Đường dây phân phối một pha hai dây

Có nhiều cách thiết kế khác nhau để xây dựng hệ thống phân phối từ 11 đến 38kV. Từ góc độ các tiêu chuẩn, hệ thống phân phối có thể theo chuẩn IEEE của Bắc Mỹ, trong đó các máy biến áp một pha đấu nối pha -đất trên hệ thống bốn dây; hoặc theo chuẩn Châu Âu IEC, trong đó các máy biến áp phần lớn là 3 pha có dung lượng lớn hơn.

Trong hệ thống phân phối kiểu Châu Âu, có ba cách thiết kế mạng. Xếp theo thứ tự dung lượng truyền dẫn, các mạng này là:

• Ba pha ba dây
• Một pha hai dây
• Một pha một dây

Đại đa số các hệ thống tại Châu Âu là ba pha ba dây. Hai cách còn lại thường dùng cho các đường dây nông thôn phụ tải bé, nơi mà dung lượng phụ tải không đủ lớn để bù đắp chi phí đầu tư đường dây ba pha đến các vùng xa.

Đường dây một pha một dây dùng chỉ một dây dẫn và dùng đất làm đường dẫn dòng trở về thông qua điểm nối đất tại hai đầu đường dây. Đây là đường dây có chi phí thấp nhất nhưng phát sinh các yêu tố an toàn. Sự cố chạm đất gây ra dòng cố lớn, và trầm trọng hơn là, chạm đất gần nguồn có thể phát sinh điện áp bước nguy hiểm.

Một lựa chọn an toàn hơn là hệ thống một pha hai dây, trong đó dòng trở về không cần thực hiện các điểm nối đất trong các khu dân cư.

Trong bài viết này, chúng ta đánh giá ứng dụng của đường dây một pha hai dây và việc bảo vệ các đường dây này bằng các máy cắt tự đóng lại.

Một đường dây một pha hai dây được bảo vệ bằng Recloser OSM tại Australia © 2023 NOJA Power

Đường dây phân phối Một pha hai dây

Các đường dây một pha hai dây đấu nối vào các đường trục ba pha chuẩn Châu Âu. Chúng thường dùng hai dây pha như hình 1.

Nhánh rẽ một pha đấu nối hai dây

Hình 1 – Sơ đồ đấu nối hai phaCách đấu nối này cũng tương tự như đấu nối một nhánh rẽ ba pha, nhưng lược bỏ một dây.

Điện áp giữa hai dây dẫn trong hệ thống một pha này chính là điện áp dây của đường trục ba pha. Nghĩa là, nếu đường trục có điện áp dây 22kV, điện áp giữa hai dây dẫn của nhánh một pha cũng là 22kV, với chênh lệch góc pha là 120 độ.

Tuy nhiên dòng điện giữa hai dây lại lệch nhau 180 độ. Điều này gây nên hạn chế cho đường dây một pha rẽ nhánh từ đường trục ba pha do xuất hiện dòng không cân bằng trên đường trục.

Hộ tiêu thụ tại cuối đường dây được cấp nguồn thông qua một máy biến áp đấu nối giữa hai pha.

Bảo vệ đường dây một pha hai dây – Dùng Recloser OSM

Trong hình 1, biểu tượng máy cắt là Recloser OSM hai pha của NOJA Power.

Mỗi pha có một biến dòng và biến điện áp ở hai phía của buồng dập hồ quang.

Recloser OSM của NOJA Power có các cực được đặt tên là ABC và RST. Khi dùng trong mạng dùng hai pha, chỉ có pha AR và CT được sử dụng. Cực B và S hoặc là không có (nếu bạn dùng máy cắt hai pha), hoặc là để không kết nối nếu bạn dùng máy cắt ba pha.

Việc dùng máy cắt ba pha cho ứng dụng này cũng phổ biến khi có khả năng đường dây được nâng cấp thành hệ thống ba pha trong tương lai.

Các sự cố trên đường dây một pha hai dây

Bảo vệ đường dây một pha hai dây cần tác động cắt khi có sự cố pha-pha và pha-đất.

Sự cố pha-pha

Khi có sự cố giữa hai pha ở phía tải của thiết bị bảo vệ, sẽ xuất hiện tình trạng ngắn mạch. Sự cố sẽ làm tăng độ lớn dòng qua máy cắt, nhưng góc lệch giữa hai pha vẫn dùy trị ở trạng thái 180 độ.

Hình 2 – Sự cố pha-pha. Recloser OSM, (trong ô đứt đoạn màu xanh lá), sẽ phát hiện dòng điện tăng lên trên cả hai pha. Dòng qua pha AR lệch 180 độ so với dòng qua pha CT.Dùng bảo vệ quá dòng truyền thống để bảo vệ hệ thống trong tình huống này. Dòng cái đặt cần lớn hơn dòng tải cực đại. Chức năng Bỏ qua dòng xung kích trong Recloser OSM của NOJA Power có thể dùng để xử lý các tình huống đóng điện đường dây mà không gây tác động cắt không mong muốn.

Sự cố chạm đất

Sự cố trạm đất xảy ra khi có tình trạng hư hỏng cách điện, dẫn đến dây dẫn tiếp xúc với vật thể có điện thế đất. Tình huống này có thể là cây cối đè vào đường dây, động vật bắc cầu qua sứ cách điện xuống điện thế đất. Hình 3 là ví dụ cho trường hợp này.

Trong sự cố chạm đất, dòng chạm đất trở về qua hai hướng. Dòng thứ nhất trở về qua pha CT của recloser, và dòng điện kia chạy ngược về phía phụ tải, qua cuộn dây máy biến áp và trở về pha AR của recloser.

Hai dòng điện trên thường là có độ lớn khác nhau. Pha gần sự cố hơn (Pha CT trong hình 3) sẽ xuất hiện dòng cao hơn. Phần mạch qua pha AR có tổng trở cao hơn, do dòng điện phải qua cuộn dây máy biến áp nằm ở cuối đường dây, nên có dòng bé hơn.

Hình 3 –Sự cố chạm đấtSự cố càng gần recloser thì chênh lệch dòng điện giữa hai pha sẽ càng lớn, đồng thời dòng qua pha gần với sự cố sẽ càng lớn. Độ lớn dòng điện phụ thuộc vào tổng trở của chính sự cố, nhưng trong hầu hết các sự cố trong thực tế, bảo vệ quá dòng đủ để phát hiện các tình huống sự cố này.

Vì đường dẫn xuống đất cũng làm thay đổi chênh lệch góc giữa hai pha, dòng trung tính sẽ xuất hiện.

Do đó, phần tử bảo vệ chạm đất cũng có thể được dùng để bảo vệ đường dây một pha hai dây. Dòng trung tính tính toán cho một số vị trí lắp đặt thực tế vào khoảng 20 đến 25A. Tuy nhiên, cần phải tính toán bảo vệ cụ thể cho từng đường dây để có thông số cài đặt chính xác.

Bảo vệ dự phòng cho recloser có thể được lấy từ bảo vệ chạm đất trên trục chính.

Các hạn chế và yếu tố cần cân nhắc khi dùng Bảo vệ chạm đất cho đường dây một pha hai dây

Đường dây một pha hai dây cũng thường thấy trên các hệ thống có triển khai đường dây một pha một dây (SWER). Tất cả các hệ thống có đường dây SWER nói chung đều xuất hiện dòng trung tính. Khi dòng trung tính này càng lớn, độ nhạy phát hiện sự cố chạm đất càng giảm.

Trên các hệ thống không có đường dây SWER, về mặt kỹ thuật, bảo vệ chạm đất nhạy cũng có thể được sử dụng cho các đường dây một pha hai dây. Dòng trung tính trong các hệ thống này có thể đủ bé để không gây các tác động cắt không mong muốn.

Kết luận

“Chúng tôi chế tạo recloser 3 pha, 3 pha độc lập, 2 pha và 1 pha để đáp ứng tất các các ứng dụng trên toàn cầu,” Tổng giám đốc điều hành NOJA Power Group Neil O'Sullivan cho biết.

“ Đây là một ví dụ điển hình cách dùng thiết bị hai pha của chúng tôi cho các ứng dụng một pha hai dây để cung cấp cả bảo vệ quá dòng lẫn chạm đất. ”

Đường dây một pha hai dây là một cấu hình lưới trung thế bình thường. NOJA Power cung cấp Recloser OSM hai pha cho các ứng dụng này và tính năng bảo vệ chính dùng trong trường hợp này là Bảo vệ Quá dòng và Bảo vệ Chạm đất.

Để biết thêm chi tiết, truy cập www.nojapower.com.vn hay liên hệ nhà phân phối NOJA Power gần nhất.