Thiết bị chuyển mạch-điện áp cao là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện dùng để kết nối, ngắt kết nối và chuyển mạch các mạch điện áp cao-. Chức năng của nó bao gồm chuyển mạch tải trong điều kiện vận hành bình thường và cách ly lỗi trong điều kiện vận hành bất thường, khiến nó trở thành một trong những phần cốt lõi của thiết bị đảm bảo hoạt động an toàn, ổn định và tiết kiệm của lưới điện. Loại thiết bị này thường hoạt động ở điện áp AC 3kV trở lên hoặc DC 1,5kV trở lên và được sử dụng rộng rãi trong phát điện, truyền tải, biến đổi, phân phối và tiêu thụ điện công nghiệp, thực hiện các nhiệm vụ quan trọng là kiểm soát dòng năng lượng điện, hạn chế phạm vi sự cố và bảo vệ thiết bị điện.
Từ góc độ nguyên lý làm việc, thiết bị đóng cắt điện áp cao-dựa vào công nghệ dập tắt hồ quang-và phương tiện cách điện để đạt được khả năng chuyển mạch đáng tin cậy. Trong điều kiện hoạt động bình thường, cầu dao, công tắc tải và các thiết bị khác có thể kết nối hoặc ngắt dòng điện tải theo hướng dẫn điều phối. Khi xảy ra đoản mạch, quá tải hoặc lỗi khác trong hệ thống, thiết bị bảo vệ sẽ kích hoạt cầu dao để nhanh chóng ngắt dòng điện sự cố, ngăn ngừa tai nạn lan rộng và hư hỏng thiết bị. Thiết kế của buồng dập tắt hồ quang-và việc lựa chọn môi trường cách điện (chẳng hạn như chân không, khí lưu huỳnh hexafluoride, lượng dầu-hoặc không khí thấp) ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng ngắt và tuổi thọ sử dụng của thiết bị. Buồng dập tắt hồ quang chân không-được sử dụng rộng rãi trong phân phối điện do tốc độ dập tắt hồ quang-nhanh, ít phải bảo trì và thân thiện với môi trường. Mặt khác, cầu dao lưu huỳnh hexafluoride (SF₆) thường được sử dụng trong các hệ thống truyền tải điện áp cao-và điện áp{12}}cao{13}}do khả năng cách nhiệt và hiệu suất dập tắt hồ quang{14}}tuyệt vời của chúng.
Về mặt cấu trúc, thiết bị chuyển mạch điện áp cao-thường bao gồm các bộ phận ngắt, các bộ phận cách điện đỡ, cơ chế vận hành, hệ thống điều khiển và vỏ. Các bộ phận ngắt là cốt lõi của việc chuyển mạch, bao gồm hệ thống tiếp điểm và buồng dập tắt hồ quang-; cách điện hỗ trợ đảm bảo cách ly điện giữa các bộ phận mang điện và nối đất, đồng thời chịu được điện áp hoạt động cao nhất của hệ thống và quá điện áp trong khí quyển; cơ cấu vận hành cung cấp năng lượng cơ học cần thiết để mở và đóng, và có thể được phân loại thành các cơ cấu vận hành lò xo, thủy lực, khí nén và điện từ theo phương pháp điều khiển. Độ tin cậy vận hành của nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản hồi và hiệu suất an toàn của thiết bị; hệ thống điều khiển tích hợp chức năng bảo vệ rơle và giám sát tín hiệu, thực hiện đóng mở tự động, báo lỗi và hiển thị trạng thái. Một số thiết bị thông minh cũng có thể giao tiếp với hệ thống tự động hóa trạm biến áp, hỗ trợ giám sát từ xa và bảo trì dựa trên điều kiện.
Theo chức năng và ứng dụng, thiết bị đóng cắt điện áp cao-chủ yếu bao gồm cầu dao, cầu dao cách ly, công tắc tải, công tắc nối đất và các thiết bị điện kết hợp. Bộ ngắt mạch có khả năng dập tắt hồ quang-toàn diện, làm gián đoạn cả dòng điện tải và dòng điện-ngắn mạch. Công tắc ngắt kết nối chủ yếu được sử dụng để cách ly điện, tạo điểm ngắt kết nối rõ ràng để đảm bảo an toàn khi bảo trì; tuy nhiên, bản thân chúng thiếu khả năng dập tắt hồ quang-và chỉ được vận hành sau khi cầu dao đã mở. Công tắc tải có thể kết nối và ngắt kết nối các mạch trong phạm vi tải xác định và thường được sử dụng cùng với cầu chì để cắt dòng điện ngắn mạch. Công tắc nối đất được sử dụng để nối đất mạch điện, giải phóng điện tích dư và bảo vệ bảo trì. Thiết bị đóng cắt kết hợp (GIS/HGIS) tích hợp nhiều bộ phận chuyển mạch vào một vỏ kín chứa đầy khí SF₆, mang lại những ưu điểm như cấu trúc nhỏ gọn, diện tích nhỏ và khả năng chống ô nhiễm mạnh, khiến thiết bị này đặc biệt phù hợp với các trạm biến áp đô thị và các môi trường đặc biệt như độ cao và các khu vực bị ô nhiễm nặng.
Hiệu suất của thiết bị chuyển mạch-điện áp cao được đánh giá chủ yếu dựa trên điện áp định mức, dòng điện định mức, dòng điện ngắt mạch-ngắn mạch định mức, dòng điện chịu đựng-thời gian ngắn và các đặc tính vận hành. Các thông số này xác định khả năng ứng dụng và độ tin cậy của thiết bị trong các điều kiện vận hành khác nhau và đặt ra các yêu cầu nghiêm ngặt về thiết kế, sản xuất và thử nghiệm thiết bị. Với việc mở rộng quy mô lưới điện và cải thiện mức độ thông minh, thiết bị chuyển mạch-điện áp cao đang phát triển theo hướng có độ tin cậy cao hơn, hoạt động-không cần bảo trì, thông minh và thân thiện với môi trường. Điều này bao gồm việc áp dụng các loại khí thay thế thân thiện với môi trường, tích hợp các chức năng giám sát và chẩn đoán lỗi trực tuyến cũng như tối ưu hóa thiết kế mô-đun để cải thiện hiệu quả lắp đặt và bảo trì.
Nói tóm lại, thiết bị đóng cắt điện áp cao -là thiết bị điều khiển và bảo vệ không thể thiếu trong hệ thống điện. Trình độ kỹ thuật và trạng thái vận hành ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn lưới điện và chất lượng cung cấp điện. Thông qua việc liên tục đổi mới vật liệu, tối ưu hóa cấu trúc và nâng cấp thông minh, loại thiết bị này sẽ đóng vai trò quan trọng hơn nữa trong việc xây dựng một lưới điện thông minh và mạnh mẽ cũng như đạt được các mục tiêu "cacbon kép".