Tối ưu hóa phân phối điện với dãy máy biến áp Wye–Wye: Thiết kế, hiệu suất và ứng dụng

Giới thiệu

Trong mạng lưới phân phối điện hiện đại, việc đáp ứng cả phụ tải công nghiệp ba pha và nhu cầu dân dụng một pha đòi hỏi phải có cấu hình máy biến áp đa năng . Bộ biến áp Wye–Wye, với các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được nối hình sao, mang đến thiết kế mô-đun và trung tính nối đất cân bằng, lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Bài viết này tìm hiểu cấu trúc, đặc tính điện, phương pháp nối đất, cân nhắc vận hành và các biện pháp thực hành tốt nhất để lắp đặt và bảo trì.

1. Cấu tạo và cấu hình

Bộ biến áp Wye–Wye có thể được triển khai ở hai định dạng chính:

1. Ba thiết bị một pha (Gắn cực ):

• Ba máy biến áp chứa dầu giống hệt nhau được gắn trên một thanh ngang.

• Cuộn dây sơ cấp nối hình ngôi sao ở điểm trung tính chung; cuộn dây thứ cấp cũng có chung một điểm trung tính.

• Dây trung tính thứ cấp được kéo dài xuống cực để cung cấp cho tải một pha.

2. Máy biến áp ba pha tích hợp:

• Một thiết kế vỏ hoặc lõi ba pha có cuộn dây sơ cấp và thứ cấp nối sao bên trong.

• Thường được sử dụng trong các ứng dụng gắn trên tấm đệm nơi dịch vụ ba pha được tập trung.

Trong cả hai trường hợp, kết nối hình sao (Wye) cho phép điện áp nối dây đến trung tính (ví dụ: 120 V, 277 V) cùng với điện áp nối dây (ví dụ: 208 V, 480 V), tối đa hóa tính linh hoạt của tải.

2. Đặc tính điện

• Line‑to‑Line so với Line‑to‑Neutral:

  
  

  Đối với ngân hàng 480Y/277 V:

• Đường dây này sang đường dây khác = 480 V

• Đường dây đến trung tính = 277 V

• Trở kháng và Điều chỉnh:
  Trở kháng điển hình trên mỗi đơn vị nằm trong khoảng từ 4% đến 8%, cân bằng dòng điện ngắn mạch với khả năng điều chỉnh điện áp khi có tải.

• Ký hiệu nhóm vectơ:
  Thường được ký hiệu là 'Yy0' hoặc 'Yyn0,' trong đó '0' biểu thị độ dịch pha bằng 0 và điểm trung tính có thể truy cập được ở cả hai phía.

3. Nối đất và bảo vệ trung tính

• Nối đất vững chắc: Cung cấp kết nối trực tiếp với đất, đảm bảo phát hiện lỗi nhanh nhưng cho phép dòng điện chạm đất cao hơn.

• Nối đất bằng điện trở: Hạn chế dòng điện chạm đất để bảo vệ thiết bị trong khi vẫn phát hiện lỗi.

• Hệ thống không nối đất: Hiếm xảy ra đối với các ngân hàng Wye–Wye do lo ngại về an toàn và mất ổn định điện áp khi tải không cân bằng.

Dây trung tính thứ cấp được nối đất đúng cách rất quan trọng để cung cấp nguồn điện một pha an toàn và cho phép rơle bảo vệ (ví dụ: cầu dao chạm đất và cầu dao quá dòng).

4. Những cân nhắc về hoạt động

4.1 Dịch chuyển trung tính và tải không cân bằng

Khi tải không cân bằng hoặc phi tuyến tính, dòng điện thứ tự 0 có thể lưu thông, làm cho điểm trung tính dịch chuyển và điện áp pha-trung tính dao động. Các chiến lược giảm thiểu bao gồm:

• Lắp đặt máy biến áp nối đất hình zig-zag để ổn định trung tính.

• Sử dụng bộ điều khiển cân bằng pha hoặc bộ lọc sóng hài.

4.2 Quá độ khởi động và chuyển mạch

Việc cấp điện đồng thời cho cả hai mặt sao có thể tạo ra dòng điện khởi động cao và quá điện áp nhất thời. Các phương pháp được đề xuất:

• Cung cấp năng lượng cho một bên trước, sau đó là bên kia với thời gian trễ.

• Sử dụng điện trở chèn trước hoặc chuyển mạch trạng thái rắn để hạn chế dòng điện cực đại.

5. Thực hành tốt nhất về lắp đặt và bảo trì

• Chuẩn bị địa điểm: Đảm bảo khoảng trống thích hợp, phần cứng lắp đặt và điện cực nối đất.

• Kiểm tra định kỳ: Kiểm tra mức dầu, kiểm tra độ bền điện môi và khảo sát nhiệt độ để phát hiện các điểm nóng.

• Xác minh kết nối trung tính: Kiểm tra các liên kết nối đất và cài đặt điện trở (nếu được sử dụng) để ngăn chặn các điểm trung tính nổi.

• Dịch vụ Ống lót và Bộ thay đổi ren: Bôi trơn, siết chặt và hiệu chỉnh các bộ thay đổi ren khi tải theo chu kỳ của nhà sản xuất.

Bảo trì định kỳ giúp kéo dài tuổi thọ máy biến áp, duy trì hiệu suất và ngăn ngừa sự cố ngừng hoạt động ngoài dự kiến.

6. Ứng dụng điển hình

• Phân phối ở nông thôn và ngoại ô: Cung cấp công suất động cơ ba pha hỗn hợp và tải dân dụng một pha (đèn, thiết bị).

• Tổ hợp thương mại: Hỗ trợ các thiết bị HVAC, thang máy và ổ cắm văn phòng từ một dãy máy biến áp duy nhất.

• Cơ sở công nghiệp nhẹ: Kết hợp nguồn cấp dữ liệu máy móc ba pha với hệ thống dây điện điều khiển và hệ thống chiếu sáng từ cùng một ngôi sao trung tính thứ cấp.

Phần kết luận

Bộ biến áp Wye–Wye vẫn là nền tảng của việc phân phối điện linh hoạt, cung cấp nguồn điện ba pha cân bằng và dịch vụ một pha sẵn sàng thông qua dây trung tính nối đất. Cho dù được triển khai dưới dạng ngân hàng một pha gắn trên cột hay dưới dạng tích hợp các thiết bị gắn trên tấm đệm , hiểu rõ các nguyên tắc cơ bản về kết nối sao, kỹ thuật nối đất và các phương pháp vận hành tốt nhất sẽ đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy, hiệu quả trong nhiều môi trường thương mại, dân dụng và công nghiệp nhẹ.