Đơn vị vòng tròn chính: Những ưu điểm của thiết kế nhỏ gọn đối với mạng lưới điện đô thị

Tại Sao Các Bộ Phân Phối Vòng Tròn Nhỏ Gọn Lại Thiết Yếu Đối Với Mạng Lưới Đô Thị Hiện Đại

Hạn chế về không gian đô thị và nhu cầu ngày càng tăng đối với cơ sở hạ tầng điện phân tán, bền vững

Khi ngày càng nhiều người chuyển đến sinh sống tại các thành phố – hiện nay hơn một nửa dân số thế giới đang sống ở khu vực đô thị – việc tìm không gian cho cơ sở hạ tầng điện đã trở thành một vấn đề thực sự. Các trạm biến áp truyền thống chiếm diện tích tương đương một sân bóng đá, điều này đơn giản là không khả thi ở những khu vực đô thị đông đúc, nơi giá bất động sản có thể lên tới khoảng 740.000 USD mỗi mẫu Anh, theo dữ liệu của Viện Ponemon năm 2023. Trong khi đó, những mô hình thời tiết thất thường và sự phụ thuộc ngày càng tăng vào các hệ thống kỹ thuật số khiến chúng ta cần các lưới điện có khả năng vận hành liên tục ngay cả khi một số bộ phận gặp sự cố. Riêng các đợt mất điện do bão gây ra đã làm tổn thất khoảng 150 tỷ USD đối với nền kinh tế toàn cầu mỗi năm, theo số liệu của Ngân hàng Thế giới từ năm ngoái. Điều này đang thúc đẩy các công ty cung cấp điện hướng tới các hệ thống nhỏ gọn và bền bỉ hơn. Các thiết bị đóng cắt vòng compact (compact ring main units) đại diện cho một giải pháp thông minh trong bối cảnh này. Những thiết bị mô-đun này có thể được lắp đặt trực tiếp vào cảnh quan đô thị mà không cần thêm đất hoặc gây gián đoạn giao thông đường phố và vỉa hè.

Làm thế nào độ nhỏ gọn của đơn vị vòng khép kín (RMU) trực tiếp giải quyết vấn đề khan hiếm đất đai tại các siêu đô thị

Các đơn vị vòng khép kín (RMU) vượt qua những hạn chế về không gian nhờ việc thu nhỏ đột phá—chiếm diện tích ít hơn tới 70% so với thiết bị đóng cắt thông thường. Công nghệ cách điện bằng khí (SF6) và công nghệ dập hồ quang chân không làm giảm kích thước các thành phần thành các cụm mô-đun kín, có thể triển khai trong những không gian trước đây không thể sử dụng:

Hiệu quả này đã được kiểm chứng thực tế: lưới điện khu trung tâm thành phố Singapore phụ thuộc vào các RMU chôn ngầm cho 80% việc cung cấp điện—đạt được độ dự phòng đầy đủ theo tiêu chuẩn N-1 mà không ảnh hưởng đến mặt đất. Bằng cách giải quyết các ràng buộc về đất đai đồng thời đảm bảo khả năng phục hồi vốn có, các RMU nhỏ gọn tạo nên nền tảng vật lý cho các lưới điện đô thị có khả năng mở rộng và sẵn sàng cho tương lai.

Các đổi mới kỹ thuật giúp thu nhỏ đơn vị vòng khép kín (RMU)

Công nghệ cách điện bằng khí (SF6) và công nghệ đóng cắt chân không nhằm giảm diện tích chiếm chỗ

Thiết kế hiện đại của RMU thành công trong việc giảm đáng kể kích thước, chủ yếu nhờ hai bước tiến công nghệ lớn: cách điện bằng khí SF6 và công nghệ ngắt mạch chân không. Độ bền điện môi của khí SF6 thực tế cao gấp khoảng ba lần so với không khí thông thường, điều này cho phép các dây dẫn được bố trí gần nhau hơn nhiều mà không ảnh hưởng đến hiệu quả dập hồ quang. Nhờ đó, nhà sản xuất có thể thu nhỏ kích thước buồng bao che khoảng 40% so với các hệ thống cách điện bằng không khí truyền thống. Bên cạnh đó còn có yếu tố bộ ngắt chân không: các bộ ngắt này về cơ bản loại bỏ hoàn toàn những buồng dập hồ quang cồng kềnh, nên buồng đóng cắt chỉ chiếm khoảng 60% không gian so với trước đây. Khi kết hợp lại, những đổi mới này giúp đạt gần như mức độ bảo trì bằng không trong suốt nhiều năm tuổi thọ phục vụ. Các nhà vận hành lưới điện báo cáo tỷ lệ độ tin cậy đạt khoảng 99,98% khi triển khai các thiết bị này tại những vị trí then chốt trong mạng lưới của họ. Và cũng đừng quên những lợi ích về mặt chi phí cuối cùng. Chi phí vòng đời thường giảm từ 30–35% nhờ tất cả những cải thiện về hiệu suất này.

Thiết kế mô-đun và các hệ thống bảo vệ tích hợp nhằm nâng cao mật độ mà không làm giảm độ an toàn

Các tủ phân phối trung áp (RMU) được hưởng lợi rất nhiều từ các phương pháp thiết kế mô-đun. Các thành phần tiêu chuẩn có thể lắp chồng lên nhau, bao gồm các đoạn thanh cái đã được sản xuất sẵn và các bộ ngắt mạch dễ dàng lắp đặt, cho phép cấu hình linh hoạt phù hợp với từng yêu cầu cụ thể — tất cả đều nằm trong cùng một kích thước cơ bản của tủ. Các hệ thống hiện đại sử dụng rơ-le thông minh tích hợp để theo dõi liên tục nhiệt độ, ứng suất cơ học và điều kiện điện, đồng thời có khả năng cô lập sự cố chỉ trong khoảng hơn 2 mili giây. Những tính năng thông minh này loại bỏ nhu cầu về các đơn vị bảo vệ riêng biệt bên ngoài thiết bị chính, giúp tiết kiệm diện tích mặt bằng gần ba phần tư mét vuông cho mỗi hệ thống lắp đặt và đáp ứng đầy đủ các yêu cầu an toàn theo tiêu chuẩn IEC 62271. Điều này có ý nghĩa thực tiễn như thế nào? Về mặt công suất, hệ thống mới đạt khoảng gấp đôi so với các thiết kế cũ — yếu tố đặc biệt quan trọng khi nâng cấp các trạm biến áp cũ vốn không còn đủ không gian để mở rộng.

Triển khai thực tế tại khu vực đô thị: Các ứng dụng tiết kiệm không gian của Thiết bị phân phối vòng (Ring Main Units)

Nâng cấp trạm biến áp và lắp đặt trên mái tòa nhà tại Tokyo và Singapore

Tokyo đang đối mặt với một vấn đề thực sự trong việc tìm kiếm không gian cho các trạm biến áp điện, bởi đất đai tại đây về cơ bản là không thể thay thế được. Bằng cách lắp đặt các tủ phân phối khí nén (RMU) nhỏ gọn thay vì thiết bị truyền thống, các nhà quy hoạch đô thị có thể giảm khoảng 60% diện tích mặt bằng cần thiết. Điều này giúp duy trì hoạt động bình thường của hạ tầng hiện hữu mà không cần xây dựng thêm bất kỳ công trình mới nào. Ở Singapore – quốc gia nằm ở đầu kia của thế giới – người ta cũng đã áp dụng cách tiếp cận tương tự bằng cách lắp đặt các tủ RMU trên mái các tòa nhà khắp các khu vực thương mại sầm uất. Những hệ thống lắp đặt trên mái này đáp ứng toàn bộ nhu cầu điện năng trong các khu dân cư đông đúc, nhờ đó loại bỏ nhu cầu xây dựng thêm các trạm biến áp mặt đất – vốn sẽ chiếm dụng không gian quý giá trên các tuyến đường. Điều chúng ta thấy ở đây chính là cách những đơn vị mô-đun này biến các không gian vốn bị lãng phí – như mái nhà, khu vực lưu trữ ngầm và các đường hầm bảo trì – thành những thành phần chức năng trong mạng lưới điện.

Tích hợp theo chiều dọc trong các tòa nhà cao tầng và các tổ hợp thương mại

Ngày nay, các kỹ sư đang bắt đầu lắp đặt các đơn vị vòng chính (RMU) theo chiều dọc bên trong các giếng kỹ thuật của các tòa nhà cao tầng, nhờ đó giảm khoảng bốn mươi phần trăm diện tích không gian điện cần thiết ở tầng hầm. Đối với những tòa nhà thương mại hỗn hợp có nhiều chủ thuê, việc xếp chồng các RMU này cho phép mở rộng hệ thống dễ dàng hơn khi cần thiết. Chỉ cần thêm các mạch mới hoặc các lớp bảo vệ bổ sung khi các doanh nghiệp phát triển và thay đổi nhu cầu điện năng theo thời gian. Lợi thế thực sự ở đây là cách lắp đặt theo chiều dọc này hoàn toàn tránh được vấn đề thiếu đất. Thay vì tranh giành không gian mặt bằng quý giá, các nhà thầu chỉ cần xây dựng theo chiều cao, từ đó tạo nền tảng ngay từ đầu cho một lưới điện bền vững hơn.

Đảm bảo tính sẵn sàng cho tương lai của mạng lưới đô thị thông qua kiến trúc Đơn vị vòng chính (RMU) có khả năng mở rộng

Lưới điện đô thị đang ngày càng chịu áp lực lớn hơn mỗi ngày do dân số gia tăng, mọi thứ đều được điện khí hóa và các dịch vụ kỹ thuật số liên tục đòi hỏi nhiều năng lượng hơn. Đó là lý do vì sao chúng ta cần cơ sở hạ tầng có khả năng mở rộng từng bước mà không làm gián đoạn nguồn cung cấp điện cho bất kỳ ai. Các thiết kế RMU (Unit Đo lường và Điều khiển) linh hoạt thực tế giải quyết vấn đề này khá hiệu quả nhờ các bộ phận mô-đun tiêu chuẩn, cho phép các đơn vị vận hành nâng cấp theo từng giai đoạn. Muốn bổ sung thiết bị bảo vệ mới? Chỉ cần lắp vào vị trí tương ứng. Cần giám sát tốt hơn? Hãy lắp đặt các cảm biến ngay tại những vị trí cần thiết mà không phải thay thế toàn bộ hệ thống. Cách tiếp cận này giúp tiết kiệm chi phí đầu tư lớn đồng thời duy trì nguồn điện ổn định trong suốt quá trình mở rộng — điều mà các nhà quy hoạch đô thị đặc biệt quan tâm, bởi nguồn điện đáng tin cậy đồng nghĩa với việc các doanh nghiệp duy trì được năng suất. Tính chất mô-đun còn giúp việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Các hệ thống điện mặt trời và trạm sạc xe điện (EV) có thể kết nối trực tiếp vào các phân đoạn cụ thể của RMU thay vì buộc phải thực hiện các cuộc cải tạo tốn kém trên toàn bộ trạm biến áp trong thành phố. Khi không còn những điểm nghẽn tập trung như vậy kìm hãm sự phát triển, mạng lưới điện đô thị sẽ tiếp tục mở rộng song hành cùng sự phát triển của các thành phố, thích nghi linh hoạt khi các khu dân cư từng bước hình thành và thay đổi theo thời gian.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Các tủ phân phối vòng compact là gì?

Các tủ phân phối vòng compact là các thiết bị mô-đun sử dụng các công nghệ tiên tiến nhằm cung cấp hiệu quả việc phân phối điện trong các khu vực đô thị mà không cần bổ sung thêm diện tích đất hay gây gián đoạn.

Các tủ phân phối vòng compact giúp giải quyết vấn đề hạn chế về không gian tại các thành phố như thế nào?

Các tủ phân phối vòng compact chiếm diện tích ít hơn tới 70% so với thiết bị đóng cắt thông thường, do đó rất phù hợp với các môi trường bị hạn chế về không gian như khu vực đô thị.

Những công nghệ nào cho phép thu nhỏ kích thước tủ phân phối vòng?

Hai công nghệ chủ yếu cho phép thu nhỏ kích thước tủ phân phối vòng là công nghệ cách điện bằng khí (SF6) và công nghệ đóng cắt chân không.

Việc sử dụng thiết kế mô-đun trong tủ phân phối vòng mang lại những lợi ích gì?

Thiết kế mô-đun trong tủ phân phối vòng cho phép cấu hình linh hoạt theo nhu cầu, giảm thiểu bảo trì và nâng cao dung lượng truyền tải điện mà vẫn đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn.

Tủ phân phối vòng góp phần nâng cao khả năng thích ứng tương lai cho mạng lưới điện đô thị như thế nào?

Các RMU cung cấp khả năng linh hoạt để mở rộng dần mạng lưới điện, tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo và theo kịp tốc độ tăng trưởng đô thị mà không cần thực hiện những cải tạo lớn.