Hoạt động ngắt tải trong thiết bị đóng cắt là gì? Định nghĩa, ví dụ và ứng dụng

Giới thiệu

Trong hệ thống phân phối điện trung áp, không phải mọi sự kiện đóng/mở đều giống nhau. Một thiết bị tủ điện đóng vào thanh cái đã ngắt điện, mở trong điều kiện không tải hoặc ngắt dòng điện sự cố đang thực hiện các thao tác cơ bản khác nhau — mỗi thao tác đều có mức độ ứng suất điện riêng biệt, tác động đến sự mài mòn tiếp điểm và yêu cầu về khả năng chịu tải của thiết bị. Coi tất cả các sự kiện đóng/mở là tương đương là một sai sót trong quy cách kỹ thuật, dẫn đến việc lựa chọn thiết bị có công suất không đủ, hỏng hóc tiếp điểm sớm và làm suy giảm khả năng bảo vệ mạng lưới.

Hoạt động ngắt tải là sự kiện đóng cắt cụ thể trong đó một thiết bị đóng cắt ngắt mạch mang dòng điện hoạt động bình thường — không phải dòng điện sự cố, không phải dòng điện không tải, mà là dòng điện tải định mức dưới điện áp hệ thống đầy đủ — và chính định nghĩa chính xác này quyết định những thiết bị nào được định mức cho nhiệm vụ ngắt tải, cách thiết kế các tiếp điểm của chúng, cũng như cách phân loại cấp độ bền điện của chúng theo tiêu chuẩn IEC 62271.

Đối với các kỹ sư điện thiết kế hệ thống phân phối điện trung áp và các quản lý mua sắm chịu trách nhiệm lựa chọn thiết bị đóng cắt, định nghĩa về hoạt động ngắt tải là điều kiện phân biệt giữa công tắc ngắt tải và cầu dao với thiết bị ngắt mạch và thiết bị cách ly — một ranh giới mà nếu hiểu sai sẽ dẫn đến các sự cố đóng cắt nghiêm trọng, hư hỏng tiếp điểm và các vụ tai nạn liên quan đến an toàn lao động.

Bài viết này cung cấp tài liệu tham khảo kỹ thuật toàn diện về các thao tác ngắt tải trong thiết bị đóng cắt trung thế — từ các định nghĩa theo tiêu chuẩn IEC và các nguyên lý vật lý điện đến việc lựa chọn thiết bị, các tình huống ứng dụng và các vấn đề liên quan đến bảo trì đối với các loại thiết bị đóng cắt AIS, GIS và SIS.

Mục lục

• Hoạt động ngắt tải là gì và nó được định nghĩa chính xác như thế nào theo các tiêu chuẩn IEC?
• Các thao tác ngắt tải tác động như thế nào đến các tiếp điểm của thiết bị đóng cắt trong các hệ thống AIS, GIS và SIS?
• Làm thế nào để xác định chính xác khả năng ngắt tải cho hệ thống tủ điện của bạn?
• Những sự cố thường gặp trong vận hành ngắt tải và các yêu cầu bảo trì là gì?

Hoạt động ngắt tải là gì và nó được định nghĩa chính xác như thế nào theo các tiêu chuẩn IEC?

Hoạt động ngắt tải được định nghĩa trong tiêu chuẩn IEC 62271-100 và IEC 62271-103¹ là một thao tác đóng cắt trong đó thiết bị ngắt các tiếp điểm trong khi vẫn dẫn dòng điện ở mức bằng hoặc thấp hơn dòng điện định mức bình thường (In), dưới điện áp định mức đầy đủ của hệ thống, với kỳ vọng rằng hồ quang phát sinh sẽ được dập tắt trong phạm vi khả năng dập tắt hồ quang định mức của thiết bị — đưa mạch trở về trạng thái hở, cách điện hoàn toàn.

Các thành phần theo định nghĩa chính xác của IEC

Định nghĩa của IEC về thao tác ngắt tải bao gồm bốn điều kiện đồng thời, tất cả đều phải được đáp ứng thì thao tác đó mới được coi là sự kiện ngắt tải định mức:

1. Cường độ dòng điện — Bằng hoặc nhỏ hơn dòng điện định mức bình thường (In):
Dòng điện trong mạch tại thời điểm ngắt tiếp điểm không được vượt quá dòng điện định mức bình thường của thiết bị. Đối với công tắc ngắt tải có định mức 630A, bất kỳ lần ngắt nào ở mức 630A hoặc thấp hơn đều được coi là hoạt động ngắt tải. Việc ngắt dòng điện ở mức cao hơn In — dù do quá tải hay sự cố — thuộc một loại nhiệm vụ khác với các yêu cầu về khả năng khác.

2. Hệ số công suất — Trong phạm vi hệ số công suất định mức thử nghiệm:
Tiêu chuẩn IEC 62271-103 quy định các hệ số công suất thử nghiệm cho các thao tác ngắt tải:

• Chủ yếu là tải cảm ứng: vì φ = 0,3–0,7 (tải động cơ, dòng điện từ hóa của máy biến áp)
• Tải chủ yếu là tải điện trở: vì φ = 0,7–1,0 (sưởi ấm bằng điện trở, chiếu sáng)
• Tải điện dung: Chuỗi thử nghiệm riêng biệt theo Phụ lục G của tiêu chuẩn IEC 62271-100 (sạc cáp, tổ tụ điện)

Cái hệ số công suất² xác định mối quan hệ pha giữa điểm không của dòng điện và đỉnh điện áp tại thời điểm tia lửa điện tắt — yếu tố này trực tiếp quyết định mức độ nghiêm trọng của điện áp phục hồi tạm thời³ (TRV) áp lực lên khe hở tiếp xúc ngay sau khi hồ quang tắt.

3. Điện áp hệ thống — Ở điện áp định mức:
Ngay sau khi hồ quang tắt, điện áp định mức toàn phần của hệ thống xuất hiện tại khe tiếp xúc dưới dạng điện áp phục hồi tạm thời (TRV). Hoạt động ngắt tải ở điện áp giảm không phải là điều kiện thử nghiệm định mức — các thiết bị phải có khả năng chịu được toàn bộ TRV ở điện áp định mức.

4. Tắt hồ quang — Trong phạm vi công suất định mức của thiết bị:
Tia lửa điện sinh ra do sự tách rời tiếp điểm phải được dập tắt trong khoảng thời gian từ lần đầu tiên đến lần thứ hai dòng điện đi qua điểm không, bằng cách sử dụng môi trường dập tắt tia lửa điện định mức của thiết bị (không khí, SF6 hoặc chân không). Nếu không dập tắt được tia lửa điện trong khoảng thời gian này, hoạt động ngắt tải được coi là không thành công.

Các thao tác ngắt tải so với các loại sự kiện chuyển mạch khác

Để hiểu rõ các thao tác ngắt tải, cần phải phân biệt chính xác với các loại sự kiện đóng cắt lân cận:

Sự kiện chuyển đổi	Trình độ hiện tại	Điện áp hiện tại	Được tạo bởi Arc	Yêu cầu thiết bị
Chuyển mạch không tải (cách ly)	0A (không tải)	Đúng	Tối giản	Công tắc ngắt / Công tắc cách ly
Hoạt động ngắt tải	≤ Trong (tải trọng bình thường)	Đúng	Trung bình	LBS / Bộ ngắt mạch
Chuyển mạch quá tải	Vào ~6× Vào	Đúng	Nặng	Cầu dao
Ngắt mạch ngắn	Lên đến Isc (lỗi)	Đúng	Cực đoan	Chỉ dành cho cầu dao
Gây ra lỗi	0 → Ipeak (lỗi)	Đúng	Cực đoan	Chỉ dành cho cầu dao
Chuyển mạch điện dung	Dòng điện dẫn nhỏ	Đúng	Áp lực TRV cao	Được xếp hạng CB hoặc LBS
Chuyển mạch cảm ứng	Dòng điện trễ nhỏ	Đúng	Áp lực TRV cao	Được xếp hạng CB hoặc LBS

Các loại hoạt động ngắt tải đặc biệt

Ngoài việc ngắt tải điện trở/điện cảm tiêu chuẩn, tiêu chuẩn IEC 62271 quy định một số loại hoạt động ngắt tải đặc biệt gây ra các tác động điện riêng biệt:

Chuyển mạch dòng sạc cáp:
Ngắt dòng điện sạc điện dung của cáp trung áp không tải (thường là dòng điện dẫn trước 1–50A). Mặc dù cường độ dòng điện thấp, nhưng hệ số công suất điện dung tạo ra hiện tượng TRV nghiêm trọng kèm theo tốc độ tăng điện áp nhanh (RRRV), có thể làm tái phát tia lửa điện sau khi dường như đã tắt. Các thiết bị phải được định mức cụ thể cho chuyển mạch dòng điện điện dung⁴ theo Phụ lục G của tiêu chuẩn IEC 62271-100.

Chuyển mạch dòng điện từ hóa cuộn cảm biến áp:
Ngắt dòng điện từ hóa cảm ứng của máy biến áp không tải (thường là dòng điện trễ 0,5–5 A). Hệ số công suất cảm ứng cao gây ra hiện tượng cắt dòng điện tần số cao và tăng điện áp (cắt dòng điện ảo), có thể tạo ra điện áp quá áp gấp 3–5 lần điện áp định mức — từ đó có thể làm hỏng lớp cách điện của máy biến áp. Các thiết bị phải được thiết kế để chịu được việc ngắt dòng điện từ hóa của máy biến áp.

Chuyển mạch vòng lặp:
Mở một vòng lặp thường đóng trong mạng phân phối hình vòng, trong đó dòng điện đi qua thiết bị chuyển mạch chính là dòng điện tuần hoàn của vòng lặp (thường là 10–200A). Việc chuyển mạch vòng lặp là một thao tác ngắt tải tiêu chuẩn, nhưng yêu cầu thiết bị phải có định mức chịu được cường độ dòng điện cụ thể của vòng lặp tại điểm lắp đặt.

Tổng quan về dòng điện ngắt tải định mức theo loại thiết bị:

Loại thiết bị	Dòng điện ngắt tải định mức	Tiêu chuẩn IEC	Nhiệm vụ đặc biệt
Công tắc ngắt tải (LBS)	Dòng định mức tối đa (400A–1250A)	IEC 62271-103	Sạc vòng lặp, sạc qua cáp
Công tắc ngắt chân không (VCB)	Dòng định mức tối đa (630A–4000A)	IEC 62271-100	Tất cả các nhiệm vụ đặc biệt
Cầu dao SF6	Dòng định mức tối đa (630A–4000A)	IEC 62271-100	Tất cả các nhiệm vụ đặc biệt
Công tắc ngắt / Công tắc cách ly	0A (không có khả năng ngắt tải)	IEC 62271-102	Không có
Công tắc nối đất	0A (không có khả năng ngắt tải)	IEC 62271-102	Không có

Các thao tác ngắt tải tác động như thế nào đến các tiếp điểm của thiết bị đóng cắt trong các hệ thống AIS, GIS và SIS?

Áp lực điện tác động lên các tiếp điểm của thiết bị đóng cắt trong quá trình ngắt tải phụ thuộc vào ba biến số tương tác với nhau: năng lượng hồ quang sinh ra khi các tiếp điểm tách rời, áp lực do điện áp phục hồi tạm thời (TRV) gây ra sau khi hồ quang tắt, và tốc độ mòn tích lũy của tiếp điểm trong suốt thời gian hoạt động của thiết bị. Mỗi loại thiết bị đóng cắt phản ứng với các áp lực này theo cách khác nhau, tùy thuộc vào môi trường dập tắt hồ quang và thiết kế tiếp điểm của nó.

Năng lượng hồ quang trong các thao tác ngắt tải

Cái năng lượng hồ quang⁵ Thời gian cho mỗi lần ngắt tải được xác định bởi thời gian tồn tại của hồ quang và điện áp hồ quang:

$E_{arc} = V_{arc} × I_{load} × t_{arc}$

Ở đâu $I_{tải}$ là dòng tải tại thời điểm ngắt mạch,$V_{arc}$ là điện áp cung (phụ thuộc vào môi trường), và $t_{arc}$ là thời gian tồn tại của vòm sáng cho đến khi tắt hẳn.

Đối với thao tác ngắt tải 630A:

• AIS (ống dẫn khí): $t_{arc}$= 20–60 ms (1–3 chu kỳ);$E_{arc}$ = 500–2.000 J
• Hệ thống GIS (bình phun SF6): $t_{arc}$= 8–20 ms (< 1 chu kỳ);$E_{arc}$ = 100–500 J
• SIS (chân không): $t_{arc}$= 2–10 ms (< 0,5 chu kỳ);$E_{arc}$ = 20–100 J

Sự chênh lệch từ 10 đến 100 lần về năng lượng hồ quang trên mỗi lần ngắt tải chính là lý do giải thích tại sao các thiết bị ngắt chân không đạt được độ bền điện E2 (1.000 lần ngắt tải đối với công tắc; 10.000 lần đối với cầu dao) như một tiêu chuẩn thiết kế, trong khi các thiết kế ống dẫn hồ quang không khí cần phải sử dụng vật liệu tiếp xúc cao cấp hơn mới có thể đạt được cấp độ E2.

Điện áp phục hồi tạm thời (TRV) sau các thao tác ngắt tải

Ngay sau khi hồ quang tắt trong quá trình ngắt tải, điện áp toàn hệ thống sẽ xuất hiện trở lại trên khe tiếp xúc dưới dạng điện áp phục hồi tạm thời. Đặc điểm của dạng sóng TRV là:

• Điện áp đỉnh TRV (Uc): Thông thường là 1,4–1,7 lần điện áp pha định mức đối với sự cố tại đầu cuối; thấp hơn đối với các thao tác ngắt tải
• Tốc độ tăng của điện áp phục hồi (RRRV): kV/μs — tốc độ tăng điện áp qua khe hở sau khi tia lửa tắt
• Tần số TRV: Được xác định bởi các đặc tính LC của mạch được kết nối

Khoảng cách tiếp xúc phải phục hồi độ bền điện môi đủ nhanh hơn tốc độ tăng của TRV — nếu tốc độ phục hồi độ bền điện môi của khoảng cách này giảm xuống dưới mức RRRV, hiện tượng tái đánh lửa sẽ xảy ra và thao tác ngắt tải sẽ thất bại. Đây là lý do tại sao việc lựa chọn môi trường dập tắt hồ quang lại vô cùng quan trọng: chân không đạt được sự phục hồi độ bền điện môi trong vài microgiây, SF6 trong vài mili giây, còn không khí thì mất vài chục mili giây.

So sánh mức độ ứng suất trong quá trình vận hành ngắt tải theo loại thiết bị đóng cắt

Thông số ứng suất	AIS (Hàng không)	Hệ thống GIS (SF6)	SIS (Chân không)
Năng lượng cung cấp trên mỗi chu kỳ (630A)	500–2.000 J	100–500 J	20–100 J
Thời gian kéo dài của cung	1–3 chu kỳ	< 1 chu kỳ	< 0,5 chu kỳ
Tốc độ phục hồi điện môi	Chậm (đơn vị mili giây)	Nhanh (đơn vị mili giây)	Rất nhanh (cỡ microgiây)
Rủi ro tái phát động của TRV	Trung bình	Thấp	Rất thấp
Mức hao mòn theo từng ca	2–10 mg	0,5–3 mg	< 0,5 mg
Khả năng đạt được của lớp E2	Có thể (thiết kế cải tiến)	Tiêu chuẩn	Bản chất
Khả năng thực hiện nhiệm vụ đặc biệt	Số lượng có hạn	Toàn bộ	Toàn bộ

Trường hợp khách hàng: Sự cố ngắt tải trong chế độ chuyển mạch điện dung

Một giám đốc mua sắm tại một công ty dịch vụ công cộng quản lý mạng lưới cáp ngầm 12 kV ở một thành phố châu Âu đã liên hệ với Bepto sau một loạt sự cố ngắt tải trên các bảng điều khiển phân phối. Các sự cố này — được đặc trưng bởi hiện tượng tia lửa điện bùng phát trở lại sau khi dường như đã tắt, tiếp theo là hiện tượng hàn tiếp điểm — xảy ra trong quá trình vận hành các mạch phân phối cáp, nơi dòng điện nạp vào cáp khoảng 12 A (dòng điện điện dung).

Kết quả điều tra cho thấy các tấm LBS đã lắp đặt được thiết kế để chịu tải cảm ứng tiêu chuẩn nhưng chưa được thử nghiệm hoặc đánh giá về khả năng chuyển mạch dòng điện dung theo Phụ lục G của tiêu chuẩn IEC 62271-100. Hệ số công suất dung kháng đã gây ra hiện tượng TRV nghiêm trọng với giá trị RRRV vượt quá tốc độ phục hồi điện môi của ống dẫn hồ quang khí, dẫn đến hiện tượng hồ quang tái phát liên tục trong mỗi lần cấp điện cho cáp.

Sau khi thay thế các bảng điều khiển bị hư hỏng bằng thiết bị đóng cắt SIS của Bepto, được trang bị các bộ ngắt mạch chân không có khả năng ngắt dòng điện dung, công ty điện lực đã xác nhận không có sự cố tái đánh lửa nào xảy ra trong 240 lần thao tác đóng cắt cáp trong 18 tháng tiếp theo. Tốc độ phục hồi điện môi trong vòng vài microgiây của bộ ngắt chân không đã mang lại biên độ an toàn chống lại hiện tượng TRV do điện dung gây ra – điều mà thiết kế ống dẫn hồ quang không khí không thể đảm bảo được.

Làm thế nào để xác định chính xác khả năng ngắt tải cho hệ thống tủ điện của bạn?

Để xác định chính xác khả năng ngắt tải, cần phải tiến hành đánh giá một cách có hệ thống mọi sự kiện đóng cắt mà thiết bị sẽ thực hiện trong suốt vòng đời hoạt động của nó — không chỉ dòng điện định mức thông thường, mà còn cả hệ số công suất, các loại tải đặc biệt và điều kiện môi trường TRV tại điểm lắp đặt cụ thể.

Bước 1: Xác định tất cả các sự kiện chuyển mạch

Ghi lại từng loại sự kiện chuyển mạch mà thiết bị sẽ thực hiện:

• Chuyển mạch tải thông thường: Dòng điện (A), hệ số công suất (cos φ), tần số (lần vận hành/năm)
• Chuyển mạch sạc qua cáp: Chiều dài cáp và dòng sạc (A dẫn); chỉ định mức định mức theo Phụ lục G của tiêu chuẩn IEC 62271-100
• Chuyển mạch từ hóa biến áp: Công suất định mức của máy biến áp (kVA) và dòng điện từ hóa (A, pha trễ); chỉ định công suất định mức của bộ chuyển mạch dòng điện từ hóa
• Chuyển mạch vòng lặp: Độ lớn dòng điện vòng lặp (A) và cấu hình hệ thống (vòng hở / vòng kín)
• Chuyển mạch cụm tụ điện: Định mức của cụm tụ điện (kVAr) và đặc tính dòng điện khởi động; chỉ định định mức chuyển mạch của cụm tụ điện
• Chuyển mạch động cơ: Công suất định mức của động cơ (kW) và đặc tính dòng khởi động; nêu rõ công suất định mức chuyển mạch lệch pha nếu có

Bước 2: Xác định các yêu cầu đối với van điều chỉnh nhiệt độ (TRV)

• Tính toán giá trị hiện tại ròng (TRV) dự kiến: Sử dụng điện trở ngắn mạch của hệ thống và các thông số của cáp/biến áp được kết nối để tính toán điện áp đỉnh TRV (Uc) và RRRV tại điểm lắp đặt
• Kiểm tra khả năng tương thích TRV của thiết bị: Xác nhận rằng dải giá trị TRV định mức của thiết bị đóng cắt được chỉ định theo Bảng 1 của tiêu chuẩn IEC 62271-100 bao gồm giá trị TRV dự kiến tại điểm lắp đặt
• Điều kiện đặc biệt của TRV: Chế độ chuyển mạch điện dung và chế độ chuyển mạch từ hóa biến áp tạo ra các dạng sóng TRV vượt quá giới hạn tiêu chuẩn của dạng sóng TRV trong trường hợp sự cố đầu cuối — cần xác minh các thông số định mức cụ thể

Bước 3: Chọn loại thiết bị và cấp độ bền

Hãy chọn cấu hình sự kiện chuyển mạch phù hợp với loại thiết bị và cấp độ độ bền tương ứng:

• Chỉ chuyển mạch tải cảm ứng/điện trở tiêu chuẩn: Được xếp hạng theo tiêu chuẩn IEC 62271-103 với cấp độ E1 hoặc E2 phù hợp
• Bao gồm cảm ứng điện dung, từ hóa hoặc chuyển mạch vòng: Thiết bị ngắt mạch (VCB hoặc SF6 CB) được định mức theo tiêu chuẩn IEC 62271-100 với các thông số định mức hoạt động đặc biệt được công bố
• Tần suất chuyển mạch cao (> 100 lần/năm): Phải sử dụng loại E2; ưu tiên sử dụng bộ ngắt chân không để đạt tốc độ mài mòn tiếp điểm thấp nhất
• Chức năng kép (ngắt tải + ngắt sự cố): Thiết bị ngắt mạch có độ bền điện E2 và độ bền cơ học M2 kết hợp; xác minh cả hai chu kỳ làm việc trong chứng chỉ thử nghiệm kiểu

Bước 4: So sánh các tiêu chuẩn và chứng nhận

• IEC 62271-100: Khả năng ngắt tải và ngắt sự cố của bộ ngắt mạch — bao gồm các thông số kỹ thuật cho các ứng dụng đặc biệt (tải điện dung, tải từ hóa, vòng lặp)
• IEC 62271-103: Khả năng ngắt tải của công tắc AC — chế độ làm việc tiêu chuẩn đối với tải cảm ứng/kháng; định mức chuyển mạch vòng
• IEC 62271-200: Bộ thiết bị đóng cắt có vỏ bọc kim loại — khả năng ngắt tải của toàn bộ bộ thiết bị, không chỉ riêng phần tử đóng cắt
• IEC 62271-1: Các thông số kỹ thuật chung — Yêu cầu đối với van điều chỉnh nhiệt độ (TRV) và định nghĩa về điện áp/dòng điện định mức
• GB/T 3804 / GB/T 11022: Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc về công tắc cao áp và cụm thiết bị đóng cắt

Các tình huống ứng dụng theo loại nhiệm vụ ngắt tải

• Chuyển mạch đường cấp nguồn trong mạng cáp đô thị: CB VCB hoặc SF6 có định mức chuyển mạch dòng điện điện dung; loại E2 dành cho các hoạt động cấp điện thường xuyên cho cáp
• Chuyển mạch vòng lặp của bộ điều khiển chính: LBS có mức định mức chuyển mạch vòng theo tiêu chuẩn IEC 62271-103; Loại E2 dành cho các hoạt động chuyển tải hàng ngày
• Chuyển mạch cao áp cho máy biến áp công nghiệp: LBS hoặc VCB có định mức dòng điện từ hóa biến áp; loại E1 dành cho các lần đóng/mở không thường xuyên
• Chuyển mạch cụm tụ điện: Bộ ngắt mạch VCB chuyên dụng cho việc chuyển mạch cụm tụ điện theo Tiêu chuẩn IEC 62271-100 Phụ lục G; có thể cần phải sử dụng cuộn cảm hạn chế dòng điện khởi động đặc biệt
• Chuyển mạch thu thập điện tại trang trại năng lượng mặt trời MV: VCB có thông số kỹ thuật về sạc cáp và từ hóa biến áp; loại E2/M2 dành cho các hoạt động hàng ngày dựa trên cường độ bức xạ
• Chuyển mạch bộ cấp nguồn động cơ MV: VCB có định mức chuyển mạch lệch pha; Loại E2 dành cho các hoạt động khởi động/dừng động cơ hàng ngày

Những sự cố thường gặp trong vận hành ngắt tải và các yêu cầu bảo trì là gì?

Các sự cố trong quá trình ngắt tải là một trong những sự cố gây thiệt hại nghiêm trọng nhất đối với thiết bị đóng cắt trung thế — do sự kết hợp giữa năng lượng phá hủy của hồ quang kéo dài và ứng suất cơ học từ quá trình đóng cắt không thành công. Việc nắm rõ các hình thức hư hỏng đặc trưng cho từng loại nhiệm vụ ngắt tải sẽ giúp đưa ra các yêu cầu kỹ thuật chủ động, xác minh quá trình vận hành thử và lập kế hoạch bảo trì.

Danh sách kiểm tra xác minh ngắt tải trước khi đưa vào vận hành

1. Kiểm tra định mức ngắt tải đối với tất cả các sự kiện đóng cắt — Xác nhận dòng điện ngắt tải định mức của thiết bị ≥ dòng điện tải tối đa tại điểm lắp đặt; xác nhận các thông số kỹ thuật cho các chế độ hoạt động đặc biệt (dung kháng, từ hóa, vòng lặp) phù hợp với tất cả các loại sự kiện đóng/mở đã xác định
2. Xác nhận khả năng tương thích với TRV — Kiểm tra xem dải giá trị TRV của thiết bị theo tiêu chuẩn IEC 62271-100 có bao phủ được giá trị TRV dự kiến đã tính toán tại điểm lắp đặt đối với tất cả các loại sự kiện chuyển mạch hay không
3. Kiểm tra cài đặt khe hở tiếp xúc — Kiểm tra xem khoảng cách tiếp xúc có nằm trong giới hạn quy định của nhà sản xuất hay không; khoảng cách không đủ sẽ làm giảm khả năng chịu tải của van điều tiết nhiệt (TRV) sau khi dập tắt hồ quang ngắt tải
4. Kiểm tra môi trường làm nguội hồ quang — Đối với GIS: kiểm tra xem áp suất SF6 có đạt áp suất nạp định mức hay không trước khi thực hiện thao tác ngắt tải lần đầu; đối với SIS: tiến hành thử nghiệm điện áp cao trong điều kiện chân không trên tất cả các bộ ngắt mạch
5. Hãy thử nghiệm ở mức dòng điện thấp trước — Nếu có thể, hãy thực hiện các thao tác ngắt tải ban đầu ở mức tải giảm trước khi chuyển mạch ở dòng điện định mức đầy đủ; nhằm xác định thời gian hoạt động cơ bản và đặc tính của hồ quang
6. Ghi lại giá trị điện trở tiếp xúc ban đầu — Đo và ghi lại điện trở tiếp xúc (< 100 μΩ) trước lần ngắt tải đầu tiên; việc so sánh sau khi vận hành giúp phát hiện hiện tượng mòn do hồ quang bất thường

Các dạng sự cố trong vận hành ngắt tải

Arc Re-Strike sau sự tuyệt chủng:
Chế độ hỏng hóc ngắt tải phổ biến nhất — hồ quang tắt khi dòng điện bằng không nhưng lại bùng phát trở lại khi điện áp TRV tăng lên qua khe tiếp điểm nhanh hơn tốc độ phục hồi độ bền điện môi. Hiện tượng tái bùng phát tạo ra một hồ quang thứ hai có năng lượng cao hơn hồ quang ban đầu, gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho tiếp điểm và có thể dẫn đến hiện tượng hàn dính tiếp điểm. Nguyên nhân chính:

• Chuyển mạch điện dung mà không có khả năng chuyển mạch điện dung định mức
• Áp suất SF6 dưới mức hoạt động tối thiểu (GIS)
• Sự suy giảm của bộ ngắt chân không (SIS)
• Khoảng cách tiếp xúc không đủ (tất cả các loại)

Hàn tiếp xúc:
Các hoạt động đóng mạch dòng điện cao hoặc các sự cố tái đánh lửa hồ quang nghiêm trọng có thể gây ra hiện tượng nóng chảy tạm thời bề mặt tiếp điểm. Các tiếp điểm hàn không thể ngắt mạch khi nhận lệnh ngắt tiếp theo — đây là chế độ hỏng hóc ngắt tải nguy hiểm nhất, vì nó cản trở việc cách ly sự cố. Nguyên nhân chính:

• Kết nối vào một điểm sự cố không được phát hiện (vượt quá định mức đóng mạch khi có tải)
• Tia hồ quang tái phát với các bề mặt tiếp xúc ở vị trí gần chạm nhau
• Vật liệu tiếp xúc chưa được tối ưu hóa cho môi trường dập tắt hồ quang cụ thể

Tắt hồ quang không hoàn toàn (hồ quang duy trì):
Tia lửa điện không tắt tại bất kỳ điểm giao cắt dòng điện bằng không nào, dẫn đến việc duy trì một kênh plasma dẫn điện, từ đó dần dần làm hỏng cụm tiếp điểm, ống dẫn tia lửa và lớp cách điện xung quanh. Trong tủ điện kín, tia lửa điện kéo dài tạo ra áp suất và nhiệt độ cực cao — gây ra sự cố chập điện bên trong. Nguyên nhân chính:

• Dòng điện vượt quá khả năng ngắt tải định mức (dòng quá tải hoặc dòng sự cố)
• Sự cố môi trường dập hồ quang (rò rỉ SF6, mất chân không)
• Tiếp xúc điện cực không đủ để tạo ra điện áp hồ quang thích hợp

Lịch bảo trì cho thiết bị đóng cắt tải

Cơ chế kích hoạt	Hành động	Tiêu chuẩn tham chiếu
Hàng năm	Đo điện trở tiếp xúc; kiểm tra số lần hoạt động	IEC 62271-100
Trên mỗi 100 lần ngắt tải (E1)	Kiểm tra bằng mắt thường; Đánh giá sự ăn mòn do hồ quang	Quy trình của nhà sản xuất
Trên mỗi 500 lần ngắt tải (E2)	Xu hướng điện trở tiếp xúc; Kiểm tra ống dẫn hồ quang / khí / chân không	IEC 62271-100
Mỗi lần ngắt mạch do sự cố	Kiểm tra trực tiếp tại chỗ; kiểm tra môi trường dập tắt hồ quang	IEC 62271-100
Điện trở tiếp xúc > 150 μΩ	Kiểm tra tình trạng bề mặt tiếp xúc; lên lịch thay thế	IEC 62271-100
Tại giới hạn E1 / E2	Phải tiến hành đánh giá tiếp xúc trước khi tiếp tục cung cấp dịch vụ	IEC 62271-100/103

Những sai sót thường gặp về kỹ thuật và vận hành

• Sử dụng thiết bị ngắt mạch để ngắt tải — Các thiết bị ngắt mạch không có khả năng ngắt tải; việc cố gắng ngắt thiết bị ngắt mạch khi có dòng tải sẽ gây ra một tia lửa điện kéo dài và không kiểm soát được, dẫn đến hư hỏng thiết bị và đe dọa an toàn cho nhân viên
• Xác định LBS cho công tắc điện dung không có xếp hạng theo Phụ lục G — Các thông số định mức ngắt tải tiêu chuẩn của LBS không áp dụng cho van điều chỉnh nhiệt độ điện dung (TRV); luôn kiểm tra khả năng ngắt mạch điện dung cụ thể cho các ứng dụng đường dây cấp điện
• Không tính đến hệ số công suất trong thông số kỹ thuật ngắt tải — một thiết bị được định mức cho công suất ngắt tải điện trở 630A có thể bị hỏng khi thực hiện nhiệm vụ ngắt tải điện cảm 630A nếu việc hiệu chỉnh hệ số công suất không được xác minh trong thử nghiệm kiểu
• Hoạt động ở áp suất thấp hơn áp suất hoạt động tối thiểu của SF6 — Khả năng ngắt mạch của hệ thống GIS phụ thuộc trực tiếp vào áp suất SF6; khi áp suất xuống dưới mức tối thiểu, quá trình dập tắt hồ quang sẽ thất bại và có khả năng xảy ra hiện tượng dính tiếp điểm

Kết luận

Các thao tác ngắt tải là nhiệm vụ điện chính của thiết bị đóng cắt trung áp — những sự kiện đóng cắt cụ thể trong đó việc ngắt dòng điện dưới điện áp hệ thống đầy đủ tạo ra các tia lửa điện gây áp lực lên các tiếp điểm, gây khó khăn cho quá trình phục hồi điện môi và làm hao mòn giới hạn chịu đựng điện của thiết bị trong mỗi lần vận hành. Việc xác định chính xác hồ sơ nhiệm vụ ngắt tải — cường độ dòng điện, hệ số công suất, các loại nhiệm vụ đặc biệt, môi trường TRV và tần suất đóng cắt — là nền tảng kỹ thuật của mọi thông số kỹ thuật đáng tin cậy cho thiết bị đóng cắt trung áp.

Hãy xác định mọi thao tác đóng cắt mà thiết bị của bạn sẽ thực hiện, kiểm tra các thông số định mức ngắt tải đối với tất cả các loại tải, bao gồm cả các loại đặc biệt, và tuyệt đối không được yêu cầu thiết bị ngắt mạch thực hiện nhiệm vụ của thiết bị ngắt tải — bởi vì trong hệ thống đóng cắt trung áp, sự khác biệt giữa thao tác ngắt tải theo định mức và thao tác không theo định mức chính là sự khác biệt giữa một thao tác đóng cắt được kiểm soát và một sự cố hồ quang thảm khốc.

Câu hỏi thường gặp về các thao tác ngắt tải trong tủ điện

1. Tham khảo tiêu chuẩn quốc tế về công tắc và công tắc ngắt mạch dòng điện xoay chiều có điện áp định mức trên 1 kV. ↩

2. Hiểu mối quan hệ giữa công suất thực và công suất biểu kiến cũng như tác động của nó đối với việc ngắt mạch. ↩

3. Tìm hiểu về điện áp xuất hiện giữa các tiếp điểm của thiết bị đóng cắt khi hồ quang tắt. ↩

4. Phân tích các yêu cầu kỹ thuật cụ thể và các tác động liên quan đến việc đóng/mở các tải điện dung trong lưới điện. ↩

5. Khám phá năng lượng nhiệt được tạo ra bởi hồ quang điện trong quá trình tách các tiếp điểm dẫn điện. ↩