Máy cắt chân không VCB là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Máy cắt chân không VCB là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Trong hệ thống điện trung thế và cao thế hiện nay, máy cắt chân không VCB đang ngày càng được ưa chuộng nhờ vào tính an toàn, độ bền cao và khả năng vận hành ổn định trong thời gian dài. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn Máy cắt chân không VCB là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị này trong thực tế vận hành.

Khái niệm máy cắt chân không (VCB)

VCB là gì?

VCB là viết tắt của Vacuum Circuit Breaker, nghĩa là máy cắt điện sử dụng môi trường chân không để dập tắt hồ quang khi ngắt mạch. Khi xảy ra sự cố quá tải, ngắn mạch hoặc cần thao tác đóng cắt bảo trì, VCB sẽ tự động hoặc điều khiển bằng tay để ngắt dòng điện, ngăn chặn sự cố lan rộng ra toàn hệ thống. Nhờ đặc tính chân không là môi trường cách điện tuyệt vời và không duy trì hồ quang, máy cắt VCB hoạt động rất an toàn và hiệu quả, không gây cháy nổ hay rò điện như các dòng máy cắt truyền thống dùng khí hoặc dầu.

Máy cắt chân không thường được sử dụng trong các hệ thống điện trung thế từ 6kV đến 36kV, phù hợp cho cả lưới phân phối công cộng và lưới điện nội bộ trong nhà máy, khu chế xuất hoặc công trình dân dụng cao tầng.

Lịch sử phát triển và ứng dụng

Máy cắt chân không được nghiên cứu và ứng dụng từ đầu những năm 1950 tại Mỹ và châu Âu. Ban đầu, thiết bị chỉ hoạt động ở mức điện áp 15kV nhưng nhờ sự phát triển của công nghệ vật liệu và kỹ thuật sản xuất, VCB ngày nay đã có thể vận hành ổn định ở mức điện áp lên đến 36kV hoặc hơn. VCB dần thay thế cho máy cắt dầu (OCB) hoặc máy cắt khí SF6 trong nhiều hệ thống điện hiện đại vì nó không phát thải khí độc, không cháy nổ và có tuổi thọ cơ khí cao hơn. Hiện nay, các hãng thiết bị điện lớn trên thế giới như ABB, Schneider, Siemens, Mitsubishi… đều sản xuất dòng VCB với thiết kế nhỏ gọn, dễ tích hợp vào các tủ điện hợp bộ hoặc tủ trung thế dạng module.

Cấu tạo của máy cắt chân không VCB

Buồng dập hồ quang chân không

Đây là bộ phận quan trọng nhất của VCB, nơi diễn ra quá trình ngắt mạch và dập tắt hồ quang. Buồng dập hồ quang là một khoang kín chân không, trong đó các tiếp điểm được đặt đối diện nhau. Khi các tiếp điểm tách rời, hồ quang điện sẽ hình thành nhưng nhanh chóng bị dập tắt vì chân không không cho phép hình thành môi trường dẫn điện. Buồng dập được chế tạo từ vật liệu chịu nhiệt và cách điện cao, thường là gốm sứ hoặc thủy tinh đặc biệt, kết hợp với kim loại dẫn điện phủ lớp hợp kim chịu hồ quang.

Chất lượng của buồng dập quyết định trực tiếp đến hiệu quả và tuổi thọ của máy cắt. Các VCB hiện đại có thể đạt tuổi thọ cơ khí từ 10.000 đến 30.000 lần thao tác và tuổi thọ điện lên đến hàng nghìn lần cắt ngắn mạch.

Bộ truyền động cơ học

Bộ truyền động giúp điều khiển hoạt động đóng hoặc cắt tiếp điểm. Cơ cấu này thường hoạt động bằng cơ khí lò xo, mô-tơ điện hoặc bằng thủy lực tùy theo từng dòng sản phẩm. Khi kích hoạt thao tác đóng hoặc cắt, lực sẽ được truyền qua trục hoặc cơ cấu khuếch đại để làm di chuyển tiếp điểm động, từ đó tạo ra hoặc ngắt kết nối dòng điện.

Các thiết bị truyền động hiện đại có thể tích hợp hệ thống điều khiển từ xa, cảm biến trạng thái, và bộ đếm số lần đóng cắt để phục vụ công tác vận hành và bảo trì định kỳ.

Các tiếp điểm điện

Tiếp điểm là phần tiếp xúc trực tiếp với dòng điện và là nơi sinh ra hồ quang khi ngắt mạch. Trong VCB, tiếp điểm được chế tạo từ hợp kim đồng-chrome hoặc bạc-tungsten giúp chịu nhiệt và chống mài mòn tốt hơn. Thiết kế của tiếp điểm cũng rất quan trọng: phần đầu tiếp điểm thường có hình nấm hoặc hình trụ có rãnh xoắn giúp phân tán hồ quang và kéo dài tuổi thọ cho buồng dập.

Trong trạng thái bình thường, tiếp điểm động và tĩnh được giữ sát nhau bằng lực cơ học để đảm bảo tiếp xúc tốt, hạn chế điện trở tiếp xúc và giảm tổn thất điện năng.

Nguyên lý hoạt động

Quá trình đóng và cắt mạch

Khi hệ thống cần cấp điện, cơ cấu truyền động sẽ đẩy tiếp điểm động về phía tiếp điểm tĩnh, cho phép dòng điện đi qua mạch. Quá trình này gọi là đóng mạch, đảm bảo cấp điện liên tục đến các phụ tải.

Khi xảy ra sự cố như quá tải, ngắn mạch hoặc thao tác cắt điện để bảo trì, mạch điều khiển sẽ kích hoạt cơ cấu truyền động làm tách rời tiếp điểm. Lúc này, hồ quang điện hình thành do sự ngắt đột ngột của dòng điện nhưng sẽ nhanh chóng bị xử lý bởi buồng dập chân không.

Dập tắt hồ quang bằng chân không

Khi tiếp điểm tách nhau trong môi trường chân không, các electron và ion sinh ra do hồ quang không thể tồn tại lâu vì không có không khí hoặc khí dẫn điện. Những phần tử mang điện này nhanh chóng bị hút vào bề mặt kim loại hoặc bị tiêu tán. Nhờ đó, hồ quang bị dập tắt chỉ trong vài phần nghìn giây.

Khác với máy cắt dầu hoặc máy cắt khí, quá trình dập hồ quang của VCB gần như không phát sinh khí độc, không gây cháy nổ và rất ít gây mài mòn tiếp điểm, giúp thiết bị duy trì hiệu suất hoạt động lâu dài và an toàn hơn trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Với khả năng dập hồ quang nhanh, độ bền cao và thân thiện với môi trường, máy cắt chân không VCB là sự lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống điện trung thế hiện đại.

Cần tư vấn thêm về thiết bị hoặc các sản phẩm liên quan thuộc dòng Máy cắt trung thế, liên hệ chúng tôi qua thông tin bên dưới: