Thiết bị đóng cắt là hệ thống lắp ráp phối hợp dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển và cách ly các mạch điện. Hệ thống này kết nối các nguồn điện như đường dây cấp điện từ lưới điện, máy biến áp và máy phát điện với các tải tiêu thụ đầu ra, đồng thời cung cấp cho người vận hành một phương thức có kiểm soát để xử lý sự cố và thực hiện công tác bảo trì. Hướng dẫn này giải thích chức năng của thiết bị đóng cắt điện, các thành phần và định mức thiết yếu của nó, cùng với sự khác biệt thực tế giữa các thiết kế hạ áp, trung áp và cao áp, cách điện bằng không khí và khí, bọc kim loại và mạch vòng.
Switchgear selection and commissioning
Compare insulation system, breaker or load-break function, bus arrangement, short-circuit duty, interlocks, earthing, cable termination, environment and maintenance access. During commissioning verify mechanical operation, contact resistance, insulation, relay settings, trip circuits, remote indications and the final as-built drawings.
Video kỹ thuật trung lập
This neutral switchgear video provides general education; the approved equipment manual and safety procedure govern the installation.
Tủ điện phân phối làm gì?
Trong quá trình vận hành bình thường, thiết bị đóng cắt mang dòng điện tải và cho phép thực hiện việc đóng cắt theo kế hoạch. Trong trường hợp xảy ra sự cố, các biến dòng/biến áp đo lường và rơ-le bảo vệ sẽ phát hiện các điều kiện bất thường và ra lệnh cho máy cắt ngắt dòng điện. Sau đó, dao cách ly và dao nối đất thiết lập một khu vực làm việc an toàn. Các tổ hợp thiết bị hiện đại cũng cung cấp chức năng đo đếm, khóa liên động, hiển thị tại chỗ, điều khiển từ xa và truyền thông đến hệ thống giám sát.
Các đặc tính thiết yếu của thiết bị đóng cắt là khả năng cách điện đầy đủ, khả năng mang dòng liên tục, khả năng ngắt và chịu đựng sự cố, bảo vệ chọn lọc, cách ly an toàn, liên động đáng tin cậy và cấu trúc dễ bảo trì. Một tủ điện có máy cắt không mặc nhiên là một hệ thống bảo vệ hoàn chỉnh; máy cắt, rơ-le, máy biến dòng (CT), nguồn điều khiển, thanh dẫn điện và vỏ tủ phải được thiết kế đồng bộ với nhau.
Thiết bị đóng cắt theo cấp điện áp
Tủ điện hạ thế
Cụm thiết bị hạ áp phân phối điện năng dưới giới hạn điện áp thấp áp dụng, thông thường từ cuộn thứ cấp của máy biến áp. Chúng có thể bao gồm các máy cắt không khí hoặc máy cắt vỏ đúc, cầu chì ngắt, mạch cấp động cơ, tụ bù, bộ điều khiển chuyển đổi tự động và thiết bị đo đếm. Hình thức phân cách, khả năng chịu dòng ngắn mạch, độ tăng nhiệt thanh dẫn và sự phối hợp thiết bị bảo vệ là các yếu tố thiết kế quan trọng.
Tủ điện trung thế
Thiết bị đóng cắt trung thế phục vụ các nhà máy công nghiệp, hệ thống năng lượng tái tạo, tòa nhà và lưới phân phối điện. Máy cắt chân không rất phổ biến vì chúng kết hợp độ bền điện tốt với các buồng dập hồ quang được bịt kín. Các thiết kế bọc kim loại sử dụng các vách ngăn nối đất để phân tách các khoang chính và thường sử dụng máy cắt kiểu rút kéo được cho các vị trí thử nghiệm và bảo dưỡng.
Thiết bị đóng cắt cao thế
Thiết bị cao áp được thiết kế như một phần của trạm biến áp và có thể sử dụng kiểu cách điện không khí hoặc cách điện khí. Các nghiên cứu hệ thống, phối hợp cách điện, định mức xung điện áp khí quyển, chế độ đóng cắt, khoảng cách an toàn và bố trí trạm biến áp đóng vai trò quyết định. “Tủ điện cao thế” là một thuật ngữ khu vực cũ và không nên thay thế cho điện áp định mức thực tế trong một thông số kỹ thuật.
Bảng so sánh và lựa chọn nhanh
Sử dụng bảng này như một phần tóm tắt nhanh về các quyết định kỹ thuật và mua sắm chính được giải thích trong bài viết.
| Khu vực quyết định | Ý nghĩa thực tiễn | Cần xác minh những gì |
|---|---|---|
| Tủ điện phân phối làm gì? | Trong quá trình vận hành bình thường, thiết bị đóng cắt mang dòng tải và cho phép thực hiện việc chuyển mạch theo kế hoạch. | Trong sự cố, máy biến dòng/áp đo lường và rơ-le bảo vệ phát hiện các điều kiện bất thường và ra lệnh cho máy cắt ngắt dòng điện. |
| Thiết bị đóng cắt theo cấp điện áp | Các tủ điện hạ thế phân phối điện năng dưới giới hạn điện áp hạ thế áp dụng, thường là từ cuộn thứ cấp của máy biến áp. | Chúng có thể bao gồm máy cắt không khí hoặc máy cắt vỏ đúc, cầu chì ngắt, mạch cấp động cơ, tụ điện, điều khiển chuyển đổi tự động và thiết bị đo đếm. |
| Tủ điện bọc kim loại (Metal-Clad) so với Tủ điện vỏ kim loại (Metal-Enclosed) | Tủ đóng cắt bọc kim loại là một kết cấu cụ thể có các vách ngăn bằng kim loại được nối đất giữa các khoang chính quan trọng, các thanh dẫn điện chính được cách ly và một máy cắt dạng kéo ra. | Vỏ kim loại là một mô tả rộng hơn có thể bao gồm các sắp xếp bên nội bộ và thiết bị đóng cắt khác nhau. |
| Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí so với thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí | Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) sử dụng không khí làm vật liệu cách điện bên ngoài chính bên trong vỏ bọc. | Nó quen thuộc, dễ tiếp cận và thường tiết kiệm khi có sẵn không gian. |
| Tủ RMU và Tủ điện máy cắt | Một thiết bị đóng cắt mạch vòng cung cấp khả năng chuyển đổi tải nhỏ gọn, cách ly và bảo vệ đường dây trong một mạng phân phối vòng. | Một số phương pháp sử dụng dao cắt tải và cầu chì, trong khi những phương pháp khác sử dụng máy cắt và rơ-le. |
Tủ điện bọc kim loại (Metal-Clad) so với Tủ điện vỏ kim loại (Metal-Enclosed)
Tủ đóng cắt bọc kim loại (metal-clad switchgear) là một kết cấu đặc biệt với các vách ngăn bằng kim loại được nối đất giữa các khoang chính quan trọng, các thanh dẫn chính được cách ly và máy cắt dạng kéo ra. Tủ bọc vỏ kim loại (metal-enclosed) là một thuật ngữ rộng hơn, có thể bao gồm các sắp xếp bên trong và thiết bị đóng cắt khác nhau. Các thuật ngữ này không nên được coi là từ đồng nghĩa trong mua sắm; hãy yêu cầu tiêu chuẩn kết cấu có liên quan và bằng chứng thử nghiệm điển hình.
Của LBAJI Tủ điện có thể tháo rời KYN28A-12 dành cho lưới phân phối cấp điện áp 12 kV, trong khi Tủ điện KYN61-40.5 phục vụ các ứng dụng cấp điện áp 40,5 kV. Điện áp dự án, mức dòng sự cố, dòng điện, yêu cầu về sự cố hồ quang nội vi và các tiêu chuẩn địa phương phải được xác nhận trước khi chọn một model.
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí so với thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí (AIS) sử dụng không khí làm lớp cách điện bên ngoài chính bên trong vỏ bọc. Nó quen thuộc, dễ tiếp cận và thường tiết kiệm chi phí khi có sẵn không gian. Diện tích chiếm dụng và khả năng chịu tác động môi trường của nó có thể lớn hơn.
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí (GIS) bao bọc các bộ phận mang điện trong lớp cách điện kín, giúp giảm diện tích chiếm chỗ và hạn chế tiếp xúc với bụi, muối và độ ẩm. Thiết bị đóng cắt SF6 truyền thống có hiệu suất điện môi tuyệt vời nhưng SF6 có tác động gây hiệu ứng nhà kính cao, vì vậy việc quản lý rò rỉ và các quy định khu vực rất quan trọng. Các sản phẩm kín mới hơn có thể sử dụng các loại khí thay thế hoặc cách điện lai giữa dạng rắn và không khí. Hãy yêu cầu nhà sản xuất nêu rõ môi chất cách điện, thông số kỹ thuật về độ rò rỉ và quy trình xử lý cuối vòng đời sản phẩm.
Đối với các vòng phân phối nhỏ gọn, hãy xem xét Tủ RMU cách điện bằng khí thân thiện với môi trường LBHB-12. Ở điện áp cao hơn, Tủ đóng cắt mạng vòng kín HC-40.5 thể hiện một phương pháp cách nhiệt nhỏ gọn.
Tủ RMU và Tủ điện máy cắt
Một thiết bị đóng cắt mạch vòng cung cấp khả năng chuyển mạch tải nhỏ gọn, cách ly và bảo vệ đường dây trong một mạch vòng phân phối. Một số phương pháp sử dụng công tắc ngắt tải và cầu chì, trong khi những phương pháp khác sử dụng máy cắt và rơ-le. Tủ điện máy cắt bọc kim loại toàn phần thường mang lại tính linh hoạt bảo vệ cao hơn, định mức cao hơn và khả năng bảo trì cho hệ thống phân phối công nghiệp sơ cấp. Sự lựa chọn phụ thuộc vào cấu trúc mạng, dòng sự cố, triết lý bảo vệ, quyền truy cập của người vận hành và các yêu cầu về tính liên tục.
Thiết bị đóng cắt đặt trên bệ và ngoài trời
Tủ đóng cắt đặt trên bệ (pad-mounted switchgear) đặt các thiết bị đóng cắt phân phối trong một vỏ bọc đặt trên mặt đất có khả năng chống chịu thời tiết và chống phá hoại. Thiết bị này phổ biến trong các mạng lưới điện ngầm, khuôn viên trường học và các địa điểm năng lượng tái tạo. Các thông số kỹ thuật cần xác định cấp độ chống ăn mòn của vỏ bọc, khả năng bảo vệ chống xâm nhập, quyền truy cập vận hành, các yêu cầu cách ly có thể nhìn thấy, giao diện cáp, bảo vệ động vật hoang dã và các điều kiện môi trường.
Tủ đóng cắt máy phát và hòa đồng bộ
Tủ điện đóng cắt máy phát kết nối và bảo vệ nguồn máy phát. Tủ điện đóng cắt hòa đồng bộ bổ sung tính năng đồng bộ hóa và chia sẻ tải giữa các máy phát hoặc giữa máy phát và nguồn điện lưới. Nó yêu cầu kiểm tra điện áp, tần số và góc pha, điều khiển chia sẻ tải, bảo vệ công suất ngược, khóa liên động và một quy trình vận hành được tài liệu hóa.
Thông số định mức thiết bị đóng cắt quan trọng
- Điện áp định mức và mức cách điện: phải tương thích với điện áp tối đa của hệ thống và môi trường quá áp.
- Dòng điện định mức: áp dụng cho các thanh cái và các khối chức năng riêng lẻ theo các điều kiện môi trường xung quanh được quy định.
- Dòng điện chịu đựng ngắn hạn: bộ lắp ráp phải chịu được dòng sự cố được chỉ định trong khoảng thời gian định mức.
- Dòng điện xung kích và dòng điện đóng: giải quyết ứng suất điện động chu kỳ đầu tiên.
- Tin nóng: aptomat phải cắt được dòng sự cố dự kiến ở điện áp định mức của nó.
- Phân loại hồ quang nội bộ: định nghĩa khả năng tiếp cận đã được kiểm tra, dòng điện và thời gian; nó không loại bỏ nhu cầu thực hiện các quy trình làm việc an toàn.
- Xếp hạng bảo vệ xâm nhập và môi trường: phải phản ánh được bụi, nước, sự ngưng tụ, sự ăn mòn, độ cao và nhiệt độ.
Cách so sánh các đề xuất thiết bị đóng cắt
- Phát hành sơ đồ nguyên lý một sợi, danh mục phụ tải, các nghiên cứu hệ thống và nguyên lý vận hành.
- So sánh mức độ tuân thủ dựa trên một lịch biểu yêu cầu, không phải dựa trên các mô tả tiếp thị.
- Xác minh các báo cáo thử nghiệm loại áp dụng cho cấu trúc và định mức đã chào thầu.
- Kiểm tra các giao diện của máy cắt, rơ le, biến dòng (CT), cáp và thanh cái.
- Kiểm tra kích thước, các phần vận chuyển, khoảng trống tiếp cận và không gian uốn cong của cáp.
- Xác nhận các khóa liên động cơ và điện cùng các điều khoản nối đất.
- Đánh giá phụ tùng thay thế, đào tạo, tài liệu và hỗ trợ vòng đời.
- Xác định các bài kiểm tra nghiệm thu tại nhà máy và vận hành tại công trường trước khi đặt hàng.
An toàn và Bảo dưỡng
Tủ đóng cắt chứa năng lượng nguy hiểm ngay cả khi cầu dao có vẻ đang mở. Công việc an toàn đòi hỏi quy trình chuyển mạch được phê duyệt, khóa/gắn thẻ cô lập (lockout/tagout), cách ly, xác minh không có điện, nối đất và các biện pháp kiểm soát hồ quang điện. Vận hành từ xa và cấu trúc chống hồ quang điện có thể làm giảm mức độ phơi nhiễm nhưng không thể thay thế cho chương trình an toàn.
Bảo trì dựa trên tình trạng kết hợp kiểm tra trực quan, vệ sinh, kiểm tra cơ cấu, điện trở tiếp xúc, đánh giá cách điện, chẩn đoán rơ-le và đo nhiệt ảnh. Áp suất hoặc mật độ khí, phóng điện cục bộ và thời gian đóng cắt của máy cắt có thể được giám sát nếu áp dụng được. Các chu kỳ bảo trì nên tuân theo nhà sản xuất, chế độ vận hành và mức độ khắc nghiệt của môi trường.
Các thành phần chính bên trong thiết bị đóng cắt
Một dãy thiết bị đóng cắt thường kết hợp các thanh cái, máy cắt hoặc cầu dao, chức năng cách ly và nối đất, máy biến dòng/áp, rơ-le, đồng hồ đo, nguồn điều khiển, các khóa liên động và khoang cáp. Kết cấu bọc kim loại trung thế phân tách các chức năng chính bằng các vách ngăn nối đất, trong khi các thiết bị bọc kim loại khác có thể sử dụng cầu chì hoặc thiết bị cố định.
An toàn và khả năng vận hành của thiết bị đóng cắt
Lựa chọn an toàn cần cân nhắc đến phân loại hồ quang nội bộ, giảm áp, vận hành từ xa, cửa chớp, khóa liên động, nối đất, khả năng tiếp cận và năng lượng có sẵn tại thanh cái. Việc lập kế hoạch bảo trì phải xác định các điểm cô lập, vị trí thử nghiệm, không gian rút thiết bị, phụ tùng thay thế và các bố trí mở rộng trước khi hoàn thiện phòng và các tuyến cáp.
Tài liệu kỹ thuật và đọc thêm
Các nguồn độc lập sau đây hỗ trợ các tiêu chuẩn, thuật ngữ, phép tính và bối cảnh an toàn được thảo luận trong hướng dẫn này:
- Tiêu chuẩn thiết bị đóng cắt bọc kim loại IEC 62271-200 — Phạm vi, phân loại, điều kiện dịch vụ, thử nghiệm hồ quang nội bộ, các khóa liên động và các yêu cầu đối với thiết bị đóng cắt bọc kim loại dòng điện xoay chiều lên đến 52 kV.
- Tiêu chuẩn IEEE C37.121 hướng dẫn về trạm biến áp hợp bộ đóng cắt — Hướng dẫn phối hợp cho các khoang tủ đóng cắt và máy biến áp trong trạm biến áp trọn bộ ba pha.
- Các yêu cầu về an toàn điện năng của OSHA — Các yêu cầu an toàn đối với công tác thi công có liên quan đến thiết bị truyền tải và phân phối điện.
