghiệm IAC

Để hiểu rõ những rủi ro mà phân loại IAC cần phải phòng ngừa, cần phải hiểu các hiện tượng vật lý do sự cố chạm mạch điện bên trong gây ra:

Sóng áp suất:
Một hồ quang bên trong tạo ra plasma với nhiệt độ vượt quá 10.000°C, gây ra sự giãn nở nhanh chóng của khí. Trong một khoang kim loại kín, áp suất tăng với tốc độ 10–100 bar/ms — đủ để làm vỡ các tấm thép, thổi bay cửa và bắn các mảnh vỡ của khoang ra ngoài như những vật thể bay với tốc độ cao. Sóng áp suất đến vị trí của nhân viên chỉ trong vài mili giây kể từ khi hồ quang hình thành — nhanh hơn bất kỳ phản ứng nào của con người.

Bức xạ nhiệt và sự phun trào khí nóng:
Hạt plasma phát ra năng lượng nhiệt mạnh mẽ theo mọi hướng. Khi các lỗ thoát áp hoạt động, khí nóng ở nhiệt độ 500–2.000°C sẽ phun ra khỏi vỏ bọc — có thể gây bỏng nặng ở khoảng cách 1–3 mét tính từ lỗ thoát áp. Hướng, nhiệt độ và thời gian phun khí nóng là những thông số quan trọng được kiểm chứng trong các thử nghiệm IAC.

Phun kim loại nóng chảy:
Sự ăn mòn do hồ quang trên các thanh dẫn điện, điểm tiếp xúc và bề mặt vỏ thiết bị tạo ra các giọt kim loại nóng chảy, được bắn ra với tốc độ cao qua các lỗ xả áp hoặc các vết nứt trên vỏ thiết bị. Các giọt đồng nóng chảy ở nhiệt độ 1.083°C có thể gây cháy quần áo ngay lập tức và gây bỏng nặng do tiếp xúc.

Sóng áp suất âm thanh:
Sự đánh lửa hồ quang ban đầu tạo ra một sóng áp suất lan truyền trong không khí với tốc độ âm thanh — khoảng 340 m/s. Áp suất âm thanh vượt mức ở khoảng cách 1 mét so với hồ quang bên trong 12 kV có thể vượt quá 200 Pa — đủ để gây tổn thương màng nhĩ và mất phương hướng.

Các thông số thử nghiệm IAC theo tiêu chuẩn IEC 62271-200

Thông số thử nghiệm	Giá trị tiêu chuẩn	Ghi chú
Dòng điện thử nghiệm	Dòng ngắn mạch định mức (Isc)	Thông thường là 16 kA, 20 kA, 25 kA hoặc 31,5 kA
Thời gian làm bài	0,1 giây (100 mili giây) hoặc 1,0 giây (1.000 mili giây)	Theo quy định của nhà sản xuất; 1,0 giây là thời gian dài hơn
Điện áp thử nghiệm	Điện áp định mức (Um)	12 kV, 24 kV hoặc 40,5 kV
Sự hình thành hồ quang	Dây mỏng giữa các pha hoặc giữa pha và đất	Vị trí sự cố xấu nhất trong mỗi khoang
Bảng điều khiển	Các tấm vải bông được bố trí cách đều nhau	Không kích hoạt = kiểm tra không thành công đối với mặt đó
Khoảng cách giữa các nhân viên	Cách mặt trước của vỏ 0,3 m	Các bảng hiển thị được đặt ở khoảng cách này
Tiêu chí đạt yêu cầu	Không có vết nứt trên vỏ bảo vệ; đèn báo không sáng; không có vật thể xuyên thủng đèn báo	Cả ba tiêu chí này phải được đáp ứng đồng thời

Thử nghiệm hồ quang bên trong xác minh sự tuân thủ tiêu chuẩn IAC AFL trong thiết bị đóng cắt trung thế như thế nào?

Thử nghiệm loại IAC là một trong những thử nghiệm khắt khe và gây hư hỏng nhất trong quá trình chứng nhận thiết bị đóng cắt trung thế — bảng điều khiển được thử nghiệm sẽ bị cố ý đưa vào tình huống sự cố hồ quang bên trong trong điều kiện xấu nhất ở dòng ngắn mạch định mức, và vỏ bảo vệ phải chịu được sự cố này đồng thời bảo vệ các vị trí nhân viên mô phỏng trên tất cả các mặt được chứng nhận.

Thiết lập và quy trình thử nghiệm

Bước 1 — Lắp đặt bảng điều khiển:
Các tấm chỉ thị bằng vải bông (được tiêu chuẩn hóa theo Phụ lục A của tiêu chuẩn IEC 62271-200) được lắp đặt cách mỗi mặt của vỏ tủ điện đang được thử nghiệm 0,3 m. Vải bông là chỉ thị chính để xác định kết quả đạt/không đạt — nếu vải bốc cháy trong quá trình phóng điện hồ quang, thử nghiệm đối với mặt đó được coi là không đạt. Khoảng cách 0,3 m này tương ứng với khoảng cách làm việc an toàn tối thiểu dành cho nhân viên trong khu vực tiếp cận.

Bước 2 — Dây khởi tạo hồ quang:
Một sợi dây đồng mỏng (thường có đường kính 0,1–0,5 mm) được lắp đặt giữa các pha hoặc giữa pha và đất tại vị trí sự cố xấu nhất trong mỗi khoang của tủ điện — khoang thanh cái, khoang thiết bị đóng cắt và khoang cáp được kiểm tra riêng biệt. Sợi dây này bốc hơi ngay lập tức khi hồ quang hình thành, tạo ra một hồ quang ổn định ở mức dòng điện thử nghiệm.

Bước 3 — Kiểm tra ứng dụng hiện tại:
Mạch thử nghiệm cho dòng điện ngắn mạch định mức chạy qua hồ quang trong khoảng thời gian thử nghiệm quy định (0,1 giây hoặc 1,0 giây). Thời gian 1,0 giây gây áp lực lớn hơn đáng kể so với 0,1 giây — nó đại diện cho thời gian ngắt mạch bảo vệ trong trường hợp xấu nhất đối với hệ thống bảo vệ chính bị hỏng phải dựa vào hệ thống bảo vệ dự phòng. Hầu hết các tiêu chuẩn IAC AFL hiện đại đều yêu cầu thời gian thử nghiệm 1,0 giây đối với các hệ thống lắp đặt có thời gian ngắt mạch của hệ thống bảo vệ dự phòng trên 100 ms.

Bước 4 — Quay phim tốc độ cao:
Các máy quay tốc độ cao (tối thiểu 1.000 khung hình/giây) ghi lại quá trình hình thành hồ quang từ mọi góc độ cùng lúc, ghi nhận thời điểm kích hoạt cơ chế xả áp, hướng và nhiệt độ của khí thoát ra, sự biến dạng của vỏ bọc, cũng như bất kỳ sự kiện nào liên quan đến việc văng ra của các mảnh vỡ. Các đoạn ghi hình được phân tích từng khung hình một để xác minh việc tuân thủ tất cả các tiêu chí đánh giá.

Bước 5 — Kiểm tra sau khi thử nghiệm:
Sau khi kết thúc sự kiện, bảng thử nghiệm sẽ được kiểm tra để xác định:

• Tính toàn vẹn cấu trúc của vỏ bọc (không bị vỡ hoặc nứt vỡ)
• Khả năng giữ cửa và nắp (tất cả các nắp vẫn được gắn chặt hoặc được kiểm soát)
• Tình trạng bảng điều khiển (không có dấu hiệu cháy nổ, không có vết thủng do đạn)
• Chức năng van xả áp (đã được kích hoạt đúng cách và đóng kín lại)

Tiêu chí cấp thẻ IAC AFL — Phải đáp ứng đủ cả ba điều kiện

Tiêu chí 1 — Không bị vỡ vỏ:
Vỏ tủ thiết bị đóng cắt không được bị vỡ, nứt vỡ hoặc văng các bộ phận ra ngoài trong quá trình xảy ra hồ quang. Việc vỏ tủ bị biến dạng có kiểm soát là chấp nhận được — sự biến dạng vĩnh viễn của các tấm panel, cửa hoặc nắp là điều có thể dự kiến và không được coi là sự cố. Yêu cầu quan trọng là không được xảy ra hiện tượng vỡ vụn không kiểm soát được, dẫn đến việc các bộ phận kim loại văng về phía vị trí của nhân viên.

Tiêu chí 2 — Không có đèn báo trên bảng điều khiển:
Không có tấm chỉ thị bằng bông nào ở khoảng cách 0,3 m so với bất kỳ bề mặt nào đã được chứng nhận được phép bốc cháy trong hoặc sau sự cố hồ quang. Tiêu chí này đảm bảo rằng dòng khí nóng phun ra, bức xạ nhiệt và các mảnh kim loại nóng chảy đều được hướng ra xa vị trí của nhân viên — hoặc được giữ lại bên trong vỏ bọc, hoặc được thoát ra ngoài qua các kênh xả áp lực có kiểm soát dẫn đến các khu vực an toàn.

Tiêu chí 3 — Không bị xuyên thủng bởi vật thể bay:
Không có vật thể rắn nào — bao gồm mảnh vỡ vỏ bọc, ốc vít, sản phẩm do ăn mòn hồ quang hoặc giọt kim loại nóng chảy — được phép xuyên qua các tấm chỉ thị. Tiêu chí này nhằm xác nhận rằng thiết kế vỏ bọc ngăn chặn việc văng ra các mảnh vỡ với tốc độ cao về phía vị trí của nhân viên trên tất cả các mặt đã được chứng nhận.

Thiết kế hệ thống xả áp — Chìa khóa để tuân thủ tiêu chuẩn IAC AFL

Cơ chế kỹ thuật đảm bảo tuân thủ tiêu chuẩn IAC AFL là hệ thống xả áp điều khiển — một đường dẫn được thiết kế chuyên biệt để đồng thời dẫn áp suất và khí nóng do hồ quang tạo ra ra khỏi tất cả các vị trí của nhân viên. Để đạt chứng nhận IAC AFL (bảo vệ cả ba mặt), hệ thống xả áp phải dẫn khí thải ra khỏi các vị trí phía trước, hai bên và phía sau — điều này thường có nghĩa là dẫn khí thải lên trên qua mái tủ hoặc xuống dưới qua sàn.

Các phương pháp thiết kế hệ thống xả áp:

• Ống xả áp suất lắp trên đỉnh: Khí hồ quang thoát ra theo chiều dọc lên trên qua các van xả áp lực lắp trên mái — đây là phương pháp phổ biến nhất đối với thiết bị đóng cắt trong nhà khi chiều cao trần cho phép
• Các rãnh thoát khí phía dưới: Khí hồ quang được dẫn xuống qua các rãnh sàn vào buồng thoát khí chuyên dụng — được sử dụng trong trường hợp chiều cao trần bị hạn chế hoặc phòng thiết bị đóng cắt có sàn nâng
• Ống dẫn khí thải tích hợp: Ống dẫn khí thải được lắp đặt sẵn tại nhà máy, có chức năng dẫn khí thải từ lò hàn đến một điểm xả an toàn ở xa — được sử dụng trong các hệ thống lắp đặt mà không thể xả khí thải lên trên hoặc xuống dưới

Ảnh hưởng của thời gian thử nghiệm IAC đến thiết kế

Thời lượng bài kiểm tra	Năng lượng hồ quang (25 kA, 12 kV)	Yêu cầu về xả áp	Ứng dụng điển hình
0,1 giây (100 mili giây)	~30 MJ	Diện tích lỗ thông hơi vừa phải	Bảo vệ nhanh (thời gian xóa < 100 ms)
0,3 giây (300 mili giây)	~90 MJ	Diện tích lỗ thông gió lớn	Phối hợp bảo vệ tiêu chuẩn
1,0 giây (1.000 ms)	~300 MJ	Diện tích lỗ thông gió tối đa	Xóa bảo vệ sao lưu
0,1 giây + 1,0 giây	Tổng hợp	Diện tích lỗ thông gió tối đa	Yêu cầu kỹ thuật khắt khe nhất

Làm thế nào để các thiết kế tủ điện AIS, GIS và SIS đạt được chứng nhận IAC AFL?

Cách tiếp cận để đạt được chứng nhận IAC AFL có sự khác biệt cơ bản giữa các công nghệ thiết bị đóng cắt AIS, GIS và SIS — phản ánh sự khác biệt về năng lượng hồ quang, thể tích khoang và những thách thức liên quan đến việc xả áp suất đối với từng loại môi trường cách điện và đóng cắt.

Thiết kế tủ điện AIS IAC AFL

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí đặt ra thách thức lớn nhất trong thiết kế hệ thống làm mát bằng chất lỏng (AFL) cho IAC: thể tích khoang lớn, năng lượng hồ quang cao trong mỗi sự cố (quá trình dập tắt hồ quang trong không khí diễn ra chậm hơn so với trong chân không hoặc SF6), và yêu cầu phải kiểm soát việc xả áp từ một vỏ bọc có kích thước lớn đồng thời đảm bảo bảo vệ cả ba mặt.

Các tính năng thiết kế của AIS IAC AFL:

• Phân vùng: Các vách ngăn kim loại riêng biệt giữa các khoang thanh cái, thiết bị đóng cắt và khoang cáp giúp hạn chế sự lan truyền của hồ quang và giữ cho sự gia tăng áp suất chỉ giới hạn trong khoang bị sự cố
• Tấm vách ngăn gia cố: Thép có độ dày lớn hơn (2,5–3 mm) ở mặt trước, hai bên và mặt sau giúp chống lại sự biến dạng do áp lực gây ra và ngăn ngừa hiện tượng vỡ vụn
• Van xả áp đặt trên đỉnh: Các van xả áp lực diện tích lớn trên mái tấm panel giúp dẫn khí thải theo hình vòng cung thẳng đứng lên trên, ra xa cả ba vị trí mặt
• Chốt cửa chống cháy: Cơ chế khóa cửa tự động giữ cửa đóng chặt khi chịu tác động của sóng áp lực, ngăn không cho cửa bị đẩy ra phía trước, đe dọa đến nhân viên đang làm việc ở phía trước

Giới hạn của AIS, IAC và AFL: Thể tích khoang lớn đồng nghĩa với việc phải kiểm soát được tổng năng lượng hồ quang cao hơn; để đạt được thời gian thử nghiệm 1,0 giây theo tiêu chuẩn IAC AFL trong hệ thống AIS, cần có diện tích lỗ thoát áp đáng kể — điều này thường gây hạn chế về chiều cao và chiều sâu của bảng điều khiển.

Thiết kế tủ điện GIS IAC AFL

Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí có ưu điểm là được bịt kín Khí SF6⁴ các khoang chứa năng lượng hồ quang ban đầu trong thể tích khí — nhưng cấu trúc kín lại đặt ra một thách thức khác: nếu khoang chứa SF6 không thể chịu được áp suất hồ quang, sự vỡ vỏ bọc xảy ra sẽ dữ dội hơn so với trong AIS do năng lượng tích trữ bổ sung từ khí nén.

Các tính năng thiết kế của GIS IAC AFL:

• Các khoang khí kín làm hệ thống ngăn chặn sơ cấp: Khoang chứa khí SF6 được thiết kế để chịu được áp suất hồ quang trong suốt thời gian thử nghiệm mà không bị vỡ — đây là cơ chế bảo vệ chính của IAC trong GIS
• Van xả áp: Các van xả áp được cài đặt sẵn tại nhà máy trên mỗi khoang chứa khí sẽ kích hoạt khi đạt đến ngưỡng áp suất định trước, dẫn khí thải qua các kênh được kiểm soát
• Áp suất định mức của khoang: Các vỏ bọc GIS được thiết kế chịu áp lực để chịu được áp suất hồ quang tối đa mà không bị vỡ — thường gấp 3–5 lần áp suất nạp SF6 định mức
• Ống dẫn khí thải hồ quang bên ngoài: Khí xả giảm áp được dẫn qua các ống dẫn được lắp đặt sẵn tại nhà máy đến các điểm xả an toàn, cách xa tất cả các vị trí của nhân viên

Lợi thế của GIS IAC AFL: Thể tích buồng nhỏ hơn và tốc độ dập tắt hồ quang SF6 nhanh hơn giúp giảm tổng năng lượng hồ quang trên mỗi sự cố, nhờ đó việc đáp ứng tiêu chuẩn IAC AFL trở nên dễ dàng hơn khi thời gian thử nghiệm kéo dài so với các thiết kế AIS tương đương.

Thiết kế tủ điện SIS IAC AFL

Thiết bị đóng cắt cách điện rắn (GIS) đạt được các đặc tính hiệu suất IAC AFL tối ưu nhất trong ba công nghệ — kết hợp thể tích khoang nhỏ của GIS với lợi thế về năng lượng dập tắt hồ quang chân không, giúp giảm thiểu tổng năng lượng hồ quang trên mỗi sự cố.

Các tính năng thiết kế của SIS IAC AFL:

• Hệ thống ngăn chặn hồ quang của bộ ngắt chân không: Thiết bị ngắt chân không giữ tia lửa điện bên trong vỏ kín của nó — không có năng lượng tia lửa nào thoát ra khoang tủ điện trong quá trình ngắt tải thông thường
• Khả năng chống hồ quang của lớp phủ epoxy: Vật liệu cách điện epoxy đúc tạo ra các bề mặt chống hồ quang (IEC 61621 > 180 giây), có khả năng ngăn chặn sự lan truyền của hồ quang trên bề mặt cách điện trong các sự cố chập mạch
• Thể tích khoang nhỏ gọn: Thể tích nhỏ của các khoang vật lý làm hạn chế tổng thể tích khí có sẵn cho quá trình giãn nở do áp suất, từ đó làm giảm tốc độ tăng áp suất đỉnh
• Van xả áp suất đầu ra: Cấu trúc tấm gọn nhẹ giúp đơn giản hóa thiết kế van xả áp suất phía trên, cho phép đạt tiêu chuẩn IAC AFL với diện tích lỗ thông hơi nhỏ hơn so với các sản phẩm tương đương theo tiêu chuẩn AIS

So sánh hiệu suất giữa SIS, IAC và AFL:

Tham số	Hệ thống nhận dạng tự động (AIS)	Hệ thống thông tin địa lý (GIS)	SIS
Năng lượng hồ quang trên mỗi sự cố (25 kA, 0,1 giây)	Cao (suy giảm trong không khí)	Trung bình (dập tắt bằng SF6)	Thấp (hấp thụ chân không)
Thể tích khoang	Lớn	Trung bình	Nhỏ
Tốc độ tăng áp suất cực đại	Cao	Trung bình	Thấp
Diện tích lỗ thông hơi xả áp cần thiết	Lớn	Trung bình	Nhỏ
Khả năng đạt được mục tiêu IAC AFL trong 1,0 giây	Thử thách	Tiêu chuẩn	Tiêu chuẩn
Vận hành lại sau sự cố	Phức tạp (hư hỏng máng hở)	Cần phân tích khí	Chỉ kiểm tra Hi-pot và PD

Trường hợp khách hàng: Thông số kỹ thuật IAC AFL giúp ngăn ngừa sự cố an toàn lao động

Một giám đốc mua sắm tại một công ty điện lực quản lý mạng lưới trạm biến áp thứ cấp đô thị 12kV ở Trung Âu đã liên hệ với Bepto sau một sự cố suýt xảy ra tại công trình lắp đặt thiết bị đóng cắt của một đối thủ cạnh tranh. Một sự cố trên thanh cái trong một tủ điện không được phân loại theo tiêu chuẩn IAC đã dẫn đến việc vỏ tủ bị vỡ ở mặt bên — khiến khí nóng và mảnh kim loại bắn ra hành lang trạm biến áp, nơi một kỹ thuật viên đang làm việc chỉ vài giây trước khi sự cố xảy ra. Kỹ thuật viên này may mắn không bị thương chỉ vì đã bước ra khỏi hành lang để lấy dụng cụ.

Cuộc kiểm toán an toàn tiếp theo của công ty điện lực đã phát hiện 23 trạm biến áp thứ cấp nơi lắp đặt thiết bị đóng cắt không được phân loại theo tiêu chuẩn IAC hoặc chỉ được phân loại IAC A tại các vị trí mà nhân viên không chuyên về điện có thể tiếp cận. Sau khi chỉ định thiết bị đóng cắt SIS được phân loại IAC AFL của Bepto cho tất cả các bảng điều khiển thay thế, công ty điện lực đã xác nhận rằng thiết kế xả áp suất trên cùng nhỏ gọn đã đạt được tiêu chuẩn IAC AFL với thời gian thử nghiệm 1,0 giây — mang lại sự bảo vệ toàn diện cho nhân viên xung quanh ngay cả trong các tình huống thời gian ngắt bảo vệ dự phòng. Cấu trúc cách điện rắn kín cũng loại bỏ các lo ngại về hư hỏng ống dẫn hồ quang và ô nhiễm khí SF6, những vấn đề đã làm phức tạp quá trình vận hành lại sau sự cố trên thiết bị của đối thủ cạnh tranh.

Làm thế nào để xác định và kiểm tra các yêu cầu về AFL của IAC cho hệ thống tủ điện của bạn?

Để xác định chính xác IAC AFL, cần phải tiến hành đánh giá có hệ thống về các điều kiện tiếp cận của hệ thống lắp đặt, thời gian giải phóng vùng bảo vệ và bố trí vật lý — đồng thời phải kiểm tra kỹ lưỡng chứng chỉ thử nghiệm loại IAC của nhà cung cấp dựa trên các thông số cụ thể của hệ thống lắp đặt.

Bước 1: Xác định phân loại IAC cần thiết

Đánh giá khả năng tiếp cận của nhân viên:

• Lập bản đồ vị trí của toàn bộ nhân viên so với hệ thống tủ điện trong các tình huống vận hành bình thường, bảo trì và ứng phó khẩn cấp
• Xác định các mặt của tủ thiết bị đóng cắt mà nhân viên có thể tiếp cận — chỉ mặt trước, mặt trước và hai bên, hay cả ba mặt
• Phân loại mức độ tiếp cận của hệ thống lắp đặt theo tiêu chuẩn IEC 62271-200: Loại A (hạn chế, chỉ dành cho nhân viên đã qua đào tạo) hoặc Loại B (tiếp cận chung, cho phép nhân viên không chuyên về điện)
• Quy tắc: Nếu nhân viên không thuộc lĩnh vực điện có thể tiếp cận bất kỳ mặt nào của hệ thống tủ điện, hãy quy định IAC AFL là mức tối thiểu

Xác định thời gian thực hiện bài kiểm tra cần thiết:

• Xác định thời gian ngắt mạch bảo vệ chính của hệ thống (thường là 60–150 ms đối với hệ thống bảo vệ kỹ thuật số hiện đại)
• Xác định thời gian xóa bảo vệ sao lưu (thường là 300–1.000 ms đối với sao lưu ngược dòng)
• Quy tắc: Đặt thời gian thử nghiệm IAC bằng hoặc lớn hơn thời gian xóa bảo vệ dự phòng; đối với các hệ thống có thời gian xóa bảo vệ dự phòng trên 300 ms, hãy đặt thời gian thử nghiệm là 1,0 giây

Bước 2: Kiểm tra hướng xả áp

Chứng nhận IAC AFL có một điểm quan trọng liên quan cụ thể đến cách lắp đặt: hướng xả áp suất phải được kiểm tra so với bố trí lắp đặt thực tế. Một bảng điều khiển đã được chứng nhận IAC AFL trong thử nghiệm tại nhà máy với hướng xả phía trên có thể không bảo vệ được nhân viên nếu được lắp đặt tại vị trí mà hướng xả phía trên bị trần nhà thấp che khuất hoặc hướng về khu vực có người.

Danh sách kiểm tra xác minh hệ thống xả áp:

• Xác nhận hướng xả áp suất (trên, dưới hoặc qua ống dẫn) phù hợp với cấu trúc không gian lắp đặt
• Kiểm tra khoảng trống tối thiểu trên trần phía trên các lỗ thoát áp (thường là khoảng trống tối thiểu 300–500 mm)
• Xác nhận rằng đường ống thoát khí (nếu có) kết thúc tại một vị trí an toàn và không có người ở
• Kiểm tra để đảm bảo rằng khi hệ thống xả áp hoạt động, khí nóng không được thổi về phía các điểm đi dây cáp, giá đỡ cáp điều khiển hoặc các thiết bị lân cận

Bước 3: Xác minh Giấy chứng nhận thử nghiệm loại IAC

Giấy chứng nhận kiểm định kiểu IAC là bằng chứng duy nhất có giá trị chứng minh sự tuân thủ tiêu chuẩn IAC AFL — và nó phải được đối chiếu chi tiết với các thông số lắp đặt cụ thể:

Danh sách kiểm tra xác minh chứng chỉ:

• Tiêu chuẩn thử nghiệm: Xác nhận rằng chứng chỉ tuân thủ tiêu chuẩn IEC 62271-200 (phiên bản hiện hành) — không phải là phiên bản đã bị thay thế
• Dòng điện thử nghiệm: Xác nhận rằng dòng điện ngắn mạch (Isc) đã được kiểm tra tại điểm lắp đặt phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện ngắn mạch định mức (Isc) (dòng điện sự cố dự kiến)
• Thời lượng bài kiểm tra: Xác nhận thời gian thử nghiệm ≥ thời gian yêu cầu (0,1 giây, 0,3 giây hoặc 1,0 giây)
• Các khuôn mặt đã được kiểm tra: Giấy chứng nhận nêu rõ là IAC AFL (phía trước, bên hông VÀ phía sau) — không phải IAC AF hay chỉ IAC A
• Cấu hình bảng điều khiển: Xác nhận cấu hình đã kiểm tra phù hợp với bảng điều khiển được chỉ định (một thanh cái / hai thanh cái; có / không có khoang cáp; có / không có khoang đo lường)
• Phòng thí nghiệm được công nhận: Xác nhận rằng cuộc thử nghiệm đã được tiến hành tại một Được ILAC công nhận⁵ phòng thí nghiệm kiểm tra công suất cao — không phải là cơ sở kiểm tra nội bộ của nhà sản xuất

Bước 4: So sánh các tiêu chuẩn và chứng nhận

• IEC 62271-200: Tiêu chuẩn cơ bản — Thiết bị đóng cắt trung thế có vỏ bọc kim loại, bao gồm phương pháp thử nghiệm và phân loại theo IAC
• IEC 62271-200 Phụ lục A: Thông số kỹ thuật của bảng hiển thị và các yêu cầu về thiết lập thử nghiệm
• IEC 62271-1: Các thông số kỹ thuật chung — Định nghĩa về dòng điện ngắn mạch định mức và thời gian tác động
• IEC 61482-1-1 / IEC 61482-1-2: Tiêu chuẩn về trang phục bảo hộ chống tia lửa điện — quy định các yêu cầu về trang thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE) cho nhân viên làm việc trong các khu vực được phân loại theo IAC
• NFPA 70E: Tiêu chuẩn của Hoa Kỳ về an toàn điện tại nơi làm việc — Phân tích nguy cơ chớp điện và lựa chọn trang thiết bị bảo hộ cá nhân (áp dụng cho các tiêu chuẩn của Hoa Kỳ và các tiêu chuẩn chịu ảnh hưởng của Hoa Kỳ)
• GB/T 11022 / GB/T 3906: Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc — xác nhận các yêu cầu phân loại của IAC trong bối cảnh tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc

Tóm tắt thông số kỹ thuật IAC AFL

Thông số kỹ thuật	Yêu cầu tối thiểu	Được khuyến nghị cho hạng B
Phân loại IAC	IAC AFL	IAC AFL
Dòng điện thử nghiệm	≥ Isc dự kiến tại thời điểm lắp đặt	≥ Phẫu thuật cắt bỏ tuyến tiền liệt theo phương pháp dự kiến + biên an toàn 10%
Thời lượng bài kiểm tra	≥ Thời gian xóa bảo vệ sao lưu	1,0 giây
Những gương mặt đã được kiểm chứng	Mặt trước + Mặt bên + Mặt sau	Mặt trước + Mặt bên + Mặt sau
Hướng xả áp	Không bao gồm các vị trí nhân sự	Ưu tiên ống xả phía trên
Phòng thí nghiệm cấp chứng chỉ	Được ILAC công nhận	Được ILAC công nhận
Vận hành lại sau sự cố	Theo hướng dẫn của nhà sản xuất	Được quy định trong Sổ tay vận hành và bảo trì

Những sai sót thường gặp trong quy cách kỹ thuật và lắp đặt IAC

• Chỉ định IAC A hoặc IAC AF cho các công trình tiếp cận loại B — Chứng nhận chỉ cho phép tiếp cận phía trước hoặc cả phía trước và hai bên không đảm bảo an toàn cho nhân viên có thể tiếp cận phía sau tủ điện trong quá trình bảo trì; luôn phải chỉ định IAC AFL cho bất kỳ hệ thống lắp đặt nào có khả năng tiếp cận phía sau
• Chấp nhận chứng chỉ IAC mà không kiểm tra thời gian thi — Giấy chứng nhận cho thấy thời gian thử nghiệm IAC AFL là 0,1 giây không đảm bảo khả năng bảo vệ trong các tình huống ngắt mạch dự phòng; luôn phải đối chiếu thời gian thử nghiệm với thời gian ngắt mạch dự phòng của hệ thống lắp đặt
• Chặn các đường xả áp suất trong quá trình lắp đặt — Các giá đỡ cáp, đường ống dẫn và các bộ phận kết cấu được lắp đặt phía trên hoặc phía dưới các lỗ thông hơi giảm áp sau khi bàn giao tủ điện có thể làm tắc nghẽn đường thoát khí và làm giảm hiệu quả hoạt động của hệ thống IAC AFL; cần kiểm tra khoảng trống thoát khí sau khi hoàn tất tất cả các công việc lắp đặt
• Giả sử việc phân loại IAC loại bỏ các yêu cầu về trang thiết bị bảo hộ cá nhân — Phân loại IAC AFL bảo vệ nhân viên ở khoảng cách 0,3 m tính từ mặt trước của tủ điện; nhân viên làm việc ở khoảng cách gần hơn 0,3 m hoặc thực hiện các thao tác yêu cầu mở nắp tủ vẫn phải sử dụng trang thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE) chống tia lửa điện phù hợp theo tiêu chuẩn IEC 61482 hoặc NFPA 70E

Kết luận

Phân loại hồ quang bên trong IAC AFL là khung tiêu chuẩn IEC 62271-200 giúp chuyển đổi thiết bị đóng cắt trung áp từ thiết bị điện thành cơ sở hạ tầng an toàn cho người lao động — thông qua các thử nghiệm phá hủy để xác minh rằng sự cố hồ quang bên trong trong điều kiện xấu nhất tại dòng ngắn mạch định mức được ngăn chặn, định hướng và giải phóng hoàn toàn mà không gây thương tích cho nhân viên ở bất kỳ mặt nào của hệ thống lắp đặt. Đối với các kỹ sư và quản lý mua sắm khi lựa chọn thiết bị đóng cắt tại các trạm biến áp thứ cấp, cơ sở công nghiệp và bất kỳ địa điểm nào mà việc tiếp cận của nhân viên không thể được kiểm soát hoàn toàn, phân loại IAC AFL là tiêu chuẩn an toàn bắt buộc, xác định ranh giới giữa rủi ro có thể chấp nhận được và rủi ro không thể chấp nhận được.

Hãy chỉ định thiết bị IAC AFL có thời gian thử nghiệm 1,0 giây cho mọi công trình lắp đặt có thể có sự hiện diện của nhân viên không chuyên về điện; đối chiếu chứng chỉ với dòng điện sự cố cụ thể và thời gian ngắt mạch bảo vệ của hệ thống; đồng thời xác nhận hướng thoát khí xả áp trước khi lắp đặt — bởi vì phân loại IAC chỉ bảo vệ được những người mà nó được thiết kế để bảo vệ khi các yêu cầu kỹ thuật, chứng chỉ và quy trình lắp đặt đều tuân thủ đúng quy định.

Câu hỏi thường gặp về phân loại hồ quang bên trong (IAC) và các yêu cầu của AFL

1. Tìm hiểu các nguyên lý kỹ thuật và tiêu chuẩn an toàn vận hành của thiết bị MV. ↩

2. Truy cập tiêu chuẩn quốc tế chính thức về thiết bị đóng cắt trung áp có vỏ bọc kim loại. ↩

3. Hiểu rõ các nguy cơ liên quan đến hiện tượng hồ quang điện và các biện pháp giảm thiểu rủi ro. ↩

4. Phân tích các tính chất cách điện và dập tắt hồ quang của khí hexafluoride lưu huỳnh. ↩

5. Xác minh tính xác thực của các báo cáo thử nghiệm thông qua Tổ chức Hợp tác Công nhận Phòng thí nghiệm Quốc tế. ↩