Nghiên cứu máy cắt thấp áp Schneider ứng dụng trong trạm phát dự phòng

Nghiên cứu máy cắt thấp áp Schneider. Phân tích ứng dụng trong bảng điện chính các trạm phát dự phòng, đảm bảo khởi động tự động động cơ diesel.

• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu máy cắt thấp áp dòng lớn hãng schneider ứng dụng trong bảng điện chính các trạm phát dự phòng khởi động tự động các động cơ diesel
• Loại tài liệu: Đồ án

Tóm tắt

I. Khái niệm và chức năng máy cắt thấp áp Schneider

Máy cắt thấp áp Schneider (còn gọi là áptômát hay máy ngắt không khí tự động) là một thiết bị điện tự động quan trọng trong hệ thống điện. Nó có khả năng cắt mạch điện khi xảy ra các sự cố như quá tải, ngắn mạch, điện áp thấp và công suất ngược. Các máy cắt hạ áp hiện đại của Schneider có thể hoạt động trong mạch điện với điện áp định mức đến 660V xoay chiều và 330V một chiều, với dòng điện định mức tới 6000A. Những thiết bị tiên tiến nhất có thể cắt dòng điện tới 300 kA, đảm bảo bảo vệ toàn diện cho hệ thống điện. Ngoài vai trò bảo vệ, máy cắt thấp áp Schneider còn được sử dụng để đóng, cắt không thường xuyên các mạch điện ở chế độ bình thường, làm cho nó trở thành thiết bị đa năng trong các trạm dự phòng.

1.1. Đặc điểm kỹ thuật cơ bản

Các thông số cơ bản của máy cắt thấp áp Schneider bao gồm: dòng điện định mức Iđm, điện áp định mức Uđm, dòng điện ngắt giới hạn và thời gian tác động. Thiết bị được thiết kế để làm việc ở chế độ làm việc dài hạn, cho phép dòng điện định mức chảy qua lâu dài mà không bị ảnh hưởng. Tiếp điểm chính của máy phải chịu được dòng điện ngắn mạch lớn khi đóng hay đang đóng.

1.2. Ứng dụng trong các trạm dự phòng

Trong các trạm phát dự phòng tự động, máy cắt thấp áp Schneider đóng vai trò bảo vệ và điều khiển các thiết bị điện quan trọng. Nó đảm bảo an toàn cho bảng điện chính và các động cơ diesel khởi động tự động. Với khả năng ngắt nhanh các dòng điện ngắn mạch, thiết bị bảo vệ toàn bộ hệ thống khỏi những sự cố đột ngột.

II. Yêu cầu kỹ thuật cho máy cắt thấp áp Schneider

Để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và hiệu quả trong hệ thống điện hiện đại, máy cắt thấp áp Schneider phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt. Trước hết, thiết bị phải ngắt được dòng điện ngắn mạch lớn có thể đến vài chục kilôampe mà không gây hại. Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, máy cắt phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức. Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động, máy cắt phải có thời gian cắt bé để hạn chế sự ngắn mạch. Ngoài ra, cần giảm kích thước lắp đặt và đảm bảo an toàn vận hành bằng cách hạn chế vùng cháy hồ quang. Để thực hiện yêu cầu thao tác có chọn lọc, máy cắt cần khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động một cách linh hoạt.

2.1. Thời gian tác động và công thức tính toán

Thời gian tác động là thông số quan trọng của máy cắt thấp áp Schneider, tính từ lúc xảy ra sự cố đến khi ngắn mạch điện bị ngắt hoàn toàn: CT: t = t₀ + t₁ + t₂. Trong đó, t₀ là thời gian tính từ lúc xảy ra ngắn mạch đến khi dòng điện đạt tới trị số tác động I = Itđ. t₁ là thời gian từ khi dòng đạt tới Itđ đến khi tiếp điểm bắt đầu chuyển động. t₂ là thời gian cháy của hồ quang, phụ thuộc bộ phận dập hồ quang.

2.2. Bảo vệ với tính năng dập hồ quang

Bộ phận dập hồ quang của máy cắt thấp áp Schneider rất quan trọng để giảm thiểu nguy hiểm cháy nổ và đảm bảo an toàn vận hành. Khi dòng điện ngắn mạch bị cắt, hồ quang điện được sinh ra phải được dập nhanh chóng bằng các biện pháp kỹ thuật tiên tiến của Schneider.

III. Phân loại máy cắt thấp áp Schneider

Máy cắt thấp áp Schneider được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau để phù hợp với các ứng dụng cụ thể trong hệ thống điện. Phân loại theo kết cấu bao gồm: loại một cực, loại hai cực và loại ba cực, mỗi loại phục vụ cho các nhu cầu bảo vệ khác nhau. Theo thời gian tác động, máy cắt được chia thành tác động tức thời (nhanh) và tác động không tức thời, với thời gian tác động bình thường khoảng 0.01s cho máy ngắt thông thường, còn máy cắt tác động nhanh có thời gian t₁ = 0.008s. Theo công cụ bảo vệ, máy cắt Schneider có nhiều biến thể bao gồm áptômát dòng cực đại, dòng cực tiểu, bảo vệ điện áp thấp, bảo vệ công suất ngược và áptômát vạn năng với các thông số bảo vệ có thể chỉnh định được.

3.1. Phân loại theo kết cấu và thời gian tác động

Máy cắt thấp áp Schneider được chia thành loại một cực, hai cực và ba cực để phù hợp với các mạch điện đơn pha và ba pha. Theo thời gian tác động, các máy cắt được phân chia thành tác động tức thời (nhanh) dành cho bảo vệ ngắn mạch nhanh, và tác động không tức thời dành cho bảo vệ quá tải có sự chậm trễ hợp lý.

3.2. Phân loại theo công cụ bảo vệ

Theo công cụ bảo vệ, máy cắt Schneider có các biến thể như áptômát điện áp thấp, áptômát bảo vệ công suất ngược, áptômát vạn năng với các thông số bảo vệ có thể chỉnh định. Áptômát định hình bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt và bảo vệ quá điện áp bằng rơle điện từ, đáp ứng yêu cầu bảo vệ chọn lọc trong hệ thống.

IV. Ứng dụng máy cắt thấp áp Schneider trong trạm dự phòng

Máy cắt thấp áp Schneider đóng vai trò thiết yếu trong các trạm phát dự phòng tự động toàn phần, đặc biệt trong bảng điện chính phân phối của các hệ thống khởi động tự động động cơ diesel. Trong môi trường trạm dự phòng, máy cắt Schneider phải đảm bảo độ tin cậy cao để bảo vệ các thiết bị điện chủ yếu như máy phát điện, máy biến áp, cáp nguồn và toàn bộ hệ thống điện chính. Khi xảy ra các sự cố như ngắn mạch, chạm đất, mất pha, quá tải, máy cắt phải kịp thời sa thải những phần hệ thống bị lỗi khỏi hệ thống để xử lý nhanh chóng. Với công nghệ tiên tiến của Schneider, máy cắt thấp áp cung cấp bảo vệ có chọn lọc giữa các phần khác nhau của hệ thống điện, tối ưu hóa tính tin cậy và giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động của trạm dự phòng.

4.1. Vai trò trong bảng điện chính trạm dự phòng

Trong bảng điện chính của trạm phát dự phòng, máy cắt thấp áp Schneider là thiết bị bảo vệ chính cho các động cơ diesel khởi động tự động. Nó đảm bảo an toàn điện cho toàn hệ thống và kịp thời cắt các mạch bị sự cố, ngăn chặn tổn hại thiết bị và mất mát năng lượng. Với thời gian tác động nhanh và đáng tin cậy, máy cắt Schneider bảo vệ hiệu quả các thiết bị đắt tiền trong trạm.

4.2. Đảm bảo độ tin cậy và khả năng chọn lọc

Máy cắt thấp áp Schneider trong trạm dự phòng phải hoạt động với độ tin cậy cao và bảo vệ có chọn lọc để phân biệt được các loại sự cố khác nhau. Với khả năng điều chỉnh thông số bảo vệ, máy cắt đảm bảo chỉ cắt phần mạch bị lỗi mà không ảnh hưởng đến các phần khác của hệ thống, duy trì tính liên tục cung cấp điện cho trạm phát dự phòng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Để hạn chế những hậu quả nguy hiểm gây phá hỏng sự cố quá dòng, quá tải, sự cố hỏng cách điện, và cách ly phần hư hỏng ra khỏi lưới vì vậy việc lựa chọn thiết bị để bảo vệ cho mạch điện hết sức quan trọng, và việc lựa chọn 17 phải dựa trên rất nhiều yếu tố nhưng phải phù hợp với các tiêu chuẩn của từng thiết bị, và phải tuân thủ theo tiêu chuẩn quốc tế. Lựa chọn theo mức dòng Việc lựa chọn áptômát chủ yếu dựa vào: Dòng địên tính toán trong mạch, dòng điện quá tải, tính thao tác chọn lọc. Ngoài ra lựa chọn áptômát còn phải căn cứ vào đặt tính làm việc của phụ tải là áptômát không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện động trong phụ tải công nghệ. Yêu cầu chung là làm việc định mức của móc bảo vệ I áptômát không được bé hơn dòng điện tính toán Itt của mạch: Iáptômát ≥ Itt ( 1-2 ) Tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc của phụ tải, người ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150%, hay lớn hơn nữa so với dòng điện tính toán mạch.

Sau cùng ta chọn áptômát theo các số liệu kỹ thuật đã cho của nhà chế tạo. Áptômát được lựa chọn từ hai hệ thống: Hệ thống cắt mạch điện và hệ thống dò tìm sự cố. + Chọn hệ thống cách bố trí cắt mạch điện Hệ thống này gồm có liện động cơ khí với các cực cắt dòng điện và sẽ được bố trí theo các chức năng sau: Số luợng các cực: Số lượng các dây dẫn để cắt, điện áp định mức (điện áp sử dụng), loại dòng điện (xoay chiều hay một chiều). Dòng điện Ib: dòng điện sử dụng của mạch điện, chính dòng điện này cho phép ta xác định dòng điện định mức mà người ta gọi là “cỡ áptômát”.

Dòng điện ngắn mạch Icc: đó là dòng ngắn mạch mà khí cụ điện (áptômát) có thể chấp nhận được để có thể cắt tiến hành bảo vệ ngay lập tức các thiết bị điện phía sau của áptômát. Chúng ta luôn luôn phải chọn áptômát có khả năng cắt cao hơn dòng Icc đã tính toán ở phía sau áptômát. 18 + Chọn loại hệ thống mở ( hay dò tìm sự cố để thực hiện tác động mở ) Sự bố trí điện từ - nhiệt hay điện tử, thực hiện điều khiển của các cực cắt, được chọn theo chức năng: Dòng Ib, dòng điện cực đại mà nó đi qua mạch điện khi làm việc bình thường. Dòng điện đột ngột xuất hiện khi đặt dưới điện áp (dòng điện mở máy).

Tùy theo giá trị quá dòng điện này, người ta xác định loại đuờng cong sử dụng (B, C, D…) của hệ thống mở của áptômát. (chọn đuờng đặt tuyến của hệ thống trong catôlô mà các nhà sản xuất và viện giám định khoa học kỹ thuật giám định. Ngoài ra CB còn đƣợc lựa chọn tuỳ vào Các đặc tính điện mà nó được đặt vào: môi trường sử dụng của thiết bị, nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong tủ hoặc không, các điều kiện khí hậu khả năng tạo và cắt dòng ngắn mạch. Các yêu cầu khai thác tính chọn lọc, các yêu cầu như điều khiển từ xa, các công tắc phụ, các cuộn dây tác động phụ, có đưa thêm vào hệ thống mạng tín hiệu nội bộ (thông tin, điều khiển, chỉ thị,…) Các quy tắc lắp đặt, đặc biệt là bảo vệ con người Các đặc tính tải như là động cơ, đèn chiếu sáng huỳnh quang, máy biến áp Những bước tiếp theo gắn liền với việc chọn một CB trong lưói phân phối.

+ Chọn dòng định mức phụ thuộc nhiệt độ môi trường Dòng định mức của một CB được xác định theo sự vận hành của thiết bị ứng với nhiệt độ môi trường cho trước, thường là 300 cho các CB dân dụng, 400 cho CB công nghiệp. Sự vận hành các CB trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau phụ thuộc vào công nghệ chế tạo bộ tác động + Các bộ tác động kiểu điện từ nhiệt không bù Các CB với bộ tác động theo nguyên tắc nhiệt không bù có dòng tác động phụ thuộc vào nhiệt độ. Nếu như thiết bị được đặt trong tủ, hoặc trong môi trường nhiệt độ cao thì dòng tác động khi quá tải có thể bị giảm xuống. Có thể 19 chuyển hạng nếu CB làm việc với nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuẩn.

Vì vậy, các nhà thiết kế phải cung cấp bảng chuyển hạng cho thiết bị được thiết kế, mặt khác các thiệt bị dạng môđun thường được lắp cạnh nhau trong tủ kim loại có kích thước nhỏ. Tác dụng nhiệt qua lại khi có dòng, sẽ làm chúng xuống hạng theo hệ số 0. Các bộ phận này được trang bị một thanh lưỡng kim bù nhiệt cho phép chọn dòng hiệu chỉnh Ir của bộ phận tác động theo sự thay đổi nhiệt độ trong phạm vi định sẵn CB ( ≤ 630A ) thường được trang bị bộ phận tác động từ nhiệt có bù từ -50 đến +400. Ghi chú liên quan đến việc giảm định mức của CB Một CB có định mức dòng theo nhiệt độ môi trường chuẩn (300C) sẽ bị quá nhiệt khi mang nhiệt cùng dòng ở 500C.

Vì CB hạ áp có thiết bị bảo vệ quá dòng (nếu không được bù) sẽ tác động ở mức thấp hơn khi nhiệt độ cao hơn, CB tự động bị giảm định mức do bộ tác động quá tải. khi bộ tác động nhiệt được bù có thể chỉnh ở (0.In trong môi trường -50C đến 400 C. Với các CB được bù này trong catalogue thường có giá trị xướng hạng của In ở nhiệt độ trên mức được bù, ví dụ như 500C và 600C, như 95A ở 500C và 90A ở 600C cho CB 100A. + Bộ tác động kiểu điện tử Có ưu điểm lớn về ổn định khi vận hành trong điều kiện nhiệt độ thay đổi.

Mặc dù vậy, các thiết bị đóng cắt vẫn chịu ảnh hưởng nhiệt độ nên nhà chế tạo thường cung cấp dưới dạng biểu đồ các giá trị lớn nhất của ngưỡng dòng tác động cho phép theo nhiệt độ. + Chọn ngưỡng cắt tức thời hoặc có trễ ngắn Sau đây là bảng tổng kết các đặc điểm chính của bộ tác động kiểu từ hoặc có trễ ngắn (theo phân loại của IEC898), bảng tác động tức thời hoặc có trễ ngắn. Bảng tác động tức thời hoặc có trễ Dạng Bộ tác động Ứng dụng Máy phát dự phòng Ngưỡng thấp dạng B Dây có chiều dài lớn Bảo vệ mạch: Trường Ngưỡng chuẩn dạng C hợp chung Bảo vệ mạch trong Ngưỡng cao dạng D, K trường hợp quá độ ban đầu lớn Bảo vệ động cơ khi 12In dạng MA phối hợp với công tác tơ ngắt + Chọn CB theo khả năng cắt Lắp một CB bảo vệ trong mạng phân phối điện hạ thế cần phải đáp ứng một trong hai điều kiện sau đây: Hoặc có khả năng cắt Icu (hoặc Icn) ít nhất có giá trị bằng dòng ngắn mạch giả định tại điểm lắp đặt. Hoặc, nếu không phải kết hợp với một thiết bị cắt khác đặt phía trước và có khả năng cắt cần thiết.

Trong trường hợp này đặc tính của hai thiết bị phải được phối hợp sao cho năng lượng đi qua thiết bị phía trước không lớn hơn khả năng chịu đựng (không bị hư hại) của các thiết bị phía sau và của hệ thống dây dẫn được bảo vệ bằng các thiết bị này. Khả năng tận dụng trong: 21 Phối hợp cầu chì – CB Phối hợp CB giới hạn dòng và CB tiêu chuẩn. Một số loại áptômát a) ÁPtômát vạn năng có phần tử bảo vệ điện tử, nhiệt. ÁPtômát loại này được chế tạo cho các mạch điện công suất lớn, có thể chỉnh định được các thông số bảo vệ trong phạm vi tương đối rộng.

Loại này thường có bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ mất điện áp. Nó không có vỏ, dùng để trong các trạm hạ áp, các trạm phân phối hình 1.12 trình bày nguyên lý cấu tạo của áptômát vặn năng có dòng điện định mức lớn hơn 200A ở trạng thái ngắt. Áptômát vạn năng. 1, Tiếp điểm dập hồ quang 2, buồng dập hồ quang 3, Tiếp điểm làm việc 4, Cuộn dây đóng 5, Rơle nhiệt 6,7.

Cõ cấu tự do tuột khớp 8. Rơle dòng điện cực đại 9, 10. Cuộn dây cắt từ xa 12 Cần đóng cắt 13. Nếu quay tay gạt 12 đi một góc đến vị trí đóng hoặc điều khiển từ xa bằng hệ thống điện từ 4, thanh 6, 7 sẽ ép lên thanh gắn các tiếp điểm quay 22 trục O1.

Lần lượt các tiếp điểm hồ quang 1 và tiếp điểm làm việc 3 đóng, mạch điện được đóng hoàn toàn. Khi có sự cố các phần tử bảo vệ cần tác động đẩy cơ cấu tự do tuột khỏi khớp (thanh 6,7) lò xo 9 sẽ kéo thanh gắn tiếp điểm động, lần lượt tiếp điểm làm việc 3 sau đó tiếp điểm hồ quang 1 mở ra. Hồ quang xuất hiện trên tiếp điểm 1 và nhanh chóng được dập tắt nhờ buồng dập hồ quang 2. Các phần tử bảo vệ bao gồm: bảo vệ quá tải nhờ rơle nhiệt 5, 7, bảo vệ ngắn mạch bằng rơle dòng điện cực đại 8 có cuộn dây (thường là thanh cái với số vòng w = 1 đi qua mạch từ) mắc nối tiếp với dòng điện động lực, bảo vệ mất điện áp bằng rơle điện áp 10 có điện áp mắc song song với hai pha của lưới điện, nam châm 11 để cắt áptômát từ xa khi cần thiết.

b) Áptômát định hình: Hình 1. Áptômát định hình. 1, Đầu nối 2, Đế 3, Buồng dâp hồ quang 4, Tiếp điểm tĩnh 5, Cơ cấu truyền động 6, Bảo vệ quá tải 7, Bảo vệ ngắn mạch 8, Nút cắt. Loại áptômát này thường có dòng điện định mức đến 1600A, dùng cho cả mạch xoay chiều lẫn một chiều.15 trình bày nguyên lý cấu tạo của áptômát định hình.

Loại này thường chỉ có rơle nhiệt và rơle dòng điện cực 23 đại để bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Tất cả các chi tiết đều được đặt trong vỏ nhựa kín có kích thước nhỏ, gọn, sử dụng rất tiện lợi, dùng để thay thế cầu dao, cầu chì rất tốt. 24 CHƢƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ ÁPTÔMÁT HÃNG SCHNEIDER 2. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay các nhà máy xí nghiệp, các đô thị phát truyển kéo theo là các tòa nhà cao tầng, các khu vui chơi…đã phát truyển một cách nhanh chóng.