Máy biến áp là một loại thiết bị điện tĩnh[đứng yên] dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này[I1,U1] sang một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác[I2,U2], với tần số không thay đổi.
Máy biến áp là một thiết bị truyền tải và phân phối năng lượng điện, từ nhà máy phát điện đến nơi tiêu thụ điện, không phải là thiết bị tiêu thụ điện. Vậy ta cùng nhau tìm hiểu qua bài viết dưới đây:
MỤC LỤC
- Máy biến áp 3 pha là gì?
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp 3 pha.
- Các loại máy biến áp 3 pha.
- Cách bảo dưỡng, bảo hành máy biến áp 3 pha.
- Lựa chọn mua máy biến áp 3 pha uy tín.
- Bảng giá máy biến áp 3 pha.
1. Máy biến áp 3 pha là gì?
Hình ảnh về Máy biến áp 3 pha
Máy biến áp 3 pha là: Tổ hợp 3 máy biến áp 1 pha đấu lại với nhau theo một quy luật nhất định, đấu sao[Y], hay tam giác[D] [Star or Delta].
Máy biến áp 3 pha đóng vai trò vô cùng quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối năng lượng điện. Vấn đề là tại sao người ta lại phải dùng nhiều máy biến áp như vậy? Có 2 lý do:
- Lý do thứ nhất, Về kinh tế: Như chúng ta đã biết cùng 1 công suất phát ra của một máy phát điện, khi điện áp[U] càng nhỏ, dòng điện[I] càng lớn, dòng điện càng lớn thì dây dẫn để truyền tải đi có tiết diện càng lớn, do đó dây dẫn to, nặng, khó chế tạo và lắp đặt rất tốn kém?
- Lý do thứ hai, Về kỹ thuật: Khi truyền tải năng lượng điện đi xa thì tổn thất điện áp[DU] tỷ lệ nghịch với điện áp[U] và tổn thất công suất[[DP] tỷ lệ nghịch với[U2]. Vì vậy khi điện áp càng nhỏ thì tổn thất về điện áp và công suất càng lớn.Vì chúng biến thành nhiệt năng nung nóng dây dẫn và các dạng năng lượng khác…Do đó đến nơi tiêu thụ điện thì điện áp và công suất sẽ không còn bao nhiêu? Đồng thời về kỹ thuật, máy phát điện không thể thiết kế và chế tạo được điện áp cao đến quá 21kv [Ví dụ: Máy phát điện của nhà máy thủy điện Hòa bình điện áp phát ra là 15,75kv]. Để giảm tổn thất [DU, DP] người ta nâng điện áp lên đến 115, 223, 500kv[đối với Việt nam], một số nước như Nga, Trung quốc, Mỹ điện áp lên tới 1000kv, rồi truyền tải đi, đến nơi tiêu thụ, người ta lại phải giảm xuống đến điện áp cần dùng. Tổng công suất[dung lượng] của mba gấp đến 5 – 7 lần tổng công suất phát của nguồn điện. Vậy ta đã hiểu tại sao phải dùng nhiều máy biến áp rồi!
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp 3 pha
Hình ảnh thực tế quá trình sản xuất lắp ráp máy biến áp 3 pha
- Cấu tạo của máy biến áp 3 pha
Máy biến áp 3 pha có 3 bộ phận chính là: Lõi thép [sắt], Dây quấn và Vỏ máy.
Lõi thép: Đây là một trong những bộ phận chính của máy biến áp, nó được thiết kế có kích thước hợp lý để đảm bảo cho tổn hao sắt chính và phụ [P0] là nhỏ nhất, dòng điện không tải [I0] là nhỏ nhất, tốn ít vật liệu nhất, độ điền đầy lớn nhất. Mặt khác lõi thép còn làm khung mà trên đó còn lắp nhiều các bộ phận quan trọng như dây quấn, giá đỡ các đầu thanh dẫn ra, sắt kẹp, bu lông ốc vít liên kết giữa các bộ phận ruột máy với nhau, để tháo,lắp và rút ruột máy được dễ dàng. Lõi thép còn có thể chịu những ứng lực rất lớn khi dây quấn bị ngắn mạch.v.v..Lõi thép được làm bằng 2 loại vật liệu chính như sau:
Thép kỹ thuận điện, CRGO [Cold Rolled Grain Oriented] là những lá thép cán nguội,mỏng, có định hướng, sắp xếp nguyên tử có cấu trúc dị hướng từ tinh thể, thành phần hóa học có chứa [3,25 – 3,4% Si], điện trở suất 0,5mom, độ dầy 0,20-0,35mm, bề mặt được phủ một lớp sơn cách điện mỏng.Thép CRGO người ta thường quấn thành cuộn có bản rộng cuộn mẹ [Mother coil] từ 800,900 đến 1250mm, khi sử dụng người ta xẻ ra bản rộng kích thước tùy ý, phụ thuộc vào công suất của máy biến áp. Loại này sử dụng cho tất cả các loại máy biến áp phân phối và truyền tải.
Hợp kim vô định hình Amorphous,sắp xếp nguyên tử không có cấu trúc,tồn tại không dị hướng từ tinh thể, thành phần hóa học có chứa [5,2%Si, 2,5%B], điện trở suất 0,025 mom, bề mặt cũng được phủ một lớp sơn cách điện mỏng, tổn hao không tải siêu tổn rất thấp, bằng khoảng 1/3 tôn CRGO. Đặc điểm của hợp kim vô định hình Amorphous là rất mỏng[0.025mm], rất giòn, bản rộng hiện nay người ta mới sản xuất được 3 loại: 142, 170,213mm, không xẻ nhỏ được. Sử dụng làm lõi thép cho các loại máy biến áp 1 pha và 3 pha hiệu quả nhất công suất đến 1600kva.
Lõi thép máy biến áp 3 pha được cắt, ghép bởi các lá thép CRGO hoặc Amorphous, tạo thành khối 3 pha, 3 trụ hoặc 3 pha, 5 trụ. Lõi thép có tiết diện gồm nhiều cấp nội tiếp trong đường tròn, hoặc ít cấp hình Ovan, hoặc 1 cấp hình chữ nhật.
Dây quấn:
Dây quấn là bộ phận vô cùng quan trọng, dây quấn sơ cấp nhận năng lượng điện vào[I1,U1], và dây quấn thứ cấp truyền năng lượng điện ra[I2,U2]. Yêu cầu phải đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành, kết cấu hợp lý dễ chế tạo, tiêu tốn ít vật tư như kim loại màu, đồng, hoặc nhôm, và vật liệu cách điện.v.v…
- Về điện: Khi vận hành dây quấn có điện áp cao, do đó cách điện của máy biến áp[mba] phải tốt, nghĩa là phải chịu được điện áp làm việc bình thường[định mức], hoặc hiện tượng quá điện áp khi đóng ngắt, hoặc do sét đánh vào máy hoặc đường dây[quá điện áp thiên nhiên].
- Về cơ học: Dây quấn phải chịu được và không bị biến dạng hoặc hư hỏng dưới tác dụng của lực cơ học do dòng điện ngắn mạch gây nên.
- Về nhiệt: Khi dòng điện I1 chạy trong dây quấn sơ cấp, dòng I2 chạy trong dây quấn thứ cấp sẽ làm nóng dây quấn, vật liệu cách điện và các bộ phận khác. Nếu nhiệt độ tăng lên quá nhiệt độ cho phép thì cách điện bị già hóa hoặc bị cháy sẽ gây sự cố chạm chập hoặc nổ máy biến áp. Người ta đã chứng minh được rằng khi nhiệt độ máy biến áp “tăng hoặc giảm đi 6 oC thì tuổi thọ của nó giảm đi 1/2 hoặc tăng lên gấp 2 lần”
Vì vậy kỹ sư thiết kế phải có quan điểm toàn diện, kết hợp một cách hợp lý, về chất lượng, an toàn khi vận hành, đảm bảo đáp ứng được các thông số kỹ thuật khách hàng yêu cầu, đồng thời giá thành phải hợp lý.
Vỏ máy biến áp dầu: Vỏ máy là bộ phận đóng vai trò khá quan trọng trong việc cấu thành nên máy biến áp. Vỏ mba dầu có 2 tác dụng: Một là chứa dầu làm mát, tăng cường cách điện cho các chi tiết bên trong máy. Hai là khi mba làm việc các chi tiết như bối dây ,lõi thép…nóng lên thì vỏ máy và cánh tản nhiệt sẽ làm nhiệm vụ truyền nhiệt ra ngoài môi trường xung quanh.
Vỏ máy biến áp được chế tạo hoàn toàn trên các dây chuyền có tính tự động hóa cao. Được kiểm tra độ kín bằng đèn cực tím và dung dịch chuyên dùng, hoặc bằng áp lực khí nén 0,5at. Vỏ thùng được làm sạch bằng phun bi hoặc nhúng hóa chất và được sơn bằng công nghệ sơn tĩnh điện hoặc mạ nhúng kẽm nóng, tạo nên một lớp bảo vệ vững chắc lâu dài chống sự ăn mòn do tiếp xúc với không khí nóng, ẩm, hơi nước biển muối và axit.
- Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 3 pha
Máy biến áp 3 pha có nguyên lý hoạt động được hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.
Đầu tiên, dòng điện được tạo ra bên trong cuộn dây nối với một hiệu điện thế sơ cấp và một dải từ trường biến thiên nằm trong lõi sắt của cuộn dây dẫn.
Tiếp theo, dải từ trường biến thiên này có tác dụng tạo ra một hiệu điện thế thứ cấp. Hiệu điện thế thứ cấp này có thể bị thay đổi bởi hiệu điện thế sơ cấp thông qua từ trường.
Tóm lại, máy biếp áp 3 pha hoạt động dựa trên nguyên lý của 2 hiện tượng vật lý đó là : Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường và sự biến thiên từ thông bên trong cuộn dây tạo ra hiệu điện thế cảm ứng [cảm ứng điện từ].
Xem thêm: Quy trình sản xuất máy biến áp dầu
3. Các loại máy biến áp 3 pha
Máy biến áp 3 pha có 2 loại theo kiểu dáng:
- Kiểu hở có bình dầu phụ: Kiểu này được dùng rộng rãi cho các mba truyền tải và máy biến áp phân phối có công suất lớn, thân vỏ được làm bằng thép tấm dầy từ 4 – 12mm, tùy theo công suất nhỏ hay lớn, trên thân vỏ được lắp các bộ tản nhiệt[Radiator], bộ tản nhiệt là những lá thép mỏng 1,2 – 1,5mm dập thành tấm có gân tạo thành các rãnh thông dầu, để dầu trong máy đối lưu qua cánh và truyền nhiệt ra ngoài không khí. Ngoài ra trên thân hoặc nắp máy được lắp các chi tiết như, sứ cách điện,ty sứ đầu ra và đầu vào, các chi tiết khác như van giảm áp, bộ điều chỉnh điện áp, và các thiết bị đo lường và bảo vệ… Bình dầu phụ, thường thiết kế có hình tròn, đặt trên nắp máy và phải cao hơn các bộ phận khá. Dung tích bình dầu phụ bằng khoảng 10% dung tích của dầu trong máy. Khi dầu trong máy nóng lên, nở ra, bình dầu phụ là nơi chứa lượng dầu giãn nở đó mà không bị trào ra ngoài.
- Kiểu kín tự giãn nở: Kiểu này thường dùng cho các loại máy biến áp phân phối công suất đến 10.000kVA, thân và cánh tản nhiệt được gấp liền bằng thép dầy từ 1,2 – 1.5mm. Ưu điểm của kiểu này dùng thép mỏng, khối lượng nhẹ, tản nhiệt tốt, tuổi thọ của dầu cao do không bị tiếp xúc với không khí, dẫn đến tuổi thọ của máy cao hơn, kích thước không gian nhỏ gọn, thích hợp với không gian chật hẹp trong thành phố và các khu dân cư đông đúc. Khi máy làm việc, dầu nóng lên, các cánh bị giãn nở ra, chứa được hết khối lượng dầu giãn nở đó. Nhược điểm của kiểu này là khi máy làm việc, áp lực dầu trong máy tăng lên khoảng 0,3at, dẫn đến việc dầu dễ bị thấm qua các mối ghép bằng zoong cau su, hoặc nứt mối hàn gây chảy dầu! Nhưng với những ưu điểm vượt trội như trên nên máy biến áp kiểu kín được dùng rộng rãi trong lưới điện phân phối của Việt nam cũng như các nước khác trên thế giới. Loại mba kiểu kín tự giãn nở, cánh tản nhiệt chứa dầu làm mát và lượng dầu nở ra khi máy nóng lên, và co lại được về vị trí ban đầu khi máy biến áp nguội đi. Vì vậy thép làm vỏ và cánh tản nhiệt phải là tép đặc biệt đạt tiêu chuẩn JIS3141 hoặc tương đương. Đồng thời đòi hỏi kỹ sư thiết kế phải có nhiều kinh nghiệm để tính toán, kết cấu và chọn kích thước hợp lý, phù hợp với từng loại công suất của máy biến áp?
Hình ảnh Máy biến áp 3 pha kiểu kín
Hình ảnh máy biến áp 3 pha kiểu hở
Bài viết tham khảo: Tìm hiểu về máy biến áp một pha
4. Cách bảo dưỡng, bảo hành máy biến áp 3 pha
Hình ảnh bảo dưỡng máy biến áp 3 pha
Để máy biến áp 3 pha làm việc an toàn và kéo dài tuổi thọ từ 25 – đến 30 năm thì chế độ kiểm tra, bảo dưỡng thường xuyên và định kỳ là một việc làm rất quan trọng và cần thiết.
Trước hết là việc kiểm tra thường xuyên:
- Người sử dụng máy biến áp phải kiểm tra theo dõi quá trình vận hành thường xuyên, hàng ngày phải đo và kiểm tra dòng điện 3 pha [IA,IB,IC] có cân bằng không?
- Có lớn hơn dòng định mức không? Điện áp đầu vào[sơ cấp] UA,UB,UC Có lớn hơn hay nhỏ hơn điện áp định mức, nếu lớn hơn hay nhỏ hơn ta phải thay đổi các nấc điều chỉnh điện áp [với mba có điều chỉnh không điện bằng tay].
- Kiểm tra mức dầu qua bộ phận chỉ thị dầu, kiểm tra xung quanh xem có bị rò rỉ, chảy dầu và không được để dầu xuống dưới mức quy định của nhà sản xuất.
- Kiểm tra nhiệt độ bối dây, nhiệt độ lớp dầu trên cùng [trên nắp máy], nhiệt độ có vượt quá giới hạn cho phép không?
- Môi trường xung quanh trạm và máy biến áp phải vệ sinh phong quang, sạch sẽ, thường xuyên phát quang cây cối xung quanh.v.v…
Kiểm tra định kỳ:
- Định kỳ hàng năm phải lấy mẫu dầu triểm tra xem dầu có còn đạt chất lượng vận hành không?
- Điện áp đánh thủng của dầu đối với máy biến áp phân phối đang vận hành phải [ >30kv/2,5mm trong cốc thử].
- Cắt điện vệ sinh, bảo dưỡng, đo điện trở 1 chiều[DC] các pha xem điện trở các có cân bằng nhau không? [độ lệch cho phép [