Cầu dao (bộ ngắt mạch) là một thiết bị điều khiển và bảo vệ được sử dụng để đóng cắt lưới điện và bảo vệ hệ thống điện:
- Ngắt mạch thủ công hoặc tự động trong điều kiện bình thường và khi có sự cố;
- Ngắt mạch tự động và đóng đường dẫn khi ngắn mạch và quá dòng;
- Tải dòng điện sự cố trong một thời gian ngắn trong khi cầu dao nối tiếp khác xử lý lỗi xảy ra trên mạch;
Dựa trên ba nhiệm vụ của cầu dao được đề cập ở trên được chia thành 6 xếp hạng cầu dao bao gồm:
- Công suất ngắt (breaking capacity);
- Công suất đỉnh (making capacity);
- Chu kỳ làm việc của cầu dao (trình tự hoạt động định mức);
- Xếp hạng điện áp;
- Công suất hoạt động ngắn hạn;
- Xếp hạng cường độ thông thường.
1. Công suất ngắt
Công suất ngắt là lỗi hoặc dòng điện ngắn mạch (RMS) tối đa mà cầu dao có thể chịu được hoặc ngắt, bằng cách mở các tiếp điểm bên trong nó mà không làm hỏng các thiết bị được kết nối vào hệ thống điện.
Công suất đánh thủng của cầu dao được biểu thị bằng giá trị RMS vì các yếu tố đối xứng và không đối xứng do sự hiện diện của các gợn sóng và các thành phần DC trong thời gian sự cố xảy ra trong thời gian rất ngắn.
Công suất đánh thủng của cầu dao đã được đánh giá theo đơn vị MVA trước đó khi xét đến dòng điện đánh thủng danh định và điện áp hoạt động danh định. Nó có thể được tính như sau:
Công suất ngắt = √3 x V x I x 10-6 … MVA hoặc
Công suất ngắt hoặc ngắt = √3 x Điện áp dòng định mức x Dòng định mức x 10-6 … MVA.
Ví dụ: Cầu dao ngắt có công suất ngắt 100MVA và điện áp dịch vụ danh định 11kV, cường độ ngắt tính như sau:
Cường độ dòng điện ngắt = 100 x 10-6 / (√3 x 11kV) = 52,48 kA.
Tại sao đơn vị công suất ngắt là kW thay vì MVA?
Rõ ràng là không hợp lý khi xếp hạng một cầu dao theo đơn vị MVA khi ngắn mạch vì nó có điện áp rất thấp và cường độ dòng điện rất cao trong thời gian xảy ra sự cố ngắn mạch.
Vì những lý do này, các nhà sản xuất tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế sửa đổi và gần đây xếp hạng công suất ngắt của cầu dao trong việc ngắt dòng điện đối xứng là kA thay vì MVA. Đánh giá công suất đánh thủng của cầu dao bằng ampe hoặc kA.
2. Công suất đỉnh
Công suất đỉnh của cầu dao là giá trị đỉnh của dòng điện mà cầu dao có thể tải tại thời điểm đóng các tiếp điểm bên trong.
Hãy nhớ rằng công suất ngắt mạch được đánh giá bằng kA được biểu thị bằng giá trị đỉnh thay vì giá trị RMS (khả năng ngắt được đánh giá bằng giá trị RMS). Điều này là do công suất làm cho các tiếp điểm của cầu dao thành công trong dòng sự cố trong khi xử lý các lực điện từ và dập tắt hồ quang mà không làm hỏng cầu dao và mạch điện.
Các lực có hại này tỷ lệ thuận với bình phương giá trị tức thời cực đại của dòng điện khi đóng. Đây là lý do tại sao công suất tạo ra được nêu trong giá trị Đỉnh so với công suất ngắt được biểu thị bằng giá trị RMS.
Giá trị của dòng ngắn mạch là cực đại tại pha đầu tiên hoặc các sóng trong trường hợp không đối xứng cực đại trong một pha được kết nối với cầu dao. Nói một cách dễ hiểu, Dòng điện tạo ra bằng giá trị lớn nhất của dòng điện không đối xứng tức là Công suất đỉnh luôn lớn hơn Công suất ngắt.
Dòng điện tạo ngắn mạch danh định được lấy bằng giá trị 2,5 x RMS của các thành phần xoay chiều của dòng điện đánh thủng danh định theo lý thuyết, dòng sự cố có thể tăng lên gấp đôi mức sự cố đối xứng của nó ở giai đoạn đầu.
Công suất đỉnh của cầu dao có thể được tính như sau: Công suất đỉnh = Dòng phá vỡ đối xứng x √2
Nhân biểu thức trên với 1,8 để bao gồm hiệu ứng nhân đôi của tính bất đối xứng tối đa, tức là ảnh hưởng của dòng điện ngắn mạch có xét đến sự giảm nhẹ của dòng điện trong chu kỳ quý đầu tiên.
- Công suất đỉnh = √2 x 1.8 x Dòng phá vỡ đối xứng = 2.55 x Dòng phá vỡ đối xứng.
3. Chu kỳ làm việc của cầu dao
Chu kỳ làm việc hoặc trình tự làm việc danh định của cầu dao có thể được biểu thị như sau:
O-t-CO-t’-CO
Ở đây:
- O = Hoạt động mở của cầu dao;
- t = 0,3 giây cho nhiệm vụ tự động đóng lại đầu tiên nếu không được chỉ định;
- t’= Thời gian giữa hai lần vận hành (khôi phục tình trạng ban đầu và ngăn chặn sự phát nóng không thích hợp của các tiếp điểm cầu dao;
- CO = Đóng lại ngay sau khi mở tiếp điểm mà không có thời gian trễ.
4. Điện áp định mức
Giá trị tới hạn điện áp tối đa an toàn mà cầu dao có thể làm việc mà không bị hư hỏng được gọi là điện áp danh định của cầu dao.
Giá trị điện áp danh định của cầu dao phụ thuộc vào chiều dày cách điện và vật liệu cách điện được sử dụng trong chế tạo cầu dao. Điện áp danh định của cầu dao liên quan đến điện áp cao nhất của hệ thống do điện áp tăng vì không tải hoặc tải đột ngột thay đổi đến giá trị thấp hơn. Bằng cách này, nó có thể xử lý sự gia tăng điện áp hệ thống đến công suất danh định cao nhất.
Ví dụ, cầu dao phải chịu được 10% điện áp danh định của hệ thống trong trường hợp hệ thống 40kV mà giới hạn trên 5% trên điện áp hệ thống 400kV.
Mặt khác, cầu dao điện áp danh định 400V AC không được làm việc ở điện áp cao hơn, tức là 1000V trở lên, trong khi cầu dao điện áp định mức 1000V AC có thể được sử dụng trên 400V của điện áp hệ thống. Nếu chúng ta sử dụng cầu dao ở mức điện áp danh định, nó sẽ có khả năng dập tắt hồ quang sinh ra trong các tiếp điểm của cầu dao.
Nói chung, điện áp định mức của cầu dao phải cao hơn định mức của bus bar và tải trong hệ thống điện. Thông thường, có hai loại cầu dao liên quan đến cấp điện áp tức là cầu dao điện áp thấp và cầu dao điện áp cao có các tính năng sau:
- Cầu dao hạ thế có thể được sử dụng cho 1kV AC và 1,2kV DC trong khi mức điện áp cao hơn các cầu dao hạ thế.
- Cầu dao điện áp cao được sử dụng trong cả điều khiển trong nhà và ngoài trời trong hệ thống điện áp cao trong khi cầu dao điện áp thấp được sử dụng trong nhà.
- Cầu dao điện áp thấp phức tạp hơn và hoạt động thường xuyên hơn cầu dao điện áp cao vì khoảng cách pha với pha và pha với đất ít hơn.
Tham khảo: Electrical Technology
