Cầu Chì Cao Áp: Khái Niệm, Phân Loại và Cấu Tạo | Môn Khí cụ điện - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58728417
Chương 3: Cầu chì cao áp
3.1. Khái niệm cầu chì cao áp
Cầu chì cao áp (High Voltage Fuse) là loại cầu chì được lắp đặt và sử dụng trong các hệ thống
điện có điện áp lên tới 115KV dùng để bảo vệ đường dây các thiết bị như máy biến áp khỏi các sự
cố như ngắn mạch, quá dòng
Hiện tượng quá dòng xảy ra có thể do quá tải, ngắn mạch dòng rò và một vài sự cố khác
Một số vị trí cần cầu chì cao áp
Đặt phía trên máy biến áp để bảo vệ khi ngắn mạch
Kết hợp với cầu dao phụ tải thành máy cắt phụ tải để bảo vệ đường dây trung áp
Bảo vệ máy biến áp đo lường ở các cấp điện áp
3.2. Phân loại của cầu chì cao áp
Cầu chì cao áp được phân loại dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm điện áp định mức, dòng định mức,
hình dạng, và các tính năng bảo vệ cụ thể. Dưới đây là một số phân loại chính của cầu chì cao áp:
Theo điện áp định mức:
Cầu chì cao áp định mức thấp: Thường được sử dụng trong các hệ thống điện cao áp với điện áp dưới 1 kV.
Cầu chì cao áp định mức trung bình: Sử dụng trong các hệ thống điện cao áp có điện áp từ 1 kV đến khoảng 38 kV.
Cầu chì cao áp định mức cao: Dành cho các hệ thống điện cao áp với điện áp từ 38 kV trở lên. Theo hình dạng:
Cầu chì trụ (cartridge fuses): Có hình dạng trụ và thường được sử dụng trong các thiết bị bảo vệ
cá nhân và thiết bị công nghiệp nhỏ.
Cầu chì cố định (expulsion fuses): Có hình dạng dài và thường được sử dụng trong các trạm biến
áp và hệ thống điện trung áp.
Theo tính năng bảo vệ:
Cầu chì bảo vệ quá tải: Sử dụng để ngăn chặn dòng điện vượt quá dòng định mức của thiết bị.
Cầu chì bảo vệ ngắn mạch: Được thiết kế để đứt mạch khi có sự cố ngắn mạch trong hệ thống. lOMoAR cPSD| 58728417
Theo chất liệu làm:
Cầu chì chì: Sử dụng chì làm chất nổ để ngắt mạch.
Cầu chì khí: Sử dụng khí hoặc hỗn hợp khí để làm chất nổ.
Theo dòng định mức:
Cầu chì dòng nhỏ (low current fuses): Dành cho ứng dụng với dòng điện thấp.
Cầu chì dòng lớn (high current fuses): Sử dụng trong các hệ thống có dòng điện lớn.
Theo mục đích sử dụng:
Cầu chì bảo vệ quá tải: Dùng để bảo vệ các thiết bị trước khi dòng điện vượt quá mức định sẵn.
Cầu chì bảo vệ ngắn mạch: Thiết kế để đứt mạch khi có sự cố ngắn mạch xảy ra.
Mỗi loại cầu chì cao áp có đặc điểm và ứng dụng riêng biệt, và việc chọn loại cầu chì phù hợp là
quan trọng để đảm bảo bảo vệ an toàn và hiệu suất của hệ thống điện cao áp.
3.3. Cấu tạo của cầu chì cao áp
Dựa trên công dụng làm việc mà cầu chì được chia làm 2 loại : cầu chì tự rơi và nổ, cầu chì hạn
chế dòng điện.Và do đó, ống chứa cầu chì cũng chia làm 2 loại khác nhau: Loại nổ (tự rơi) và Loại
hạn chế dòng ngắn mạch
3.3.1. Cấu tạo của cầu chì tự rơi, loại nổ
CẦU CHÌ TỰ RƠI (FCO), Ngoài ra còn có cầu chì tự rơi LBFCO LBFCO thực chất là FCO được
trang bị thêm buồng dập hồ quang vì vậy nó có thể đóng cắt dòng tải nhỏ
ỐNG CHỨA LOẠI TỰ RƠI, TỰ NỔ LBFCO
Dây chảy được làm bằng thiếc hoặc bằng lOMoAR cPSD| 58728417
bạc. Khi có sự cố quá dòng dây chảy sẽ bị nóng chảy và tự đứt và sinh ra hồ quang điện. Dây căng
đứt làm khớp giữ tuột ra và ống cầu chì tự rơi.
Ống phíp chứa cầu chì được lưu hóa do đó nhiệt lượng từ hồ quang điện sinh ra làm phát sinh khí
trong ống phíp, khí này sinh ra áp suất dập tắt hồ quang điện
Dòng điện trong cầu chì nổ
Ở loại cầu chì nổ hồ quang điện dập tắt khi dòng điện bằng 0. Hồ quang tồn tại trong 1.5 chu kì
giá trị đỉnh của dòng điện bằng 47,5kv, điện áp phục hồi -90kv, giá trị đỉnh điện áp nguồn bằng 60kv lOMoAR cPSD| 58728417
3.3.2. Cấu tạo của cầu chì có khả năng hạ chế dòng điện
Ở loại cầu chì có khả năng hạn chế dòng điện, dòng điện hồ quang bị cắt trước khi tăng lên đến
giá trị đỉnh (cực đại).
Cấu tạo bên trong của cầu chì hạn chế dòng điện:
Dòng điện bị cắt trong cầu chì hạn chế dòng
Ở loại cầu chì có khả năng hạn chế dòng điện, dòng điện hồ quang bị cắt trước khi tăng lên đến giá trị đỉnh
Dòng điện ngắn mạch không đối xứng có giá trị đỉnh lên đến 174 kA. lOMoAR cPSD| 58728417
3.4. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý làm việc của cầu chì cao áp dựa trên khả năng của chì và hợp kim chì nóng chảy khi
dòng điện vượt quá mức định. Đây là cách cầu chì cao áp bảo vệ các thiết bị và hệ thống điện khỏi
ngắn mạch và quá tải. Dưới đây là nguyên lý làm việc cơ bản của cầu chì cao áp:
Khi dòng điện trong hệ thống cao áp vượt quá mức định của cầu chì, nhiệt độ của cầu chì bắt đầu
tăng lên do tác động của dòng điện. Dòng điện đi qua cầu chì gặp kháng cản, và do đó, nhiệt độ
của cầu chì tăng lên theo công thức I²R, trong đó I là dòng điện và R là trở kháng của cầu chì. Khi
nhiệt độ của cầu chì đạt đến điểm nóng chảy của nó (điểm nóng chảy thấp hơn so với nhiệt độ môi
trường bình thường), chì hoặc hợp kim chì bên trong cầu chì nhanh chóng nóng chảy và chuyển
thành hình lỏng. Khi chì nóng chảy, nó tạo ra một mạch dẫn rất dài trong cầu chì. Điều này gây ra
một sự ngắt mạch tự động bằng cách tạo ra một khoảng cách đủ lớn trong mạch điện, ngăn chặn
dòng điện tiếp tục chảy qua. Sự ngắt mạch này bảo vệ các thiết bị và hệ thống khỏi tác động của
dòng điện quá lớn, ngắn mạch, hoặc quá tải, giúp ngăn chặn hỏng hóc và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
Nguyên lý này đảm bảo rằng cầu chì cao áp chỉ ngắt mạch khi có tình huống nguy hiểm xảy ra và
khi dòng điện vượt quá mức an toàn của nó. Giúp bảo vệ hệ thống điện và thiết bị khỏi các sự cố
ngắn mạch và quá tải, đồng thời đảm bảo rằng hệ thống vẫn hoạt động một cách ổn định trong
điều kiện thông thường. 3.5. Thông số kĩ thuật
Điện áp định mức: là giá trị điện áp dây của hệ thống, cho bằng một số, ví dụ 15 kV. Cũng có
trường hợp điện áp định mức là điện áp pha/dây của hệ thống, được cho bằng hai số, giữa chúng
có gạch chéo, ví dụ 7,8/13,8 kV lOMoAR cPSD| 58728417
Dòng điện cắt định mức: là giá trị hiệu dụng lớn nhất của dòng điện sự cố không đối xứng mà cầu
chì cắt được ở điện áp định mức.
Dòng điện định mức: là giá trị hiệu dụng liên tục của dòng điện có giá trị ổn định mà cầu chì chịu
được lâu dài và liên tục với điện áp định mức và tần số định mức.
Thời gian cắt mạch: được cho bằng đường đặc tính dòng điện-thời gian, còn gọi là đặc tính ampe- giây
3.6. Lựa chọn cầu chì cao áp và một số lưu ý
Nguyên lý chọn cầu chì
Chọn điện áp định mức
Hệ thống 3 pha có trung tính nối đất (Un.cầu chì = Ud.mạch điện)
Hệ thống 1 pha (Un.cầu chì ≥ 115% Umax)
Hệ thống 3 pha trung tính cách đất hoặc trung tính qua tổng trở (Un.cầu chì ≥ 115% Ud) Chọn dòng điện định mức:
Dòng điện phụ tải dài hạn liên tục và dòng quá tải cho phép đối với mạch khảo sát
Dòng quá tải quá độ khi đóng và cắt mạch
Sự phối hợp với những khí cụ điện khác dùng để bảo vệ mạch điện
Chọn cầu chì cho máy biến áp
Máy biến áp chịu dòng quá tải đến 1.5In
Dòng xung khi đóng máy biến áp có thể tăng lên 12In trong 0.1s. Từ yếu tố này
điều kiện mà cầu chì được chọn phải thỏa mãn : Ifo1 > 12In Trong đó:
Ifo1là dòng điện nhỏ nhất ứng với thời gian tiền hồ quang bằng 0.1s
In là dòng điện định mức của MBA
12In và 0.1s là những thông số ứng với dòng xung khi đóng mạch MBA
Ví dụ : Chọn cầu chì cao áp cho MBA . Dòng điện định mức của máy biến áp 2,89A. Dòng điện xung gấp 12In là 34,68 lOMoAR cPSD| 58728417
Trường hợp mở máy trực 琀椀 ếp:
Cầu chì dùng để bảo vệ động cơ điện được chế tạo với điện áp 7.2kV và 12kV, dòng điện từ 63 A đến 100
A, với những điều kiện sử dụng là
Dòng điện mở máy lớn nhất của động cơ gấp sáu lần dòng điện định mức.
Số lần mở máy trong một giờ không quá sáu lần, trong đó chỉ được hai lần mở máy liên 琀椀 ếp nhau .
Thời gian mở máy của động cơ từ 5 giây đến 60 giây Imm 6InD ≥ ≥
Điều kiện chọn cầu chì If 10 k hay If 10 k lOMoAR cPSD| 58728417 Trong đó
If 10 : dòng điện làm cho cầu chì bị đứt với thời gian 10 giây (thời gian mở máy động cơ điện) Imm
: dòng điện mở máy của động cơ điện ; k : hệ số, có giá trị từ 0,55 đến 0,60.
Trường hợp mở máy gián 琀椀 ếp
Dòng điện định mức của cầu chì được chọn bằng từ 1,5 đến 2 lần dòng điện định mức của động cơ:
In= (1,5 – 2)InĐ
Trong đó Indòng điện định mức của cầu chì
InĐ dòng điện định mức của động cơ