Trả lời trước tiên: dòng điện sự cố = dòng điện định mức ÷ điện áp ngắn mạch
Dòng điện ngắn mạch tại đầu ra hạ áp của máy biến áp phân phối không phải là thứ bạn tra cứu trên đường cong — mà là một phép chia đơn giản. Dòng điện ngắn mạch đối xứng (ổn định) được tính như sau:
Isc = In ÷ Uk% = (S ÷ (√3 × U)) ÷ (Uk ÷ 100)
trong đó S là công suất định mức (kVA), U là điện áp định mức phía hạ áp (kV), và Uk% là điện áp ngắn mạch (trở kháng). Lấy máy biến áp 1.000 kVA, 10 ÷ 0,4 kV với Uk = 6%: dòng điện định mức phía hạ áp là 1.000.000 ÷ (1,732 × 400) = 1.443 A, do đó dòng điện sự cố là 1.443 ÷ 0,06 = 24,1 kA. Đỉnh bất đối xứng trong chu kỳ đầu tiên xấp xỉ 2,55 × giá trị đó = 61 kA. Mọi aptomat tổng hạ áp, thanh cái và cáp phải được định mức để ngắt và chịu được giá trị đó — đó là lý do bạn tính toán trước khi mua, không phải sau khi mua. Nếu bạn vẫn đang lựa chọn kVA, hãy bắt đầu từ hướng dẫn tính toán kích thước bằng một công thức; đối với tủ đóng cắt và đường dây phải chịu sự cố này, xem Cách tính toán kích thước hệ thống phân phối.
Bước 1 — Xác định dòng điện định mức
Dòng điện định mức (đầy tải) trên bất kỳ cuộn dây nào là công suất chia cho √3 và điện áp. Ở phía hạ áp của máy 10/0,4 kV:
In = S ÷ (1,732 × 0,4)
| Công suất (kVA) | Dòng điện định mức hạ áp tại 0,4 kV (A) |
|---|---|
| 400 | 577 |
| 630 | 909 |
| 800 | 1.155 |
| 1.000 | 1.443 |
| 1.250 | 1.804 |
| 1.600 | 2.309 |
| 2.000 | 2.887 |
Bước 2 — Chia cho Uk% (điện áp ngắn mạch)
Uk% là điện áp — tính theo phần trăm của điện áp định mức — bạn phải đặt vào cuộn cao áp để tạo ra dòng điện định mức khi đầu ra hạ áp bị ngắn mạch. Đây là trở kháng nội tại của máy biến áp, và là đòn bẩy duy nhất quyết định dòng điện sự cố. Đối với máy biến áp phân phối tiêu chuẩn, giá trị này thường là 4%–6% (tính đến năm 2026):
| Uk% | Hệ số nhân sự cố (1 ÷ Uk) | 1.000 kVA → Sự cố hạ áp (kA) |
|---|---|---|
| 4% | 25 × In | 36,1 |
| 5% | 20 × In | 28,9 |
| 6% | 16,7 × In | 24,1 |
| 8% | 12,5 × In | 18,0 |
Uk% thấp hơn nghĩa là tổn thất thấp hơn và điều chỉnh điện áp chặt chẽ hơn, nhưng dòng điện sự cố cao hơn — do đó tủ đóng cắt hạ áp của bạn sẽ đắt hơn. Đây chính là sự đánh đổi giữa trở kháng và tổn thất, cũng là yếu tố chi phối các cấp S11/S13/S20; xem so sánh cấp tổn thất để hiểu cách trở kháng và tổn thất không tải thay đổi cùng nhau.
Bước 3 — Cộng thêm đỉnh bất đối xứng
24,1 kA ở trên là giá trị RMS đối xứng. Trong nửa chu kỳ đầu tiên, thành phần một chiều có thể đẩy đỉnh tức thời lên khoảng 2,55 × giá trị đối xứng (IEC 60909 / IEC 60076-5 áp dụng hệ số này cho máy biến áp phân phối). Đối với máy 1.000 kVA / 6%, đỉnh là ≈ 61 kA. Aptomat và thanh cái được định mức cho cả khả năng ngắt RMS và dòng đỉnh (đóng cắt), vì vậy hãy ghi rõ cả hai thông số này trong đơn hàng.
Quy tắc chịu đựng: IEC 60076-5 (GB 1094.5)
IEC 60076-5 yêu cầu máy biến áp phải chịu được các tác động nhiệt và động (cơ học) của ngắn mạch ngoài mà không bị hư hỏng, trong thời gian mặc định là 2 giây (một số thông số kỹ thuật kéo dài đến 3 giây cho các máy lớn hơn). Hai chế độ hư hỏng là khác biệt: nhiệt — đồng nóng lên đến giới hạn xác định dưới dòng điện sự cố — và động — lực điện từ giữa các cuộn dây, tăng theo bình phương của dòng điện đỉnh, có thể ép hoặc làm biến dạng cuộn dây về mặt vật lý. Định luật bình phương này là lý do Uk% thấp là con dao hai lưỡi: nó làm tăng dòng điện sự cố, và lực tăng theo I², vì vậy biên độ thiết kế cơ học quan trọng hơn biên độ nhiệt. Đây chính xác là điều mà một nhà máy có năng lực xác minh bằng thử nghiệm chịu ngắn mạch định kỳ — hoặc, đối với các máy quan trọng, bằng thử nghiệm điển hình đầy đủ.
Cách đặc tả (và những gì cần ghi trong đơn hàng)
- Công suất định mức, tỷ số điện áp và tổ đấu dây (ví dụ: 1.000 kVA, 10/0,4 kV, Dyn11).
- Uk% tại nấc điều chỉnh định mức (ví dụ: 6%) và dung sai bạn chấp nhận — IEC 60076-1 cho phép ±10% trên trở kháng đã công bố.
- Thời gian ngắn mạch (tiêu chuẩn 2 giây) và mức sự cố dự kiến của hệ thống tại đầu cao áp.
- Tủ đóng cắt hạ áp phải ngắt được Isc đã tính — thường là aptomat hạ áp 36 kA hoặc 50 kA, tùy thuộc vào Uk%.
Nếu tính sai Uk% và mức sự cố, bạn sẽ hoặc là định mức thiếu cho tủ đóng cắt (aptomat không thể ngắt 24 kA là một mối nguy hiểm) hoặc trả quá nhiều tiền cho trở kháng thấp mà bạn không cần. Hãy gửi cho chúng tôi công suất định mức và mức sự cố dự kiến phía cao áp, chúng tôi sẽ tính toán chính xác dòng điện sự cố hạ áp, chọn Uk% cân bằng giữa điều chỉnh điện áp và chi phí tủ đóng cắt, và báo giá các máy phù hợp — máy biến áp ngâm dầu hoặc máy biến áp khô — kèm báo cáo thử nghiệm chịu ngắn mạch theo IEC 60076-5.
Bảng tính sẵn: Dòng điện sự cố hạ áp cho các kích thước phổ biến (10/0,4 kV, Uk = 6%)
| Công suất (kVA) | Dòng điện định mức hạ áp (A) | Isc đối xứng (kA) | Đỉnh ≈ 2,55 × (kA) |
|---|---|---|---|
| 400 | 577 | 9,6 | 24,5 |
| 630 | 909 | 15,2 | 38,6 |
| 800 | 1.155 | 19,3 | 49,1 |
| 1.000 | 1.443 | 24,1 | 61,3 |
| 1.600 | 2.309 | 38,5 | 98,1 |
| 2.000 | 2.887 | 48,1 | 122,7 |
Tất cả các giá trị trên giả định ngắn mạch ba pha trực tiếp tại đầu hạ áp; mức sự cố thực tế sẽ thấp hơn một chút khi tính thêm trở kháng cáp. Bảng này là công cụ kiểm tra thông số kỹ thuật của bạn — nếu thiết bị hạ áp của bạn không thể ngắt được giá trị ở cột thứ ba, hãy tăng Uk% hoặc nâng cấp tủ đóng cắt trước khi đóng điện.