Máy biến áp khô: Đặc điểm chi tiết và ứng dụng

Lê Hồng Phong

Máy biến áp khô với ưu điểm giảm thiểu nguy cơ cháy nổ đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền tải điện tại Việt Nam. Cùng nhau Điện BTB Tìm hiểu chi tiết đặc điểm và ứng dụng của dòng máy biến áp này qua bài viết sau.

Máy biến áp khô là gì?

Máy biến áp khô là máy biến áp sử dụng không khí để làm mát. Khi vận hành, máy biến áp khô có hệ thống làm mát cho lõi từ và cuộn dây thông qua các khe hở thông gió tự nhiên, thay vì các phương pháp khác như dầu khoáng, silicon hay các chất lỏng khác.

Máy biến áp khô có thể được đặt trong nhà hoặc trong môi trường khắc nghiệt, có độ ẩm cao mà các máy biến áp khác không thể hoạt động được. Vì vậy, loại máy biến áp này được sử dụng trong nhiều lĩnh vực từ công nghiệp nặng đến các công trình công cộng – những nơi có yêu cầu đặc biệt về an toàn cháy nổ. Công suất máy biến áp khô có thể đạt tới 10000kVA và điện áp lên tới 35kV.

Cấu tạo máy biến áp khô

Máy biến áp khô có cấu tạo gồm 3 thành phần chính: lõi thép, cuộn dây và vỏ máy biến áp. Về mặt thiết kế tổng quan, đường dây này có hình dáng tương tự như một lò phản ứng trung thế với 3 lõi thép quấn và được bảo vệ riêng biệt.

Lõi thép

Lõi thép hay mạch từ được làm từ các tấm thép kỹ thuật điện như tôn silicon, dày 0,3 đến 0,5 mm. Bề mặt của những tấm thép này được phủ một lớp sơn cách điện. Các tấm thép mỏng được ghép song song nhằm giảm thiểu tổn thất năng lượng do dòng điện xoáy gây ra trong quá trình hoạt động. Lõi thép gồm hai phần chính: cột và ách. Trụ là nơi đặt dây quấn và các chốt để nối các trụ với nhau tạo thành một mạch từ khép kín. Lõi thép vừa có chức năng dẫn từ thông vừa làm khung đỡ cho dây quấn.

Dây quấn

Dây quấn đồng có tiết diện tròn thường được làm từ dây đồng nguyên chất. Bên ngoài dây đồng được bọc một lớp cách điện nhằm chống oxy hóa, tăng tuổi thọ và đảm bảo an toàn trong quá trình sử dụng. Chức năng chính của cuộn dây là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Để đảm bảo hiệu suất vận hành, cuộn dây phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt về tính linh hoạt, độ bền điện, độ giãn dài, độ đàn hồi và khả năng chịu dầu nhằm giảm thiểu dòng điện xoáy Foucault, từ đó cải thiện hiệu suất máy biến áp.

Vỏ máy biến áp

Vỏ máy biến áp là lớp bảo vệ bên ngoài cho cuộn dây, thường được làm từ thép. Vỏ máy biến áp khô không chứa dầu mà chỉ có chức năng bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi tác động của môi trường.

Các loại máy biến áp khô

Hiện nay trên thế giới có 4 loại máy biến áp khô chính:

• Máy biến áp vết thương hở
• Máy biến áp nhựa cuộn đúc (CRT)
• Máy biến áp tẩm áp suất chân không (VPI)
• Máy biến áp silicon VPE (Vacuum Pressure Encapsulated – VPE)

Trong 4 loại trên thì CRT và VPI được sử dụng phổ biến nhất. Trong khi đó, hai loại còn lại chỉ được sử dụng hạn chế trong một số trường hợp đặc biệt.

Máy biến áp mở

Máy biến áp đầu hở được đặt tên theo quy trình sản xuất cuộn dây, “nhúng và nướng”. Cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được làm nóng, sau đó nhúng vào lớp vecni bảo vệ ở nhiệt độ cao rồi nung nóng lại.

Một số đặc điểm của máy biến áp hở:

• Kích thước nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn hầu hết các máy biến áp khô khác
• Mức độ bức xạ từ trường rất thấp
• Tiếng ồn cảm ứng rất thấp
• Lượng hao hụt lõi sắt rất thấp

Máy biến áp nhựa đúc

Máy biến áp nhựa đúc (CRT) có cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được phủ nhựa epoxy, ngăn hơi ẩm xâm nhập và ảnh hưởng đến hoạt động của cuộn dây. Loại máy biến áp khô này có công suất từ ​​25kVA đến 12.500kVA, cấp bảo vệ IP45.

Một số đặc điểm của máy biến áp CRT:

• Khả năng chịu quá tải rất tốt
• Xả một phần hao mòn thấp
• Giảm thiểu nguy cơ cháy nổ với lớp nhựa epoxy
• Không cần hút ẩm nhưng vẫn hoạt động tốt ở môi trường có độ ẩm cao

Máy biến áp chân không

Máy biến áp chân không (VPI) có cuộn dây làm từ vật liệu không cháy, được thiết kế dạng đĩa, nối tiếp hoặc song song, tùy theo mức công suất tương ứng với điện áp phù hợp. Máy sử dụng nhựa polyester loại H làm lớp cách điện cho cuộn dây, có khả năng chống nhiễm bẩn. Hộp chân không bảo vệ cuộn dây khỏi độ ẩm. Công suất của máy biến áp chân không thường từ 5kVA đến 30kVA, cấp bảo vệ IP56. Máy biến áp VPI thường được sử dụng trên tàu.

Một số đặc điểm của máy biến áp VPI:

• Độ bền cơ học cao
• Không có hạn chế cách nhiệt
• Không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ
• Nguy cơ cháy nổ gần như bằng không
• Được thiết kế để dễ dàng bảo trì và sửa chữa

Máy biến áp silicon VPE

Máy biến áp silicon sử dụng nhiều lớp silicon VPE để bảo vệ cuộn dây khỏi không khí có độ ẩm cao, hàm lượng muối, bụi bẩn hoặc các chất gây ô nhiễm công nghiệp. Dòng máy biến áp khô này chủ yếu được sử dụng cho tàu hải quân, nhà máy hạt nhân và hầm mỏ.

Một số đặc tính của máy biến áp VPE:

• Độ bền điện môi ấn tượng và tuổi thọ cao
• Độ bền ngắn mạch cao, không có nguy cơ cháy nổ
• Trọng lượng nhẹ hơn các máy biến áp khô khác có cùng công suất

Xem thêm: Máy biến áp vô định hình: Công dụng, cấu tạo, ưu nhược điểm

Ứng dụng của máy biến áp khô

Với đặc tính nhẹ và hạn chế nguy cơ cháy nổ, máy biến áp khô được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đòi hỏi độ an toàn vận hành cao đến nghiêm ngặt:

• Công nghiệp hóa chất, luyện kim, dầu khí
• Vùng đất ngập nước, vùng nước, nhà máy thủy điện, trạm bơm
• Vùng rừng khô có nguy cơ cháy cao
• Trạm biến áp trong nhà hoặc ngầm ở không gian chật hẹp
• Nhà máy điện gió, nhà máy điện khí LNG

So sánh máy biến áp khô và máy biến áp dầu

Khi so sánh với máy biến áp dầu, máy biến áp khô có nhiều ưu điểm như:

• An toàn cháy nổ cao hơn vì không sử dụng dầu làm mát
• Kích thước và trọng lượng nhẹ hơn nếu cùng công suất
• Dễ dàng hơn để duy trì và phục vụ, không gây ô nhiễm
• Khả năng chịu dòng ngắn mạch và quá tải tốt
• Độ mòn lõi thép thấp
• Tuổi thọ trung bình cao, khoảng 25 – 30 năm
• Có thể hoạt động ở vùng khí hậu khắc nghiệt về nhiệt độ và độ ẩm

Tuy nhiên, máy biến áp khô vẫn có những nhược điểm so với máy biến áp dầu:

• Chi phí đầu tư ban đầu cao hơn 50% – 100%
• Chi phí vận hành cao hơn, tổn thất điện năng lớn hơn khoảng 50% do tản nhiệt kém hơn
• Khả năng tái chế linh kiện kém hơn
• Chi phí xử lý rác thải sau khi hư hỏng hoặc hết hạn sử dụng cao hơn

Tham khảo thêm các bài viết khác về dòng máy biến áp tại: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-tram-bien-ap/