Dao cắt tải: "Kỵ binh nhẹ" của lưới điện phân phối

1. Máy cắt phụ tải là gì?

Máy cắt phụ tải (LBS) là một thiết bị đóng cắt trung thế, về mặt chức năng nằm giữa dao cách ly và máy cắt. Nó có thể đóng cắt dòng tải định mức, dòng tải bình thường và dòng quá tải quy định, nhưng không thể cắt dòng ngắn mạch (bảo vệ ngắn mạch thường được cung cấp bởi cầu chì mắc nối tiếp hoặc máy cắt phía trước).

Nói một cách đơn giản: dao cách ly chỉ có thể thao tác khi không tải, và máy cắt có thể cắt dòng sự cố nhưng với chi phí cao. Máy cắt phụ tải lấp đầy khoảng trống này — nó đóng cắt thường xuyên dưới tải, với chi phí chỉ bằng một phần nhỏ so với máy cắt.

2. Nguyên lý hoạt động

Thách thức cốt lõi là làm thế nào để dập tắt hồ quang hình thành một cách an toàn khi các tiếp điểm tách ra dưới tải. Bất kể các tiếp điểm mở nhanh như thế nào, việc phát sinh hồ quang là không thể tránh khỏi trong quá trình đóng cắt phụ tải. Do đó, khả năng dập hồ quang xác định giới hạn hiệu suất của thiết bị đóng cắt.

Các phương pháp dập hồ quang phổ biến:

• Không khí: đơn giản, nhưng khả năng cắt hạn chế và tuổi thọ ngắn;
• Chân không: khả năng cắt mạnh trong buồng chân không, phù hợp cho vận hành thường xuyên, nhưng chi phí cao hơn;
• Khí (SF₆ và các chất thay thế): bình kín với độ bền điện môi cao và khả năng dập hồ quang, kết hợp cách điện và cắt trong một kích thước nhỏ gọn — giải pháp chủ đạo cho tủ RMU và tủ rẽ nhánh cáp hiện nay.

3. Các loại chính

Thiết kế tích hợp ba vị trí (đóng—ngắt—tiếp địa) hiện là tiêu chuẩn: dao tiếp địa được tích hợp trong cùng một bình với dao phụ tải, với khóa liên động cơ khí ngăn chặn triệt để việc "tiếp địa khi có điện" — điều thiết yếu đối với các tủ RMU nhỏ gọn.

4. Dao cắt phụ tải so với Dao cách ly so với Máy cắt

Tóm lại: bất cứ nơi nào cần đóng cắt phụ tải nhưng không cần cắt dòng ngắn mạch, máy cắt phụ tải chính là công cụ phù hợp.

5. Tổng quan các thông số chính

Ngoài điện áp định mức, dòng điện định mức và tần số, cần chú ý đến:

• Dòng điện cắt định mức: dòng phụ tải/dòng mạch vòng có thể cắt an toàn;
• Dòng điện chịu đựng ngắn hạn định mức (ví dụ: 25kA/2s): khả năng chịu nhiệt khi có sự cố;
• Dòng điện đóng ngắn mạch định mức (đỉnh): khả năng chịu đựng động lực khi đóng vào sự cố;
• Dòng điện chuyển tiếp: điểm phối hợp giữa máy cắt phụ tải và cầu chì trong tổ hợp máy cắt phụ tải - cầu chì;
• Độ bền cơ khí: ví dụ 2.000–5.000 lần đóng cắt, xác định tuổi thọ vận hành và chu kỳ bảo trì.

6. Tổ hợp Máy cắt phụ tải - Cầu chì

Mặc dù máy cắt phụ tải không thể cắt dòng ngắn mạch, nhưng khi kết hợp với cầu chì, nó tạo thành một khối bảo vệ sự cố tiết kiệm chi phí: máy cắt phụ tải đảm nhận việc đóng cắt phụ tải bình thường, trong khi cầu chì sẽ chảy trong vòng vài mili giây khi xảy ra ngắn mạch và cắt máy cắt ba pha thông qua bộ phận truyền động, ngăn ngừa hiện tượng mất pha. Sơ đồ kinh điển này được sử dụng rộng rãi trong tủ RMU, tủ rẽ nhánh cáp và bảo vệ máy biến áp.

7. Xu hướng sinh thái: Hai lộ trình hướng tới không sử dụng SF₆

Tại sao hành động là cấp bách

SF₆ mang lại khả năng cách điện và cắt dòng gần như hoàn hảo, nhưng nó là một trong những loại khí nhà kính mạnh nhất — GWP gấp khoảng 23.500 lần CO₂ và thời gian tồn tại trong khí quyển lên tới 3.200 năm. Các quy định đang được siết chặt nhanh chóng:

• EU đang loại bỏ dần các lắp đặt SF₆ mới đối với thiết bị trung thế (≤24kV) bắt đầu từ năm 2026, và mở rộng từ năm 2032 trở đi;
• 3M đã ngừng sản xuất Novec 4710 vào cuối năm 2025 (thành phần chính của khí g3), khiến các thiết bị phụ thuộc vào g3 đối mặt với rủi ro về chuỗi cung ứng.

Hai lộ trình chính

Lộ trình 1: Khí sinh thái (loại g3) — hiệu suất liền mạch, nhưng vẫn chứa flo g3 là hỗn hợp của fluoronitrile (C4-FN) và CO₂, mang lại hiệu suất cắt dòng và cách điện hoàn toàn tương đương với SF₆ với kích thước và thông số định mức giống hệt — một giải pháp thay thế trực tiếp thực thụ. Tuy nhiên, nó chứa flo và thuộc nhóm chất PFAS, phải đối mặt với cả sự giám sát quy định của EU và những bất ổn trong chuỗi cung ứng.

Lộ trình 2: Không chứa flo (chân không + không khí / nitơ / CO₂) — xu hướng chủ đạo hiện nay Một buồng cắt chân không đảm nhận việc cắt dòng, trong khi không khí, nitơ hoặc CO₂ được sử dụng thuần túy để cách điện. Các loại khí tự nhiên này có GWP gần như bằng không và hoàn toàn không chứa PFAS. Công nghệ này đã trưởng thành ở cấp trung thế với kích thước tương đương thiết bị SF₆, biến nó thành lựa chọn hàng đầu cho các dự án mới — đặc biệt là tại EU.

So sánh các lộ trình

Lợi thế "Lộ trình kép" của Rockwill

• Lộ trình g3: Thiết bị đóng cắt tải g3 trong nhà dòng RLS (12/24/36kV, 630/800A, chịu đựng ngắn hạn lên đến 50kA/2s) — thay thế liền mạch, không tốn diện tích cho các trạm SF₆ hiện hữu và các dự án bị hạn chế về không gian;
• Lộ trình không chứa flo: RMU cách điện bằng Không khí/Nitơ tinh khiết không chứa SF₆ (24kV) và RMU không khí/nitơ không cần bảo trì 12–38.5kV — ngắt chân không với GWP≈0 và không chứa PFAS, đáp ứng trực tiếp các yêu cầu khắt khe của thị trường EU và các thị trường carbon thấp khác.

Lời khuyên lựa chọn: Đối với các dự án hướng tới EU hoặc các quy định bắt buộc nghiêm ngặt về dấu chân carbon, nên ưu tiên lộ trình không khí/nitơ không chứa flo; đối với việc nâng cấp các trạm SF₆ hiện hữu mà diện tích và thói quen vận hành phải giữ nguyên, lộ trình g3 là tối ưu nhất. Rockwill cung cấp cả hai — do đó khách hàng không bao giờ bị bó buộc vào một kết quả chính sách duy nhất.

8. Các ứng dụng điển hình

• RMU đô thị / trạm đóng cắt vòng: đóng cắt tải thường xuyên trong không gian chật hẹp;
• Tủ rẽ nhánh cáp, trạm biến áp compact: thiết kế ba vị trí nhỏ gọn giúp tiết kiệm không gian; tiếp địa liên động đảm bảo an toàn khi bảo trì;
• Trạm năng lượng mới điện mặt trời / điện gió: các thiết bị đóng cắt sinh thái tổn hao thấp, carbon thấp phù hợp với các mục tiêu phát thải ròng bằng không;
• Các khu công nghiệp, trung tâm dữ liệu, tòa nhà công cộng lớn: các nút có độ tin cậy cao, bảo trì thấp;
• Khu vực độ cao lớn và giá lạnh: thùng kín kết hợp hỗn hợp khí chống hóa lỏng đảm bảo vận hành ổn định trong môi trường khắc nghiệt.

Liên hệ với chúng tôi:

• Web: www.rockwill.com

Biên tập từ: Dyson