Recloser là gì? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Lê Hồng Phong

Recloser là thiết bị đóng cắt cao áp hiện đại, tích hợp nhiều cảm biến và tính năng thông minh nhằm tăng cường khả năng bảo vệ đường dây truyền tải. Tìm hiểu chi tiết về cấu tạo, chức năng và ứng dụng của recloser tự đóng trong bài viết sau của KTH ELECTRIC.

Recloser là gì?

Recloser hay máy cắt tự đóng là loại máy cắt cao áp đến 38kV, đáp ứng tiêu chuẩn chung IEC và IEEE Recloser, C37.60/IEC62271-111. Thiết bị này sẽ tắt nguồn điện khi có sự cố như quá tải hoặc đoản mạch. Cho đến khi đóng mạch trở lại, recloser sẽ liên tục kiểm tra đường dây điện để xác định xem sự cố đã được giải quyết chưa. Nếu chỉ là sự cố tạm thời, recloser sẽ tự động đóng để khôi phục nguồn điện. Vì vậy, recloser thường được lắp đặt ở các đường dây truyền tải chính có công suất lớn và giá trị cao.

Recloser được phát minh vào giữa những năm 1900 tại Hoa Kỳ và lần đầu tiên xuất hiện trên thị trường vào những năm 1940 bởi Tập đoàn Kyle. Bản chất ban đầu của recloser là thiết bị đóng cắt thủy lực chạy bằng dầu có tích hợp rơle bảo vệ cơ bản. Sau đó, các máy đóng lại ngày càng được cải tiến. Đến những năm 1980, sự ra đời của rơle bán dẫn SSR khiến recloser trở nên phức tạp hơn và có thể xử lý được nhiều loại lỗi đường dây. Các recloser hiện đại ngày nay bao gồm chất cách điện rắn với buồng chân không để ngắt dòng điện và dập tắt hồ quang.

Máy cắt recloser tự động giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí trong việc xử lý các sự cố tạm thời trên đường dây. Thiết bị sẽ tự động đóng mạch sau 1 – 2 lần kiểm tra. Mặt khác, nếu sự cố không thể tự mình giải quyết được thì recloser sẽ hạn chế diện tích bị mất điện và hỗ trợ mọi người nhanh chóng khắc phục sự cố, khôi phục nguồn điện.

Nguyên lý hoạt động và chức năng của recloser

Trên đường dây điện cao thế, có tới 90% sự cố xảy ra tạm thời như sét đánh, cành cây rơi, động vật bị điện giật… Những sự cố đó sẽ nhanh chóng kết thúc, ví dụ như sét ngừng, cành cây, động vật rơi khỏi đường dây… Sau đó, recloser sẽ cảm nhận được để ngắt kết nối và bật lại nguồn điện. Tuy nhiên, nếu chu kỳ bật tắt xảy ra liên tục tới 3 lần thì cầu dao trung thế này sẽ hiểu rằng sự cố không thể tự mình giải quyết và mạch vẫn sẽ bị ngắt. Khi đó cần có sự can thiệp của con người để giải quyết vấn đề.

Với hệ thống điện, vai trò của recloser tương đương với các thiết bị sau:

• Thiết bị bảo vệ quá tải – quá áp
• Bảo vệ tần số
• Cảm biến tự động đóng mạch
• Thiết bị chuyển mạch
• Thiết bị kiểm soát an toàn đường dây

Khi kết thúc sự cố, recloser cung cấp các dữ liệu quan trọng như giá trị công suất (W, VAr), điện áp (V), dòng điện (A) hoặc tần số (f). Dữ liệu này hỗ trợ vận hành lưới điện truyền tải, phân tích lịch sử sự cố làm cơ sở nâng cao hiệu quả vận hành và ngăn ngừa những rủi ro tương tự.

Cấu trúc bên trong của recloser

Recloser sử dụng buồng chân không để dập hồ quang, sử dụng khí SF6 hoặc chất điện môi rắn để cách điện. Thiết bị cũng có thể kết nối với bộ bảo vệ đột biến từ dây nối bên ngoài vỏ. Recloser có cấu tạo giống như một máy cắt thông thường với hệ thống cảm biến báo sự cố quá tải/ngắn mạch/ngắn mạch…, hệ thống tiếp điểm vỏ và bộ điều khiển.

Recloser được lắp đặt trong tủ điện hoặc treo bên ngoài cột điện, sử dụng vỏ bọc kín để bảo vệ mạch điện tử (bộ điều khiển) bên trong. Bộ điều khiển cho phép lập trình số lần ngắt mạch và đóng theo đặc điểm lỗi. Vi mạch này còn có chức năng đo lường, bảo vệ, lưu trữ dữ liệu lỗi (P, U, I), giám sát đường dây và cho phép kết nối hệ thống, điều khiển từ xa.

Phân loại recloser

Do cầu dao đóng lại liên tục được cải tiến từ những năm 1940 và được sử dụng cho nhiều loại lưới điện nên chúng được chia thành nhiều phiên bản. Về phương pháp cách nhiệt, có loại recloser sử dụng bình dầu, khí SF6 hoặc bình kim loại chết (hiện đại nhất). Ngoài ra, cách phân loại phổ biến nhất của recloser là dựa vào pha điện áp của hệ thống bao gồm ba pha, một pha ba pha và một pha.

recloser 3 pha

Đây là dạng máy cắt tự đóng lại phổ biến nhất, hoạt động ở điện áp từ 10 kV đến 38 kV và cung cấp khả năng ghép cơ khí giữa các hoạt động pha. Trong các mạng truyền tải kiểu châu Âu, hoạt động kết hợp này bảo vệ khỏi các sự cố dòng điện xoay chiều và lỗi tự ngắt.

Khi vận hành trên mạng Châu Âu, nếu cực đầu tiên được nhả ra (vì mỗi pha cách nhau 120 độ và sự gián đoạn xảy ra ở điểm giao nhau bằng 0) thì sẽ khiến các pha khác phải chịu tải bổ sung. Việc giải phóng thiết bị đầu cuối thứ hai khó khăn hơn vì nó mang điện thế từ pha đầu tiên cùng với điện thế pha của chính nó.

Recloser ba đơn

Recloser ba pha đơn là loại recloser ba pha không ghép nối được thiết kế cho cấu trúc lưới điện Bắc Mỹ. Trong thiết kế mạng này, các pha đơn được sử dụng. Thiết bị sử dụng máy biến áp một pha để phục vụ tải, do đó sự cố có thể xảy ra trên cơ sở từng pha riêng lẻ. Loại recloser này có thể gây nguy hiểm cho mạng lưới châu Âu (do cộng hưởng sắt từ và nguồn điện không đồng đều) nhưng lại phù hợp với mạng lưới Bắc Mỹ.

Recloser 1 pha

Ngược lại với các thiết bị điện 3 pha, thiết bị 1 pha chỉ có 2 cực và 1 pha. Máy đóng lại một pha được sử dụng trên các mạng nối đất đơn hoặc như một phương pháp bảo vệ thay thế cho các đường dây phân phối nhánh trong mạng truyền tải điện kiểu Bắc Mỹ.

Ứng dụng của máy cắt recloser

Recloser chủ yếu được sử dụng trên các đường dây phân phối điện trên không có cấp điện áp 15,5 kV, 27 kV và 38 kV. Hoặc máy cắt này được đặt tại các trạm biến áp phân phối với chức năng tích hợp: bảo vệ, đo lường, phát hiện lỗi, liên lạc và giám sát trực tuyến các mạch hở và đóng.

Máy cắt Recloser có thể lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào trên lưới điện truyền tải phù hợp với thông số định mức của thiết bị như:

• Trạm biến áp phân phối tổng hợp
• Đặt trên đường dây phân phối chính, làm đầu mối phân chia các phân đoạn truyền tải nhằm cách ly các khu vực có sự cố
• Đặt trên các nhánh từ trục phân phối chính để bảo vệ đường dây chính khi có sự cố trên nhánh

Một số ứng dụng chính của máy cắt recloser:

• Bảo vệ dòng điện trung thế
• Giảm nguy cơ nổ đường dây với khả năng bảo vệ lỗi nối đất 500mA
• Tăng cường tự động hóa cho mạng lưới phân phối điện
• Bảo vệ trạm biến áp ở khu vực nông thôn, dân cư thưa thớt
• Bảo vệ quá dòng một pha trong mạch 3 pha
• Bảo vệ thiết bị di động ở phía tải trong mạch 3 pha

Đọc thêm: Máy cắt chân không VCB: Cấu tạo, nguyên lý làm việc, so sánh với ACB

Lưu ý khi lắp đặt và vận hành recloser

Lưu ý khi cài đặt:

• Nhiệt độ môi trường từ trên -45 độ C đến dưới +85 độ C
• Độ ẩm không khí không quá 90%.
• Độ cao hoạt động tối đa trên mực nước biển là 3000m
• Khu vực lắp đặt không thường xuyên bị rung lắc mạnh
• Đảm bảo chống sét cho thiết bị
• Kết cấu đỡ cần phải được kết cấu chắc chắn và có khả năng chịu được tải trọng của recloser

Lưu ý khi vận hành:

• Theo dõi liên tục các thông số chính như P, U, I… để ghi nhận những biến động lịch sử, ngăn ngừa và xử lý kịp thời các sự cố.
• Định kỳ bảo trì tất cả các bộ phận, bổ sung các bộ phận tiêu hao, thay thế các bộ phận bị hư hỏng hoặc có nguy cơ bị hỏng.
• Khi có sự cố cần nhanh chóng cách ly recloser, tìm nguyên nhân và có giải pháp xử lý rõ ràng.

Nếu ở các mạch điện hạ áp, khi cần bảo vệ chống sự cố phải sử dụng cầu dao hoặc rơle thì ở các mạch truyền tải điện áp cao và trung thế, các máy cắt recloser sẽ đảm nhận nhiệm vụ này. Ngoài dòng máy cắt trên, bạn có thể tìm hiểu thêm các dòng khác từ bài viết của KTH ELECTRIC được cập nhật hàng ngày: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-aptomat/