Máy cắt trung thế: Cấu tạo, Chức năng và Phân loại chi tiết

Máy cắt trung thế là một thiết bị đóng ngắt điện chuyên dụng, hoạt động ở cấp điện áp trung thế (thường từ 1kV đến 52kV). Chức năng chính của nó là kết nối, ngắt và bảo vệ hệ thống phân phối điện khỏi các sự cố nghiêm trọng như quá tải và ngắn mạch. Chúng là thành phần cốt lõi và không thể thiếu trong các trạm biến áp, nhà máy công nghiệp và các mạng lưới phân phối điện thứ cấp.

Máy cắt trung thế là gì?

Máy cắt trung thế (Medium Voltage Switchgear) là một tổ hợp thiết bị, thường ở dạng tủ trung thế, chứa các thiết bị ngắt mạch (như VCB, LBS). Nhiệm vụ của nó là điều khiển, bảo vệ và cách ly các thiết bị điện trong lưới điện trung thế (1kV – 52kV).

Máy cắt trung thế (Medium Voltage Switchgear) là một thuật ngữ thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị, phổ biến nhất là ở dạng tủ điện (gọi là tủ trung thế). Tủ này chứa một hoặc nhiều thiết bị ngắt mạch (như VCB, LBS) với nhiệm vụ điều khiển, bảo vệ và cách ly các thiết bị điện trong lưới điện trung thế.

Các thiết bị này được thiết kế, sản xuất và thử nghiệm theo các tiêu chuẩn quốc tế nghiêm ngặt như IEC 62271-200. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này (tương tự như tiêu chuẩn Form tủ điện IEC 61439 cho tủ hạ thế) đảm bảo vận hành an toàn tối đa cho cả con người và thiết bị.

Chức năng chính của máy cắt trung thế

Máy cắt trung thế thực hiện bốn vai trò quan trọng: Bảo vệ (Protection) hệ thống khỏi sự cố; Đóng cắt (Switching) vận hành; Phân phối (Distribution) nguồn điện; và Đo lường/Giám sát (Monitoring) các thông số vận hành.

• Bảo vệ hệ thống (Protection): Đây là chức năng quan trọng nhất. Khi có sự cố (ngắn mạch, quá tải), rơ le bảo vệ sẽ phát hiện và gửi tín hiệu cho máy cắt. Máy cắt sẽ “ngắt” dòng điện sự cố cực nhanh (chỉ trong vài phần nghìn giây) để cô lập điểm hỏng, bảo vệ các thiết bị đắt tiền như máy biến áp và cáp điện.
• Đóng cắt vận hành (Switching): Cho phép các kỹ sư vận hành kết nối (đóng) hoặc ngắt kết nối (cắt) các phụ tải điện hoặc một phần của lưới điện theo kế hoạch, phục vụ cho việc bảo trì, sửa chữa hoặc thay đổi cấu hình lưới.
• Phân phối điện (Distribution): Đóng vai trò là điểm nút để phân chia nguồn điện từ một thanh cái (busbar) chính ra nhiều nhánh phụ tải khác nhau (ví dụ: các phân xưởng trong nhà máy hoặc các tòa nhà khác nhau).
• Đo lường và Giám sát (Measurement & Monitoring): Khi được tích hợp với các thiết bị như biến dòng (CT), biến điện áp (VT), hệ thống giám sát năng lượng (PME) và các thiết bị điện tử thông minh (IED), chúng cung cấp dữ liệu vận hành theo thời gian thực (dòng điện, điện áp, công suất) giúp giám sát và điều khiển hệ thống hiệu quả.

Cấu tạo cơ bản của máy cắt trung thế

Một tủ máy cắt trung thế hoàn chỉnh là một hệ thống phức tạp, bao gồm các bộ phận chính: Vỏ tủ (Enclosure), Bộ phận ngắt mạch (Circuit Breaker/Switch), Môi trường cách điện (Insulation), Thanh cái (Busbars), Thiết bị đo lường (CT/VT), và Hệ thống Rơ le bảo vệ.

Một tủ máy cắt trung thế hoàn chỉnh là một hệ thống phức tạp bao gồm nhiều thành phần, được thiết kế để làm việc đồng bộ với nhau.

• Vỏ tủ (Enclosure): Lớp vỏ kim loại bên ngoài, thường làm bằng tôn dày, sơn tĩnh điện, có chức năng bảo vệ các thiết bị bên trong và bảo vệ người vận hành.
• Bộ phận ngắt mạch (Circuit Breaker/Switch): Đây là “trái tim” của tủ, chịu trách nhiệm chính trong việc đóng hoặc ngắt dòng điện. Đây có thể là Máy cắt chân không (VCB), Dao cắt tải (LBS), hoặc Máy cắt khí SF6. Về cơ bản, chúng là các loại Aptomat (CB) hoạt động ở điện áp cao.
• Môi trường cách điện (Insulation): Vật liệu dùng để cách ly các bộ phận mang điện với nhau và với vỏ tủ. Các môi trường phổ biến bao gồm không khí, khí SF6, cách điện rắn (solid dielectric) (tương tự trong máy biến áp khô), hoặc dầu (công nghệ cũ).
• Thanh cái (Busbars): Các thanh đồng hoặc nhôm dày, dùng để dẫn dòng điện chính vào và phân phối ra các ngăn khác nhau.
• Thiết bị đo lường (Measurement): Bao gồm Biến dòng (CTs) để đo dòng điện và Biến điện áp (VTs) để đo điện áp, cung cấp tín hiệu cho rơ le và đồng hồ.
• Hệ thống Rơ le bảo vệ (Protection Relays): Là “bộ não” của hệ thống. Các rơ le (như rơ le quá dòng, rơ le bảo vệ mất pha) giám sát tín hiệu từ CT/VT và ra lệnh cho bộ phận ngắt mạch khi phát hiện sự cố.
• Các bộ phận phụ trợ (Auxiliaries): Bao gồm bộ sấy tủ (chống ẩm), đèn chiếu sáng, cơ cấu đóng cắt bằng tay, và các tiếp điểm phụ.

Các thông số kỹ thuật quan trọng

Khi lựa chọn máy cắt trung thế, các thông số kỹ thuật quan trọng nhất cần xem xét bao gồm: Điện áp định mức (Rated Voltage), Dòng điện định mức (Rated Current), Dòng cắt ngắn mạch (Short-circuit Breaking Current), và Cấp bảo vệ (IP Rating).

Khi lựa chọn hoặc đánh giá một máy cắt trung thế, các kỹ sư phải dựa trên các thông số kỹ thuật quan trọng sau:

• Điện áp định mức (Rated Voltage): Điện áp tối đa mà máy cắt có thể hoạt động an toàn (ví dụ: 12kV, 24kV, 35kV).
• Dòng điện định mức (Rated Current): Dòng điện liên tục tối đa mà máy cắt có thể tải mà không bị quá nhiệt (ví dụ: 630A, 1250A, 2500A).
• Dòng cắt ngắn mạch (Short-circuit Breaking Current): Khả năng quan trọng nhất, thường được ký hiệu trên Aptomat. Đây là dòng điện sự cố (lỗi) tối đa mà máy cắt có khả năng ngắt thành công. Thông số này được đo bằng Kilo-Ampe (kA), (ví dụ: 25kA, 40kA).
• Cấp bảo vệ (IP Rating): Chỉ số chống bụi và chống nước của vỏ tủ (ví dụ: IP4X).

Phân loại máy cắt trung thế phổ biến

Có 3 cách phân loại máy cắt trung thế phổ biến nhất: (1) Theo môi trường dập hồ quang (ví dụ: VCB, SF6, Dầu), (2) Theo cấu trúc thiết kế (ví dụ: Tủ Metal-Clad, Metal-Enclosed, RMU), và (3) Theo chức năng vận hành (ví dụ: Recloser, LBS, Contactor).

Máy cắt trung thế được phân loại theo nhiều cách khác nhau, nhưng ba cách phân loại thực tế và phổ biến nhất là dựa trên môi trường dập hồ quang, cấu trúc tủ và chức năng vận hành.

1. Phân loại theo môi trường dập hồ quang

Cách phân loại này dựa trên công nghệ cốt lõi dùng để dập tắt hồ quang điện. Loại phổ biến nhất hiện nay là Máy cắt chân không (VCB) nhờ độ bền cao, ít bảo trì và thân thiện môi trường, và Máy cắt khí SF6 với ưu điểm kích thước cực kỳ nhỏ gọn.

Đây là cách phân loại dựa trên công nghệ cốt lõi dùng để dập tắt hồ quang điện (tia lửa điện) khi máy cắt ngắt một dòng điện lớn hoặc dòng sự cố.

Chuyên viên tư vấn & Báo giá

Ms. Khuyên Bùi

⚡ Phản hồi ngay

Chat tư vấn qua Zalo Official

• Máy cắt chân không (VCB – Vacuum Circuit Breaker): Loại phổ biến nhất hiện nay. Các tiếp điểm đóng ngắt được đặt trong một buồng kín (buồng chân không). Vì không có không khí, hồ quang bị dập tắt gần như ngay lập tức.
  • Ưu điểm: Độ bền cao, ít cần bảo trì, kích thước nhỏ gọn, thân thiện với môi trường.
• Máy cắt khí SF6 (SF6 Circuit Breaker): Sử dụng khí Sulfur Hexafluoride (SF6) làm môi trường cách điện và dập hồ quang. Khí SF6 có đặc tính cách điện và dập hồ quang vượt trội.
  • Ưu điểm: Khả năng cắt rất cao, kích thước cực kỳ nhỏ gọn (thường dùng trong các tủ RMU).
• Máy cắt dầu (Oil Circuit Breaker): Công nghệ cũ, sử dụng dầu cách điện để dập hồ quang. Hiện nay ít được sử dụng do nguy cơ cháy nổ và yêu cầu bảo trì cao.
• Máy cắt không khí (ACB) (Air Circuit Breaker): Thường phổ biến ở điện hạ thế (ACB). Ở trung thế, chúng sử dụng luồng không khí nén để thổi tắt hồ quang, nhưng có kích thước rất lớn và phức tạp.

2. Phân loại theo cấu trúc thiết kế

Phân loại này dựa trên thiết kế cơ khí và mức độ an toàn. Tủ chia khoang (Metal-Clad) cung cấp độ an toàn cao nhất do cách ly các khoang bằng kim loại. Tủ hợp bộ (RMU) tối ưu về sự nhỏ gọn, thường dùng trong các trạm phân phối đô thị.

Cách phân loại này dựa trên thiết kế cơ khí của tủ điện và mức độ an toàn cho người vận hành.

• Tủ bọc kim loại (Metal-Enclosed): Các thành phần chính (thanh cái, máy cắt) được đặt chung trong một vỏ kim loại bên ngoài.
• Tủ chia khoang (Metal-Clad): Loại cao cấp và an toàn nhất. Các thành phần chính (ngăn máy cắt, ngăn thanh cái, ngăn cáp, ngăn hạ thế) được đặt trong các khoang riêng biệt, cách ly nhau bằng các tấm kim loại.
• Tủ Pad-mounted (Tủ đặt trên bệ): Thường được sử dụng ngoài trời trong các hệ thống phân phối ngầm, có thiết kế chịu được thời tiết.
• Tủ hợp bộ (Compact/RMU): Thường là tủ RMU (Ring Main Unit), sử dụng cách điện bằng khí SF6, thiết kế cực kỳ nhỏ gọn, không cần bảo trì, thường dùng trong các trạm phân phối điện đô thị.

3. Phân loại theo thiết bị đóng cắt chức năng

Cách phân loại này tập trung vào nhiệm vụ cụ thể: Recloser (tự động đóng lại); LBS – Dao cắt tải (chỉ ngắt được dòng tải, không ngắt được dòng sự cố); và Contactor trung thế (dùng cho các ứng dụng đòi hỏi đóng ngắt rất thường xuyên).

Cách phân loại này tập trung vào chức năng vận hành của thiết bị đóng cắt bên trong tủ.

• Máy cắt tự đóng lại (Recloser): Một loại máy cắt thông minh thường được lắp đặt trên các đường dây trên không. Khi có sự cố thoáng qua, nó sẽ tự động ngắt và tự động đóng lại.Đọc thêm: Recloser là gì?
• Dao cắt tải (LBS – Load Break Switch): Đây là thiết bị có thể đóng ngắt khi có dòng điện tải, nhưng không có khả năng ngắt dòng sự cố (ngắn mạch). LBS thường được dùng kết hợp với cầu chì trung thế.Đọc thêm: So sánh Recloser và LBS
• Contactor trung thế (VCS – Vacuum Contactor): Dùng cho các ứng dụng đòi hỏi đóng ngắt rất thường xuyên (hàng nghìn lần), ví dụ như khởi động các động cơ trung thế lớn.

Các thương hiệu máy cắt trung thế phổ biến

Các nhà sản xuất thiết bị đóng cắt trung thế uy tín, được kiểm chứng về chất lượng và độ tin cậy hàng đầu trên thị trường hiện nay bao gồm ABB, Siemens, Mitsubishi Electric, và Schneider Electric.

Trên thị trường hiện nay có nhiều nhà sản xuất thiết bị đóng cắt trung thế uy tín, đã được kiểm chứng về chất lượng và độ tin cậy:

• ABB: Một trong những tập đoàn hàng đầu thế giới, cung cấp dải sản phẩm rất rộng, từ VCB (dòng VD4), tủ RMU (SafeRing/SafePlus) và các hệ thống Recloser.
• Siemens: Nổi tiếng với các dòng VCB (SION) và các tủ trung thế chất lượng cao, bền bỉ, đặc biệt là các dòng tủ cách điện bằng khí (Gas-insulated).
• Mitsubishi Electric: Cung cấp các dòng máy cắt chân không (VCB) hiệu suất cao, được tin dùng trong các nhà máy và cơ sở công nghiệp.
• Schneider Electric: Một nhà cung cấp lớn khác với các dòng sản phẩm phổ biến như VCB (Evolis) và các tủ RMU (dòng RM6).

❓ Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Câu hỏi 1: Máy cắt (Circuit Breaker) và Dao cách ly (Disconnector) khác nhau như thế nào?

Đây là điểm khác biệt cốt lõi:

• Máy cắt (Circuit Breaker): Dùng để đóng và ngắt mạch KHI CÓ TẢI và KỂ CẢ KHI CÓ SỰ CỐ (ngắn mạch). Nó có khả năng dập tắt hồ quang điện.
• Dao cách ly (Disconnector): Chỉ được phép thao tác KHI KHÔNG CÓ TẢI (không có dòng điện). Nó dùng để tạo ra một “khoảng hở nhìn thấy được”, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sửa chữa.

Câu hỏi 2: VCB là gì?

VCB là viết tắt của Vacuum Circuit Breaker (Máy cắt chân không). Đây là loại máy cắt trung thế sử dụng buồng chân không để dập tắt hồ quang điện, là công nghệ phổ biến, bền bỉ và hiệu quả nhất hiện nay.

Câu hỏi 3: LBS là gì?

LBS là viết tắt của Load Break Switch (Dao cắt tải). Nó có thể đóng/ngắt dòng điện tải thông thường nhưng KHÔNG THỂ ngắt dòng sự cố ngắn mạch. Do đó, LBS thường phải được dùng kết hợp với cầu chì trung thế để bảo vệ ngắn mạch.

Dịch vụ Bảo trì Máy cắt Trung thế chuyên nghiệp

Để đảm bảo an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ cho thiết bị, các hoạt động bảo trì định kỳ là vô cùng quan trọng. Các dịch vụ chuyên nghiệp như bảo trì tủ trung thế, thí nghiệm điện và scan nhiệt giúp phát hiện sớm các nguy cơ tiềm ẩn.

Việc vận hành và bảo trì máy cắt trung thế đòi hỏi chuyên môn kỹ thuật cao. Để đảm bảo an toàn, độ tin cậy và tuổi thọ cho thiết bị, các hoạt động bảo trì định kỳ là vô cùng quan trọng.

• Dịch vụ bảo trì tủ trung thế: Kiểm tra, vệ sinh, bôi trơn và sửa chữa các thành phần cơ khí và điện của tủ.
• Dịch vụ thí nghiệm điện: Thực hiện các phép đo chuyên dụng để kiểm tra các thông số kỹ thuật, độ bền cách điện và khả năng vận hành của máy cắt.
• Dịch vụ scan nhiệt tủ điện (Thermal Scan): Sử dụng camera nhiệt để phát hiện sớm các điểm phát nhiệt bất thường (như mối nối lỏng, tiếp xúc kém), ngăn ngừa nguy cơ sự cố và cháy nổ.
• Dịch vụ bảo trì hệ thống điện: Cung cấp giải pháp bảo trì toàn diện cho toàn bộ hệ thống, bao gồm cả thiết bị trung thế và hạ thế.