Tủ trung thế SF6 hoạt động ra sao? Giải mã chi tiết A – Z

Bạn đang thắc mắc tủ trung thế SF6 hoạt động ra sao? Đây là loại thiết bị điện quan trọng trong hệ thống phân phối điện, sử dụng khí lưu huỳnh hexafluoride (SF6) làm môi trường cách điện và dập hồ quang. Nhờ nguyên lý này, tủ trung thế SF6 mang đến khả năng vận hành an toàn, ổn định và tái sử dụng khí hiệu quả, giúp giảm tổn thất và tăng tuổi thọ cho hệ thống điện. Trong bài viết này, VN Đại Phong sẽ cung cấp thông tin chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại tủ trung thế SF6 hiện nay.

Tủ trung thế khí SF6 là gì?

Tủ trung thế SF6 (Sulfur Hexafluoride) là một loại thiết bị đóng cắt điện trung thế sử dụng khí SF6 làm môi trường cách điện và dập hồ quang. Khí SF6, hay Lưu huỳnh Hexaflorua, là một loại khí nhân tạo không màu, không mùi, không độc (ở dạng tinh khiết và điều kiện thường), và có đặc tính cách điện cũng như khả năng dập hồ quang vượt trội so với không khí hoặc dầu cách điện truyền thống.

Trong hệ thống điện, tủ trung thế SF6 đóng vai trò quan trọng trong việc:

• Đóng cắt mạch điện: Thực hiện thao tác đóng hoặc ngắt dòng điện trung thế một cách an toàn, kể cả dòng sự cố lớn.
• Bảo vệ thiết bị: Bảo vệ các thiết bị khác trong lưới điện như máy biến áp, đường dây cáp khỏi các sự cố quá tải, ngắn mạch.
• Phân phối điện năng: Là một phần tử không thể thiếu trong các trạm biến áp phân phối, trạm cắt, giúp điều khiển và phân phối nguồn điện đến các phụ tải.

Nhờ những ưu điểm của khí SF6, tủ trung thế SF6 thường có kích thước nhỏ gọn hơn, yêu cầu bảo trì ít hơn và hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau.

Khám phá cấu tạo bên trong của tủ trung thế SF6

Để hiểu rõ Tủ Trung Thế SF6 Hoạt động Ra Sao, chúng ta cần tìm hiểu về các thành phần cấu tạo chính của nó. Một tủ trung thế SF6 điển hình thường bao gồm các bộ phận sau:

Vỏ tủ và các ngăn riêng biệt

Vỏ tủ thường được làm bằng kim loại chắc chắn, được thiết kế thành các ngăn riêng biệt để đảm bảo an toàn và dễ dàng cho việc vận hành, bảo trì. Các ngăn chính thường bao gồm:

• Ngăn thanh cái (busbar compartment)
• Ngăn máy cắt (circuit breaker compartment)
• Ngăn cáp (cable compartment)
• Ngăn điều khiển hạ thế (low voltage control compartment)

Buồng chứa khí SF6 và máy cắt SF6

Đây là “trái tim” của tủ. Buồng này được thiết kế kín hoàn toàn, chứa khí SF6 ở một áp suất nhất định. Bên trong buồng là cơ cấu máy cắt, bao gồm các tiếp điểm động và tĩnh. Khi có sự cố hoặc thao tác đóng cắt, các tiếp điểm này sẽ di chuyển trong môi trường khí SF6 để dập tắt hồ quang điện.

Hệ thống thanh cái

Là các thanh dẫn điện bằng đồng hoặc nhôm, dùng để kết nối các phần tử trong tủ và liên kết với các thiết bị khác trong hệ thống điện. Thanh cái thường được đặt trong một ngăn riêng và cũng có thể được cách điện bằng khí SF6 hoặc vật liệu rắn.

Bộ truyền động

Đây là cơ cấu cơ khí hoặc điện từ, có nhiệm vụ cung cấp năng lượng để đóng hoặc cắt các tiếp điểm của máy cắt một cách nhanh chóng và dứt khoát. Bộ truyền động có thể là loại lò xo nạp năng lượng, điện từ, hoặc khí nén.

Thiết bị giám sát và điều khiển

Bao gồm các thiết bị như:

• Đồng hồ giám sát áp suất khí SF6: Cảnh báo khi áp suất khí xuống thấp hơn mức cho phép.
• Rơ le bảo vệ: Phát hiện các sự cố điện (quá dòng, chạm đất,…) và gửi tín hiệu cắt đến máy cắt.
• Các chỉ thị trạng thái: Hiển thị trạng thái đóng/cắt của máy cắt, dao cách ly, dao tiếp địa.
• Hệ thống khóa liên động: Đảm bảo các thao tác được thực hiện theo đúng trình tự an toàn.

Khí SF6 – Quyết định khả năng hoạt động của tủ

SF6 (Lưu huỳnh Hexaflorua) là một hợp chất vô cơ có công thức hóa học là SF₆. Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một loại khí không màu, không mùi, không vị, không cháy và trơ về mặt hóa học. Những đặc tính nổi bật của khí SF6 bao gồm:

• Độ bền điện môi cao: Gấp khoảng 2.5 – 3 lần so với không khí ở cùng áp suất. Điều này cho phép giảm đáng kể khoảng cách cách điện, giúp thiết bị nhỏ gọn hơn.
• Khả năng dập hồ quang tuyệt vời: Khi hồ quang điện phát sinh, phân tử SF6 sẽ phân ly và hấp thụ năng lượng từ hồ quang, đồng thời các electron tự do sẽ bị các phân tử SF6 hoặc sản phẩm phân ly của nó bắt giữ, nhanh chóng tái tạo độ bền điện môi của khoảng trống hồ quang.
• Tính trơ hóa học: SF6 không phản ứng với hầu hết các vật liệu sử dụng trong thiết bị điện ở nhiệt độ vận hành thông thường.
• Tính ổn định nhiệt tốt.

Tại sao khí SF6 được ưa chuộng trong thiết bị điện trung thế?

Chính nhờ những đặc tính trên, khí SF6 mang lại nhiều lợi ích:

• Thiết kế nhỏ gọn: Giảm kích thước tổng thể của tủ điện, tiết kiệm không gian lắp đặt, đặc biệt quan trọng trong các trạm biến áp đô thị hoặc các không gian hạn chế.
• Hiệu suất dập hồ quang cao: Đảm bảo dập tắt hồ quang nhanh chóng và hiệu quả, ngay cả với dòng sự cố lớn, bảo vệ an toàn cho hệ thống.
• Tuổi thọ cao và ít bảo trì: Do tính trơ và ổn định, môi trường SF6 giúp các bộ phận bên trong ít bị ăn mòn, oxy hóa, kéo dài tuổi thọ thiết bị và giảm tần suất bảo trì.

Khí SF6 trong tủ được nén ở một áp suất nhất định (thường từ 1.2 đến 1.7 bar đối với tủ kín hoàn toàn, hoặc cao hơn đối với máy cắt riêng lẻ). Áp suất này rất quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng cách điện và dập hồ quang. Nếu áp suất quá thấp, độ bền điện môi giảm, khả năng dập hồ quang kém, có thể gây nguy hiểm.

Hầu hết các tủ SF6 đều được trang bị đồng hồ đo áp suất và rơ le giám sát áp suất. Nếu áp suất giảm xuống dưới mức cảnh báo, rơ le sẽ phát tín hiệu; nếu tiếp tục giảm xuống mức nguy hiểm, máy cắt có thể bị khóa không cho thao tác. Do đó, việc kiểm tra và giám sát áp suất khí SF6 là một phần không thể thiếu trong quy trình vận hành và bảo dưỡng tủ.

Tủ trung thế SF6 hoạt động ra sao khi đóng cắt và dập hồ quang?

Đây chính là phần cốt lõi để trả lời câu hỏi tủ trung thế SF6 hoạt động ra sao. Quá trình này diễn ra rất nhanh, nhưng có thể được mô tả qua các giai đoạn chính sau:

Quá trình đóng tiếp điểm

Khi có lệnh đóng, bộ truyền động sẽ cung cấp lực để đẩy tiếp điểm động di chuyển về phía tiếp điểm tĩnh.

• Tiếp điểm động và tĩnh chạm vào nhau, thiết lập một đường dẫn điện liên tục.
• Quá trình này diễn ra nhanh chóng để giảm thiểu sự phóng điện và mài mòn tiếp điểm.

Quá trình cắt tiếp điểm và sự hình thành hồ quang

Khi có lệnh cắt (do thao tác vận hành hoặc tín hiệu từ rơ le bảo vệ khi có sự cố), bộ truyền động sẽ kéo tiếp điểm động ra xa tiếp điểm tĩnh.

• Khi các tiếp điểm bắt đầu tách rời nhau, dòng điện vẫn cố gắng duy trì qua khoảng hở giữa chúng, tạo thành hồ quang điện.
• Hồ quang điện là một dòng plasma có nhiệt độ rất cao (hàng ngàn độ C), nếu không được dập tắt nhanh chóng sẽ gây hư hỏng nghiêm trọng cho tiếp điểm và thiết bị.

Nguyên lý dập hồ quang bằng khí SF6

Đây là giai đoạn quan trọng nhất, thể hiện ưu điểm vượt trội của khí SF6:

• Phun khí SF6 vào luồng hồ quang: Hầu hết các thiết kế máy cắt SF6 sử dụng nguyên lý “puffer” (pít-tông thổi) hoặc “self-blast” (tự thổi). Khi tiếp điểm động di chuyển, nó sẽ nén một lượng khí SF6 trong một xi-lanh (puffer) hoặc chính năng lượng hồ quang sẽ làm tăng áp suất khí SF6 (self-blast). Lượng khí SF6 áp suất cao này sẽ được phun mạnh vào vùng hồ quang.
• Làm nguội hồ quang: Khí SF6 lạnh được phun vào sẽ hấp thụ một lượng lớn năng lượng nhiệt từ hồ quang, làm giảm nhiệt độ của hồ quang một cách nhanh chóng.
• Phân ly và tái hợp: Ở nhiệt độ cao của hồ quang, các phân tử SF6 (SF₆) sẽ bị phân ly thành các ion và nguyên tử lưu huỳnh (S), flo (F) nhỏ hơn (ví dụ: SF₅, SF₄, S, F,…). Các sản phẩm phân ly này có khả năng bắt giữ các electron tự do trong hồ quang rất hiệu quả.
• Phục hồi độ bền điện môi: Khi hồ quang nguội đi và các electron tự do bị bắt giữ, các ion dương và âm sẽ tái hợp thành các phân tử SF6 trung hòa hoặc các hợp chất bền khác của lưu huỳnh và flo. Quá trình này giúp phục hồi nhanh chóng độ bền điện môi của khoảng hở giữa hai tiếp điểm, ngăn chặn hồ quang tái phát sau khi dòng điện đi qua điểm zero.

Toàn bộ quá trình dập hồ quang diễn ra trong vài mili giây, đảm bảo ngắt mạch an toàn và hiệu quả.

Vai trò của bộ truyền động trong quá trình vận hành

Bộ truyền động phải đảm bảo tốc độ đóng và cắt tiếp điểm đủ nhanh và lực đủ lớn.

• Khi cắt: Tốc độ tách tiếp điểm nhanh giúp kéo dài hồ quang, tạo điều kiện cho khí SF6 làm nguội và dập tắt hiệu quả.
• Khi đóng: Tốc độ đóng nhanh giúp giảm thời gian phóng điện trước khi tiếp điểm chạm hẳn, hạn chế mài mòn.

Sự phối hợp nhịp nhàng giữa cơ cấu tiếp điểm, dòng khí SF6 và bộ truyền động là yếu tố quyết định đến hiệu suất làm việc của tủ.

Ưu điểm vượt trội khi sử dụng tủ trung thế SF6

Việc hiểu rõ tủ trung thế SF6 hoạt động ra sao giúp chúng ta nhận thấy những ưu điểm nổi bật của loại thiết bị này:

• Kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm không gian: Do đặc tính cách điện tuyệt vời của SF6, khoảng cách giữa các bộ phận mang điện có thể giảm đáng kể, dẫn đến kích thước tủ nhỏ hơn nhiều so với tủ dùng không khí hoặc dầu.
• Độ tin cậy và tuổi thọ cao: Môi trường SF6 kín, trơ về hóa học giúp bảo vệ các tiếp điểm và bộ phận bên trong khỏi quá trình oxy hóa, ăn mòn, đảm bảo hoạt động ổn định và tuổi thọ kéo dài.
• Khả năng dập hồ quang ưu việt: Dập tắt hồ quang nhanh chóng và hiệu quả, kể cả các dòng sự cố lớn, giảm thiểu thiệt hại cho thiết bị và hệ thống.
• An toàn vận hành cao: Thiết kế kín, các bộ phận mang điện được bao bọc trong môi trường SF6, giảm nguy cơ tiếp xúc và sự cố cho người vận hành. Nhiều tủ còn được thiết kế chịu được hồ quang nội bộ (arc-proof).
• Ít yêu cầu bảo trì: Do các tiếp điểm hoạt động trong môi trường khí trơ nên ít bị mài mòn, tần suất bảo trì thấp hơn so với các loại máy cắt khác.
• Không bắt lửa: Khí SF6 không cháy, loại bỏ nguy cơ hỏa hoạn do thiết bị điện.
• Hoạt động tốt trong môi trường khắc nghiệt: Ít bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, bụi bẩn, hóa chất trong không khí.

Ứng dụng phổ biến của tủ trung thế SF6 trong đời sống

Nhờ những ưu điểm và cách thức hoạt động hiệu quả, tủ trung thế SF6 được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của hệ thống điện:

• Trạm biến áp phân phối: Là thiết bị đóng cắt chính cho các máy biến áp phân phối, lộ ra của đường dây trung thế.
• Trạm cắt trung gian (Switching stations): Dùng để kết nối, phân đoạn các đường dây trung thế.
• Nhà máy công nghiệp: Cung cấp điện cho các động cơ lớn, lò điện và các phụ tải công nghiệp khác.
• Tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại, bệnh viện: Đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn cho các công trình quan trọng.
• Trạm điện năng lượng tái tạo: Sử dụng trong các trạm biến áp của nhà máy điện gió, điện mặt trời để kết nối nguồn phát lên lưới.
• Hệ thống điện ngầm đô thị: Kích thước nhỏ gọn rất phù hợp với các không gian lắp đặt hạn chế dưới lòng đất.

Qua bài viết chi tiết này, VN Đại Phong hy vọng đã giúp bạn hiểu rõ hơn về tủ trung thế SF6 hoạt động ra sao. Việc nắm vững nguyên lý hoạt động không chỉ giúp chúng ta lựa chọn đúng thiết bị cho nhu cầu sử dụng mà còn đảm bảo vận hành an toàn, tối ưu hóa tuổi thọ và hiệu suất của hệ thống điện.

Tại VN Đại Phong, chúng tôi tự hào là nhà cung cấp các sản phẩm vật tư ngành nước và thiết bị điện chất lượng cao, bao gồm ống nhựa Hoa Sen, Bình Minh, Tiền Phong; dây cáp điện Cadivi; máy biến áp Thibidi và các loại tủ điện trung thế, thiết bị đóng cắt, thiết bị đo lường tiên tiến. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào thêm về tủ trung thế SF6 hoặc cần tư vấn lựa chọn sản phẩm phù hợp. Đừng ngần ngại liên hệ vào số Hotline 0935 650 918 để được tư vấn tận tâm bạn nhé!