Máy biến áp 3 pha có nhiều cấu tạo khác nhau dựa theo chức năng và cách thức làm mát của từng loại máy. Trong bài này, Cơ - Điện Galaxy sẽ cung cấp những thông tin liên quan đến phân loại, cấu tạo, cách chọn công suất máy biến áp 3 pha.

1. Phân loại máy biến áp 3 pha

1.1. Dựa theo chức năng của máy biến áp:

- Máy biến áp truyền tải: Có mức điện áp đầu ra từ 35 kV trở lên. Máy biến áp truyền tải sử dụng chủ yếu để phục vụ truyền dẫn điện trên lưới điện Quốc gia.

- Máy biến áp phân phối: Có mức điện áp đầu ra nhỏ hơn 35 kV. Máy biến áp phân phối chủ yếu sử dụng cho việc hạ tải, ứng dụng cho khu dân cư, khu công nghiệp, văn phòng, các cơ sở sản xuất công nghiệp hoặc nơi công cộng, cơ quan Nhà nước…

Máy biến áp kiểu kín (1) và máy biến áp kiểu hở (2).

1.2. Dựa theo kiểu làm mát:

- Máy biến áp kín: Là cụm từ chỉ máy biến áp làm mát bằng dầu, tản nhiệt dựa vào chủ yếu cánh tản nhiệt và không có thùng dầu phụ lắp đặt trên nắp máy.

- Máy biến áp hở: Là cụm từ chỉ máy biến áp có thùng dầu phụ hỗ trợ việc tuần hoàn và đối lưu dầu làm mát trong thùng máy biến áp.

- Máy biến áp khô: Làm mát bằng không khí tự nhiên hoặc làm mát cưỡng bức.

- Máy biến áp làm mát bằng khí SF6: Đây là công nghệ làm mát tiên tiến nhất hiện nay. Máy biến áp loại này còn có tên khác là máy biến áp GIS.

Cấu tạo của máy biến áp 3 pha kiểu hở.

2. Cấu tạo của máy biến áp 3 pha

Về nguyên lý cấu tạo, máy biến áp 3 pha có cấu tạo gần giống với máy biến áp 1 pha, tuy nhiên do sử dụng điện áp 3 pha (đầu vào) và cấp ra điện 3 pha nên cấu tạo sẽ phức tạp hơn. Máy biến áp 3 pha có 3 phần chính: Lõi từ, cuộn dây, vỏ máy.

Cấu tạo lõi từ của máy biến áp.

2.1. Lõi thép (lõi từ) của máy

Về mặt hình dạng, lõi từ của máy biến áp 3 pha có 3 dạng: Lõi tròn, ovan, chữ nhật. Lõi từ được ghép bởi các lá tôn có độ dày từ 0.23 mm đến 0.3 mm. Vật liệu làm lõi từ thường là thép silic có tổn hao sắt thấp từ 0,8 đến 0.9 W/kg. Các lõi thép đều được sơn phủ cách điện bề mặt để giảm tốn hao do dòng điện xoáy. Cách ghép tôn giũa trụ và xà là ghép xen kẽ với mối ghép nối 45^o  sao cho từ thông chạy trong mạch luôn theo chiều cán.

Lõi thép gồm 2 phần: Trụ và gông

- Trụ (T): Phần trên đó có cuốn dây;

- Gông (G): Nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín, trên đó không có dây cuốn;

- Trụ và gông có thể ghép riêng, sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại (a);

- Trụ và gông cũng có thể ghép xen kẽ: Các lá thép làm trụ và làm gông được ghép đồng thời, xen kẽ nhau lần lượt theo trình tự a, b (b);

- Tiết diện ngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần tròn (c)

- Tiết diện ngang của gông làm đơn giản hơn: Hình vuông, hình chữ thập hoặc hình chữ T (d).

2.2. Cuộn dây của máy biến áp 3 pha

Cuộn dây trong máy biến áp được chia làm hai loại, hạ thế và cao thế.

Đặc điển cuộn dây hạ thế:

- Cuộn dây quấn lớp dùng cho các máy công suất nhỏ đến 100 kVA;

- Cuộn dây quấn foil dùng cho các máy biến áp lớn hơn 100 kVA;

- Cuộn dây kiểu xoắn ốc;

- Cuộn dây quấn galet dùng cho các máy biến áp trung gian.

Đặc điển cuộn dây cao thế:

- Cuộn dây cuốn nhiều lớp;

- Cuộn dây cuốn galet.

Đặc điểm chung của cuộn dây cao thế và hạ thế:

- Các cuộn dây được bố trí theo kiểu đồng tâm;

- Theo thứ tự lõi tôn - cuộn dây hạ thế - cuộn dây cao thế - cuộn dây điều chỉnh;

- Các cuộn dây có cùng chiều cao và các vòng dây được bố trí dọc theo chiều cao. Việc bố trí này làm giảm tổn hao phụ cũng như lực ngắn mạch giữa các cuộn dây;

Cách điện của các cuộn dây

Khi cuốn, tất cả các vòng dây trong cuộn dây đều được cách điện bằng giấy cách điện. Hầu hết giấy cách điện DDP (Diamon dot paper) được sử dụng trong các máy biến áp sản xuất tại Việt Nam hiện nay có xuất xứ từ CHLB Đức. Giữa các cuộn dây, cuộn dây với lõi tôn cũng được cách điện với nhau bởi bìa cách điện (Pressboard).

2.3. Tổ đấu dây

- Nhóm vector biểu thị cách nối dây cuốn và vi trí pha của các vector điện áp tương ứng. Nó bao gồm các chữ chỉ cấu hình của các dây cuốn pha và số chỉ góc pha giữa các điện áp của dây cuốn;

- Các cách nối dây cuốn xoay chiều ba pha được phân loại như sau: Nối tam giác (D,d); Nối hình sao (Y,y); Nối  zíc zắc (Z,z); Nối hở (III, iii).

- Các tổ nối dây quấn thường dùng:

* Yyn0 hoặc Yzn: Dùng cho các máy biến áp phân phối;

* YNyn0: Dùng cho các máy biến áp  có điểm trung tính mang tải dài hạn với dòng định mức.

*YNd: Dùng cho máy biến áp nối với máy phát và máy biến áp chính trong nhà máy điện và trạm biến áp lớn.

Thùng máy biến áp 3 pha.

2.4. Vỏ máy máy biến áp 3 pha

Vỏ máy biến áp 3 pha chia làm 2 phần: Phần thùng và phần nắp

Phần thùng: Thùng máy làm bằng thép, hình dáng và kết cấu của thùng tuỳ thuộc vào công suất của máy. Khi máy biến áp làm việc, một phần năng lượng tiêu hao trong máy và thoát ra dưới dạng nhiệt đốt nóng lõi thép, dây cuốn và các bộ phận khác của máy. Để đảm bảo cho máy biến áp vận hành với tải liên tục trong thời gian quy định (15 - 20 năm) cần phải tăng cường làm mát cho máy bằng cách ngâm toàn bộ lõi máy biến áp trong thùng dầu.  Nhờ sự đối lưu trong dầu mà nhiệt độ được truyền từ các bộ phận bên trong máy biến áp ra môi trường xung quanh. Ngoài tản nhiệt, dầu máy biến áp còn có nhiệm vụ tăng cường cách điện.         

Tuỳ theo dung lượng của máy biến áp mà hình dáng và kết cấu của thùng dầu có khác nhau, có loại thùng phẳng, loại có cánh tản nhiệt, loại có quạt làm mát để tăng cường làm mát cho bộ tản nhiệt.

Phần nắp là nơi lắp đặt các thiết bị đi kèm máy biến áp.

Phần nắp: Nắp thùng dùng để đậy thùng và tiếp nối với vỏ thùng bằng gioăng cao su có độ đàn hồi cao. Gioăng cao su có tác dụng ngăn cản sự thoát ra của dầu tản nhiệt, đồng thời cũng giúp liên kết giữa nắp và thùng được chặt hơn. Trên nắp thùng lắp đặt một số chi tiết quan trọng như:  Sứ cao áp (Bao gồm 4 sứ, 3 sứ dây lửa, 1 sứ dây trung tính); Bình giãn dầu (với máy biến áp hở); Đồng hồ đo áp suất; Nút điều chỉnh mức điện áp đầu ra; Tiếp điểm đấu nối điện 3 pha; Ống phóng nổ (Một đầu nối với thùng máy hoặc thùng dầu, 1 đầu được bịt bằng vật liệu chịu áp. Nếu áp suất của máy vượt qua ngưỡng cho phép, đầu bịt sẽ vỡ giúp giải phóng áp suất, giảm thiểu thiệt hại cho máy biến áp).

Tại sao vỏ máy biến áp lại bằng thép?

Mặc dù thép là vật liệu dẫn điện nhưng lại làm vỏ máy biến áp có điện áp lên tới hàng nghìn kV. Thép có đặc tính chịu cơ lý hóa, đàn hồi tốt. Nhờ dầu cách điện chứa trong thùng máy biến áp mà vỏ máy không bị tiếp điện. Cũng chính vì có dầu cách điện, đồng thời là dầu tản nhiệt nên khi làm việc, nhiệt sinh ra từ lõi máy biến áp sẽ khiến cho dầu giãn nở. Sự giãn nở này làm tăng áp suất trong thùng máy. Vỏ thép là vật liệu duy nhất có khả năng chịu nhiệt, chịu đàn hồi và chịu áp lực cao. Trong trường hợp áp suất và nhiệt độ của thùng máy biến áp vượt ngưỡng cho phép, ống phóng trên nắp máy sẽ làm nhiệm vụ xả áp, "giải cứu" máy biến áp.

2.5. Các thiết bị được lắp trên máy biến áp

Hầu hết các máy biến áp 3 pha hiện nay đều được lắp đặt các thiết bị sau: Sứ cao thế, sứ hạ thế, nút điều chỉnh, chỉ thị mức dầu, van giảm áp, van tháo dầu, rơle gas, chỉ thị nhiệt độ dầu, chỉ thị nhiệt độ bối dây, thiết bị chống sét, tiếp địa, các đầu code, bình hút ẩm.

Khi tính toán công suất máy biến áp dự định mua/lắp đặt, nên tính quá tải của thiết bị bằng cách nhân tổng công suất phụ tải với hệ số từ 1,2 hoặc 1,4.

3. Dầu biến áp và 5 chỉ số cần lưu ý

Với các loại máy biến áp 3 pha sử dụng dầu làm mát, dầu biến áp là thành phần không thể thiếu trong cấu tạo và vận hành máy biến áp, do vậy có 5 lưu ý liên quan đến dầu làm mát (dầu cách điện) như sau:

3.1. Điểm chớp cháy của dầu biến áp

Điểm chớp cháy còn gọi là nhiệt độ chớp cháy. Khi nhiệt độ của dầu tăng lên tới một mức nhất định thì sẽ tự bốc cháy. Ta gọi nhiệt độ đó là điểm chớp cháy. Quy định tiêu chuẩn nhiệt độ chớp cháy dầu biến áp là 135^oC. Dầu kém chất lượng hoặc dầu bị hoá già thì nhiệt độ chớp cháy giảm dưới 135^oC. Nếu máy biến áp 3 pha dầu có dầu làm mát rơi vào tình trạng này thì buộc đơn vị sử dụng phải dừng vận hành máy biến áp.

3.2. Hàm lượng acid và kiềm trong dầu làm mát

Dầu bẩn hoặc dầu bị ôxy hoá sẽ có một lượmg acid và kiềm (KOH) hoà tan trong dầu. Thành phần này xuất hiện sẽ làm cho dầu già hoá nhanh. Dầu mới không được có acid và kiềm hoà tan. Thành phần kiềm trong dầu cho phép không vượt quá 0,1 mg KOH.

3.3. Tạp chất cơ giới có trong dầu

- Muội than tạo ra bởi sự kết hợp giữa nhiệt độ sản sinh trong quá trình vận hành máy biến áp với các chất cặn/bụi bẩn;

- Các lớp tạp chất cơ giới bám phủ trên bề mặt cuộn dây sẽ làm suy giảm khả năng cách điện, tạo ra sự phân cực, nối cầu điện tạo nên hiện tượng phân cực, làm suy giảm độ chớp cháy và độ cách điện của dầu máy biến áp.

3.4. Cường độ cách điện (cường độ đánh thủng)

Cường độ cách điện của dầu còn gọi là điện áp chọc thủng. Đại lượng này cho biết khả năng cách điện của dầu máy biến áp. 

Chú thích: Đơn vị kV/mm xác định độ bền của vật liệu cách điện, trong đó kV (hoặc Volt) là điện áp đánh thủng, mm là độ dày của vật liệu cách điện. Với dầu máy biến áp, đại lượng kV/mm giúp ta xác định cường độ đánh thủng của dầu làm mát.

3.5. Hàm lượng nước trong dầu biến áp

Nước có trong dầu làm suy giảm độ cách điện. Nước nằm dưới đáy thùng dầu không gây nguy hiểm cho dầu, nhưng các hạt nước nằm lơ lửng trong dầu dễ bị nối cầu điện tích gây phóng điện. Nước còn kết hợp với một số thành phần khác tạo nên khả năng ăn mòn và phá hỏng vỏ máy. Quy định tiêu chuẩn về hàm lượng nước trong dầu mới (chưa sử dụng) không được vượt quá 0,001%. Dầu biến áp khi sử dụng, hàm lượng nước không được vượt quá 0,025%.

4. Nhà thầu cơ điện tư vấn cách chọn công suất máy biến áp ứng với nhu cầu phụ tải

4.1. Công thức tính

Công thức tính phụ tải máy biến áp: P  = cosФ.S

Trong đó:

- P: Công suất phụ tải của thiết bị (kW);

- cosФ: Hệ số công suất của nguồn điện

- S: Công suất của máy biến áp  (kVA)

Ví dụ về việc việc lựa chọn công suất máy biến áp:

Một nhà xưởng có tổng công suất các thiết bị là 200 kW. Coi hệ số công suất (cosФ) là 0,8. Như vậy theo công thức trên ta có: S = P/cosФ = 200/0.8 = 250 kVA.

Kết luận: Công suất máy biến áp cần lắp đặt là 250 kVA.

4.2. Những lưu ý khi chọn mức công suất của máy biến áp

- Các loại máy có công suất quá 1000 kVA không nên được sử dụng cho các trạm hạ áp có điện áp thứ cấp là 220/380 V và máy có công suất quá 1800 kVA thì không nên sử dụng ở các trạm có điện áp thứ cấp là 660 V;

- Cần phải tính đến phụ tải sử dụng trong một ngày, một tháng hoặc trong một năm cũng như khả năng phát triển trong tương lai. Nếu phụ tải sử dụng quá nhiều thì nên lựa chọn từ 2 máy để hoạt động trở lên;

- Khi tính toán công suất máy biến áp dự định mua/lắp đặt, nên tính quá tải của thiết bị bằng cách nhân tổng công suất phụ tải với hệ số từ 1.2 hoặc 1.4 (tương ứng với 60% đến 80% công suất định mức của máy biến áp). Ví dụ, nếu tổng phụ tải thực tế là 200 kVA, sau khi nhân với hệ số 1.4 sẽ cho ra tổng phụ tải dự phòng quá tải là 280 kVA. Như vậy thay vì lắp đặt máy biến áp 250 kVA, chủ đầu tư cần lắp đặt loại 350 kVA để phòng quá tải.

- Trường hợp phải cung cấp điện liên tục cho các phụ tải thì nên sử dụng từ 2 máy trở lên hoạt động luân phiên để đảm bảo tránh tình trạng quá tải nếu chỉ sử dụng một máy liên tục trong thời gian dài.

Nội dung trên đây mô tả cách thức phân loại, cấu tạo và cách lựa chọn công suất máy biến áp 3 pha. Ngoài những thông tin cơ bản nêu trên, việc tạo ra một máy biến áp cần rất nhiều công đoạn, đòi hỏi hệ thống nhà xưởng với trang thiết bị hiện đại, đội ngũ kỹ sư và công nhân lành nghề. Một trong những yếu tố khác quyết định đến chất lượng và hiệu quả làm việc của máy biến áp chính là nguyên liệu đầu vào, bao gồm dây cuốn, thép làm vỏ, tole silic, sứ cách điện, giấy cách điện, dầu cách điện.

Cấu tạo máy biến áp 3 pha ngâm dầu

Ngoài những thông tin đã chia sẻ, việc lắp đặt máy biến áp còn đòi hỏi nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như các tiêu chí cần thiết để máy biến thể có thể hòa lưới. Với phương châm "Khởi tạo những giá trị", Cơ - Điện Galaxy sắn sàng giúp quý khách  hàng tư vấn, thiết kế, thi công các loại máy biến áp 1 pha, 3 pha, trạm biến áp, hệ thống phân phối điện cho khu công nghiệp, tòa nhà, tổ hợp dịch vụ…

Galaxy M&E