Các Phương Pháp và Tham số Kết Nối của Biến áp Đất
Cấu hình Cuộn dây Biến áp Đất
Biến áp đất được phân loại theo kết nối cuộn dây thành hai loại: ZNyn (zigzag) hoặc YNd. Điểm trung tính của chúng có thể được kết nối với cuộn triệt hồ quang hoặc điện trở tiếp đất. Hiện nay, biến áp đất kiểu zigzag (loại Z) kết nối qua cuộn triệt hồ quang hoặc điện trở giá trị thấp được sử dụng phổ biến hơn.
1. Biến áp Đất Loại Z
Biến áp đất loại Z có cả phiên bản cách điện ngâm dầu và cách điện khô. Trong đó, đúc bằng nhựa là một loại cách điện khô. Về cấu trúc, nó tương tự như biến áp nguồn ba pha lõi thép tiêu chuẩn, ngoại trừ việc trên mỗi chân pha, cuộn dây được chia thành hai phần bằng nhau - trên và dưới. Đầu cuối của một phần được kết nối theo chuỗi ngược cực với đầu cuối của cuộn dây của pha khác.
Hai phần cuộn dây có cực tính ngược nhau, tạo thành pha mới theo cấu hình zigzag. Các đầu cuối bắt đầu của cuộn dây phía trên - U1, V1, W1 - được đưa ra và kết nối với các đường dây AC ba pha A, B và C, tương ứng. Các đầu cuối bắt đầu của cuộn dây phía dưới - U2, V2, W2 - được kết nối với nhau để tạo điểm trung tính, sau đó được kết nối với điện trở tiếp đất hoặc cuộn triệt hồ quang, như được hiển thị trong hình vẽ. Tùy thuộc vào phương pháp kết nối cụ thể, biến áp đất loại Z được phân loại thêm thành các cấu hình ZNvn1 và ZNyn11.
Biến áp đất loại Z cũng có thể được trang bị cuộn dây điện áp thấp, thường được kết nối theo hình sao với trung tính được nối đất (yn), cho phép chúng phục vụ như biến áp nhà máy.
2. Biến áp Đất Loại Z
Lợi ích của kết nối zigzag của biến áp loại Z:
Trong trường hợp ngắn mạch một pha, dòng điện lỗi tiếp đất được phân phối đều giữa các cuộn dây ba pha. Lực từ động (MMF) của hai cuộn dây trên mỗi cột lõi có hướng ngược lại, do đó không có hiệu ứng làm suy giảm, cho phép dòng điện chảy tự do từ điểm trung tính đến đường dây lỗi.
Không có thành phần bậc ba trong điện áp pha vì, trong bộ ba biến áp đơn pha kết nối theo hình zigzag, các thành phần bậc ba có độ lớn và hướng giống nhau như vectơ. Do cách sắp xếp cuộn dây, các lực điện động bậc ba trong mỗi pha hủy bỏ nhau, dẫn đến điện áp pha gần như hình sin.
Trong biến áp đất loại Z, dòng điện thứ tự không trong hai nửa cuộn dây trên cùng một cột lõi chảy theo hướng ngược nhau; do đó, kháng từ thứ tự không rất thấp, và nó không kìm hãm dòng điện thứ tự không. Nguyên tắc của kháng từ thứ tự không thấp là như sau: trên mỗi cột lõi của biến áp đất, có hai cuộn dây với số vòng bằng nhau, mỗi cuộn dây được kết nối với điện áp pha khác nhau.
Khi áp dụng điện áp ba pha cân bằng dương hoặc âm vào các đầu cuối đường dây của biến áp đất, lực từ động trên mỗi cột lõi là tổng vectơ của lực từ động từ hai cuộn dây kết nối với các pha khác nhau. Các lực từ động tổng cộng trên từng cột lõi lệch pha 120°, tạo thành tập ba pha cân bằng. Lực từ động một pha có thể thiết lập mạch từ qua tất cả ba cột lõi, dẫn đến từ chối từ thấp, từ thông lớn, lực điện động cảm ứng cao, và do đó kháng từ hóa rất cao.
Tuy nhiên, khi áp dụng điện áp thứ tự không vào các đầu cuối đường dây ba pha, lực từ động do hai cuộn dây trên mỗi cột lõi tạo ra có độ lớn bằng nhau nhưng hướng ngược lại, dẫn đến tổng lực từ động ròng trên mỗi cột lõi bằng không - do đó, không có lực từ động thứ tự không tồn tại trong ba cột lõi. Lực từ động thứ tự không chỉ có thể hoàn thành đường đi của nó qua thùng chứa và môi trường xung quanh, điều này tạo ra từ chối từ rất cao; do đó, lực từ động thứ tự không rất nhỏ, dẫn đến kháng từ thứ tự không rất thấp.
3. Tham số Biến áp Đất
Để đáp ứng yêu cầu của mạng phân phối sử dụng bồi thường tiếp đất cuộn triệt hồ quang, đồng thời thỏa mãn nhu cầu tải nhà máy cho điện và chiếu sáng trong trạm biến áp, biến áp kết nối Z được chọn, và các tham số chính của biến áp đất phải được thiết lập hợp lý.
3.1 Công suất Định mức
Công suất phía sơ cấp của biến áp đất nên phù hợp với công suất của cuộn triệt hồ quang. Dựa trên các mức công suất tiêu chuẩn của cuộn triệt hồ quang, đề xuất công suất biến áp đất nên được đặt ở 1,05–1,15 lần công suất cuộn triệt hồ quang. Ví dụ, cuộn triệt hồ quang 200 kVA sẽ được ghép đôi với biến áp đất 215 kVA.
3.2 Dòng điện Bồi thường Điểm Trung tính
Tổng dòng điện chảy qua điểm trung tính của biến áp trong trường hợp lỗi một pha
Trong công thức trên:
U là điện áp đường dây của mạng phân phối (V);
Zx là kháng của cuộn triệt hồ quang (Ω);
Zd là kháng thứ tự không sơ cấp của biến áp đất (Ω/pha);
Zs là kháng hệ thống (Ω).
Thời gian dòng điện bồi thường điểm trung tính nên giống như thời gian hoạt động liên tục của cuộn triệt hồ quang, được quy định là 2 giờ.
3.3 Động trở dãy thứ tự không
Động trở dãy thứ tự không là một thông số kỹ thuật quan trọng của biến áp nối đất và có ảnh hưởng đáng kể đến cài đặt bảo vệ rơle để hạn chế dòng điện lỗi pha đơn và kiềm chế quá áp. Đối với biến áp nối đất dạng zigzag (loại Z) không có cuộn dây thứ cấp, cũng như những biến áp có kết nối sao/điên tam giác mở, chỉ có một động trở - chính là động trở dãy thứ tự không - cho phép các nhà sản xuất đáp ứng yêu cầu của ngành điện.
3.4 Hao phí
Hao phí là một thông số hiệu suất quan trọng của biến áp nối đất. Đối với biến áp nối đất được trang bị cuộn dây thứ cấp, hao phí không tải có thể tương đương với hao phí không tải của biến áp hai cuộn dây cùng công suất. Về hao phí tải, khi phía thứ cấp hoạt động ở tải đầy, phía sơ cấp mang tải tương đối nhẹ; do đó, hao phí tải của nó thấp hơn so với biến áp hai cuộn dây có cùng công suất phía thứ cấp.
3.5 Tăng nhiệt độ
Theo tiêu chuẩn quốc gia, tăng nhiệt độ của biến áp nối đất được quy định như sau:
Tăng nhiệt độ dưới dòng điện liên tục định mức phải tuân theo quy định trong tiêu chuẩn quốc gia về biến áp điện hoặc biến áp khô. Điều này chủ yếu áp dụng cho biến áp nối đất mà phía thứ cấp thường xuyên được tải.
Khi dòng điện tải ngắn thời gian kéo dài không quá 10 giây (một tình huống thường xảy ra khi điểm trung tính được kết nối với một điện trở), tăng nhiệt độ phải phù hợp với giới hạn quy định trong tiêu chuẩn quốc gia về biến áp điện trong điều kiện ngắn mạch.
Khi biến áp nối đất hoạt động cùng với cuộn xóa hồ quang, tăng nhiệt độ của nó phải tuân theo yêu cầu tăng nhiệt độ cho cuộn xóa hồ quang:
Đối với cuộn dây liên tục mang dòng điện định mức, tăng nhiệt độ được giới hạn ở 80 K. Điều này chủ yếu áp dụng cho biến áp nối đất có kết nối sao/điên tam giác mở.
Đối với cuộn dây có thời gian dòng điện tối đa là 2 giờ (như đã quy định cho dòng điện định mức), tăng nhiệt độ được phép là 100 K. Điều kiện này phù hợp với cách vận hành của hầu hết biến áp nối đất.
Đối với cuộn dây có thời gian dòng điện tối đa là 30 phút, tăng nhiệt độ được phép là 120 K.
Các quy định này dựa trên việc đảm bảo rằng, trong điều kiện vận hành nghiêm ngặt nhất, nhiệt độ điểm nóng của cuộn dây không vượt quá 140 °C đến 160 °C, từ đó đảm bảo an toàn cho việc vận hành cách điện và tránh giảm nghiêm trọng tuổi thọ cách điện.
