Cầu dao cách ly là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và hướng dẫn vận hành

Quá trình sửa chữa hệ thống điện cần đảm bảo không có bất kỳ dòng điện nào đi qua. Máy cắt có thể ngắt mạch nhưng không tạo ra được khoảng cách cách ly rõ ràng. Lúc này cầu dao cách ly tạo được “lỗ hổng” cách điện có thể dễ dàng nhìn thấy, đảm bảo sự an tâm tuyệt đối cho kỹ sư khi cần sửa chữa, bảo dưỡng. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giới thiệu đến bạn các kiến thức quan trọng liên quan đến cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cầu dao cách ly. 

Cầu dao cách ly là gì?

Cầu dao cách ly (hay còn được gọi là dao cách ly, tên tiếng Anh là Isolator hoặc Disconnecting Switch) là khí cụ điện được dùng để đóng/ngắt mạch điện ở chế độ không có dòng điện hoặc dòng điện nhỏ hơn dòng định mức nhiều lần. 

Đặc điểm quan trọng nhất của cầu dao cách ly là khi ở trạng thái ngắt, thiết bị này tạo ra một khoảng cách cách ly giữa phần dẫn điện và phần cách điện có thể dễ dàng nhận biết, từ đó đảm bảo an toàn tuyệt đối cho thợ điện trong quá trình sửa chữa, bảo dưỡng. 

Trong lưới điện, dao cách ly có khả năng đóng ngắt dòng điện dung của đường dây hoặc ngắt dòng điện không tải, cáp không tải của máy biến áp. Vì vậy, cầu dao cách ly thường được đặt trước các thiết bị bảo vệ như cầu chì, máy cắt, cho khả năng thao tác bằng tay hoặc cơ điện để điều khiển các bộ phận truyền động. Một số loại dao cách ly còn được tích hợp tiếp địa liên động. 

Cầu dao cách ly được chế tạo cho tất cả các cấp điện áp. Tuy nhiên, dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang nên không thể cắt được dòng điện lớn. Do đó, dao cách ly cần được thao tác đóng ngắt ở trạng thái không tải. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung giới thiệu về cầu dao cách ly dùng cho mạng điện hạ thế.  

Thông số kỹ thuật và cấu tạo của cầu dao cách ly

Cầu dao cách ly hạ thế thường có các đặc tính kỹ thuật như sau: 

• Dòng điện định mức: 630A, 800A
• Điện áp định mức: 690VAC trở xuống
• Điện áp cách điện định mức: Lên đến 1000V (đối với dòng điện ≤630A)
• Độ bền điện áp xung: 125kV, 150kV, 170kV, 200kV
• Tần số định mức: 50Hz
• Số pha: 1P, 3P
• Vị trí lắp đặt: Ngoài trời hoặc trong nhà
• Kiểu truyền động: Chém ngang, chém đứng
• Vật liệu cách điện: Sứ, Polymer, Epoxy
• Tiêu chuẩn: IEC/EN 60947-3

Về cấu tạo, cầu dao cách ly hạ thế có cấu trúc dạng module và các tùy chọn lắp đặt linh hoạt, với 6 bộ phận chính, gồm: 

• Sứ cách điện: Giúp cố định các bộ phận và cách ly phần tử mang điện với khung đỡ hoặc giữa các đường dây dẫn điện với nhau. 
• Lưỡi dao (Tiếp điểm động): Là bộ phận di động, có nhiệm vụ đóng cắt điện, thường làm bằng đồng hoặc hợp kim đồng để tăng khả năng dẫn điện. 
• Ngàm cố định (Tiếp điểm tĩnh): Chính là điểm tiếp xúc khi lưỡi dao đóng dao. 
• Dây dẫn: Được sử dụng để kết nối tiếp điểm với hệ thống truyền tải điện. 
• Hệ thống truyền động: Có thể là tay quay, sào thao tác hoặc động cơ điện, dùng để di chuyển lưỡi dao khi cần đóng ngắt mạch điện. 
• Khung đỡ: Thường làm bằng thép, có tác dụng cố định toàn bộ kết cấu dao cách ly. 

Ngoài ra, một số cầu dao cách ly còn được tích hợp dao nối đất để tăng cường tính an toàn khi cần bảo trì, bảo dưỡng hay ở một số loại cầu dao lớn, nhà sản xuất sẽ trang bị thêm tấm ngăn (hệ thống dập hồ quang đơn giản) để hạn chế phát sinh tia lửa điện. 

Nguyên lý làm việc của cầu dao cách ly

Cầu dao cách ly có nguyên lý hoạt động rất đơn giản, trên cơ chế liên kết cơ khí. 

• Ở trạng thái đóng: Lưỡi dao tiếp xúc với ngàm cố định, mạch điện được nối thông, dòng điện di chuyển từ nguồn qua lưỡi dao đến tải. 
• Ở trạng thái mở: Lưỡi dao rời khỏi ngàm tiếp xúc thông qua thao tác cách ly bằng sào cách điện (thủ công) hoặc bộ truyền động kết nối với trục truyền động (tự động), mạch điện hở, dòng điện đến tải bị ngắt. 

Do dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang nên chỉ được thao tác trên khí cụ này khi không có dòng điện tải để tránh phóng tia lửa điện gây cháy tiếp điểm. Ngoài ra, chỉ được dùng dao cách ly để cô lập các thiết bị đã được ngắt điện bởi aptomat, nhằm tạo khoảng hở an toàn cho công tác sửa chữa, bảo trì. 

Cách phân loại cầu dao cách ly

Cầu dao cách ly được phân loại theo nhiều tiêu chí: kết cấu, khu vực lắp đặt và kiểu truyền động. 

Theo kết cấu: 

• Dao cách ly 1 pha: Thường dùng cho máy biến áp 1 pha hoặc máy biến áp cách ly. 
• Dao cách ly 3 pha: Đây là loại cầu dao cách ly phổ biến nhất, dùng cho mạng điện 3 pha. 

Theo môi trường lắp đặt: 

• Dao cách ly trong nhà: Được lắp đặt trong tủ điện, yêu cầu cấp bảo vệ cao.

• Dao cách ly ngoài trời: Được thiết kế để chống chịu được thời tiết khắc nghiệt như nhiệt cao, ẩm lớn. 

Theo kiểu truyền động: 

• Dao cách ly kiểu chém
• Dao cách ly kiểu trụ quay
• Dao cách ly kiểu treo
• Dao cách ly kiểu khung truyền. 

Cách phân biệt cầu dao cách ly với dao cắt phụ tải (LBS)

Cầu dao cách ly (DS) và dao cắt phụ tải (LBS) đều là khí cụ điện được dùng để đóng/ngắt mạch điện và được lắp đặt trên đường dây truyền tải hoặc tại các trạm biến áp. Tuy nhiên, 2 thiết bị này có sự khác biệt ở nhiều tiêu chí. 

Dao cắt phụ tải (LBS)

Bạn có thể theo dõi bảng so sánh sau đây để tìm hiểu về sự khác biệt giữa DS và LBS:

Tiêu chí	Cầu dao cách ly (DS)	Dao cắt phụ tải (LBS)
Chức năng chính	Tạo khoảng cách cách ly nhìn thấy được trên mạch điện để đảm bảo an toàn trong quá trình sửa chữa	Đóng ngắt dòng điện nhanh chóng cho một khu vực mà không cần phải ngắt tổng toàn bộ hệ thống bằng máy cắt lớn
Vị trí lắp đặt	Trước hoặc sau các thiết bị đóng ngắt, bảo vệ	Đầu các nhánh đường dây hoặc trạm biến áp
Khả năng đóng cắt	Chỉ được thao tác khi không có tải	Vận hành được khi có tải
Khả năng dập hồ quang	Không có bộ phận dập hồ quang. Nếu thao tác khi có tải, hồ quang điện sẽ gây nguy hiểm cho người và thiết bị	Được trang bị bộ phận dập hồ quang hiệu quả, cho phép ngắt điện cả khi thiết bị, máy móc đang hoạt động
Chi phí	Rẻ hơn	Đắt hơn

Ứng dụng của cầu dao cách ly

Dù aptomat hiện đóng vai trò chủ đạo trong hầu hết các hệ thống điện, cầu dao cách ly vẫn giữ vai trò không thể thay thế trong nhiều trường hợp như: 

• Cách ly an toàn khi sửa chữa, bảo trì: Bằng việc tạo ra khoảng cách cách ly có thể nhìn thấy được, dao cách ly đảm bảo không có bất kỳ dòng điện nào có thể chạy qua mạch điện khi hệ thống cần sửa chữa, hạn chế tối đa nguy cơ giật điện, bỏng điện. 
• Cầu dao đảo chiều: Dao cách ly có thể sử dụng như cầu dao đảo chiều để chuyển đổi nguồn điện, giảm thiểu thời gian gián đoạn vì mất điện của hệ thống. 
• Bảo vệ mạch điện: Khi được kết hợp với cầu chì, cầu dao cách ly có thêm chức năng bảo vệ ngắn mạch. 
• Ứng dụng trong tủ điện công nghiệp: Dao cách ly đóng vai trò như thiết bị đóng cắt tổng hoặc cách ly các mạch nhánh để phục vụ công tác bảo trì. 

Hướng dẫn cách vận hành cầu dao cách ly

Việc vận hành dao cách ly chỉ được phép tiến hành trong trường hợp đẳng thế hoặc không có dòng điện chạy qua tải. Nghiêm cấm bất kỳ trường hợp nào thao tác với cầu dao cách ly khi có tải, kể cả việc đóng không tải máy biến áp hoặc không tải đường dây.  

Thao tác đóng cắt dao cách ly được thực hiện như sau: 

• Thao tác đóng cắt tự động được thực hiện thông qua các nút nhấn trên tủ điều khiển. Trường hợp phải điều khiển từ xa hoặc tại tủ điều khiển trên giá đỡ cầu dao, cần điều khiển bằng cơ khí tại chỗ. 
• Thao tác đóng cắt bằng tay phải được thực hiện nhanh chóng, dứt khoát. Nghiêm cấm cắt lưỡi dao trở lại khi hồ quang xuất hiện. 
• Kiểm tra kỹ lưỡng vị trí các lưỡi dao khi kết thúc quá trình đóng cắt để tránh tình trạng lưỡi dao chưa đóng hết hoặc lưỡi dao trượt khỏi ngàm cố định. 
• Không được vô hiệu hóa các bộ liên động của mạch thao tác trong quá trình vận hành. 
• Khi cơ cấu liên động không cho phép tiến hành thao tác nào đó, cần dừng ngay quá trình đóng ngắt để kiểm tra chính xác thiết bị cần thao tác, trình tự thao tác đã đúng với quy trình vận hành của từng thiết bị hoặc vị trí của thiết bị chuyển mạch, cơ cấu liên động khác có liên quan đến thao tác đang tiến hành hay không. 

Việc bảo dưỡng dao cách ly cần kiểm tra các hạng mục: 

• Tiếp xúc giữa thanh tiếp điểm động và ống tiếp điểm tĩnh. Độ ngập lưỡi dao theo yêu cầu phải đạt 90%, khe hở tối đa 2-5mm, 3 pha đóng cắt đồng thời, chốt định vị phải đúng góc mở 45 độ. 
• Tiếp xúc các đầu cosse. 
• Bề mặt sứ cách điện phải sạch sẽ, không bám bụi bẩn và không sứt mẻ quá quy định. 
• Tình trạng đồng bộ truyền động. 
• Bộ điện trở sấy ở hộp truyền động. 
• Đồng thời có kế hoạch vệ sinh các tiếp điểm và bôi trơn bằng mỡ. Thời gian định kỳ bảo dưỡng dao cách ly phù hợp là 3 năm. 

Câu hỏi thường gặp về cầu dao cách ly

Câu hỏi 1: Dao cách ly và cầu dao cách ly khác nhau như thế nào?

Trả lời: Thực tế đây là 2 tên gọi khác nhau của cùng 1 thiết bị, thường được sử dụng linh hoạt theo từng vùng miền hoặc theo quy ước của từng đơn vị. 

Câu hỏi 2: Phân biệt nhanh giữa cầu dao cách ly và aptomat?

Trả lời: Mục đích chính của việc sử dụng dao cách ly là tạo khoảng cách cách ly an toàn, thuận tiện cho quá trình sửa chữa của thợ điện, trong khi aptomat sẽ tự động ngắt mạch khi có sự cố điện như ngắn mạch, quá tải. 

Ngoài ra, dao cách ly thường được lắp trước aptomat để tăng cường tính an toàn trong quá trình sửa chữa. 

Câu hỏi 3: Cầu dao cách ly có cắt được dòng ngắn mạch không?

Trả lời: Không. Dao cách ly không được thiết kế để cắt dòng ngắn mạch. 

Câu hỏi 4: Thời gian bảo dưỡng định kỳ cầu dao cách ly được khuyến cáo là bao lâu?

Trả lời: Các nhà sản xuất khuyến cáo cầu dao cách ly nên được bảo dưỡng 3 năm/lần.