Các tiêu chuẩn kỹ thuật của máy biến áp tạo trung tính 22kV gồm bốn nhóm: tiêu chuẩn chung về máy biến áp (IEC 60076-1:2011), tiêu chuẩn về cách điện và thử nghiệm điện môi (IEC 60076-3), tiêu chuẩn về độ tăng nhiệt và khả năng chịu ngắn mạch (IEC 60076-2, IEC 60076-5), và yêu cầu riêng của chủ đầu tư theo từng dự án. Đặc biệt, không có một tiêu chuẩn duy nhất áp dụng cho mọi thiết kế, vì phương pháp nối đất và dòng sự cố yêu cầu quyết định các thông số cần kiểm tra.
Bên cạnh đó, thông số kỹ thuật máy biến áp tạo trung tính 22kV cần xác định gồm điện áp danh định, điện áp lớn nhất dùng cho thiết bị, cấp cách điện, dòng điện sự cố, dòng thứ tự không, thời gian chịu dòng, tổng trở thứ tự không và sơ đồ đấu dây. Quan trọng hơn, mỗi thông số phải được xác nhận bằng hồ sơ thiết kế hoặc tài liệu nhà sản xuất, không nên điền giá trị định mức theo thói quen.
Ngoài ra, việc lựa chọn cấu hình cuộn dây (Zigzag hoặc Sao–Tam giác) và phân loại thử nghiệm (thường xuyên, điển hình, đặc biệt) ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nghiệm thu. Sau đây, bài viết lần lượt giải thích khái niệm, nhóm tiêu chuẩn, thông số, cấu hình và thử nghiệm, sau đó mở rộng sang hồ sơ nghiệm thu và cách phân biệt với các thiết bị dễ nhầm lẫn.
Máy biến áp tạo trung tính 22kV (còn gọi là máy biến áp nối đất trung tính, neutral grounding transformer hoặc earthing transformer) là thiết bị điện trung áp tạo ra một điểm trung tính nhân tạo cho lưới 22kV không có sẵn điểm trung tính, thường là lưới đấu Delta, để nối đất trực tiếp hoặc qua điện trở, cuộn kháng.
Cụ thể, trong lưới điện phân phối 22kV, nhiều trạm có cuộn dây phía trung áp đấu Tam giác nên không có điểm trung tính. Khi xảy ra sự cố chạm đất một pha, lưới không có đường về cho dòng thứ tự không, rơ-le bảo vệ chạm đất khó nhận biết sự cố và điện áp các pha lành có thể tăng cao. Máy biến áp tạo trung tính giải quyết vấn đề này bằng cách cung cấp điểm trung tính để nối đất, đồng thời tạo đường khép kín cho dòng thứ tự không. Đồng thời, thiết bị này thường không mang tải công suất đáng kể trong vận hành bình thường mà chỉ làm việc khi có sự cố, nên các thông số như thời gian chịu dòng và tổng trở thứ tự không quan trọng hơn công suất định mức thông thường.
Để hiểu rõ hơn, phần dưới đây trình bày chức năng và cấu tạo của thiết bị.
Máy biến áp tạo trung tính có ba chức năng chính: tạo điểm trung tính để nối đất, cung cấp đường về cho dòng thứ tự không và giới hạn dòng chạm đất ở mức phù hợp với hệ thống bảo vệ. Cụ thể hơn, mỗi chức năng đáp ứng một yêu cầu vận hành riêng:
Ngoài ra, thiết bị này là nền tảng cho phối hợp bảo vệ chạm đất, vì giá trị dòng sự cố được thiết kế thông qua tổng trở thứ tự không của máy biến áp và phần tử nối đất đi kèm.
Một máy biến áp tạo trung tính 22kV gồm lõi thép, cuộn dây, sứ xuyên, vỏ máy, hệ thống làm mát và đầu ra điểm trung tính, với hai sơ đồ đấu dây phổ biến là Zigzag và Sao–Tam giác. Cụ thể, các bộ phận chính gồm:
Tiếp theo, hai sơ đồ đấu dây này được so sánh chi tiết ở phần riêng bên dưới.
Tiêu chuẩn kỹ thuật máy biến áp tạo trung tính 22kV gồm bốn nhóm chính: tiêu chuẩn chung (IEC 60076-1:2011), tiêu chuẩn cách điện và thử nghiệm điện môi (IEC 60076-3), tiêu chuẩn nhiệt và ngắn mạch (IEC 60076-2, IEC 60076-5) và yêu cầu kỹ thuật riêng của chủ đầu tư theo dự án.
Để minh họa, bảng dưới đây tóm tắt số hiệu tiêu chuẩn, nội dung điều chỉnh và trường hợp áp dụng đối với máy biến áp tạo trung tính 22kV:
| Tiêu chuẩn | Nội dung điều chỉnh | Trường hợp áp dụng |
|---|---|---|
| IEC 60076-1:2011 | Yêu cầu chung, định mức, điều kiện vận hành, phép thử | Nền tảng cho hầu hết máy biến áp điện lực |
| IEC 60076-3 | Mức cách điện, thử nghiệm điện môi | Xác định cấp cách điện và thử điện áp |
| IEC 60076-2 | Độ tăng nhiệt của máy biến áp ngâm dầu | Kiểm tra làm việc nhiệt và thời gian chịu dòng |
| IEC 60076-5 | Khả năng chịu ngắn mạch | Đánh giá độ bền cơ và nhiệt khi sự cố |
| IEC 60076-6 | Tiêu chuẩn về cuộn kháng | Tham chiếu khi dùng cuộn kháng nối đất |
Cụ thể hơn, mỗi tiêu chuẩn chỉ có giá trị khi người đọc hiểu nó điều chỉnh nội dung nào của thiết bị. Các mục dưới đây giải thích từng nhóm.
IEC 60076-1:2011 là tiêu chuẩn nền tảng của bộ IEC 60076, quy định yêu cầu chung về định mức, điều kiện vận hành, ký hiệu tổ đấu dây, dung sai và các phép thử của máy biến áp điện lực. Cụ thể, đây là điểm tham chiếu đầu tiên khi lập yêu cầu kỹ thuật cho máy biến áp tạo trung tính 22kV, vì các phần khác của bộ tiêu chuẩn đều dựa trên khung định nghĩa trong phần 1.
Trong khi đó, do máy biến áp tạo trung tính có chức năng đặc thù (làm việc chủ yếu ở chế độ sự cố), người lập hồ sơ cần ghi rõ các thông số riêng như dòng và thời gian chịu dòng, tổng trở thứ tự không bên cạnh những yêu cầu chung. Nếu chỉ dẫn tiêu chuẩn mà không nêu thông số đặc thù, hồ sơ sẽ thiếu căn cứ để nghiệm thu.
IEC 60076-3 quy định mức cách điện, khoảng cách cách điện trong không khí và các phép thử điện môi của máy biến áp, gồm thử điện áp chịu đựng tần số công nghiệp và thử xung sét. Cụ thể, tiêu chuẩn này giúp xác định mức chịu điện áp tương ứng với điện áp lớn nhất dùng cho thiết bị (Um).
Đối với cấp 22kV, thiết bị thường được thiết kế theo Um tương ứng với dải 24 kV, tuy nhiên giá trị cụ thể cần xác minh theo hồ sơ dự án và yêu cầu của đơn vị quản lý lưới điện. Hơn nữa, mức cách điện còn phụ thuộc vào độ cao lắp đặt, mức độ ô nhiễm và phương pháp nối đất, nên không nên áp một bảng giá trị chung cho mọi công trình.
IEC 60076-2 quy định giới hạn độ tăng nhiệt và phương pháp thử nhiệt cho máy biến áp ngâm dầu, còn IEC 60076-5 quy định khả năng chịu ngắn mạch về mặt nhiệt và cơ khí. Cụ thể, với máy biến áp tạo trung tính, độ tăng nhiệt phải được đánh giá theo dòng sự cố và thời gian chịu dòng, không phải theo tải liên tục thông thường.
Bên cạnh đó, khả năng chịu ngắn mạch cho biết cuộn dây và kết cấu kẹp chặt có chịu được lực điện động khi dòng sự cố chạy qua hay không. Với thiết bị kiểu khô, người lập hồ sơ cần đối chiếu thêm phần tiêu chuẩn tương ứng cho máy biến áp kiểu khô trong bộ IEC 60076.
Không, IEC 60076-6 không phải tiêu chuẩn trực tiếp cho máy biến áp tạo trung tính, vì theo phạm vi của tiêu chuẩn này, nội dung tập trung vào cuộn kháng (reactor), gồm cả cuộn kháng nối đất trung tính. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này vẫn đáng tham chiếu vì ba lý do:
Lưu ý, trước khi trích dẫn trong bài viết hoặc hợp đồng, nên kiểm tra phạm vi mới nhất của IEC 60076-6 trên trang IEC Webstore để tránh áp dụng sai tiêu chuẩn.
Yêu cầu kỹ thuật của chủ đầu tư và đơn vị quản lý lưới điện đóng vai trò ràng buộc bổ sung, quyết định giá trị cụ thể của các thông số mà tiêu chuẩn IEC để ngỏ. Cụ thể, các tài liệu này thường quy định dòng chạm đất yêu cầu, thời gian chịu dòng, phương pháp nối đất, loại làm mát và danh mục thử nghiệm bắt buộc.
Vì vậy, khi lựa chọn thiết bị, bộ phận mua sắm nên đối chiếu ba nguồn cùng lúc: tiêu chuẩn IEC được chỉ định, hồ sơ thiết kế của dự án và hợp đồng cung cấp. Khi ba nguồn này khớp nhau, hồ sơ nghiệm thu sẽ có căn cứ rõ ràng.
Không, không có một tiêu chuẩn duy nhất áp dụng cho mọi máy biến áp tạo trung tính 22kV, bởi tiêu chuẩn cụ thể phụ thuộc vào thiết kế thiết bị, phương pháp nối đất, dòng điện sự cố yêu cầu, quy định của chủ đầu tư và phạm vi dự án.
Cụ thể, có ba lý do chính:
Do đó, cách tiếp cận đúng là lập một bộ tiêu chuẩn tham chiếu theo từng dự án, trong đó IEC 60076-1:2011 làm nền tảng và các phần khác bổ sung theo nhu cầu. Quan trọng hơn, cách làm này giúp tránh nhầm lẫn khi tra cứu, đặc biệt với các tiêu chuẩn viết riêng cho thiết bị khác như máy biến điện áp đo lường.
Thông số kỹ thuật máy biến áp tạo trung tính 22kV gồm sáu nhóm chính: điện áp, cấp cách điện, dòng điện sự cố, thời gian chịu dòng, sơ đồ đấu dây và phương pháp nối đất. Để minh họa, bảng sau liệt kê các thông số cần xác định và nguồn xác nhận tương ứng:
| Thông số | Nội dung cần xác định | Nguồn xác nhận |
|---|---|---|
| Điện áp | Điện áp danh định lưới, điện áp lớn nhất dùng cho thiết bị | Hồ sơ thiết kế lưới điện |
| Cấp cách điện | Mức chịu xung sét, chịu tần số công nghiệp | Yêu cầu dự án, IEC 60076-3 |
| Dòng điện sự cố | Dòng chạm đất dự kiến, dòng thứ tự không | Tính toán chế độ sự cố |
| Thời gian chịu dòng | Thời gian ngắn hạn hoặc liên tục | Phối hợp bảo vệ |
| Sơ đồ đấu dây | Zigzag hoặc Sao–Tam giác | Thiết kế thiết bị |
| Phương pháp nối đất | Trực tiếp, qua điện trở hoặc cuộn kháng | Phương án nối đất của dự án |
Lưu ý, bảng trên chỉ nêu các hạng mục cần xác định. Không nên điền giá trị định mức khi chưa có hồ sơ thiết kế hoặc tài liệu nhà sản xuất xác nhận.
Điện áp danh định 22kV là giá trị đặc trưng cho lưới điện, còn điện áp lớn nhất dùng cho thiết bị (Um) là giá trị điện áp cao nhất mà cách điện của thiết bị phải chịu được trong vận hành. Trong khi đó, Um luôn lớn hơn điện áp danh định của lưới, và cấp cách điện của thiết bị được chọn dựa trên Um chứ không dựa trên điện áp danh định.
Cụ thể, nếu người đọc nhầm hai khái niệm này, thông số cách điện ghi trong hồ sơ sẽ sai ngay từ đầu. Vì vậy, cần ghi riêng hai dòng trong bảng thông số: điện áp danh định hệ thống và điện áp lớn nhất dùng cho thiết bị, sau đó liên kết sang cấp cách điện tương ứng.
Cấp cách điện máy biến áp 22kV cần xác định hai nhóm mức chịu điện áp: mức chịu điện áp xung sét và mức chịu điện áp tần số công nghiệp. Bên cạnh đó, còn ba yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn:
Như vậy, thử nghiệm cách điện và thử nghiệm điện môi theo IEC 60076-3 là bằng chứng xác nhận thiết bị đáp ứng cấp cách điện đã đặt hàng.
Dòng điện sự cố, dòng thứ tự không và thời gian chịu dòng được xác định bằng tính toán chế độ sự cố chạm đất một pha của lưới 22kV, dựa trên phương án nối đất và tổng trở của hệ thống. Cụ thể, quy trình gồm ba bước:
Quan trọng hơn, ba thông số này phải khớp với phương án nối đất và phối hợp bảo vệ. Nếu thời gian chịu dòng của thiết bị ngắn hơn thời gian cắt của rơ-le bảo vệ chạm đất, thiết bị có nguy cơ quá nhiệt khi sự cố.
Tổng trở thứ tự không là tổng trở mà máy biến áp thể hiện đối với dòng thứ tự không, và là thông số đặc trưng quyết định hiệu quả của máy biến áp tạo trung tính. Cụ thể, tổng trở này càng thấp thì dòng sự cố đi qua càng dễ, trong khi giá trị dòng được giới hạn chủ yếu bởi điện trở nối đất trung tính hoặc cuộn kháng nối đất lắp thêm.
Bên cạnh đó, tổng trở thứ tự không còn ảnh hưởng đến mức quá điện áp trên các pha lành khi chạm đất. Máy biến áp Zigzag thường có tổng trở thứ tự không thấp nhờ cơ chế triệt từ thông thứ tự không. Vì vậy, giá trị này nên được đo và ghi trong biên bản thử nghiệm thay vì chỉ lấy theo tính toán thiết kế.
Độ tăng nhiệt, tổn hao và hệ làm mát cần được quy định theo chế độ làm việc thực tế của máy biến áp tạo trung tính: chủ yếu là dòng sự cố ngắn hạn, kèm dòng từ hóa nhỏ khi vận hành bình thường. Cụ thể:
Như vậy, ba thông số này cần được ghi rõ trong hồ sơ đặt hàng để nhà sản xuất thiết kế đúng chế độ làm việc của thiết bị.
Máy biến áp tạo trung tính Zigzag tối ưu về tổng trở thứ tự không thấp và cấu tạo gọn với một nhóm cuộn dây, trong khi cấu hình Sao–Tam giác có cuộn Tam giác kín cho dòng thứ tự không chạy tuần hoàn và dễ tích hợp cuộn dây phụ cấp nguồn tự dùng.
Để so sánh rõ hơn, bảng dưới đây đối chiếu hai cấu hình theo các tiêu chí kỹ thuật:
| Tiêu chí | Zigzag | Sao–Tam giác |
|---|---|---|
| Số nhóm cuộn dây | Một nhóm, mỗi pha chia hai nửa quấn trên hai trụ | Hai nhóm: cuộn Sao và cuộn Tam giác |
| Cơ chế xử lý dòng thứ tự không | Triệt từ thông thứ tự không giữa hai nửa cuộn dây | Dòng thứ tự không tuần hoàn trong cuộn Tam giác kín |
| Tổng trở thứ tự không | Thường thấp | Phụ thuộc thiết kế, thường cao hơn |
| Kích thước và vật liệu | Thường gọn hơn khi chỉ cần chức năng nối đất | Thường cần nhiều vật liệu hơn |
| Cuộn dây phụ cấp tự dùng | Có thể bổ sung nhưng phức tạp | Tích hợp thuận lợi hơn |
Do đó, không nên áp dụng cùng một bảng thông số định mức cho mọi cấu hình nếu chưa xác minh yêu cầu kỹ thuật của từng loại.
Máy biến áp Zigzag 22kV có đặc điểm thiết kế là mỗi pha chia thành hai nửa cuộn dây quấn ngược chiều trên hai trụ khác nhau, giúp triệt tiêu từ thông thứ tự không và tạo tổng trở thứ tự không thấp. Cụ thể, trong vận hành bình thường thiết bị chỉ lấy dòng từ hóa nhỏ vì tổng trở thứ tự thuận cao. Khi có sự cố chạm đất, dòng thứ tự không chạy qua thiết bị gần như không bị cản trở bởi từ thông.
Nhờ vậy, Zigzag là lựa chọn phổ biến khi dự án chỉ cần chức năng tạo trung tính và nối đất. Để tìm hiểu sâu hơn, người đọc có thể tham khảo bài viết về nguyên lý máy biến áp Zigzag trên website FUSHIN.
Máy biến áp Sao–Tam giác 22kV có đặc điểm thiết kế là cuộn Sao tạo điểm trung tính để nối đất, còn cuộn Tam giác kín cho phép dòng thứ tự không chạy tuần hoàn bên trong. Cụ thể, cuộn Tam giác kín giúp ổn định điện áp pha và có thể tích hợp thêm cuộn dây phụ để cấp nguồn tự dùng cho trạm.
Tuy nhiên, cấu hình này thường cần nhiều vật liệu hơn so với Zigzag cùng mục đích nối đất. Vì vậy, việc chọn giữa hai cấu hình nên dựa trên nhu cầu cấp nguồn tự dùng, không gian lắp đặt và yêu cầu về tổng trở thứ tự không. Bên cạnh đó, người đọc có thể xem thêm bài viết so sánh Zigzag và Sao–Tam giác để chọn cấu hình phù hợp.
Máy biến áp tạo trung tính 22kV cần thử nghiệm theo ba nhóm: thử nghiệm thường xuyên (thực hiện với từng máy), thử nghiệm điển hình (thực hiện trên thiết kế đại diện) và thử nghiệm đặc biệt (thực hiện theo thỏa thuận hợp đồng hoặc yêu cầu riêng của dự án).
Cụ thể, không nên mặc định mọi phép thử đều bắt buộc cho tất cả thiết kế. Danh mục thử nghiệm cuối cùng cần được đối chiếu với tiêu chuẩn áp dụng và hợp đồng cung cấp. Dưới đây, ba phần lần lượt trình bày từng nhóm thử nghiệm.
Thử nghiệm thường xuyên tại nhà máy gồm các phép thử thực hiện với từng máy trước khi xuất xưởng, nhằm xác nhận chất lượng chế tạo. Cụ thể, các hạng mục thường gặp gồm:
Như vậy, biên bản thử nghiệm xuất xưởng là tài liệu quan trọng nhất khi nghiệm thu.
Thử nghiệm điển hình xác nhận một thiết kế đạt yêu cầu và thường thực hiện trên một máy đại diện, trong khi thử nghiệm đặc biệt chỉ thực hiện khi hợp đồng hoặc yêu cầu dự án quy định. Cụ thể:
Trong khi đó, một số phép thử có thể được phân loại khác nhau tùy phiên bản tiêu chuẩn và thỏa thuận hợp đồng. Do đó, nên ghi rõ phân loại từng phép thử ngay trong hồ sơ đặt hàng.
Không, thử nghiệm ngắn mạch không mặc định bắt buộc đối với mọi máy biến áp tạo trung tính 22kV, vì theo cách phân loại trong bộ tiêu chuẩn IEC 60076, đây thường là thử nghiệm đặc biệt thực hiện theo thỏa thuận. Cụ thể, có ba lý do:
Tuy nhiên, nếu hợp đồng hoặc yêu cầu dự án quy định, nhà sản xuất phải thực hiện và cung cấp báo cáo. Do đó, bộ phận mua sắm nên làm rõ nội dung này từ giai đoạn lập yêu cầu kỹ thuật.
Khi nghiệm thu máy biến áp tạo trung tính 22kV, cần kiểm tra năm nhóm hồ sơ: hồ sơ kỹ thuật, biên bản thử nghiệm xuất xưởng, bản vẽ sơ đồ đấu dây, bảng thông số định mức và đối chiếu nhãn máy với hợp đồng.
Cụ thể, bảng checklist dưới đây liệt kê các hạng mục cần đối chiếu khi nghiệm thu thiết bị điện:
| Hạng mục | Nội dung kiểm tra |
|---|---|
| Hồ sơ kỹ thuật | Tài liệu thiết kế, tiêu chuẩn áp dụng, bản vẽ kích thước |
| Biên bản thử nghiệm xuất xưởng | Kết quả các phép thử thường xuyên, đối chiếu giá trị yêu cầu |
| Sơ đồ đấu dây | Khớp với phương án Zigzag hoặc Sao–Tam giác đã đặt |
| Bảng thông số định mức | Điện áp, dòng sự cố, thời gian chịu dòng, cấp cách điện |
| Nhãn máy | Thông số trên nhãn khớp với hợp đồng và hồ sơ thiết kế |
Liên hệ FUSHIN để được tư vấn lựa chọn máy biến áp tạo trung tính theo điện áp hệ thống, dòng sự cố và yêu cầu kỹ thuật của dự án. Hotline: 0902 384 199.
Máy biến áp tạo trung tính khác máy biến áp lực và máy biến áp phân phối ở chức năng: thiết bị này tạo điểm trung tính và nối đất, còn hai loại kia truyền tải công suất giữa các cấp điện áp. Cụ thể, máy biến áp tạo trung tính hầu như không mang tải trong vận hành bình thường và chỉ chịu dòng lớn khi sự cố chạm đất trong thời gian ngắn. Ngược lại, máy biến áp lực và máy biến áp phân phối được thiết kế theo công suất liên tục.
Do đó, thông số quan trọng của máy biến áp tạo trung tính là dòng sự cố, thời gian chịu dòng và tổng trở thứ tự không, không phải công suất định mức kVA như hai loại còn lại.
Máy biến áp tạo trung tính khác máy biến điện áp đo lường ở mục đích sử dụng: máy biến điện áp đo lường hạ điện áp lưới xuống mức thấp cho thiết bị đo và bảo vệ, còn máy biến áp tạo trung tính tạo điểm trung tính để nối đất lưới. Cụ thể, máy biến điện áp công suất rất nhỏ, không chịu dòng sự cố lớn như máy biến áp tạo trung tính.
Vì vậy, khi tra cứu tiêu chuẩn, không nên dùng tiêu chuẩn viết cho máy biến điện áp đo lường để áp dụng cho máy biến áp tạo trung tính, vì hai thiết bị có phạm vi và yêu cầu hoàn toàn khác nhau.
