Hai máy biến áp có thể có cùng công suất định mức và điện áp nhưng hoạt động rất khác nhau trong cùng một hệ thống. Một trong những lý do chính là trở kháng ngắn mạch.

Thông số này ảnh hưởng đến dòng sự cố dự kiến, điều chỉnh điện áp, phối hợp bảo vệ, khởi động động cơ và chia sẻ tải song song. Nó cũng ảnh hưởng đến định mức của thiết bị đóng cắt, thanh cái, cáp và các thiết bị khác xung quanh máy biến áp.

Giá trị thấp hơn hoặc cao hơn đều có thể hợp lý, tùy thuộc vào hệ thống. Các vấn đề thường phát sinh khi trở kháng được chọn mà không tham khảo nghiên cứu ngắn mạch, hồ sơ tải và thiết kế bảo vệ.

Trở kháng ngắn mạch thường được biểu thị bằng phần trăm. Trong quá trình thử nghiệm, một cuộn dây bị ngắn mạch và một điện áp giảm được đặt vào cuộn dây kia cho đến khi dòng điện định mức chảy qua. Điện áp đặt vào, được biểu thị bằng phần trăm điện áp định mức, là giá trị trở kháng của máy biến áp.

Ví dụ, một máy biến áp có trở kháng 5% yêu cầu khoảng 5% điện áp định mức để tạo ra dòng điện định mức trong điều kiện thử nghiệm ngắn mạch.

Bỏ qua trở kháng hệ thống phía trên, dòng sự cố đối xứng ban đầu tại các đầu cuối của máy biến áp có thể được ước tính như sau:

Isc ≈ Irated ÷ Zpu

Trở kháng 5% tương ứng với khoảng 20 lần dòng điện định mức. Trở kháng 8% tương ứng với khoảng 12,5 lần dòng điện định mức. Dòng sự cố thực tế của hệ thống cũng sẽ phụ thuộc vào trở kháng nguồn, trở kháng dây dẫn, phương pháp nối đất và tỷ lệ X/R của hệ thống.

Trở kháng thấp hơn thường cải thiện điều chỉnh điện áp. Sụt áp trên máy biến áp nhỏ hơn khi có tải, điều này có thể hỗ trợ khởi động động cơ, tải lớn và các ứng dụng nhạy cảm với biến động điện áp.

Sự đánh đổi là dòng sự cố dự kiến cao hơn. Các bộ ngắt mạch có thể cần công suất ngắt lớn hơn, trong khi thanh cái, cáp và thiết bị đóng cắt phải chịu được tải ngắn mạch cao hơn.

Bên trong máy biến áp, một sự cố xuyên qua tạo ra các lực điện từ mạnh lên các cuộn dây. Các lực này tăng nhanh theo dòng sự cố và có thể gây căng thẳng cho dây dẫn cuộn dây, bộ cách ly, dây dẫn và cấu trúc kẹp. Các sự cố bên ngoài lặp đi lặp lại có thể làm tăng nguy cơ dịch chuyển cuộn dây hoặc biến dạng cơ học nếu máy biến áp và hệ thống bảo vệ phối hợp kém.

Trở kháng thấp cũng có thể làm tăng chi phí dự án bên ngoài máy biến áp. Thiết bị đóng cắt có định mức sự cố cao hơn, hệ thống thanh cái mạnh hơn và các biện pháp hạn chế dòng điện bổ sung có thể tốn kém hơn so với chi phí thiết kế máy biến áp.

Trở kháng cao hơn hạn chế dòng sự cố. Điều này có thể giảm tải ngắt trên các bộ ngắt mạch và giảm ứng suất ngắn mạch lên thiết bị hạ nguồn.

Mối quan tâm chính là sụt áp. Khi có tải nặng, khởi động động cơ hoặc tải đột ngột, máy biến áp có trở kháng cao có thể gây ra sụt áp lớn hơn. Điều này có thể ảnh hưởng đến quá trình tăng tốc của động cơ, hoạt động của bộ tiếp điểm, thiết bị quy trình và các tải nhạy cảm với điện áp khác.

Trở kháng cao cũng có thể làm giảm dòng sự cố xuống mức gây khó khăn hơn cho việc phối hợp bảo vệ. Đối với các sự cố ở xa hoặc ở mức thấp hơn, cài đặt rơle và cầu chì có thể cần được xem xét kỹ lưỡng hơn để duy trì độ nhạy và thời gian cắt phù hợp.

Giá trị trở kháng cao hơn không tự động có nghĩa là tổn thất máy biến áp cao hơn hoặc độ tin cậy thấp hơn. Kết quả phụ thuộc vào hình dạng cuộn dây, kiểm soát từ thông rò, bố trí dây dẫn và thiết kế nhiệt. Tuy nhiên, một trở kháng tùy chỉnh cao bất thường có thể yêu cầu công việc thiết kế bổ sung và có thể làm tăng tổn thất rò hoặc gia nhiệt cục bộ nếu từ thông rò không được quản lý đúng cách.

Không có quy tắc đơn giản nào nói rằng máy biến áp có trở kháng cao hơn hoặc thấp hơn sẽ luôn đắt hơn. Đạt được trở kháng cụ thể cho dự án có thể yêu cầu thay đổi kích thước cuộn dây, bố trí dây dẫn, khoảng cách cách điện, che chắn từ tính và hỗ trợ cấu trúc.

Giá trị nằm ngoài phạm vi thiết kế thông thường của nhà sản xuất thường yêu cầu kỹ thuật và kiểm soát sản xuất bổ sung. Dung sai trở kháng chặt chẽ cũng có thể làm tăng chi phí thiết kế, vật liệu và thử nghiệm.

Chi phí hệ thống rộng hơn có thể quan trọng hơn:

Trở kháng thấp có thể yêu cầu các bộ ngắt mạch, thiết bị đóng cắt và hệ thống thanh cái có định mức sự cố cao hơn.

Trở kháng cao có thể yêu cầu hỗ trợ điện áp bổ sung, các phương án khởi động động cơ khác nhau hoặc thay đổi kích thước dây dẫn và cài đặt bảo vệ.

Do đó, đối với các nhóm mua hàng, giá mua máy biến áp thấp nhất có thể dẫn đến tổng chi phí lắp đặt cao hơn nếu trở kháng được chọn làm thay đổi các yêu cầu bổ sung cho phần còn lại của hệ thống.

Các máy biến áp song song cần có tỷ số điện áp, nhóm vector, vị trí đấu nối và đặc tính trở kháng tương thích. Khi hai máy biến áp có trở kháng phần trăm khác nhau, chúng sẽ không chia sẻ tải đều nhau.

Đối với hai máy biến áp có cùng định mức MVA, đơn vị có trở kháng thấp hơn sẽ mang dòng điện lớn hơn. Nếu một máy biến áp có trở kháng 5% và máy kia có 7%, đơn vị 5% sẽ đảm nhận phần lớn hơn của tổng tải và có thể đạt đến công suất định mức trước.

Chỉ độ lớn của trở kháng là không đủ cho một nghiên cứu vận hành song song chi tiết. Tỷ lệ X/R, tỷ số điện áp, cài đặt đấu nối và kết nối cuộn dây cũng ảnh hưởng đến việc chia sẻ dòng điện và dòng điện tuần hoàn.

Trở kháng ngắn mạch là một thông số hệ thống quan trọng, nhưng nó không thể được sử dụng một mình để đánh giá độ tin cậy của máy biến áp.

Đối với các thiết kế trở kháng thấp, độ bền cơ học của cuộn dây và khả năng chịu ngắn mạch đòi hỏi sự chú ý cẩn thận. Đối với các thiết kế trở kháng cao, điều chỉnh điện áp, từ thông rò, gia nhiệt cục bộ và độ nhạy bảo vệ cần được xem xét kỹ lưỡng hơn.

Thiết kế cách điện, nhiệt độ dây dẫn, kẹp cuộn dây, tính nhất quán trong sản xuất, thử nghiệm định kỳ và thời gian cắt bảo vệ đều đóng góp vào hiệu suất lâu dài.

Trở kháng phù hợp là giá trị hoạt động với toàn bộ hệ thống điện và có thể được sản xuất, thử nghiệm và bảo trì trong phạm vi thiết kế đã được phê duyệt.

• Định mức MVA và cơ sở công suất được sử dụng cho giá trị trở kháng

• Điện áp định mức, tần số và cặp cuộn dây áp dụng

• Vị trí đấu nối được sử dụng làm tham chiếu trở kháng

• Nhiệt độ tham chiếu cho giá trị được đảm bảo và thử nghiệm

• Trở kháng mục tiêu hoặc phạm vi trở kháng chấp nhận được

• Dung sai áp dụng theo tiêu chuẩn quản lý hoặc đặc tả dự án

• Tỷ lệ X/R nếu cần cho các nghiên cứu ngắn mạch hoặc bảo vệ

• Mức sự cố của tiện ích có sẵn và trở kháng nguồn phía trên

• Yêu cầu khởi động động cơ, tải lớn và điều chỉnh điện áp

• Yêu cầu vận hành song song với các máy biến áp hiện có hoặc tương lai

• Báo cáo thử nghiệm tại nhà máy và trở kháng đo cuối cùng

Đối với máy biến áp nhiều cuộn dây, RFQ nên nêu rõ cặp cuộn dây nào áp dụng cho mỗi giá trị trở kháng. Một giá trị phần trăm duy nhất có thể không đủ khi có nhiều đầu ra điện áp hoặc cuộn dây thứ cấp.

Không có trở kháng ngắn mạch "tốt nhất" phổ quát nào. Giá trị thấp hơn cải thiện điều chỉnh điện áp nhưng làm tăng dòng sự cố. Giá trị cao hơn hạn chế dòng sự cố nhưng tạo ra nhiều sụt áp hơn và có thể làm phức tạp việc bảo vệ hoặc khởi động tải.

Giá trị cuối cùng nên đến từ nghiên cứu ngắn mạch hệ thống, phân tích điều chỉnh điện áp, phối hợp bảo vệ và kế hoạch vận hành. Sau đó, các nhóm mua hàng có thể so sánh báo giá máy biến áp dựa trên tác động tổng thể của hệ thống thay vì chỉ giá máy biến áp.

WINLEY cung cấp các giải pháp tùy chỉnh cho các ứng dụng máy biến áp treo cột, lắp đế, công suất trạm biến áp, loại khô và các máy biến áp phân phối và công suất khác. Trong quá trình xem xét kỹ thuật, đội ngũ kỹ sư của chúng tôi làm việc với khách hàng để làm rõ mức sự cố hệ thống, trở kháng mục tiêu, điều chỉnh điện áp, hồ sơ tải, khởi động động cơ, vận hành song song và các yêu cầu phối hợp bảo vệ.

Dựa trên các yếu tố đầu vào này, WINLEY có thể xem xét phạm vi trở kháng cùng với công suất máy biến áp, điện áp, cách bố trí cuộn dây, phương pháp làm mát và các tiêu chuẩn áp dụng. Khi có nhiều thiết kế có thể đáp ứng yêu cầu dự án, các tùy chọn có thể được so sánh về chi phí máy biến áp, tải sự cố của thiết bị đóng cắt, hiệu suất điện áp và độ tin cậy vận hành. Điều này giúp khách hàng lựa chọn một giải pháp thực tế, hiệu quả về chi phí cho toàn bộ hệ thống điện.

Tùy thuộc vào loại sản phẩm, cấu hình và thị trường mục tiêu, các giải pháp có thể hỗ trợ các sản phẩm được chứng nhận UL/cUL theo UL File E536138 và các yêu cầu ANSI/IEEE, CSA, hiệu quả năng lượng U.S. DOE và NEMA áp dụng. Bản vẽ, dữ liệu nhãn tên và báo cáo thử nghiệm tại nhà máy có thể được cung cấp để hỗ trợ phê duyệt kỹ thuật và xác minh thông số cuối cùng.

Tìm hiểu thêm về các giải pháp máy biến áp WINLEY:
https://www.winley-electric.com/