VT và GPT/GVT: cuộn 110/3 V, điện áp dư và tam giác hở

1. VT, PT, GPT và GVT: hỏi chức năng cùng cuộn dây trước khi so tên

VT thường dùng với nghĩa Voltage Transformer, PT với nghĩa Potential Transformer. Trong ứng dụng điện áp dư, một số nhà sản xuất dùng Grounding Voltage Transformer (GVT) hoặc Grounding Potential Transformer (GPT). CIC dùng cả hai tên cho dòng thiết bị phục vụ đo/giám sát và bảo vệ chạm đất.

Điểm khác cần kiểm tra là chức năng và cuộn dây, không chỉ chữ viết tắt. VT cấp điện áp pha hoặc điện áp dây cho meter/relay có thể không có cuộn điện áp dư. Một bộ có đủ các cuộn và kết nối phù hợp có thể đảm nhiệm cả đo lường lẫn tạo tín hiệu điện áp dư.

CIC cũng mô tả ba VT một pha có thể tạo chức năng kết hợp qua Y–Y–open Δ ở dòng sản phẩm được chỉ định. Vì vậy GVT không mặc định luôn là một khối ba pha duy nhất; cũng không phải mọi bộ ba VT lắp bất kỳ đều được dùng như nhau.

Bài dành cho đọc bản vẽ, nameplate, relay input và hồ sơ FAT. Bộ V01, phasor và các giá trị phía sau được tạo cho bài học, không phải dữ liệu khách hàng hay thử hiện trường. Tên GVT/GPT tự nó chưa xác nhận ratio, class, voltage factor hoặc sơ đồ được phép.

Trước công việc trực tiếp phải cô lập nguồn, kiểm soát cấp ngược từ secondary và xác minh an toàn theo procedure. Không ngắn mạch thứ cấp VT theo cách xử lý mạch CT. Không tự tạo chạm đất sơ cấp để kiểm tra một phép tính trong bài.

Đối chiếu: CIC — GVT/GPT EGP series: cách gọi và chức năng đo/điện áp dư ↗

Đối chiếu: CIC — Ba VT một pha với chức năng kết hợp VT + GVT/GPT ↗

2. 110/√3 V và 110/3 V là hai cơ sở khác nhau

Chọn bộ VT giả định cho nguồn 6,6 kV dây–dây: mỗi pha primary 6.600/√3 V, cuộn đo lường 110/√3 V, cuộn điện áp dư 110/3 V. Đây là cấu hình học tập có primary tham chiếu pha–đất phù hợp; không phải mã hàng được đề xuất. Trong bài, primary là sơ cấp và secondary là thứ cấp.

Tại trạng thái cân bằng tham chiếu của mô hình, điện áp primary mỗi pha là khoảng 3.810,51 V. Cuộn đo lường có 110/√3 ≈ 63,51 V mỗi pha và 110 V giữa hai pha. Cuộn dư có 110/3 ≈ 36,67 V mỗi cuộn.

Ratio lý tưởng cho cuộn đo là (6.600/√3)/(110/√3) = 60,00. Ratio theo từng cuộn dư là (6.600/√3)/(110/3) ≈ 103,923. Dùng số chưa làm tròn. Không lấy ratio 60 của cuộn đo để quy đổi mọi giá trị trên kênh tam giác hở.

110/3 trên mỗi cuộn không nói điện áp tại hai đầu khe hở luôn bằng 36,67 V. Điện áp đầu ra phụ thuộc tổng phasor của các cuộn nối theo đúng cực tính. Nó có thể gần không trong trạng thái lý tưởng cân bằng, dù từng cuộn vẫn có điện áp.

Nameplate của bộ ba pha có thể ghi giá trị dây hoặc điện áp cả bộ; sơ đồ có thể ghi từng cuộn. Giữ hai cơ sở ở các cột riêng và đọc ghi chú. Không tự thêm hoặc bỏ √3, hoặc coi mọi nhãn 110 V là cùng một đại lượng.

3. U0 là trung bình phasor; 3U0 là tổng phasor trên cùng cơ sở

Gọi UA, UB, UC là phasor RMS thành phần cơ bản của điện áp pha–đất trên cùng phía và cùng tham chiếu. Trong quy ước toán của bài: U0 = (UA + UB + UC)/3 và 3U0 = UA + UB + UC. Dấu cộng ở đây là cộng số phức, không cộng ba độ lớn RMS.

Với ba cuộn dư lý tưởng cùng ratio và cực tính phù hợp, đặt eA, eB, eC là các phasor secondary tương ứng. Chọn hướng đo khe hở trong bài sao cho UΔ = eA + eB + eC. Đảo hướng đo hai terminal sẽ đổi dấu phasor, tương ứng quay 180°, dù độ lớn không đổi.

Do đó UΔ secondary tỷ lệ với tổng primary 3U0 theo ratio cuộn dư. UΔ tại terminal không tự bằng U0 hoặc 3U0 mà relay hiển thị theo primary. Cần biết phía tham chiếu, loại input, hệ số và quy ước tên của model.

Một số manual dùng V0 để đặt tên kênh residual theo quy ước sản phẩm. Không dựa vào một ký tự 0 để tự chia hoặc nhân ba. Bảng đối chiếu phải nối terminal, tên trên bản vẽ, tên input, đại lượng hiển thị và công thức quy đổi.

Một kết nối hai VT đo điện áp dây không được mặc định có cùng chức năng với ba cuộn dư broken-delta. Thuật ngữ open delta có thể xuất hiện trong các sơ đồ khác nhau; cần xem số cuộn, điểm primary tham chiếu và mục đích, không chỉ nhận ra hình tam giác.

4. Trạng thái cân bằng: từng cuộn có điện áp nhưng khe hở lý tưởng bằng không

Chọn thứ tự pha A–B–C và đặt eA = 36,6667∠0° V, eB = 36,6667∠−120° V, eC = 36,6667∠+120° V trên cuộn dư. Theo dạng số phức: eA = 36,6667; eB = −18,3333 − j31,7543; eC = −18,3333 + j31,7543 V. Các số trình bày đã làm tròn; phép tính tổng dùng giá trị chưa làm tròn.

Tổng phần thực bằng 0 và tổng phần ảo bằng 0, nên UΔ = 0 trong mô hình. Tổng ba độ lớn lại bằng 110 V; con số đó không phải điện áp khe hở. Dùng ba số RMS cộng số học sẽ tạo một residual không tồn tại trong bài.

Ví dụ lỗi cực tính khác: giữ hệ primary cân bằng nhưng đổi dấu eA trong phép cộng, được UΔ,sai = −eA + eB + eC = −73,33 V. Tín hiệu lớn lúc này do cách cộng sai của ví dụ, không phải một sự cố chạm đất primary được chứng minh.

Nếu đảo hai cuộn hoặc chọn terminal khác, pha và dấu của tín hiệu cần tính theo sơ đồ thực. Không thử sửa bằng cách đổi ngẫu nhiên hai dây khi đang có điện. Cần dữ liệu cực tính và phương pháp được duyệt trước khi kiểm tra trực tiếp.

Khe hở gần không ở một lần đo cũng chưa xác nhận mọi ratio, class và tín hiệu bảo vệ đã tốt. Sai số, burden, hài và trạng thái mạng thực khác mô hình; giới hạn chấp nhận phải theo hồ sơ. Bài không đặt một số volt residual bình thường dùng chung.

5. Chạm đất pha A trong mô hình trung tính dịch chuyển

Mô hình tiếp theo có nguồn ba pha cân bằng 6,6 kV dây–dây, trung tính cách ly với đất và một chạm đất pha A lý tưởng. Bỏ qua trở kháng nguồn, điện trở sự cố và ảnh hưởng tải/kích từ của VT. Mô hình chỉ xét phasor xác lập; không tính dòng điện dung hoặc quá độ. Nó không đại diện cho mạng trung tính nối đất trực tiếp.

Trước sự cố, lấy VA = 3.810,5118∠0°, VB = 3.810,5118∠−120°, VC = 3.810,5118∠+120° V. Khi pha A bị giữ ở thế đất, điện áp pha–đất mới trong mô hình là VA′ = 0, VB′ = VB − VA, VC′ = VC − VA. Các hiệu điện áp dây không đổi.

Do đó VB′ = −5.715,7677 − j3.300 và VC′ = −5.715,7677 + j3.300 V. Độ lớn của mỗi pha lành lên 6.600 V, bằng √3 lần giá trị pha–đất ban đầu. Tổng primary 3U0 = −11.431,5353 V; U0 = −3.810,5118 V theo quy ước đã chọn.

Chia từng phasor primary mới cho ratio cuộn dư 103,923: eA′ = 0, eB′ = −55 − j31,7543, eC′ = −55 + j31,7543 V. Hai cuộn pha lành có độ lớn khoảng 63,51 V mỗi cuộn. Tổng tại khe hở UΔ = −110 V, tức độ lớn 110 V.

110 V xuất hiện từ phép cộng phasor và dịch chuyển tham chiếu đất, không từ việc nhân ba độ lớn sau sự cố. Hai độ lớn 63,51 V cộng số học cũng không bằng điện áp khe hở. Phasor của pha A bằng không nên góc của nó không có ý nghĩa.

Điện áp pha lành tăng cũng đặt ra yêu cầu về khả năng chịu điện áp và thời gian cho VT. Không dùng kết quả lý tưởng này để cho phép vận hành quá điện áp. Mạng nối đất qua điện trở, sự cố có điện trở hoặc nguồn có trở kháng phải được tính theo topology thực.

6. Vì sao 110 V ở khe hở và 190,53 V từ cuộn đo có thể cùng đúng?

Với cùng trạng thái ở mục 5, chia primary cho ratio cuộn đo 60: uA′ = 0, uB′ = −95,2628 − j55, uC′ = −95,2628 + j55 V. Độ lớn hai pha lành là 110 V. Tổng toán học ba điện áp đo bằng −190,5256 V, lớn hơn độ lớn UΔ theo hệ số √3.

Quy đổi ngược: 190,5256 × 60 = 11.431,5353 V và 110 × 103,923 = 11.431,5353 V. Hai đường cho cùng độ lớn 3U0 primary trong mô hình. Nếu cần độ lớn U0 primary thì chia kết quả này cho ba, được khoảng 3.810,51 V.

Tổng từ ba kênh đo và điện áp trên một input residual ngoài là hai đường tín hiệu khác nhau. Relay có thể tính tổng nội bộ hoặc nhận UΔ từ cuộn riêng, tùy model/cấu hình. Không cộng điện áp dây để thay thế ba điện áp pha–đất: tổng vòng điện áp dây không mang cùng thông tin về dịch chuyển đất.

Schneider Electric có FAQ riêng về lựa chọn External VT Uns/√3 và Uns/3 của Sepam. Đây là ví dụ vì sao tham số phải đi cùng cấu hình. Bài chỉ dùng tiêu đề FAQ để chỉ ra hai cơ sở; không suy ra setting áp dụng cho một relay chưa được nhận dạng.

Phiếu đối chiếu V01 nên ghi rõ giá trị nào là tại terminal, giá trị nào do relay tính, giá trị nào đã quy về primary. Nếu màn hình và máy thử khác số volt, kiểm tra cơ sở hiển thị cùng ratio trước khi kết luận sai số. So sánh bằng một đại lượng chung đã được xác định.

Đổi hướng đo làm đổi dấu phasor, không đổi hai phép quy đổi độ lớn ở trên. Với bảo vệ có hướng, việc kiểm tra thêm góc tương đối với dòng, thuật toán và convention của relay là công việc riêng. Bài không đặt góc tác động hoặc ngưỡng 67N.

Đối chiếu: Schneider Electric — FA276792: phân biệt External VT Uns/√3 và Uns/3 trong Sepam ↗

7. Ratio chưa đủ: còn cuộn, burden, voltage factor và damping

IEC 61869-3:2011 trong danh mục công khai áp dụng cho VT cảm ứng dùng với thiết bị đo và bảo vệ. Trang phạm vi không cung cấp toàn bộ điều khoản nghiệm thu. Muốn xác nhận class, điều kiện thử hay giới hạn chấp nhận cần bản tiêu chuẩn áp dụng cùng hồ sơ thiết bị, không suy diễn từ tên tiêu chuẩn.

Cho từng cuộn V01, lập một dòng riêng: điện áp và cơ sở rating, ratio, terminal/cực tính, chức năng, burden VA, class và tần số. Với voltage factor, ghi cả thời gian cho phép và điều kiện nối đất liên quan từ tài liệu đúng mã. Không chuyển class hoặc burden của cuộn đo sang cuộn dư.

Burden phải phản ánh những tải thật trên đúng cuộn: input relay, thiết bị khác và thành phần mạch liên quan. Một đầu ra không có tải đo lường vẫn có thể được nối với phần tử damping theo thiết kế. Ngược lại, cuộn có tên residual chưa có nghĩa mọi tải nối thêm đều được phép.

ABB giải thích ferroresonance có thể liên quan điện cảm VT và điện dung pha–đất của hệ thống; phần handbook cũng trình bày damping ở cuộn điện áp dư. Đây là cơ sở vật lý để hỏi về thiết kế, không phải công thức chọn một điện trở dùng chung cho mọi GVT.

Điện trở damping ở secondary nhằm xử lý dao động theo thiết kế VT; NGR đặt trong đường nối đất trung tính có chức năng và điện áp làm việc khác. Không lấy trị số ohm của NGR gắn vào cuộn tam giác hở, hoặc dùng phép tính P = U²/R đơn lẻ để duyệt một bộ damping.

Vị trí đấu, khả năng chịu nhiệt, chế độ điện áp và ảnh hưởng burden của damping phải theo nhà sản xuất cùng phê duyệt ứng dụng. Nếu hồ sơ thiếu, giữ mục đó chưa xác minh. Không tự tháo damping vì relay vẫn đọc được điện áp khi thử.

Đối chiếu: ABB — Distribution Automation Handbook, phần hệ phân phối: winding đo, broken delta và ferroresonance ↗

Đối chiếu: IEC — IEC 61869-3:2011, danh mục công khai và phạm vi ↗

8. FAT: chứng minh đúng phần đã được đưa vào phép thử

Một phép secondary injection trực tiếp vào input residual có thể xác minh đường từ điểm cấp thử đến cách relay hiển thị và xử lý tín hiệu, theo test plan. Nếu VT và dây trước điểm thử bị bỏ qua, kết quả không chứng minh ratio VT, cực tính ba cuộn hoặc toàn bộ sơ đồ broken-delta.

Một phép thử ba input điện áp pha, trong cấu hình cho phép, có thể kiểm tra cách relay tính residual từ các phasor đã cấp. Nó vẫn không tự xác nhận đầu ra residual ngoài. Cần chỉ rõ input nào được dùng bởi từng chức năng, thay vì ghi chung một dòng “đã test 3U0”.

Kiểm tra ratio và cực tính từng cuộn giúp đối chiếu thiết bị với bản vẽ. Kiểm tra tổ hợp theo procedure được duyệt giúp đối chiếu dấu và đường terminal. Các mục này không tự thay thế phép thử class, cách điện, voltage factor hoặc khả năng chịu nhiệt; mỗi kết luận có điều kiện riêng.

Trước cấp thử phải xác định giới hạn input, trạng thái cách ly và đường cấp ngược có thể đi qua VT. Quản lý output trip, test link và các điểm nối đất theo procedure. Các số 110 V và 190,53 V trong bài là kết quả tính, không phải lệnh đặt máy thử.

Với chức năng có hướng, cần test plan riêng cho tham chiếu điện áp/dòng, góc, logic enable/block và output được yêu cầu. Một phép đo độ lớn đúng không chứng minh hướng tác động đúng. Chụp màn hình trị số cũng không tự chứng minh tín hiệu đã đi đến đúng terminal trip.

Hồ sơ nên ghi điểm bắt đầu/kết thúc phép thử, model và cấu hình relay, nguồn phasor dự kiến, số đo, trạng thái output cùng bước hoàn trả. Kết thúc phải xác nhận các cô lập tạm và test link được trả theo hồ sơ; phần chưa đưa vào thử vẫn giữ trạng thái pending.

9. Ba tình huống đọc hồ sơ mà bảng quy đổi giúp giải quyết

Tình huống A — thay VT mang cuộn đo bằng thiết bị được chào là GPT. Hai thiết bị cùng điện áp hệ thống chưa đủ để quyết định thay thế. Hãy đối chiếu các cuộn cần dùng, ratio, terminal, burden/class, điều kiện quá điện áp và cấu hình relay. Chữ GPT không thay thế một bảng tương thích.

Nếu thiết bị mới bổ sung cuộn dư nhưng relay hiện nhận residual tính từ ba pha, cần xem chức năng mới thực sự được sử dụng ở đâu. Không tự nối thêm một input rồi coi mọi bảo vệ đã hưởng lợi. Thay đổi bản vẽ và cấu hình phải có scope kiểm tra tương ứng.

Tình huống B — báo cáo mô hình ghi khe hở 110 V, nhưng bảng ba điện áp cuộn đo tính tổng 190,53 V. Không đánh dấu NG chỉ vì hai số khác nhau. Đặt chúng lên hai ratio riêng ở mục 6 rồi so sánh primary 3U0. Nếu sau quy đổi vẫn lệch, mới phân tích phasor, ratio và điều kiện phép thử.

Tình huống C — hệ primary được giả định cân bằng nhưng bảng terminal cho residual 73,33 V. Ví dụ đổi dấu cuộn A ở mục 4 tạo đúng độ lớn này. Nó là một giả thuyết kiểm tra cực tính, chưa phải kết luận sự cố. Đối chiếu sơ đồ, dữ liệu pha và bằng chứng riêng của hệ primary.

Trường hợp một kênh đo mất tín hiệu cũng có thể làm residual tính toán khác thực tế. Cần xem tín hiệu có đáng tin, các đường đo có còn liên tục và nguồn dữ liệu nào đã bị bỏ qua. Không sử dụng ngưỡng chạm đất để che một sai lệch cấu hình hoặc đường đo chưa được giải thích.

Trong cả ba tình huống, giá trị mong đợi do tính toán, rating do hãng công bố và số đo thực tế phải nằm ở ba cột riêng. Không biến ví dụ lý tưởng thành tolerance. Kết luận đạt/không đạt cần giới hạn và điều kiện được duyệt, cùng dữ liệu của thiết bị thực.

10. Bàn giao: giữ một bản đồ từ cuộn VT đến đại lượng relay

Bắt đầu từ nguồn: điện áp dây/pha, sơ đồ nối đất trung tính, vị trí primary và tham chiếu đất. Tiếp đến là từng cuộn cùng terminal/cực tính, ratio và định mức. Cuối cùng là đường fuse/test link, input relay, tên đại lượng, cơ sở hiển thị và chức năng sử dụng.

Bảng bàn giao cần cho người đọc truy ngược một số volt trên màn hình đến điểm nhận tín hiệu. Với residual ngoài, chỉ rõ hai đầu khe hở và ratio tương ứng. Với residual tính nội bộ, ghi ba input được dùng và công thức theo manual. Không gộp chúng thành một ô “GVT OK”.

Đính kèm ảnh nameplate đủ các dòng, schematic đúng revision, cấu hình relay được duyệt, bảng burden/damping và biên bản từng scope thử. Nếu đổi VT, relay hoặc đường terminal, phải xem phần bằng chứng nào còn dùng được và phần nào cần kiểm tra lại.

Ví dụ V01 kết thúc với một kết luận có giới hạn: toán của hai đường residual nhất quán khi dùng đúng tỷ số và giả định; chưa có số đo, class hoặc thiết bị thực để nghiệm thu. Kết luận như vậy có ích hơn ghi “đạt” cho những mục chưa được kiểm chứng.

Người đọc có thể dùng bảng dưới để phát hiện dữ liệu còn thiếu trước FAT hoặc bàn giao. Các trường trống phải có người phụ trách xử lý cùng nguồn tài liệu cần bổ sung. Khi đã có hồ sơ thật, thay mô hình bằng dữ liệu được phép và giữ nguyên đơn vị, phía tham chiếu cùng scope kết luận.