Theo bản năng, nhiều người nghĩ: 'Hồ quang thật rắc rối—chẳng phải sẽ tốt hơn nếu không có hồ quang sao?'
Tuy nhiên, trong các hệ thống AC, thực tế lại hoàn toàn ngược lại.
Nếu các tiếp điểm tách ra và ngắt dòng điện một cách mạnh mẽ , năng lượng tích trữ trong cuộn cảm của mạch sẽ ngay lập tức được chuyển sang điện dung tản lạc. Điều này có thể tạo ra quá điện áp nguy hiểm và thậm chí có thể dẫn đến hiện tượng đánh lại.
Hồ quang được điều khiển hoạt động giống như một công tắc có thể điều khiển được: nó cho phép năng lượng tải được giải phóng một cách có trật tự và đưa trở lại nguồn điện, sau đó tắt khi dòng điện qua điểm 0 thuận lợi . Chỉ sau khi máy cắt chịu được và tiêu tán thành công Điện áp phục hồi tức thời (TRV) thì hệ thống mới được coi là được khôi phục thực sự và an toàn.
Quá trình gián đoạn của một thiết bị chuyển mạch có thể được mô tả theo bốn giai đoạn sau:
Tách tiếp điểm → Bắt đầu hồ quang
Bảo trì hồ quang đến 'thời gian hồ quang tối thiểu'
Dòng điện zero → Khử ion hóa → Tuyệt chủng hồ quang
Hình thức và khả năng chịu đựng của TRV → Suy giảm tạm thời về điện áp phục hồi (RV)
Hình 1: Bốn quá trình gián đoạn
Khi các tiếp điểm lần đầu tiên bắt đầu tách ra, các cầu nối tiếp xúc nhỏ vẫn còn tồn tại. Mật độ dòng điện cục bộ trở nên cực kỳ cao, khiến vật liệu tiếp xúc bị nóng chảy, bay hơi và ion hóa . Kênh plasma— hồ quang điện —được hình thành trong môi trường dập tắt hồ quang (không khí, dầu, SF₆ hoặc hơi kim loại trong chân không).
Quá trình này không cho thấy sự mất kiểm soát. Thay vào đó, nó truyền năng lượng vào một kênh dẫn điện có thể quản lý được , ngăn chặn sự gia tăng quá điện áp quá mức ngay lập tức. Mục đích của giai đoạn này là tạo ra đủ khe hở tiếp xúc và điều kiện làm mát cho quá trình dập hồ quang tiếp theo.
Trong giai đoạn này, dòng điện tiếp tục chạy qua hồ quang. Năng lượng từ tính được lưu trữ trong tải—thường là cảm ứng—được đưa dần dần trở lại nguồn điện thông qua hồ quang..
Bộ ngắt mạch sử dụng nhiều kỹ thuật điều khiển hồ quang khác nhau, chẳng hạn như:
Vụ nổ khí hoặc dòng dầu để loại bỏ môi trường ion hóa
Thổi từ để kéo dài và phân chia hồ quang
Sự khuếch tán nhanh chóng của hơi kim loại trong môi trường chân không
Kinh nghiệm và thử nghiệm cho thấy rằng thời gian hồ quang tối thiểu và khoảng cách tiếp điểm vừa đủ là điều cần thiết để máy cắt có khả năng đạt được sự gián đoạn thực sự ở mức 0 hiện tại sắp tới.
Hình 2: Thời gian phóng điện tối thiểu của thiết bị chuyển mạch ba pha
Khi dòng điện xoay chiều tiến tới 0, nếu làm mát và tách tiếp điểm đủ, hồ quang sẽ khử ion nhanh chóng , cường độ điện môi giữa các tiếp điểm phục hồi nhanh chóng và hồ quang sẽ tắt ở điểm giao nhau bằng 0. Lúc đó dòng điện thực sự bị gián đoạn.
Điều quan trọng cần lưu ý là sự gián đoạn không xảy ra đơn giản khi các liên hệ tách ra . Sự gián đoạn thực sự chỉ đạt được tại thời điểm dòng điện bằng 0 khi quá trình khử ion thành công . Việc gián đoạn có thể được hoàn thành ở lần vượt điểm 0 đầu tiên hay không có liên quan chặt chẽ đến thời gian hồ quang tối thiểu ở giai đoạn trước, tốc độ mở tiếp điểm, thiết kế trường dòng và lựa chọn vật liệu.
Hình 3: RRRV và TRV
Sau khi dập tắt hồ quang, Điện áp phục hồi tức thời (TRV) ngay lập tức xuất hiện trên các tiếp điểm đang mở. Điện áp này được hình thành do sự chồng chất của các thành phần phía nguồn và phía tải và thường thể hiện dạng sóng dao động đa tần số.
Bộ ngắt mạch phải chịu được, trong giới hạn tiêu chuẩn hóa:
Tốc độ tăng điện áp phục hồi (RRRV)
Hệ số khuếch đại TRV đỉnh
Nếu không, sự đánh lửa lại hồ quang có thể xảy ra trước khi điện môi phục hồi hoàn toàn. Khi quá trình nhất thời biến mất, điện áp sẽ trở về Điện áp phục hồi tần số nguồn (RV) . Tại thời điểm này, quá trình gián đoạn đã hoàn tất và thiết bị có thể được đưa vào hoạt động trở lại ngay lập tức.
Sự gián đoạn an toàn của máy cắt phụ thuộc vào việc quản lý hồ quang thích hợp và khả năng chịu được TRV . Khi hồ quang được kiểm soát hiệu quả, năng lượng được giải phóng một cách trơn tru, tránh được tình trạng quá áp và hệ thống có thể thực sự trở lại trạng thái vận hành an toàn và ổn định.
Tôi là Eric , Kỹ sư điện của Nhóm AISIKAI. Mình sẽ chia sẻ các bài viết kỹ thuật về Cầu công tắc , dao và các thiết bị điện khác. Với 10 năm kinh nghiệm thi công dự án điện, tôi cam kết cung cấp các giải pháp điện chuyên nghiệp.
