Đặc điểm kỹ thuật và ứng dụng của biến áp phân phối một pha là gì?

1 Tính năng kỹ thuật của biến áp một pha

Từ thực tế hoạt động của các mạng phân phối nước ngoài, người ta biết rằng biến áp một pha được sử dụng khá rộng rãi. So với biến áp ba pha, chúng có những ưu điểm độc đáo, cụ thể như sau:

1.1 Cấu trúc đơn giản

Đặc điểm này khiến cho khi sử dụng cùng một loại vật liệu, đối với biến áp một pha có cùng công suất, tổn thất không tải của chúng thấp hơn so với biến áp ba pha. Đến một mức độ nào đó, chúng có thể đáp ứng tốt hơn nhu cầu tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ. Lấy ví dụ về các biến áp thông thường có công suất 100 kVA và 50 kVA, so sánh các chỉ số được thể hiện trong Bảng 1.

Khi tính toán cho 8.000 giờ hoạt động hàng năm, biến áp phân phối một pha D10 công suất 100 kVA có tổn thất không tải ít hơn 1.280 kWh so với biến áp ba pha S9 cùng công suất; biến áp 50 kVA tiết kiệm 880 kWh. Trung bình, biến áp một pha cắt giảm tổn thất không tải hơn 50% so với loại ba pha.

1.2 Gọn nhẹ & Dễ lắp đặt

Điều này giúp cho đường dây điện áp thấp tiếp cận gần hơn đến các điểm tải, thu nhỏ bán kính cung cấp điện và giảm tổn thất của mạng phân phối. Tổn thất của lưới điện áp thấp từng chiếm tỷ lệ lớn trong tổng tổn thất lưới. Trước khi cải tạo, tổn thất của đường dây điện áp thấp treo trên cao ở đô thị dao động từ 7% - 12% (đôi khi vượt quá 30% ở một số khu vực). Sau khi nâng cấp lưới nông thôn, mục tiêu tổn thất tổng hợp là 12%, và hiện nay các thành phố đang tiến gần đến mục tiêu này.

Hai nguyên nhân chính gây ra tổn thất điện áp thấp cao: 1) Biến áp ba pha dùng cho cung cấp điện cho dân cư/kinh doanh giữ nguồn điện xa khỏi tải, tăng bán kính cung cấp và tổn thất đường dây; dòng điện không cân bằng cũng làm tăng tổn thất biến áp. 2) Bán kính lớn tạo điều kiện thuận lợi cho việc trộm cắp điện, làm phức tạp công tác quản lý. Biến áp một pha đặt nguồn điện gần người dùng, giảm khoảng cách cung cấp, tổn thất đường dây và rủi ro trộm cắp.

Mô hình cung cấp "công suất nhỏ, nhiều điểm, bán kính ngắn" được sử dụng rộng rãi trong lưới điện áp thấp, hiệu quả trong việc giảm tổn thất - biến áp một pha là chìa khóa để triển khai phương pháp này.

1.3 Tiết kiệm tương đối về chi phí dự án

Đối với nguồn cung cấp điện từ biến áp một pha, các nhánh điện áp cao sử dụng hai dây treo, và các đường dây điện áp thấp sử dụng hai hoặc ba dây. Trong khi đó, biến áp ba pha yêu cầu ba dây điện áp cao và bốn dây điện áp thấp. Do đó, cấu hình một pha tiết kiệm dây và giảm sử dụng cầu chì tự rơi, bộ chống sét và phụ kiện.Theo thống kê chưa đầy đủ: biến áp một pha cắt giảm khoảng 10% chi phí đường dây điện áp cao và 15% chi phí dự án đường dây điện áp thấp.

1.4 Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Biến áp một pha phù hợp với các tình huống có công suất nhỏ, nhiều điểm, tăng phạm vi bao phủ người dùng. Theo thống kê, số lượng người dùng lớn hơn nâng cao hệ số tin cậy. Về quản lý, việc phân bổ qua kéo mạch của một biến áp hạn chế sự cố và giảm tác động đến độ tin cậy. Về cấu trúc, cuộn dây tích hợp của biến áp ba pha có nguy cơ mất điện toàn bộ nếu một cuộn dây bị hỏng, gây mất điện cục bộ.

Về mặt kỹ thuật, biến áp ba pha (Y/Y₀ hoặc △/Y₀) gặp phải bất thường về điện áp ở các pha khác khi một cầu chì bị đứt. Hệ thống điện áp thấp 380V/220V ba dây bốn dây của họ có nguy cơ tăng đột ngột điện áp do ngắn mạch trung tính, gây rối loạn chiếu sáng và hư hỏng thiết bị. Biến áp một pha chủ yếu tránh được các vấn đề này, đảm bảo độ tin cậy.

2 Ứng dụng của biến áp một pha
2.1 Phạm vi sử dụng

Dựa trên các đặc tính kỹ thuật của biến áp một pha, việc sử dụng chúng được khuyến nghị trong các trường hợp sau:

2.1.1 Khu dân cư đô thị

Hiện nay, tiêu thụ điện trong khu dân cư đô thị chủ yếu là chiếu sáng và điện một pha (ví dụ: thiết bị gia dụng như máy lạnh và tủ lạnh), đáp ứng yêu cầu "cung cấp điện áp cao đến hộ gia đình". Theo thiết kế nhà ở và phân bố tải, áp dụng mô hình cung cấp điện "một biến áp một pha cho mỗi tòa nhà" hoặc "một biến áp cho mỗi đơn vị" để tối thiểu hóa bán kính cung cấp của mạng điện áp thấp (tốt nhất là trong vòng 100 mét), nâng cao hiệu quả và chất lượng cung cấp điện.

2.1.2 Chiếu sáng và sử dụng điện nhỏ ở nông thôn

Chiếu sáng và sử dụng điện nhỏ ở nông thôn (ví dụ: máy móc nông nghiệp nhỏ, thiết bị tưới nước) có tải thấp và ít biến đổi, phù hợp với biến áp một pha công suất nhỏ. Việc bố trí hợp lý các biến áp này có thể chính xác đáp ứng nhu cầu tải, giảm chi phí cung cấp điện và đảm bảo cung cấp điện ổn định.

2.1.3 Các cộng đồng và chợ có tình trạng trộm cắp điện nghiêm trọng

Thực hiện "cung cấp điện áp cao đến hộ gia đình" có thể loại bỏ tình trạng trộm cắp điện do đấu nối điện áp thấp trái phép. Ngoài ra, nó còn giúp đánh giá tổn thất theo từng đường dây và từng biến áp, cho phép theo dõi chính xác tổn thất tiêu thụ điện và tăng cường quản lý điện.

2.1.4 Tối ưu hóa cung cấp điện cho người dùng công nghiệp nhỏ

Khuyến khích chuyển đổi từ "biến áp chung" sang "biến áp chuyên dụng" cho người dùng công nghiệp nhỏ. Với sự phổ biến của biến áp một pha, người dùng công nghiệp và thương mại nhỏ có thể lắp đặt các biến áp chuyên dụng. Hướng dẫn bởi chính sách điện và giá cả, việc sử dụng biến áp chuyên dụng sẽ trở nên phổ biến hơn, tách biệt chiếu sáng dân dụng khỏi điện công nghiệp ba pha. Thay thế biến áp ba pha bằng biến áp một pha khi thích hợp có thể giảm tổn thất trên đường dây điện áp thấp chung và biến áp chung, cân bằng tải và cải thiện độ ổn định điện áp tại đầu người dùng.

2.2 Vấn đề khi sử dụng biến áp một pha

Hiện nay, hầu hết các biến áp phân phối một pha sử dụng thép silic cán nguội chất lượng cao (đã được xử lý nhiệt) làm vật liệu lõi, sản xuất bằng công nghệ cuộn lõi. Tổn thất không tải/tải và tiếng ồn hoạt động của chúng thấp hơn nhiều so với biến áp ba pha loại S9.

Với nhãn kết nối nhóm I/I₀, có hai phương pháp đấu dây chính:

• Ba điểm đấu (bên điện áp thấp): Một cuộn dây có điểm giữa nối đất, tạo thành hai cuộn dây. Tỷ lệ điện áp: 10 kV/0.22 kV. Đấu dây: Xem Hình 1 (a₁, a₂ = dây pha; x = dây trung tính).

• Bốn điểm đấu (bên điện áp thấp): Hai cuộn dây (không có kết nối điện giữa chúng). Tỷ lệ điện áp (cao đến thấp): 10 kV/0.22 kV. Đấu dây: Xem Hình 2.

Trong hình, a₁, a₂ là dây pha, và x₁, x₂, x là dây trung tính. Khi sử dụng biến áp một pha, lưu ý những điều sau:

• Đối với nguồn cung cấp điện, bên điện áp thấp thường sử dụng cấu hình ba dây. Lấy x₁/x₂/x làm dây trung tính (phải được nối đất đáng tin cậy). a_1 ，a₂ (dây pha) không được song song; phân phối tải đều để giảm thiểu dòng điện trung tính tại điểm đấu dây điện áp thấp và giảm tổn thất.

• Đối với nguồn cung cấp điện áp thấp, sử dụng hệ thống TT (trung tính có thể điều khiển) hoặc hệ thống TN (trung tính không thể điều khiển).

• Chọn điểm đấu dây điện áp cao dựa trên dòng điện ba pha tại đầu ra 10 kV của trạm biến áp. Dòng điện không cân bằng làm tăng tổn thất của biến áp chính, gây ra điện áp thứ tự âm và rủi ro vận hành sai bảo vệ. Đo dòng điện tại đầu ra 10 kV trước và đặt điểm đấu dây theo quy tắc cân bằng dòng điện.

• Biến áp một pha phù hợp với tải một pha. Khảo sát thành phần và bố trí tải; tách riêng tải một pha và ba pha, đặt biến áp gần tải để tăng hiệu quả.

• Làm dự báo tải; chọn biến áp 20-100 kVA (khoảng công suất điển hình).

• Đối với nguồn cung cấp điện áp thấp, lắp đặt công tắc phân đoạn hoặc công tắc liên kết (nếu có thể) để cải thiện độ tin cậy.