Để công trình thực sự phát huy hiệu quả, đảm bảo đầy đủ nguồn cung cấp điện năng, cần thiết phải được các đơn vị có chuyên môn trong lĩnh vực cơ điện tư vấn, thiết kế, xây dựng, lắp đặt trạm biến áp.

Ta có thể thấy máy biến áp được dùng ở mọi nơi, từ máy biến áp dân dụng dùng trong quạt điện đến máy biến áp dùng để ổn áp hoặc dùng trong các main board điện tử…. Một trong những ứng dụng phổ biến là dùng trong điện lực. Từ các loại máy biến áp nhỏ cho đến các máy biến áp lớn hơn có cuộn dây đặt ngập trong dầu (dầu để cách điện và tản nhiệt ra lá thép xung quanh máy).

Tác dụng của máy hay trạm biến áp là để truyền tải công suất điện lớn từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ. Biến áp giúp hạn chế tổn thất công suất điện năng và giảm giá thành đầu tư đường dây tải điện.

Thiết kế, xây dựng trạm biến áp là hạng mục không thể thiếu đối với bất cứ khu công nghiệp, nhà máy, tòa nhà cao tầng nào hiện nay. Đây là phần việc quan trọng trong hệ thống điện nặng của các đơn vị thầu cơ điện. Để các đơn vị, tổ chức hình dung khái quát về việc lựa chọn, sử dụng máy/trạm biến áp, bài viết dưới đây sẽ đưa ra 3 nhóm thông tin quan trọng, cụ thể như sau:

1. Phân loại trạm biến áp

Quy mô của máy/trạm biến áp phụ thuộc vào lượng công suất truyền tải. Quy mô càng lớn thì điện áp càng cao. Người ta phân ra làm 4 cấp điện áp:

Siêu cao áp: Lớn Hơn 500 kV

Cao áp: 66 kV, 110 kV, 220 kV và 500 kV

Trung áp: 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV và 35 kV

Hạ áp: 0,4 kV, 0,2 kV và các điện áp nhỏ hơn 1 kV

Căn cứ vào mức độ điện áp ta có 2 cách phân chia trạm biến áp:

Loại 1: Trạm biến áp Trung gian nhận điện áp từ 220 kV đến 35 kV biến đổi thành điện áp ra 15 kV - 35 kV theo nhu cầu sử dụng.

Loại 2: Trạm biến áp phân xưởng hay trạm biến áp phân phối nhận điện áp 6 kV đến 35 kV biến đổi thành điện áp ra 0,4 kV - 0,22 kV. Đây là trạm biến áp được dùng trong mạng hạ áp dân dụng, thường sử dụng cho các công trình tòa nhà.

Các máy/trạm biến áp thường có công suất biểu kiến phổ biến là: 50, 75, 100, 160, 180, 250, 320, 400, 500, 560, 630, 750, 800, 1000, 1250, 1500, 1600, 1800, 2000, 2500 kVA.

2. Tính toán và lựa chọn trạm biến áp

Các tổ chức, cá nhân cần xem xét 3 tham số để đưa ra yêu cầu cụ thể cho các đơn vị tư vấn, thiết kế, thi công cơ điện:

Xác định trung tâm phụ tải và vị trí đặt trạm:

Việc đầu tiên trước khi thiết kế, thi công, lắp đặt trạm biến áp là cần tính toán trung tâm phụ tải và vị trí đặt trạm nhằm tiết kiệm dây dẫn nhằm hạn chế sụt áp và tổn hao công suất của mạng điện. Ngoài ra, các yếu tố đảm bảo hàng lang an toàn lưới điện, mỹ quan công trình cũng cần được xem xét khi cân nhắc vị trí đặt trạm.

Xác định số lượng trạm biến áp dựa theo phân loại hộ sử dụng:

Số lượng biến áp phụ thuộc vào mức độ sử dụng, tính quan trọng của công trình. Có thể chia ra làm 3 mức độ tương ứng với 3 hộ dùng điện.

Hộ loại 1: Hộ loại 1 là nhóm có ảnh hưởng đến sinh mạng con người hoặc an ninh quốc gia như bệnh viện, trạm xá hoặc trụ sở cơ quan nhà nước, cơ quan của bộ quốc phòng.v.v. Hộ loại 1 cần duy trì nguồn điện liên tục trên đường dây hạ áp từ trạm, do vậy cần 2 máy biến áp trở lên trên 1 trạm. Hộ loại 1 dùng 2 máy biến áp, trong đó mỗi máy có thể chịu quá tải bằng 1,4 lần công suất của máy trong 6 giờ. Liên quan đến vấn đề kinh tế, vì quá trình tính toán trạm biến áp cho hộ loại 1 thường dưa vào công suất dự kiến cho nên thời điểm tải nhỏ nhất có thể nhỏ hơn công suất của 1 máy biến áp. Vì vậy quá trình vận hành chỉ cần sử dụng 1 máy biến áp cho toàn bộ tải để tránh tổn hao điện không cần thiết nếu dùng 2 máy.

Hộ loại 2: Có ảnh hưởng về kinh tế tới số đông, ví dụ như nhà máy, khu công nghiệp, tòa nhà văn phòng hoặc nơi thường xuyên tập trung đông người làm việc (Không bao gồm các công trình công cộng). Hộ loại 1 cần tối thiểu 1 máy biến áp trên 1 trạm.

Hộ loại 3: Thường là nhóm gia đình, cá thể, tư nhân. Hộ loại này nếu xảy ra mất điện sẽ ít ảnh hưởng đến kinh tế nói chung nên có thể cắt điện để sửa chữa. Hộ loại 3 thường sử dụng chung 1 máy biến áp tại mỗi trạm điện. Điển hình cho trường hợp này là tại các khu dân cư.

Xác định công suất trạm biến áp

Có nhiều cách tính toán công suất điện, trong đó hiện nay có 3 cách được dùng phổ biến nhất:

Cách 1: Theo diện tích và nhu cầu sử dụng.

Cách 2: Theo sản lượng hằng năm một sản phẩm trên một kW tiêu thụ điện.

Cách 3: Theo công suất đặt và hệ số nhu cầu căn cứ danh sách các thiết bị tiêu thụ điện cụ thể đã, đang và sẽ có nhu cầu sử dụng.

3. Các loại trạm biến áp được sử dụng

3.1. Trạm biến áp ngoài trời

Trạm ngoài trời thích hợp cho các trạm trung gian công suất lớn vì máy biến áp, thiết bị phân phối có kích thước lớn không gian ngoài trời sẽ là lựa chọn phù hợp, giúp tiết kiệm chi phí xây dựng. Trạm biến áp ngoài trời bao gồm các loại trạm treo (< 3×75 kVA), trạm giàn (< 3×100 kVA), trạm nền (đặt lên nền bê tông).

Trạm biến áp dạng treo.

Trạm treo:

Là trạm mà toàn bộ các thiết bị cao hạ áp và máy biến áp đều được treo trên cột. MBA thường là loại môt pha hoặc tổ ba máy biến áp một pha. Tủ hạ áp được đặt trên cột. Trạm này thường tiết kiệm không gian nên thường được dùng làm trạm công cộng cung cấp cho một vùng dân cư. Máy biến áp của trạm treo thường có công suất nhỏ (3×75 kVA), cấp điện áp 15¸22/0,4 kV. Tuy nhiên loại trạm này thường làm mất mỹ quan thành phố nên về lâu dài loại trạm này không được khuyến khích dùng ở đô thị.

Trạm biến áp dạng giàn.

Trạm giàn:

Trạm giàn là loại trạm mà toàn bộ các trang thiết bị và máy biến áp đều được đặt trên các giá đỡ bắt giữa hai cột. Trạm được trang bị ba máy biến áp một pha (3×75 kVA) hay một máy biến áp ba pha (400 kVA), cấp điện áp 15 22 kV /0,4 kV. Thiết bị đo đếm có thể đặt tại phía trung áp hay phía hạ áp. Tủ phân phối hạ áp đặt trên giàn giữa hai cột. Đường dây đến có thể là đường dây trên không hay đường cáp ngầm. Trạm giàn thường cung cấp điện cho khu dân cư hay các phân xưởng.

Trạm nền

Trạm nền:

Trạm nền thường được dùng ở những nơi có điều kiện đất đai như ở vùng nông thôn, cơ quan, xí nghiệp nhỏ và vừa. Đối với loại trạm nền, thiết bị cao áp đặt trên cột, máy biến áp thường là tổ ba máy biến áp một pha hay một máy biến áp ba pha đặt bệt trên bệ ximăng dưới đất, tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà. Xung quanh trạm có xây tường rào bảo vệ. Đường dây đến có thể là cáp ngầm hay đường dây trên không. Thiết bị đo đếm có đặt ở phía trung áp hay phía hạ áp.

3.2. Trạm biến áp trong nhà

Trạm biến áp trong nhà có nhược điểm chi phí xây dựng tốn kém nếu trạm sử dụng đòi hỏi công suất lớn. Do khối hình và kết cấu thô kệch nên dễ gây mất thẩm mỹ kiến trúc. Bên cạnh nhược điểm lớn nhất về chi phí, chủ đầu tư không nên bỏ qua các ưu điểm của loại trạm này. Trạm biến áp trong nhà được phân chia thành 3 loại:

Trạm biến áp đặt trong nhà.

Trạm kín:

Trạm kín là loại trạm mà các thiết bị điện và máy biến áp được đặt trong nhà. Trạm kín thường được phân làm trạm công cộng và trạm khách hàng.

- Trạm công cộng thường được đặt ở khu đô thị mới để đảm bảo mỹ quan và an toàn cho người sử dụng.

- Trạm khách hàng thường được đặt trong khuôn viên của khách hàng. Khuynh hướng hiện nay là sử dụng bộ mạch vòng chính (Ring Main Unit) thay cho kết cấu thanh cái, cầu dao, có cầu chì ống để bảo vệ máy biến áp có công suất nhỏ hờn 1000 kVA.

Đối với trạm kín, đường cáp vào và ra thường là cáp ngầm .Các cửa thông gió đều có lưới để phòng xâm nhập.

Trạm biến áp trọn bộ do Cơ - Điện Galaxy thi công, lắp đặt.

Trạm trọn bộ:

Đối với nhiều trạm phức tạp đòi hỏi sử dụng cấu trúc nối mạng nguồn kiểu vòng hoặc tủ đóng cắt chứa nhiều máy cắt, gọt, không chịu ảnh hưởng của thời tiết và chịu được va đập, trong những trường hợp này các trạm trọn bộ kiểu kín được sử dụng. Các khối của trạm được chế tạo sẵn và được lắp đặt trên nền nhà bê tông.

Ưu điểm của trạm trọn bộ là tối ưu hóa về vật liệu và sự an toàn do có sự chọn lựa thích hợp từ các kiểu lắp đặt có thể; tuân theo toàn bộ các tiêu chuẩn quốc tế hiện hành và các tiêu chuẩn dự định trong tương lai; giảm thời gian nghiên cứu và thiết kế, giảm chi phí lắp đặt; dễ dàng cho đồng bộ và kết nối; kết cấu chắc chắn, gọn đẹp. Trạm trọn bộ thường được dùng ở các nơi quan trọng như cơ quan ngoại giao,văn phòng, khách sạn…

Các thiết bị đóng cắt của trạm GIS được cách điện bởi khí SF6.

Trạm GIS:

Trạm biến áp công nghệ Gas Insulation Switchgear là trạm dùng thiết bị đóng cắt kín cách, được cách điện bằng khí SF6. Đặc điểm của trạm loại này là diện tích xây dựng trạm nhỏ hơn khoảng vài chục lần so với trạm ngoài trời.

Trạm GIS thích hợp cho các thành phố lớn, nơi thường xuyên có nhu cầu cao về tiêu thụ điện, nơi tập trung nhiều cơ quan nhà nước quan trọng, đồng thời cũng là nơi hạn chế về diện tích xây dựng. Ngoài ưu điểm về diện tích xây dựng trạm, trạm GIS sử dụng thiết bị đóng cắt được cách điện bằng khí, không tiếp xúc với môi trường và bụi bẩn nên thiết bị đóng cắt công nghệ GIS rất an toàn khi vận hành, số lần bảo trì bảo dưỡng ít hơn nhiều so với trạm sử dụng thiết bị đóng cắt truyền thống. Trạm biến áp GIS là loại có công nghệ tiên tiến nhất hiện nay.

4. Lưu ý vị trí đặt trạm biến áp

4.1. Mục đích sử dụng

Trạm biến áp thường được ưu tiên đặt gần nơi phát nguồn điện và/hoặc thiết bị tiêu thụ. Với loại trạm phục vụ công tác truyền tải, do tính liên tục trong sử dụng cũng như mức điện áp đầu vào và ra, vị trí đặt trạm cần nơi thoáng đãng, cách xa khu dân cư. Nơi thoáng mát sẽ góp phần làm giảm tổn thất điện năng, tăng tuổi thọ máy biến áp và các thiết bị bên trong trạm.

4.2. Địa hình đặt trạm

Nơi đặt trạm biến áp phải có địa hình bằng phẳng và đặc biệt phả có vị trí cao để tránh úng ngập. Hệ thống thoát nước trong và quanh khu vực đặt trạm biến áp cần được xây dựng đồng bộ cùng hạ tầng đặt trạm. Vị trí đặt trạm biến áp cũng cần đảm bảo thuận lợi cho việc sử dụng, vận hành, kiểm tra và sửa chữa khi có sự cố.

4.3. Địa điểm đặt trạm

Do trạm biến áp tập hợp nhiều thiết bị điện, trong đó có máy biến áp chiếm phần lớn trọng lượng của trạm nên việc đặt trạm tại nơi có giao thông thuận tiện luôn là ưu tiên hàng đầu thay vì đặt trạm tại những địa điểm khó tiếp cận.

4.4. Không khí nơi đặt trạm

Không khí ô nhiễm, chứa nhiều bụi kim loại, acid hoặc kiềm là yếu tố làm giảm tuổi thọ của máy biến áp và các thiết bị điện. Đặt biệt với bụi có tính acid/kiềm sẽ gây ăn mòn vỏ máy biến áp, phá hủy lớp sơn cách điện bên ngoài, từ đó làm mất an toàn cho thiết bị. Với không khí quanh trạm có chứa nhiều bụi kim loại, thao tác đóng cắt dễ gây phóng điện, làm nguy hiểm cho người vận hành. Do vậy, với các nhà máy, khu công nghiệp, địa điểm đặt trạm cần cách xa khu sản xuất hoặc tách biệt với khu sản xuất, đồng thời có hệ thống lọc/hạn chế bụi bẩn tác động tới trạm.

Ngoài những lưu ý về vị trí đặt trạm, đơn vị thiết kế, thi công, sử dụng và vận hành trạm biến áp cũng cần tuân thủ đầy đủ các quy định của Nhà nước, trong đó bao gồm: Luật Điện lực số 28/2004/QH11; Luật số 24/2012/QH13 ngày 20 tháng 11 năm 2012 của Quốc hội sửa đổi, bổ sung một số điều của Luật Điện lực; Nghị định 14/2014/NĐ-CP hướng dẫn Luật điện lực về an toàn điện; Văn bản hợp nhất 10/VBHN-BCT năm 2020 hợp nhất Nghị định hướng dẫn Luật điện lực và Luật Điện lực sửa đổi; … cùng các nghị định, thông tư của các cơ quan thuộc Chính phủ, văn bản khác do ủy ban nhân dân các tỉnh/thành phố ban hành.

Những nội dung trên đây không nằm ngoài mục đích hỗ trợ cho các tổ chức, doanh nghiệp có thêm hiểu biết về việc thiết kế, lựa chọn và lắp đặt máy biến áp nói riêng và trạm biến áp nói chung. Để công trình thực sự phát huy hiệu quả, đảm bảo đầy đủ nguồn cung cấp điện năng ứng với nhu cầu sử dụng, cần thiết phải tham khảo hoặc được tư vấn bởi các nhà thầu cơ điện có kinh nghiệm trong lĩnh vực cơ điện.

BBT Galaxy M&E