Ưu điểm của GIS với thiết kế vỏ bọc chung ba pha trong dải điện áp 72,5–145kV

Trong dải điện áp 72,5–145kV, thiết bị đóng cắt kim loại bọc kín cách điện bằng khí (GIS) với thiết kế vỏ chung ba pha — trong đó các thanh dẫn pha A, B và C được bao bọc trong một vỏ kim loại duy nhất và dùng chung khí cách điện SF₆ hoặc khí thân thiện với môi trường — đã trở thành cấu hình phổ biến. So với thiết kế vỏ riêng ba pha (mỗi pha trong một vỏ riêng), thiết kế vỏ chung mang lại các ưu điểm cốt lõi sau:

1. Kết cấu nhỏ gọn giúp giảm đáng kể diện tích lắp đặt

Việc tích hợp các thanh dẫn ba pha vào một vỏ kim loại duy nhất giúp giảm đáng kể kích thước tổng thể của GIS. Đối với dải điện áp 72,5–145kV (thường tương ứng với lưới điện 110kV), được sử dụng thường xuyên tại các trung tâm đô thị, trạm biến áp ngầm hoặc các khu vực hạn chế về không gian, thiết kế vỏ chung ba pha tối đa hóa việc tiết kiệm không gian cả về diện tích mặt bằng và chiều cao, qua đó giảm hiệu quả các chi phí đắt đỏ về đất đai và xây dựng dân dụng.

2. Triệt tiêu từ trường và giảm tổn hao dòng xoáy

• Giảm phát nhiệt: Trong thiết kế vỏ chung ba pha, các thanh dẫn được bố trí gọn gàng và đối xứng. Từ trường sinh ra được triệt tiêu một phần, dẫn đến tổn hao dòng xoáy trên vỏ thấp hơn đáng kể so với thiết kế vỏ riêng.

• Tối ưu hóa lựa chọn vật liệu: Tổn hao dòng xoáy giảm cho phép linh hoạt hơn trong việc lựa chọn vật liệu làm vỏ. Các thiết kế phổ biến thường sử dụng vỏ hợp kim nhôm (hoặc thép không gỉ từ tính thấp), giúp tránh các vấn đề về trễ từ và phát nhiệt do dòng xoáy thường gặp ở thép cacbon, đồng thời đạt được kết cấu nhẹ và tuổi thọ cao. Ngược lại, thiết kế vỏ riêng ba pha phải sử dụng các vật liệu chống từ đắt tiền cho từng vỏ pha để chịu được từ trường mạnh sinh ra bởi dòng điện cao một pha, dẫn đến chi phí vật liệu và trọng lượng kết cấu cao hơn.

Sơ đồ nguyên lý của Rockwill Thiết bị đóng cắt kim loại bọc kín cách điện bằng khí dòng RHG

3. Giảm bề mặt làm kín để giảm tỷ lệ rò rỉ

Rò rỉ khí SF₆ thường xảy ra tại các mối nối mặt bích và phớt động. Thiết kế vỏ chung ba pha làm giảm số lượng vỏ, mặt bích, sứ đỡ dạng đĩa và vòng làm kín đi khoảng hai phần ba so với thiết kế vỏ riêng. Việc giảm đáng kể các bề mặt làm kín này trực tiếp làm giảm nguy cơ rò rỉ, cho phép đạt tỷ lệ rò rỉ khí hàng năm cực thấp và nâng cao độ tin cậy làm kín về lâu dài.

4. Tiết kiệm khí cách điện và vật liệu

Mặc dù vỏ chung có đường kính lớn hơn một vỏ riêng đơn lẻ, nhưng hiệu suất thể tích tổng thể của nó cao hơn. Điều này không chỉ làm giảm tổng trọng lượng vật liệu vỏ kim loại mà còn giảm đáng kể tổng thể tích nạp của khí SF₆ đắt tiền và có chỉ số GWP cao (hoặc các lựa chọn thay thế thân thiện với môi trường), phù hợp với xu hướng phát triển bền vững về môi trường và giảm phát thải carbon.

Sơ đồ nguyên lý chính RHD-145 cho ngăn lộ cáp vào/ra thanh cái kép

5. Đơn giản hóa liên kết cơ khí và cải thiện đồng bộ ba pha

Thiết kế vỏ chung ba pha cho phép bố trí gọn gàng hơn các tiếp điểm động cho máy cắt, dao cách ly và dao tiếp địa.

• Điều này cho phép cả ba pha dùng chung một cơ cấu truyền động duy nhất (ví dụ: cơ cấu lò xo hoặc cơ cấu động cơ), đạt được vận hành đồng bộ ba pha thông qua các liên kết cơ khí bên trong đơn giản.

• Việc giảm số lượng các chi tiết truyền động và cơ cấu truyền động độc lập không chỉ làm giảm tỷ lệ hỏng hóc cơ khí mà còn mặc nhiên đảm bảo tính đồng thời đóng/cắt ba pha xuất sắc.

6. Lắp đặt và bảo trì dễ dàng hơn

• Vận chuyển và lắp ráp: Trọng lượng tổng thể nhẹ hơn, và nhiều ngăn lộ hoặc thậm chí toàn bộ cụm trạm biến áp có thể được lắp ráp và thử nghiệm tại nhà máy trước khi vận chuyển. Chỉ cần thực hiện các công việc giao diện tại hiện trường ở mức tối thiểu, giúp rút ngắn đáng kể tiến độ lắp đặt.

• Bảo trì đơn giản hóa: Số lượng kết cấu hỗ trợ bên ngoài, đường ống dẫn khí và các điểm giám sát mật độ được giảm đáng kể, làm giảm khối lượng công việc kiểm tra và bảo trì định kỳ.

Kết luận

Đối với dải điện áp 72,5–145kV, nơi các yêu cầu về khoảng cách cách điện vẫn nằm trong tầm kiểm soát, thiết kế vỏ chung ba pha đạt được sự cân bằng tối ưu giữa tính kinh tế, nhỏ gọn, tổn hao thấp và độ tin cậy cao. Điều này giải thích lý do tại sao hầu hết các nhà sản xuất thiết bị đóng cắt phổ biến trên thế giới đều đã áp dụng thiết kế này cho các sản phẩm GIS từ 145kV trở xuống.

Rockwill GIS RHG-145 thể hiện rõ nét triết lý thiết kế này. Với thiết kế vỏ bọc chung ba pha và chiều rộng khoang chỉ 0,8 mét, thiết bị giúp giảm đáng kể diện tích trạm biến áp. Được trang bị cơ cấu truyền động lò xo CT26 và công nghệ dập hồ quang tự thổi, thiết bị cung cấp dòng chịu đựng ngắn hạn định mức 40kA, kết hợp hiệu suất điện tuyệt vời với độ tin cậy vận hành. Vỏ bọc bằng hợp kim nhôm giúp loại bỏ hiệu quả tổn hao dòng xoáy, có khả năng chống ăn mòn mạnh mẽ và thích nghi với nhiều môi trường khắc nghiệt khác nhau. Cả cấu hình thông minh và thông thường đều có sẵn, đáp ứng linh hoạt các yêu cầu xây dựng lưới điện đa dạng.
Biên tập từ：Garca