Tủ điện trung thế kiểm soát và bảo vệ các hệ thống phân phối điện giữa mức tiêu thụ điện áp thấp và truyền tải điện áp cao. Nó được sử dụng trong các trạm biến áp điện lực, nhà máy, trung tâm dữ liệu, mỏ khai thác, tòa nhà và các nhà máy năng lượng tái tạo. Hướng dẫn này so sánh các thiết kế cách điện bằng không khí và khí, bọc kim loại và mạch vòng, đồng thời giải thích về định mức, thiết bị đóng cắt, bảo vệ, an toàn hồ quang nội bộ, thử nghiệm và mua sắm.
Tủ điện trung thế là gì?
Tủ điện trung thế là một tổ hợp gồm các thanh cái, thiết bị đóng cắt, máy biến áp đo lường, rơ-le, mạch điều khiển, đầu cáp và vỏ tủ. Dải điện áp thay đổi tùy theo tiêu chuẩn và thị trường, nhưng các cấp thiết bị phổ biến bao gồm 3.6, 7.2, 12, 17.5, 24, 36 và 40.5 kV.
Trong quá trình vận hành bình thường, thiết bị mang tải và hỗ trợ việc đóng cắt. Khi xảy ra sự cố, các biến dòng (CT) và biến áp đo lường (VT) cung cấp tín hiệu đo lường cho các rơ-le bảo vệ, từ đó tác động cắt máy cắt. Các chức năng dao cách ly và nối đất sau đó thiết lập trạng thái an toàn để bảo trì.
Các loại tủ điện trung thế chính
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng không khí
AIS sử dụng không khí để cách điện bên ngoài bên trong các khoang kim loại. Công nghệ này quen thuộc, dễ kiểm tra và thường có tính kinh tế cao ở những nơi có không gian rộng rãi. Khoảng cách điện, độ sạch và việc kiểm soát độ ẩm là những yếu tố quan trọng.
Thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí
GIS bao kín các bộ phận mang điện trong lớp cách điện kín. Thiết bị này có kích thước nhỏ gọn và khả năng chống bụi, muối và độ ẩm mạnh mẽ. Cần nêu rõ môi chất cách điện, thông số kỹ thuật về độ rò rỉ, tác động môi trường, việc giám sát áp suất và cách xử lý khi hết vòng đời.
Thiết kế cách điện rắn và thiết kế lai
Vật liệu cách điện rắn hoặc cách điện hỗn hợp có thể làm giảm lượng khí thải và diện tích chiếm dụng. Các bề mặt tiếp xúc, hiệu suất phóng điện cục bộ, chiến lược sửa chữa và tái chế cần được xem xét kỹ lưỡng.
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 trung thế là gì? | Tủ điện trung thế là một tổ hợp gồm các thanh cái, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng/áp, rơ-le, mạch điều khiển, đầu cáp và vỏ tủ. | Dải điện áp khác nhau tùy theo tiêu chuẩn và thị trường, nhưng các cấp thiết bị phổ biến bao gồm 3,6; 7,2; 12; 17,5; 24; 36 và 40,5 kV. |
| Các loại tủ điện trung thế chính | AIS sử dụng không khí để cách điện bên ngoài bên trong các khoang kim loại. | Nó quen thuộc, dễ kiểm tra và thường tiết kiệm chi phí khi có sẵn không gian. |
| Kết cấu bọc kim loại và kín kim loại | Tủ điện bọc kim loại sử dụng các vách ngăn bằng kim loại nối đất giữa ngăn máy cắt, thanh dẫn, cáp và ngăn điều khiển hạ áp, thường đi kèm với máy cắt dạng kéo ra. | “Metal-enclosed” có nghĩa rộng hơn và có thể bao gồm các cầu dao cố định, công tơ tắc hoặc tổ hợp cầu chì. |
| Máy cắt chân không | Buồng dập hồ quang dập tắt các hồ quang bên trong các bình kín và được sử dụng rộng rãi trong thiết bị trung thế. | Các định mức quan trọng bao gồm điện áp, dòng điện liên tục, dòng điện cắt và đóng ngắn mạch, trình tự thao tác, độ bền cơ học và chế độ chuyển mạch dung kháng hoặc động cơ. |
| Tủ mạch vòng chính | RMU là thiết bị đóng cắt nhỏ gọn dùng cho lưới điện phân phối vòng hoặc hình tia. | Các nhánh có thể sử dụng dao cắt tải, tổ hợp cầu chì-dao cắt hoặc máy cắt có rơ-le. |
Kết cấu bọc kim loại và kín kim loại
Tủ điện đóng cắt bọc kim loại (metal-clad switchgear) sử dụng các vách ngăn bằng kim loại được nối đất giữa các khoang máy cắt, thanh dẫn (busbar), cáp và khoang điều khiển hạ áp, thường đi kèm với máy cắt dạng kéo ra (withdrawable). Khái niệm “bọc kim loại” (metal-enclosed) rộng hơn và có thể bao gồm các thiết bị đóng cắt cố định, công tơ tắc hoặc tổ hợp cầu chì. Cần tuân thủ tiêu chuẩn hiện hành và kết cấu đã được kiểm định thay vì chỉ dựa vào thuật ngữ.
Của LBAJI Tủ điện trung thế KYN28A-12 phục vụ các hệ thống cấp điện 12 kV. Đối với cấp 40,5 kV, xem Tủ điện trung thế KYN61-40.5.
Máy cắt chân không
Bộ ngắt mạch chân không dập tắt hồ quang bên trong các bình kín và được sử dụng rộng rãi trong thiết bị điện trung thế. Các thông số định mức quan trọng bao gồm điện áp, dòng điện liên tục, dòng điện đóng và cắt ngắn mạch, chu trình thao tác, độ bền cơ học và chế độ chuyển mạch dung kháng hoặc động cơ. Máy cắt hoàn chỉnh bao gồm cơ cấu truyền động, cuộn cắt/đóng, tiếp điểm phụ và các khóa liên động.
Tủ mạch vòng chính
RMU là thiết bị đóng cắt nhỏ gọn dùng cho lưới phân phối vòng hoặc hình tia. Các nhánh có thể sử dụng dao cắt tải, tổ hợp dao cắt - cầu chì hoặc máy cắt kèm rơ-le. Thiết bị này rất phù hợp cho lưới phân phối phụ tải, trạm biến áp hợp bộ và các trạm gom năng lượng tái tạo, nơi các thiết bị kín, nhỏ gọn đóng vai trò quan trọng.
The Tủ RMU thân thiện với môi trường LBHB-12 hỗ trợ mạng lưới 12 kV nhỏ gọn. Tủ đóng cắt mạng vòng kín HC-40.5 đáp ứng các ứng dụng nhỏ gọn điện áp cao hơn.
Xếp hạng cơ bản
- Điện áp định danh và khả năng chịu đựng điện áp tần số công nghiệp/xung sét.
- Dòng điện liên tục của thanh cái và thanh dẫn.
- Dòng điện chịu đựng ngắn hạn định mức và thời gian chịu đựng.
- Dòng điện chịu đựng đỉnh định mức và dòng điện đóng cắt của máy cắt.
- Dòng điện cắt ngắn mạch và chu kỳ làm việc của máy cắt.
- Phân loại hồ quang nội bộ, khả năng tiếp cận, dòng điện và thời gian.
- Cấp độ bảo vệ, nhiệt độ môi trường, độ cao và ô nhiễm.
Bảo vệ, Đo lường và Điều khiển
Bảo vệ có thể bao gồm các chức năng quá dòng pha/chạm đất, có hướng, so lệch máy biến áp, động cơ, thanh cái và chống đóng không thành công (chống hỏng máy cắt). Tỷ số, cấp chính xác và gánh của máy biến dòng (CT) phải phù hợp với mức dòng ngắn mạch và yêu cầu của rơ-le. Điện áp điều khiển, giám sát mạch cắt, hệ thống thông tin liên lạc, điều khiển từ xa và đồng bộ thời gian phải được xác định trước khi chế tạo.
An toàn chống hồ quang nội bộ
Phân loại hồ quang nội bộ chỉ định rằng một cụm thiết bị đã được kiểm nghiệm có khả năng kiểm soát các tác động của hồ quang theo các cạnh, dòng điện và thời gian đã nêu. Việc lắp đặt phải phù hợp với các điều kiện về thông hơi và phòng đã được kiểm nghiệm. Kết cấu chống hồ quang không làm cho việc thao tác khi có điện trở nên an toàn; việc vận hành từ xa, bảo vệ nhanh chóng, bảo trì và các quy trình an toàn vẫn là điều cần thiết.
Cách định nghĩa kỹ thuật tủ điện trung thế
- Cung cấp sơ đồ một sợi và nguyên lý vận hành.
- Nêu rõ điện áp, tần số, cấp nối đất và cách điện.
- Cung cấp dòng điện tải và dòng điện sự cố tối đa/tối thiểu.
- Sơ đồ thanh cái, các tuyến cấp nguồn và phần mở rộng trong tương lai.
- Chỉ định bảo vệ, CT/VT, đo lường và truyền thông.
- Yêu cầu về hồ quang nội bộ, vỏ bảo vệ và môi trường.
- Xác định kích thước cáp, ngõ vào, đầu cáp và các nhiệm vụ của dao cách ly nối đất.
- Trích dẫn tiêu chuẩn, thử nghiệm điển hình, FAT và thử nghiệm tại hiện trường.
Kiểm tra chấp thuận tại nhà máy
Các bài kiểm tra định kỳ và FAT bao gồm kiểm tra trực quan, tính liên tục của hệ thống dây điện, thử nghiệm độ bền điện, điện trở mạch chính, hoạt động cơ khí, các khóa liên động, phun rơ-le, mạch cắt/đóng, đo lường, truyền thông và báo động. Các báo cáo thử nghiệm kiểu loại phải áp dụng cho thiết kế và định mức được chào thầu.
Lắp đặt và Bảo trì
Kiểm tra khoảng sáng phòng, tải trọng sàn, đường thoát khí hồ quang, không gian uốn cáp, nối đất và kiểm soát môi trường. Kiểm tra ủy nhiệm độ cực CT, cài đặt rơ-le và toàn bộ chuỗi ngắt. Công tác bảo trì sử dụng phương pháp kiểm tra, làm sạch, điện trở tiếp xúc, kiểm tra cơ cấu, thời gian cắt của máy cắt, chẩn đoán rơ-le, đánh giá cách điện/phóng điện cục bộ và chụp ảnh nhiệt dựa trên tải làm việc và tình trạng thực tế.
Tủ đóng cắt trung thế chống hồ quang và đặt trên bệ đỡ
Kết cấu chống hồ quang được kiểm định để hướng các tác động của hồ quang nội bộ tránh xa các mặt có thể tiếp cận được chỉ định, nhưng chỉ khi các điều kiện lắp đặt, cửa và đường thoát khí khớp với bố trí đã kiểm định. Thiết bị đóng cắt lắp trên bệ đệm bổ sung tính năng chống xâm nhập và lối đi cáp ngoài trời; thiết bị này có thể sử dụng các cầu dao, cầu chì, máy cắt hoặc hệ thống tự động hóa tùy thuộc vào nhiệm vụ của tuyến cấp nguồn.
Dao cách ly, dao nối đất và hệ thống thanh cái
Dao cách ly cung cấp khả năng cách ly nhưng thông thường không ngắt dòng điện sự cố. Dao nối đất nối đất một mạch điện đã được cách ly để phục vụ công tác bảo dưỡng. Cách điện thanh cái, các mối nối, giá đỡ và các khoang phải chịu được nhiệt liên tục và lực ngắn mạch đồng thời cho phép kiểm tra và mở rộng phù hợp với kế hoạch vận hành.
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.
Hãy yêu cầu nhà sản xuất xác định kỹ sư chịu trách nhiệm, điểm kiểm tra bản vẽ, điểm chứng nhận thử nghiệm tại nhà máy, biện pháp bảo vệ vận chuyển, phạm vi hoạt động tại địa điểm khởi động và thời gian đáp ứng bảo hành. Một bảng phân công trách nhiệm rõ ràng đặc biệt quan trọng khi có sự tham gia của cả nhà phân phối khu vực, nhà chế tạo bảng điều khiển và nhà sản xuất thiết bị gốc.
Video kỹ thuật trung lập
Further viewing: Gaurav J – TheElectricalGuy — Switchgear Basics: Complete Beginner’s Guide | TheElectricalGuy. This video provides background principles; it does not specify LBAJI equipment ratings or replace a project design.
Đưa vào kế hoạch dự phòng linh kiện và đào tạo thực tế cho khu vực dịch vụ dự kiến. Kế hoạch này nên xác định thời gian đáp ứng, thiết bị kiểm tra, phần mềm chuyển tiếp, hỗ trợ khôi phục khí hoặc ngắt máy hút chân không, cũng như các tài liệu cần thiết sau khi thực hiện các hoạt động ngoài khu vực.
