Câu trả lời trước tiên: chỉ định đúng BIL và một chống sét van với biên độ bảo vệ ít nhất 1,2× — cùng nhau chúng ngăn chặn kẻ giết người số 1 của máy biến áp phân phối
Sét là nguyên nhân phổ biến nhất gây hỏng máy biến áp phân phối ở các vùng có giông bão, và thiệt hại hầu như luôn có thể phòng ngừa được — không phải nhờ may mắn, mà nhờ hai con số bạn ghi trên đơn đặt hàng. Thứ nhất là Cấp cách điện cơ bản (BIL): điện áp xung sét mà cuộn dây và sứ xuyên được thử nghiệm để chịu đựng theo IEC 60076-3 / IEEE C57.12.90, thông thường là 75 hoặc 95 kV cho hệ thống 12 kV (Um) và 170 kV cho hệ thống 36 kV. Thứ hai là chống sét van — một thiết bị oxit kim loại (MOV) được bắt vít vào máy biến áp để kẹp xung đến một “điện áp dư” đã biết, thông thường là 35–40 kV cho chống sét van cấp 12 kV. Quy tắc gắn kết chúng lại với nhau là biên độ bảo vệ: BIL phải ít nhất bằng 1,2× mức bảo vệ của chống sét van (IEC 60099-5 / IEEE C62.22). Nắm đúng cả hai con số và một cú sét 100 kA trở thành chuyện không đáng kể; lắp chống sét van xa quá một mét và điện cảm của dây dẫn sẽ âm thầm bào mòn biên độ đó. Hướng dẫn này cung cấp cho bạn các bảng BIL, thông số chống sét van, cách tính biên độ, cùng các quy tắc lắp đặt và nối đất thực sự quan trọng.
Cách một xung sét giết chết máy biến áp
Một cú sét trực tiếp hoặc gần đó cảm ứng một sóng điện áp lan truyền trên đường dây trên không, và sóng đó lao về phía máy biến áp với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng với thời gian tăng chỉ vài micro giây. Khi nó đến máy biến áp, nó làm hai việc:
- Nó đánh thủng cách điện. Xung có thể đạt tới hàng chục đến hàng trăm kilovolt — cao hơn nhiều so với vài chục kilovolt mà cách điện cuộn dây được thiết kế để chịu. Kết quả là phóng điện bề mặt hoặc thủng cuộn dây, thường xảy ra nhất giữa các vòng dây gần đầu đường dây của cuộn dây cao áp, nơi ứng suất cao nhất.
- Nó gây lão hóa tích lũy. Ngay cả một xung không đánh thủng ngay lập tức cũng làm suy yếu cách điện, và những cú sét lặp lại sẽ đẩy nhanh sự kết thúc tuổi thọ thiết kế 25–30 năm của máy biến áp (lão hóa cách điện tăng gần gấp đôi mỗi 6°C tăng điểm nóng, IEC 60076-7).
Các thiết bị bảo vệ bên trong không giúp ích gì ở đây. Rơ le Buchholz, thiết bị xả áp và chỉ báo nhiệt độ cuộn dây phản ứng với khí, áp suất và nhiệt — tất cả đều quá chậm đối với một xung cỡ micro giây. Sét là một vấn đề phối hợp cách điện, được giải quyết tại đầu cực trước khi xung kịp vào bên trong thùng.
BIL: con số trên nhãn máy định nghĩa khả năng chịu xung
Cấp cách điện cơ bản là điện áp xung sét đỉnh — một sóng 1,2/50 µs tiêu chuẩn — mà máy biến áp phải chịu đựng mà không hỏng. IEC 60076-3 (và GB 1094.3, tiêu chuẩn tương đương của Trung Quốc) và IEEE C57.12.00 công bố các cấp BIL tiêu chuẩn gắn với điện áp cao nhất cho thiết bị (Um), không phải điện áp danh định. Các tổ hợp phổ biến cho máy biến áp phân phối là:
| Điện áp danh định | Um (điện áp cao nhất) | BIL tiêu chuẩn (IEC 60076-3) | BIL tiêu chuẩn (cấp IEEE) |
|---|---|---|---|
| 11 kV / 13,8 kV | 12 kV / 15 kV | 75 kV (tùy chọn 95 kV) | 95 kV (cấp 15 kV) |
| 20 kV / 22 kV | 24 kV | 125 kV | 125 kV (cấp 25 kV) |
| 33 kV / 34,5 kV | 36 kV | 170 kV | 150–200 kV (cấp 35 kV) |
| 11 kV (dân dụng / thương mại nhẹ) | 12 kV | 60 kV (giảm) | — |
Việc chọn 75 kV hay 95 kV cho hệ thống 12 kV rất quan trọng vì nó là một nửa ngân sách biên độ bảo vệ của bạn. Ở khu vực nhiều sét (hơn ~80–100 ngày giông bão mỗi năm — Đông Nam Á nhiệt đới, Trung Phi, Bắc Nam Mỹ, Bờ Vịnh Hoa Kỳ), hãy chỉ định BIL cao hơn và cấp chống sét van nặng hơn ngay từ đầu; chênh lệch chi phí nhỏ, nhưng chênh lệch hỏng hóc thì không. Để có bức tranh tiêu chuẩn rộng hơn, xem hướng dẫn So sánh tiêu chuẩn quốc tế và IEC so với IEEE của chúng tôi.
Chống sét van: chiếc kẹp làm cho BIL phát huy tác dụng
Chống sét van là một chồng biến trở oxit kim loại (MOV) có điện trở sụp từ gần như vô cực xuống gần như bằng không ngay khi điện áp đặt lên nó vượt ngưỡng, chuyển dòng xung xuống đất và chỉ để lại một điện áp dư nhỏ trên máy biến áp. Ba thông số định nghĩa nó:
- Điện áp danh định (Ur) và MCOV. Điện áp làm việc liên tục của chống sét van (MCOV / Uc) phải lớn hơn điện áp pha-đất liên tục cao nhất của hệ thống, để chống sét van không dẫn điện trong các đợt tăng điện áp bình thường. Đối với hệ thống 12 kV nối đất chắc, lựa chọn tiêu chuẩn là chống sét van định mức 12 kV với MCOV ~10,2 kV.
- Dòng phóng danh định (In). 5 kA hoặc 10 kA cho phân phối. Một chống sét van 10 kA, loại nặng là mặc định hợp lý cho một lắp đặt phơi nhiễm sét.
- Điện áp dư (mức bảo vệ). Điện áp còn lại trên chống sét van trong khi nó phóng dòng 8/20 µs danh định — đối với chống sét van 10 kA định mức 12 kV, con số này thường là ~35–40 kV. Đây là điện áp mà máy biến áp thực sự thấy, nên nó là con số phải nằm dưới BIL.
Biên độ bảo vệ: BIL ÷ điện áp dư ≥ 1,2
Biên độ là phép tính đơn giản, và đó chính là toàn bộ mục đích của phối hợp cách điện:
Biên độ bảo vệ = BIL ÷ mức bảo vệ của chống sét van ≥ 1,2 (IEC 60099-5, IEEE C62.22)
Một ví dụ cụ thể: một máy biến áp hệ thống 12 kV với BIL 95 kV, được bảo vệ bởi chống sét van 12 kV 10 kA với điện áp dư 38 kV, cho 95 ÷ 38 = 2,5 — một biên độ thoải mái 150%. BIL 75 kV cho 75 ÷ 38 = 1,97, vẫn khỏe mạnh. Nhưng biên độ không nằm hết ở các con số — việc lắp đặt ăn mòn nó:
Mỗi mét dây dẫn nối chống sét van với đầu cực mang điện thêm ~1 µH điện cảm, và trong một xung 8/20 µs, điện áp nó tạo ra là V = L × di/dt ≈ 1 µH × (10 kA ÷ 8 µs) ≈ 1,25 kV mỗi mét. Hai mét dây dẫn thêm ~2,5 kV vào mức bảo vệ hiệu dụng — đủ để xóa đi khác biệt giữa BIL 75 kV và 95 kV trên một thiết kế sát ngưỡng. Quy tắc: lắp chống sét van càng gần sứ xuyên càng tốt, với tổng chiều dài dây dẫn dưới ~1 m, và nối nó vào bu lông tiếp đất của thùng, không phải một thanh tiếp đất xa xôi nào đó.
Lắp đặt và nối đất: nơi hầu hết các lắp đặt thất bại
- Dây dẫn ngắn, trực tiếp. Giữ dây phía đường dây và phía đất ngắn và thẳng; tránh cuộn dây và uốn khúc nhọn làm tăng điện cảm.
- Nối đất một điểm, trở kháng thấp. Nối đất chống sét van, thùng máy biến áp và trung tính hạ áp vào một điểm đất với điện trở đất ≤10 Ω (IEEE 142 / quy chuẩn địa phương). Đất có điện trở cao làm chống sét van vô dụng — xung không có nơi nào để đi.
- Bảo vệ cả phía hạ áp. Một cú sét trên đường dây hạ áp — hoặc một xung truyền qua máy biến áp bằng ghép điện dung — có thể quá áp cuộn dây hạ áp. Ở những vị trí phơi nhiễm, thêm bảo vệ chống sét hạ áp tại các đầu cực hạ áp.
- Đường trục trên đường dây trên không. Máy biến áp trên các đường trục tỏa nhánh trên không dài là phơi nhiễm nhất; nếu đường dây có dây chống sét hoặc chống sét van đầu đường dây, hãy phối hợp chúng sao cho chống sét van của máy biến áp là thiết bị gần nhất, có điện áp dư thấp nhất.
- Ngâm dầu so với khô. Các đơn vị ngâm dầu có khả năng chịu xung vốn có tuyệt vời; các đơn vị khô đúc nhựa cũng tốt nhưng phải được chỉ định với BIL nêu rõ và được bảo vệ theo cùng cách. Xem hướng dẫn Ngâm dầu so với khô của chúng tôi để có toàn bộ sự đánh đổi.
Cách chỉ định bảo vệ chống sét — sáu dòng cho RFQ của bạn
- Nêu rõ BIL. “BIL 95 kV (xung sét, 1,2/50 µs, IEC 60076-3)” — đừng bao giờ để mặc định.
- Nêu rõ chống sét van. “Chống sét van oxit kim loại, định mức 12 kV, danh định 10 kA, MCOV ≥ 10,2 kV, điện áp dư ≤ 40 kV tại 10 kA”.
- Nêu rõ biên độ. “Biên độ bảo vệ BIL / điện áp dư ≥ 1,2 theo IEC 60099-5”.
- Nêu rõ cách lắp đặt. “Chống sét van lắp tại sứ xuyên cao áp, tổng chiều dài dây dẫn ≤ 1 m, nối vào một điểm đất duy nhất với điện trở đất ≤ 10 Ω”.
- Nêu rõ báo cáo thử nghiệm. Yêu cầu giấy chứng nhận thử nghiệm xung sét thường quy thể hiện điện áp chịu đựng thực tế.
- Nêu rõ khí hậu. Cung cấp mức ngày giông bão (kerAunic) tại địa phương để nhà máy có thể đề xuất BIL và cấp chống sét van phù hợp.
QDTB cung cấp máy biến áp ngâm dầu và khô với các cấp BIL trải khắp các bảng IEC 60076-3 và IEEE C57.12.00, và chúng tôi phối hợp chống sét van cùng sơ đồ nối đất như một phần của mọi báo giá. Sử dụng Hộp công cụ kỹ thuật QDTB để chọn kích cỡ thiết bị và kiểm tra kVA, duyệt máy biến áp ngâm dầu của chúng tôi, hoặc liên hệ với chúng tôi với điện áp hệ thống và khí hậu sét của bạn để được khuyến nghị về BIL và chống sét van.