Cách Sử Dụng Tủ Phân Phối Vòng Khép Kín Để Cung Cấp Điện Hiệu Quả?

Hiểu Rõ Vai Trò Của Các Đơn Vị Vòng Chính Trong Mạng Phân Phối Điện

Chức năng và vai trò của các đơn vị vòng chính trong phân phối điện

Các đơn vị vòng chính, hay còn gọi tắt là RMUs, về cơ bản là các hệ thống thiết bị đóng cắt nhỏ gọn được sử dụng phổ biến trong lưới điện trung thế, thường hoạt động trong dải điện áp từ 6kV đến 24kV. Chức năng chính của những thiết bị này là quản lý và bảo vệ các mạch điện, đồng thời tạo ra các cấu hình dạng vòng nhằm cung cấp các tuyến đường dự phòng cấp điện khi cần thiết. Mục đích của hệ thống này là cho phép dòng điện đi theo nhiều hướng khác nhau trong toàn bộ mạng lưới. Vì vậy, khi xảy ra sự cố ở một vị trí nào đó, nguồn điện sẽ tự động chuyển sang các tuyến đường khả dụng khác, duy trì hoạt động liên tục mà không bị gián đoạn. Theo số liệu mới nhất từ Báo cáo Phân phối Điện 2024, các lưới điện được trang bị RMU có thời gian ngừng hoạt động hàng năm giảm khoảng 40% so với các hệ thống tia truyền thống. Mức độ tin cậy như vậy khiến chúng trở thành các thành phần vô cùng quan trọng trong cơ sở hạ tầng điện ngày càng phức tạp hiện nay.

Mục đích và chức năng của RMU trong việc đảm bảo nguồn cung cấp điện ổn định

RMUs chủ yếu tồn tại để duy trì việc cung cấp điện một cách đáng tin cậy bằng cách kết hợp các tính năng bảo vệ với khả năng đóng ngắt thông minh. Bên trong các thiết bị này, chúng ta tìm thấy các thành phần như công tắc cắt tải, thiết bị ngắt mạch và các bộ ngắt nối có cầu chì hoạt động khi có sự cố xảy ra ở một đoạn nào đó trên lưới điện. Chúng cũng nhanh chóng ngắt các phần bị lỗi, thường trong khoảng từ 100 đến 300 mili giây, nhờ đó ngăn chặn các sự cố nhỏ lan rộng thành vấn đề lớn hơn trên toàn hệ thống. Khi được kết hợp với các tuyến đường dự phòng tích hợp sẵn trong bố trí dạng vòng, cấu hình này mang lại mức độ tin cậy mà các kỹ sư gọi là "N-1". Về cơ bản, điều này có nghĩa là dịch vụ vẫn tiếp tục hoạt động ngay cả khi một thành phần nào đó bị hỏng. Chức năng chuyển đổi tự động thực sự phát huy hiệu quả tại những nơi không thể chấp nhận tình trạng mất điện. Hãy nghĩ đến các bệnh viện cần hệ thống hỗ trợ sự sống, các trung tâm dữ liệu bảo vệ thông tin quý giá, hoặc các nhà máy vận hành dây chuyền lắp ráp mà không thể chịu được thời gian ngừng hoạt động trong quá trình bảo trì định kỳ hay các sự cố bất ngờ.

Ứng dụng của các đơn vị vòng tròn trong các hệ thống đô thị, công nghiệp và năng lượng tái tạo

RMUs đã trở nên khá phổ biến trên khắp các khu vực đô thị, các khu công nghiệp và các hệ thống năng lượng tái tạo chủ yếu do chúng chiếm rất ít không gian và có thể dễ dàng điều chỉnh. Các thành phố dựa vào chúng để quản lý lưới điện ngầm và những vị trí chật hẹp nơi các trạm biến áp truyền thống không thể lắp đặt được, đồng thời đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng và đảm bảo độ tin cậy. Đối với các nhà máy và cơ sở sản xuất, những thiết bị này là thiết yếu vì chúng xử lý sự cố rất hiệu quả. Khi có sự cố xảy ra, RMUs có thể cách ly khu vực bị ảnh hưởng một cách nhanh chóng, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động tốn kém mà các công ty thường phải chịu tổn thất khoảng 740.000 USD mỗi lần, theo số liệu từ Viện Ponemon. Điều thú vị nữa là RMUs hỗ trợ tích hợp năng lượng tái tạo. Chúng quản lý dòng điện hai chiều từ các tấm pin mặt trời và tua-bin gió, đảm bảo mọi thứ ổn định ngay cả khi điều kiện thay đổi nhờ các tính năng bảo vệ tiên tiến được tích hợp sẵn.

Cấu trúc cốt lõi và nguyên lý hoạt động của Tủ trung thế vòng (Ring Main Unit)

Tủ trung thế vòng hoạt động dựa trên hệ thống vòng kín, có nghĩa là chúng có thể tiếp tục cung cấp điện ngay cả khi có sự cố hoặc đang tiến hành bảo trì ở một vị trí nào đó. Điểm khác biệt lớn so với các hệ thống tia thông thường nằm ở cách dòng điện di chuyển. Trong cấu hình vòng, dòng điện có thể chạy theo cả hai chiều quanh mạch. Khi một phần của hệ thống gặp sự cố, đoạn bị lỗi sẽ được tự động cách ly. Đồng thời, nguồn điện tiếp tục được cung cấp qua các phần khác của vòng nhờ các công tắc thông minh được kích hoạt. Điều này giúp giảm thời gian ngừng cung cấp điện cho khách hàng và làm tăng đáng kể độ tin cậy của toàn bộ mạng điện trong điều kiện vận hành thực tế.

Giải thích nguyên lý hoạt động của Tủ trung thế vòng (Ring Main Unit)

Cách thức hoạt động về cơ bản phụ thuộc vào việc tự động phát hiện sự cố và cách ly chúng trước khi lan rộng khắp hệ thống. Rơ le bảo vệ phối hợp với các thiết bị ngắt mạch và các công tắc đặc biệt gọi là công tắc đóng cắt dưới tải để thực hiện mục đích này. Nếu có sự cố xảy ra ở đâu đó trong lưới điện, các rơ le sẽ gửi tín hiệu để tác động cầu dao ngắt mạch trong khoảng hai đến ba chu kỳ điện. Đồng thời, các công tắc phân đoạn này hoạt động để sắp xếp lại dòng công suất, giúp khôi phục cấp điện từ một phần khác của mạng lưới. Phần lớn các hệ thống điện hiện đại đều có khả năng chuyển đổi hai chiều này, chủ yếu nhờ vào các hệ thống SCADA điều khiển mọi thứ phía sau hậu trường. Kết quả là, hiện nay ở nhiều khu vực, thời gian mất điện trung bình hàng năm đã giảm xuống dưới năm phút.

Các thành phần chính của tủ trung thế kiểu vòng và chức năng của chúng

Các thành phần cốt lõi bao gồm:

• Máy ngắt mạch có nhiệm vụ cắt dòng sự cố một cách nhanh chóng và an toàn
• Công tắc đóng cắt dưới tải để cách ly các mạch đang hoạt động dưới điều kiện tải bình thường
• Thanh dẫn có chức năng phân phối điện năng giữa nhiều dây chuyền cấp điện
• Phương tiện chuyển tiếp bảo vệ giám sát điện áp, dòng điện và tần số để khởi động ngắt kết nối khi phát hiện sự cố
• Vỏ bọc có xếp hạng IP67, cung cấp khả năng bảo vệ vững chắc chống lại bụi, độ ẩm và các tác động môi trường

Các thành phần này phối hợp với nhau tạo nên kiến trúc mạng tự phục hồi, giúp giảm thời gian mất điện đến 80% so với các hệ thống hình tia truyền thống (IEEE 2022). Thiết kế mô-đun cũng hỗ trợ mở rộng quy mô linh hoạt từ cấu hình 2 đường đến 5 đường khi nhu cầu tăng lên.

Các loại và cấu hình của Tủ đóng cắt vòng: Cách điện và Thiết kế chức năng

Các loại RMU theo môi chất cách điện: Cách điện bằng khí, Cách điện bằng không khí, Cách điện bằng vật liệu rắn, Loại lai

Việc phân loại RMU chủ yếu phụ thuộc vào môi chất cách điện của chúng, yếu tố này ảnh hưởng đến mọi khía cạnh từ các xét đến về an toàn cho đến kích thước vật lý và loại công việc mà chúng có thể đảm nhiệm. Các RMU cách điện bằng khí, thường được gọi là hệ thống GIS, thường sử dụng khí sulfur hexafluoride hoặc các loại khí thay thế khác. Những hệ thống này hoạt động rất hiệu quả trong việc dập hồ quang điện và chiếm ít diện tích hơn, do đó rất phù hợp với các khu vực thành thị nơi không gian bị hạn chế. Ngược lại, các thiết bị cách điện bằng không khí (AIS) sử dụng không khí khí quyển thông thường. Mặc dù những thiết bị này thường có chi phí ban đầu thấp hơn và dễ bảo trì theo thời gian, nhưng chúng cần nhiều không gian hơn đáng kể khi lắp đặt. Các phương án cách điện bằng vật liệu rắn sử dụng các chất như nhựa epoxy hoặc các loại polymer khác làm điện môi. Cách tiếp cận này hoàn toàn loại bỏ lo ngại về rò rỉ khí và nhìn chung cũng an toàn hơn về mặt môi trường. Một số nhà sản xuất đã bắt đầu tạo ra các phiên bản lai kết hợp đặc điểm từ nhiều phương pháp cách điện khác nhau. Những tổ hợp này giúp cân bằng các yếu tố như yêu cầu hiệu suất, giới hạn ngân sách và mục tiêu phát triển bền vững dài hạn, tùy thuộc vào cách thức sử dụng thực tế của thiết bị.

Các cấu hình chức năng: RMU 2 chiều, 3 chiều, 4 chiều và 5 chiều

Cách thức cấu hình các thiết bị này thực sự ảnh hưởng đến mức độ linh hoạt khi chuyển mạch cũng như mức độ phức tạp của mạng mà chúng ta đang xử lý. Các RMU 2 chiều về cơ bản xử lý việc định tuyến đầu vào đầu ra đơn giản, phù hợp tốt với những tình huống cấp điện theo kiểu tia đơn giản mà hầu hết mọi người thường gặp. Khi nâng lên các loại 3 và 4 chiều, khả năng kết nối được mở rộng đáng kể vì chúng có thể kết nối đồng thời với nhiều máy biến áp hoặc các điểm tải khác nhau. Điều này hỗ trợ các cấu trúc mạng dạng vòng và thực tế giúp hệ thống có tính dự phòng cao hơn so với các bố trí tiêu chuẩn. Và còn có các RMU 5 chiều đưa mọi thứ lên một tầm cao mới hoàn toàn. Những thiết bị mạnh mẽ này được trang bị nhiều đoạn thanh cái, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho những nơi như bệnh viện hay trung tâm dữ liệu, nơi mà thời gian hoạt động liên tục là cực kỳ quan trọng. Khi độ tin cậy là yếu tố hàng đầu, thì khả năng linh hoạt bổ sung để tái cấu hình ngay lập tức trở thành yếu tố xứng đáng được chú ý.

So sánh giữa các đơn vị mạch vòng GIS và AIS: Hiệu suất so với Chi phí

Khi lựa chọn giữa GIS và AIS RMU, kỹ sư phải cân nhắc giữa hiệu quả hoạt động phù hợp với điều kiện cụ thể và giới hạn về ngân sách. GIS nổi bật nhờ khả năng vận hành ấn tượng, chiếm diện tích khoảng ít hơn hai phần ba so với các mẫu truyền thống, đồng thời xử lý sự cố ngắn mạch tốt hơn và có tuổi thọ dài hơn ngay cả khi tiếp xúc với bụi bẩn hoặc độ ẩm. Tất nhiên, điểm trừ là các hệ thống này thường có chi phí ban đầu cao gấp khoảng hai lần so với AIS. Ngược lại, thiết bị AIS thường rẻ hơn về chi phí lắp đặt và đơn giản hơn trong bảo trì, nhưng chiếm nhiều diện tích mặt bằng hơn đáng kể và không hoạt động tốt trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Hầu hết các dự án tại khu vực thành thị đông đúc, nơi mỗi mét vuông đều quan trọng, thường chọn GIS; trong khi đó, nhiều nhà máy và trang trại vẫn sử dụng AIS vì họ không gặp phải những giới hạn về không gian tương tự.

Lợi thế của các đơn vị mạch vòng trong việc cung cấp điện năng ổn định và hiệu quả

Giảm sự cố và cải thiện chất lượng điện năng với RMUs

RMUs giúp giảm sự cố mất điện vì chúng có thể cách ly nhanh chóng các vấn đề trước khi tình hình trở nên nghiêm trọng hơn. Khi các sự cố này được kiểm soát sớm, điều này góp phần duy trì hoạt động ổn định hơn cho toàn bộ hệ thống, do giảm thiểu hiện tượng sụt áp và các xung điện gây rối loạn. Theo nghiên cứu gần đây từ các báo cáo độ tin cậy lưới điện năm ngoái, các mạng lưới sử dụng RMUs có thời gian ngừng hoạt động bất ngờ ít hơn khoảng 40 phần trăm so với các hệ thống hình tia cũ. Hơn nữa, tính chất mô-đun của chúng cho phép kỹ thuật viên sửa chữa các bộ phận cụ thể mà không cần tắt toàn bộ khu vực của mạng lưới. Điều này đặc biệt quan trọng đối với bệnh viện, trung tâm dữ liệu và các địa điểm khác nơi nguồn cung cấp điện liên tục không thể bị gián đoạn dưới mọi hình thức.

Hiệu suất năng lượng và khả năng quản lý tải của RMUs

Các đơn vị giám sát từ xa (RMUs) hiện đại ngày nay nâng cao hiệu quả năng lượng bằng cách quản lý tải một cách thông minh. Những hệ thống này cho phép các nhân viên vận hành định tuyến điện năng một cách linh hoạt, nghĩa là họ có thể phân bổ lại tải giữa các đường dây cấp điện khác nhau và ngăn chặn máy biến áp bị quá tải—một nguyên nhân gây ra nhiều tổn thất kỹ thuật trong lưới điện. Khi tải được phân phối hợp lý bằng RMUs, tổn thất điện giảm khoảng 15% so với các hệ thống cố định cũ hơn. Một lợi thế khác đến từ thiết kế cách điện bằng khí, giúp giảm thiểu những tổn thất ký sinh khó chịu do chất cách điện hoạt động hiệu quả hơn rất nhiều về mặt điện. Tất cả các tính năng này kết hợp lại giúp giảm hóa đơn tiền điện cho các công ty cung cấp điện và nhà máy, đồng thời làm cho toàn bộ hoạt động của họ vận hành trơn tru và sạch hơn.

Các đơn vị vòng chính thông minh và có khả năng kết nối IoT để tích hợp lưới điện hiện đại

Các RMU thông minh và có kết nối IoT để giám sát và điều khiển từ xa

Các tủ RMU thông minh được trang bị cảm biến tích hợp và các tính năng kết nối để giám sát các yếu tố như dòng tải, mức điện áp, sự thay đổi nhiệt độ và tình trạng cách điện theo thời gian. Khía cạnh Internet of Things cho phép các hệ thống này phát hiện sự cố trước khi chúng trở nên nghiêm trọng. Bằng cách phân tích các xu hướng trong dữ liệu, chúng có thể nhận biết sớm các dấu hiệu cảnh báo về những vấn đề tiềm ẩn, dù là phóng điện nhỏ hay các bộ phận quá nóng. Điều làm nên giá trị thực sự của các thiết bị này chính là khả năng điều khiển từ xa. Thay vì phải cử kỹ thuật viên đến xử lý mỗi khi xảy ra sự cố, người vận hành có thể điều chỉnh cấu hình mạng từ xa hoặc ngắt nguồn điện khỏi các phần bị lỗi ngay lập tức. Việc này giúp tiết kiệm cả thời gian và chi phí, đồng thời duy trì hoạt động ổn định cho toàn bộ hệ thống ngay cả khi xuất hiện các sự cố bất ngờ.

Tủ liên lạc vòng tự động và tích hợp vào lưới điện số và lưới điện thông minh

Các RMU được tự động hóa hoạt động như các thành phần thông minh trong lưới điện kỹ thuật số hiện đại, kết nối liền mạch với các hệ thống DMS và SCADA. Những thiết bị này trao đổi dữ liệu hai chiều thông qua các giao thức cụ thể, cho phép người vận hành quản lý dòng điện trên toàn mạng lưới, phối hợp với nhiều nguồn năng lượng phân tán khắp hệ thống và thậm chí thực hiện sửa chữa tự động khi sự cố xảy ra. Việc tự động hóa còn được mở rộng sang các quy trình FDIR để phát hiện lỗi, cách ly nhanh chóng và khôi phục dịch vụ. Khi có sự cố xảy ra tại một phần của lưới điện, các hệ thống này có thể chuyển hướng dòng điện chỉ trong vài giây, nhờ đó phần lớn khách hàng sẽ không bị mất điện trong các sự kiện này.

Nghiên cứu điển hình: Triển khai các RMU thông minh trong một lưới điện vi mô đô thị

Một sáng kiến lưới điện vi mô đô thị gần đây đã thay thế các thiết bị đóng cắt cũ bằng các RMU hiện đại được trang bị cảm biến nhiệt độ, chức năng giám sát phóng điện từng phần và kết nối tế bào tích hợp. Sau khi đưa các hệ thống mới này vào vận hành, kết quả đạt được khá ấn tượng: thời gian mất điện giảm khoảng 45% so với trước đây, trong khi chi phí bảo trì giảm khoảng 30%, chủ yếu nhờ các tính năng chẩn đoán dự đoán. Dòng dữ liệu thời gian thực đã cho phép cân bằng tải một cách linh hoạt khi nhu cầu tăng cao, duy trì hiệu quả tiêu thụ năng lượng và giữ điện áp ổn định trên toàn bộ mạng lưới, từ đó tự nhiên đảm bảo tuân thủ các quy định hiện hành.

Câu hỏi thường gặp

Tủ phân phối vòng (RMU) là gì?

Một đơn vị vòng dây (Ring Main Unit - RMU) là một thiết bị đóng cắt nhỏ gọn, đóng vai trò then chốt trong việc quản lý và bảo vệ các mạch điện trong các mạng phân phối điện áp trung bình. Chúng hỗ trợ các tuyến cấp điện thay thế thông qua cấu hình dạng vòng, nâng cao độ tin cậy của hệ thống và giảm thời gian ngừng hoạt động.

Các thành phần chính của RMUs là gì?

Các thành phần cốt lõi của RMUs bao gồm cầu chì, công tắc đóng cắt dưới tải, thanh cái, rơ le bảo vệ và vỏ bọc chắc chắn. Những yếu tố này hoạt động phối hợp để đảm bảo cách ly sự cố nhanh chóng và phân phối điện hiệu quả.

RMUs cải thiện độ tin cậy cung cấp điện như thế nào?

RMUs kết hợp các tính năng bảo vệ với khả năng đóng cắt thông minh, hỗ trợ cách ly sự cố tự động và cung cấp độ tin cậy N-1. Thiết lập này đảm bảo nguồn cung cấp điện liên tục ngay cả khi một phần của hệ thống gặp sự cố.

Sự khác biệt giữa RMUs GIS và RMUs AIS là gì?

RMUs cách điện bằng khí (GIS) sử dụng khí như sulfur hexafluoride để cách điện, mang lại kích thước nhỏ gọn và khả năng xử lý sự cố vượt trội hơn nhưng với chi phí cao hơn. RMUs cách điện bằng không khí (AIS) sử dụng không khí trong khí quyển, giá thành thấp hơn nhưng chiếm nhiều diện tích hơn.

RMUs thông minh tích hợp vào lưới điện hiện đại như thế nào?

Các tủ RMU thông minh được trang bị cảm biến và kết nối cho phép giám sát và điều khiển từ xa. Chúng tích hợp liền mạch với các hệ thống lưới điện kỹ thuật số, hỗ trợ hiệu quả việc phát hiện sự cố, cách ly và khôi phục dịch vụ tự động.