Điện áp trở kháng là gì?
Theo định nghĩa của IEC 60076-1, điện áp trở kháng là điện áp xoay chiều ở tần số định mức đặt vào một cuộn dây trong khi cuộn dây đối diện được nối tắt chắc chắn, được điều chỉnh cho đến khi dòng điện định mức chạy qua cuộn dây. Điện áp đặt này, được biểu thị bằng phần trăm của điện áp cuộn dây danh định, là điện áp trở kháng phần trăm Uk%.
Về mặt vật lý, Uk% biểu thị giá trị trên một đơn vị của tổng trở kháng bên trong của máy biến áp. Nó chứa hai thành phần riêng biệt: thành phần điện trở từ điện trở cuộn dây đồng và thành phần phản kháng bắt nguồn từ từ thông rò rỉ giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, được gọi là điện kháng rò rỉ. Đối với máy biến áp phân phối ngâm dầu 11kV điển hình, điện kháng rò rỉ chiếm ưu thế trên tổng trở kháng, trong khi phần điện trở tương đối nhỏ. Tất cả các kết quả kiểm tra điện áp trở kháng phải được tham chiếu đến nhiệt độ tiêu chuẩn 75 độ. Điện trở đồng tăng theo nhiệt độ; Các chỉ số trở kháng đo được sẽ bị lệch nếu bỏ qua hiệu chỉnh nhiệt độ, đây là yêu cầu bắt buộc đối với chứng chỉ kiểm tra tại nhà máy và báo cáo nghiệm thu tại hiện trường.
Một ví dụ được tham khảo rộng rãi: 11kV / 0,4kVmáy biến áp ngâm dầuđược dán nhãn điện áp trở kháng 4% có nghĩa là khi ngắn mạch cuộn dây LV, chỉ áp dụng 4% điện áp HV định mức sẽ truyền dòng điện định mức qua cuộn dây. Tỷ lệ phần trăm này trực tiếp chi phối mức dòng điện sự cố tiềm ẩn của mạng lưới phân phối hạ lưu.
Đo điện áp trở kháng thông qua kiểm tra ngắn mạch
Điện áp trở kháng thu được bằngmáy biến ápthử nghiệm ngắn mạch, một trong những thử nghiệm điển hình bắt buộc trong quá trình sản xuất và thử nghiệm nghiệm thu tại hiện trường thông thường. Quy trình kiểm tra tuân theo các bước tiêu chuẩn hóa. Đầu tiên, các cực của cuộn dây thứ cấp được nối ngắn mạch một cách an toàn theo ba pha. Một nguồn AC có tần số thay đổi phù hợp được kết nối với phía sơ cấp. Điện áp thử nghiệm được tăng dần trong khi dòng điện sơ cấp được theo dõi liên tục. Khi dòng điện sơ cấp đạt đến dòng điện định mức của máy biến áp, việc điều chỉnh điện áp sẽ dừng lại và giá trị điện áp đặt vào sẽ được ghi lại. Trở kháng phần trăm được tính bằng cách chia điện áp đo được cho điện áp định mức và nhân với 100%, sau đó được hiệu chỉnh về mặt toán học về nhiệt độ tham chiếu 75 độ.
Trong quá trình thử nghiệm ngắn mạch, mật độ từ thông bên trong lõi sắt vẫn cực kỳ thấp nên có thể bỏ qua tổn thất khi không tải. Gần như toàn bộ công suất đầu vào tiêu hao do tổn thất tải ở cuộn dây. Điều này giải thích tại sao thử nghiệm ngắn mạch được sử dụng đồng thời để đo tổn thất tải và nó thường được thực hiện cùng với thử nghiệm không tải trong bộ thử nghiệm máy biến áp hoàn chỉnh.
Phạm vi % điển hình của Vương quốc Anh & Dung sai IEC cho máy biến áp ngâm dầu 11kV
Đối với điện áp chính 11kVmáy biến áp phân phối ngâm dầubao gồm dòng S11, S13 và S22 có công suất từ 50 kVA đến 2500 kVA, các mức trở kháng tiêu chuẩn là 4%, 4,5% và 6%. 4% và 6% là các tùy chọn được chỉ định phổ biến nhất.
- Các thiết bị nhỏ hơn lên tới 500 kVA: ưu tiên trở kháng 4% để điều chỉnh điện áp vượt trội.
- Máy biến áp vừa và lớn từ 800 kVA trở lên: Trở kháng 6% thường được quy định để hạn chế dòng điện sự cố và giảm lực điện từ phá hủy cuộn dây khi xảy ra ngắn mạch.
IEC 60076 đặt ra các giới hạn dung sai rõ ràng cho điện áp trở kháng: giá trị đo được khi thử nghiệm tại nhà máy không được sai lệch quá ±7,5% so với giá trị trên nhãn. Đối với các máy biến áp được thiết kế để vận hành song song, cần có dung sai chặt chẽ hơn, thông thường trong khoảng ±2,5% giữa các máy. Điện áp trở kháng không phù hợp gây ra sự phân chia tải không đồng đều, dòng điện tuần hoàn giữa các máy biến áp song song, quá nhiệt và hỏng hóc nghiêm trọng trong các trường hợp nghiêm trọng.
Tác động của hệ thống và những đánh đổi quan trọng trong quá trình đặc tả
Điện áp trở kháng vốn không tốt cũng không xấu. Các kỹ sư phải cân bằng giữa hiệu suất điều chỉnh điện áp và giới hạn dòng điện sự cố cho từng dự án.
- Trở kháng thấp chẳng hạn như 4%: Giảm thiểu hiện tượng sụt áp thứ cấp khi tải thay đổi, cung cấp điện áp ổn định cho các tải nhạy cảm bao gồm thiết bị sản xuất chính xác, nguồn điện trung tâm dữ liệu và hệ thống y tế. Nhược điểm là dòng điện ngắn mạch tăng cao, đòi hỏi thiết bị đóng cắt, thanh cái và hệ thống cáp có khả năng chịu đựng thời gian ngắn cao hơn, làm tăng tổng chi phí vốn.
- Trở kháng cao như 6%: Dòng điện sự cố được triệt tiêu hiệu quả. Cuộn dây chịu ứng suất cơ học thấp hơn khi xảy ra sự cố ngắn mạch, cải thiện khả năng chịu ngắn mạch của máy biến áp. Sự đánh đổi là điện áp rơi lớn hơn khi đầy tải và khả năng điều chỉnh điện áp kém hơn. Điện áp cuối đường dây có thể vượt ra ngoài giới hạn cho phép khi tải nặng, cần có bộ chuyển đổi nấc hoặc bộ điều chỉnh nấc khi tải để bù
Cùng với tỷ số điện áp giống hệt nhau và nhóm vectơ phù hợp, điện áp trở kháng phù hợp là một trong ba điều kiện tiên quyết cơ bản để vận hành song song an toàn các máy biến áp phân phối.
Những quan niệm sai lầm phổ biến trong vận hành và kiểm tra
Nhiều người mua và kỹ thuật viên bảo trì cho rằng điện áp trở kháng là thông số tĩnh tại nhà máy và không thay đổi trong suốt thời gian sử dụng. Trong thực tế, các cú sốc ngắn mạch có thể làm dịch chuyển cuộn dây, làm lỏng các khối cách điện và làm biến dạng hình dạng cuộn dây. Những thay đổi về cấu trúc này làm thay đổi đường từ thông rò rỉ và điện kháng rò rỉ, dẫn đến kết quả đọc % Uk bị dịch chuyển trong quá trình kiểm tra lại. Kiểm tra lại điện áp trở kháng sau sự cố là phương pháp chẩn đoán quan trọng để xác định biến dạng cuộn dây, thường được kết hợp với Phân tích đáp ứng tần số (FRA) để đánh giá tình trạng toàn diện.
Điều chỉnh nhiệt độ là một điểm dễ bị bỏ qua. Điện trở của đồng giảm ở nhiệt độ thấp và tăng ở nhiệt độ cao. Không thể so sánh trực tiếp các chỉ số trở kháng thô mà không hiệu chỉnh nhiệt độ với giá trị trên bảng tên. Nhiệt độ tham chiếu 75 độ được áp dụng rộng rãi trong các tiêu chuẩn máy biến áp quốc tế.
Phần kết luận
Điện trở trở kháng Uk% liên kếtmáy biến ápthiết kế cơ khí, đặc điểm mạng lưới phân phối và các sơ đồ bảo vệ. Được xác định bằng hình dạng cuộn dây, khoảng cách và cách bố trí, được đo bằng thử nghiệm ngắn mạch, nó chi phối mức độ sự cố, độ ổn định điện áp, khả năng tương thích khi vận hành song song và độ bền chịu được ngắn mạch. Ở giai đoạn thông số kỹ thuật, các kỹ sư không nên mặc định ở mức 4% hoặc 6% một cách tùy tiện. Cấp trở kháng phải được chọn sau khi đánh giá mức độ lỗi của mạng thượng nguồn, loại tải và mức chịu đựng của thiết bị đóng cắt, cân bằng chất lượng điện áp ổn định và đủ giới hạn an toàn chống lại hư hỏng ngắn mạch.
