Vì sao máy biến áp nối đất phân phối lại sử dụng cuộn dây zích-zắc một cách áp đảo?

1. Trở kháng thứ tự không rất thấp tạo đường dẫn dòng điện thứ tự không hiệu quả

Đây là ưu điểm vật lý cốt lõi của cuộn dây zíc-zắc. Mỗi cuộn dây pha của máy biến áp zíc-zắc được chia thành hai nửa, quấn theo hai hướng ngược nhau trên hai trụ lõi khác nhau. Khi xảy ra sự cố chạm đất một pha, từ thông thứ tự không trong lõi sẽ triệt tiêu lẫn nhau do cách đấu nối ngược đặc biệt của các cuộn dây, dẫn đến trở kháng thứ tự không cực kỳ thấp.

Để so sánh, từ thông thứ tự không của các máy biến áp Y hoặc Δ thông thường chỉ có thể chạy qua đường dẫn từ thông tản, dẫn đến trở kháng thứ tự không rất cao. Đặc tính trở kháng thấp của kiểu đấu zíc-zắc đảm bảo dòng điện sự cố có thể chạy trơn tru, cung cấp tín hiệu đầy đủ cho các rơ le bảo vệ.

Máy biến áp nối đất/nối đất trung tính ba pha

2. Hiệu suất sử dụng công suất cao, phá vỡ "Giới hạn 20%" của các máy biến áp thông thường

Khi cuộn dập hồ quang hoặc điện trở nối đất được đưa vào mạng phân phối, kiểu đấu zíc-zắc thể hiện hiệu quả kinh tế cao. Nếu sử dụng máy biến áp phân phối tiêu chuẩn làm máy biến áp nối đất để mang cuộn dập hồ quang, công suất cuộn dây không được vượt quá 20% công suất máy biến áp. Ngược lại, do thiết kế mạch từ tự cân bằng, máy biến áp nối đất zíc-zắc có thể chịu được phần lớn công suất của chính nó dưới dạng tải cuộn dập hồ quang.

Trong lựa chọn kỹ thuật thực tế, công suất định mức phía sơ cấp của máy biến áp nối đất zíc-zắc thường được chọn lớn hơn một chút so với công suất cuộn dập hồ quang.

3. Không cần cuộn dây thứ cấp, giảm thiểu tổn hao không tải

Nếu trung tính sơ cấp của máy biến áp thông thường được nối đất, cần có cuộn dây thứ cấp (chẳng hạn như cuộn dây tam giác) để cung cấp đường dẫn kín cho dòng điện thứ tự không; nếu không, trở kháng từ hóa sẽ cực kỳ cao và dòng điện thứ tự không không thể chạy qua. Kiểu đấu zíc-zắc tạo thành đường dẫn thứ tự không mà không cần cuộn dây thứ cấp.

Trong quá trình vận hành hệ thống bình thường, máy biến áp nối đất zíc-zắc hoạt động như ở trạng thái hở mạch. Do điện áp điểm trung tính gần bằng không, chỉ có dòng điện từ hóa rất nhỏ chạy qua các cuộn dây, dẫn đến tổn hao không tải cực kỳ thấp. Dòng điện sự cố thứ tự không chỉ chạy trong thời gian ngắn của sự cố chạm đất một pha (trong vòng vài giây để bảo vệ thứ tự không hoạt động, hoặc tối đa 2 giờ trong quá trình bù cuộn dập hồ quang).

4. Ức chế sóng hài bậc ba, cải thiện dạng sóng điện áp

Các tải phi tuyến như bộ chỉnh lưu và truyền động biến tần tạo ra dòng điện hài bậc ba đáng kể. Trong các hệ thống bốn dây ba pha thông thường, dòng điện hài bậc ba tích tụ trong dây trung tính, gây ra dòng điện trung tính quá mức và quá nhiệt nghiêm trọng. Kiểu đấu zíc-zắc có trở kháng thấp đối với dòng điện hài bậc ba, cho phép chúng chạy tuần hoàn trong các cuộn dây và triệt tiêu lẫn nhau, từ đó giảm hiệu quả hàm lượng sóng hài trong điện áp pha và dòng điện trung tính.

5. Cân bằng mạch từ, ngăn ngừa bão hòa lõi sâu

Trong hệ thống trung tính không nối đất khi xảy ra sự cố chạm đất một pha, điện áp pha-đất của các pha lành tăng lên đến điện áp dây (tức là tăng sqrt(3) lần). Đối với máy biến áp lõi ba trụ thông thường, sự thay đổi điện áp này có thể dễ dàng gây ra bão hòa lõi sâu, có khả năng làm hỏng máy biến áp trong các trường hợp nghiêm trọng. Trong kiểu đấu zíc-zắc, mỗi cuộn dây pha được phân bố trên hai trụ lõi, và các sức từ động trong quá trình sự cố đạt được tự cân bằng thông qua ghép chéo, ngăn chặn hiệu quả hiện tượng bão hòa lõi và đảm bảo ổn định nhiệt trong thời gian sự cố một pha.

Tóm tắt

Việc sử dụng máy biến áp tiếp địa zíc-zắc trong mạng phân phối về cơ bản là một phương pháp tạo ra điểm trung tính nhân tạo có tổng trở thấp mà không làm thay đổi cấu trúc mạng lưới ban đầu. Nó giải quyết các thách thức kỹ thuật sau:

• Trong quá trình vận hành bình thường: Điện áp điểm trung tính gần bằng không, tổn hao không tải ở mức tối thiểu và cân bằng điện áp ba pha không bị ảnh hưởng.
• Trong trường hợp sự cố: Tổng trở thứ tự không rất thấp cung cấp một đường dẫn xác định cho dòng điện sự cố, đảm bảo bù cuộn kháng dập hồ quang hoặc vận hành rơ le bảo vệ.
• Tính kinh tế và an toàn: Nó khắc phục được hạn chế công suất 20% của máy biến áp thông thường và cung cấp khả năng chống bão hòa mạnh mẽ, biến nó trở thành lựa chọn tiêu chuẩn và tối ưu để thiết lập các điểm trung tính nhân tạo trong mạng phân phối 6 kV, 10 kV và 35 kV.

Biên tập từ：Echo