Dyn11 và Yzn11 là hai tổ đấu dây có cùng số giờ 11 và cùng đưa trung tính hạ áp ra ngoài, nhưng khác nhau ở cấu hình dây quấn. Dyn11 có cao áp nối tam giác, hạ áp nối sao. Yzn11 có cao áp nối sao, hạ áp nối zigzag. Đặc biệt, sự khác biệt này quyết định cách dòng điện thứ tự không lưu thông, khả năng chịu tải mất cân bằng và cách bố trí bảo vệ chạm đất.
Về góc lệch pha, cả hai tổ đấu dây đều cho điện áp hạ áp sớm pha 30° so với điện áp cao áp. Quan trọng hơn, hai máy biến áp có cùng góc lệch pha vẫn có thể khác nhau hoàn toàn về đặc tính thứ tự không. Vì vậy, kỹ sư thiết kế không thể xem Dyn11 và Yzn11 là hai tổ đấu dây tương đương khi chọn máy hoặc phối hợp bảo vệ.
Bên cạnh đó, trung tính hạ áp của cả hai tổ đều dùng để cấp điện áp pha, dẫn dòng không cân bằng và nối đất hệ thống. Tuy nhiên, dòng điện thứ tự không đi qua dây quấn theo hai cơ chế khác nhau, kéo theo sự khác biệt về tổng trở thứ tự không và dòng sự cố chạm đất phía hạ áp.
Sau đây, bài viết giải thích cách đọc ký hiệu vector group, phân tích từng tổ đấu dây, so sánh chi tiết Dyn11 và Yzn11, rồi làm rõ ảnh hưởng đến lệch pha, nối đất trung tính và bảo vệ sự cố chạm đất. Phần cuối đối chiếu với các tổ đấu dây khác và điều kiện vận hành song song.
Tổ đấu dây máy biến áp (vector group) là ký hiệu quy ước mô tả cách nối dây quấn cao áp, dây quấn hạ áp và quan hệ góc pha giữa điện áp hai phía. Ký hiệu gồm chữ cái chỉ kiểu nối dây, chữ n cho trung tính và số giờ chỉ góc lệch pha, theo tiêu chuẩn IEC 60076-1.
Cụ thể, tiêu chuẩn IEC 60076-1 (tương đương TCVN 6306-1 tại Việt Nam) quy định cách viết và cách đọc ký hiệu này. Ký hiệu cho biết ngay ba thông tin: kiểu nối dây từng phía, trung tính có được đưa ra hay không, và góc lệch pha giữa hai phía. Để hiểu rõ hơn, hai phần dưới đây giải mã từng thành phần của ký hiệu.
Chữ hoa chỉ kiểu nối dây quấn cao áp, chữ thường chỉ kiểu nối dây quấn hạ áp, chữ n cho biết trung tính hạ áp được đưa ra ngoài. Ba kiểu nối dây phổ biến là tam giác (D, d), sao (Y, y) và zigzag (Z, z).
Ngoài ra, thứ tự đọc ký hiệu luôn là cao áp trước, hạ áp sau, rồi đến số giờ. Bảng dưới đây giải mã từng ký tự của hai tổ đấu dây đang xét:
| Tổ đấu dây | Ký tự | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Dyn11 | D | Dây quấn cao áp nối tam giác |
| y | Dây quấn hạ áp nối sao | |
| n | Trung tính hạ áp được đưa ra ngoài | |
| 11 | Điện áp hạ áp sớm pha 30° so với cao áp | |
| Yzn11 | Y | Dây quấn cao áp nối sao |
| z | Dây quấn hạ áp nối zigzag | |
| n | Trung tính hạ áp được đưa ra ngoài | |
| 11 | Điện áp hạ áp sớm pha 30° so với cao áp |
Lưu ý, nếu trung tính phía cao áp cũng được đưa ra ngoài, ký hiệu sẽ có thêm chữ N hoa sau chữ cái cao áp, ví dụ YNyn0. Với Dyn11 và Yzn11, phía cao áp không có trung tính nên không có chữ N hoa.
Số giờ 11 nghĩa là véc-tơ điện áp dây hạ áp nằm ở vị trí 11 giờ khi véc-tơ điện áp dây cao áp đặt tại 12 giờ, tức hạ áp sớm pha 30° so với cao áp. Cách biểu diễn này gọi là mô hình đồng hồ (clock number).
Cụ thể hơn, mặt đồng hồ chia 360° thành 12 vị trí, mỗi giờ tương ứng 30°. Kim phút là véc-tơ điện áp cao áp đặt cố định ở 12 giờ, kim giờ là véc-tơ điện áp hạ áp cùng tên pha. Số 11 tương ứng độ chậm pha 330°, tức tương đương sớm pha 30° theo chiều ngược lại.
Tuy nhiên, cần phân biệt cách thể hiện giữa IEC và IEEE. Tiêu chuẩn IEC dùng số giờ, còn tiêu chuẩn IEEE thường mô tả bằng việc hạ áp sớm hoặc chậm pha 30° so với cao áp. Khi đọc bản vẽ hoặc thông số máy nhập khẩu, kỹ sư cần đối chiếu cách quy ước để tránh nhầm chiều lệch pha.
Dyn11 là tổ đấu dây máy biến áp có dây quấn cao áp nối tam giác, dây quấn hạ áp nối sao có trung tính đưa ra ngoài, và hạ áp sớm pha 30° so với cao áp. Đây là cấu hình phổ biến trong máy biến áp phân phối cấp điện hạ áp bốn dây.
Đối với kỹ sư thiết kế, đặc trưng của Dyn11 nằm ở dây quấn tam giác phía cao áp, nơi tạo ra đường tuần hoàn cho dòng thứ tự không và sóng hài bội ba. Hãy cùng khám phá sơ đồ nối dây và cơ chế xử lý dòng thứ tự không của tổ này.
Trong Dyn11, ba dây quấn cao áp nối tiếp thành vòng kín tam giác, ba dây quấn hạ áp có một đầu chung tạo thành điểm trung tính của hình sao. Điện áp đặt lên mỗi dây quấn cao áp chính là điện áp dây của lưới.
Cụ thể, ở phía cao áp tam giác, điện áp pha bằng điện áp dây, còn dòng điện dây bằng √3 lần dòng điện pha. Ở phía hạ áp sao, điện áp dây bằng √3 lần điện áp pha, còn dòng điện dây bằng dòng điện pha. Ví dụ, với điện áp dây hạ áp 400 V, điện áp pha hạ áp là khoảng 230 V, dùng để cấp điện cho tải một pha giữa dây pha và trung tính.
Bên cạnh đó, quan hệ pha giữa hai phía được xác định từ cách đấu đầu cuối dây quấn. Với tổ 11, đấu dây sao cho điện áp dây hạ áp sớm pha 30° so với điện áp dây cao áp cùng tên.
Dây quấn tam giác của Dyn11 tạo đường tuần hoàn khép kín cho dòng thứ tự không và sóng hài bội ba, nên các thành phần này được giữ lại trong vòng tam giác và không đi ra lưới cao áp.
Cụ thể, khi tải hạ áp mất cân bằng, dòng trung tính sinh ra dòng thứ tự không ở phía hạ áp. Ampe-vòng thứ tự không này được cân bằng bởi dòng điện chạy tuần hoàn trong tam giác cao áp. Dòng điện dây phía cao áp vì thế không chứa thành phần thứ tự không. Cơ chế tương tự áp dụng cho sóng hài bậc 3 và các bội của 3, vốn đồng pha trong ba pha.
Tuy nhiên, giá trị tổng trở thứ tự không còn phụ thuộc kết cấu lõi từ, như lõi ba trụ hay lõi năm trụ. Do đó, khi tính toán sự cố chạm đất, cần lấy tổng trở thứ tự không từ số liệu thí nghiệm hoặc dữ liệu của nhà chế tạo thay vì giả định chung.
Yzn11 là tổ đấu dây máy biến áp có dây quấn cao áp nối sao, dây quấn hạ áp nối zigzag có trung tính đưa ra ngoài, và hạ áp sớm pha 30° so với cao áp. Cấu hình zigzag đặc trưng bởi mỗi pha hạ áp gồm hai nửa cuộn đặt trên hai trụ lõi từ khác nhau.
Tiếp theo, hãy xem cấu tạo zigzag và vì sao cấu hình này xử lý tốt tải mất cân bằng. Hai nội dung này giải thích phần lớn khác biệt giữa Yzn11 và Dyn11.
Mỗi pha hạ áp của dây quấn zigzag gồm hai nửa cuộn quấn trên hai trụ lõi từ khác nhau và nối ngược chiều nhau, nên điện áp pha hạ áp là tổng véc-tơ của hai nửa cuộn lệch pha 60°.
Cụ thể, hai nửa cuộn có điện áp lệch nhau 120° nhưng được nối ngược chiều, nên tổng véc-tơ có độ lớn bằng √3 lần điện áp của mỗi nửa cuộn. Điều này có hệ quả trực tiếp đến thiết kế: để đạt cùng điện áp hạ áp, dây quấn zigzag cần số vòng dây nhiều hơn dây quấn sao thông thường khoảng 2/√3 lần, tức xấp xỉ 15%.
Hơn nữa, lượng đồng tăng thêm khiến máy Yzn11 thường tốn vật liệu dây quấn hơn máy cùng công suất đấu sao hoặc tam giác phía hạ áp. Đây là một yếu tố chi phí cần cân nhắc khi chọn tổ đấu dây.
Dây quấn zigzag cân bằng dòng thứ tự không ngay trong chính dây quấn hạ áp, vì hai nửa cuộn trên cùng một trụ mang dòng thứ tự không ngược chiều nhau và triệt tiêu từ thông thứ tự không.
Cụ thể, khi có tải mất cân bằng, dòng thứ tự không chạy qua cả ba pha cùng chiều. Trên mỗi trụ, nửa cuộn của pha này và nửa cuộn của pha khác mang dòng thứ tự không theo chiều ngược nhau, nên ampe-vòng thứ tự không bị triệt tiêu. Kết quả là tổng trở thứ tự không phía hạ áp thấp, chủ yếu là điện kháng tản giữa hai nửa cuộn.
Ngoài ra, tổng trở thứ tự không thấp giúp điện áp trung tính ít bị dịch chuyển khi tải một pha lớn. Tuy nhiên, giá trị Z0 cụ thể vẫn cần dẫn chiếu từ thí nghiệm hoặc tiêu chuẩn, không nên nêu thành con số chung cho mọi thiết kế.
Dyn11 và Yzn11 giống nhau về số giờ 11 và trung tính hạ áp, nhưng khác nhau ở kiểu nối dây quấn cao áp, kiểu nối dây quấn hạ áp, số vòng dây hạ áp và cơ chế xử lý dòng thứ tự không. Dyn11 dựa vào tam giác cao áp, Yzn11 dựa vào zigzag hạ áp.
Để minh họa, ba phần dưới đây so sánh theo cấu hình dây quấn, theo đặc tính vận hành, rồi đưa ra tiêu chí chọn tổ đấu dây phù hợp.
Bảng sau so sánh Dyn11 và Yzn11 theo tám tiêu chí cấu hình, từ kiểu nối dây hai phía đến đường đi của dòng thứ tự không.
| Tiêu chí | Dyn11 | Yzn11 |
|---|---|---|
| Dây quấn cao áp | Tam giác (D) | Sao (Y) |
| Dây quấn hạ áp | Sao (y) | Zigzag (z) |
| Trung tính hạ áp | Đưa ra ngoài (n) | Đưa ra ngoài (n) |
| Số giờ | 11 | 11 |
| Góc lệch pha | Hạ áp sớm pha 30° | Hạ áp sớm pha 30° |
| Số vòng dây hạ áp | Theo tỷ số biến áp | Nhiều hơn khoảng 15% so với đấu sao |
| Đường dòng thứ tự không | Tuần hoàn trong tam giác cao áp | Triệt tiêu giữa hai nửa cuộn zigzag |
| Sóng hài bậc 3 | Giữ lại trong vòng tam giác | Triệt tiêu từ thông thứ tự không trong dây quấn zigzag |
Lưu ý, bảng trên mô tả đặc điểm cấu hình. Các giá trị định lượng như Z0 hay tổn hao phụ thuộc thiết kế từng nhà chế tạo.
Dyn11 thuận lợi về chế tạo và chi phí vật liệu, còn Yzn11 thuận lợi về chịu tải một pha và mất cân bằng nhờ tổng trở thứ tự không phía hạ áp thấp.
Cụ thể, Dyn11 dùng dây quấn hạ áp đấu sao nên số vòng dây hạ áp ít hơn, chi phí đồng thấp hơn. Yzn11 tốn thêm vật liệu dây quấn hạ áp, nhưng dây quấn cao áp đấu sao có cách điện pha-đất thấp hơn dây quấn tam giác ở một số thiết kế.
Tuy nhiên, không nên kết luận một tổ đấu dây luôn tốt hơn tổ kia. Mỗi tổ phù hợp với điều kiện hệ thống, đặc điểm tải và yêu cầu bảo vệ khác nhau. Việc đánh giá cần dựa trên số liệu thiết kế cụ thể của từng dự án.
Có bốn nhóm tiêu chí để chọn tổ đấu dây: đặc điểm tải, hệ thống nối đất hạ áp, yêu cầu của đơn vị điện lực hoặc chủ đầu tư, và khả năng phối hợp với thiết bị sẵn có.
Do đó, chọn tổ đấu dây là bài toán thiết kế hệ thống, không chỉ là chọn một ký hiệu có số giờ quen thuộc.
Có, Dyn11 và Yzn11 có cùng góc lệch pha 30°, vì cả hai đều có số giờ 11, hạ áp sớm pha 30° so với cao áp, và đều được thiết kế theo cùng quy ước IEC 60076-1. Tuy cấu hình dây quấn khác nhau, quan hệ pha giữa hai phía là như nhau.
Tuy nhiên, cùng góc lệch pha không có nghĩa là hai tổ giống nhau về mọi đặc tính. Sau đây, hai phần dưới đây giải thích nguyên nhân và hệ quả thực tế của góc lệch 30°.
Số giờ chỉ phụ thuộc quan hệ pha giữa điện áp dây cao áp và điện áp dây hạ áp, không phụ thuộc kiểu nối của từng phía. Hai cấu hình khác nhau có thể cho cùng quan hệ pha nếu cách đấu đầu cuối được chọn phù hợp.
Cụ thể, ở Dyn11, góc lệch 30° phát sinh từ sự khác biệt giữa tam giác và sao. Ở Yzn11, góc lệch 30° được tạo ra bởi cách ghép hai nửa cuộn zigzag lệch pha, khiến véc-tơ điện áp pha hạ áp dịch đi so với pha cao áp. Hai cơ chế khác nhau nhưng cho cùng kết quả về góc.
Như vậy, cần phân biệt rõ khái niệm “cùng số giờ” với “cùng cấu hình”. Cùng số giờ chỉ đảm bảo cùng góc lệch pha, không đảm bảo cùng tổng trở thứ tự không hay cùng đặc tính sóng hài.
Góc lệch 30° ảnh hưởng đến bảo vệ so lệch, mạch đo lường, đồng bộ hóa và chỉnh định rơ le, vì dòng điện hai phía của máy biến áp không cùng pha.
Quan trọng hơn, sai sót khi xác định góc pha là nguyên nhân thường gặp của sự cố khi đóng điện và thử nghiệm bảo vệ. Do đó, nên kiểm tra tổ đấu dây bằng thí nghiệm tại hiện trường trước khi đưa vào vận hành.
Cả hai tổ đều đưa trung tính hạ áp ra để nối đất, nhưng Dyn11 cân bằng dòng thứ tự không bằng tam giác cao áp, còn Yzn11 cân bằng ngay trong dây quấn zigzag hạ áp. Với cả hai tổ, dòng thứ tự không hạ áp không đi ra lưới cao áp.
Cụ thể hơn, ba phần dưới đây làm rõ vai trò trung tính, đường đi dòng thứ tự không và ý nghĩa của tổng trở thứ tự không.
Trung tính hạ áp (n) dùng để cấp điện áp pha-trung tính, dẫn dòng không cân bằng của tải và làm điểm nối đất của hệ thống hạ áp.
Ví dụ, với điện áp dây 400 V, trung tính cho phép cấp điện áp 230 V cho tải một pha. Trung tính cũng là điểm nối đất trong các hệ thống nối đất như TN-S, TN-C-S và TT. Cách nối đất cụ thể do thiết kế hệ thống hạ áp và tiêu chuẩn lắp đặt quy định.
Bên cạnh đó, điện trở nối đất và tổng trở vòng sự cố ảnh hưởng trực tiếp đến dòng chạm đất, do đó cần xem xét đồng thời với tổ đấu dây.
Ở Dyn11, dòng thứ tự không hạ áp tuần hoàn trong tam giác cao áp. Ở Yzn11, ampe-vòng thứ tự không triệt tiêu ngay trong dây quấn zigzag. Cả hai đều ngăn dòng thứ tự không đi ra lưới cao áp.
Tuy nhiên, điểm khác biệt nằm ở cơ chế bù và tổng trở thứ tự không, không nằm ở việc dòng có đi ra lưới hay không. Chính điểm này ảnh hưởng đến độ lớn dòng sự cố và độ lệch điện áp trung tính.
Tổng trở thứ tự không (Z0) quyết định độ lớn dòng sự cố chạm đất, độ lệch điện áp trung tính khi tải mất cân bằng và độ nhạy của bảo vệ chạm đất.
Cụ thể, Z0 càng thấp thì dòng chạm đất phía hạ áp càng lớn và điện áp trung tính càng ổn định. Z0 phụ thuộc vào cấu hình dây quấn, kết cấu lõi từ và thiết kế của nhà chế tạo. Hướng dẫn áp dụng trong IEC 60076-8 có đề cập đến đặc tính thứ tự không của máy biến áp.
Do đó, giá trị Z0 phải lấy từ thí nghiệm đo thứ tự không hoặc dữ liệu của nhà chế tạo, không nên dùng giá trị giả định khi tính toán chỉnh định bảo vệ.
Dyn11 và Yzn11 ảnh hưởng đến bảo vệ chạm đất ở ba điểm: dạng dòng sự cố xuất hiện ở phía cao áp, độ lớn dòng chạm đất phía hạ áp qua Z0, và phương án bảo vệ cần bố trí ở phía hạ áp.
Để bắt đầu, ba phần dưới đây phân tích cách nhìn sự cố từ phía cao áp, các phương án bảo vệ và câu hỏi về ưu thế của Yzn11.
Sự cố chạm đất phía hạ áp không tạo ra dòng thứ tự không ở phía cao áp, nên rơ le chạm đất phía cao áp thường không phát hiện được, và cần có bảo vệ riêng ở phía hạ áp.
Cụ thể, dòng thứ tự không bị giữ lại trong tam giác (Dyn11) hoặc triệt tiêu trong zigzag (Yzn11). Dòng sự cố phía cao áp chỉ xuất hiện dưới dạng dòng thứ tự thuận và nghịch trên một số pha, với độ lớn phụ thuộc cấu hình dây quấn và loại sự cố.
Ngoài ra, độ lớn và phân bố dòng cần tính bằng phương pháp thành phần đối xứng cho từng dự án, dựa trên Z0, tổng trở ngắn mạch và tổng trở vòng sự cố. Không nên dùng tỷ lệ dòng chung mà không có cơ sở tính toán.
Có bốn phương án bảo vệ chạm đất phổ biến cho máy biến áp phân phối: bảo vệ dòng trung tính (51N), bảo vệ chạm đất hạn chế (REF/87N), bảo vệ dòng rò theo tiêu chuẩn lắp đặt và phối hợp với aptomat tổng hạ áp.
Lưu ý, cần kiểm tra vị trí CT trung tính, tổng trở vòng sự cố và thời gian cắt để đảm bảo bảo vệ tác động đúng.
Không, không thể kết luận Yzn11 luôn bảo vệ chạm đất tốt hơn Dyn11, vì hiệu quả phụ thuộc sơ đồ nối đất, tổng trở thứ tự không, thiết bị bảo vệ và thiết kế hệ thống.
Cụ thể, Yzn11 có Z0 hạ áp thấp nên dòng chạm đất phía hạ áp có thể lớn hơn, giúp bảo vệ dễ tác động. Tuy nhiên, Dyn11 cũng có Z0 thấp ở nhiều thiết kế, và hiệu quả bảo vệ còn phụ thuộc cài đặt rơ le, điện trở nối đất và phối hợp cắt chọn lọc.
Tóm lại, hai tổ đấu dây đều có thể đáp ứng yêu cầu bảo vệ chạm đất nếu thiết kế và chỉnh định đúng. Quyết định nên dựa trên tính toán dòng sự cố cho hệ thống cụ thể.
Dyn11 và Yzn11 khác các tổ đấu dây như Dyn1, Dyn5, Yyn0 ở số giờ và cấu hình dây quấn, và việc vận hành song song đòi hỏi nhiều điều kiện chứ không chỉ cùng số giờ. Phần này đối chiếu hai tổ với các tổ khác và nêu điều kiện ghép máy.
Dyn11 khác Dyn1 ở chiều lệch pha (sớm 30° so với chậm 30°), khác Dyn5 ở góc 150° và khác Yyn0 ở việc không có tam giác triệt tiêu dòng thứ tự không.
| Tổ đấu dây | Số giờ | Góc lệch pha hạ áp so với cao áp |
|---|---|---|
| Dyn11 | 11 | Sớm 30° |
| Dyn1 | 1 | Chậm 30° |
| Dyn5 | 5 | Chậm 150° |
| Yyn0 | 0 | 0° |
Do đó, Dyn11 và Dyn1 không thể ghép song song trực tiếp vì khác góc pha. Yyn0 không có dây quấn tam giác nên khác về sóng hài và đặc tính chạm đất. Tương tự, Yzn11 và Yzn5 là cặp đối lập về góc pha.
Có thể xem xét vận hành song song Dyn11 và Yzn11 nếu thỏa mãn các điều kiện: cùng góc lệch pha, cùng tỷ số biến áp, cùng thứ tự pha, tổng trở ngắn mạch phù hợp và công suất chênh lệch trong giới hạn cho phép.
Tuy nhiên, cùng số giờ 11 chưa đủ để kết luận hai máy ghép song song được. Cần kiểm tra thêm đặc tính thứ tự không, yêu cầu bảo vệ và thông số tổng trở của từng máy. Vì vậy, nên kiểm tra bằng tính toán và thí nghiệm trước khi ghép máy, đồng thời đối chiếu quy định của đơn vị điện lực.
Tham chiếu tiêu chuẩn: IEC 60076-1 (đặc tính chung và ký hiệu tổ đấu dây), IEC 60076-8 (hướng dẫn áp dụng), TCVN 6306-1. Cần đối chiếu phiên bản hiện hành khi áp dụng vào dự án.
