Các máy biến áp lắp trên nền theo tiêu chuẩn IEEE cho sạc xe điện (EV) và nâng cấp lưới điện

Hạ tầng phân phối điện của Bắc Mỹ đang trải qua sự chuyển đổi đáng kể. Các tài sản lưới điện cũ kỹ, các khu phát triển thương mại mở rộng, việc tích hợp năng lượng tái tạo và việc triển khai nhanh chóng mạng lưới sạc xe điện (EV) đang tạo ra những yêu cầu mới đối với thiết bị phân phối điện trung thế đáng tin cậy.

Khi các công ty điện lực và chủ đầu tư đầu tư vào hệ thống phân phối điện ngầm, Tiêu chuẩn IEEE biến áp gắn bệ đã trở thành một thành phần thiết yếu của hạ tầng điện hiện đại.

Khác với các máy biến áp truyền thống được lắp trên cột, máy biến áp kiểu đặt trên mặt đất được lắp đặt ở mức độ cao ngang mặt đất bên trong các vỏ bọc an toàn, chống xâm nhập. Chúng cung cấp kết nối hiệu quả giữa các hệ thống phân phối ngầm điện áp trung bình và các tải điện áp thấp, đồng thời hỗ trợ khả năng tiếp cận của đơn vị cung cấp điện, an toàn công cộng và khả năng bảo trì lâu dài.

Đối với kỹ sư vận hành lưới điện, nhà thầu EPC, nhà phân phối thiết bị điện và chủ đầu tư trạm sạc xe điện thương mại, việc lựa chọn máy biến áp phù hợp không chỉ dựa trên việc khớp các thông số điện áp và kVA. Kỹ sư cần đánh giá các tiêu chuẩn IEEE/ANSI áp dụng, cấu hình nguồn cấp, hiệu suất nhiệt, phối hợp bảo vệ, độ bền của vỏ bọc và điều kiện vận hành cụ thể tại hiện trường.

Hướng dẫn kỹ thuật này giải thích các thông số kỹ thuật quan trọng và các yếu tố kỹ thuật cần cân nhắc khi lựa chọn máy biến áp ba pha kiểu đặt trên mặt đất cho các dự án phân phối ngầm và sạc xe điện thương mại tại Bắc Mỹ .

1. Tại sao Biến áp gắn bệ Vấn đề liên quan đến hiện đại hóa lưới điện Bắc Mỹ

1.1 Vai trò ngày càng tăng của hệ thống phân phối điện ngầm

Hệ thống phân phối điện ngầm được sử dụng rộng rãi trong các khu dân cư Bắc Mỹ, các dự án thương mại, các khu công nghiệp và các dự án cơ sở hạ tầng đô thị.

Mặc dù chi phí xây dựng ban đầu của hệ thống phân phối ngầm thường cao hơn so với hệ thống trên không, nhưng nó mang lại một số lợi thế trong các ứng dụng phù hợp:

• Giảm mức độ phơi nhiễm dây dẫn chính trước gió, cành cây gãy rớt và một số mối nguy liên quan đến thời tiết.

• Cải thiện tính thẩm mỹ về mặt thị giác trong các khu thương mại và khu dân cư.

• Giảm xung đột về khoảng cách an toàn đối với đường dây trên không.

• Tích hợp linh hoạt với các cơ sở thương mại và cơ sở hạ tầng điện.

• Tiếp cận thiết bị ở mức độ mặt đất dành riêng cho nhân viên tiện ích có trình độ.

Tuy nhiên, hệ thống phân phối ngầm không loại bỏ hoàn toàn rủi ro mất điện. Các sự cố cáp, ngập lụt, suy giảm cách điện và hỏng hóc thiết bị vẫn là những yếu tố kỹ thuật quan trọng cần xem xét.

Biến áp phân phối lắp đặt trên đế đóng vai trò là các giao diện quan trọng giữa các đường dây trung thế ngầm và các hệ thống điện thứ cấp cung cấp điện cho các tòa nhà, thiết bị công nghiệp và các trạm sạc xe điện.

1.2 Các tải điện mới đang làm thay đổi yêu cầu đối với máy biến áp

Các mạng lưới phân phối truyền thống chủ yếu được thiết kế dựa trên các đặc tuyến tải dân dụng và thương mại tương đối dễ dự báo.

Ngày nay, các công ty điện lực phải đáp ứng các điều kiện vận hành phức tạp hơn, bao gồm:

• Các khu phát triển thương mại mật độ cao.

• Trung tâm dữ liệu và cơ sở công nghiệp.

• Hệ thống phát điện mặt trời phân tán và hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin.

• Các khu vực sạc xe điện thương mại.

• Các đội phương tiện giao thông chạy bằng điện.

• Nhu cầu ngày càng tăng về giám sát và tự động hóa lưới điện.

Các ứng dụng này đặt ra những yếu tố mới cần xem xét, bao gồm công suất máy biến áp, độ biến thiên tải, lão hóa nhiệt, điều chỉnh điện áp và phối hợp bảo vệ.

Ví dụ, một trạm sạc thương mại được trang bị nhiều bộ sạc nhanh một chiều (DC) công suất 350 kW có thể yêu cầu công suất máy biến áp lớn hơn đáng kể so với một cơ sở bán lẻ thông thường.

Do đó, việc lựa chọn máy biến áp phải tính đến cả nhu cầu điện hiện tại và khả năng mở rộng thực tế trong tương lai.

2. Tìm hiểu các tiêu chuẩn IEEE và ANSI dành cho máy biến áp lắp trên nền bê tông

Tuân thủ các tiêu chuẩn Bắc Mỹ có hiệu lực là một trong những yếu tố quan trọng nhất khi xác định thông số kỹ thuật cho máy biến áp lắp trên nền bê tông.

Họ tiêu chuẩn IEEE C57 quy định các yêu cầu và hướng dẫn liên quan đến kết cấu, hiệu năng, thử nghiệm và ứng dụng của máy biến áp.

2.1 Các tiêu chuẩn IEEE chủ chốt dành cho máy biến áp phân phối lắp trên nền bê tông

Tiêu chuẩn	Phạm vi chính	Tính liên quan về mặt kỹ thuật
IEEE C57.12.34	Máy biến áp phân phối lắp trên nền bê tông, ngâm dầu, ba pha, tần số 60 Hz	Các yêu cầu về định mức điện, kết cấu và hiệu năng
IEEE C57.12.22	Máy biến áp phân phối đặt trên bệ, ngâm dầu, ba pha, tần số 60 Hz, có cổng cách điện điện áp cao	Yêu cầu đối với các cấu hình máy biến áp áp dụng được
IEEE C57.12.28	Độ kín của vỏ thiết bị đặt trên bệ	Khả năng chống xâm nhập, khả năng chống ăn mòn và độ kín của vỏ
IEEE C57.12.00	Yêu cầu chung đối với máy biến áp phân phối, máy biến áp lực và máy biến áp điều chỉnh, ngâm dầu	Yêu cầu chung về điện và hiệu suất
IEEE C57.12.90	Quy trình thử nghiệm đối với máy biến áp ngâm dầu	Xác minh hiệu suất điện và điện môi
IEEE C57.91	Hướng dẫn tải cho máy biến áp ngâm dầu khoáng	Đánh giá tải nhiệt và lão hóa cách điện
IEEE C57.12.70	Đánh dấu đầu nối và kết nối	Nhận dạng kết nối và bố trí đầu nối

Ghi chú kỹ thuật: IEEE C57.12.22 và IEEE C57.12.34 đề cập đến các cấu hình máy biến áp khác nhau và không thể thay thế lẫn nhau. Kỹ sư cần xác nhận tiêu chuẩn áp dụng, phiên bản, cấp điện áp và bố trí thiết bị trước khi mua sắm.

2.2 Vì sao tính toàn vẹn của vỏ bọc theo IEEE C57.12.28 lại quan trọng

Các máy biến áp lắp trên bệ thường được lắp đặt tại những khu vực công chúng có thể tiếp cận, bao gồm bãi đậu xe thương mại, khu dân cư và trạm sạc xe điện (EV).

Do đó, thiết kế vỏ bọc là một yếu tố an toàn cơ bản.

IEEE C57.12.28 quy định các yêu cầu về tính toàn vẹn của vỏ bọc đối với các thiết bị lắp trên bệ áp dụng được, bao gồm khả năng chống xâm nhập trái phép và điều kiện môi trường cụ thể.

Các yếu tố thiết kế quan trọng bao gồm:

• Kết cấu khoang chống can thiệp.

• Cửa ra vào có khả năng bảo mật và các biện pháp khóa.

• Vật liệu chống ăn mòn và lớp phủ bảo vệ.

• Độ bền cơ học của các thành phần vỏ bọc.

• Sự phân tách khoang phù hợp và bố trí lối tiếp cận.

Đối với các công trình lắp đặt ven biển, kỹ sư cũng cần đánh giá mức độ phơi nhiễm muối, độ ẩm, hiệu suất lớp phủ và khả năng chống ăn mòn trong thời gian dài.

Việc tuân thủ IEEE C57.12.28 cần được hỗ trợ bằng tài liệu thiết kế liên quan và bằng chứng thử nghiệm. Các yêu cầu dự án cụ thể về lớp phủ hoặc thử nghiệm phun muối có thể khắt khe hơn các quy định tối thiểu trong tiêu chuẩn.

2.3 Yêu cầu phê duyệt UL, CSA và của Công ty Điện lực

Việc mua sắm máy biến áp tại Bắc Mỹ có thể liên quan đến nhiều yêu cầu tuân thủ riêng biệt.

Các yêu cầu này bao gồm tiêu chuẩn thiết kế IEEE/ANSI, các yêu cầu chứng nhận an toàn hoặc liệt kê áp dụng, đặc tả của công ty điện lực và quy định điện địa phương.

Một máy biến áp được thiết kế theo tiêu chuẩn IEEE không tự động đạt chứng nhận UL Listed hoặc CSA Certified.

Tương tự như vậy, việc tuân thủ một tiêu chuẩn đã được công bố không nhất thiết đảm bảo rằng tiêu chuẩn đó sẽ được một công ty cung cấp điện cụ thể chấp nhận.

Trước khi mua hàng, các đội dự án cần xác minh:

1. Các tiêu chuẩn IEEE/ANSI và các phiên bản áp dụng.

2. Các cấu hình máy biến áp đã được công ty cung cấp điện phê duyệt.

3. Các chứng nhận hoặc đánh giá của bên thứ ba bắt buộc.

4. Các yêu cầu về hiệu suất năng lượng do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ban hành.

5. Các yêu cầu quy định của Canada và các yêu cầu theo từng tỉnh, nếu có liên quan.

6. Các báo cáo thử nghiệm tại nhà máy và tài liệu kỹ thuật hỗ trợ.

Đối với máy biến áp nhập khẩu, những yêu cầu này cần được làm rõ trong giai đoạn gửi yêu cầu báo giá (RFQ), chứ không phải sau khi thiết bị đã được giao.

3. Các thông số kỹ thuật quan trọng đối với máy biến áp chôn ngầm Distribution transformers

Việc lựa chọn một máy biến áp phù hợp đòi hỏi các quyết định phối hợp về định mức điện, bố trí đường dây cấp điện, hệ thống cách điện và thiết bị bảo vệ.

3.1 Máy biến áp lắp trên mặt đất: cấp điện theo kiểu vòng khép kín so với cấp điện theo kiểu tia

Hai bố trí kết nối điện áp cao phổ biến là cấp điện theo kiểu tia và cấp điện theo kiểu vòng khép kín.

Cấu hình cấp điện theo kiểu tia

Máy biến áp cấp điện theo kiểu tia nhận điện từ một đường dây cấp điện sơ cấp duy nhất.

Bố trí này thường được sử dụng khi máy biến áp đặt tại cuối mạch phân phối hoặc khi không cần kết nối thay thế từ các đường dây cấp điện khác.

Ưu điểm:

• Bố trí đường dây cấp điện tương đối đơn giản.

• Số điểm nối cáp sơ cấp ít hơn.

• Phù hợp cho các tải thương mại độc lập.

• Có thể giảm độ phức tạp của thiết bị và lắp đặt.

Tuy nhiên, một sự cố hoặc gián đoạn ảnh hưởng đến đường dây cấp điện có thể làm gián đoạn dịch vụ cung cấp cho các thiết bị ở phía hạ lưu.

Cấu hình cấp điện theo vòng

Máy biến áp cấp điện theo vòng cung cấp các kết nối cáp sơ cấp cho phép mạch phân phối tiếp tục chạy xuyên qua vị trí máy biến áp.

Tùy thuộc vào thiết kế mạng lưới của công ty điện lực và thiết bị chuyển mạch đã lắp đặt, cấu hình này có thể hỗ trợ việc phân đoạn và các phương án cấp điện thay thế.

Ưu điểm:

• Độ linh hoạt cao hơn trong thiết kế đường dây cấp điện ngầm.

• Hỗ trợ chuyển mạch và phân đoạn mạng lưới của công ty điện lực.

• Khả năng cải thiện việc khôi phục dịch vụ.

• Phù hợp với các khu khuôn viên thương mại và các hệ thống phân phối sử dụng nhiều máy biến áp.

Điều quan trọng cần lưu ý là cấu hình cấp điện theo vòng không tự động đảm bảo dịch vụ liên tục. Tính dự phòng phụ thuộc vào tổng thể bố trí mạng lưới, sơ đồ chuyển mạch và nguồn thay thế sẵn có.

Yếu tố Lựa chọn	Cấp điện theo dạng tia	Nạp vòng lặp
Bố trí đường dây cấp điện sơ cấp	Nguồn cấp duy nhất	Kết nối dây dẫn cấp vào và cấp ra
Ứng dụng điển hình	Tải ở cuối đường dây	Mạng lưới ngầm nhiều máy biến áp
Độ phức tạp khi lắp đặt	Thấp hơn nói chung	Thông Thường Cao Hơn
Khả năng phân đoạn linh hoạt	Hạn chế	Tốt hơn với việc chuyển mạch phù hợp
Khả năng khôi phục	Phụ thuộc vào mạng lưới thượng nguồn	Có thể hỗ trợ khôi phục qua dây dẫn dự phòng
Các ứng dụng chung	Cơ sở thương mại nhỏ	Các dự án phân phối điện cho khu vực sử dụng chung, khuôn viên trường học và khu phát triển thương mại

Khuyến nghị lựa chọn: Các dự án phân phối điện cần phân đoạn đường dây cấp điện nên đánh giá cấu hình cấp điện theo vòng khép kín, trong khi các hệ thống thương mại độc lập có thể hưởng lợi từ thiết kế cấp điện theo kiểu tia.

3.2 Chọn dung lượng và điện áp máy biến áp

Máy biến áp lắp đặt trên mặt đất có sẵn với nhiều mức công suất khác nhau, tùy thuộc vào thiết kế, cấp điện áp, yêu cầu làm mát và khả năng của nhà sản xuất.

Các mức công suất phổ biến cho máy biến áp phân phối ba pha bao gồm:

• 75 kVA

• 150 kVA

• 300 kVA

• 500 KVA

• 750 kVA

• 1.000 kVA

• 1.500 kVA

• 2.000 kVA

• 2.500 kVA

Các thiết kế máy biến áp có công suất cao hơn theo đơn đặt hàng cũng có thể khả dụng, tùy theo tiêu chuẩn áp dụng và yêu cầu cụ thể của dự án.

Các hệ thống điện áp trung bình phổ biến ở Bắc Mỹ bao gồm 13,8 kV, 24,94 kV và 34,5 kV, mặc dù các định mức cuộn dây biến áp thực tế phải phù hợp với điện áp danh định của hệ thống và sơ đồ nối đất do công ty cung cấp điện quy định.

Các lựa chọn điện áp thứ cấp điển hình bao gồm:

Điện áp phụ	Các ứng dụng chung
208Y/120 V	Các tòa nhà thương mại và tải điện nhỏ hơn
480Y/277 V	Cơ sở công nghiệp, tòa nhà thương mại lớn và cơ sở hạ tầng sạc xe điện (EV)
600Y/347 V	Một số lắp đặt thương mại và công nghiệp tại Canada
Cấu Hình Tùy Chỉnh	Ứng dụng đặc thù của công ty cung cấp điện và ứng dụng công nghiệp

Việc lựa chọn cấp điện áp phải tính đến phối hợp cách điện, mức cách điện xung cơ bản (BIL), nối đất và đặc tả kỹ thuật thiết bị do công ty cung cấp điện quy định.

3.3 Thiết kế không có phần dẫn điện hở và bảo vệ sơ cấp

Đối với các ứng dụng phân phối ngầm, người ta thường quy định cấu hình máy biến áp loại không có đầu nối hở.

Các bố trí loại không có đầu nối hở sử dụng các đầu nối sơ cấp cách điện và tháo rời được nhằm giảm thiểu nguy cơ tiếp xúc với các bộ phận mang điện trong suốt các thao tác được phép.

Các phụ kiện điển hình có thể bao gồm:

• Bộ nối dạng khuỷu có khả năng đóng/ngắt tải hoặc không có khả năng đóng/ngắt tải.

• Các cổng cách điện sơ cấp và các buồng chứa cổng cách điện.

• Bộ chống sét.

• Bộ cầu chì kiểu Bay-O-Net.

• Cầu chì dự phòng giới hạn dòng điện.

• Bộ chỉ thị nhiệt độ dầu.

• Đồng hồ đo mức chất lỏng.

• Các thiết bị giải áp.

• Các biện pháp nối đất.

Thiết bị bảo vệ phải được phối hợp với các thiết bị bảo vệ phía đầu nguồn và các tải điện phía đầu ra.

Việc sử dụng thiết bị kiểu kín (dead-front) không loại bỏ các nguy cơ điện. Các thao tác đóng cắt, kiểm tra và bảo trì phải tuân thủ quy trình của đơn vị cung cấp điện và các yêu cầu an toàn điện có liên quan.

4. Máy biến áp lắp trên nền kỹ thuật dành cho trạm sạc nhanh EV thương mại

Hạ tầng sạc EV thương mại tạo ra các đặc tính vận hành khác biệt so với nhiều tải phân phối thông thường.

Máy biến áp phục vụ trạm sạc nhanh một chiều (DC) phải đáp ứng nhu cầu công suất cao, đặc tính chuyển đổi của bộ sạc, khả năng dao động tải và khả năng mở rộng công suất trong tương lai.

4.1 Tính toán dung lượng máy biến áp cho sạc nhanh một chiều (DC)

Xét một khu vực sạc EV thương mại được trang bị bốn bộ sạc nhanh một chiều (DC) công suất 350 kW.

Tổng công suất đầu ra một chiều (DC) tối đa là:

4 × 350 kW = 1.400 kW

Giả sử hiệu suất bộ sạc minh họa là 95% và hệ số công suất phía AC là 0,99:

Công suất biểu kiến yêu cầu:

KVA máy biến áp = 1.400 ÷ (0,95 × 0,99)

≈ 1.489 kVA

Ví dụ này cho thấy máy biến áp 1.500 kVA có thể gần đạt định mức danh nghĩa khi cả bốn bộ sạc hoạt động ở công suất tối đa.

Tuy nhiên, việc lựa chọn máy biến áp cuối cùng cũng phải xem xét các yếu tố sau:

• Thông số kỹ thuật đầu vào do nhà sản xuất bộ sạc cung cấp.

• Nhu cầu sạc đồng thời.

• Hệ thống quản lý năng lượng tại cơ sở và các điều khiển chia tải.

• Tải thiết bị và cơ sở phụ trợ.

• Nhiệt độ môi trường và điều kiện lắp đặt.

• Giới hạn tải của máy biến áp.

• Khả năng mở rộng công suất sạc trong tương lai.

Máy biến áp 2.000 kVA có thể cung cấp thêm dung lượng trong một số thiết kế, nhưng không nên được chọn tự động mà không thực hiện đánh giá tải kỹ thuật.

Việc chọn máy biến áp có dung lượng quá lớn cũng làm tăng chi phí đầu tư ban đầu và có thể làm tăng tổng mức tiêu thụ điện năng khi không tải, tùy thuộc vào thiết kế máy biến áp.

4.2 Mức méo hài và nhiệt độ gia tăng của máy biến áp

Bộ sạc nhanh một chiều (DC fast chargers) sử dụng bộ chuyển đổi điện tử công suất để biến đổi điện xoay chiều (AC) thành điện một chiều (DC) đầu ra có điều chỉnh.

Các bộ chuyển đổi này có thể đưa dòng hài vào hệ thống phân phối.

Dòng hài có thể làm tăng tổn thất dòng xoáy trong dây quấn máy biến áp, tổn thất tản và nhiệt độ vận hành.

Hồ sơ điều hòa thực tế phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc bộ sạc, hiệu chỉnh hệ số công suất, lọc và điều kiện vận hành.

Các bộ sạc hiện đại có đầu vào chủ động (active-front-end) có thể thể hiện mức méo dòng điện đầu vào tương đối thấp trong các điều kiện vận hành được quy định.

Do đó, kỹ sư không nên giả định rằng mọi biến áp sạc xe điện (EV) đều yêu cầu một xếp hạng hệ số K cụ thể.

Thay vào đó, việc lựa chọn biến áp cần xem xét:

• Phổ hài dòng điện đầu vào của bộ sạc.

• Độ méo hài tổng dòng điện (THDi).

• Các yếu tố chất lượng điện theo tiêu chuẩn IEEE 519 tại điểm ghép nối chung.

• Đặc tính tổn thất tản và tổn thất dây quấn của biến áp.

• Các tính toán nhiệt do nhà sản xuất cung cấp.

• Các điều kiện vận hành đặc thù tại hiện trường.

Các máy biến áp được xếp hạng theo hệ số K là một trong những phương pháp khả thi để quản lý tải hài, nhưng thuật ngữ hệ số K thường gắn liền hơn với một số ứng dụng máy biến áp kiểu khô.

Đối với máy biến áp đặt trên mặt đất có chất làm mát dạng lỏng, việc đánh giá tổn thất hài được tài liệu hóa hoặc thiết kế nhiệt đặc thù cho từng ứng dụng có thể phù hợp hơn so với việc quy định hệ số K-4 hoặc K-13 mà không có các phép tính hỗ trợ.

4.3 Tải động và hiệu năng nhiệt

Nhu cầu sạc xe điện (EV) có thể thay đổi khi các xe kết nối, ngắt kết nối hoặc điều chỉnh công suất sạc.

Mặc dù điện tử nguồn của bộ sạc thường kiểm soát dòng điện đầu vào thay vì tạo ra dòng khởi động không kiểm soát tương tự như động cơ, nhiều bộ sạc công suất cao vẫn có thể gây ra những thay đổi tải đáng kể.

Do đó, hiệu năng nhiệt của máy biến áp cần được đánh giá dựa trên các hồ sơ nhu cầu sạc thực tế.

Các cân nhắc chính bao gồm:

Nhiệt độ điểm nóng trên cuộn dây: Nhiệt độ quá cao có thể làm tăng tốc độ lão hóa cách điện.

Nhiệt độ dầu phía trên: Nhiệt độ dầu cung cấp chỉ số quan trọng về điều kiện vận hành nhiệt.

Chu kỳ tải: Các chu kỳ tải và làm mát lặp đi lặp lại ảnh hưởng đến hành vi nhiệt của máy biến áp.

Điều kiện môi trường: Nhiệt độ mùa hè cao và luồng không khí bị hạn chế có thể làm giảm biên độ nhiệt sẵn có.

Tiêu chuẩn IEEE C57.91 cung cấp hướng dẫn đánh giá tải và lão hóa cách điện đối với các máy biến áp ngâm dầu khoáng áp dụng được.

Đối với các trạm sạc quy mô lớn, biểu đồ tải theo giờ hoặc dưới một giờ có thể hỗ trợ việc xác định công suất máy biến áp chính xác hơn so với ước tính duy nhất về nhu cầu cực đại.

4.4 Hiệu suất năng lượng và giảm tổn thất khi không tải

Các trạm sạc xe điện (EV) có thể duy trì trạng thái có điện liên tục ngay cả khi nhu cầu sạc thấp.

Do đó, tổn thất khi không tải của máy biến áp góp phần vào chi phí vận hành trong suốt cả năm.

Các nhà thiết kế máy biến áp thường đánh giá hai công nghệ lõi:

Thép điện có định hướng hạt (GOES/CRGO)

Thép điện có định hướng hạt thông thường cung cấp giải pháp được áp dụng rộng rãi với hiệu suất từ tính dự đoán được, linh hoạt trong sản xuất và đặc tính chi phí.

Lõi kim loại vô định hình

Vật liệu lõi vô định hình có thể giảm đáng kể tổn thất khi không tải so với một số thiết kế lõi thông thường.

Tuy nhiên, hiệu suất thực tế phụ thuộc vào toàn bộ thiết kế máy biến áp, bao gồm hình dạng lõi, cấu tạo dây quấn, mật độ từ thông vận hành và quy trình sản xuất.

Các đội mua sắm nên so sánh các giá trị tổn thất khi không tải và tổn thất khi tải được bảo đảm thay vì chỉ dựa vào mô tả vật liệu lõi.

Đánh giá toàn diện cần xem xét tổng chi phí sở hữu (TOC), bao gồm chi phí mua sắm, tổn thất khi không tải, tổn thất khi tải, giá điện và tuổi thọ vận hành dự kiến.

4.5 Giám sát thông minh cho cơ sở hạ tầng sạc xe điện (EV)

Các trạm sạc xe điện thương mại quy mô lớn có thể hưởng lợi từ việc giám sát tình trạng máy biến áp.

Tùy theo ứng dụng, các biện pháp giám sát có thể bao gồm:

• Đo nhiệt độ dầu.

• Chỉ thị mức chất lỏng.

• Giám sát áp suất.

• Đo dòng tải.

• Cảnh báo nhiệt độ.

• Giao diện truyền thông từ xa.

Các chức năng này có thể hỗ trợ bảo trì phòng ngừa và cải thiện khả năng quan sát hoạt động.

Tuy nhiên, kiến trúc truyền thông, an ninh mạng, tích hợp với đơn vị cung cấp điện và yêu cầu giám sát từ xa cần được xác định trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật dự án.

5. Dầu khoáng so với chất lỏng cách điện este tự nhiên

Việc lựa chọn chất lỏng cách điện ảnh hưởng đến hành vi nhiệt của máy biến áp, các yếu tố an toàn cháy nổ, yêu cầu bảo trì và hiệu suất môi trường.

Dầu khoáng vẫn được sử dụng rộng rãi trong các máy biến áp phân phối ngâm chất lỏng nhờ đặc tính hiệu suất và chi phí đã được chứng minh.

Các chất lỏng este tự nhiên cung cấp một lựa chọn thay thế cho một số ứng dụng nhất định, đặc biệt là khi yêu cầu an toàn cháy cao hơn hoặc các yếu tố môi trường có vai trò quan trọng.

Tham số	Dầu khoáng	Dầu este tự nhiên
Sử dụng trong ngành công nghiệp	Được áp dụng rộng rãi	Việc sử dụng ngày càng tăng trong một số ứng dụng được chọn
Nhiệt độ cháy	Thường thấp hơn	Thường cao hơn đáng kể
Khả năng phân hủy sinh học	Thấp hơn nói chung	Thông Thường Cao Hơn
Đặc tính hấp thụ độ ẩm	Đặc tính thông thường của dầu khoáng	Hấp thụ độ ẩm và hành vi cách điện khác biệt
Chi phí ban đầu của chất lỏng	Thấp hơn nói chung	Thông Thường Cao Hơn
Ứng Dụng Điển Hình	Phân phối cho ngành điện lực và thương mại	Các hệ thống lắp đặt nhạy cảm với cháy và nhạy cảm với môi trường

Các chất lỏng este tự nhiên có thể mang lại hiệu suất điểm bắt cháy cao, nhưng cần đánh giá đồng bộ thiết kế máy biến áp, khả năng tương thích của chất lỏng, quy trình bảo trì cũng như các yêu cầu bảo vệ chống cháy liên quan.

Đối với cơ sở sạc xe điện (EV) đặt gần tòa nhà hoặc khu vực công cộng, kỹ sư cần xem xét các quy định phòng cháy chữa cháy có hiệu lực, khoảng cách lắp đặt an toàn, biện pháp chứa chất lỏng và yêu cầu của đơn vị cung cấp điện trước khi lựa chọn chất lỏng cách điện.

Không nên giả định rằng chất lỏng este tự nhiên loại bỏ toàn bộ nghĩa vụ về bảo vệ chống cháy hoặc tuân thủ môi trường.

6. Lựa chọn máy biến áp kiểu đặt trên nền (pad-mounted) cho các dự án tại Bắc Mỹ

Đối với kỹ sư phân phối điện và các đội mua sắm EPC, một quy trình đặc tả kỹ thuật có cấu trúc có thể giảm tính mơ hồ kỹ thuật và ngăn ngừa việc lựa chọn thiết bị không phù hợp gây tốn kém.

6.1 Danh sách kiểm tra đặc tả kỹ thuật đề xuất

Thông số kỹ thuật	Thông tin bắt buộc
Ứng dụng	Phân phối điện của đơn vị cung cấp điện, tòa nhà thương mại, trạm sạc xe điện (EV) hoặc công nghiệp
Công suất định mức	kVA/MVA
Tần số	60 HZ
Điện áp sơ cấp	Điện áp định mức và điện áp cuộn dây do đơn vị cung cấp điện quy định
Điện áp phụ	480Y/277 V, 208Y/120 V hoặc khác
Cấp điện áp và điện áp xung chịu đựng (BIL)	Theo yêu cầu về tính hữu dụng và phối hợp cách điện
Cấu hình cấp điện	Cấp điện vòng hoặc cấp điện tia
Đầu cuối sơ cấp	Loại không có phần dẫn điện hở hoặc loại thay thế được chỉ định
Chất cách điện dạng lỏng	Dầu khoáng hoặc chất thay thế được phê duyệt
Bố trí làm mát	Ký hiệu làm mát bằng chất lỏng áp dụng được
Trở kháng	Tỷ lệ phần trăm do dự án và đơn vị cung cấp điện quy định
Bảo vệ	Yêu cầu về cầu chì, bộ chống sét và đóng cắt
Vỏ bọc	Các yêu cầu IEEE C57.12.28, nếu áp dụng được
Hiệu suất	Các yêu cầu áp dụng của DOE, Canada hoặc của công ty cung cấp điện
Giám sát	Các điều kiện về nhiệt độ, áp suất và truyền thông
Tài liệu	Bản vẽ, báo cáo thử nghiệm và bằng chứng về sự tuân thủ

6.2 Vì sao trở kháng máy biến áp lại quan trọng

Trở kháng máy biến áp ảnh hưởng đến dòng ngắn mạch, điều chỉnh điện áp và phối hợp thiết bị bảo vệ.

Máy biến áp có trở kháng thấp hơn có thể cải thiện việc điều chỉnh điện áp trong một số điều kiện tải nhất định, nhưng lại làm tăng dòng sự cố khả dụng.

Máy biến áp có trở kháng cao hơn có thể giảm dòng sự cố nhưng lại làm tăng độ sụt áp khi có tải.

Do đó, trở kháng cần được phối hợp với toàn bộ hệ thống điện thay vì được chọn độc lập.

Đối với các ứng dụng sạc xe điện (EV), kỹ sư cần đánh giá độ sụt áp trong quá trình vận hành ở mức tải cao và xác nhận rằng dòng sự cố khả dụng vẫn nằm trong giới hạn ngắt của thiết bị phía hạ lưu.

6.3 Kiểm tra tại nhà máy và tài liệu đảm bảo chất lượng

Việc đảm bảo chất lượng máy biến áp cần bao gồm các kiểm tra định kỳ phù hợp và quy trình kiểm tra được ghi chép đầy đủ.

Tùy theo loại máy biến áp và tiêu chuẩn áp dụng, kiểm tra tại nhà máy có thể bao gồm:

• Đo điện trở cuộn dây.

• Xác minh tỷ số và cực tính.

• Tổn thất khi không tải và dòng điện kích từ.

• Tổn thất khi có tải và trở kháng.

• Kiểm tra điện môi bằng điện áp đặt.

• Kiểm tra điện áp cảm ứng.

• Kiểm tra rò rỉ đối với thiết bị chứa chất lỏng.

Các phép thử bổ sung về loại, thiết kế hoặc đặc biệt có thể được người mua yêu cầu.

Tài liệu nghiệm thu tại nhà máy cần xác định rõ đơn vị đã được kiểm tra, các tiêu chuẩn áp dụng, tiêu chí nghiệm thu và kết quả đo được.

Đối với các dự án Bắc Mỹ, người mua cũng nên xác minh tính sẵn có của bản vẽ, thông tin trên nhãn hiệu, hướng dẫn vận hành và tài liệu phù hợp để cơ quan tiện ích hoặc cơ quan chức năng xem xét.

7. Jiangsu Dingxin Electric: Các giải pháp máy biến áp lắp đặt trên bệ được tùy chỉnh

Jiangsu Dingxin Electric là một nhà sản xuất máy biến áp lực có hơn 30 năm kinh nghiệm trong ngành, cung cấp các giải pháp máy biến áp phân phối và máy biến áp lực cho thị trường quốc tế.

Danh mục sản phẩm của công ty bao gồm:

• Máy biến áp phân phối treo cột một pha.

• Máy biến áp phân phối ngâm dầu.

• Máy biến áp phân phối lắp đặt trên bệ.

• Máy biến áp phân phối kiểu khô.

• Máy biến áp lực ngâm dầu.

• Các trạm biến áp tiền chế.

• Các máy biến áp lắp đặt trên bệ cho hệ thống điện mặt trời.

Đối với các dự án tại Bắc Mỹ, Dingxin có thể hợp tác cùng khách hàng để đánh giá các yêu cầu máy biến áp đặc thù theo ứng dụng và phát triển các thông số kỹ thuật thiết bị tùy chỉnh.

7.1 Kỹ thuật máy biến áp định hướng theo ứng dụng

Các dự án khác nhau đòi hỏi các cấu hình điện và cơ học khác nhau.

Một dự án phân phối ngầm cho ngành điện lực có thể ưu tiên các kết nối sơ cấp tiêu chuẩn, bố trí đóng cắt và phụ kiện được ngành điện lực phê duyệt.

Một dự án sạc xe điện (EV) thương mại có thể chú trọng hơn vào phân phối thứ cấp công suất cao, hiệu suất tổn thất tải, đánh giá sóng hài và giám sát nhiệt.

Một hệ thống năng lượng tái tạo có thể đặt ra các yêu cầu bổ sung liên quan đến dòng công suất hai chiều, nối đất và phối hợp bảo vệ.

Các cuộc thảo luận kỹ thuật của Dingxin có thể đề cập đến:

• Yêu cầu điện áp và công suất cụ thể theo từng dự án.

• Cách bố trí cuộn dây và nối dây của máy biến áp.

• Kích thước vỏ bọc và cấu hình cơ học.

• Các lựa chọn chất lỏng cách điện.

• Cách bố trí nối dây sơ cấp và thứ cấp.

• Yêu cầu về giám sát và phụ kiện.

• Yêu cầu thử nghiệm tại nhà máy và tài liệu đi kèm.

Tính sẵn có cuối cùng của sản phẩm và mức độ tuân thủ phải được xác nhận dựa trên đặc tả kỹ thuật đã thỏa thuận.

7.2 Hỗ trợ các dự án EPC và phân phối Bắc Mỹ

Đối với việc mua máy biến áp quốc tế, giao tiếp kỹ thuật quan trọng ngang bằng năng lực sản xuất.

Các bên mua tại Bắc Mỹ nên cung cấp sớm trong quá trình mua sắm thông tin về ứng dụng dự kiến, đặc tả của đơn vị cung cấp điện, tiêu chuẩn áp dụng và yêu cầu lắp đặt.

Một yêu cầu báo giá kỹ thuật đầy đủ giúp làm rõ tính tương thích của thiết bị và xác định các vấn đề phê duyệt tiềm ẩn trước khi sản xuất.

Dingxin hỗ trợ thảo luận với các công ty cung cấp dịch vụ điện, các nhà thầu EPC, các nhà phân phối thiết bị điện và các nhà phát triển cơ sở hạ tầng thương mại nhằm tìm ra giải pháp máy biến áp phù hợp cho từng dự án cụ thể.

Đối với các dự án yêu cầu cấu hình theo tiêu chuẩn IEEE/ANSI, tài liệu chứng minh sự tuân thủ và các yêu cầu thử nghiệm cần được thiết lập và xác minh trước khi xác nhận đơn hàng.

8. Các câu hỏi thường gặp về máy biến áp lắp trên bệ theo tiêu chuẩn IEEE

Máy biến áp lắp trên bệ theo tiêu chuẩn IEEE là gì?

Máy biến áp lắp trên bệ theo tiêu chuẩn IEEE là một máy biến áp phân phối đặt ở mức mặt đất, được thiết kế theo các yêu cầu áp dụng của IEEE liên quan đến thông số điện, kết cấu, thử nghiệm và cấu hình vỏ bọc.

Các tiêu chuẩn liên quan phụ thuộc vào loại máy biến áp, cấp điện áp và ứng dụng cụ thể.

Sự khác biệt giữa máy biến áp lắp trên bệ kiểu cấp điện vòng (loop feed) và kiểu cấp điện tia (radial feed) là gì?

Máy biến áp cấp điện theo kiểu tia nhận điện năng thông qua một sơ đồ dây dẫn sơ cấp duy nhất.

Máy biến áp cấp điện theo kiểu vòng cung cung cấp các kết nối cho phép mạch phân phối ngầm tiếp tục chạy xuyên qua vị trí lắp đặt máy biến áp, hỗ trợ thêm các lựa chọn đóng cắt và phân đoạn khi được thiết kế đúng cách.

Cần máy biến áp có công suất bao nhiêu cho trạm sạc xe điện thương mại?

Công suất máy biến áp phụ thuộc vào công suất bộ sạc, hiệu suất đầu vào xoay chiều, hệ số công suất, nhu cầu đồng thời, tải phụ trợ và kế hoạch mở rộng.

Ví dụ, bốn bộ sạc 350 kW hoạt động đồng thời có thể yêu cầu khoảng 1.489 kVA công suất biểu kiến dưới các giả định minh họa về hiệu suất 95% và hệ số công suất 0,99.

Việc xác định kích thước cuối cùng đòi hỏi đánh giá chi tiết tải điện.

IEEE C57.12.28 và IEEE C57.12.34 có phải là cùng một tiêu chuẩn không?

Không. IEEE C57.12.28 quy định các yêu cầu về độ kín của vỏ bọc đối với các thiết bị lắp trên mặt đất phù hợp.

IEEE C57.12.34 quy định các yêu cầu đối với máy biến áp phân phối ngâm dầu ba pha được lắp đặt trên bệ.

Cả hai tiêu chuẩn đều có thể liên quan đến một dự án máy biến áp cụ thể, nhưng chúng đề cập đến các yêu cầu khác nhau.

Máy biến áp lắp trên bệ có thể sử dụng chất lỏng cách điện dạng este tự nhiên không?

Có. Một số máy biến áp lắp trên bệ loại ngâm dầu có thể được thiết kế để sử dụng chất lỏng cách điện dạng este tự nhiên.

Máy biến áp phải được thiết kế kỹ thuật phù hợp với loại chất lỏng đã chọn, với sự xem xét đầy đủ về tính tương thích vật liệu, đặc tính nhiệt, hiệu suất điện môi và các tiêu chuẩn áp dụng.

Máy biến áp sạc xe điện (EV) có yêu cầu thiết kế chịu sóng hài không?

Chưa chắc.

Yêu cầu về sóng hài phụ thuộc vào đặc tính đầu vào của thiết bị sạc và toàn bộ hệ thống điện.

Kỹ sư cần đánh giá phổ sóng hài của bộ sạc, tổn thất máy biến áp và điều kiện vận hành nhiệt trước khi xác định các quy định thiết kế đặc biệt liên quan đến sóng hài.

9. Kết luận: Xây dựng cơ sở hạ tầng phân phối ngầm và cơ sở hạ tầng sạc xe điện (EV) đáng tin cậy

Việc hiện đại hóa lưới điện Bắc Mỹ và mở rộng cơ sở sạc xe điện thương mại đang làm gia tăng nhu cầu đối với các máy biến áp phân phối loại đặt trên nền (pad-mounted) đáng tin cậy, hiệu quả và phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

Đối với các công ty điện lực, các nhà thầu EPC và các nhà phát triển cơ sở hạ tầng sạc, việc lựa chọn máy biến áp thành công phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên đới lẫn nhau:

• Lựa chọn đúng tiêu chuẩn IEEE/ANSI.

• Cấu hình cấp điện vòng (loop-feed) hoặc cấp điện tia (radial-feed) phù hợp.

• Phù hợp chính xác về công suất và điện áp.

• Bảo vệ điện phối hợp đồng bộ.

• Đánh giá hiệu năng nhiệt và sóng hài.

• Thiết kế vỏ bọc và chất cách điện dạng lỏng phù hợp.

• Kiểm tra tại nhà máy và tài liệu dự án đã được xác minh.

Một máy biến áp được đặc tả đúng cách có thể nâng cao độ tin cậy của hệ thống phân phối, hỗ trợ hiệu suất vận hành lâu dài và giảm thiểu rủi ro trong lắp đặt cũng như bảo trì.

Yêu cầu thông số kỹ thuật máy biến áp lắp trên bệ tùy chỉnh

Đang lập kế hoạch nâng cấp hệ thống phân phối ngầm hoặc dự án sạc nhanh xe điện (EV) thương mại tại Bắc Mỹ?

Jiangsu Dingxin Electric cung cấp dịch vụ sản xuất và hỗ trợ tùy chỉnh máy biến áp theo dự án cho các ứng dụng phân phối điện công nghiệp và tiện ích quốc tế.

Chia sẻ với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi điện áp dự án, công suất yêu cầu, cấu hình cấp điện, tiêu chuẩn áp dụng và bản vẽ kỹ thuật.

Liên hệ Jiangsu Dingxin Electric để trao đổi về yêu cầu máy biến áp lắp trên bệ và yêu cầu báo giá kỹ thuật tùy chỉnh (RFQ).