Tủ điện trung thế là gì? Cấu tạo và cách phân loại phổ biến

Chu Văn An

Tủ điện trung thế đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối điện, điều khiển và giám sát hệ thống điện trung thế. Tuy nhiên, do tủ điện trung thế hoạt động ở điện áp cao nên có thể tiềm ẩn nguy hiểm nếu không được xử lý đúng cách. Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng các bạn tìm hiểu tủ điện trung thế là gì cũng như cấu tạo, phân loại và những lưu ý khi lắp đặt tủ điện trung thế.

Tủ điện trung thế là gì?

Theo quy chuẩn cấp điện áp Việt Nam, tủ điện trung thế hoạt động trên lưới điện trung áp có cấp điện áp 1-35kV. Loại tủ này có 3 nhiệm vụ chính, bao gồm:

• Phân phối và điều tiết điện năng từ trạm biến áp cao thế đến phụ tải trung thế.
• Chuyển mạch và bảo vệ đường dây trung thế khỏi sự cố điện hóa.
• Đảm bảo tính ổn định, liên tục của lưới điện truyền tải quốc gia.

Tủ phân phối điện trung thế thường được lắp đặt tại các nhà máy điện, trạm biến áp, trạm phân phối của các công ty điện lực, trạm điện trung thế tại các khu công nghiệp, khu dân cư hay sân bay, bệnh viện, khu đô thị cao cấp, trung tâm thương mại và các khu vực tiêu thụ điện trung thế khác…

Kết cấu tủ điện trung thế

Tủ điện trung áp hoạt động ở cấp điện áp cao phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về kỹ thuật và an toàn điện trong thiết kế và sản xuất như IEC 62271 (tiêu chuẩn cho thiết bị điện áp), IEC 60947 (tiêu chuẩn cho thiết bị đóng cắt và thiết bị điện trung thế), ISO 6360 (Tiêu chuẩn chung Việt Nam cho tủ điện và thiết bị trung thế). Vì vậy, tủ điện như vậy phải được làm bằng vật liệu cao cấp mới đáp ứng được khả năng bảo vệ các thiết bị và linh kiện bên trong đồng thời đảm bảo cách điện an toàn cho người vận hành.

Về mặt kết cấu, một tủ điện trung thế thông thường thường bao gồm hai bộ phận chính: vỏ tủ và module bên trong.

Vỏ tủ điện

Vỏ tủ điện trung thế phải được làm bằng tôn dày, phun sơn tĩnh điện, mạ kẽm hoặc inox cao cấp đảm bảo chống thấm nước, chống ẩm, chống cháy và chống va đập cơ học để bảo vệ các thiết bị điện phức tạp bên trong.

Lớp cách nhiệt gần tủ có tác dụng cách ly các bộ phận điện với người vận hành hoặc môi trường xung quanh. Ngoài ra, bên trong tủ còn có một lớp cửa gọi là cửa bảo vệ tủ, có nhiệm vụ bảo vệ các thiết bị công tắc.

phòng chức năng

Nhóm thiết bị chính trong các loại tủ điện trung thế là các thiết bị đóng cắt có khả năng đóng cắt nhanh chóng như thiết bị đóng cắt cách ly VCB, LBS, DS hay recloser. Hầu hết các thiết bị này đều được bố trí theo các module tương ứng với các chức năng khác nhau bên trong tủ điện. Thiết kế dạng module còn cho phép dễ dàng thay thế/nâng cấp các linh kiện của tủ điện trung thế.

• Phòng ngắt mạch: Được thiết kế chịu được dòng điện và điện áp cao, đặc biệt là các thiết bị đóng cắt chính của tủ điện trung thế. Khi xảy ra sự cố về điện, cầu dao bên trong sẽ tự động ngắt mạch để bảo vệ hệ thống.
• Phòng tủ công tắc: Là nơi chứa các thiết bị bảo vệ và chuyển mạch quan trọng như cầu dao VCB, công tắc cách ly DS, rơle bảo vệ, cảm biến dòng điện và điện áp, v.v.
• Phòng cáp: Bộ phận kết nối, sắp xếp và định tuyến cáp đến thiết bị trong tủ. Buồng kết nối cáp không chỉ giúp cáp được sắp xếp gọn gàng, đẹp mắt mà còn bảo vệ cáp khỏi rung, va chạm và nhiễu điện từ, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sửa chữa và bảo trì.
• phòng áp suất thấp: Bộ phận kết nối tủ điện trung thế với hệ thống điện hạ thế. Nó chứa bộ điều khiển, thiết bị đo lường và nối đất điện áp thấp. Chức năng chính của phòng hạ thế là phân phối điện áp thấp đến dây dẫn, cầu dao và bộ cách ly để cung cấp nguồn điện chính cho tòa nhà hoặc hệ thống điện phụ trợ.

Cách phân loại tủ điện trung thế

Có nhiều tiêu chuẩn phân loại cho tủ điện trung thế. Dưới đây là những cách phân loại tủ điện phổ biến nhất.

Theo cấp điện áp

• Tủ trung thế 1 pha: Nó được sử dụng trong hệ thống điện trung thế một pha, có các cấp điện áp từ 1 đến 22kV, phổ biến là 6kV, 10kV, 22kV. Chức năng chính của loại tủ này là phân phối điện năng từ trạm biến áp trung thế đến người dùng cá nhân hoặc các công trình nhỏ.
• Tủ trung thế 3 pha: Là loại tủ trung thế phổ biến nhất, phù hợp với lưới điện trung áp 3 pha.

Theo loại nối đất

• Phía trên tủ nối đất: Thích hợp cho các tủ có hệ thống nối đất phía trên.
• Tủ nối đất như sau: Để nối đất cho hệ thống tủ bên dưới.

Phân loại theo chức năng

• Thiết bị đóng cắt trung thế: Tủ điện trung thế được chia thành nhiều loại tùy theo thiết bị đóng cắt chính như tủ VCB sử dụng công nghệ cách điện chân không và tủ LBS chuyên dùng cho những trường hợp cần đóng cắt liên tục. Công tắc cách ly DS là thiết bị chuyển mạch đơn giản hơn dùng để cách ly các bộ phận của hệ thống điện trung thế.
• Tủ RMU (thiết bị chính vòng): Các tủ này sử dụng lưới vòng để cung cấp điện cho từng khu vực cụ thể. Các thiết bị chính trong tủ RMU bao gồm cầu dao và bộ điều khiển VCB, LBS.
• Tủ ATS trung thế: Giúp tự động chuyển đổi nguồn điện giữa 2 nguồn chính và dự phòng, đảm bảo hệ thống không bị gián đoạn do mất điện.
• Tủ tụ điện trung thế: Chứa tụ điện, có chức năng bù công suất phản kháng, tăng hệ số cosφ, nâng cao chất lượng điện năng.
• Tủ thứ hai: Cải thiện sự an toàn cho hệ thống điện của bạn bằng cách tạo các buồng riêng biệt để cách ly các thiết bị và mạch điện khác nhau.

Theo loại cách nhiệt

• Tủ cách nhiệt bằng khí (GIS): Khí SF6 được dùng làm môi trường cách điện. 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 nhiệt gas là kích thước nhỏ gọn, không gian lắp đặt tối ưu nhưng chi phí đầu tư cao và việc vận hành, bảo trì cũng cần có nhân viên kỹ thuật chuyên môn cao.

• Tủ cách nhiệt bằng không khí (AIS): Tủ trung thế AIS sử dụng không khí làm môi trường cách điện. Thiết bị đóng cắt chính được đặt ở không gian mở hoặc trong phòng kín. Phương pháp cách nhiệt này giúp tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành nhưng đòi hỏi diện tích lắp đặt lớn hơn, hiệu quả cách nhiệt dễ bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, bụi.

• Tủ cách nhiệt rắn (SIS): Sử dụng vật liệu rắn như nhựa epoxy hoặc polyurethane làm môi trường cách điện, nó bao phủ hoàn toàn các bộ phận điện bao gồm cầu dao, công tắc cách ly, thanh cái, v.v. Tủ điện này phù hợp để lắp đặt trong các môi trường khắc nghiệt cụ thể như mỏ dầu và nhà máy hóa chất, mang lại độ an toàn cao hơn và giảm thiểu nguy cơ rò rỉ gas. Tuy nhiên, tủ cách nhiệt đặc có chi phí đầu tư đắt đỏ và do đó không phù hợp với nhiều hệ thống.

Quy trình lắp đặt tủ điện trung thế cơ bản

Để lắp đặt tủ điện trung thế, người vận hành đòi hỏi phải 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 nơi khô ráo, tránh xa các nguồn ẩm, nhiệt và các nguồn gây nhiễu khác từ các thiết bị điện. Đặc biệt, vị trí lắp đặt tủ điện trung thế cần phải dễ dàng tiếp cận và không có vật cản.
• Lựa chọn tủ điện phù hợp với mục đích sử dụng: Tủ điện trung thế phù hợp với nhu cầu và yêu cầu của hệ thống điện sẽ quyết định tính hiệu quả, 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 bao gồm định mức điện áp, định mức dòng điện, định mức công suất, 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 kỹ thuật của nhà sản xuất.
• Kết nối và cài đặt thiết bị: Trước hết cần hiểu rõ sơ đồ của tủ điện trung thế để xác định chính xác sơ đồ nối dây thứ cấp cũng như số lượng, vị trí các thiết bị điện quan trọng trong tủ. Sau đó chuẩn bị tất cả các thiết bị, linh kiện cần thiết và thực hiện theo các bước lắp đặt được chỉ định trong tài liệu của nhà sản xuất. Cuối cùng thực hiện chạy thử sau khi quá trình kết nối hoàn tất.
• Thiết lập hệ thống giám sát và bảo vệ tủ điện: Để đảm bảo cung cấp điện ổn định, liên tục cho các tủ điện trung thế, cũng cần bổ sung thêm hệ thống báo động, bảo vệ để đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố về điện. Việc sử dụng các bộ chuyển đổi điện áp, thiết bị đóng cắt còn giúp tủ điện trung thế hoạt động hiệu quả và chịu được sự ảnh hưởng của lưới điện bên ngoài.
• Chấp nhận toàn bộ hệ thống: Sau khi lắp đặt, toàn bộ hệ thống dây điện, các kết nối, hệ thống nối đất, đặc biệt là các công tắc, thiết bị đo lường và hoạt động của tủ điện khi đóng cắt nguồn cần phải được nghiệm thu. Nếu có bất kỳ lỗi nào xảy ra, chúng cần được sửa chữa ngay lập tức.

Một số lưu ý khi lắp đặt tủ điện trung thế:

• Trước khi tiến hành lắp đặt, sơ đồ của tủ điện trung thế phải được thiết kế với độ chính xác tuyệt đối.
• Các thiết bị, vật tư phụ trợ của tủ điện như đầu nối, đồng hồ hẹn giờ, mặt số… phải được chuẩn bị đầy đủ trước quá trình lắp đặt.
• Chọn dây nối đất phù hợp với tủ điện trung thế, tốt nhất là loại dây mềm, dẹt, dạng lưới.
• Tuân thủ nghiêm ngặt hướng dẫn lắp đặt và quy định kỹ thuật của nhà sản xuất.
• Bất kỳ tủ điện nào cũng cần được kiểm tra, 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 rồi thử lại với tải khác.
• Thường xuyên kiểm tra, bảo trì tủ điện để phát hiện kịp thời những sự cố tiềm ẩn.

So sánh tủ điện trung thế và tủ điện hạ thế

Đây là 2 loại tủ dành cho 2 mạng điện áp khác nhau. Do điện áp đầu vào khác nhau nên tủ điện trung thế và tủ điện hạ thế cũng có những đặc điểm khác nhau.

Khả năng xử lý điện áp

Tủ điện hạ thế hoạt động ở cấp điện áp dưới 1kV, còn tủ điện trung thế được sử dụng trong hệ thống có cấp điện áp từ 1 đến 35kV. Vì vậy, tủ trung thế có thể chịu được điện áp cao hơn tủ hạ thế.

Khả năng chịu ngắn mạch

Tủ điện trung thế được thiết kế chống đoản mạch bằng nhiều dụng cụ đóng cắt như công tắc, cầu dao, cầu dao, máy biến áp… So với tủ điện hạ thế, tủ trung thế có khả năng chịu ngắn mạch cao hơn rất nhiều.

Không gian co lại

Tủ trung thế có kết cấu điển hình gồm nhiều phòng thiết bị khác nhau nên việc giảm không gian (hay khoảng cách cách điện tối thiểu giữa thiết bị mang điện hoặc bộ phận mang điện với vỏ tủ) cũng bị hạn chế hơn so với tủ hạ thế.

Đồng thời, kết cấu của tủ hạ thế khá đơn giản, thường chỉ gồm vỏ tủ và tấm gắn thiết bị nên giảm không gian và linh hoạt theo kích thước, độ dày của vỏ tủ.

Để hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa tủ điện trung thế và tủ điện hạ thế, bạn có thể theo dõi bảng so sánh dưới đây:

Những câu hỏi thường gặp về tủ điện trung thế?

Câu 1: Cấp điện áp làm việc của tủ điện trung thế ở Việt Nam là bao nhiêu?

hồi đáp: Theo quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, điện áp làm việc của tủ điện trung thế là 1 – 35kV.

Câu 2: Tại sao tủ điện trung thế yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế, thi công, lắp đặt nghiêm ngặt?

hồi đáp: Hoạt động ở cấp điện áp cao nên nguy cơ xảy ra tai nạn điện ở tủ điện trung thế là rất cao. Vì vậy, để bảo vệ con người và các thiết bị điện chứa trong tủ, tủ trung thế có những yêu cầu khắt khe về tiêu chuẩn thi công, lắp đặt.