Máy biến áp nối đất là gì?
Máy biến áp nối đất (thường được gọi là "bộ nối đất") được thiết kế để cung cấp một điểm trung tính nhân tạo cho các hệ thống điện thiếu điểm này. Điều này cho phép kết nối các cuộn dập hồ quang (cuộn Petersen) hoặc nối đất điện trở thấp. Mục đích chính của nó là hạn chế dòng điện dung trong sự cố chạm đất, từ đó nâng cao độ tin cậy của mạng lưới phân phối.
Máy biến áp nối đất được phân loại theo môi trường cách điện (ngâm dầu hoặc kiểu khô) và cấu hình pha (một pha hoặc ba pha).
Thách thức trong các hệ thống không nối đất
Trong các mạng lưới 6kV, 10kV và 35kV, điểm trung tính thường không được nối đất. Do phía hạ áp của các máy biến áp chính thường được đấu nối tam giác, nên không có điểm trung tính vật lý nào có sẵn để nối đất.
Mặc dù các hệ thống không nối đất có thể chịu đựng được sự cố chạm đất một pha trong 1-2 giờ, nhưng các lưới điện đô thị hiện đại với hệ thống cáp rộng khắp đã làm tăng đáng kể dòng điện dung. Khi các dòng điện này vượt quá 10A, một số rủi ro sẽ phát sinh:
- Phóng hồ quang gián đoạn: Điều này có thể gây ra quá điện áp lên tới 4 lần điện áp đỉnh bình thường, đe dọa cách điện của thiết bị.
- Cộng hưởng: Nó có thể kích hoạt cộng hưởng sắt từ, gây hư hỏng tiềm ẩn cho máy biến điện áp và chống sét van.
- Ngắn mạch pha-pha: Hồ quang có thể ion hóa không khí xung quanh, dẫn đến các ngắn mạch nghiêm trọng hơn.
Để giảm thiểu những rủi ro này, cần có một điểm trung tính nhân tạo để kết nối các thiết bị bù.
Ứng dụng toàn cầu và đấu nối Z
- Tại Trung Quốc: Máy biến áp nối đất thường sử dụng kiểu đấu nối Zig-Zag (Z). Để tiết kiệm không gian và chi phí đầu tư, một cuộn dây tam cấp thường được thêm vào để cấp nguồn cho các phụ tải phụ trợ của trạm biến áp.
- Trên quốc tế: Máy biến áp đấu nối Z cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống không nối đất 10kV. Chúng thể hiện trở kháng cao đối với dòng điện thứ tự thuận và nghịch nhưng trở kháng thấp đối với dòng điện thứ tự không, đảm bảo hoạt động bảo vệ nối đất đáng tin cậy.
Thiết bị ba pha so với một pha
- Ba pha (Đấu nối Z): Không giống như các máy biến áp tiêu chuẩn, mỗi cuộn dây pha được chia thành hai nhóm quấn theo hướng ngược nhau trên các trụ lõi thép khác nhau. Điều này cho phép từ thông thứ tự không chạy qua các trụ lõi thép, dẫn đến trở kháng thứ tự không rất thấp (khoảng 10Ω). Do đó, máy biến áp đấu nối Z có thể mang cuộn kháng dập hồ quang với công suất từ 90%–100% định mức của nó.
- Một pha: Những thiết bị này chủ yếu được sử dụng để tạo ra điểm trung tính cho các tủ điện trở nối đất trung tính của máy phát điện hoặc máy biến áp, giúp giảm kích thước và chi phí của bộ điện trở.
Đặc tính vận hành chính
- Trở kháng thứ tự không thấp: Đảm bảo đầu ra hiệu quả của dòng điện thứ tự không.
- Trở kháng kích từ cao: Giảm thiểu dòng điện không tải.
- Tổn hao không tải thấp: Cải thiện hiệu suất năng lượng trong quá trình vận hành hàng ngày.
So sánh các phương pháp đấu nối
- Đấu nối YNyn:
Sử dụng lõi thép ba trụ. Tuy nhiên, từ thông thứ tự không không thể khép kín trong lõi thép và phải đi qua thùng máy và các kết cấu kẹp, gây ra quá nhiệt cục bộ. Các quy định giới hạn nghiêm ngặt cuộn kháng dập hồ quang được kết nối ở mức 20% định mức của máy biến áp.
- Đấu nối YNd:
Cuộn thứ cấp đấu tam giác cung cấp đường dẫn cho dòng điện thứ tự không, làm giảm trở kháng. Tuy nhiên, rất khó để cấp nguồn cho các phụ tải chiếu sáng và động lực hỗn hợp từ cuộn dây đấu tam giác. Công suất của cuộn kháng dập hồ quang bị giới hạn ở mức 50% nếu cuộn thứ cấp mang tải đầy đủ.
- Kết nối ZNyn (Tiêu chuẩn ngành):
Đây là cấu hình phổ biến nhất trên toàn cầu. Kết nối Zig-Zag triệt tiêu các sức từ động thứ tự không trên cùng một trụ lõi, dẫn đến từ thông rò tối thiểu và tổng trở rất thấp.
Công suất: Nó có thể hỗ trợ cuộn kháng dập hồ quang bằng chính định mức của nó.
Nguồn phụ trợ: Thứ cấp yn cho phép cung cấp cho các phụ tải cục bộ hoặc dịch vụ trạm (thường từ 80-200 kVA).
Ghi chú thiết kế: Do cách bố trí vectơ, kết nối Z yêu cầu số vòng dây nhiều hơn khoảng 1,15 đến 1,16 lần so với kết nối Sao tiêu chuẩn cho cùng một điện áp.
Nguyên lý làm việc
Trong trường hợp chạm đất một pha (ví dụ: Pha C), dòng điện sự cố chạy qua đất vào điểm trung tính. Sau đó, nó chia đều vào ba pha của máy biến áp nối đất.
Do dòng điện trong hai cuộn dây trên cùng một trụ lõi bằng nhau và ngược chiều, lực từ của chúng triệt tiêu lẫn nhau. Điều này dẫn đến tổng trở thứ tự không cực thấp (thường từ 6-10Ω, so với 600Ω đối với kết nối Sao). Tổng trở thấp này cho phép dòng điện bù chảy tự do trong khi duy trì điện áp dây đối xứng, đảm bảo hệ thống luôn an toàn và ổn định.
Đăng nhập
