1. Máy biến áp khô là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Máy biến áp kiểu khô là loại máy biến áp không sử dụng bất kỳ chất lỏng cách điện nào, cái mà cuộn dây hoặc lõi của nó được ngâm trong chất lỏng. Thay vào đó, các cuộn dây và lõi được giữ trong một thùng kín được điều áp bằng không khí.
Máy biến áp kiểu khô không có bộ phận chuyển động và là một thiết bị ở trạng thái rắn hoàn toàn tĩnh, trong điều kiện hoạt động bình thường, đảm bảo tuổi thọ lâu dài và không gặp sự cố. Không giống như máy biến áp nạp chất lỏng được làm mát bằng dầu hoặc chất điện môi lỏng chống cháy, các tổ máy kiểu khô chỉ sử dụng các hệ thống cách nhiệt cao được công nhận an toàn với môi trường.
Máy biến áp kiểu khô cung cấp nguồn điện an toàn và đáng tin cậy không yêu cầu hầm chống cháy, bồn hứng nước hoặc thoát khí độc. Các yếu tố an toàn quan trọng này cho phép lắp đặt máy biến áp loại khô bên trong các tòa nhà gần phụ tải, giúp cải thiện quy trình tổng thể của hệ thống và giảm tổn thất đường dây thứ cấp tốn kém.
Máy biến áp khô
2. Cấu tạo của máy biến áp khô
Một máy biến áp khô có cấu tạo chung gồm ba bộ phận chính: Lõi thép, dây cuốn và vỏ máy biến áp.
2.1 Lõi thép (Mạch từ)
Lõi thép của máy biến áp khô được chế tạo từ vật liệu dẫn từ tốt và có tính kháng oxy hóa cao, thường là các lá thép kỹ thuật điện như tôn Silic. Chức năng của lõi thép là để dẫn từ thông đồng thời làm khung để đặt dây cuốn. Lõi thép bao gồm nhiều lá thép mỏng mặt ngoài có sơn cách điện với bề dày từ 0,3 – 0,5mm được ghép với nhau thành mạch vòng khép kín. Mục đích của việc ghép các lá thép mỏng với nhau là để làm giảm năng lượng bị tổn thất xảy ra trong quá trình hoạt động của máy do dòng điện xoáy.
Lõi thép bao gồm hai thành phần chính là trụ và gông. Trụ là nơi để đặt dây cuốn. Gông là nơi nối liền giữa các trụ với nhau tạo thành một mạch từ kín.
2.2 Dây Quấn (Cuận dây)
Dây quấn của máy biến áp khô thường được dùng bằng dây đồng nguyên chất, có tiết diện là hình tròn và bên ngoài được bọc cách điện giúp dẫn điện tốt hơn, tránh được oxi hóa, tăng tuổi thọ của máy biến áp. Dây quấn có chức năng là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra.
Dây quấn của máy biến áp khô phải đảm bảo các chỉ số kỹ thuật như độ mềm dẻo, bám dính, độ bền điện, giãn dài, độ đàn hồi và chịu dầu biến áp giúp giảm dòng điện xoáy Foucault xảy ra trong quá trình vận hành.
2.3 Vỏ máy biến áp khô
Phần vỏ của máy biến áp khô thường được làm từ thép và thiết kế tùy thuộc vào từng loại máy có công dụng để bảo vệ các phần tử bên trong của máy và thùng của nó không chứa dầu như máy biến áp dầu.
Hình ảnh vỏ máy biến áp khô
3. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp khô
Máy biến áp khô làm nhiệm vụ biến đổi điệp áp. Có hai loại máy biến áp: Máy biến áp tăng áp và máy biến áp hạ áp. Nguyên lý làm việc của máy biến áp dựa trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ. Khảo sát một máy biến áp đơn giản gồm hai cuộn dây được quấn trên lõi sắt mạch từ cột.
Nếu điện áp thứ cấp bé hơn điện áp sơ cấp ta có máy biến áp giảm áp, nếu điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp gọi là máy biến áp tăng áp. Ở máy biến áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có dây quấn thứ ba với điện áp trung bình.
Máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều một pha gọi là máy biến áp một pha, máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha gọi là máy biến áp ba pha. Máy biến áp ngâm trong dầu gọi là máy biến dầu, máy biến áp không ngâm trong dầu gọi là máy biến áp khô, máy biến áp có ba trụ nằm trong một mặt phẳng gọi là máy biến áp mạch từ phẳng, máy biến áp với ba trụ nằm trong không gian gọi là máy biến áp mạch từ không gian.
4. Phân loại máy biến áp khô
Máy biến áp khô gồm có hai loại chính đó là:
Máy biến áp loại nhựa khô (CRT: Cast Resin Dry Type Transformer).
Máy biến áp tẩm áp suất chân không (VPI: Vacuum pressure Impregnated Transformer).
.4.1 Máy biến áp nhựa khô CRT (Cast Resin Dry Type Transformer):
Hình ảnh máy biến áp khô CRT
Máy biến áp nhựa khô (CRT) được sử dụng trong các khu vực có độ ẩm cao. Đó là bởi vì các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của nó được bọc một lớp bằng nhựa epoxy. Việc bọc lớp này giúp ngăn chặn hơi ẩm xâm nhập để ảnh hưởng đến vật liệu cuộn dây và giúp cách điện rất tốt. Từ đó giúp quá trình vận hành máy diễn ra trơn tru và hiệu quả. Loại máy biến áp này có sẵn tại thị trường các công suất từ 25KVA đến 12.500KVA, với lớp cách nhiệt của F (90oC Temp. Rise).
4.2 Máy biến áp tẩm áp suất chân không VPI:
Hình ảnh Máy biến áp khô VPI
Loại máy biến áp này có cuộn dây dẫn được chế tạo từ vật liệu cách điện khó có khả năng cháy. Cuộn dây của máy được thiết kế dưới dạng hình đĩa, nối tiếp hoặc cũng có thể là song song đối với điện áp cao hơn, tùy theo mức công suất tương ứng với cấp điện áp sao cho phù hợp.
Phần cách điện của cuộn dây được tạo nên từ nguyên liệu nhựa polyester cấp H có tác dụng chống xảy ra xâm nhiễm. Còn hộp chân không thì chức năng bảo vệ cuộn dây sơ cấp, thứ cấp và lõi khỏi sự nhiễm ẩm và không để xảy ra hiện tượng bị ảnh hưởng bởi độ ẩm. Công suất của loại này chỉ từ 5KVA đến 30KVA, trong khi mức bảo vệ lên tới PI 56.
Loại máy biến áp áp suất chân không có các ưu điểm vượt trội sau:
- Máy có độ bền cơ học cao
- Không có hạn chế trong cách điện
- Không xảy ra biến động về nhiệt độ
- An toàn, nguy cơ hỏa hoạn rất thấp
- Thiết kế máy cũng rất thuận tiện cho việc bảo dưỡng, bảo trì
5. Ưu nhược điểm máy biến áp khô
5.1 Ưu điểm của máy biến áp khô
- Sử dụng máy biến áp khô rất an toàn cho người và thiết bị điện.
- Giải pháp bảo dưỡng bảo trì máy dễ dàng và không gây ô nhiễm.
- Máy biến áp khô cũng dễ lắp đặt hơn một số máy biến áp khác, giúp giảm được rất nhiều chi phí.
- Chiếm khá ít diện tích
- Do máy không sử dụng dầu làm mát nên rất thân thiện với môi trường
- Công suất của máy hoàn hảo, khả năng chịu quá tải tốt
- Máy biến áp khô dường như không có nguy cơ cháy nổ xảy ra trong quá trình vận hành
- Khả năng chịu được dòng điện ngắn mạch của máy tốt
- Máy có tuổi thọ trung bình cao khoảng 25 – 30 năm
- Máy biến áp khô có thể lắp đặt và sử dụng trong nhà, ngoài trời, nơi có khí hậu khắc nghiệt, hay độ ẩm cao.
5.2 Nhược điểm của máy biến áp khô:
Máy biến áp khô có tuổi thọ lâu và ít bị sự cố cuộn dây. Nhưng một khi trường hợp xấu nhất xảy ra trong vận hành là nếu quá tải hay cháy nổ thì khả năng tận dụng những chi tiết có trong lõi từ và cuộn dây máy biến áp khô là điều không thể (tức máy biến áp khô sẽ không có cơ hội sửa chữa mà phải thay thế mới).
Đối với cùng một công suất và điện áp thì việc sử dụng một chiếc máy biến áp loại khô sẽ tốn kém hơn nhiều so với máy biến áp được làm mát bằng dầu.
6. Thí nghiệm máy biến áp khô
6.1 Định nghĩa:
Để xác định chất lượng máy biến áp khô trong quá trình chế tạo, xuất xưởng, trong vận hành hàng năm nhằm mục đích giám sát chất lượng, giảm xác suất sự cố trong quá trình vận hành hệ thống điện.
6.2. Phân loại thí nghiệm máy biến áp khô:
Thí nghiệm xác định chất lượng cách điện
Thí nghiệm xác định thông số kỹ thuật, thông số cấu trúc
Thí nghiệm xác định các thông số kỹ thuật mở rộng
7. Những ứng dụng của máy biến áp khô
Do những ưu điểm vượt trội đã nêu ở trên máy biến áp khô được sử dụng nhiều ở những nơi thời thiết khắc nhiệt hoặc yêu cầu độ ổn định rất dài như:
- Ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, ngành dầu khí
- Các khu vực môi trường độ ẩm cao như đầm lầy, vùng bảo vệ nguồn nước
- Các khu vực có nguy cơ xảy ra cháy cao như rừng núi
- Các trạm biến áp trong thành phố
- Các trạm biến áp ngầm dưới lòng đất và trong nhà
- Nguồn năng lượng tái tạo như tuabin gió ngoài khơi.
Link một số bài tham khảo
Máy biến áp Amorphous – Cấu tạo và công dụng
