Tủ điện trung thế đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối, điều khiển và giám sát hệ thống điện trung thế. Tuy nhiên, do hoạt động ở cấp điện áp cao, tủ điện trung thế tiềm ẩn nhiều nguy hiểm khi không được vận hành đúng cách. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cùng bạn tìm hiểu tủ điện trung thế là gì, cũng như cấu tạo, cách phân loại và những lưu ý khi lắp đặt tủ điện trung thế.
Tủ điện trung thế là gì?
Theo tiêu chuẩn cấp điện áp ở Việt Nam, tủ điện trung thế hoạt động ở mạng lưới điện trung thế, với cấp điện áp từ 1 - 35kV. Loại tủ này đảm nhận 3 nhiệm vụ chính gồm:
- Phân phối, điều tiết điện năng từ các trạm biến áp cao thế đến các tải trung thế.
- Đóng cắt và bảo vệ đường dây cấp điện trung thế trước các sự cố điện hóa.
- Đảm bảo tính ổn định, liền mạch trong lưới điện truyền tải quốc gia.
Tủ điện trung thế được lắp đặt phổ biến tại các nhà máy sản xuất điện, trạm biến áp, trạm phân phối điện của công ty Điện lực, trong các khu công nghiệp, khu dân cư hoặc các trạm điện trung thế của khu vực tiêu thụ sử dụng điện trung thế như sân bay, bệnh viện, đô thị cao cấp, trung tâm thương mại…
Cấu tạo tủ điện trung thế
Hoạt động ở cấp điện áp lớn nên tủ điện trung thế phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật, an toàn điện khắt khe trong thiết kế và sản xuất như IEC 62271 (Tiêu chuẩn về thiết bị điện áp), IEC 60947 (Tiêu chuẩn về thiết bị điện đóng cắt và thiết bị điện trung thế), TCVN 6360 (Tiêu chuẩn Việt Nam chung về tủ điện và thiết bị điện trung thế). Theo đó, tủ điện loại này phải được cấu thành từ các vật liệu cao cấp để đáp ứng khả năng bảo vệ thiết bị, linh kiện bên trong, đồng thời đảm bảo cách điện an toàn cho người vận hành.
Về cấu tạo, một tủ điện trung thế điển hình thường gồm 2 thành phần chính là vỏ tủ và các module bên trong.
Vỏ tủ điện
Vỏ tủ điện trung thế bắt buộc phải là loại tôn dày được sơn tĩnh điện, mạ kẽm hoặc làm từ inox cao cấp, để đảm bảo chống được nước, ẩm, chống cháy, va đập cơ học nhằm bảo vệ các thiết bị điện phức tạp bên trong.
Lớp cách điện tiếp giáp với vỏ tủ đóng vai trò cách ly bộ phận điện và người vận hành hoặc môi trường xung quanh. Ngoài ra, bên trong tủ còn 1 lớp cánh cửa được gọi là cánh bảo vệ nội tủ chuyên phụ trách việc bảo vệ các thiết bị đóng cắt.
Các buồng chức năng
Nhóm thiết bị chính trong tủ điện trung thế các loại là thiết bị đóng cắt với khả năng đóng ngắt nhanh chóng như VCB, LBS, dao cách ly DS hoặc Recloser. Đa phần các thiết bị này sẽ được sắp xếp tại các module ứng với chức năng khác nhau bên trong tủ điện. Thiết kế dạng module cũng cho phép các thành phần của tủ điện trung thế được thay thế/ nâng cấp một cách dễ dàng.
- Buồng thanh lái (Circuit Breaker Compartment): Được thiết kế để chịu dòng điện và điện áp cao, chuyên chứa các thiết bị đóng cắt chính của tủ điện trung thế. Khi có sự cố điện xảy ra, máy cắt bên trong sẽ tự động ngắt mạch để bảo vệ hệ thống.
- Buồng máy cắt (Switchgear Compartment): Là nơi chứa các thiết bị bảo vệ và chuyển mạch quan trọng như máy cắt VCB, dao cách ly DS, rơ le bảo vệ, cảm biến dòng điện, điện áp.
- Buồng đấu cáp (Cable Compartment): Bộ phận đấu nối, tổ chức và định tuyến cáp điện đến các thiết bị có trong tủ. Buồng đấu cáp không chỉ giúp cáp được sắp xếp gọn gàng, thẩm mỹ mà còn có chức năng bảo vệ cáp điện khỏi rung động, va chạm, nhiễu điện từ và thuận tiện cho công tác sửa chữa, bảo trì.
- Buồng hạ thế (Low Voltage Compartment): Bộ phận kết nối tủ điện trung thế với hệ thống điện hạ thế. Tại đây chứa các bộ điều khiển, bộ đo lường và nối đất điện áp thấp. Chức năng chính của buồng hạ thế là phân phối điện áp thấp cho dây dẫn, cầu dao và bộ cách ly, nhằm mục đích cung cấp điện chính trong tòa nhà hoặc các hệ thống điện phụ trợ.
Cách phân loại tủ điện trung thế
Có nhiều tiêu chí để phân loại tủ điện trung thế. Dưới đây là các cách phân loại tủ điện phổ biến nhất.
Theo mức điện áp
- Tủ trung thế 1 pha: Sử dụng cho hệ thống điện trung thế 1 pha, có cấp điện áp từ 1 đến 22kV, phổ biến ở các mức 6kV, 10kV, 22kV. Chức năng chính của loại tủ này là phân phối điện từ trạm biến áp trung thế đến các hộ tiêu thụ các nhân hoặc các công trình nhỏ.
- Tủ trung thế 3 pha: Loại tủ trung thế phổ biến nhất, phù hợp với lưới điện trung thế 3 pha.
Theo kiểu nối đất
- Tủ nối đất phía trên: Áp dụng cho loại tủ có hệ thống nối đất phía trên.
- Tủ nối đất phía dưới: Sử dụng cho hệ thống tủ nối đất phía dưới.
Theo chức năng
- Tủ đóng ngắt trung thế: Dựa vào thiết bị đóng cắt chính mà tủ đóng ngắt trung thế được chia thành nhiều loại như tủ VCB - sử dụng công nghệ cách điện chân không, tủ LBS chuyên dùng trong trường hợp cần đóng ngắt liên tục. Dao cách ly DS là thiết bị đóng ngắt đơn giản hơn, được sử dụng để cách ly các phần tử của hệ thống điện trung thế.
- Tủ RMU (Ring Main Unit): Loại tủ sử dụng mạng điện vòng để cung cấp điện năng đến từng khu vực cụ thể. Thiết bị chính trong tủ RMU gồm có máy cắt VCB, LBS và bộ điều khiển.
- Tủ ATS trung thế: Giúp tự động chuyển nguồn giữa 2 nguồn chính và nguồn dự phòng, đảm bảo hệ thống không bị gián đoạn vì mất điện.
- Tủ tụ bù trung thế: Chứa tụ bù có chức năng bù công suất phản kháng, tăng hệ số cosφ, cải thiện chất lượng điện năng.
- Tủ nhị thứ: Tạo ra các buồng riêng biệt để cách ly thiết bị và mạch điện khác nhau, từ đó tăng tính an toàn trong hệ thống điện.
Theo loại cách điện
- Tủ cách điện khí gas (GIS): Sử dụng khí SF6 làm môi trường cách điện. Các thiết bị đóng cắt sẽ được đặt trong bình kín chứa đầy khí SF6 và cách ly hoàn toàn với môi trường bên ngoài. Ưu điểm của tủ cách điện khí gas là kích thước nhỏ gọn, tối ưu không gian lắp đặt nhưng chi phí đầu tư cao và việc vận hành, bảo trì cũng cần kỹ thuật viên có chuyên môn.
- Tủ cách điện không khí (AIS): Tủ trung thế AIS sử dụng không khí làm môi trường cách điện. Các thiết bị đóng cắt chính được bố trí trong không gian mở hoặc trong các buồng kín. Cách điện loại này giúp tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành nhưng yêu cầu diện tích lắp đặt lớn, hiệu suất cách điện dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm và bụi bẩn.
- Tủ cách điện rắn (SIS): Sử dụng vật liệu rắn như epoxy hoặc polyurethane làm môi trường cách điện, bao bọc hoàn toàn các bộ phận mang điện gồm máy cắt, dao cách ly, thanh cái… Tủ điện này phù hợp lắp đặt trong môi trường khắc nghiệt đặc thù như mỏ dầu, nhà máy hóa chất, cung cấp độ an toàn cao hơn và giảm thiểu nguy cơ rò rỉ khí. Tuy nhiên, tủ cách điện rắn có mức chi phí đầu tư đắt đỏ nên không phù hợp với nhiều hệ thống.
Quy trình lắp đặt tủ điện trung thế cơ bản
Để lắp đặt được tủ điện trung thế, người vận hành cần có kỹ năng và kiến thức chuyên môn cao. Sau đây là quy trình lắp đặt tủ điện trung thế cơ bản nhất.
- Xác định vị trí lắp đặt: Tủ điện cần được đặt ở vị trí khô thoáng, tránh xa nguồn ẩm, nguồn nhiệt và nguồn nhiễu từ các thiết bị điện khác. Đặc biệt, vị trí lắp đặt tủ điện trung thế cần dễ tiếp cận, không có vật cản.
- Chọn tủ điện phù hợp mục đích sử dụng: Tủ điện trung thế phù hợp với nhu cầu sử dụng và yêu cầu của hệ thống điện sẽ quyết định đến tính hiệu quả và an toàn trong quá trình vận hành.
- Kiểm tra kỹ các thông số kỹ thuật: Một số thông số kỹ thuật quan trọng bạn cần kiểm tra gồm điện áp định mức, dòng điện định mức, công suất định mức, cấp bảo vệ (IP), loại bộ điều khiển, thời gian cắt và điện trở cách điện. Đảm bảo các thông số này tương thích với thông số nhà sản xuất cung cấp.
- Đấu nối và lắp đặt thiết bị: Trước hết, cần hiểu rõ sơ đồ nguyên lý tủ điện trung thế để xác định chính xác bản vẽ đấu nối nhị thứ và số lượng, vị trí của các thiết bị điện quan trọng có trong tủ. Sau đó chuẩn bị đầy đủ các thiết bị, linh kiện cần thiết và tuân thủ các bước lắp đặt đã được quy định trong tài liệu của nhà sản xuất. Cuối cùng, vận hành thử nghiệm sau khi quá trình đấu nối hoàn tất.
- Thiết lập hệ thống giám sát và bảo vệ tủ điện: Đảm bảo nguồn điện ổn định và liên tục cấp cho tủ điện trung thế, đồng thời cần trang bị thêm hệ thống cảnh báo và bảo vệ để đảm bảo an toàn trong trường hợp có sự cố điện xảy ra. Việc sử dụng các bộ chuyển đổi điện áp và thiết bị đóng cắt cũng giúp tủ điện trung thế vận hành hiệu quả trước các tác động từ mạng điện bên ngoài.
- Nghiệm thu toàn bộ hệ thống: Sau khi lắp đặt, cần nghiệm thu toàn bộ đường dây dẫn điện, mối nối, hệ thống tiếp địa, đặc biệt là các thiết bị đóng cắt, đo lường, cũng như hoạt động của tủ điện khi đóng và mở nguồn điện. Nếu có bất kỳ lỗi phát sinh, cần tiến hành khắc phục ngay.
Một số lưu ý khi lắp đặt tủ điện trung thế:
- Trước khi tiến hành lắp đặt, sơ đồ nguyên lý của tủ điện trung thế phải được thiết kế tuyệt đối chính xác.
- Thiết bị, vật tư phụ trợ cho tủ điện như đầu nối, timer, vòng số,... phải được chuẩn bị đầy đủ trước quá trình lắp đặt.
- Chọn dây tiếp đất phù hợp với tủ điện trung thế, ưu tiên loại mềm, phẳng, dạng lưới.
- Tuân thủ nghiêm chỉnh hướng dẫn lắp đặt, quy chuẩn kỹ thuật của nhà sản xuất.
- Bất kỳ tủ điện nào cũng cần được hoạt động thử nghiệm và đánh giá hệ thống trước khi đưa vào vận hành chính thức. Bạn có thể kiểm tra hệ thống điện bằng cách mắc nối tiếp với bóng đèn 300W, sau đó thử lại với tải khác.
- Định kỳ kiểm tra, bảo trì tủ điện để kịp thời phát hiện các sự cố tiềm ẩn.
So sánh tủ điện trung thế và tủ điện hạ thế
Đây là 2 loại tủ sử dụng cho 2 mạng lưới điện áp khác nhau. Do sự khác biệt về điện áp đầu vào, tủ điện trung thế và tủ điện hạ thế cũng mang những đặc điểm khác nhau.
Khả năng xử lý điện áp
Tủ điện hạ thế hoạt động ở cấp điện áp dưới 1kV, trong khi tủ điện trung thế được sử dụng trong các hệ thống có mức điện áp từ 1 - 35kV. Do đó, tủ điện trung thế có khả năng xử lý điện áp cao hơn so với tủ điện hạ thế.
Khả năng chịu ngắn mạch
Tủ điện trung thế được thiết kế để ngăn chặn ngắn mạch bằng nhiều công cụ đóng cắt như thiết bị đóng ngắt, dao cắt, cầu dao, máy biến áp… So với tủ điện hạ thế, khả năng chịu ngắn mạch của tủ trung thế cao hơn nhiều.
Không gian giảm đi
Tủ trung thế có cấu tạo đặc trưng gồm nhiều buồng thiết bị khác nhau, vì vậy, không gian giảm đi (hay khoảng cách cách điện tối thiểu giữa các thiết bị mang điện hoặc bộ phận mang điện với vỏ tủ) cũng hạn chế hơn so với tủ hạ thế.
Trong khi đó, tủ hạ thế có cấu tạo khá đơn giản, thường chỉ gồm phần vỏ tủ và bảng lắp đặt thiết bị nên không gian giảm đi có tính linh hoạt, tùy theo kích thước và độ dày của vỏ tủ.
Để hiểu rõ hơn về sự khác nhau giữa tủ điện trung thế và tủ điện hạ thế, bạn có thể theo dõi bảng so sánh sau:
| Yếu tố | Tủ điện trung thế | Tủ điện hạ thế |
| Cấp điện áp hoạt động | 1kV - 35kV | Dưới 1kV (phổ biến 220V cho mục đích dân dụng và 380V cho công nghiệp) |
| Cấu trúc | Kích thước lớn, chia thành nhiều buồng chức năng riêng biệt | Nhỏ hơn, thiết kế bên trong đơn giản, có thể chia hoặc không chia khoang chức năng |
| Không gian giảm đi | Nhỏ | Lớn |
| Khả năng chịu ngắn mạch | Cao | Thấp hơn |
| Vật liệu cách điện | SF6, không khí, dầu cách điện | Khí nén, nhựa cách điện |
| Thiết bị đóng cắt | VCB, LBS, DS, Recloser | ACB, MCCB, MCB,... |
| Chức năng chính | Phân phối và kiểm soát điện năng từ trạm biến áp đến các tải điện trung thế | Phân phối và kiểm soát điện năng từ trạm biến áp đến các tải điện hạ thế |
Câu hỏi thường gặp về tủ điện trung thế là gì?
Câu hỏi 1: Tủ điện trung thế ở Việt Nam hoạt động ở cấp điện áp nào?
Trả lời: Theo quy định của EVN, tủ điện trung thế hoạt động ở điện áp từ 1 - 35kV.
Câu hỏi 2: Tại sao tủ điện trung thế yêu cầu khắt khe về tiêu chuẩn thiết kế, thi công và lắp đặt?
Trả lời: Hoạt động ở cấp điện áp cao nên nguy cơ xảy ra tai nạn điện ở tủ điện trung thế là rất lớn. Vì vậy để bảo vệ con người và thiết bị điện có trong tủ, tủ điện trung thế có yêu cầu nghiêm ngặt về các tiêu chuẩn thi công, lắp đặt.
