Một máy biến áp nối đất zig-zag, còn được gọi là máy biến áp tiếp đất zig-zag hoặc máy biến áp tiếp đất trung tính, là một loại máy biến áp chuyên dụng được sử dụng trong hệ thống điện trung áp. Chức năng chính của nó không phải là biến đổi điện áp hay truyền tải công suất phụ tải, mà là tạo ra một điểm trung tính ổn định cho các hệ thống không có điểm trung tính, hoặc nơi điểm trung tính không dễ dàng tiếp cận.
Điểm trung tính này sau đó có thể được kết nối với một cuộn dập hồ quang, điện trở tiếp đất trung tính hoặc cuộn kháng nhỏ để hỗ trợ tiếp đất hệ thống, kiểm soát dòng điện sự cố và phối hợp bảo vệ.
Nhà sản xuất máy biến áp tiếp đất zig-zag ngâm dầu IEC
Tại sao cần máy biến áp nối đất?
Trong các mạng phân phối điện áp trung bình như 6 kV, 10 kV, 35 kV và tương tự, phía hạ áp của máy biến áp chính thường được đấu nối tam giác, hoặc điểm sao không được đưa ra ngoài. Do đó, hệ thống không có điểm trung tính để nối đất trong quá trình vận hành bình thường.
Tuy nhiên, điểm trung tính vẫn cần thiết vì một số lý do sau:
-
Hạn chế quá điện áp hồ quang nối đất
Trong quá trình sự cố chạm đất một pha, dòng điện dung lớn có thể gây ra hồ quang gián đoạn tại điểm sự cố. Điều này có thể sinh ra quá điện áp cao đe dọa cáp, thiết bị đóng cắt, máy biến áp đo lường và các thiết bị khác.
-
Cung cấp đường dẫn dòng điện thứ tự không
Sự cố chạm đất sinh ra dòng điện thứ tự không. Nếu không có điểm trung tính, sẽ không có đường về ổn định, và bảo vệ thứ tự không có thể không hoạt động nhạy bén.
-
Hỗ trợ cuộn kháng dập hồ quang hoặc nối đất điện trở thấp
Khi đấu nối qua cuộn kháng dập hồ quang, hệ thống có thể bù dòng điện dung chạm đất. Khi đấu nối qua điện trở nối đất trung tính, dòng điện sự cố có thể được hạn chế trong khi vẫn đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của bảo vệ thứ tự không.
-
Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện
Nhiều hệ thống điện áp trung bình cho phép vận hành ngắn hạn trong quá trình sự cố chạm đất một pha. Sơ đồ nối đất trung tính được thiết kế đúng cách giúp duy trì điện áp hệ thống ổn định cho đến khi sự cố được xử lý.
Do đó, khi hệ thống điện không cung cấp điểm trung tính, máy biến áp nối đất được sử dụng để tạo ra điểm này.
Cấu trúc của máy biến áp nối đất kiểu zích-zắc
Máy biến áp nối đất kiểu zích-zắc thường có kết cấu lõi thép tương tự như máy biến áp ba pha thông thường, nhưng cách đấu dây của nó khác biệt.
Mỗi cuộn dây pha được chia thành hai nửa bằng nhau với chiều ngược nhau. Các nửa này được quấn trên các trụ lõi khác nhau và sau đó đấu nối tiếp theo sơ đồ zích-zắc. Điểm chung của ba pha được đưa ra ngoài làm điểm trung tính N.
Ví dụ, pha A không chỉ được quấn trên trụ lõi pha A. Một phần cuộn dây của nó được liên kết với một pha khác, chẳng hạn như pha B hoặc pha C. Sau khi đấu chéo, các cuộn dây tạo thành mô hình zích-zắc.
Các nhóm vector phổ biến bao gồm:
- ZN: Phía cao áp đấu nối zích-zắc và điểm trung tính được đưa ra ngoài;
- ZNyn1 / ZNyn11: Phía cao áp đấu nối zích-zắc và phía hạ áp có cuộn dây thứ cấp đấu sao, đồng thời có thể dùng làm máy biến áp tự dùng trạm.
Nhà sản xuất máy biến áp nối đất ngâm dầu Trung Quốc
Máy biến áp nối đất kiểu zíc-zắc hoạt động như thế nào?
Đặc điểm chính của máy biến áp nối đất kiểu zíc-zắc là nó tạo ra trở kháng cao đối với dòng điện thứ tự thuận và thứ tự nghịch, nhưng lại có trở kháng thấp đối với dòng điện thứ tự không.
1. Trong điều kiện bình thường: vận hành gần như không tải
Khi điện áp hệ thống ba pha cân bằng, chỉ có một dòng điện từ hóa nhỏ chạy qua máy biến áp nối đất. Cuộn dây zíc-zắc tạo ra trở kháng từ hóa cao đối với điện áp thứ tự thuận và thứ tự nghịch, do đó tổn hao bình thường rất thấp và máy biến áp hầu như không tiêu thụ công suất tác dụng.
2. Khi xảy ra sự cố chạm đất một pha: đường dẫn trở kháng thấp cho dòng điện sự cố
Khi xảy ra sự cố chạm đất một pha, điện áp thứ tự không và dòng điện thứ tự không xuất hiện. Dòng điện thứ tự không chạy từ điểm trung tính vào các cuộn dây ba pha. Dòng điện thứ tự không trong cả ba pha có độ lớn bằng nhau và cùng pha.
Do hai nửa cuộn dây trên cùng một trụ lõi có chiều quấn ngược nhau và cực tính ngược nhau, sức từ động thứ tự không của chúng triệt tiêu lẫn nhau. Do đó, từ thông thứ tự không kết quả rất nhỏ.
Kết quả là, trở kháng thứ tự không chủ yếu được xác định bởi điện kháng rò và vẫn ở mức tương đối thấp. Giá trị chính xác phụ thuộc vào cấp điện áp hệ thống, thiết kế cuộn dây, chi tiết chế tạo và yêu cầu của dự án.
Điều này tạo ra đường dẫn trở kháng thấp cho dòng điện thứ tự không, cho phép dòng điện sự cố chạy trơn tru qua điểm trung tính vào thiết bị nối đất.
Tại sao sơ đồ nối zíc-zắc được ưu tiên cho máy biến áp nối đất?
Máy biến áp nối đất không chỉ giới hạn ở kiểu nối zíc-zắc, nhưng cách bố trí zíc-zắc mang lại những ưu điểm rõ ràng trong các ứng dụng nối đất điện áp trung thế.
1. Trở kháng thứ tự không thấp
Cuộn dây zíc-zắc cho phép các sức từ động thứ tự không triệt tiêu trên mỗi trụ lõi, dẫn đến trở kháng thứ tự không thấp và dòng điện sự cố chạm đất chạy trơn tru.
2. Tổn hao vận hành bình thường thấp
Trong điều kiện cân bằng, máy biến áp chỉ tiêu thụ một dòng điện từ hóa nhỏ và vận hành gần như không tải, giúp duy trì tổn hao dự phòng ở mức thấp.
3. Khả năng tương thích tốt với cuộn kháng dập hồ quang và điện trở nối đất trung tính
Đối với nối đất bằng cuộn kháng dập hồ quang, máy biến áp zíc-zắc cho phép dòng điện bù chạy tự do, cho phép tận dụng cao dung lượng của cuộn kháng.
Đối với nối đất điện trở thấp, nó cung cấp dòng điện thứ tự không đủ cho hoạt động bảo vệ nhạy bén và đáng tin cậy.
Để so sánh, khi sử dụng máy biến áp YNyn thông thường để kết nối cuộn kháng dập hồ quang, dung lượng cuộn kháng thường bị giới hạn ở một tỷ lệ nhỏ so với định mức của máy biến áp. Với máy biến áp YNd, mức độ tận dụng cũng bị hạn chế bởi phụ tải thứ cấp và các tổn hao bổ sung.
4. Cũng có thể đóng vai trò là máy biến áp tự dùng trạm
Nhiều máy biến áp nối đất kiểu zíc-zắc được trang bị cuộn dây thứ cấp điện áp thấp, tạo thành sơ đồ nối ZNyn. Điều này cho phép thiết bị vừa cung cấp điểm nối đất trung tính vừa cung cấp nguồn điện phụ trợ 380/220 V cho trạm biến áp, giảm thiểu yêu cầu về vốn đầu tư và không gian.
5. Khả năng ức chế một phần các thành phần sóng hài bậc ba
Sơ đồ nối zíc-zắc có thể giúp ức chế sóng hài bậc ba và các thành phần sóng hài thứ tự không khác, cải thiện chất lượng dạng sóng điện áp. Tuy nhiên, đây thường là một lợi ích thứ yếu hơn là lý do chính để lựa chọn.
Máy biến áp nối đất kiểu zíc-zắc so với máy biến áp thông thường
| Hạng mục so sánh |
Máy biến áp tiếp địa zíc-zắc |
Máy biến áp thông thường |
| Mục đích chính |
Tạo điểm trung tính nhân tạo và hỗ trợ bảo vệ tiếp địa |
Biến đổi điện áp và truyền tải công suất |
| Kết cấu dây quấn |
Mỗi pha được chia thành hai phần với đấu nối zíc-zắc |
Đấu nối Y, Δ hoặc YN tiêu chuẩn |
| Điểm trung tính |
Được đưa ra riêng để tiếp địa |
Có thể không có hoặc không được sử dụng để tiếp địa |
| Tổng trở thứ tự không |
Thấp, phù hợp với dòng điện thứ tự không |
Cao hơn, hạn chế dòng điện thứ tự không |
| Điều kiện vận hành |
Gần như không tải trong vận hành bình thường; chịu dòng sự cố ngắn hạn |
Mang tải liên tục trong vận hành bình thường |
| Ứng dụng điển hình |
Tiếp địa trung thế, cuộn dập hồ quang, điện trở tiếp địa trung tính |
Máy biến áp chính và máy biến áp phân phối |
Máy biến áp tiếp địa ngâm dầu kiểu Z OEM Trung Quốc
Ứng dụng điển hình
-
Mạng phân phối 10 kV và 35 kV
Được sử dụng khi phía hạ áp của máy biến áp chính được đấu nối hình tam giác hoặc trung tính hệ thống không khả dụng.
-
Hệ thống tiếp địa cuộn dập hồ quang
Được sử dụng để bù dòng điện chạm đất dung kháng, dập tắt sự cố hồ quang và hạn chế quá điện áp quá độ.
-
Hệ thống tiếp địa điện trở thấp
Được sử dụng để hạn chế dòng điện chạm đất đồng thời đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của bảo vệ thứ tự không.
-
Nhà máy năng lượng tái tạo, mạng lưới công nghiệp và trung tâm dữ liệu
Được sử dụng trong các hệ thống giao diện biến tần, mạng đấu nối hình tam giác hoặc hệ thống điện cô lập nhằm cung cấp điểm tiếp địa ổn định và cải thiện hiệu suất điện áp mất cân bằng cũng như hiệu quả bảo vệ.
Các cân nhắc về lựa chọn và vận hành
- Phù hợp với cấp điện áp hệ thống, chẳng hạn như 6 kV, 10 kV hoặc 35 kV, so với điện áp định mức của hệ thống.
- Thiết kế tổng trở thứ tự không một cách cẩn thận. Giá trị quá thấp có thể làm tăng dòng sự cố quá mức; giá trị quá cao có thể làm giảm độ nhạy bảo vệ. Nó phải được phối hợp với điện trở tiếp địa trung tính hoặc cuộn dập hồ quang.
- Chọn công suất phù hợp. Khi chỉ sử dụng cho tiếp địa, định mức sơ cấp phải phù hợp với cuộn dập hồ quang hoặc điện trở tiếp địa trung tính. Khi chỉ đấu nối cuộn dập hồ quang, công suất sơ cấp thường được chọn ở mức 1,05 đến 1,15 lần định mức cuộn dây theo thông lệ kỹ thuật. Nếu có cấp nguồn cho phụ tải thứ cấp, phải cộng thêm phụ tải tự dùng trạm.
- Kiểm tra khả năng chịu nhiệt ngắn hạn. Máy biến áp hoạt động gần như không tải trong điều kiện bình thường nhưng phải chịu được dòng điện chạm đất ngắn hạn.
- Xác nhận tổ đấu dây, chẳng hạn như ZN, ZNyn1 hoặc ZNyn11, tùy theo yêu cầu về bảo vệ, đo lường và nguồn điện phụ trợ.
- Xác minh xem có thực sự cần máy biến áp tiếp địa hay không. Nếu máy biến áp chính đã có điểm trung tính có thể truy cập, ví dụ trong một số hệ thống đấu nối YN 35 kV hoặc 110 kV, thì có thể không cần máy biến áp tiếp địa riêng biệt.
Mối quan hệ với các tiêu chuẩn IEC
Trong khuôn khổ IEC, máy biến áp tiếp địa kiểu zíc-zắc thường được thiết kế và thử nghiệm theo các yêu cầu chung đối với máy biến áp lực trong dòng tiêu chuẩn IEC 60076. IEC 60076-25 chủ yếu đề cập đến điện trở tiếp địa trung tính và công nhận rõ ràng việc sử dụng chúng cùng với máy biến áp zíc-zắc, máy biến áp đấu hở tam giác và cuộn dập hồ quang.
Trong thực tế, máy biến áp tiếp địa zíc-zắc được quy định và xác minh theo tổng trở thứ tự không yêu cầu, dòng sự cố ngắn hạn, điện áp định mức, phương pháp làm mát, mức cách điện và chương trình thử nghiệm. Việc tuân thủ bất kỳ dự án cụ thể nào luôn phải được xác nhận dựa trên đặc tả kỹ thuật hợp đồng, phiên bản tiêu chuẩn hiện hành và các báo cáo thử nghiệm của bên thứ ba.
Tóm tắt
Máy biến áp tiếp địa zíc-zắc là một loại máy biến áp đặc biệt tạo ra điểm trung tính nhân tạo thông qua cách bố trí cuộn dây zíc-zắc. Nó được sử dụng rộng rãi vì có tổng trở cao trong điều kiện cân bằng bình thường, dẫn đến tổn thất thấp, đồng thời cung cấp tổng trở thấp cho dòng điện thứ tự không trong quá trình sự cố chạm đất một pha. Điều này làm cho nó rất phù hợp cho cuộn dập hồ quang, điện trở tiếp địa trung tính và các sơ đồ bảo vệ thứ tự không.
So với các máy biến áp thông thường, máy biến áp tiếp địa zíc-zắc mang lại những ưu điểm rõ rệt trong mạng phân phối trung áp, đặc biệt là đối với việc kiểm soát dòng điện chạm đất, tiếp địa hệ thống và nâng cao độ tin cậy.
Đăng nhập
