Hồ quang điện là một hiện tượng thường thấy xuất hiện trong lưới điện, tác hại của nó gây thương tích cho con người, gây hư hỏng nặng cho thiết bị và gây sự cố lưới điện.

Hồ quang điện và tác hại của nó: Link

Hiện nay trong tủ điện trung áp và hạ áp nói chung mới chỉ được trang bị bảo vệ quá dòng phạm vi từ biến dòng điện trở ra, còn phần từ biến dòng điện đến máy cắt và cả thanh cái lại nằm ngoài vùng bảo vệ của ngăn lộ, nếu có sự cố trong “vùng chết” này thì bảo vệ ngăn lộ này sẽ không tác động, khi đó phải trông chờ vào bảo vệ cấp trên (upstream) tác động. Tuy nhiên để đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ, thời gian tác động của bảo vệ cấp trên thường trễ hơn 500ms, khi đó hồ quang điện đã phát triển rộng và gây hậu quả nghiêm trọng.

Trong thiết kế tủ điện hiện nay, thông thường thanh cái chính và các thiết bị đóng cắt được lựa chọn đủ sức chịu đựng các lực điện động gây ra bởi dòng ngắn mạch lớn nhất khi tính toán trong vòng khoảng 1s. Thời gian đó là đủ lớn để bảo vệ cấp trên (upstream) tác động nếu không may sự cố xảy ra trong “vùng chết” của các ngăn lộ.

Điều không may đối với sự cố phóng hồ quang là khi mới bắt đầu hình thành phóng tia lửa điện (do cách điện lão hóa hoặc khoảng cách cách điện không đảm bảo, môi trường bụi bẩn…) thì dòng điện phóng trong không khí khi đó khá bé. Chỉ đến khi lớp không khí bị ô xy hóa và dòng điện ngắn mạch chảy qua hồ quang lúc này mới thực sự lớn. Dòng này có thể không phải là lớn so với khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch lớn nhất của thanh cái và thiết bị. Tuy nhiên, nhiệt độ phát sinh trong hồ quang rất lớn và tăng nhanh là nguyên nhân làm các bộ phận của tủ điện cháy thành tro chỉ trong thời gian vài miligiây. Áp suất tăng nhanh do giải thoát năng lượng sẽ làm mở tung các vách ngăn của tủ điện.

Thời gian khi xảy ra sự cố hồ quang là rất ngắn, chưa đến 10ms và là không đủ cho bất cứ thiết bị bảo vệ nào có thể tác động kịp.

Vì vậy, cần phải có biện pháp hạn chế cũng như xử lý hồ quang. Ngoài các biện pháp truyền thống, việc ứng dụng thêm công nghệ bảo vệ mới như sử dụng role bảo vệ hồ quang,.. cũng nên được áp dụng.  Các rơ le phát hiện hồ quang được lắp trong các tủ điện ngày nay thường được sử dụng để phát hiện sớm (khi mới bắt đầu phát tia lửa điện đầu tiên).

LittelFuse., Inc là một công ty sản xuất điện tử của Mỹ và có trụ sở chính tại Chicago, lllinois. Công ty chủ yếu sản xuất các sản phẩm bảo vệ mạch nhưng cũng sản xuất nhiều loại công tắc điện tử và cảm biến oto. LittelFuse được thành lập vào năm 1927.

LittelFuse có các dòng role bảo vệ hồ quang khác nhau như AF0100, AF0500 và PGR-8800.

Nguyên tắc hoạt động chung của role bảo vệ hồ quang (Arc Flash Relay) như sau: Khi sự cố hồ quang hình thành, ánh sáng là yếu tố dễ dàng phát hiện nhất nên hầu hết các role bảo vệ hồ quang sử dụng cảm biến ánh sáng nhằm phát hiện sự hình thành của hồ quang. Tín hiệu đầu ra của cảm biến ánh sáng được kết nối với role bảo vệ hồ quang có nhiệm vụ gửi tín hiệu cắt nguồn và cắt dòng năng lượng cung cấp cho hồ quang. Role sẽ phát hiện ra hồ quang khi cảm biến nhận cường độ ánh sáng lớn hơn ngưỡng tác động.

Ứng dụng bảo vệ chống, phòng hồ quang dựa trên cảm biến ánh sáng đã trở thành BÌNH THƯỜNG mới trong bảo vệ nguồn điện. Bảo vệ chống, phòng hồ quang mang lại những lợi ích không thể nghi ngờ chẳng hạn như tốc độ, tính chọn lọc và hiệu quả chi phí được cải thiện. Bảo vệ chống phòng hồ quang đã được áp dụng ở nhiều châu lục và được áp dụng trong tất cả các loại hệ thống phân phối điện khác nhau, từ công ty điện lực đến phát điện truyền thống và tái tạo, các ứng dụng công nghiệp, hàng hải, ngoài khơi, cơ quan và cơ sở thương mại trong các tủ đóng cắt hạ áp – trung áp và thiết bị điều khiển.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đề cập tới dòng role AF0500 của LittelFuse.

Hình 1: Hình ảnh thực tế của AF0500

1. Mô tả chung

Role AF0500 là role bảo vệ hồ quang dạng vi xử lý, giúp hạn chế thiệt hại do sự cố hồ quang bằng việc phát hiện ánh sáng từ tia hồ quang và nhanh chóng tác động để ngắt máy cắt tổng. Dòng AF0500 rất phù hợp lắp trong tủ điện tổng, trạm biến áp, trạm converter.

Các cảm biến, đầu vào và các kết nối được role theo dõi giám sát đảm bảo luôn trong trạng thái hoạt động tốt. Cổng USB hỗ trợ việc cấu hình và thu thập thông tin trạng thái sự cố,…

AF0500 hỗ trợ cổng Ethernet và giao tiếp Modbus TCP. Như vậy việc cài đặt role tác động bảo vệ theo vùng, tác động ngắt máy cắt ở phía trên đầu nguồn hoặc tác động ngắt máy cắt liên lạc có thể được cấu hình dễ dàng.

Có thể kết nối nhiều role AF0500 với nhau để phù hợp với cấu hình thiết kế của hệ thống bảo vệ hồ quang.

Hình 2: Các đầu vào/ra kết nối của AF0500

2. Cảm biến ánh sáng

Role AF0500 nhận cả 2 loại cảm biến dạng điểm PGA-LS10 và cảm biến dạng sợi quang PGA-LS20/LS30.

Hình 3: Cảm biến điểm PGA-LS10

Cảm biến điểm PGA-LS10: phạm vi giám sát trong bán kính nửa hình cầu 2m. Có đèn chỉ thị trạng thái (sẵn sàng làm việc) hoặc lỗi. Cảm biến có thể lắp đặt cách xa role đến 50m.

Hình 4: Cảm biến sợi  PGA-LS20/30

Cảm biến sợi PGA-LS20/30: phạm vi giám sát trong toàn bộ chiều dài của sợi quang, 360 độ, bán kính lên tới 8m hoặc 18m. Lý tưởng để bảo vệ thanh cái, lắp đặt nhiều ngăn như trung tâm điều khiển động cơ hoặc các khu vực có nhiều vật cản. Có đèn chỉ thị trạng thái (sẵn sàng làm việc) hoặc lỗi. Cảm biến có thể lắp đặt cách xa role đến 50m.

Role và cảm biến có thể dễ dàng lắp đặt ngay cả đối với các hệ thống cải tạo mà gần như không cần phải thay đổi cấu hình bố trí của tủ điện. Đối với các ứng dụng đơn giản, role có thể hoạt động ngay mà không cần phải cấu hình thông qua máy tính. Đối với hệ thống phức tạp như có nhiều nguồn cấp, việc cấu hình lại role cũng tương đối đơn giản thông qua cổng USB và phần mềm giao tiếp.

Thông thường, mỗi khoang tủ nên sử dụng 1 hoặc 2 cảm biến đảm bảo phủ được cả thanh cái dọc và ngang, khoang máy cắt và bất kì vị trí nào có nguy cơ phát sinh hồ quang. Cảm biến sợi quang có thể chạy dọc tủ và các khu vực nơi mà cảm biến điểm không tiếp xúc tới được giúp nâng cao khả năng bảo vệ của role.

Hình 5: Ví dụ minh họa về lắp đặt cảm biến ánh sáng trong tủ điện

3. Tính năng của thiết bị

– 04 đầu vào cảm biến, hỗ trợ cảm biến điểm và cảm biến sợi quang;

– Thời gian tác động <1ms: Hạn chế thiệt hại do hồ quang và tai nạn lao động;

– 2 tiếp điểm đầu ra tác động nhanh IGBT: Hỗ trợ các ứng dụng có máy cắt đầu nguồn hoặc máy cắt liên lạc;

– Dải nguồn cấp đa dạng:  100 – 240VAC, 24 – 48VDC hoặc 110 – 250VDC;

– Hệ thống giám sát trạng thái, liên tục giám sát trạng thái các cảm biến đảm bảo hoạt động ổn định;

– Đèn hiển thị trạng thái LED (trên mặt role và cảm biến);

– Khả năng liên kết: Nhiều role có thể liên kết với nhau hình thành hệ thống;

Hình 6: Role AF0500 liên kết hình hệ thống thống giám sát

– Giao tiếp thông qua cổng USB: Thu thập dữ liệu và phần mềm cấu hình thông qua cổng USB mà không đòi hỏi phần mềm chuyên biệt;

– Thu thập dữ liệu: Ghi lại được 2048 sự kiện;

– Truyền thông Ethernet/ Modbus TCP.

4. Ứng dụng của thiết bị

– Bảo vệ phân vùng: Bảo vệ theo 2 vùng độc lập.

Hình 7: Bảo vệ phân vùng

– Tác động máy cắt tổng (đầu nguồn): Trong trường hợp sự cố hồ quang xảy ra, máy cắt tại vị trí xảy ra hồ quang không cắt (bị lỗi), role sẽ gửi tín hiệu tác động cắt lên máy cắt tổng (đầu nguồn) để loại bỏ sự cố.

Hình 8: Ứng dụng tác động máy cắt tổng (đầu nguồn)

– Bảo vệ máy cắt liên lạc: Trong trường hợp xảy ra sự cố tại 1 khu vực của tủ tổng, role tác động cắt đồng thời cả nguồn cấp và máy cắt liên lạc từ đó cách ly hoàn toàn sự cố ra khỏi hệ thống và đảm bảo tính liên tục của phần còn lại.

Hình 9: Ứng dụng bảo vệ máy cắt liên lạc

Quý khách hàng tham khảo thêm tại: Link