Máy biến áp truyền năng lượng điện giữa các mạch điện thông qua cảm ứng điện từ. Nhiệm vụ thực tế của nó là thay đổi điện áp và dòng điện đến các mức độ giúp cho việc phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng cuối cùng trở nên an toàn và hiệu quả. Hiểu được mối quan hệ giữa máy biến áp và hệ thống điện giúp các kỹ sư lựa chọn tỷ số điện áp, công suất, cách điện và bảo vệ phù hợp. Hướng dẫn này giải thích chức năng của máy biến áp điện lực, cách thức hoạt động, các loại máy biến áp chính và những thông tin mà người mua cần xác định trước khi lựa chọn thiết bị cho một dự án thực tế.
Đối với các dự án công nghiệp và tiện ích, “máy biến áp” có thể là bất cứ thứ gì, từ một máy biến áp điều khiển nhỏ cho đến một thiết bị trạm biến áp nhiều mega-volt-ampere. Cùng một nguyên lý vật lý được áp dụng, nhưng kết cấu, cách điện, phương pháp làm mát, sơ đồ bảo vệ, môi trường lắp đặt và các yêu cầu mua sắm có thể rất khác nhau.
Máy biến áp làm gì?
Máy biến áp làm thay đổi điện áp dòng điện xoay chiều trong khi giữ cho tần số nguồn cung cấp hầu như không đổi. Trong một máy biến áp lý tưởng, công suất đi vào cuộn sơ cấp bằng công suất đi ra khỏi cuộn thứ cấp. Một máy biến áp thực tế có tổn thất, vì vậy công suất đầu ra thấp hơn một chút so với công suất đầu vào.
Mối quan hệ giữa điện áp và số vòng dây thường được biểu diễn là:
V1 / V2 = N1 / N2
Ở đây, V là điện áp và N là số vòng dây trong mỗi cuộn dây. Nếu cuộn thứ cấp có nhiều vòng dây hơn cuộn sơ cấp, thiết bị này là máy biến áp tăng áp. Nếu nó có ít vòng dây hơn, đó là máy biến áp hạ áp.
Dòng điện thay đổi theo hướng ngược lại. Khi điện áp được tăng lên, dòng điện sẽ giảm xuống đối với cùng một mức công suất xấp xỉ. Đây là lý do tại sao điện áp cao được sử dụng cho việc truyền tải khoảng cách xa: dòng điện thấp hơn làm giảm tổn thất trên dây dẫn. Gần tải tiêu thụ, các máy biến áp phân phối làm giảm điện áp xuống mức cần thiết cho các nhà máy, tòa nhà thương mại, nhà máy năng lượng tái tạo và mạng lưới phân phối địa phương.
Máy biến áp hoạt động như thế nào
Điện áp xoay chiều đặt vào cuộn sơ cấp tạo ra từ thông xoay chiều trong lõi nhiều lá thép hoặc lõi quấn. Từ thông thay đổi đó liên kết với cuộn thứ cấp và cảm ứng ra một điện áp. Hai cuộn dây được cách ly về mặt điện trong hầu hết các thiết kế, nhưng chúng được ghép nối với nhau bằng từ tính thông qua lõi.
Lõi cung cấp một đường dẫn có kiểm soát cho từ thông. Thép điện kỹ thuật số định hướng thớ được sử dụng rộng rãi vì nó làm giảm tổn thất do độ trễ và dòng điện xoáy. Các dây dẫn quấn thường bằng đồng hoặc nhôm. Vật liệu cách điện giữa các vòng dây, các cuộn dây, lõi và thùng máy phải chịu được điện áp vận hành, ứng suất đóng cắt, nhiệt độ và môi trường làm việc dự kiến.
Máy biến áp yêu cầu từ thông biến thiên, vì vậy máy biến áp điện thông thường không hoạt động với dòng điện một chiều (DC) ổn định. Việc đặt dòng DC vào máy biến áp xoay chiều (AC) có thể gây ra dòng điện quá mức, quá nhiệt và hư hỏng. Các bộ chuyển đổi DC điện tử có thể sử dụng các máy biến áp tần số cao bên trong, nhưng trước tiên chúng chuyển đổi dòng DC thành một dạng sóng biến thiên.
Các thông số định mức cốt lõi của máy biến áp mà người mua cần hiểu
kVA hoặc MVA
Công suất của máy biến áp được tính bằng vôn-ampe thay vì oát vì sự phát sinh nhiệt phụ thuộc vào điện áp và dòng điện, trong khi tải được kết nối quyết định hệ số công suất. Một máy biến áp 1.000 kVA không tự động cung cấp 1.000 kW. Ở hệ số công suất 0,90, tải công suất tác dụng tương ứng là khoảng 900 kW trước khi tính đến các biên độ thiết kế khác.
Điện áp sơ cấp và thứ cấp
Cả điện áp danh định của hệ thống và cấp điện áp thiết bị yêu cầu đều quan trọng. Một yêu cầu như “một máy biến áp 35 kV” là chưa đầy đủ nếu không có điện áp đầu ra hạ thế, tần số hệ thống, cấp cách điện, phương pháp nối đất và sơ đồ đấu nối.
Một pha và ba pha
Máy biến áp một pha phổ biến cho các tải nhỏ hơn và một số ứng dụng phân phối điện lực. Máy biến áp ba pha phục vụ các hệ thống điện ba pha trong nhà máy, trạm biến áp, trung tâm dữ liệu, cơ sở năng lượng tái tạo và cơ sở hạ tầng thương mại. Ba thiết bị một pha cũng có thể tạo thành một tổ máy, nhưng một máy biến áp ba pha được chế tạo chuyên dụng thường mang lại khả năng lắp đặt nhỏ gọn hơn.
Tần suất
Máy biến áp phải được thiết kế cho tần số được chỉ định, thông thường là 50 Hz hoặc 60 Hz. Vận hành một thiết bị ở tần số thấp hơn mà không giảm điện áp có thể làm tăng từ thông lõi và nguy cơ quá nhiệt.
Trở kháng
Trở kháng phần trăm ảnh hưởng đến độ sụt áp, dòng điện sự cố và vận hành song song. Đây không đơn thuần là một thông số cứ thấp hơn là tốt hơn. Giá trị thích hợp phụ thuộc vào nghiên cứu ngắn mạch của hệ thống, phối hợp bảo vệ, đặc tính phụ tải và các thiết bị được kết nối phía hạ nguồn.
Nhóm đấu dây
Nhóm véc-tơ mô tả kiểu đấu nối dây và độ lệch pha. Các lựa chọn phổ biến bao gồm các cấu hình Dyn11, Yyn0 và YNd, nhưng việc lựa chọn chính xác phải phù hợp với hệ thống nối đất, đặc tính sóng hài, bảo vệ và bất kỳ máy biến áp nào dự định vận hành song song.
Các loại máy biến áp chính
Máy biến áp lực
Máy biến áp lực thường được sử dụng ở các cấp phát điện và truyền tải hoặc cho các tải công nghiệp lớn. Chúng được thiết kế dựa trên điện áp cao, công suất lớn, độ tin cậy của hệ thống, hiệu suất và biểu đồ phụ tải dự kiến. LBAJI cung cấp các cấu hình như Máy biến áp ngâm dầu 35 kV và Máy biến áp điều áp dưới tải 35 kV SFZ11 đối với các dự án yêu cầu biến đổi và ổn định điện áp.
Máy biến áp phân phối
Máy biến áp phân phối cung cấp điện cho người sử dụng cuối ở các giai đoạn cuối cùng của hệ thống điện. Do nhiều thiết bị phân phối vẫn được cấp điện liên tục, tổn thất không tải có thể quan trọng không kém hiệu suất khi đầy tải. Dung lượng, biểu đồ phụ tải hàng ngày, mức độ quá tải dự kiến, sóng hài, nhiệt độ môi trường, giới hạn tiếng ồn và việc mở rộng trong tương lai cần được xem xét tổng thể.
Máy biến áp ngâm dầu
Trong máy biến áp ngâm dầu, chất lỏng cách điện vừa cung cấp khả năng cách điện vừa truyền nhiệt. Các thiết bị này được sử dụng rộng rãi ngoài trời và trong các trạm biến áp vì chúng mang lại hiệu suất làm mát mạnh mẽ và các tùy chọn công suất rộng. Thùng máy có thể được hàn kín hoàn toàn hoặc sử dụng hệ thống bình dầu phụ, tùy thuộc vào thiết kế và yêu cầu của dự án.
Thiết bị chứa dầu đòi hỏi phải lập kế hoạch mặt bằng về an toàn phòng cháy chữa cháy, hệ thống chứa dầu, thông gió, lối đi và các điều kiện môi trường. Của LBAJI Dòng máy biến áp ngâm dầu S-M phù hợp với các ứng dụng phân phối chung, trong khi các thiết kế 35 kV lớn hơn thích hợp cho các trạm biến áp công nghiệp và điện lực.
Máy biến áp khô
Máy biến áp khô sử dụng vật liệu cách điện rắn và không khí để làm mát thay vì dầu cách điện. Chúng thường được lựa chọn cho các lắp đặt trong nhà, tòa nhà thương mại, nhà máy, bệnh viện, cơ sở giao thông và các địa điểm khác mà đặc tính chống cháy và kế hoạch bảo trì ưu tiên thiết bị không dùng dầu. Để có sự so sánh ở cấp độ dự án, hãy xem hướng dẫn của chúng tôi tại Máy biến áp khô và máy biến áp ngâm dầu.
Loại máy làm khô không có nghĩa là không cần bảo trì hay phù hợp với mọi môi trường. Việc bảo vệ vỏ bọc, thông gió, chống bụi, độ ẩm, ngưng tụ, độ cao, mức độ tăng nhiệt độ và độ ồn vẫn là những yếu tố quan trọng. Để hiểu rõ hơn về thuật ngữ “máy làm khô kiểu triplex”, hãy xác nhận về cấu trúc cuộn dây thực tế và bản vẽ của nhà cung cấp thay vì dựa vào nhãn hiệu; xem phần “Các thông số kỹ thuật của máy làm khô kiểu triplex” của chúng tôi. Hướng dẫn sử dụng máy biến áp kiểu khô. LBAJI cung cấp Dòng máy biến áp khô cách điện nhựa SC(B) và Máy biến áp khô thân thiện với môi trường SG(B) cho các yêu cầu phân phối trong nhà.
Máy biến áp tăng áp và hạ áp
Máy biến áp tăng áp làm tăng điện áp, chẳng hạn như giữa máy phát điện hoặc hệ thống biến tần năng lượng tái tạo và lưới điện trung thế. Máy biến áp giảm áp làm giảm điện áp để phân phối và sử dụng. Cùng một máy biến áp có thể hoạt động như máy biến áp tăng áp hoặc giảm áp tùy thuộc vào cuộn dây nào được cấp điện, nhưng quá trình vận hành ngược an toàn không diễn ra tự động. Cần phải kiểm tra các đầu phân áp, hệ thống nối đất, phối hợp cách điện, hệ thống bảo vệ, dòng điện khởi động và sự chấp thuận của nhà sản xuất.
Biến áp cách ly
Biến áp cách ly thường có tỉ lệ điện áp 1:1 và tách biệt mạch nguồn khỏi tải. Nó có thể hỗ trợ các mục đích về an toàn, kiểm soát tiếng ồn và nối đất. Nó không loại bỏ mọi mối nguy hiểm về điện giật, và bố trí nối đất thứ cấp của nó phải được thiết kế kỹ thuật cho ứng dụng đó.
Máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp tăng giảm áp
Bộ biến áp tự động sử dụng cuộn dây chung, giúp giảm kích thước, vật liệu và chi phí khi tỷ lệ điện áp tương đối nhỏ. Tuy nhiên, nó không đảm bảo được sự cách ly điện hóa như biến áp hai cuộn dây. Các biến áp tăng áp có thể điều chỉnh điện áp một cách vừa phải và hữu ích khi điện áp thiết bị khác nhau một chút so với nguồn điện sẵn có. Để tính toán và giới hạn lựa chọn kVA cho việc điều chỉnh, vui lòng xem phần "Tính toán và giới hạn lựa chọn cho biến áp tăng áp". Hướng dẫn về bộ biến áp buck-boost.
Máy biến áp đặt trên bệ và máy biến áp treo cột
Một máy biến áp đặt trên bệ được lắp đặt ở mặt đất trong một vỏ bọc có khóa, chống giả mạo và thường được sử dụng với các hệ thống phân phối ngầm. Một máy biến áp treo cột được lắp đặt trên cao trên một cột điện, thường là để phân phối cục bộ. Việc lựa chọn phụ thuộc vào thiết kế mạng lưới, công suất định mức, khả năng tiếp cận, an toàn công cộng, bố trí cáp, môi trường và thực tiễn của đơn vị điện lực.
Biến dòng và biến áp đo lường
Máy biến áp hiện tại (CT) và máy biến áp điện áp hoặc tiềm năng (VT/PT) giảm dòng điện hoặc điện áp của hệ thống xuống các giá trị có thể đo được cho các đồng hồ và rơle bảo vệ. Chúng không phải là máy biến áp cung cấp điện cho tải. Các mạch thứ cấp của CT không bao giờ được để mở trong khi dây dẫn chính vẫn tiếp tục truyền dòng điện vì có thể phát sinh điện áp nguy hiểm. Để phát hiện sự cố còn lại hoặc lỗi đất với tất cả dây dẫn còn hoạt động qua một lõi, hãy xem phần của chúng tôi Hướng dẫn sử dụng máy biến thế cân bằng lõi.
Máy biến áp lõi quấn ba chiều
Thiết kế lõi quấn ba chiều sử dụng mạch từ đối xứng nhằm giảm thiểu sự khác biệt về đường dẫn từ và hỗ trợ hiệu suất tổn hao thấp, tiếng ồn thấp. Máy biến áp delta ba chiều LBAJI S-M-L là một lựa chọn cho người mua đang so sánh hiệu suất năng lượng trong suốt vòng đời và các yêu cầu về âm học với các thiết kế lõi xếp chồng truyền thống.
Phương pháp làm mát máy biến áp
Thiết kế làm mát quyết định cách nhiệt truyền từ các cuộn dây và lõi ra môi trường xung quanh. Các ký hiệu ngâm dầu phổ biến bao gồm ONAN, trong đó dầu và không khí lưu thông tự nhiên, và ONAF, trong đó các quạt làm tăng khả năng thải nhiệt. Các thiết bị lớn hơn có thể sử dụng hệ thống tuần hoàn dầu cưỡng bức và các bộ trao đổi nhiệt chuyên dụng.
Máy biến áp khô thường sử dụng phương pháp làm mát bằng không khí tự nhiên hoặc quạt gió cưỡng bức. Quạt có thể cung cấp thêm công suất trong các thiết bị được thiết kế cho chế độ vận hành đó, nhưng chúng cũng làm tăng thêm các hạng mục bảo trì và không khắc phục được tình trạng thông gió phòng không đầy đủ.
Tổn hao và Hiệu suất Máy biến áp
Tổn hao không tải xảy ra trong lõi bất cứ khi nào máy biến áp được cấp điện. Tổn hao có tải chủ yếu được tạo ra bởi điện trở cuộn dây và các hiệu ứng tản mác, và tăng theo dòng điện. Giá mua thấp nhất có thể không mang lại chi phí vòng đời thấp nhất, đặc biệt đối với các máy biến áp phân phối được cấp điện liên tục.
Người mua nên so sánh các tổn thất được đảm bảo ở các điều kiện tham chiếu được chỉ định, không chỉ là phần trăm hiệu suất tiêu đề. Việc đánh giá nên cân nhắc biểu "tải dự kiến, giá năng lượng, tuổi thọ, nhiệt độ, tiêu chuẩn hiệu suất áp dụng và phương pháp vốn hóa.
Bảo vệ và Vận hành An toàn
Bảo vệ máy biến áp là một hệ thống chứ không phải là một phụ kiện đơn lẻ. Tùy thuộc vào công suất định mức và ứng dụng, hệ thống này có thể bao gồm cầu chì, máy cắt, rơ-le quá dòng và chạm đất, bảo vệ so lệch, các thiết bị đo nhiệt độ, van giảm áp, bảo vệ bằng rơ-le khí, thiết bị chỉ báo mức chất lỏng, thiết bị chống sét van và các biện pháp phát hiện cháy.
Nối đất và liên kết phải tuân theo thiết kế hệ thống và các quy định địa phương. Bảo vệ sơ cấp và thứ cấp phải phối hợp với dòng điện khởi động của máy biến áp và sự cố hạ nguồn. Việc lắp đặt, thử nghiệm, đóng điện và bảo trì phải được thực hiện bởi nhân viên điện có trình độ theo các quy trình được phê duyệt.
Cách chọn máy biến áp cho một dự án
- Xác định hệ thống điện: điện áp sơ cấp, điện áp thứ cấp, số pha, tần số, nối đất, mức ngắn mạch và tổ nối dây.
- Tính tải trọng: kVA kết nối, hệ số nhu cầu, hệ số công suất, khởi động động cơ, tải phi tuyến, chu kỳ tải, dự phòng và mở rộng theo kế hoạch. Sử dụng một tài liệu Tính toán dung lượng máy biến áp kVA thay vì chỉ chọn dung lượng dựa trên tải kết nối.
- Định nghĩa việc lắp đặt: vị trí trong nhà hoặc ngoài trời, nhiệt độ môi trường, độ cao, độ ẩm, ô nhiễm, điều kiện địa chấn, cấp độ bảo vệ vỏ tủ, không khí làm mát, tiếng ồn và diện tích chiếm chỗ.
- Chọn cách cách nhiệt và làm mát: ngâm dầu hoặc khô, cấp cách điện, độ tăng nhiệt, phương pháp làm mát, và các yêu cầu về cháy hoặc môi trường.
- Chỉ định hiệu suất: trở kháng, tổn thất đảm bảo, tiêu chuẩn hiệu suất, mức độ tiếng ồn, điều áp, chế độ quá tải, và dải đầu phân áp. Xem xét trở kháng máy biến áp và các yêu cầu ngắn mạch với nghiên cứu bảo vệ hệ thống.
- Xác định các giao diện: kết nối cáp hoặc thanh cái, hướng đầu cực, bố trí trung tính, phụ kiện, điện áp điều khiển, truyền thông và giám sát.
- Định nghĩa xác thực: các tiêu chuẩn IEC, IEEE hoặc tiêu chuẩn địa phương hiện hành; các thí nghiệm thường xuyên, thí nghiệm điển hình và thí nghiệm đặc biệt; các bản vẽ; chứng chỉ; công tác kiểm tra; và các yêu cầu nghiệm thu tại nhà máy.
Đối với các dự án phân phối đóng gói, máy biến áp cũng có thể được tích hợp với thiết bị trung thế và hạ thế. Của LBAJI Trạm biến áp kiểu hộp lắp ghép YB27-12 và Trạm biến áp lắp sẵn YBM-12 kết hợp các chức năng biến đổi và phân phối trong một vỏ bọc phối hợp.
Thông tin cần bao gồm trong một Yêu cầu báo giá (RFQ) máy biến áp
Một yêu cầu báo giá hữu ích cần bao gồm ít nhất:
- Công suất định mức tính bằng kVA hoặc MVA
- Điện áp sơ cấp, thứ cấp và cấp điện áp
- Pha và tần số
- Nhóm vectơ và các yêu cầu về nối đất
- Loại bộ điều áp, dải điều áp và bước điều chỉnh
- Trở kháng và mức độ sự cố hệ thống
- Phương pháp làm mát và giới hạn độ tăng nhiệt
- Yêu cầu về vỏ bảo vệ và lắp đặt trong nhà hoặc ngoài trời
- Nhiệt độ môi trường, độ cao, độ ẩm và mức độ ô nhiễm
- Các tiêu chuẩn áp dụng và yêu cầu hiệu suất
- Yêu cầu về tổn thất, âm thanh, phụ kiện, bảo vệ, giám sát và thử nghiệm
- Sự sắp xếp nhà ga, giới hạn kích thước, hạn chế vận chuyển và các tài liệu bắt buộc
Việc cung cấp thông tin này sớm giúp giảm bớt các lần chỉnh sửa thiết kế và hỗ trợ nhà sản xuất so sánh các phương án trên cùng một cơ sở kỹ thuật.
Đối với việc kiểm tra mua sắm theo từng tài liệu, hãy sử dụng Danh mục kiểm tra yêu cầu báo giá máy biến áp lực. Sau khi giao hàng, một cấu trúc lịch bảo trì định kỳ giúp bảo trì tình trạng cách điện và độ tin cậy lâu dài.
Các câu hỏi thường gặp
Máy biến áp có tạo ra điện không?
Không. Nó truyền năng lượng điện giữa các mạch và thay đổi mối quan hệ điện áp - dòng điện. Năng lượng đầu ra thấp hơn năng lượng đầu vào bằng lượng tổn thất của máy biến áp.
Không, máy biến áp không thể chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC).
Không. Máy biến áp thay đổi điện áp xoay chiều (AC). Cần có một bộ chỉnh lưu để chuyển đổi AC sang DC, mặc dù cả hai linh kiện này có thể được tích hợp vào cùng một nguồn điện.
Tại sao máy biến áp được định mức bằng kVA?
Tải nhiệt của máy biến áp chủ yếu liên quan đến điện áp và dòng điện. Tải được kết nối quyết định hệ số công suất, vì vậy thiết bị được định mức theo công suất biểu kiến.
Biến áp xanh là gì?
Cụm từ này thường ám chỉ các thiết kế làm giảm tác động đến môi trường trong suốt vòng đời thông qua việc giảm thiểu tổn thất, vật liệu có trách nhiệm, chất lỏng cách điện có khả năng phân hủy sinh học, giảm tiếng ếng hoặc cải thiện khả năng tái chế. Đây không phải là một loại kỹ thuật phổ quát duy nhất, vì vậy người mua nên yêu cầu các giá trị hiệu suất có thể đo lường được.
Máy biến áp có tuổi thọ bao lâu?
Tuổi thọ phụ thuộc vào lão hóa nhiệt, tải trọng, tình trạng cách điện, độ ẩm, bảo dưỡng, các sự kiện trong hệ thống, chất lượng sản xuất và môi trường. Thông số kỹ thuật chính xác và nhiệt độ vận hành được kiểm soát là cốt lõi để đảm bảo độ tin cậy lâu dài.
Kết luận
Nguyên lý cơ bản của máy biến áp rất đơn giản nhưng mang tính ứng dụng cao trong thực tế. Mối quan hệ giữa máy biến áp và việc phân phối điện phải được đánh giá trên toàn bộ hệ thống, chứ không chỉ dựa vào công suất trên nhãn máy. Thiết bị phù hợp phải tương thích với hệ thống điện, tải, môi trường, triết lý bảo vệ, mục tiêu hiệu suất và các ràng buộc lắp đặt. Một bảng thông số kỹ thuật hoàn chỉnh là điểm khởi đầu tốt nhất cho vận hành an toàn và một báo giá đáng tin cậy.
LBAJI sản xuất máy biến áp ngâm dầu, máy biến áp khô cách điện bằng nhựa và thân thiện với môi trường, máy biến áp lõi quấn ba chiều và trạm biến áp tích hợp. Hãy chia sẻ sơ đồ đơn tuyến, dữ liệu tải, yêu cầu điện áp, điều kiện tại công trường và tiêu chuẩn áp dụng của bạn với đội ngũ kỹ thuật của LBAJI để phát triển cấu hình máy biến áp dành riêng cho dự án.
