Thiết kế và Ứng dụng của Bộ Tái Kết nối Cao áp: Tập trung vào Hệ thống 20kV ở Indonesia và Việt Nam

1. Giới thiệu

Trong cơ sở hạ tầng lưới điện hiện đại, các thiết bị đóng cắt tự động áp suất cao đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của nguồn cung cấp điện. Điều này đặc biệt quan trọng ở các khu vực như Indonesia, có mạng lưới phân phối điện rộng lớn và phức tạp trải dài trên nhiều hòn đảo, và Việt Nam, với hệ thống điện dọc bờ biển đang phát triển. Mức điện áp 20kV, nằm trong phạm vi điện áp trung bình - cao, được sử dụng rộng rãi trong lưới điện đô thị, cung cấp điện cho công nghiệp, và một số đường dây truyền tải điện áp cao do ưu điểm về hiệu quả truyền tải điện và tiết kiệm chi phí.

2. Chức năng và Tầm quan trọng của Thiết bị Đóng Cắt Tự Động Áp Suất Cao

Thiết bị đóng cắt tự động áp suất cao là thiết bị đóng cắt thông minh được sử dụng trong tự động hóa mạng lưới phân phối điện. Nó có khả năng "tự chủ" để phát hiện dòng điện lỗi, ngắt chúng trong thời gian quy định, và thực hiện một số lần đóng lại theo quy định. Khi xảy ra sự cố ngắn mạch trên đường dây, thiết bị đóng cắt tự động sẽ hoạt động để mở và đóng lại theo trình tự và khoảng thời gian đã được đặt trước. Trong trường hợp sự cố vĩnh viễn, sau khi hoàn thành trình tự hoạt động đã xác định và nếu việc đóng lại không thành công, nó sẽ khóa ở trạng thái mạch mở, cách ly phần đường dây bị lỗi. Sau khi khắc phục sự cố, thường cần phải đặt lại bằng tay để giải phóng khóa. Đối với sự cố tạm thời, các thao tác mở và đóng tiếp theo sẽ dừng lại ngay khi bất kỳ lần đóng nào thành công, và sau một khoảng thời gian nhất định, nó sẽ trở về trạng thái ban đầu, chuẩn bị cho sự cố tiềm năng tiếp theo.

Ở Indonesia, với lưới điện quy mô lớn bao phủ diện tích rộng, các thiết bị đóng cắt tự động áp suất cao là thiết yếu để nhanh chóng khôi phục nguồn cung cấp điện sau sự cố, giảm thời gian mất điện, và cải thiện độ tin cậy tổng thể của nguồn cung cấp điện. Tương tự, ở các vùng ven biển của Việt Nam, nơi các yếu tố môi trường như độ ẩm và sương muối có thể gây khó khăn cho lưới điện, thiết bị đóng cắt tự động giúp duy trì nguồn cung cấp điện ổn định.

3. Xem xét Thiết kế cho Thiết bị Đóng Cắt Tự Động Áp Suất Cao 20kV
3.1 Thiết kế Hiệu suất Điện
3.1.1 Điện áp và Dòng điện Định mức

Đối với thiết bị đóng cắt tự động 20kV, điện áp định mức được thiết kế là 20kV để phù hợp với mức điện áp của lưới điện. Dòng điện định mức cần được xác định dựa trên dòng điện tải thực tế trong phần lưới điện mà nó được lắp đặt. Ở các khu công nghiệp của Indonesia hoặc Việt Nam có thiết bị công suất cao, có thể cần thiết bị đóng cắt tự động có dòng điện định mức cao hơn để đảm bảo hoạt động bình thường trong điều kiện tải nặng.

3.1.2 Khả năng Ngắt Sự cố

Thiết bị đóng cắt tự động phải có đủ khả năng ngắt sự cố để ngắt dòng điện ngắn mạch lớn. Trong hệ thống 20kV, dòng điện ngắn mạch có thể đạt tới vài kilôampe. Thiết kế nên xem xét các tình huống ngắn mạch tồi tệ nhất trong lưới điện địa phương, chẳng hạn như ngắn mạch ba pha gần nguồn điện. Ví dụ, trong một mạng lưới phân phối công nghiệp 20kV điển hình ở Indonesia, dòng điện ngắn mạch có thể khoảng 20-30kA, vì vậy thiết bị đóng cắt tự động nên được thiết kế để ngắt dòng điện này an toàn và đáng tin cậy.

3.2 Thiết kế Cơ khí
3.2.1 Cơ chế Hoạt động

Cơ chế hoạt động của thiết bị đóng cắt tự động phải rất đáng tin cậy và có khả năng chịu đựng các hoạt động thường xuyên. Các cơ chế hoạt động kiểu lò xo hoặc kiểu nam châm vĩnh cửu thường được sử dụng. Trong điều kiện môi trường khắc nghiệt của các vùng ven biển Việt Nam, cơ chế hoạt động kiểu nam châm vĩnh cửu kín đáo và chống ăn mòn có thể được ưa chuộng. Nó có thể đảm bảo hoạt động ổn định ngay cả trong môi trường có sương muối và độ ẩm cao, giảm thiểu rủi ro hỏng hóc cơ khí do ăn mòn.

3.2.2 Hệ thống Tiếp xúc

Hệ thống tiếp xúc của thiết bị đóng cắt tự động là yếu tố quan trọng đối với hiệu suất của nó. Các vật liệu tiếp xúc chất lượng cao với tính dẫn điện tốt và khả năng chống hồ quang được chọn. Đối với thiết bị đóng cắt tự động 20kV, các vật liệu như hợp kim đồng-tungsten thường được sử dụng. Thiết kế tiếp xúc nên đảm bảo áp lực tiếp xúc tốt để giảm thiểu điện trở tiếp xúc và ngăn ngừa quá nhiệt trong quá trình hoạt động bình thường. Ngoài ra, hệ thống tiếp xúc nên có khả năng chịu đựng các hồ quang năng lượng cao được tạo ra trong quá trình ngắt sự cố, với tuổi thọ dài.

3.3 Thiết kế Cách điện
3.3.1 Vật liệu Cách điện

Trong thiết bị đóng cắt tự động 20kV, các vật liệu cách điện phù hợp được chọn dựa trên môi trường hoạt động. Trong khí hậu nhiệt đới của Indonesia với độ ẩm cao, các vật liệu có tính cách điện kháng ẩm tốt, như nhựa epoxy, được sử dụng rộng rãi. Cách điện bằng nhựa epoxy có thể ngăn chặn hiệu quả sự phá vỡ điện do hấp thụ hơi ẩm. Ở các vùng ven biển của Việt Nam, cân nhắc thêm yếu tố sương muối, các lớp phủ cách điện chống sương muối đặc biệt có thể được áp dụng lên vật liệu cách điện để tăng cường hiệu suất cách điện.

3.3.2 Cấu trúc Cách điện

Cấu trúc cách điện của thiết bị đóng cắt tự động được thiết kế để đảm bảo khoảng cách cách điện điện học đủ và chịu được điện áp định mức và điện áp quá tải tạm thời. Ví dụ, thiết kế cách điện giữa các bộ phận có điện và các bộ phận nối đất phải tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia liên quan. Ở Indonesia, thiết kế thiết bị đóng cắt tự động phải đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn SNI 04-0225, quy định khoảng cách cách điện tối thiểu và mức điện áp chịu đựng cho thiết bị điện áp cao.

4. Tuân thủ Tiêu chuẩn: IEC 60068-2-52 và SNI 04-0225
4.1 IEC 60068-2-52

Tiêu chuẩn IEC 60068-2-52 có liên quan đến thiết bị đóng cắt tự động về mặt thử nghiệm môi trường. Trong bối cảnh các vùng ven biển của Việt Nam, thiết bị đóng cắt tự động cần đáp ứng yêu cầu của tiêu chuẩn này về khả năng chống ăn mòn do sương muối. Tiêu chuẩn này quy định các phương pháp thử nghiệm cụ thể và tiêu chí chấp nhận cho thiết bị tiếp xúc với môi trường sương muối. Ví dụ, thiết bị đóng cắt tự động phải trải qua một thời gian nhất định của thử nghiệm phun sương muối, và sau thử nghiệm, hiệu suất điện và cơ khí của chúng vẫn phải đáp ứng các yêu cầu quy định. Việc tuân thủ tiêu chuẩn này đảm bảo rằng thiết bị đóng cắt tự động có thể hoạt động đáng tin cậy trong môi trường ven biển khắc nghiệt của Việt Nam.

4.2 SNI 04-0225

Ở Indonesia, tiêu chuẩn SNI 04-0225 có ý nghĩa quan trọng đối với thiết bị điện áp cao, bao gồm thiết bị đóng cắt tự động. Tiêu chuẩn này bao gồm các khía cạnh như an toàn điện, yêu cầu cách điện, và hiệu suất cơ khí. Thiết bị đóng cắt tự động được thiết kế cho thị trường Indonesia phải tuân thủ các yêu cầu kiểm tra chịu điện áp được quy định trong tiêu chuẩn này. Ví dụ, cách điện của thiết bị đóng cắt tự động phải có thể chịu được các thử nghiệm điện áp xoay chiều và một chiều được chỉ định mà không bị hỏng, đảm bảo an toàn cho nhân viên và thiết bị trong lưới điện.

5. Yêu cầu Đặc biệt cho Thiết bị Đóng Cắt Tự Động ở Indonesia và Việt Nam

5.1 Indonesia
5.1.1 Lưới điện Dựa trên Đảo

Lưới điện của Indonesia được đặc trưng bởi sự trải rộng trên nhiều hòn đảo. Thiết bị đóng cắt tự động cần được thiết kế để dễ dàng lắp đặt và bảo dưỡng ở các vùng đảo xa xôi. Thiết bị đóng cắt tự động kích thước nhỏ gọn với hệ thống hoạt động và kiểm soát tự chủ được ưa chuộng. Những thiết bị này có thể được vận chuyển dễ dàng đến các hòn đảo và lắp đặt trên cột hoặc trong các trạm biến áp nhỏ. Ngoài ra, do khả năng cung cấp điện thường hạn chế trên một số hòn đảo, thiết bị đóng cắt tự động nên có thể hoạt động hiệu quả với nguồn phụ trợ điện áp thấp tương đối.

5.1.2 Khí hậu Nhiệt đới

Khí hậu nhiệt đới ở Indonesia, với nhiệt độ và độ ẩm cao quanh năm, gây thách thức cho hiệu suất của thiết bị đóng cắt tự động. Thiết kế thiết bị đóng cắt tự động nên bao gồm các biện pháp tản nhiệt hiệu quả. Ví dụ, sử dụng vật liệu dẫn nhiệt trong vỏ và thiết kế các kênh thông gió thích hợp để ngăn ngừa quá nhiệt của các bộ phận bên trong. Hơn nữa, việc lựa chọn vật liệu nên xem xét khả năng chống ăn mòn do độ ẩm để đảm bảo tuổi thọ lâu dài.

5.2 Việt Nam (Các vùng ven biển)
5.2.1 Sương muối và Độ ẩm

Ở các vùng ven biển của Việt Nam, nồng độ sương muối cao trong không khí và độ ẩm cao là những vấn đề chính. Thiết bị đóng cắt tự động cần có khả năng chống ăn mòn do sương muối cao. Như đã đề cập, việc tuân thủ các tiêu chuẩn như IEC 60068-2-52 giúp trong vấn đề này. Ngoài việc sử dụng các vật liệu chống ăn mòn, vỏ thiết bị đóng cắt tự động nên có mức bảo vệ cao, như vỏ có xếp hạng IP68. Một thiết bị đóng cắt tự động có xếp hạng IP68 ở các vùng ven biển của Việt Nam có thể ngăn chặn sự xâm nhập của nước muối và bụi, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy ngay cả trong điều kiện ven biển khắc nghiệt nhất.

5.2.2 Điều kiện Gió mạnh và Bão

Các vùng ven biển của Việt Nam cũng dễ gặp các sự kiện gió mạnh và bão. Thiết bị đóng cắt tự động nên được thiết kế để chịu đựng gió mạnh. Cấu trúc lắp đặt của chúng cần chắc chắn, và vỏ nên có khả năng chịu được tác động của các mảnh vụn bay trong bão. Ví dụ, thiết bị đóng cắt tự động có thể được lắp đặt trên cột vững chắc với dây neo thích hợp, và vỏ nên được làm từ vật liệu chịu va đập.

6. Kết luận

Thiết kế thiết bị đóng cắt tự động áp suất cao cho hệ thống 20kV ở Indonesia và Việt Nam, đặc biệt là ở các vùng ven biển của Việt Nam, đòi hỏi sự xem xét cẩn thận các yếu tố khác nhau. Từ hiệu suất điện và cơ khí đến thiết kế cách điện, và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia như IEC 60068-2-52 và SNI 04-0225. Đáp ứng các yêu cầu môi trường và lưới điện cụ thể của các khu vực này, như lưới điện dựa trên đảo và khí hậu nhiệt đới ở Indonesia, và sương muối, độ ẩm, gió mạnh ở các vùng ven biển của Việt Nam, là cần thiết để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của lưới điện. Thiết bị đóng cắt tự động được thiết kế tốt có thể cải thiện đáng kể độ tin cậy của nguồn cung cấp điện, giảm thời gian mất điện, và hỗ trợ sự phát triển ổn định của ngành điện trong các khu vực này. Khi nhu cầu điện ở Indonesia và Việt Nam tiếp tục tăng, sự đổi mới và cải tiến liên tục trong thiết kế thiết bị đóng cắt tự động sẽ rất quan trọng để đáp ứng các thách thức trong tương lai của hoạt động lưới điện.