Tủ trung thế là gì?

Tủ trung thế (hay tủ điện trung thế) là thiết bị điện phân phối đóng cắt, bảo vệ và điều khiển các đường dây trung thế (thường 1kV–36kV) trong nhà máy và lưới điện phân phối. Nó đảm bảo nối nguồn cao thế xuống hạ thế an toàn, ổn định cho thiết bị sử dụng. Hầu hết cao ốc văn phòng, nhà máy công nghiệp, sân bay… đều sử dụng các trạm điện trung thế với tủ RMU hoặc các tủ trung thế khác để phân phối điện.

Tủ trung thế thường cấu thành từ vỏ thép bọc kín chống ẩm, bên trong chứa các thiết bị đóng cắt (cầu dao, máy cắt, recloser, dao cách ly), kết hợp với ngăn CT/VT đo lường và các thành phần điều khiển. Nhờ thiết kế kín khí và được thử nghiệm theo tiêu chuẩn quốc tế, tủ trung thế tạo môi trường cách điện an toàn, ngăn rò rỉ điện, thích hợp cho công nghiệp nặng và các môi trường khắc nghiệt.

Các loại tủ trung thế

Tủ điện trung thế được chia thành nhiều loại chính, phục vụ mục đích khác nhau trong hệ thống điện công nghiệp:

Tủ RMU (Ring Main Unit)

Tủ RMU trung thế (Ring Main Unit) gồm nhiều buồng chức năng tích hợp.

Tủ RMU là bộ tủ điện trung thế dạng khép kín hoàn toàn, dùng cho hệ thống phân phối lưới vòng. RMU thường dùng cách điện khí SF₆, chịu điện áp đến 36 kV và dòng định mức khoảng 630 A. Thiết kế RMU bao gồm các buồng cáp nguồn vào (với dao cách ly) và buồng cáp ra (ví dụ ra máy biến áp với dao phụ tải kết hợp cầu chì). Toàn bộ các chi tiết mang điện bên trong RMU được bọc kín trong bình SF₆ bằng thép không gỉ, tạo ra thiết bị an toàn, chống ẩm và bụi tốt.

Cấu tạo tủ rmu tiêu biểu: 

RMU bao gồm dao cách ly ba vị trí, dao đóng/ngắt chân không, dao tiếp đất, bộ máy cắt chân không và hệ thống biến áp dòng/điện áp nội bộ. Ví dụ, một buồng RMU thường tích hợp VCB chân không, dao đóng ngắt 3 vị trí và ngăn CT/VT đặt bên hông để đo lường dòng/ngõ ra.

Ứng dụng: 

RMU được sử dụng rộng rãi ở các trạm phân phối cấp 2 (độ cao 36 kV) và cấp 3 (≤24 kV) của nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư. Nó cho phép tách vòng lưới, chuyển mạch nhanh giữa các nguồn và bảo vệ máy biến áp cấp 1. RMU cũng được dùng trong trạm biến áp khu chung cư, trung tâm thương mại hay mạng lưới năng lượng gió nhờ khả năng lắp đặt ngoài trời.

Các loại tủ RMU theo số buồng

Tủ RMU được chế tạo theo nhiều cấu hình buồng (ngăn) để đáp ứng số đầu ra cần thiết. Các cấu hình phổ biến gồm 2 đến 5 buồng (có khi lên đến 6 buồng với các dòng cao cấp). Bảng dưới đây so sánh các loại RMU thường gặp:

Loại tủ RMU	Số buồng (ngăn)	Ứng dụng chính	Đặc điểm chính, cấu hình điển hình
Tủ RMU 2 ngăn	2	Hệ thống 1 chiều đơn giản, cung cấp cho một ngõ vào và một ngõ ra (ví dụ 1 đường cấp nguồn và 1 đường đến MBA).	Chỉ có buồng cấp nguồn (dao cách ly 3 vị trí) và buồng ra (dao phụ tải + cầu chì). Dùng cho trạm nhỏ hoặc cấp nguồn đầu cuối.
Tủ RMU 3 ngăn	3	Cung cấp thêm 1 buồng chức năng (ví dụ một ngõ nhánh phụ hoặc tủ đo lường) bên cạnh ngõ vào và ra chính.	Thường gồm: buồng nguồn, buồng máy biến áp, buồng chuyển hướng/tụ đo. Phổ biến trong mạng vòng có nhánh chuyển mạch thêm.
Tủ RMU 4 ngăn	4	Cấp nguồn cho 2 nhánh phụ cùng lúc (ví dụ 2 đường ra) và 1 ngõ vào, hoặc 2 nhánh + 1 đo lường.	Có thêm buồng thứ hai để kết nối thêm đường vào/ra. Ví dụ 1 buồng cấp nguồn, 1 buồng rẽ nhánh thứ nhất, 1 buồng rẽ nhánh thứ hai, 1 buồng đo lường hoặc cho máy biến áp.
Tủ RMU 5 ngăn	5	Trạm trung thế phức tạp với nhiều nhánh; lắp thêm 3 đường ra (+ 1 vào).	2 buồng cấp nguồn (đa vào), 2 buồng ra cho các nhánh khác nhau, 1 buồng đo lường/đấu nối máy biến áp. Thích hợp cho trạm có nhiều tải phụ.
Tủ RMU 35 kV	–	Dùng cho hệ thống điện áp cao hơn (35 kV – tức 36 kV), như trạm ngoại thành.	Thiết kế cách điện khí SF₆, chịu điện áp đến 36 kV. Cấu trúc tương tự loại 2–5 ngăn, nhưng vật liệu và khoảng cách cách điện gia tăng.

Nguồn: Tài liệu kỹ thuật Eaton (Eaton Xiria) cho biết RMU có thể kết hợp 2–6 buồng chức năng; Siemens ghi nhận RMU dùng điện áp đến 36 kV, 630 A.

Thông số kỹ thuật tủ RMU

Tủ RMU nói chung có các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn sau (tham khảo dữ liệu điển hình từ các hãng lớn):

Thông số kỹ thuật	Giá trị tiêu chuẩn
Điện áp định mức	12–24 kV (có dòng tủ 36 kV)
Dòng điện định mức	630 A (thông dụng)
Dòng ngắn mạch cắt	20–25 kA (tuỳ loại)
Thời gian chịu đựng ngắn mạch	Thường 1s (cấp độ cao hơn có thể 3s)
Tần số định mức	50/60 Hz
Chu kỳ cách điện	AC 75–85 kV (tương ứng cho 24kV)
Nhiệt độ làm việc	–25°C … +40°C (có dòng mở rộng đến +55°C)
Môi trường làm việc	Trong nhà/ngoài trời (được đóng kín khít)
Sản xuất theo tiêu chuẩn	IEC 62271-200, IEC 62271-1…

Tủ RMU thường thiết kế kín hoàn toàn, tất cả phần tử mang điện nằm trong buồng cách điện khí SF₆. Ví dụ một số tủ RMU loại SMC của ABB có đặc tính chịu dòng 25 kA ở 12 kV và 20 kA ở 24 kV.

Tủ đo lường – đo đếm trung thế

Tủ đo lường trung thế tích hợp thiết bị đo và chuyển đổi tín hiệu để giám sát lưới điện. Nội dung chính của tủ đo lường bao gồm biến dòng (CT), biến điện áp (VT) và đồng hồ đo năng lượng hoặc thiết bị đo đa chức năng. Nó cho phép đo đếm điện năng, giá trị điện áp, dòng điện, hệ số công suất… để phục vụ quản lý năng lượng và giám sát từ xa.

Ví dụ

Metering cubicle (BMC) – loại tủ đo trung thế – được thiết kế chủ yếu để đo lường trung thế. Loại này có vị trí lắp CT/VT theo chuẩn DIN trên thân tủ và cho phép đưa cáp đến ngăn đo một cách an toàn.

Ứng dụng: 

Tủ đo đếm trung thế thường đặt tại các trạm biến áp, trạm phân phối trung hạ thế hoặc nhà máy công nghiệp lớn. Nó giúp chủ đầu tư giám sát lưu lượng điện vào ra, phục vụ hạch toán điện năng và phát hiện sự cố. Các đồng hồ điện tử hay bộ PLC giám sát trong tủ này có thể giao tiếp tới hệ SCADA trung tâm để báo cáo từ xa.

Nhìn chung, tủ đo lường trung thế bổ sung chức năng “cảm biến và hiển thị” cho hệ thống phân phối, là thành phần không thể thiếu trong các trạm trung thế hiện đại.

Tủ tụ bù trung thế

Tủ tụ bù trung thế (capacitor bank cabinet) là hệ thống tụ điện đóng vai trò bù công suất phản kháng cho lưới điện trung thế. Mục đích là nâng cao hệ số công suất, giảm tải cho máy biến áp và giảm tổn thất điện. Tủ này chứa các tụ điện trung thế (các tụ nối tiếp kiểu màng film polypropylene) và có thể kèm cuộn lọc sóng hài hoặc kháng khởi động.

Cấu tạo: 

Thông thường, một tủ tụ bù gồm một hoặc nhiều module chứa tụ bù và công tắc cắt nối tiếp (cầu dao hoặc contactor) để đóng/ngắt các cấp tụ. Vỏ tủ cách điện bằng thép, thường đặt ngoài trời hoặc phòng riêng, và trang bị tiếp địa tốt.

Nguyên lý hoạt động: 

Hệ thống quản lý trong tủ (bộ điều khiển tụ bù APFC) tự động đo cosφ của lưới. Khi cosφ thấp, tủ sẽ cấp thêm tụ bằng cách đóng các contactor; khi cosφ tăng cao, tủ ngắt tụ để tránh thừa công suất phản kháng.

Ví dụ ABBACUS: 

Tủ tụ bù trung thế ABBACUS (do Hitachi Energy cung cấp) là một giải pháp tổng hợp cho mạng trung thế. Nó được lắp đặt các bước tụ cố định hoặc tự động, giúp tự động bù công suất phản kháng theo mức đã định sẵn. ABBACUS được thiết kế tích hợp hoàn chỉnh, bao gồm tụ, dao cắt, cảm biến đo đạc và bộ điều khiển, có thể áp dụng trong các trạm phân phối và nhà máy công nghiệp nặng.

Tủ tụ bù trung thế rất phổ biến trong các nhà máy công nghiệp (xi măng, thép, dệt may…) vì tải công nghiệp thường có cosφ thấp. Việc sử dụng tủ tụ bù giúp doanh nghiệp tiết kiệm tiền phạt điện và ổn định lưới. Theo tài liệu ngành, một tủ tụ bù MV thường được thiết kế để cải thiện hệ số công suất của lưới phân phối.

Tủ máy cắt trung thế

Tủ máy cắt trung thế bao gồm bộ máy cắt và các thiết bị bảo vệ để đóng/ngắt mạch chính. Thành phần chính thường là máy cắt chân không (VCB) hoặc máy cắt SF₆, cùng với rơle bảo vệ quá dòng, quá áp, trung thế và dao cách ly ở cửa tủ. Nhiệm vụ của tủ là bảo vệ mạch cấp nguồn chính và có thể cấp nguồn cho các nhánh hoặc máy biến áp trung gian.

Máy cắt trong tủ thường có khả năng cắt dòng ngắn mạch cao (ví dụ 25–31,5 kA) và có thể điều khiển từ xa qua SCADA.

Ứng dụng:

Tủ máy cắt thường áp dụng trong các nhà máy công nghiệp nặng như xi măng, sắt thép, các khu công nghiệp lớn, nơi có nhu cầu cung cấp nguồn cho nhiều thiết bị công suất lớn.

Thông thường tủ này có 4 khoang riêng biệt (có thể tuỳ chọn 2-3 khoang) để hạn chế sự lan truyền sự cố và an toàn cho vận hành.

Nói chung, tủ máy cắt trung thế là biến thể của tủ đóng cắt trung thế chuyên bảo vệ các đường nhánh quan trọng, có độ bền cơ khí và điện cao.

Tủ hợp bộ trung thế (Compact Substation)

Tủ hợp bộ trung thế là trạm điện tích hợp các chức năng khép kín: chứa cả tủ điện cao thế, máy biến áp và bảng phân phối hạ thế trong cùng một kết cấu. Đây là một dạng trạm biến áp tiền chế (prefabricated substation) thường dùng cho phân phối điện ở mức trung-không cao.

Định nghĩa: 

Một compact substation “kết hợp tủ điện cao thế, máy biến áp và bảng phân phối hạ thế theo sơ đồ nhất định, được lắp trong một kết cấu nhà thép di động, kín khít chống ẩm”.

Ưu điểm: 

Thiết kế tiền chế giúp rút ngắn thời gian thi công, tiết kiệm diện tích xây dựng và cải thiện an toàn. Toàn bộ hệ thống được đấu nối thử nghiệm tại nhà máy trước khi vận chuyển tới hiện trường.

Ứng dụng: 

Tủ hợp bộ thường dùng tại khu dân cư cao tầng, trung tâm thương mại, trạm phân phối ngoài trời hoặc nhà máy cần nhanh chóng có điện áp trung hạ thế. Các thương hiệu điện lực lớn (Schneider, ABB, Siemens…) đều có dòng sản phẩm Compact Substation (ví dụ Schneider PowerPack, ABB UniPack) tối ưu cho môi trường công nghiệp và đô thị hiện đại.

Compact Substation giúp chủ đầu tư giảm thiểu rủi ro lắp đặt, đồng thời đảm bảo tính linh hoạt trong bố trí và vận hành hệ thống.

Thương hiệu và sản phẩm tủ RMU – tủ trung thế tiêu biểu

Trên thị trường Việt Nam, có nhiều hãng cung cấp tủ trung thế uy tín nhưng thường đề cập chung không lệch về một hãng nào. Ví dụ:

ABB: 

Có dòng tủ GIS và AIS trung thế (Unigear, SafeRing, Entela). ABB cũng nổi tiếng với tủ tụ bù ABBACUS và các loại tủ RMU đạt chuẩn IEC.

Schneider Electric: 

Cung cấp tủ RMU (AirSeT, RM6), tủ máy cắt (Evolis, Asco), tủ tụ bù (Scada-buro) ở điện áp trung thế. Schneider là một trong những nhà cung cấp tủ trung thế hàng đầu, có phạm vi sản phẩm rộng khắp.

Siemens: 

Dòng tủ trung thế 8DJH/8DJ60 (RMU, Breaker, MDB) dùng SF₆ đến 24kV, đã có mặt lâu năm trong các dự án lớn. Ví dụ, RMU Siemens 8DJH là tủ trung thế SF₆ tiêu chuẩn IP67, cách điện vỏ kín, sử dụng 3 dao 3 vị trí cho lưới vòng.

Các hãng khác: 

Ngoài ra còn có Eaton (Xiria), Hitachi Energy (cũ là ABB HiMid), LS Electric, Hyundai ASEC… đều có sản phẩm MV switchgear với tiêu chuẩn tương đương IEC.

Tóm lại, chủ đầu tư và kỹ sư thiết kế có nhiều lựa chọn thương hiệu khi chọn tủ trung thế; yếu tố quyết định thường là giá thành, dịch vụ hậu mãi và tính tương thích lưới điện.

Cung cấp vật tư và giải pháp tủ điện – TPTA

Cuối cùng, Thiên Phú Thịnh (TPTA) là đơn vị chuyên cung cấp vật tư và giải pháp tủ điện theo yêu cầu. TPTA hỗ trợ tư vấn kỹ thuật, thiết kế bản vẽ và lập trình tủ điện, đảm bảo hệ thống vận hành tối ưu theo nhu cầu riêng của từng nhà máy. Với kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực điện công nghiệp, TPTA có khả năng cung cấp vật tư tủ điện như thiết bị đóng cắt, khởi động mềm, biến tần, plc, hmi… từ nhiều thương hiệu, cùng dịch vụ lắp đặt và bảo trì, giúp khách hàng hoàn toàn yên tâm khi triển khai dự án điện công nghiệp.