Trong lưới điện trung thế, nhiều người thường gặp các ký hiệu FCO, LBS, dao cách ly, Recloser hoặc máy cắt nhưng chưa phân biệt rõ chức năng của từng thiết bị. Một trong những câu hỏi phổ biến nhất là: cầu dao phụ tải LBS là gì và vì sao thiết bị này có thể đóng cắt khi đường dây đang mang dòng tải?
LBS là viết tắt của Load Break Switch, thường được gọi là cầu dao phụ tải hoặc thiết bị đóng cắt phụ tải. Thiết bị này được thiết kế để đóng và mở mạch điện khi dòng điện đang ở điều kiện tải bình thường, trong phạm vi định mức mà nhà sản xuất công bố.
Cầu dao phụ tải LBS là gì?
LBS là một thiết bị đóng cắt dùng để điều khiển dòng điện trong mạch điện, đặc biệt phổ biến ở lưới phân phối trung thế, trạm biến áp, tủ RMU, đường dây trên không và các hệ thống điện công nghiệp.
Điểm quan trọng của LBS nằm ở khả năng đóng hoặc mở mạch khi đang có dòng tải bình thường. Khi thao tác mở, hai tiếp điểm tách ra trong lúc dòng điện vẫn chạy qua. Quá trình này tạo ra hồ quang điện. Vì vậy, LBS phải có cơ cấu tiếp điểm, buồng dập hồ quang và môi trường cách điện phù hợp để kiểm soát hồ quang trong điều kiện định mức.
Tiêu chuẩn IEC 62271-103:2021 áp dụng cho các thiết bị đóng cắt xoay chiều và switch-disconnector có định mức đóng, cắt, dùng trong hệ thống trên 1 kV đến 52 kV. Tiêu chuẩn cũng đề cập đến thiết bị lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời và các yêu cầu liên quan đến thử nghiệm đóng cắt. Xem phạm vi tiêu chuẩn tại IEC 62271-103.
Tên gọi LBS mô tả chức năng đóng cắt phụ tải, không mô tả duy nhất một công nghệ. Tùy thiết kế, thiết bị có thể sử dụng môi trường dập hồ quang và cách điện bằng không khí, chân không, SF₆ hoặc cấu hình khác được nhà sản xuất công bố.
Vì sao LBS có thể đóng cắt dòng tải?
1. Tiếp điểm được thiết kế cho thao tác dưới tải
Nếu dùng một dao cách ly thông thường để mở mạch đang có tải, hồ quang có thể kéo dài, gây hư hỏng thiết bị và tạo rủi ro cho người vận hành. LBS được thiết kế với hành trình tiếp điểm, tốc độ thao tác và khoảng cách cách điện phù hợp để thực hiện thao tác đóng cắt trong điều kiện đã được định mức.
2. Hồ quang được kiểm soát trong quá trình mở mạch
Khi tiếp điểm tách ra, hồ quang xuất hiện giữa các tiếp điểm. Cơ cấu dập hồ quang sẽ giúp giới hạn và làm tắt hồ quang theo nguyên lý của từng loại thiết bị. Trong mạch xoay chiều, dòng điện thay đổi theo chu kỳ và đi qua điểm không. Tuy nhiên, việc dập hồ quang vẫn phải đáp ứng các điều kiện về điện áp phục hồi, tốc độ tăng điện áp và khả năng cách điện của thiết bị.
Không nên suy ra rằng mọi LBS đều có cùng khả năng cắt. Mỗi model có thể có định mức tải, dòng cắt, dòng đóng, cấp cách điện và môi trường sử dụng khác nhau.
3. Cơ cấu truyền động tạo thao tác dứt khoát
LBS có thể dùng cơ cấu truyền động bằng tay, cần thao tác, lò xo tích năng hoặc motor tùy cấu hình. Tốc độ và độ dứt khoát của thao tác ảnh hưởng đến khả năng kiểm soát hồ quang cũng như độ bền cơ khí của thiết bị.
Với các hệ thống cần điều khiển từ xa hoặc tự động hóa, LBS có thể được tích hợp thêm motor, bộ điều khiển, tiếp điểm phụ, chỉ thị vị trí và liên động. Các phụ kiện này không phải lúc nào cũng có sẵn trên mọi phiên bản.
Các bộ phận thường gặp trên LBS
Cấu trúc thực tế phụ thuộc vào từng hãng và dòng sản phẩm. Về cơ bản, một LBS có thể gồm các nhóm bộ phận sau:
- Tiếp điểm chính: dẫn dòng trong trạng thái đóng.
- Tiếp điểm hồ quang hoặc cụm dập hồ quang: hỗ trợ kiểm soát hồ quang khi đóng cắt.
- Buồng dập hồ quang: có thể dùng không khí, chân không, SF₆ hoặc công nghệ được nhà sản xuất chỉ định.
- Sứ hoặc bộ phận cách điện: duy trì khoảng cách điện giữa các phần mang điện và phần nối đất.
- Cơ cấu truyền động: thực hiện thao tác đóng, mở và giữ vị trí.
- Đầu cực đấu nối: kết nối LBS với thanh cái, cáp hoặc đường dây.
- Bộ chỉ thị và liên động: hiển thị trạng thái, hỗ trợ khóa liên động hoặc phối hợp với dao tiếp địa nếu thiết bị có cấu hình này.
Khi đọc catalogue, không nên chỉ nhìn hình dáng bên ngoài. Hai thiết bị có thể cùng được gọi là LBS nhưng khác nhau về điện áp, dòng định mức, dòng cắt tải, cấp cách điện, khả năng chịu ngắn mạch và phương thức truyền động.
LBS khác dao cách ly và máy cắt như thế nào?
| Thiết bị | Chức năng chính | Có thể cắt dòng tải? | Vai trò với dòng sự cố |
|---|---|---|---|
| LBS | Đóng cắt dòng tải trong điều kiện định mức | Có, theo định mức của model | Thường không thay thế máy cắt bảo vệ ngắn mạch |
| Dao cách ly | Tạo trạng thái cô lập để phục vụ kiểm tra, bảo trì hoặc phân đoạn | Thông thường không dùng để cắt tải, trừ khi là switch-disconnector có định mức phù hợp | Không phải thiết bị cắt sự cố |
| Máy cắt | Đóng cắt dòng tải và ngắt dòng sự cố theo khả năng định mức | Có | Được phối hợp với bảo vệ để cắt dòng sự cố |
| LBS kết hợp cầu chì | Đóng cắt tải và phối hợp cầu chì bảo vệ | Có, theo định mức LBS | Cầu chì đảm nhiệm phần bảo vệ được thiết kế trong sơ đồ |
Ranh giới giữa các thiết bị phải được xác định bằng định mức và tài liệu kỹ thuật, không chỉ bằng tên gọi thương mại. Một số thiết bị được gọi là switch-disconnector có thể vừa đóng cắt tải vừa đáp ứng yêu cầu cô lập. Cần kiểm tra đúng model và cấu hình trước khi đưa vào hồ sơ kỹ thuật. Nếu cần thiết bị vừa cắt được dòng sự cố vừa tự đóng lại trên đường dây, hãy xem máy cắt Recloser.
LBS thường được dùng ở đâu?
Lưới phân phối trung thế
LBS được dùng để đóng cắt và phân đoạn các nhánh trong lưới phân phối. Khi kết hợp với chỉ thị vị trí, dao tiếp địa, bộ điều khiển hoặc thiết bị bảo vệ, LBS giúp tổ chức sơ đồ vận hành rõ ràng hơn.
Tủ RMU và trạm biến áp
Trong tủ RMU, LBS có thể đảm nhiệm chức năng đóng cắt ngăn lộ hoặc ngăn máy biến áp tùy sơ đồ. Cấu hình cụ thể có thể đi kèm cầu chì, dao tiếp địa, cơ cấu liên động và bộ truyền động.
Đường dây trên không
Một số LBS ngoài trời được lắp trên cột để phân đoạn đường dây hoặc cô lập một nhóm trạm. Thông số lựa chọn cần xét đến điện áp, dòng tải, dòng đóng ngắn mạch, cấp cách điện, điều kiện khí hậu và kết cấu lắp đặt. Xem thêm các thiết bị trên đường dây trung thế thường gặp.
Hệ thống điện công nghiệp
Nhà máy, khu sản xuất và công trình M&E có thể dùng LBS trong các tủ trung thế, trạm phân phối hoặc nhánh cấp điện cho máy biến áp. Thiết bị cần được phối hợp với sơ đồ bảo vệ và yêu cầu vận hành của toàn hệ thống.
Những thông số cần kiểm tra khi chọn cầu dao phụ tải LBS
1. Điện áp định mức
Điện áp định mức phải phù hợp với cấp điện áp của lưới và yêu cầu cách điện của hệ thống. Không nên chọn chỉ theo cách gọi “LBS 24 kV” hoặc “LBS 35 kV” mà bỏ qua cấp cách điện, điện áp chịu đựng tần số công nghiệp và điện áp chịu xung sét. Vì sao thiết bị ghi 24kV lại dùng cho lưới 22kV được giải thích trong bài điện 22kV và 24kV khác nhau thế nào.
2. Dòng điện định mức
Dòng định mức cho biết khả năng mang dòng liên tục trong điều kiện quy định. Thông số này không đồng nghĩa với dòng cắt tải. Một sản phẩm có dòng định mức lớn chưa chắc có dòng cắt tải hoặc khả năng đóng ngắn mạch phù hợp với mọi sơ đồ.
3. Dòng cắt tải và dòng đóng
Đây là nhóm thông số quyết định LBS có phù hợp với thao tác dự kiến hay không. Cần xem rõ loại dòng được công bố, chẳng hạn dòng tải chủ yếu, dòng cáp, dòng vòng hoặc các điều kiện ứng dụng đặc biệt nếu catalogue có nêu.
4. Khả năng chịu và đóng ngắn mạch
LBS có thể có thông số về dòng chịu đựng ngắn hạn, dòng đỉnh hoặc dòng đóng ngắn mạch. Những thông số này cần được đối chiếu với mức ngắn mạch của hệ thống và thời gian tác động của thiết bị bảo vệ.
Một trang sản phẩm LBS ngoài trời của Ensto công bố riêng các giá trị như điện áp định mức, dòng định mức, dòng đóng ngắn mạch, dòng chịu đựng ngắn hạn và dòng cắt tải. Đây là ví dụ cho thấy các thông số không nên gộp thành một con số duy nhất khi lập hồ sơ chọn thiết bị. Thông số cuối cùng vẫn phải lấy từ datasheet đúng model. Xem ví dụ thông số LBS của Ensto.
5. Cấp cách điện và môi trường lắp đặt
Cần xác định thiết bị lắp trong nhà hay ngoài trời, ở khu vực có bụi, hơi ẩm, muối, hóa chất, nhiệt độ cao hoặc độ cao địa hình đặc biệt. Điều kiện môi trường có thể ảnh hưởng đến lựa chọn vỏ, vật liệu cách điện, khoảng cách rò, cấp bảo vệ và phụ kiện.
6. Phương thức vận hành và liên động
Hồ sơ cần nêu rõ LBS thao tác bằng tay, cần thao tác, motor hay điều khiển từ xa. Nếu có dao tiếp địa, khóa cơ, khóa điện hoặc yêu cầu liên động với tủ, các chi tiết này phải được thể hiện trong bản vẽ và bảng cấu hình.
7. Hồ sơ kỹ thuật đi kèm
Một bộ hồ sơ nên có catalogue, datasheet đúng model, bản vẽ kích thước, sơ đồ đấu nối, hướng dẫn lắp đặt, chứng chỉ hoặc báo cáo thử nghiệm theo yêu cầu dự án. Không nên dùng một bảng thông số chung cho nhiều phiên bản khác nhau.
5 lỗi thường gặp khi chọn LBS
- Chỉ chọn theo điện áp: bỏ qua dòng cắt tải, dòng đóng và khả năng chịu ngắn mạch.
- Nhầm dòng định mức với dòng cắt: hai thông số này phục vụ hai mục đích khác nhau.
- Dùng LBS thay cho máy cắt: LBS thường không thay thế chức năng bảo vệ ngắn mạch của máy cắt và rơ-le.
- Không xác định môi trường lắp đặt: thiết bị trong nhà và ngoài trời có thể có cấu hình khác nhau.
- Không kiểm tra sơ đồ liên động: thiếu dao tiếp địa, phụ kiện hoặc điều kiện phối hợp có thể khiến cấu hình không đáp ứng yêu cầu vận hành.
Câu hỏi thường gặp về LBS
LBS có phải là máy cắt không?
Không. LBS chủ yếu được thiết kế để đóng cắt dòng tải trong điều kiện định mức. Máy cắt thường có khả năng ngắt dòng sự cố cao hơn và được phối hợp với hệ thống bảo vệ. Muốn kết luận một thiết bị có thể cắt loại dòng nào, cần đọc đúng datasheet và tiêu chuẩn áp dụng.
LBS có cắt được dòng ngắn mạch không?
Không nên mặc định như vậy. Một số thông số của LBS có thể liên quan đến khả năng đóng vào ngắn mạch hoặc chịu dòng ngắn hạn, nhưng điều đó không đồng nghĩa thiết bị có thể tự ngắt mọi dòng ngắn mạch. Khả năng bảo vệ phải được xem xét cùng cầu chì, máy cắt, rơ-le và sơ đồ phối hợp bảo vệ.
LBS có thay được dao cách ly không?
LBS có thể đảm nhiệm chức năng đóng cắt tải, còn dao cách ly chủ yếu phục vụ cô lập mạch. Một số switch-disconnector có thể đáp ứng cả hai nhóm chức năng nếu được thiết kế và định mức cho mục đích đó. Cần kiểm tra chỉ dẫn của nhà sản xuất thay vì suy đoán từ tên gọi.
Khi yêu cầu báo giá LBS cần gửi thông tin gì?
Nên chuẩn bị tối thiểu: cấp điện áp, tần số, dòng tải, loại lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời, mức ngắn mạch dự kiến, yêu cầu dòng cắt tải, phương thức truyền động, dao tiếp địa, liên động, số lượng, bản vẽ và BOQ nếu có. Thông tin càng đầy đủ, khả năng đối chiếu đúng model càng cao.
Kết luận
Cầu dao phụ tải LBS là thiết bị đóng cắt được thiết kế để thao tác với dòng tải trong giới hạn định mức. Khả năng này đến từ sự phối hợp giữa tiếp điểm, cơ cấu truyền động, buồng dập hồ quang và hệ thống cách điện.
Nếu cần đối chiếu cấu hình LBS cho một công trình, hãy chuẩn bị cấp điện áp, dòng tải, mức ngắn mạch, vị trí lắp đặt, phương thức vận hành và BOQ. Việc lắp đặt, thử nghiệm và vận hành thiết bị trung thế phải do nhân sự có chuyên môn thực hiện theo quy trình an toàn và tài liệu của nhà sản xuất. Bài viết này chỉ nhằm mục đích giải thích khái niệm, không thay thế hướng dẫn thao tác trên hệ thống điện.