Máy biến áp thay đổi điện áp xoay chiều thông qua cảm ứng điện từ. Nếu máy biến áp làm tăng điện áp, nó sẽ làm giảm dòng điện với xấp xỉ cùng công suất biểu kiến truyền tải, không kể tổn thất. Các kết nối cuộn dây ba pha và nhóm vectơ cũng xác định khả năng cung cấp trung tính, ứng xử thứ tự không và độ lệch pha. Hướng dẫn này giải thích hoạt động tăng áp/hạ áp, dòng điện xoay chiều so với dòng điện một chiều, đấu nối hình sao và tam giác, ký hiệu vectơ, vận hành song song và điều chỉnh điện áp.
Điện áp, Dòng điện và Tỷ số vòng dây
Đối với một máy biến áp lý tưởng:
V₂ ÷ V₁ = N₂ ÷ N₁
Tỷ số điện áp tuân theo số vòng dây. Dòng điện thay đổi ngược lại:
I₂ ÷ I₁ = N₁ ÷ N₂
Máy biến áp tăng áp từ 400 V lên 10 kV làm tăng điện áp lên 25 lần và trên lý thuyết làm giảm dòng điện xuống một phần hai mươi lăm. Công suất đầu ra thực tế thấp hơn một chút do các tổn hao trong cuộn dây, lõi thép và tổn hao tản mát sinh ra nhiệt.
Máy biến áp tăng áp và giảm áp
Máy biến áp tăng áp có điện áp đầu ra cao hơn điện áp đầu vào theo chiều dòng điện đã nêu. Nó được sử dụng tại các máy phát điện và nhà máy năng lượng tái tạo để giảm dòng điện truyền tải. Máy biến áp hạ áp cung cấp điện áp thấp hơn cho lưới phân phối và các tải tiêu thụ.
Nhiều máy biến áp có thể truyền tải công suất theo bất kỳ hướng nào nếu cấu hình, đầu phân áp, hệ thống bảo vệ và nối đất của hệ thống cho phép. “Sơ cấp” và “thứ cấp” thường mô tả các phía nguồn và tải dự kiến, trong khi cao thế/hạ thế xác định các cuộn dây điện áp một cách rõ ràng hơn.
Bảng so sánh và lựa chọn nhanh
Sử dụng bảng này như một phần tóm tắt nhanh về các quyết định kỹ thuật và mua sắm chính được giải thích trong bài viết.
| Khu vực quyết định | Ý nghĩa thực tiễn | Cần xác minh những gì |
|---|---|---|
| Điện áp, Dòng điện và Tỷ số vòng dây | Đối với một máy biến áp lý tưởng: V₂ ÷ V₁ = N₂ ÷ N₁. Tỷ số điện áp tỷ lệ thuận với số vòng cuộn dây. | Sự thay đổi dòng điện ngược lại: I₂ ÷ I₁ = N₁ ÷ N₂ Một máy biến áp tăng áp từ 400 V lên 10 kV làm tăng điện áp lên 25 lần và theo lý tưởng thì giảm dòng điện xuống một phần hai mươi lăm. |
| Máy biến áp tăng áp và giảm áp | Máy biến áp tăng áp có điện áp đầu ra cao hơn điện áp đầu vào theo chiều dòng điện đã nêu. | Nó được sử dụng tại các máy phát điện và nhà máy năng lượng tái tạo để giảm dòng điện truyền tải. |
| Máy biến áp có hoạt động với điện áp DC không? | Biến áp thông thường đòi hỏi từ thông biến thiên. | Dòng điện một chiều ổn định không liên tục cảm ứng điện áp thứ cấp. |
| Cuộn dây một pha và ba pha | Một máy biến áp ba pha có thể sử dụng một lõi ba nhánh hoặc một dãy các lõi một pha. | Mỗi cuộn dây pha có hai đầu có thể được nối với nhau theo kiểu hình sao (wye), tam giác hoặc, trong các thiết kế chuyên dụng, kiểu ziczac. |
| Kết nối hình sao (Đấu hình sao) | Trong mạch hình sao, một đầu của mỗi cuộn dây pha được nối với một điểm trung tính. | Điện áp dây bằng $\sqrt{3}$ lần điện áp pha, trong khi dòng điện dây bằng dòng điện pha. |
Máy biến áp có hoạt động với điện áp DC không?
Máy biến áp thông thường đòi hỏi sự biến thiên từ thông. Dòng điện một chiều (DC) ổn định không tạo ra điện áp thứ cấp liên tục. Đặt dòng DC vào một máy biến áp thông thường có thể tạo ra dòng điện rất cao, bị giới hạn chủ yếu bởi điện trở của cuộn dây, gây ra hiện tượng quá nhiệt nhanh chóng và hư hỏng. Các hệ thống chuyển đổi DC sử dụng các thiết bị chuyển mạch điện tử để tạo ra dạng sóng xoay chiều hoặc xung trước khi thực hiện biến đổi từ tính.
Cuộn dây một pha và ba pha
Một máy biến áp ba pha có thể sử dụng một lõi ba trụ hoặc một tổ hợp các máy biến áp đơn pha. Mỗi cuộn dây pha có hai đầu có thể được đấu nối với nhau theo kiểu hình sao (wye), tam giác hoặc, trong các thiết kế chuyên dụng, kiểu dích dắc. Kiểu đấu nối này làm thay đổi mối quan hệ giữa điện áp dây/pha và đặc tính hoạt động của hệ thống.
Kết nối hình sao (Đấu hình sao)
Trong kiểu đấu hình sao, một đầu của mỗi cuộn dây pha nối với một điểm trung tính. Điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha, trong khi dòng điện dây bằng dòng điện pha. Điểm trung tính có thể được nối đất và sử dụng cho các tải một pha. Lớp cách điện trên mỗi pha có thể thấp hơn điện áp dây, điều này có lợi cho các cuộn dây điện áp cao.
Delta Connection
Trong cấu hình tam giác, các cuộn dây pha tạo thành một vòng khép kín. Điện áp dây bằng điện áp pha, trong khi dòng điện dây bằng $\sqrt{3}$ lần dòng điện pha. Cấu hình tam giác tạo ra một đường dẫn cho dòng điện tuần hoàn bậc sóng hài ba (triplen) và thứ tự không, đồng thời ngăn chặn dòng điện thứ tự không đi trực tiếp đến các đầu cực đường dây.
Các kết nối ba pha phổ biến
- Yy: đấu sao-sao; các dây trung tính có thể có sẵn nhưng thứ tự không và sóng hài đòi hỏi phải được xử lý cẩn thận.
- Dyn: đấu tam giác phía cao áp, đấu sao phía hạ áp có trung tính; được sử dụng rộng rãi cho phân phối điện.
- Yd: cuộn cao áp đấu hình sao và cuộn hạ áp đấu hình tam giác; được sử dụng ở nơi mà cuộn thứ cấp đấu hình tam giác phù hợp với hệ thống.
- Dd: tam giác-tam giác; không có dây trung tính và không có độ lệch 30 độ nội tại.
- Zic zắc hữu ích cho việc kết nối đất, tạo hình trung tính và kiểm soát hòa âm.
Cách hoạt động của ký hiệu vectơ
Các chữ cái dùng để chỉ định các kiểu đấu dây: D/d cho tam giác, Y/y cho hình sao và Z/z cho zic-zắc. Chữ in hoa thường biểu thị cuộn dây cao áp và chữ thường biểu thị cuộn dây hạ áp. “N” hoặc “n” biểu thị một điểm trung tính có thể tiếp cận.
Số hiệu mặt đồng hồ thể hiện độ dịch pha điện áp hạ áp (LV) so với cao áp (HV) theo bội số của 30 độ. Do đó, Dyn11 mô tả cuộn cao áp đấu tam giác, cuộn hạ áp đấu sao có trung tính và độ dịch pha ở vị trí 11 giờ. Quy ước tham chiếu chính xác tuân theo tiêu chuẩn hiện hành.
Tại sao Nhóm Véc-tơ lại Quan trọng
Nhóm vectơ ảnh hưởng đến góc pha của hệ thống, việc nối đất, dòng điện sự cố đất, hiện tượng sóng hài và khả năng kết nối song song. Việc thay thế máy biến áp không phù hợp có thể khiến các điện áp phía thứ cấp bị lệch pha, dẫn đến việc kết nối song song trở nên nguy hiểm và làm gián đoạn cơ chế bù của hệ thống bảo vệ vi sai.
Yêu cầu Máy biến áp Song song
Trước khi ghép nối song song, hãy kiểm tra:
- cùng tỷ số điện áp và vị trí đầu phân áp tương thích;
- cùng cực tính và thứ tự pha;
- cùng nhóm vectơ hoặc độ dịch pha giống hệt nhau;
- tỷ lệ phần trăm tổng trở và tỷ số X/R tương tự nhau;
- công suất kVA tương thích để chia sẻ tải tỷ lệ;
- định mức sự cố kết hợp đầy đủ của thiết bị đóng cắt và thanh cái.
Sự khác biệt nhỏ về tỷ số biến áp gây ra dòng điện tuần hoàn ngay cả khi không có tải. Sự khác biệt về tổng trở gây ra tải phần trăm không đều, do đó một máy có thể bị quá tải trước khi đạt đến công suất định mức kết hợp.
Điều chỉnh điện áp máy biến áp
Điều chỉnh điện áp mô tả sự thay đổi điện áp thứ cấp giữa trạng thái không tải và có tải ở một hệ số công suất xác định. Điện kháng rò và điện trở cuộn dây gây ra sụt áp bên trong. Hệ số công suất tải ảnh hưởng đến cả độ lớn và hướng của sự thay đổi.
Bộ điều chỉnh đầu phân áp không tải điều chỉnh tỷ lệ biến áp chỉ khi ngắt điện. Bộ điều chỉnh đầu phân áp có tải (OLTC) thay đổi các đầu phân áp trong khi có điện và hoạt động với một bộ điều chỉnh điện áp tự động. Bộ điều khiển sử dụng điện áp đo được, điểm đặt, vùng chết, độ trễ và bù sụt áp đường dây để tránh các thao tác quá mức.
Hiệu ứng Bảo vệ và Kết nối
Bảo vệ so lệch phải bù tỷ số vòng dây và độ lệch pha của nhóm đấu dây. Các đấu nối biến dòng (CT) hoặc cài đặt rơ-le số cũng ngăn dòng điện thứ tự không gây tác động sai. Nối đất trung tính và bảo vệ chạm đất phụ thuộc vào điểm trung tính nào có thể tiếp cận được và được nối đất như thế nào.
Thông số sản phẩm
Cho một Máy biến áp ngâm dầu 35 kV, chỉ định điện áp Cao thế/Hạ thế, tổ đấu dây, trở kháng, các đầu phân áp và nối đất. Các thiết bị đóng gói như Trạm biến áp hợp bộ năng lượng mới 35 kV hoặc Trạm biến áp lắp ghép sẵn YBM-12 phải phối hợp đấu nối máy biến áp với bảo vệ thiết bị đóng cắt và các yêu cầu về trung tính hạ thế.
Danh sách kiểm tra xác minh
- Xác nhận điện áp và tần số hệ thống.
- Chỉ định các yêu cầu về kết nối và dây trung tính.
- Chọn nhóm véc-tơ từ hệ thống và nhu cầu song song.
- Định nghĩa trở kháng, các đầu phân áp và điều áp.
- Xác minh dòng điện thứ tự không và hành vi nối đất.
- Phối hợp bảo vệ so lệch và chạm đất.
- Kiểm tra tỷ số biến, cực tính, độ lệch pha và nhóm đấu dây trước khi đóng điện.
Cách đọc ký hiệu nhóm véc-tơ máy biến áp
Chữ cái viết hoa đầu tiên mô tả cuộn dây cao áp, chữ cái viết thường mô tả cuộn dây hạ áp, và N hoặc n xác định một điểm trung tính có thể tiếp cận. Số trên đồng hồ thể hiện độ lệch pha hạ áp so với cao áp theo các bước 30 độ. Ví dụ, Dyn11 là tam giác ở cao áp, hình sao ở hạ áp có trung tính, ở vị trí 11 giờ.
Độ cực, độ lệch pha và đấu song song
Độ cực tính thiết lập mối quan hệ đầu cực tức thời; thứ tự pha thiết lập thứ tự pha; nhóm véc-tơ thiết lập cách đấu dây và độ lệch pha. Các máy biến áp dự định vận hành song song phải cung cấp điện áp thứ cấp và góc pha tương thích, đồng thời phải có tổng trở và vị trí đầu phân áp phù hợp để tránh dòng điện tuần hoàn và chia sẻ tải không đều.
Tài liệu kỹ thuật và đọc thêm
Các nguồn độc lập sau đây hỗ trợ các tiêu chuẩn, thuật ngữ, phép tính và bối cảnh an toàn được thảo luận trong hướng dẫn này:
- Tiêu chuẩn máy biến áp lực IEC 60076-1 — Phạm vi, thuật ngữ, định mức, ký hiệu kết nối, thử nghiệm, an toàn và các yêu cầu chung đối với máy biến áp lực.
- Bộ Năng lượng Hoa Kỳ: Máy biến áp phân phối — Các định nghĩa chính thức, yêu cầu hiệu suất, quy trình thử nghiệm và tài liệu quy định đối với máy biến áp phân phối.
- các yêu cầu về truyền tải và phân phối điện năng của OSHA — Các yêu cầu về an toàn liên quan đến xây dựng và công việc xung quanh thiết bị truyền tải và phân phối điện năng.
