TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9890-4:2013 (IEC 60871-4:1996) VỀ TỤ ĐIỆN CÔNG SUẤT NỐI SONG SONG DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP DANH ĐỊNH LỚN HƠN 1000V – PHẦN 4: CẦU CHẢY BÊN TRONG

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9890-4:2013

IEC 60871-4:1996

TỤ ĐIỆN CÔNG SUẤT NỐI SONG SONG DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP DANH ĐỊNH LỚN HƠN 1 000 V – PHẦN 4: CẦU CHẢY BÊN TRONG

Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 1 000 V – Part 4: Internal fuses

Lời nói đầu

TCVN 9890-4:2013 hoàn toàn tương đương với IEC 60871-4:1996;

TCVN 9890-4:2013 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E1 Máy điện và khí cụ điện biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ tiêu chuẩn TCVN 9890 (IEC 60871) Tụ điện công suất nối song song dùng cho hệ thống điện xoay chiều có điện áp danh định lớn hơn 1 000 V gồm các phần sau:

TCVN 9890-1:2013 (IEC 60871-1:2005), Phần 1: Yêu cầu chung

TCVN 9890-2:2013 (IEC/TS 60871-2:1999), Phần 2: Thử nghiệm độ bền điện

TCVN 9890-3:2013 (IEC/TR 60871-3:1996), Phần 3: Bảo vệ tụ điện và dãy tụ điện

TCVN 9890-4:2013 (IEC 60871-4:1996), Phần 4: Cầu chảy bên trong

TỤ ĐIỆN CÔNG SUẤT NỐI SONG SONG DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN XOAY CHIỀU CÓ ĐIỆN ÁP DANH ĐỊNH LỚN HƠN 1 000 V – PHẦN 4: CẦU CHẢY BÊN TRONG

Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 1 000 V – Part 4: Internal fuses

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng cho cầu chảy bên trong được thiết kế để cách ly các phần tử tụ điện bị hỏng, nhằm duy trì hoạt động của các phần còn lại của khối tụ điện đó và dãy tụ mà khối tụ điện đó được nối đến. Các cầu chảy này không thích hợp để thay thế cho thiết bị đóng cắt ví dụ như máy cắt, hoặc dùng để bảo vệ bên ngoài cho dãy tụ điện hoặc phần bất kỳ nào của dãy tụ điện.

Mục đích tiêu chuẩn này nhằm đưa ra các yêu cầu về tính năng và thử nghiệm, và cung cấp hướng dẫn phối hợp bảo vệ bằng cầu chảy.

2. Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn dưới đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu có ghi năm công bố, chỉ áp dụng các bản được nêu. Đối với các tài liệu không ghi năm công bố, áp dụng bản mới nhất (kể cả các sửa đổi).

IEC 871 -1:1987 1, Shunt capacitors for a.c. power systems having a rated voltage above 1 000 V – Part 1: General – Performance, testing and rating – Safety requirements – Guide for installation and operation (Tụ điện công suất nối song song dùng cho hệ thống điện xoay chiều có điện áp danh định lớn hơn 1 000 V – Phần 1: Yêu cầu chung – Tính năng, thử nghiệm và thông số đặc trưng – Yêu cầu an toàn – Hướng dẫn lắp đặt và vận hành)

Sửa đổi 1 (1991)

3. Định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này, áp dụng các định nghĩa trong IEC 60871-1.

4. Yêu cầu tính năng

4.1. Quy định chung

Cầu chảy được nối nối tiếp với (các) phần tử mà cầu chảy được thiết kế để cách ly nếu (các) phần tử đó bị hỏng. Do đó, dải dòng điện và điện áp của cầu chảy phụ thuộc vào thiết kế tụ điện, và trong một số trường hợp phụ thuộc cả vào dãy tụ điện mà cầu chảy được nối đến.

Các yêu cầu có hiệu lực cho một dãy hoặc một tụ được đóng cắt bởi các máy cắt không đóng điện trở lại. Nếu các máy cắt không là loại đóng điện trở lại, các yêu cầu khác phải được thỏa thuận giữa nhà chế tạo và người mua.

Tác động của một cầu chảy bên trong thường được quyết định bởi một hoặc cả hai yếu tố sau:

– năng lượng phóng ra từ các thiết bị hoặc khối nối song song với phần tử hoặc khối bị sự cố.

– dòng điện sự cố tần số nguồn.

4.2. Điều kiện ngắt mạch

Cầu chảy phải ngắt mạch phần tử bị sự cố khi việc phóng điện đánh thủng của các phần tử xảy ra trong dải điện áp từ u₁ = 0,9 x U_N đến u₂ = 2,0 x U_N (giá trị tức thời) giữa các đầu nối của khối tụ điện tại thời điểm sự cố.

Các giá trị u₁ và u₂ dựa trên điện áp có thể thường có trên các đầu nối của khối tụ tại thời điểm phóng điện đánh thủng của phần tử.

Giá trị u₂ có bản chất quá độ và cần có khoảng dự phòng cho sự tắt dần.

Nếu bên mua quy định giá trị u₁ và u₂ khác với các giá trị nêu trên, ví dụ đối với tụ lọc, giới hạn trên và dưới của điện áp thử nghiệm phải được thay đổi theo thỏa thuận giữa nhà chế tạo và người mua.

4.3. Yêu cầu chịu đựng

4.3.1. Sau khi tác động, cụm cầu chảy phải chịu được toàn bộ điện áp của phần tử, cộng với điện áp mất cân bằng bất kỳ do hoạt động của cầu chảy, và quá điện áp quá độ thời gian ngắn bất kỳ thường xảy ra trong vòng đời của tụ điện.

4.3.2. Trong suốt vòng đời của tụ điện, cầu chảy phải có khả năng dẫn liên tục một dòng điện bằng hoặc lớn hơn dòng điện tối đa cho phép của tụ điện chia cho số tuyến song song của cầu chảy.

4.3.3. Cầu chảy phải có khả năng chịu đựng được dòng điện khởi động do các thao tác chuyển mạch dự kiến trong tuổi thọ của tụ điện.

4.3.4. Cầu chảy được nối đến các phần tử không bị hỏng phải có khả năng mang dòng phóng điện do đánh thủng các phần tử.

4.3.5. Cầu chảy phải có khả năng chịu các dòng điện do sự cố ngắn mạch trên dãy bên ngoài (các) tụ điện xảy ra trong dải điện áp phù hợp với 4.2.

5. Thử nghiệm

5.1. Thử nghiệm thường xuyên

Cầu chảy phải chịu được tất cả các thử nghiệm thường xuyên đối với khối tụ điện theo IEC 60871-1.

5.1.1. Thử nghiệm phóng điện

Tụ điện có cầu chảy bên trong phải chịu một thử nghiệm phóng điện ngắn mạch, từ điện áp một chiều bằng 1,7 U_N qua một khe hở nằm càng sát với tụ điện càng tốt, mà không có bất kỳ trở kháng bổ sung nào trong mạch (xem chú thích).

Điện dung phải được đo trước và sau thử nghiệm phóng điện. Sai khác giữa hai phép đo phải nhỏ hơn giá trị tương ứng với một tác động của cầu chảy bên trong.

Thử nghiệm phóng điện có thể được thực hiện trước hoặc sau thử nghiệm điện áp giữa các đầu nối (xem IEC 60871-1, Điều 9). Tuy nhiên, nếu được thực hiện sau thử nghiệm điện áp giữa các đầu nối thì phép đo điện dung ở điện áp danh định phải được thực hiện tiếp sau đó để phát hiện tác động của cầu chảy.

Nếu, theo thỏa thuận với bên mua, chấp nhận các tụ điện có các cầu chảy đã tác động thì thử nghiệm điện áp giữa các đầu nối (IEC 60871-1, Điều 9) phải được thực hiện sau thử nghiệm phóng điện.

CHÚ THÍCH: Cho phép tạo điện áp nạp một chiều bằng cách ban đầu cấp một điện áp xoay chiều có giá trị đỉnh bằng 1,7 U_N và ngắt mạch tại thời điểm dòng điện đi qua điểm không. Sau đó tụ điện ngay lập tức được phóng điện từ giá trị đỉnh này.

Một cách khác, nếu tụ điện được ngắt mạch ở điện áp cao hơn một chút so với 1,7 U_N, phóng điện có thể trì hoãn cho đến khi điện trở phóng điện làm giảm điện áp về 1,7 U_N.

5.2. Thử nghiệm điển hình

5.2.1. Cầu chảy phải có khả năng chịu được tất cả các thử nghiệm điển hình của khối tụ điện theo IEC 60871-1 và IEC 60871-2.

(Các) khối tụ điện này phải đạt tất cả các thử nghiệm thường xuyên quy định trong IEC 60871-1.

5.2.2. Thử nghiệm ngắt mạch trên cầu chảy (xem 5.3) phải được thực hiện trên một khối tụ điện hoàn chỉnh hoặc trên hai khối, theo lựa chọn của nhà chế tạo, một khối được thử nghiệm ở giới hạn dưới của điện áp, và một khối ở giới hạn trên của điện áp, phù hợp với 5.3.1.

CHÚ THÍCH: Tùy theo từng trường hợp thử nghiệm, đo lường và an toàn, có thể cần thực hiện một số thay đổi (các) khối tụ điện cần thử nghiệm; ví dụ một số sửa đổi được nêu trong Phụ lục A. Xem thêm các phương pháp thử nghiệm khác nhau được đưa ra trong Phụ lục A.

5.2.3. Thử nghiệm điển hình được coi là hợp lệ nếu chúng được thực hiện trên (các) tụ điện có thiết kế giống với các tụ điện được cung cấp, hoặc trên (các) tụ điện có thiết kế không khác biệt theo cách có thể gây ảnh hưởng đến các đặc tính cần được kiểm tra trong các thử nghiệm điển hình.

5.3. Thử nghiệm ngắt mạch trên cầu chảy

5.3.1. Qui trình thử nghiệm

Thử nghiệm ngắt mạch trên cầu chảy phải được thực hiện ở giới hạn dưới của điện áp 0,9 U_N và ở giới hạn trên của điện áp 2,2 U_N.

Nếu thử nghiệm được thực hiện với điện áp một chiều, điện áp thử nghiệm phải bằng  lần điện áp thử nghiệm xoay chiều tương ứng.

Nếu thử nghiệm được thực hiện với điện áp xoay chiều, việc kích hoạt phần hỏng ở giá trị đỉnh của điện áp là không cần thiết đối với thử nghiệm ở giới hạn dưới của điện áp.

Một số phương pháp thử nghiệm được nêu trong Phụ lục A.

5.3.2. Phép đo điện dung

Sau thử nghiệm, phải đo điện dung để chứng tỏ cầu chảy đã bị nổ. Phương pháp đo được sử dụng phải đủ nhạy để phát hiện sự thay đổi điện dung do một cầu chảy bị nổ.

5.3.3. Kiểm tra khối tụ điện

Trước khi mở, các vỏ chứa không được có biến dạng đáng kể.

Sau khi mở vỏ chứa, kiểm tra được thực hiện để đảm bảo rằng:

a) không được có biến dạng đáng kể trong các cầu chảy chưa bị hỏng;

b) không có nhiều hơn một cầu chảy bổ sung (hoặc một phần mười các phần tử mắc song song trực tiếp với cầu chảy) bị hỏng (xem chú thích 1 Điều A.1). Nếu sử dụng phương pháp b) cho trong Phụ lục A, phải tuân thủ chú thích 1 của Điều A.1.

CHÚ THÍCH 1: Một lượng nhỏ bị sạm đen của chất thấm sẽ không ảnh hưởng đến chất lượng của tụ điện.

CHÚ THÍCH 2: Các điện tích nguy hiểm có thể xuất hiện trên các phần tử bị ngắt mạch do cầu chảy tác động hoặc do việc đứt các đấu nối của chúng. Tất cả các phần tử cần được phóng điện hết sức thận trọng.

5.3.4. Thử nghiệm điện áp sau khi mở vỏ chứa

Thử nghiệm điện áp phải được thực hiện bằng cách đặt điện áp một chiều bằng 3,5 x U_Ne (U_Ne là điện áp của phần tử) trong 10 s ngang qua phần tử bị sự cố và khe hở trong cầu chảy đã bị nổ của phần tử đó. Phần tử và cầu chảy không được tháo ra khỏi khối tụ điện trong thử nghiệm này. Trong quá trình thử nghiệm, khe hở phải được đặt trong chất thấm. Không được phép có phóng điện đánh thủng qua các khe hở phóng điện hoặc giữa phần nào đó của cầu chảy và phần bất kỳ khác của thiết bị.

CHÚ THÍCH: Đối với các khối có tất cả các phần tử nối song song và đối với tất cả các khối nếu sử dụng qui trình thử nghiệm b, c, d hoặc e được nêu trong Phụ lục A, thử nghiệm này có thể được thay bằng thử nghiệm điện xoay chiều trước khi mở khối tụ điện. Điện áp thử nghiệm giữa các đầu nối được tính bằng cách sử dụng tỷ số điện dung sao cho điện áp trên phần tử bị đánh thủng và khe hở không khí trong cầu chảy đã bị nổ là 3,5xU_Ne/2.

Phụ lục A

(quy định)

Quy trình thử nghiệm dùng cho thử nghiệm ngắt mạch cầu chảy bên trong

A.1. Quy định chung

Phải sử dụng một trong các quy trình thử nghiệm a), b), c), d), e) hoặc một phương pháp khác.

Điện áp và dòng điện của tụ điện phải được ghi lại trong thử nghiệm để kiểm tra xác nhận rằng cầu chảy đã bị ngắt mạch đúng cách. Đối với thử nghiệm điện một chiều, điện áp thử nghiệm phải được duy trì trong ít nhất 30 s sau khi đánh thủng để đảm bảo rằng ngắt mạch của cầu chảy không cần hỗ trợ bằng cách ngắt nguồn điện.

Để kiểm tra xác nhận đáp ứng giới hạn dòng điện của các cầu chảy khi được thử nghiệm ở giới hạn trên của điện áp, điện áp rơi, không kể quá độ, trên cầu chảy đã bị nổ không được vượt quá 30 %.

Nếu điện áp rơi vượt quá 30 %, cần thực hiện biện pháp phòng ngừa để đảm bảo rằng năng lượng tích trữ song song và dòng điện sự cố tần số công nghiệp sẵn có từ hệ thống thử nghiệm là đại diện cho các điều kiện vận hành. Sau đó, thử nghiệm được thực hiện trong các điều kiện này để chứng minh hoạt động của cầu chảy là thỏa đáng.

CHÚ THÍCH 1: Ở giới hạn trên của điện áp, việc hỏng thêm cầu chảy (hoặc một phần mười các phần tử mắc song song với cầu chảy) nối với (các) phần tử còn tốt là được phép.

CHÚ THÍCH 2: Cần thực hiện biện pháp phòng ngừa khi thực hiện thử nghiệm này để tránh khả năng nổ khối tụ điện và tránh các vật nhọn bắn ra.

A.2. Qui trình thử nghiệm

a) Sấy sơ bộ tụ điện

Các khối tụ điện được sấy trước trong tủ trước khi đặt điện áp thử nghiệm xoay chiều ở giới hạn dưới của điện áp. Nhiệt độ sấy sơ bộ (trong khoảng từ 100 °C đến 150 °C) được nhà chế tạo lựa chọn để đạt được phóng điện đầu tiên trong thời gian ngắn (vài phút đến vài giờ).

CHÚ THÍCH 1: Để ngăn áp lực quá mức của chất lỏng bên trong do nhiệt độ cao, các khối tụ điện có thể được trang bị một ống giảm áp là một van được đóng ngay tại thời điểm đặt điện áp thử nghiệm.

CHÚ THÍCH 2: Có thể sử dụng nhiệt độ sấy sơ bộ thấp hơn khi đặt điện áp thử nghiệm ở giới hạn trên của điện áp, để tránh phóng điện đánh thủng trước khi đạt đến điện áp thử nghiệm.

b) Đánh thủng cơ học của phần tử

Đánh thủng cơ học của phần tử được thực hiện bằng một mũi nhọn, được đẩy vào phần tử qua một lỗ khoan sẵn trên vỏ chứa. Điện áp thử nghiệm có thể là một chiều hoặc xoay chiều, do nhà chế tạo lựa chọn.

Nếu sử dụng điện áp xoay chiều, thời điểm thực hiện đánh thủng phải sao cho phóng điện đánh thủng xảy ra ngay sát thời điểm đỉnh của điện áp.

CHÚ THÍCH 1: Không thể đảm bảo việc đánh thủng chỉ một phần tử.

CHÚ THÍCH 2: Để hạn chế khả năng phóng điện bề mặt dọc theo mũi nhọn đến vỏ chứa, hoặc qua lỗ gây ra bởi mũi nhọn, việc đánh thủng cơ học có thể được thực hiện trong các phần tử nối vào vỏ chứa một cách vĩnh viễn hoặc chỉ nối trong quá trình thử nghiệm.

CHÚ THÍCH 3: Điện áp một chiều đặc biệt thích hợp cho các tụ điện có tất cả các phần tử mắc song song.

c) Phóng điện đánh thủng về điện của phần tử (phương pháp thứ nhất)

Một số phần tử trong khối tụ điện thử nghiệm được cung cấp kèm, ví dụ, một dải chèn vào giữa các lớp điện môi. Mỗi dải được nối với một đầu nối riêng.

Điện áp thử nghiệm có thể là điện xoay chiều hoặc một chiều do nhà chế tạo lựa chọn.

Để đạt được phóng điện đánh thủng của phần tử được trang bị như vậy, đặt một điện áp đột biến có biên độ đủ lớn vào giữa dải này và một trong những lá kim loại của phần tử bị thay đổi.

Trong trường hợp điện áp xoay chiều, đột biến điện áp phải được bắt đầu ngay sát thời điểm đỉnh của điện áp.

d) Phóng điện đánh thủng về điện của phần tử (phương pháp thứ hai)

Một số phần tử trong khối tụ điện thử nghiệm được cung cấp kèm với một dây chảy ngắn nối với hai dải bổ sung và chèn vào giữa các lớp điện môi. Mỗi dải được nối với một đầu nối riêng rẽ và cách điện với nhau.

Điện áp thử nghiệm có thể là một chiều hay xoay chiều do nhà chế tạo lựa chọn.

Để đạt được phóng điện đánh thủng của phần tử được trang bị dây chảy, một tụ điện riêng rẽ đã được nạp đến điện áp đủ được cho phóng điện qua dây chảy để làm đứt dây.

Trong trường hợp điện áp xoay chiều, việc phóng điện của tụ nạp làm đứt dây chảy phải được ngắt ngay sát thời điểm đỉnh của điện áp.

e) Phóng điện đánh thủng của phần tử (phương pháp thứ ba)

Một phần nhỏ của phần tử (hoặc của một số phần tử) trong một khối được tháo ra trong thời gian sản xuất và được thay bằng một điện môi yếu hơn.

Ví dụ: 10 cm² đến 20 cm² của điện môi bằng phim-giấy-phim bị cắt bỏ và thay thế bằng hai tờ giấy mỏng.

Phụ lục B

(tham khảo)

Hướng dẫn phối hợp bảo vệ cầu chảy

B.1. Quy định chung

Cầu chảy được mắc nối tiếp với phần tử mà cầu chảy được thiết kế để cách ly khi phần tử đó bị sự cố. Sau khi phóng điện đánh thủng phần tử, cầu chảy được nối với phần tử đó sẽ bị nổ và cô lập phần tử đó với phần còn lại của tụ điện, điều đó cho phép khối tụ điện tiếp tục làm việc. Việc nổ một hoặc nhiều cầu chảy sẽ gây ra thay đổi điện áp trong dãy tụ điện.

Điện áp trên các khối chưa hỏng không được vượt quá giá trị cho trong IEC 60871-1.

Tùy thuộc vào kết nối bên trong của các khối, việc nổ một hoặc nhiều cầu chảy cũng có thể gây ra sự thay đổi điện áp bên trong khối đó.

Các phần tử còn lại trong một nhóm nối tiếp sẽ có điện áp làm việc tăng cao, và khi có yêu cầu, nhà chế tạo cần cung cấp thông tin chi tiết về việc tăng điện áp gây ra khi cầu chảy bị nổ.

B.2. Thứ tự bảo vệ

Việc bảo vệ của một dãy tụ điện phải tác động một cách có chọn lọc.

Bước đầu tiên là các cầu chảy bên trong của các phần tử.

Bước thứ hai là bảo vệ rơle của dãy thiết bị (ví dụ như bảo vệ quá dòng hoặc bảo vệ mất cân bằng).

Bước thứ ba là bảo vệ mạng nguồn hoặc nhà xưởng.

CHÚ THÍCH 1: Tùy thuộc vào đầu ra của dãy tụ điện, thiết kế của rơ le bảo vệ, v.v…, không nhất thiết phải sử dụng cả ba bước trong tất cả các dãy tụ điện.

CHÚ THÍCH 2: Trong các dãy tụ lớn, có thể sử dụng thêm một tầng báo động.

CHÚ THÍCH 3: Trừ khi cầu chảy luôn bị nổ do năng lượng phóng điện trong dải điện áp cho trong 4.2, nhà chế tạo phải cung cấp đặc tính dòng/thời gian và dung sai của cầu chảy.

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1. Phạm vi áp dụng

2. Tài liệu viện dẫn

3. Định nghĩa

4. Yêu cầu tính năng

5. Thử nghiệm

Phụ lục A (quy định) – Quy trình thử nghiệm dùng cho thử nghiệm ngắt mạch cầu chảy bên trong

Phụ lục B (tham khảo) – Hướng dẫn phối hợp bảo vệ cầu chảy