Công nghệ chân không thay thế SF6 trong các thiết bị phân phối vòng hiện đại

Các đơn vị vòng mạch chính (RMUs) được sử dụng trong phân phối điện thứ cấp, kết nối trực tiếp với người dùng cuối như các cộng đồng cư dân, công trường xây dựng, tòa nhà thương mại, đường cao tốc, v.v.

Trong trạm biến áp dân dụng, RMU giới thiệu điện áp trung bình 12 kV, sau đó được giảm xuống 380 V điện áp thấp thông qua các biến áp. Thiết bị đóng cắt điện áp thấp phân phối năng lượng điện đến các đơn vị người dùng khác nhau. Đối với biến áp phân phối 1250 kVA trong một cộng đồng cư dân, đơn vị vòng mạch chính điện áp trung bình thường áp dụng cấu hình hai nguồn cấp vào và một nguồn cấp ra, hoặc hai nguồn cấp vào với nhiều nguồn cấp ra, với mỗi mạch cấp ra được kết nối với một biến áp. Đối với biến áp 1250 kVA, dòng điện ở phía đơn vị vòng mạch chính 12 kV là 60 A. Đơn vị kết hợp giữa công tắc tải và cầu chì (FR unit), bao gồm công tắc ngắt tải và cầu chì, được sử dụng. Cầu chì 100 A được sử dụng, trong đó công tắc ngắt tải kiểm soát việc cung cấp hoặc ngắt điện cho biến áp, và cầu chì cung cấp bảo vệ ngắn mạch cho biến áp. Biến áp 1250 kVA đầu ra dòng điện điện áp thấp 380 V là 2500 A, được phân phối thông qua thiết bị đóng cắt điện áp thấp tiêu chuẩn từ State Grid.

Các RMU cách điện bằng khí SF6 có kích thước nhỏ gọn, và thiết kế thùng chung thậm chí còn nhỏ hơn và tiết kiệm chi phí. Nhờ tính chất cách điện và dập hồ quang xuất sắc của khí SF6, các công tắc ngắt tải bên trong thiết bị đóng cắt sử dụng khí SF6 để dập hồ quang, có khả năng ngắt cả dòng điện cách ly và dòng điện tải lên đến 630 A.

Đối với các RMU cách điện bằng khí thân thiện với môi trường, do thiếu một loại khí thay thế thân thiện với môi trường phù hợp với cả tính chất cách điện và dập hồ quang của SF6, và vì các công tắc cách ly không thể ngắt dòng điện tải, nên thường sử dụng sự kết hợp giữa công tắc cách ly và công tắc ngắt tải chân không để thực hiện chức năng mà trước đây chỉ cần một công tắc.

Hàng trên cùng trong hình dưới đây cho thấy sơ đồ mạch chính của RMU SF6 truyền thống, trong khi hàng dưới cùng cho thấy sơ đồ mạch chính của RMU cách điện bằng khí thân thiện với môi trường.

Có thể thấy rằng, đối với tủ F-type với công tắc ngắt tải vòng vào và vòng ra, cần cách ly cộng với công tắc chân không; đối với tủ FR cấp ra của biến áp, cũng cần cách ly cộng với công tắc chân không cộng với cầu chì, làm cho cấu hình chuyển mạch phức tạp hơn.

Các thông số điện của công tắc ngắt tải đơn vị vòng mạch chính như sau:
• Dòng điện định mức: 630 A
• Dòng điện chịu đựng ngắn hạn định mức: 20/4 (25/4*) kA/4 s
• Dòng điện đóng mạch ngắn mạch định mức: 50 (63*) kA
• Độ bền cơ học của công tắc ngắt tải: Loại M1, 5000 lần vận hành
• Độ bền cơ học của công tắc tiếp đất: Loại M1, 3000 lần vận hành
• Độ bền điện của công tắc ngắt tải: Loại E3, 200 lần vận hành

Do đó, Schneider đã giới thiệu phương pháp dập hồ quang chân không song song, tức là lắp đặt một bộ phận ngắt chân không song song bên trong công tắc. Trong quá trình mở, liên kết tiếp xúc di động của bộ phận ngắt chân không được điều khiển đồng bộ, chuyển hồ quang vào bộ phận ngắt chân không nơi nó được dập tắt.

Sau khi dập tắt hồ quang, các tiếp xúc của bộ phận ngắt chân không trở lại vị trí đóng, và trong quá trình đóng tiếp theo của công tắc, bộ phận ngắt chân không không hoạt động.

Thiết kế này chỉ yêu cầu một cơ cấu vận hành, so với hai cấu trúc riêng biệt của công tắc cách ly và công tắc chân không, dẫn đến kích thước nhỏ hơn và chi phí thấp hơn. Tuy nhiên, so với hai công tắc độc lập, cơ cấu chuyển mạch song song đòi hỏi yêu cầu cao hơn về thiết kế, quy trình sản xuất và độ tin cậy để đảm bảo vận hành chính xác của công tắc.

Loại công tắc ngắt tải với bộ phận ngắt chân không song song này có nhiều dạng cấu trúc khác nhau, nhưng nguyên lý cơ bản là giống nhau.

Một bộ phận ngắt chân không mini được tích hợp với các tiếp xúc công tắc chính, chỉ phục vụ để ngắt dòng điện nhỏ lên đến 630 A.

Theo mục tiêu "Dual Carbon", thiết bị đóng cắt cách điện bằng khí thân thiện với môi trường đại diện cho xu hướng tất yếu. Không có sự tiến bộ công nghệ, chỉ đơn giản là chồng chất các thành phần dẫn đến tăng tiêu thụ vật liệu và tài nguyên, tổn thất cao hơn, và cản trở phát triển bền vững. Trong khi nghiên cứu các loại khí thay thế mới và phương pháp dập hồ quang, việc theo đuổi các giải pháp đơn giản hóa cơ chế, dễ vận hành hơn và cải thiện độ tin cậy là con đường khả thi cho các nhà sản xuất và sản phẩm thiết bị tiên tiến. Khách hàng cũng nên chọn các sản phẩm thay thế công nghệ tiên tiến để giúp đạt được mục tiêu Dual Carbon sớm hơn.