Trạm biến áp là gì? Phân loại, cấu tạo và chức năng

Lê Hồng Phong

Nhu cầu sử dụng điện tại các khu công nghiệp, nhà máy quy mô lớn, các công trình xây dựng trọng điểm rất lớn và tăng theo thời gian. Các trạm biến áp lớn xuất hiện đã đáp ứng được nhu cầu của dự án, đảm bảo cung cấp điện ổn định. Trong bài viết dưới đây KTH ELECTRIC cùng các bạn sẽ tìm hiểu về cấu tạo, chức năng và yêu cầu khi vận hành trạm biến áp.

Trạm biến áp là gì?

Trạm biến áp là trạm điện bố trí tổ hợp máy biến áp và thiết bị phân phối điện, tạo thành đầu mối truyền tải điện năng cho các dự án, công trình. Trạm biến áp được coi là thiết bị tĩnh điện có khả năng truyền năng lượng điện hoặc tín hiệu điện giữa các mạch điện trong hệ thống phân phối điện cho các cụm dân cư, khu công nghiệp, tòa nhà thương mại.

Chức năng của trạm biến áp

Trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện thông qua chức năng phân phối năng lượng và chuyển đổi điện áp.

• Chức năng phân phối năng lượng: Năng lượng được phân phối từ nguồn điện (nhà máy) thông qua đường dây truyền tải đến các điểm tiêu thụ như khu dân cư, nhà máy, công trình công cộng.
• Chức năng chuyển đổi điện áp: Chức năng chính của trạm biến áp là chuyển đổi mức điện áp lên hoặc xuống tùy theo yêu cầu của hệ thống truyền tải. Trạm biến áp nhận điện từ đường dây cao thế và sẽ hạ điện áp để phân phối cho đường dây trung thế. Ngược lại, khi cần tăng điện áp để giảm tổn thất truyền tải thì dòng điện qua trạm biến áp sẽ tăng lên.

Kết cấu và thiết bị cơ bản trong trạm biến áp

Trạm biến áp có kết cấu cơ bản bao gồm máy biến áp (thiết bị chính), hệ thống tủ phân phối, tủ điều khiển, cầu dao cách ly, thanh cái đồng, chống sét, dây điện và hành lang bảo vệ.

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, có khả năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác mà không thay đổi tần số. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Chức năng của máy biến áp cũng chính là chức năng chính của trạm biến áp.

Tủ phân phối và tủ điều khiển có nhiệm vụ kiểm soát chất lượng điện năng và phân phối điện đến các thiết bị đầu cuối truyền tải. Các loại tủ phổ biến trong trạm biến áp là tủ phân phối MSB, tủ ngưng tụ,…

Bộ ngắt mạch cách ly được sử dụng để ngắt dòng điện trong các tình huống khẩn cấp hoặc khi cần bảo trì hoặc sửa chữa hệ thống. Máy cắt cách ly dùng cho trạm biến áp thường là loại cao thế hoặc trung thế.

Thanh cái và dây đồng là phương tiện truyền tải điện. Đặc biệt, thanh cái đồng có độ ổn định cao nên được sử dụng làm vật liệu truyền tải bên trong hệ thống trạm biến áp.

Hệ thống chống sét nối đất đảm bảo an toàn cho trạm biến áp khi sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào hệ thống. Khu vực đặt trạm biến áp tiếp xúc trực tiếp với mặt đất nhằm tăng độ an toàn cho người vận hành. Ngoài ra, xung quanh trạm biến áp còn bố trí hàng rào để ngăn chặn các yếu tố bên ngoài xâm nhập.

Xem thêm: Kinh nghiệm và quy trình lắp đặt trạm biến áp

Cách phân loại trạm biến áp

Trạm biến áp có thể được phân loại theo cấp điện áp, theo chức năng hoặc theo khu vực lắp đặt.

Phân loại theo điện áp

Theo cấp điện áp, trạm biến áp có 4 loại:

• Trạm hạ áp: Có điện áp từ 0,2kV – 0,4kV, dùng cho lưới điện hạ thế.
• Trạm trung áp: Có cấp điện áp từ 6kV, 10kV đến 35kV, dùng cho lưới điện trung áp.
• Trạm cao áp: Có các cấp điện áp 66kV, 110kV, 220kV và 500kV dùng cho lưới điện cao áp.
• Trạm siêu cao áp: Có điện áp cao hơn 500kV, dùng để tăng áp phân phối cho các nhà máy điện.

Phân loại theo chức năng

Theo chức năng, trạm biến áp có hai loại: trạm trung gian và trạm phân phối.

Trạm biến áp trung gian

Trạm biến áp trung gian Nhận điện áp ở cấp điện áp 110kV – 220kV và chuyển đổi thành điện áp 22kV – 35kV (điện áp thấp). Các trạm biến áp này thuộc hệ thống truyền tải điện trung áp, được bố trí ngoài trời tại các khu vực thoáng đãng, tách biệt với khu dân cư. Công suất của trạm rất lớn, sử dụng máy biến áp lớn và thiết bị chuyển mạch điện.

Trạm biến áp phân phối

Trạm biến áp phân phối nhận điện từ điện áp 22kV – 35kV sau đó chuyển đổi sang điện áp 0,22kV – 0,4kV (hạ áp). Đây là trạm biến áp của hệ thống phân phối điện hạ thế, nằm phía sau trạm trung gian, dùng cho hệ thống điện của các tòa nhà, nhà máy, bệnh viện, sân vận động,…

Trạm biến áp phân phối có nhiều thiết kế như trạm ki-ốt tích hợp, trạm cột, trạm giàn, trạm gốc và trạm đóng.

• Trạm biến áp một cột: Toàn bộ kết cấu trạm như máy biến áp, thiết bị điện được đặt trên cột cao. Máy biến áp được sử dụng là máy biến áp một pha hoặc nhóm 3 máy biến áp một pha.

• Trạm biến áp Kiosk: Trạm được làm theo hình hộp vuông lớn, đặt ngầm, bao bọc tứ phía có tính thẩm mỹ cao. Trong trạm có 3 ngăn: ngăn trung thế, ngăn hạ thế và ngăn máy biến áp. Loại trạm này được sử dụng rộng rãi trong điện dân dụng và một phần trong điện công nghiệp.

• Trạm biến áp giàn: Trong trạm, máy biến áp và các thiết bị điện liên quan được đặt trên giá đỡ cao, được đỡ bởi hai cột điện lớn. Cấp điện áp của trạm là 35kV, 22kV/0,4kV.

• Trạm biến áp cơ sở: Là loại trạm đặt ngầm ở khu vực tách biệt với con người. Trong trạm gốc, thiết bị điện áp cao được đặt trên cột, tủ phân phối đặt trong nhà và máy biến áp đặt trên bệ xi măng. Xung quanh nhà ga có hàng rào bảo vệ.

• Trạm biến áp kín: Là loại trạm đặt trong nhà, bao gồm phòng cao áp, phòng máy biến áp và phòng hạ thế. Nhà ga khép kín được sử dụng ở các khu đô thị đông đúc, diện tích hạn chế nhưng vẫn cần tính thẩm mỹ và an toàn.

Phân loại theo khu vực lắp đặt

Theo diện tích lắp đặt, trạm biến áp có loại trạm trong nhà và ngoài trời.

Trạm biến áp ngoài trời

Các trạm biến áp trung gian công suất lớn và các thiết bị bên trong có kích thước lớn cần đặt ngoài trời trên diện tích rộng. Trạm biến áp ngoài trời có nhược điểm là tính thẩm mỹ thấp nên không phù hợp với khu vực đô thị. Loại trạm này được sử dụng cho các khu công nghiệp, khu chế xuất, nhà máy hóa dầu,… cần nguồn điện lớn.

Trạm biến áp trong nhà

Trạm biến áp trong nhà có công suất vừa và nhỏ, được thiết kế để đặt tại các khu dân cư, tòa nhà thương mại, công trình công cộng mà không ảnh hưởng nhiều đến mỹ quan chung. Các trạm trong nhà có thể được đặt bên trong tòa nhà trong không gian riêng hoặc ở bên hông tòa nhà.

Yêu cầu thiết kế và lắp đặt trạm biến áp

Bạn có thể xem chi tiết tại: Kinh nghiệm nâng cấp trạm biến áp và lựa chọn aptomat

Các thông số kỹ thuật quan trọng khi thiết kế trạm biến áp:

• S: Công suất biểu kiến ​​ghi trên trạm (kVA)
• P: Công suất tiêu thụ của trạm (kW)
• Q: Công suất phản kháng (kVAr)
• U: điện áp sơ cấp và thứ cấp của trạm (kV hoặc V)
• I: Dòng điện thứ cấp (A)

Khi thiết kế trạm biến áp cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:

• Đảm bảo chất lượng điện năng bằng cách ưu tiên bố trí trạm tại các trung tâm phụ tải để tiết kiệm đường dây và giảm tổn thất truyền tải.
• Để tối ưu hóa chi phí đầu tư, các thiết bị trong trạm phải đáp ứng yêu cầu hệ thống và có tính kết nối liên thông.
• Có các biện pháp đảm bảo an toàn cho thiết bị bên trong, người vận hành và con người xung quanh trong nhiều trường hợp như sự cố về điện, thiên tai, hỏa hoạn.
• Cấu trúc trạm thuận tiện cho việc vận hành, sửa chữa và bảo trì.
• Trạm biến áp có tính thẩm mỹ phù hợp với khu vực đặt trạm.

KTH ELECTRIC cung cấp các thiết bị chuyển mạch quan trọng cho trạm biến áp ki-ốt và trạm biến áp cột. Thiết bị của chúng tôi đáp ứng tiêu chuẩn IEC, đảm bảo khả năng tương thích với nhiều loại công suất trạm biến áp. Nhà đầu tư có thể tham khảo giải pháp thiết bị của chúng tôi tại: