Hãy tưởng tượng một thành phố nơi lưới điện thiếu các cơ chế bảo vệ đáng tin cậy. Một sự cố duy nhất có thể nhấn chìm toàn bộ đô thị vào bóng tối. Tủ điện trung thế đóng vai trò là "người bảo vệ" của hệ thống điện, nhanh chóng cô lập các sự cố để bảo vệ thiết bị và nhân viên đồng thời quản lý phân phối điện một cách thông minh. Bài viết này khám phá các nguyên tắc cơ bản, nguyên tắc hoạt động, các loại và xu hướng tương lai của thành phần cơ sở hạ tầng điện quan trọng này.

Là một thành phần cốt lõi của hệ thống điện, tủ điện về cơ bản đại diện cho một tập hợp các thiết bị bảo vệ mạch tập trung. Bao gồm cầu dao, cầu chì và công tắc, các yếu tố này cùng nhau thực hiện các chức năng bảo vệ, điều khiển và cách ly quan trọng cho thiết bị điện. Các thiết bị bảo vệ này thường được đặt trong các cấu trúc kim loại, với một hoặc nhiều cụm như vậy được gọi là các đường hoặc thành phần tủ điện.

Tủ điện được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền tải và phân phối điện, cũng như trong các cơ sở thương mại hoặc công nghiệp lớn và vừa. Ở Bắc Mỹ, các tiêu chuẩn tủ điện được xác định bởi IEEE, trong khi Châu Âu và các khu vực khác tuân theo các tiêu chuẩn IEC.

Các chức năng chính của tủ điện xoay quanh việc phân phối và bảo vệ điện. Nó dẫn điện đến các khu vực khác nhau của cơ sở và các tải tương ứng của chúng. Quan trọng hơn, nó đảm bảo an toàn cho nhân viên và thiết bị bằng cách giới hạn dòng điện của hệ thống. Khi dòng điện vượt quá ngưỡng an toàn, tủ điện sẽ nhanh chóng ngắt mạch, ngăn ngừa các mối nguy hiểm tiềm ẩn.

Tủ điện trung thế khác nhau về thiết kế và ứng dụng. Các loại phổ biến bao gồm:

Giải pháp trung thế bao bọc bằng kim loại này có cầu dao và bộ ngắt kết nối kín, lý tưởng cho các vị trí bị hạn chế về không gian hoặc khó tiếp cận. Thiết kế tuân thủ các tiêu chuẩn IEEE C37.20.9 và IEC 62271.

Được xác định bởi IEEE C37.20.2, cấu hình này chứa tất cả các thành phần điện trong các ngăn kim loại riêng biệt, mang lại sự an toàn và khả năng bảo trì nâng cao. Được xếp hạng cho các ứng dụng từ 5 kV đến 38 kV, nó thường sử dụng cầu dao rút ra.

Theo IEEE C37.20.3, loại này tích hợp các thiết bị bảo vệ mà không yêu cầu các rào cản riêng biệt. Được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở thương mại và công nghiệp có điện áp cung cấp vượt quá 480/600V.

Được thiết kế theo IEEE C37.74 cho các hệ thống phân phối ngầm 5-38 kV yêu cầu vận hành trên mặt đất. Với xếp hạng ngoài trời và cấu trúc chống phá hoại, nó chứa nhiều môi trường cách điện khác nhau bao gồm không khí, khí SF6 và chất điện môi lỏng/rắn.

ANSI/IEEE C37.20.7 phân loại các thiết kế chống hồ quang giúp chuyển hướng an toàn năng lượng sự cố ra khỏi nhân viên. Bốn phân loại chỉ định các khu vực bảo vệ, từ chỉ phía trước (Loại 1) đến bảo vệ toàn bộ chu vi bao gồm các ngăn liền kề (Loại 2C).

Khả năng ngắt (thường là 25-63 kAIC đối với cầu dao trung thế) cho biết dòng sự cố tối đa mà một thiết bị bảo vệ có thể ngắt một cách an toàn. Xếp hạng chịu đựng của tủ điện (25-63 kA đối xứng trong thời gian 2 giây) biểu thị dòng sự cố tối đa mà cụm có thể chịu được mà không bị hư hại.

Dao động từ 600A đến 4000A, điều này chỉ định khả năng mang dòng điện liên tục của các thiết bị bảo vệ chính và thanh cái mà không gây ra sự cố hoặc hư hỏng thiết bị.

Các tiêu chuẩn ANSI/IEEE xác định điện áp trung thế là 600V đến 69 kV, với các ứng dụng tủ điện phổ biến bao gồm các hệ thống 12,47 kV, 13,8 kV và 15 kV.

Việc tích hợp các thiết bị điện tử thông minh (IED) như cầu dao thông minh, cảm biến và rơ le dựa trên bộ vi xử lý cho phép các khả năng giám sát và điều khiển nâng cao. Tủ điện hiện đại ngày càng kết nối với các nền tảng phân tích dựa trên đám mây, cung cấp thông tin chi tiết có thể hành động để tăng cường an toàn, độ tin cậy và hiệu quả hoạt động của hệ thống.