Giới thiệu về thiết bị đóng cắt

Thiết bị đóng cắt điện là một bộ thiết bị phân phối điện hoàn chỉnh được lắp ráp từ các thiết bị chính và thiết bị phụ theo một sơ đồ nhất định, chủ yếu được sử dụng để điều khiển và bảo vệ mạch điện và thiết bị. Thiết bị đóng cắt điện có thể được chia thành thiết bị đóng cắt điện cao áp (loại cố định và loại xe đẩy) và thiết bị đóng cắt điện hạ áp (loại cố định và loại ngăn kéo) theo mức điện áp của đường dây vào và ra.
Cấu trúc của tủ điện cao áp nhìn chung tương tự, chủ yếu được chia thành phòng thanh cái, phòng máy cắt, phòng điều khiển thứ cấp (phòng thiết bị) và phòng cấp nguồn. Thông thường, giữa mỗi phòng đều có vách ngăn bằng thép. Tủ điện hạ áp chủ yếu được phân loại theo phương pháp lắp đặt các linh kiện.

Thiết bị đóng cắt cao áp bọc thép KYN28A-12 đặt ở giữa xe

Tủ điện cố định điện áp thấp GGD

Tủ điện hạ thế dạng kéo ra MNS

Thiết bị đóng cắt bọc thép có thể tháo rời KYN61-40.5

Tủ điện hạ thế dạng kéo ra GCK

Các thành phần bên trong bao gồm: thanh dẫn điện, cầu dao, rơle thông thường, thiết bị bảo vệ rơle tích hợp, dụng cụ đo, dao cách điện, đèn báo, dao nối đất, v.v.

1. Tủ phân phối điện đầu vào còn được gọi là tủ tiếp nhận điện. Đây là thiết bị dùng để nhận năng lượng điện từ lưới điện (từ đường dây đầu vào đến thanh cái). Nó thường được trang bị các thiết bị như cầu dao, biến dòng (CT), biến áp (PT), dao cách ly và các linh kiện khác.

2. Tủ phân phối điện đầu ra còn được gọi là tủ cấp nguồn hoặc tủ phân phối điện. Chúng là thiết bị dùng để phân phối năng lượng điện (từ thanh dẫn đến từng đường dây đầu ra), và thường được trang bị các thiết bị như cầu dao, biến dòng (CT), biến áp (PT), dao cách ly và các linh kiện khác.

3. Kết nối xe buýt
Nó còn được gọi là tủ ngắt mạch thanh cái. Đây là thiết bị dùng để kết nối hai đoạn thanh cái (từ thanh cái này sang thanh cái kia). Kết nối thanh cái thường được sử dụng trong hệ thống một đoạn thanh cái và hệ thống hai đoạn thanh cái để đáp ứng các yêu cầu hoặc đảm bảo của người dùng trong việc lựa chọn các chế độ vận hành khác nhau. Giúp ngắt tải có chọn lọc trong trường hợp xảy ra sự cố.

4. Tủ biến áp PT thường được lắp đặt trực tiếp trên thanh cái để phát hiện điện áp thanh cái và thực hiện chức năng bảo vệ. Chủ yếu lắp đặt biến áp PT, dao cách ly, cầu chì và bộ chống sét, v.v. bên trong.

5. Tủ cách ly được sử dụng để cách ly thanh dẫn điện ở cả hai đầu hoặc để cách ly thiết bị nhận điện khỏi thiết bị cung cấp điện. Nó có thể cung cấp một điểm cuối dễ quan sát cho người vận hành để tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động bảo trì và sửa chữa. Vì tủ cách ly không có khả năng ngắt và bật dòng điện tải, nên xe đẩy của tủ cách ly không thể bị đẩy hoặc kéo khi cầu dao điện tương ứng với nó đang đóng. Trong các ứng dụng thông thường, cần phải thiết lập khóa liên động giữa tiếp điểm phụ của cầu dao điện và xe đẩy cách ly để ngăn ngừa thao tác sai của người vận hành.

6. Tủ tụ điện còn được gọi là tủ bù công suất, được sử dụng để cải thiện hệ số công suất của lưới điện hoặc để bù công suất phản kháng. Các thành phần chính là các nhóm tụ điện, mạch điều khiển chuyển mạch và cầu chì được mắc song song. Chức năng chính là bảo vệ các thiết bị điện. Thông thường, tủ được lắp đặt song song với tủ điện chính, do đó có thể vận hành một hoặc nhiều tủ tụ điện song song. Sau khi tủ tụ điện được ngắt khỏi lưới điện, vì quá trình xả hết điện của tụ điện cần một thời gian, nên không được chạm trực tiếp vào các bộ phận trong tủ, đặc biệt là tụ điện; trong một khoảng thời gian nhất định sau khi tắt điện (tùy thuộc vào dung lượng của tụ điện, ví dụ: 1 phút), không được phép bật lại điện để tránh gây hư hỏng do quá áp cho tụ điện. Khi thực hiện các chức năng điều khiển tự động, cần chú ý phân bổ hợp lý thời gian chuyển mạch của mỗi nhóm tụ điện để tránh làm hư hỏng một nhóm tụ điện trong khi các nhóm khác ít khi bật tắt.

7. Tủ đo

Chủ yếu được sử dụng để đo năng lượng điện (kWh), và được chia thành điện áp cao và điện áp thấp, thường được lắp đặt kèm theo công tắc cách ly, cầu chì, biến dòng (CT), biến áp (PT), đồng hồ đo công suất hoạt động (đồng hồ truyền thống hoặc đồng hồ kỹ thuật số), đồng hồ đo công suất phản kháng, rơle và một số thiết bị phụ trợ khác (như thiết bị giám sát tải, v.v.).
8. Tủ GIS còn được gọi là tủ điện kết hợp kín, là một tổ hợp khép kín gồm các thiết bị ngắt mạch, công tắc cách ly, công tắc nối đất, biến dòng (CT), biến áp (PT), chống sét lan truyền, thanh dẫn, v.v. trong một vỏ kim loại, và sử dụng khí có khả năng cách điện và dập tắt hồ quang tốt (thường là sulfur hexafluoride SF6) làm biện pháp cách điện giữa các pha và đất, thích hợp cho lưới điện cao áp và công suất lớn, được sử dụng để phân phối và điều khiển điện năng.
9. Khi máy cắt hoạt động bình thường, máy cắt ở trạng thái đóng (trừ các trường hợp đặc biệt), và mạch điện được kết nối. Khi thực hiện các thao tác điều khiển tự động hoặc điều khiển bảo vệ, máy cắt có thể được vận hành dưới sự điều khiển của thiết bị bảo vệ tổng hợp để ngắt hoặc kết nối mạch. Máy cắt không chỉ có thể đóng và ngắt dòng điện tải bình thường mà còn chịu được dòng điện ngắn mạch trong một khoảng thời gian nhất định (gấp vài hoặc thậm chí hàng chục lần dòng điện làm việc bình thường), ngắt dòng điện ngắn mạch và cắt các mạch và thiết bị bị lỗi. Do đó, chức năng chính của máy cắt là ngắt và đóng mạch (bao gồm ngắt và đóng dòng điện bình thường, ngắt dòng điện ngắn mạch). Bởi vì trong quá trình ngắt và đóng mạch, hồ quang điện chắc chắn sẽ được tạo ra giữa tiếp điểm di động và tiếp điểm tĩnh của máy cắt. Để bảo vệ các tiếp điểm, giảm sự hao mòn vật liệu tiếp điểm và ngắt mạch một cách đáng tin cậy, cần phải thực hiện các biện pháp để dập tắt hồ quang càng sớm càng tốt. Một trong những biện pháp đó là sử dụng các môi chất dập tắt hồ quang khác nhau để lấp đầy các tiếp điểm động và tĩnh của máy cắt. Theo môi chất dập tắt hồ quang khác nhau, máy cắt điện có thể được chia thành: máy cắt điện dầu (nhiều dầu, ít dầu), máy cắt điện sulfur hexafluoride (SF6), máy cắt điện chân không, máy cắt điện không khí, v.v. Thiết bị chính trong tủ điện cao và hạ thế mà chúng ta thường gặp trong các dự án là máy cắt điện. Vì các tiếp điểm di động và tĩnh của máy cắt điện thường được bao bọc trong một thùng chứa đầy môi chất dập tắt hồ quang, nên trạng thái đóng mở của máy cắt điện không thể được xác định trực tiếp, thường phải thông qua các thiết bị phụ trợ của máy cắt điện (chẳng hạn như kim chỉ vị trí đóng mở, v.v.) để xác định.

10. Dao cách ly

Dao cách ly (hoặc công tắc cách ly) có thể nhận biết sự kết nối hoặc ngắt kết nối nhờ vết đứt rõ ràng. Nó chủ yếu được sử dụng để cách ly nguồn điện cao áp nhằm đảm bảo an toàn khi bảo trì đường dây và thiết bị. Dòng điện có thể ngắt rất nhỏ (thường chỉ vài ampe). Vì không có thiết bị dập tắt hồ quang đặc biệt, nên nó không thể được sử dụng để ngắt dòng điện sự cố và dòng điện làm việc bình thường, và không được phép thực hiện thao tác ngắt khi có tải.

11. Cầu chì

Cầu chì là một thiết bị điện bảo vệ mạch điện đơn giản. Nguyên lý hoạt động của nó là khi dòng điện chạy qua cầu chì đạt hoặc vượt quá một giá trị nhất định trong một khoảng thời gian nhất định, dây dẫn bên trong cầu chì sẽ tự tan chảy và ngắt mạch. Nguyên lý hoạt động của cầu chì đơn giản, dễ lắp đặt, thường không được sử dụng riêng lẻ mà chủ yếu được sử dụng kết hợp với các thiết bị điện khác. Các đặc điểm hoạt động chính: Thứ nhất, dòng điện phải đạt đến một giá trị nhất định, giá trị này đã được quy định trước khi cầu chì xuất xưởng và không thể thay đổi; thứ hai, phải có một khoảng thời gian nhất định trôi qua sau khi dòng điện đạt đến một giá trị nhất định, khoảng thời gian này cũng do nhà sản xuất quy định và không thể thay đổi. Tuy nhiên, có nhiều loại, bao gồm loại tác động chậm, tác động nhanh, tác động cực nhanh, v.v.; thứ ba là thân cầu chì bị hư hỏng sau khi hoạt động và không thể sử dụng lại mà phải thay thế; có thể nhận biết cầu chì bị đứt bằng đèn báo trên cầu chì hoặc sự xuất hiện của hiện tượng tan chảy; các loại cầu chì và ống bảo hiểm thông dụng thuộc loại thiết bị điện này.

12. Công tắc tải
Công tắc tải có thiết bị dập tắt hồ quang đơn giản. Môi trường dập tắt hồ quang thường là không khí, có thể đóng và ngắt một số dòng điện và quá dòng nhất định, nhưng không thể ngắt dòng ngắn mạch và không thể được sử dụng để cắt các sự cố ngắn mạch. Do đó, tuyệt đối không được phép sử dụng công tắc tải để thay thế máy cắt mạch; nếu sử dụng công tắc tải, phải sử dụng kết hợp với cầu chì cao áp đã đề cập ở trên (thực tế, cầu chì và công tắc tải thường được sử dụng nối tiếp để bảo vệ quá tải đơn giản, nhằm giảm chi phí dự án). Công tắc tải tương tự như dao cách điện, có khe hở ngắt mạch rõ ràng, và có thể dễ dàng nhận biết mạch đang ở trạng thái bật hay tắt.

13. Máy biến áp

Nói một cách đơn giản, máy biến áp là thiết bị sử dụng trường điện từ xoay chiều để chuyển đổi các mức điện áp khác nhau (thực chất là chuyển đổi năng lượng điện), và điện áp trước và sau khi chuyển đổi không thay đổi về tần số. Theo mục đích sử dụng, nó có thể được chia thành nhiều loại, chẳng hạn như máy biến áp điện lực, máy biến áp chỉnh lưu, máy điều chỉnh điện áp, máy biến áp cách ly, CT, PT, v.v. Loại máy biến áp mà chúng ta thường gặp ở công trường là máy biến áp điện lực.
Một số thông số kỹ thuật chính liên quan đến máy biến áp bao gồm: ① Công suất định mức: là công suất đầu ra định mức của máy biến áp trong điều kiện làm việc định mức (bằng U×I, tính bằng KVA); ② Điện áp định mức: điện áp không tải, điện áp định mức tại điểm đấu nối, điện áp đầu cực; ③ Tổn thất không tải: là tổn thất của máy biến áp trong điều kiện không tải (còn gọi là tổn hao sắt); ④ Dòng điện không tải: là dòng điện chạy qua cuộn dây phía sơ cấp trong điều kiện không tải; ⑤ Tổn thất ngắn mạch: là tổn thất do dòng điện định mức ở phía sơ cấp và ngắn mạch thứ cấp (chủ yếu do điện trở cuộn dây); ⑥ Khái niệm về điểm đấu nối (tap): Để đáp ứng nhu cầu vận hành lưới điện, phía cao áp của máy biến áp thường có các điểm đấu nối, và giá trị điện áp của các điểm đấu nối này được biểu thị bằng phần trăm của điện áp định mức, gọi là điện áp điểm đấu nối. Ví dụ, một máy biến áp cao áp 10KV có nấc điều chỉnh ±5%, có nghĩa là máy biến áp có thể hoạt động ở ba mức điện áp: 10,5KV (+5%), 10KV (định mức), 9,5KV (-5%). Nói chung, số nấc điều chỉnh (điểm điều chỉnh) của máy biến áp có nấc điều chỉnh tải thường nhiều hơn, chẳng hạn như 7 nấc (±3×2,5%) và 9 nấc (±4×2%). Vì việc chuyển mạch đồng bộ của bộ điều chỉnh nấc không thể được đảm bảo hoàn toàn, nên máy biến áp có nấc điều chỉnh tải thường không thể hoạt động song song. ⑦ Tải tác dụng: là tải tạo ra năng lượng máy móc hoặc năng lượng nhiệt trong hệ thống điện. Tuy nhiên, tải thuần trở chỉ tiêu thụ công suất tác dụng, chẳng hạn như máy sưởi điện, lò điện, chiếu sáng và các tải điện khác là tải hoàn toàn tác dụng. Tải của động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ tiêu thụ cả công suất tác dụng và công suất phản kháng. Trong đó, phần tạo ra năng lượng máy móc bằng công việc là tải tác dụng. Tải tác dụng phải được cung cấp bởi công suất tác dụng của máy phát điện. ⑧ Tải công suất phản kháng: phần tải điện không thực hiện công việc. Công suất phản kháng chỉ được tiêu thụ trong các tải cảm kháng. Ví dụ: máy biến áp, động cơ, máy điều hòa, tủ lạnh, v.v. Vì vậy, trong khi máy phát điện tạo ra công suất tác dụng, nó cũng cần cung cấp công suất phản kháng. Khi công suất phản kháng không đáp ứng được lưới điện, điện áp của hệ thống sẽ giảm. Để đáp ứng nhu cầu của người dùng, cần phải lắp đặt bộ bù công suất phản kháng trong trạm biến áp để duy trì sự cân bằng công suất phản kháng, nhờ đó mức điện áp có thể được duy trì. ⑨ Dự trữ sự cố: một trong những thành phần của công suất dự trữ trong hệ thống điện. Vì thiết bị phát điện có thể gặp sự cố tạm thời hoặc vĩnh viễn ảnh hưởng đến nguồn cung cấp điện, hệ thống phải được trang bị một số nguồn điện dự phòng sự cố nhất định để đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện. ⑩ Tháo dỡ hệ thống: Để ngăn hệ thống mất đồng bộ và sự mở rộng do sự cố, hệ thống điện sẽ được tháo dỡ hoàn toàn thành nhiều hệ thống độc lập không còn hoạt động đồng bộ. Một số hệ thống cục bộ có thể bị thiếu điện sau khi giảm tải, dẫn đến sụt giảm tần số và điện áp, do đó cần phải loại bỏ một phần tải để tránh làm ảnh hưởng đến sự ổn định của toàn hệ thống.