Trạm 3×15 kVA: tính tổ máy biến áp một pha đến các tủ DB

Tổ máy biến áp 3×15 kVA chỉ đạt 45 kVA khi ba máy một pha được ghép đúng sơ đồ, đúng cực tính và chia tải đủ cân bằng. Con số 45 kVA không tự bảo đảm điện áp 400/230 V, khả năng chịu mất pha, dòng trung tính hay chất lượng điện tại các tủ DB. Với một trạm nhỏ cấp nhà bảo vệ, chiếu sáng, cụm bơm và phụ tải thi công, phần khó thường nằm ở dữ liệu đầu vào, sơ đồ nối dây, bảo vệ chung ba pha và cách khóa giả định trước khi đặt hàng.

Bài viết này trình bày một ví dụ thiết kế sơ bộ cho tổ ba máy biến áp một pha 15 kVA, tổng 45 kVA, nguồn 22 kV và lưới hạ áp danh định 0,4 kV. Mọi số liệu chưa gắn với nameplate hoặc hồ sơ điện lực đều được ghi là giả định. Đây không phải bản vẽ thi công, bảng chỉnh định hay phê duyệt đấu nối cho một dự án cụ thể.

1. Trả lời nhanh: khi nào tổ 3×15 kVA thật sự là một nguồn 45 kVA?

Ba nameplate 15 kVA chỉ cho biết tổng công suất biểu kiến danh định bằng 45 kVA trong chế độ ba pha phù hợp. Kỹ sư vẫn phải kiểm tra từng máy, vì giới hạn thực tế là máy hoặc pha bị tải nặng nhất. Không lấy tổng tải 40 kVA rồi kết luận còn 5 kVA dự phòng nếu một pha đã vượt 15 kVA.

2. Chốt dữ liệu trước khi vẽ sơ đồ

Bộ dữ liệu tối thiểu gồm: điện áp danh định và điện áp cao nhất của hệ thống; phương thức nối đất lưới 22 kV; sơ đồ đấu nối được đơn vị điện lực chấp thuận; điện áp từng cuộn dây của máy một pha; cực tính; các nấc điện áp; trở kháng ngắn mạch; tổn hao; khả năng chịu ngắn mạch; môi trường; kiểu cách điện; phụ kiện; chế độ trung tính hạ áp; danh sách tải; chiều dài và cách lắp cáp; dữ liệu bảo vệ phía nguồn; điện trở suất đất và yêu cầu vận hành.

Điện áp 22/0,4 kV của toàn tổ không thể chép nguyên vào từng máy một pha mà không xác định sơ đồ. Nếu cuộn cao áp nối sao trên lưới 22 kV thì mỗi cuộn chịu điện áp pha xấp xỉ 22/√3 = 12,70 kV. Nếu nối tam giác thì mỗi cuộn chịu 22 kV. Ở phía hạ áp, bộ cuộn 230 V nối sao tạo điện áp dây xấp xỉ 400 V; phương án nối khác cần định mức cuộn khác. Hồ sơ đặt hàng phải ghi điện áp trên từng cuộn, sơ đồ ghép và cực tính, không chỉ ghi tỷ số của toàn trạm.

TCVN 6306-1:2015 là tiêu chuẩn còn hiệu lực trong danh mục quốc gia cho yêu cầu chung của máy biến áp điện lực. IEC 60076-1:2011 bao quát máy biến áp một pha và ba pha và có nội dung về ký hiệu đấu nối máy một pha. Việc viện dẫn tiêu chuẩn chung không thay datasheet, bản vẽ đầu cực, hướng dẫn lắp đặt và thử nghiệm đúng model của nhà chế tạo.

3. Kiểm tính dòng định mức

Dòng phía 22 kV của toàn tổ

Với giả định hệ ba pha cân bằng, S = 45 kVA và điện áp dây U = 22 kV:

I_22kV = S/(√3·U) = 45.000/(1,732×22.000) = 1,18 A.

Đây là dòng tải định mức ba pha ở mức 45 kVA, không phải dòng chọn cầu chì. Bảo vệ trung áp phải xét xung kích từ hóa, đặc tính thời gian–dòng, phối hợp với bảo vệ hạ áp, dòng ngắn mạch lưới và quy định đấu nối.

Dòng phía 0,4 kV của toàn tổ

I_0,4kV = 45.000/(1,732×400) = 64,95 A.

Nếu mỗi cuộn thứ cấp 230 V nối sao và mỗi máy mang 15 kVA:

I_pha = 15.000/230 = 65,22 A.

Hai kết quả gần nhau vì 400/√3 xấp xỉ 230 V. Chúng chỉ đúng cho cấu hình minh họa. Nếu nameplate, điện áp thực hoặc sơ đồ đấu khác, phải tính lại.

4. Lập bảng tải đến từng DB

Ví dụ dùng công suất đầu vào tại tủ. Hệ số công suất và mức đồng thời là giả định sàng lọc; thiết kế phải thay bằng dữ liệu tải, chế độ vận hành và thông số khởi động thật.

Dự phòng biểu kiến là 45 − 34,78 = 10,22 kVA. Khoảng này không tự trở thành khả năng khởi động động cơ. Khi bơm khởi động, cần kiểm dòng khởi động, mômen, thời gian tăng tốc, phương pháp khởi động, điện áp nguồn và sụt áp cho cả tải đang chạy. Nếu dữ liệu motor/VFD chưa có, đánh dấu TBC thay vì bịa hệ số.

5. Phân pha: giới hạn nằm ở máy 15 kVA nặng nhất

Tải ba pha 8,82 kVA được phân xấp xỉ 2,94 kVA lên mỗi pha khi cân bằng. Phần tải một pha còn lại là 25,96 kVA. Một phương án sơ bộ chia 8,50; 8,60 và 8,86 kVA cho ba pha. Cộng phần bơm, tải pha khoảng 11,44; 11,54 và 11,80 kVA. Pha nặng nhất dùng 78,7% định mức 15 kVA.

Độ lệch tải pha minh họa so với trung bình 11,59 kVA là khoảng 1,8% ở pha nặng nhất. Đây chỉ là cân bằng công suất biểu kiến. Cần kiểm thêm dòng, cosφ, sóng hài bậc ba và lịch vận hành. Nhiều tải điện tử một pha có thể làm dòng trung tính cao dù dòng cơ bản ba pha khá cân bằng.

DB schedule cần có cột pha dự kiến cho từng mạch một pha. Sau khi mang tải, đo A/B/C và N ở các chế độ điển hình rồi chuyển mạch nếu cần. Không dồn nhà bảo vệ, chiếu sáng và ổ cắm thi công lên cùng một pha chỉ vì tuyến cáp thuận tiện.

6. Chọn cáp và CB hạ áp theo chuỗi điều kiện

Dòng thiết kế của tải minh họa ở 400 V:

I_b = 34.780/(1,732×400) = 50,20 A.

• I_b ≤ I_n ≤ I_z, với I_z sau mọi hệ số hiệu chỉnh cách lắp, nhiệt độ, nhóm mạch và đất;
• I₂ ≤ 1,45·I_z theo điều kiện phối hợp quá tải thích hợp;
• kiểm sụt áp ổn định và khi khởi động;
• kiểm chịu nhiệt ngắn mạch của dây pha, trung tính và PE;
• kiểm khả năng cắt của CB và chọn lọc với nhánh.

IEC 60364-5-52:2009+A1:2024 xử lý lựa chọn và lắp đặt hệ thống dây dẫn, gồm ảnh hưởng sóng hài và sụt áp. IEC 60364-4-43:2023 xử lý bảo vệ dây dẫn khỏi quá dòng. Trị số cuối phải lấy từ cấu hình cáp, phương pháp lắp và thiết bị thật.

Ví dụ sụt áp minh họa

Giả định tuyến ba pha dài 50 m, dòng 50,2 A, cosφ = 0,90, sinφ = 0,436, R = 0,93 Ω/km và X = 0,08 Ω/km từ dữ liệu giả định của cáp ứng viên:

ΔU = √3·I·L·(R·cosφ + X·sinφ)

ΔU = 1,732×50,2×0,05×(0,93×0,90 + 0,08×0,436) = 3,79 V ≈ 0,95%.

Kết quả không phải chỉ định tiết diện. Phải thay R, X theo catalogue/tiêu chuẩn cáp, nhiệt độ, số mạch và tuyến thực. Tính riêng từ trạm đến MSB và từ MSB đến từng DB.

7. Ngắn mạch và khả năng cắt

Nếu giả định trở kháng ngắn mạch toàn tổ u_k = 4% và bỏ qua trở kháng nguồn, thanh cái cùng cáp, dòng ngắn mạch ba pha xấp xỉ tại đầu cực hạ áp:

I″_k ≈ I_n/u_k,pu = 64,95/0,04 = 1,62 kA.

Đây là kiểm tra độ lớn. Ba máy có thể khác trở kháng; nguồn 22 kV và cáp làm thay đổi dòng; sơ đồ nối dây ảnh hưởng sự cố không đối xứng; động cơ có thể đóng góp dòng ban đầu. Hồ sơ chính thức nên tính theo IEC 60909-0:2026 với dữ liệu đã xác minh, rồi kiểm Icu/Ics, chịu đựng thanh cái, năng lượng qua và thời gian cắt.

Ví dụ kiểm đoạn nhiệt cho PE với dòng sự cố giả định 1 kA, thời gian 0,2 s và k = 115:

S ≥ I√t/k = 1.000×√0,2/115 = 3,89 mm².

Tiết diện thực tế còn chịu yêu cầu tối thiểu cơ khí, cách lắp, liên kết đẳng thế và dòng sự cố thật. Không lấy 3,89 mm² làm kết luận mua cáp.

8. Mất một máy không mặc nhiên được chạy hai máy còn lại

Khi một máy bị cô lập, tổ nối sao–sao không tự trở thành nguồn ba pha bình thường. Với tổ tam giác kín được thiết kế phù hợp, hai máy có thể tạo tam giác hở; công suất lý thuyết còn khoảng 57,7%, tức 45×0,577 ≈ 26,0 kVA. Tuy nhiên điện áp, điều hòa pha, bảo vệ, nhiệt và chất lượng điện phải được nghiên cứu; đây không phải chế độ khẩn cấp mặc định.

Thiết kế nên yêu cầu cắt chung ba pha khi một đơn vị hoặc một pha nguồn sự cố, trừ khi hồ sơ vận hành chứng minh chế độ khác an toàn. Động cơ ba pha nhạy với mất pha và mất cân bằng. Relay, cầu chì hoặc máy cắt phải phối hợp để lỗi một pha không kéo dài ngoài dự kiến.

9. Trung tính, nối đất và dòng thứ tự không

Điểm trung tính hạ áp chỉ tồn tại khi sơ đồ cuộn dây tạo ra và được đưa ra ngoài. Phải ghi rõ điểm nối đất trung tính, hệ thống TN/TT/IT, đường PE, thanh cái chính và vị trí liên kết N–PE. Không nối lại N–PE tùy tiện tại nhiều DB.

Sơ đồ cao áp sao, tam giác hoặc trung tính cách ly ảnh hưởng dòng thứ tự không. Tính chạm đất hạ áp và bảo vệ trung áp không thể làm chỉ từ tổng kVA. IEC 61936-1:2021 cung cấp yêu cầu cho lắp đặt trên 1 kV AC; QCVN 25:2025/BCT là quy chuẩn an toàn điện hiện hành cần rà đúng phạm vi. Hồ sơ dự án vẫn cần yêu cầu của đơn vị quản lý lưới và phương án an toàn được duyệt.

Không bịa một mục tiêu điện trở nối đất chung. Cần khảo sát điện trở suất, mô hình điện cực, dòng sự cố, thời gian cắt và điện áp chạm/bước. Xem khảo sát điện trở suất đất.

10. Sơ đồ một sợi và ranh giới đến DB

SLD đi từ điểm đấu nối 22 kV qua thiết bị phân đoạn/bảo vệ, từng máy, điểm ghép ba pha, tủ tổng hạ áp, feeder đến DB và tải quan trọng. Mỗi thiết bị có mã duy nhất: T1A, T1B, T1C; bảo vệ, đầu cáp và chống sét van liên kết đúng pha. Trạng thái normal/open/earth phải rõ.

Ranh giới tài sản và quyền thao tác phải tách khỏi ranh giới đo đếm. Xem ma trận ranh giới trạm 22 kV. Nếu trạm cấp phụ tải tạm, hồ sơ vẫn phải quy định ai vận hành, ai cô lập và kế hoạch tháo dỡ.

Schedule MSB/MDB/DB phải thống nhất tên tải, công suất, pha, cáp, CB, chiều dài và điều kiện lắp. Xem hồ sơ lựa chọn cáp hạ thế.

11. BOQ chia bốn nhóm để tránh bỏ sót

Trang trạm biến áp treo 3×15 kVA là Product thương mại hiện hữu. Bài kỹ thuật này không thay báo giá, model, tồn kho hay cấu hình chào hàng. BOQ phải dùng dữ liệu dự án và báo giá có ngày hiệu lực.

12. ITP, FAT, SAT và đóng điện

FAT/hồ sơ nhà chế tạo

• Đối chiếu nameplate ba máy: tỷ số, công suất, tần số, nấc, cực tính, sơ đồ đầu cực, trở kháng và serial.
• Kiểm tra báo cáo thử thường xuyên đúng từng serial; yêu cầu thử kiểu theo hợp đồng, không giả rằng FAT lặp toàn bộ thử kiểu.
• Đối chiếu bản vẽ kích thước, khối lượng, dầu/cách điện, phụ kiện và hướng dẫn vận chuyển/lắp đặt.

SAT trước đóng điện

• Kiểm tra ngoại quan, mức dầu hoặc tình trạng cách điện, tiếp địa vỏ, khoảng cách, nhãn pha và mômen theo OEM.
• Thực hiện phép đo phù hợp kế hoạch đã duyệt: tỷ số, cực tính, điện trở cuộn, cách điện và mạch phụ; ghi điều kiện đo và đơn vị.
• Kiểm tra thứ tự pha, đồng vị pha, điện áp không tải, trung tính, tác động bảo vệ và chuỗi cắt chung.
• Đo dòng từng pha và trung tính khi mang tải từng bước; dừng nếu có sai lệch, tiếng ồn, nhiệt hoặc điện áp bất thường.

Không thao tác trên thiết bị mang điện chỉ dựa vào bài viết. Công việc cần phiếu thao tác, cô lập nguồn, kiểm tra hết điện, nối đất, rào chắn, PPE, người chỉ huy và đúng quyền hạn.

13. Checklist trước khi phát hành shop drawing

1. Đã có sơ đồ ghép cuộn dây và điện áp từng cuộn từ OEM?
2. Ba máy có tỷ số, cực tính, nấc và trở kháng tương thích?
3. Điểm nối đất trung tính và hệ thống N/PE đã duyệt?
4. Bảng tải cho thấy kVA từng pha, không chỉ tổng kW?
5. Dòng khởi động và sụt áp đã kiểm bằng dữ liệu thật?
6. Cáp thỏa dòng tải, derating, sụt áp và ngắn mạch?
7. CB/cầu chì có khả năng cắt và phối hợp bảo vệ?
8. Sự cố một pha dẫn đến cắt chung hay chế độ dự phòng đã chứng minh?
9. SLD, layout, BOQ, ITP và HSE dùng cùng mã thiết bị/revision?
10. Ranh giới điện lực, đo đếm, vận hành và bàn giao đã xác nhận?

14. Câu hỏi thường gặp

Ba máy 15 kVA có luôn thay được một máy ba pha 45 kVA không?

Không. Tổng kVA có thể bằng nhau, nhưng nối dây, trở kháng, tổn hao, bảo vệ, không gian, phụ kiện và vận hành khác.

Có thể chọn CB tổng chỉ từ dòng 64,95 A không?

Không. Cần kiểm tải, quá tải, ngắn mạch, khả năng cắt, chọn lọc, cáp và môi trường.

Mất một máy có thể tiếp tục cấp điện không?

Chỉ khi sơ đồ và phương án vận hành được thiết kế cho chế độ đó. Không tự chạy hai máy như tam giác hở.

Vì sao phải tính từng pha khi tổng tải còn thấp?

Vì mỗi máy chỉ có 15 kVA. Tải một pha không đều có thể làm một máy quá tải trước khi tổng đạt 45 kVA.

Bài viết có thay hồ sơ báo giá không?

Không. Đây là hướng dẫn thiết kế sơ bộ. Giá, model và phạm vi thi công phải xác nhận bằng BOQ và báo giá có hiệu lực.

15. Kết luận và dữ liệu cần gửi

Tổ 3×15 kVA phù hợp khi phụ tải nhỏ, có lý do rõ để dùng ba máy một pha và hệ thống được thiết kế như một nguồn ba pha hoàn chỉnh. Điểm kiểm soát là điện áp từng cuộn, cực tính, nối dây, phân tải từng pha, cắt chung, trung tính, sụt áp và khả năng cắt.

Nếu cần QuangAnhcons rà sơ đồ 22/0,4 kV, bảng tải và BOQ đến các tủ DB, hãy gửi vị trí đấu nối, danh sách tải, chế độ đồng thời, dữ liệu motor, chiều dài/cách lắp cáp, yêu cầu điện lực và nameplate/datasheet dự kiến. Chúng tôi sẽ tách giả định, phần cần xác nhận và phép kiểm trước khi chốt cấu hình.