Hậu quả của sự cố ngắn mạch hồ quang điện hoặc sự cố chạm đất bên trong tủ điện hạ thế hoặc trung thế có thể rất thảm khốc. Hồ quang điện cực nóng có thể phá hủy các thiết bị có giá trị gây ra thời gian ngừng hoạt động kéo dài và tốn kém. Hơn nữa, sự cố hồ quang gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với đội ngũ vận hành và bảo trì tủ điện.
Hồ quang điện có thể phát sinh do, ví dụ, hư hỏng cách điện và cách điện yếu, hoạt động bất thường của thiết bị đóng cắt, mối nối thanh cái hoặc cáp lỏng lẻo, quá điện áp, ăn mòn, ô nhiễm, độ ẩm, cộng hưởng sắt từ (máy biến) và thậm chí là lão hóa do ứng suất điện. Hầu hết các lý do sự cố này có thể được ngăn ngừa bằng cách bảo trì phù hợp. Bất chấp mọi biện pháp phòng ngừa, hồ quang điện có thể do lỗi của con người hoặc do động vật xâm nhập vào tủ điện.
Thời gian là một thông số quan trọng để phát hiện và giảm thiểu ảnh hưởng của hồ quang điện vì năng lượng hồ quang điện tăng nhanh theo thời gian. Hồ quang điện kéo dài 500ms có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho hệ thống. Nếu hồ quang điện kéo dài dưới 100ms thì thiệt hại thường được hạn chế, nhưng nếu hồ quang bị dập tắt trong thời gian ngắn hơn, ví dụ, 4ms thì thiệt hại là không đáng kể.
1. Hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA
Hệ thống REA là hệ thống bảo vệ hồ quang điện nhanh chóng và linh hoạt cho các tủ điện hạ thế và trung thế cách điện bằng không khí để bảo vệ tính mạng con người và ngăn ngừa hoặc giảm thiểu thiệt hại về tài sản.
Chức năng của hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA dựa trên việc phát hiện ánh sáng cường độ cao của hồ quang điện riêng lẻ hoặc phát hiện ánh sáng và quá dòng pha hoặc dòng chạm đất đồng thời. Hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA sử dụng hai loại cảm biến để phát hiện ánh sáng: cảm biến sợi quang trần không được che chắn phát hiện ánh sáng dọc theo toàn bộ chiều dài của cảm biến và cảm biến loại thấu kính thu sáng thường có một cảm biến được lắp đặt cho mỗi khoang của tủ điện. Khi phát hiện hồ quang điện, hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA sẽ truyền lệnh ngắt trong vòng chưa đầy 2,5ms đến tất cả các máy cắt cấp nguồn cho vùng sự cố. Hơn nữa, các chỉ báo hoạt động của hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA giúp xác định vị trí sự cố nhanh chóng.
2. Các mô-dun của hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA
Hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA thực tế bao gồm một hoặc nhiều mô-đun chính bảo vệ hồ quang điện loại REA 101 và một số lượng mô-đun mở rộng cần thiết loại REA 103, REA 105 và REA 107. Mô-đun chính REA 101 có thể hoạt động như một thiết bị độc lập hoặc kết hợp với các mô-đun REA 101 khác và với các mô-đun mở rộng REA 103, REA 105 hoặc REA 107. Các mô-đun mở rộng REA 103 và REA 107 cho phép tăng số lượng sợi cảm biến và/hoặc cảm biến loại thấu kính để mở rộng khu vực bảo vệ. Việc sử dụng mô-đun mở rộng REA 105 bao gồm các đầu ra ngắt nhanh sẽ cho phép tạo ra các sơ đồ bảo vệ có khả năng chọn lọc cao hơn.
♦ Mô-đun bảo vệ hồ quang điện REA 101 chính :
Mô-đun bảo vệ hồ quang điện REA 101 là mô-đun chính của hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA. Mô-đun REA 101 có thể hoạt động như một thiết bị độc lập hoặc kết hợp với các mô-đun REA 101 khác và với các mô-đun mở rộng REA 103, REA 105 hoặc REA 107. Mô-đun REA 101 có thể sử dụng một cảm biến sợi quang loại vòng hoặc loại xuyên tâm hoặc cảm biến loại thấu kính để phát hiện ánh sáng.
Mô-đun chính REA 101 phát hiện dòng điện sự cố ba pha, hai pha hoặc một pha. Mô-đun REA 101 được kích hoạt khi xảy ra sự cố hồ quang điện giữa các pha của hệ thống thanh cái. Sử dụng cảm biến sợi quang loại vòng, REA 101 cung cấp chức năng ngắt nhanh máy cắt cấp điện hạ thế. Hơn nữa, có thể áp dụng chức năng ngắt nhanh máy cắt phía cao thế hoặc bảo vệ lỗi máy cắt (CBPF) để tăng cường dự phòng bảo vệ.
♦ Mô-đun bảo vệ hồ quang điện REA 103 mở rộng:
REA 103 là mô-đun mở rộng được sử dụng cùng với mô-đun bảo vệ hồ quang điện chính REA 101. Mô-đun mở rộng REA 103 hoạt động như một mô-đun phát hiện ánh sáng trong hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA. REA 103 phát hiện ánh sáng và cung cấp cho người vận hành thông tin về vị trí sự cố. Để phát hiện ánh sáng, REA 103 có thể sử dụng hai sợi cảm biến dạng vòng hoặc dạng xuyên tâm.
Hệ thống tự giám sát được tích hợp trên mô-đun REA 103 liên tục theo dõi điện áp hoạt động của mô-đun và tính liên tục của các vòng sợi cảm biến. Bất kỳ lỗi hoặc trục trặc nào được phát hiện sẽ được sử dụng để cảnh báo người vận hành thông qua mô-đun chính REA 101.
Nguyên lý hoạt động: Mô-đun chính REA 101 được sử dụng để phát hiện quá dòng pha hoặc dòng chạm đất. Mô-đun REA 101 được kích hoạt khi xảy ra sự cố hồ quang điện giữa các dây dẫn pha hoặc giữa dây dẫn pha và khung nối đất của tủ điện. Mô-đun REA 101 được cung cấp cảm biến sợi quang loại vòng để phát hiện sự cố hồ quang điện xuất hiện giữa máy biến áp lực và hệ thống thanh cái. Hệ thống bảo vệ hồ quang điện đã được mở rộng với mô-đun mở rộng REA 103. Mô-đun REA 103 được trang bị cảm biến sợi quang loại vòng để phát hiện sự cố hồ quang điện có thể xảy ra trong hệ thống thanh cái. Mô-đun REA 103 truyền tin nhắn LIGHT đến mô-đun REA 101, mô-đun này sẽ phát tín hiệu ngắt khi điều kiện dòng điện đồng thời để ngắt được đáp ứng.
♦ Mô-đun bảo vệ hồ quang REA 105 mở rộng:
REA 105 là một mô-đun mở rộng được sử dụng cùng với mô-đun bảo vệ hồ quang điện chính REA 101. Mô-đun REA 105 phát hiện ánh sáng và thực hiện ngắt mạch, nếu mô-đun REA 101 đồng thời cung cấp tín hiệu quá dòng. Khi mô-đun mở rộng REA 105 được sử dụng để kết nối hai mô-đun REA 101 trong hệ thống, mô-đun REA 105 cũng cung cấp thông tin về trạng thái quá dòng giữa chúng. Hơn nữa, mô-đun REA 105 thực hiện ngắt đồng thời bất cứ khi nào mô-đun REA 101 thực hiện ngắt. Mô-đun REA 105 có thể chứa một sợi cảm biến loại vòng hoặc loại xuyên tâm để phát hiện ánh sáng.
Mô-đun REA 105 cũng cung cấp khả năng bảo vệ chống lỗi máy cắt bằng cách cung cấp tín hiệu LIGHT trễ cho mô-đun REA 101, sau đó ngắt máy cắt ở phía đầu trên.
Hệ thống tự giám sát tích hợp của REA 105 liên tục theo dõi điện áp hoạt động của thiết bị và trạng thái của vòng sợi cảm biến. Bất kỳ lỗi hoặc trục trặc nào được phát hiện sẽ được sử dụng để cảnh báo người vận hành thông qua mô-đun REA 101. Một lỗi được phát hiện trong điện áp hoạt động sẽ chặn thiết bị để ngăn chặn hoạt động không chính xác.
Nguyên lý hoạt động: Mô-đun chính REA 101 phát hiện dòng điện sự cố ba pha, hai pha hoặc một pha. REA 101 được trang bị cảm biến sợi quang loại vòng để phát hiện sự cố hồ quang điện xảy ra trên một trong các thanh cái của hệ thống tủ điện thanh cái đôi. REA 101 cũng ngắt bộ ghép nối thanh cái thông qua mô-đun mở rộng REA 105. Mô-đun REA 105 cũng sử dụng cảm biến sợi quang loại vòng để phát hiện sự cố hồ quang điện trên thanh cái khác. Mô-đun REA 105 ngắt bộ ghép nối thanh cái khi phát hiện ánh sáng và nhận được thông báo DÒNG ĐIỆN từ mô-đun REA 101. Đồng thời, mô-đun REA 101 ngắt máy cắt cấp điện khi nhận được thông báo ánh sáng từ mô-đun REA 105.
♦ Mô-đun bảo vệ sự cố hồ quang REA 107 mở rộng:
REA 107 là mô-đun mở rộng được sử dụng cùng với mô-đun bảo vệ sự cố hồ quang chính REA 101. Mô-đun mở rộng REA 107 hoạt động như một bộ phát hiện ánh sáng trong hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA. REA 107 cho phép kết nối tối đến 08 cảm biến loại thấu kính. Chỉ báo đèn LED đầu vào cảm biến cụ thể của REA 107 giúp xác định vị trí sự cố bằng cách hướng dẫn nhân viên kiểm tra khu vực bao phủ của cảm biến phát hiện ra hồ quang điện.
REA 107 được trang bị hai đầu ra tiếp điểm cảnh báo, cho phép phân chia các cảm biến thấu kính thành hai nhóm. Hệ thống tự giám sát tích hợp của mô-đun REA 107 liên tục theo dõi điện áp hoạt động của thiết bị. Bất kỳ lỗi hoặc trục trặc nào được phát hiện sẽ được sử dụng để cảnh báo người vận hành thông qua mô-đun REA 101. Lỗi được phát hiện sẽ chặn thiết bị để ngăn chặn hoạt động không chính xác.
Nguyên lý hoạt động: Mô-đun chính REA 101 phát hiện dòng điện sự cố ba pha, hai pha hoặc một pha. Mô-đun REA 101 được trang bị cảm biến loại thấu kính để phát hiện sự cố hồ quang điện xảy ra trong khoang cấp điện. Hệ thống được mở rộng với mô-đun REA 107 được trang bị 08 cảm biến loại thấu kính để phát hiện sự cố hồ quang có thể xuất hiện trong khoang thanh cái, khoang máy cắt cấp điện và khoang đầu cáp. Mô-đun REA 107 gửi tin nhắn LIGHT đến mô-đun REA 101, mô-đun này sẽ phát tín hiệu ngắt khi điều kiện quá dòng đồng thời để ngắt được đáp ứng.
♦ Tài liệu đính kèm :
– Danh mục sản phẩm: Arc fault protection solutions-ABB
– Hương dẫn sản phẩm: Arc fault protection solutions REA_10-ABB
– Giải pháp giảm thiểu: Arc Flash Mitigation Solutions-ABB
3. Giải pháp REA
Hậu quả nghiêm trọng của mối nguy hiểm do hồ quang điện và thiệt hại đáng kể có thể được giảm thiểu bằng hệ thống bảo vệ hồ quang điện hoạt động nhanh REA. Ngoài các dòng ngắn mạch hồ quang điện, ngay cả các dòng ngắn mạch hồ quang chạm đất có mức dòng điện thấp hơn dòng tải bình thường cũng có thể được phát hiện và ngắt trước khi chúng leo thang thành ngắn mạch hai pha hoặc ba pha.
Rơ le quá dòng được sử dụng làm bảo vệ thanh cái có thể quá chậm để đảm bảo thời gian giải trừ sự cố an toàn tại các sự cố hồ quang. Ví dụ, thời gian hoạt động của rơ le quá dòng ngắt máy cắt đầu vào có thể phải bị trễ hàng trăm mili giây vì lý do chọn lọc. Có thể tránh được sự chậm trễ này bằng cách sử dụng hệ thống bảo vệ hồ quang điện REA. Tổng thời gian giải quyết sự cố có thể giảm xuống còn 2,5ms hoặc ít hơn cộng với thời gian hoạt động của máy cắt. Hơn nữa, các nỗ lực tự động đóng lại chắc chắn sẽ thất bại tại các sự cố xảy ra trong khoang cáp có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng bảo vệ hồ quang điện.