Máy cắt chân không (VCB)

Tổng quan về Bộ ngắt mạch chân không (VCB)

Hầu hết các đội mua sắm khi lần đầu tiên xây dựng đặc tả kỹ thuật cho Bộ ngắt mạch chân không (VCB) ở cấp điện áp trung bình đều gặp phải cùng một thách thức: các bảng thông số kỹ thuật chỉ nêu rõ điện áp định mức và dòng cắt định mức, nhưng logic ra quyết định để lựa chọn giữa loại trong nhà và ngoài trời, hoặc giữa cấu hình cố định và cấu hình có thể rút ra, hiếm khi được tổng hợp đầy đủ tại một nơi duy nhất. Trang này giải quyết trực tiếp những quyết định đó.

Máy cắt chân không (VCB) là một thiết bị đóng/ngắt và bảo vệ, có khả năng ngắt cả dòng tải và dòng sự cố nhờ buồng dập hồ quang kín trong chân không. Việc dập hồ quang diễn ra trong môi trường chân không dưới 10⁻³ Pa — loại bỏ môi trường ion hóa và cho phép dập hồ quang nhanh chóng, đáng tin cậy ở điện áp trung bình mà không cần xử lý khí như công nghệ SF6. Kết quả là một máy cắt không cần dầu, không cần SF6 và không cần bảo trì bộ dập hồ quang trong suốt tuổi thọ vận hành được đánh giá tới 30.000 lần thao tác cơ học và 10.000 lần thao tác điện theo tiêu chuẩn IEC 62271-100.

Danh mục này bao gồm các cấu hình máy cắt chân không (VCB) dùng trong nhà và ngoài trời, có cấp điện áp từ 12 kV đến 40,5 kV, gồm loại cố định lắp trên bảng điều khiển, loại xe đẩy có thể rút ra được dành cho tủ đóng cắt bọc kim loại, và loại lắp trên cột ngoài trời dùng làm bộ đóng cắt lại tự động nhằm bảo vệ đường dây phân phối.

Dải sản phẩm Máy cắt chân không (VCB)

• VS1-12 / ZN63A-12 (dùng trong nhà, cố định, 12 kV): Bộ ngắt mạch chân không ba pha loại cố định (VCB) có dòng định mức từ 630 A đến 3150 A và khả năng cắt ngắn mạch tối đa lên đến 40 kA. Được thiết kế cho tủ đóng cắt bọc kim loại KYN28, trạm biến áp phụ trợ, đường dây cấp điện cho động cơ công nghiệp và bảo vệ máy phát điện. Cơ cấu vận hành bằng lò xo, tích năng thủ công hoặc bằng động cơ; khối tiếp điểm phụ tối đa 13NO13NC để phản hồi vị trí tới hệ thống SCADA và rơ-le bảo vệ.
• VSG-12 (Xe đẩy rút ra được, 12 kV): Bộ ngắt mạch chân không (VCB) loại rút ra được lắp trên xe đẩy, có ba vị trí: Vận hành, Kiểm tra và Cách ly. Dòng định mức từ 630 A đến 3150 A, khả năng cắt ngắn mạch tối đa 40 kA. Được thiết kế để lắp đặt kiểu rút ra trong tủ đóng cắt KYN28, nhằm đáp ứng yêu cầu tiếp cận bảo trì định kỳ hoặc thay thế nhanh bộ ngắt mạch trong các cửa sổ ngừng hoạt động.
• VS1-24 / VSG-24 (Cố định và rút ra được trong nhà, 24 kV): Bộ ngắt mạch chân không (VCB) ba pha lắp trong nhà, dòng định mức từ 630 A đến 2500 A, khả năng cắt ngắn mạch lên đến 25 kA. Có sẵn cả loại cố định lắp trên bảng điều khiển và loại rút ra được (handcart). Khoảng cách tâm cực 230 mm nhằm tích hợp gọn gàng vào tủ điện 24 kV. Phù hợp cho trạm biến áp của công ty điện lực, cơ sở công nghiệp và các dự án kết nối lưới điện năng lượng tái tạo.
• ZW32-12 (lắp ngoài trời trên cột, 12 kV): Bộ đóng cắt lại (recloser) ba pha lắp ngoài trời, dòng định mức 630 A, khả năng cắt ngắn mạch lên đến 25 kA. Cách điện bằng nhựa epoxy hoặc cao su silicone để chịu được thời tiết. Thiết kế dành riêng cho bảo vệ đường dây phân phối trên không (feeder) lắp trên cột điện, trạm biến áp và mạng phân phối nông thôn yêu cầu lắp đặt ngoài trời.

Tất cả các mẫu bộ ngắt mạch chân không (VCB) đều được sản xuất theo tiêu chuẩn IEC 62271-100. Cơ cấu tích năng bằng lò xo chấp nhận cuộn điều khiển AC/DC 110 V hoặc 220 V. Các thiết bị đã được kiểm chứng hoạt động ổn định ở tần số 50 Hz và 60 Hz. Dầu bôi trơn chịu nhiệt độ thấp và tùy chọn bộ gia nhiệt có sẵn để đáp ứng yêu cầu thị trường vùng khí hậu lạnh.

Các thông số kỹ thuật chính của bộ ngắt mạch chân không (VCB)

• Công nghệ dập hồ quang chân không: Dập hồ quang trong bộ ngắt chân không kín ở áp suất dưới 10⁻³ Pa — không sử dụng khí SF6, không dùng dầu, không cần bảo trì buồng dập hồ quang trong suốt tuổi thọ thiết kế.
• Phạm vi cấp điện áp: các cấu hình 12 kV, 24 kV và 40,5 kV bao phủ toàn bộ dải phân phối điện áp trung thế từ một họ sản phẩm duy nhất.
• Dòng định mức và khả năng cắt: dòng liên tục định mức từ 630 A đến 3150 A; khả năng cắt ngắn mạch định mức từ 25 kA đến 40 kA tùy theo mẫu và cấp điện áp.
• Độ bền cơ học: Mỗi bộ ngắt mạch chân không (VCB) được đánh giá cho 30.000 chu kỳ vận hành cơ học và 10.000 chu kỳ vận hành điện — các mô-đun bộ ngắt chân không không cần bảo trì, phù hợp với các lắp đặt có cơ sở hạ tầng dịch vụ địa phương hạn chế.
• Tính linh hoạt của mạch điều khiển: Các cuộn dây động cơ, đóng mạch và cắt phụ (shunt-trip) làm việc với điện áp xoay chiều/một chiều 110 V hoặc 220 V; các khối công tắc phụ sẵn có để tích hợp với rơ-le bảo vệ và phản hồi vị trí cho hệ thống SCADA.
• Thiết kế không sử dụng SF6: Ngắt mạch trong chân không loại bỏ hoàn toàn khí SF6. Đối với các khách hàng là đơn vị cung cấp điện và công nghiệp tại những thị trường đang áp dụng các quy định hạn chế việc mua sắm khí gây hiệu ứng nhà kính — bao gồm cả thị trường châu Âu, nơi việc xử lý SF6 ngày càng chịu sự giám sát chặt chẽ từ cơ quan quản lý — công nghệ chân không loại bỏ hoàn toàn việc quản lý khí ra khỏi phạm vi bảo trì.
• Tương thích nâng cấp: Kích thước lắp đặt của dòng VS1 tương thích với các bộ ngắt mạch đời cũ VS1, VD4 và 3AH5, cho phép thay thế trực tiếp thiết bị đã lỗi thời mà không cần thay đổi tủ điện.

Các ứng dụng chung

Một bộ ngắt mạch chân không (VCB) ở cấp điện áp 12 kV đến 40,5 kV hoạt động như thành phần chuyển mạch và bảo vệ chính trong nhiều hệ thống phân phối điện trung thế:

• Trạm biến áp sơ cấp và thứ cấp của đơn vị cung cấp điện — chuyển mạch đường dây vào và bảo vệ phân đoạn thanh cái.
• Hệ thống phân phối điện công nghiệp — bảo vệ đường dây cấp điện cho động cơ, bảo vệ đường dây cấp điện cho máy biến áp và bảo vệ đường dây cấp điện vào máy phát điện.
• Tủ đóng cắt kim loại KYN28 — vị trí lắp đặt bộ ngắt mạch cố định và có thể rút ra được.
• Các đường dây phân phối trên cao — các bộ đóng cắt tự động lắp trên cột dùng để bảo vệ đường dây phân phối trong mạng lưới nông thôn và đô thị.
• Kết nối năng lượng tái tạo vào lưới điện — thiết bị đóng cắt trung thế dùng tại các điểm kết nối trạm điện mặt trời và trạm điện gió vào lưới.
• Các dự án cải tạo và thay thế lưới điện — thay thế trực tiếp các bộ ngắt cũ trong tủ hiện hữu bằng các sản phẩm thuộc dòng VS1 có kích thước tương thích.

Nhu cầu thay thế thiết bị đóng cắt trung thế đã lỗi thời chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tổng lượng mua bộ ngắt mạch trung thế tại các thị trường Đông Âu và CIS, bao gồm Nga và Ba Lan, nơi cơ sở hạ tầng lưới điện được xây dựng từ những thập kỷ trước đang được nâng cấp một cách hệ thống. Việc tương thích về kích thước của các bộ ngắt mạch chân không (VCB) dòng VS1 với các vị trí lắp đặt cũ là yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến quyết định mua hàng của khách hàng thực hiện các dự án cải tạo trạm biến áp hiện hữu tại các khu vực này.

Cách chọn bộ ngắt mạch chân không (VCB) phù hợp

Việc lựa chọn cấu hình Bộ ngắt mạch chân không (VCB) phù hợp đòi hỏi phải lần lượt đi qua một số cổng ra quyết định. Mỗi bước sẽ thu hẹp thông số kỹ thuật trước khi chuyển sang bước tiếp theo.

Bước 1 — Xác nhận cấp điện áp hệ thống. Xác định điện áp định mức của mạng trung thế (MV). Các thiết bị VS1-12, VSG-12 và ZW32-12 được xếp hạng cho hệ thống 12 kV. Các thiết bị VS1-24 và VSG-24 phù hợp với mạng 20 kV và 24 kV. Đối với ứng dụng từ 35 kV đến 40,5 kV, cần xác nhận rằng thiết bị được chọn có điện áp chịu đựng định mức và điện áp xung chịu đựng (BIL) phù hợp với mức độ quá áp nhất thời của hệ thống — đặc biệt trong các mạng có phần lớn đường dây trên không hoặc hoạt động đóng/ngắt thường xuyên.

Bước 2 — Xác định việc lắp đặt trong nhà hay ngoài trời. Thiết bị đóng cắt kim loại đặt trong nhà (KYN28 và tương đương) sử dụng loạt cầu dao chân không VS1-12, VSG-12, VS1-24 hoặc VSG-24. Các ứng dụng cột ngoài trời hoặc trạm biến áp ngoài trời yêu cầu bộ ngắt tự động ZW32-12, có lớp cách điện chống chịu thời tiết, đạt tiêu chuẩn cho lắp đặt ngoài trời. Việc sử dụng cầu dao chân không dành riêng cho trong nhà tại vị trí ngoài trời trần là một sai sót trong đặc tả kỹ thuật, dẫn đến suy giảm nhanh chóng độ cách điện — sự phân biệt giữa xếp hạng trong nhà và ngoài trời là một ranh giới rõ ràng, chứ không phải vùng mờ.

Bước 3 — Chọn cấu hình cố định hoặc rút ra được. Việc lựa chọn giữa bộ ngắt mạch chân không (VCB) cố định và loại có thể rút ra được một phần là đánh giá về mô hình vận hành của tổ chức bảo trì của bạn — chứ không chỉ đơn thuần là so sánh chi phí đầu tư ban đầu. Các đơn vị loại có thể rút ra thường được ưu tiên khi lắp đặt yêu cầu kiểm tra chức năng thường xuyên, cần tiếp cận bảo trì theo kế hoạch trong các cửa sổ ngừng hoạt động của nhà máy đang vận hành, hoặc khả năng thay thế nhanh bộ ngắt mạch mà không phải ngắt kết nối bảng điều khiển. Nếu hệ thống có thể được cắt điện hoàn toàn để bảo trì và việc tiếp cận bộ ngắt mạch diễn ra ít thường xuyên, thì chi phí bổ sung cùng độ sâu tủ tăng thêm do cơ cấu xe đẩy rút ra sẽ khó được biện minh. Các trạm biến áp phục vụ lưới điện với phụ tải đơn lẻ và các nhà máy công nghiệp có yêu cầu độ sẵn sàng cao thường quy định sử dụng cấu hình loại có thể rút ra.

Bước 4 — Kiểm tra dòng định mức và hiệu chỉnh giảm công suất do nhiệt độ môi trường. Dòng điện định mức trên nhãn hiệu của VCB được xác định dựa trên giả định nhiệt độ môi trường là 40°C theo tiêu chuẩn IEC 62271-100. Tại những khu vực có nhiệt độ môi trường thường xuyên vượt quá 45°C đến 50°C — ví dụ như các nước ở châu Phi, Trung Đông, Đông Nam Á và một số vùng thuộc Nam Mỹ — khả năng tải liên tục an toàn thực tế sẽ thấp hơn giá trị ghi trên nhãn. Cần xác nhận hệ số giảm tải (derating factor) phù hợp trước khi lựa chọn thiết bị ở mức định mức đầy đủ trên nhãn cho các lắp đặt ở vùng khí hậu nóng. Quy định này áp dụng cho toàn bộ dải sản phẩm VS1-12, VSG-12, VS1-24, VSG-24 và ZW32-12.

Bước 5 — Xác nhận điện áp mạch điều khiển và yêu cầu về công tắc phụ trợ. Điện áp cuộn điều khiển (AC/DC 110V hoặc 220V), loại cuộn đóng, cuộn cắt từ xa (shunt-trip coil) và cấu hình khối công tắc phụ trợ đều phải được xác nhận ngay từ giai đoạn yêu cầu báo giá. Việc phát hiện sự không tương thích về điện áp mạch điều khiển trong quá trình vận hành thử nghiệm là nguyên nhân phổ biến gây chậm trễ — vấn đề này hoàn toàn dễ tránh nếu được quy định chính xác trong tài liệu đặt hàng.

Các yếu tố cần xem xét khi mua hàng đối với người mua quốc tế

Khi tìm nguồn cung Bộ ngắt mạch chân không (VCB) cho các dự án ở nước ngoài, việc xác minh các yêu cầu chứng nhận đặc thù theo thị trường quan trọng ngang bằng với việc xác nhận các thông số kỹ thuật theo tiêu chuẩn IEC. Việc tuân thủ tiêu chuẩn IEC 62271-100 thiết lập nền tảng kỹ thuật cơ bản, nhưng không phải lúc nào cũng đủ để được phê duyệt lắp đặt tại các thị trường có thêm các yêu cầu quốc gia riêng. Nga, Brasil và Indonesia là những ví dụ về các thị trường mà các yêu cầu chứng nhận địa phương vượt quá mức tuân thủ IEC trong quá khứ đã ảnh hưởng đến việc thông quan nhập khẩu thiết bị đóng cắt điện áp trung thế. Tình trạng chứng nhận và các tài liệu liên quan cần được xác nhận rõ với nhà cung cấp ngay từ giai đoạn hỏi hàng, trước khi đặt đơn mua hàng.

Việc ngành công nghiệp đánh giá Bộ ngắt mạch chân không (VCB) dựa trên báo cáo thử nghiệm kiểu do các phòng thí nghiệm độc lập được công nhận cấp — thay vì tự khai báo mức độ phù hợp — phù hợp với hướng dẫn chung của các tổ chức tiêu chuẩn điện quốc tế được công nhận. Người mua nên yêu cầu giấy chứng nhận thử nghiệm kiểu cho các thông số định mức cụ thể đang được mua, đặc biệt đối với các dự án phải trải qua kiểm tra của đơn vị cung cấp điện hoặc đáp ứng yêu cầu đủ điều kiện tài trợ từ ngân hàng phát triển.

Đối với người mua nhập khẩu sản phẩm ở nhiều cấp điện áp khác nhau — ví dụ như kết hợp các bộ VCB 12 kV và 24 kV cho việc mở rộng trạm biến áp hoặc dự án có nhiều đường dây cấp điện — thì việc lựa chọn một dải sản phẩm bao quát toàn bộ dải điện áp trung thế từ một nhà cung cấp duy nhất sẽ làm giảm khối lượng công việc liên quan đến việc đánh giá đủ điều kiện và chuẩn bị tài liệu, so với việc quản lý nhiều mối quan hệ cung cấp riêng lẻ cho từng cấp điện áp. Dải sản phẩm này bao gồm các cấu hình 12 kV, 24 kV và 40,5 kV.

Các yêu cầu về tài liệu — bao gồm chứng chỉ thử nghiệm loại, bản vẽ kích thước, sơ đồ dây điện phụ trợ, sơ đồ mạch điều khiển và hướng dẫn lắp đặt — cần được yêu cầu và xem xét trước khi giao hàng. Đối với các dự án nhắm vào thị trường Nga hoặc Đông Âu, các tài liệu liên quan đến GOST và các yêu cầu hải quan cần được làm rõ với nhà cung cấp trong giai đoạn xác nhận đơn hàng nhằm tránh chậm trễ thông quan tại cảng đích.