Máy biến áp có vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân như trong công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, các hệ điều khiển. Máy biến áp được sử dụng quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn nắm được các kiến thức tổng hợp cần biết về máy biến áp để hiểu và vận hành cho phù hợp theo nhu cầu. Các nội dung chính như sau:
1. Máy biến áp là gì
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
3. Công dụng
4. Phân loại máy biến áp
5. Bảo dưỡng máy biến áp
6. Sự cố thường gặp
1. Máy biến áp là gì?
Máy biến áp hay máy biến thế là thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ với mục đích là biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Hiểu đơn giản hơn, máy biến áp là thiết bị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định. Trong quá trình sử dụng chúng ta thường nhầm lẫn về chức năng của máy biến áp nhưng trên thực tế, các loại máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không làm biến đổi năng lượng.
2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy biến áp
2.1 Cấu tạo
Cấu tạo chung của máy biến áp có các bộ phận chính sau đây: lõi thép, dây quấn và vỏ máy.
Cấu tạo máy biến áp
Lõi thép dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt. Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện thành mạch vòng khép kín, các lá thép mỏng mặt ngoài có sơn cách điện với bề dày từ 0,3 - 0,5mm.
Lõi thép gồm 2 phần gồm Trụ và Gông. Trụ là phần để đặt dây quấn còn Gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín.
Nhiệm vụ của dây quấn là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra.
Dây quấn thường làm bằng dây đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài có bọc cách điện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép, giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi ép đều có cách điện. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn. và số vòng dây của các cuộn là khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ của máy biến áp.
Có 2 loại dây quấn: dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp
· Dây quấn nhận năng lượng từ lưới gọi là dây quấn sơ cấp
· Dây quấn cung cấp năng lượng cho phụ tải gọi là dây quấn thứ cấp
Số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là khác nhau. Số vòng dây cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng dây cuộn thứ cấp thì là máy biến áp hạ áp (máy biến áp hạ thế), ngược lại số vòng dây cuộn sơ cấp nhỏ hơn số vòng dây cuộn thứ cấp thì là máy biến áp tăng áp (máy biến áp tăng thế).
Ngoài ra người ta cũng có thể phân biệt dây quấn máy biến áp thành dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp.
· Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp
· Dây quấn có điện áp thấp hơn gọi là dây quấn hạ áp
Tùy theo từng loại máy biến áp mà vỏ máy biến áp được làm bằng các chất liệu khác nhau. Chúng thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó, bao gồm: nắp thùng và thùng.
2.2 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động máy biến áp
Máy biến áp hoạt động tuân theo 2 hiện tượng vật lý:
- Dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra từ trường.
- Sự biến thiên từ thông trong cuộn dây tạo ra 1 hiệu điện thế cảm ứng (hiện tượng cảm ứng điện từ)
Cuộn dây N1 và cuộn dây N2 được quấn trên lõi thép khép kín. Đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây N1, trên cuộn dây này sẽ xuất hiện dòng điện I1 chạy trong dây dẫn, đồng thời trong dây dẫn sẽ xuất hiện từ thông móc vòng cho cả hai cuộn N1 và N2. Cuộn dây N2 được nối với tải thì trên cuộn N2 sẽ xuất hiện dòng điện I2 với điện áp U2. Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1 sang dây quấn 2.
3. Công dụng máy biến áp
Công dụng chính của máy biến áp hay máy biến thế là dùng để chuyển đổi hiệu điện thế (điện áp) theo đúng với giá trị mong muốn. Nó thường được dùng trong các nhà máy điện để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện đi xa và giảm điện áp ở cuối đường dây để cung cấp cho tải.
Ví dụ như tác dụng của máy biến thế sẽ phát huy khi cần chuyển điện từ đường dây trung thế 10kV của các nhà máy phát điện sang mức hạ thế 220V hoặc 400V dùng trong sinh hoạt dân cư hay chuyển hiệu điện thế mức trung thế từ máy phát điện (10kV đến 50kV) sang mức cao thế (110kV đến 500kV hay cao hơn) trước khi truyền tải lên đường dây điện cao thế.
Bên cạnh đó, ứng dụng của máy biến áp còn được dùng trong các lò nung, hàn điện để đo lường hoặc làm nguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử.
4. Phân loại máy biến áp
4.1 Phân loại theo cấu tạo
Là một thiết bị tĩnh điện dùng để biến đổi điện áp của dòng xoay chiều một pha mà vẫn giữ nguyên tần số. Máy biến áp một pha dùng được trong các gia đình, trong đo lường, lò luyện kim, hàn điện….
Là một thiết bị tĩnh điện dùng để biến đổi điện áp của dòng xoay chiều ba pha mà vẫn giữ nguyên tần số. Thiết bị này chủ yếu được sử dụng cho mục đích công nghiệp để tạo ra năng lượng điện, truyền tải và phân phối.
Trong máy biến áp 3 pha được chia làm 2 loại: Máy biến áp 3 pha kiểu kín và máy biến áp 3 pha kiểu hở.
4.2 Phân loại theo chức năng
Là loại máy làm giảm lượng hao hụt cũng như chi phí cho việc truyền tải đi xa và thường được sử dụng trong các nhà máy điện. Loại máy này có số vòng dây cuộn sơ cấp nhỏ hơn số vòng dây cuộn thứ cấp
Là máy biến áp giảm áp cung cấp các điện áp giá trị thấp phù hợp với các nguồn điện tử. Nó biến đổi điện áp gia đình (230/120V) ở phía sơ cấp thành điện áp nhỏ hơn ở phía thứ cấp, điện áp này sau đó sẽ cung cấp cho thiết bị điện tử nhỏ hơn. Loại máy này có số vòng dây cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng dây cuộn thứ cấp.
4.3 Phân loại theo công dụng
-
Máy biến áp thí nghiệm: Là loại máy được dùng chủ yếu phục vụ cho việc thí nghiệm, đặc biệt đối với mức điện áp cao.
-
Máy biến áp đo lường: Là loại máy dùng để đo lường điện áp trong hệ thống điện, chúng làm giảm điện áp của dòng điện lớn sau đó đưa vào một bộ dụng cụ đo tiêu chuẩn hoặc dùng để điều khiển.
-
Máy biến áp chuyên dùng: Là loại máy biến áp được chế tạo ra cho một mục đích nhất định và cụ thể như sử dụng cho các lò luyện kim, cho các thiết bị hàn, dùng làm thiết bị chỉnh lưu…
-
Máy biến áp điện lực: Là loại máy phục vụ cho việc truyền tải và phân phối công suất điện trong một hệ thống điện nhất định.
-
Máy biến áp tự ngẫu: gồm có máy biến áp tự ngẫu 1 pha, máy biến áp tự ngẫu 3 pha. Trong đó, máy biến áp tự ngẫu 1 pha có công suất nhỏ thường được dùng trong các phòng thí nghiệm và các thiết bị điện mà cần điện áp đầu ra liên tục. Còn máy biến áp tự ngẫu 3 pha được dùng để điều chỉnh điện áp khi mở máy động cơ không đồng bộ, hay là được dùng để liên lạc trong hệ thống điện.
4.4 Phân loại theo thông số kỹ thuật
Việc phân loại theo thông số kỹ thuật cũng rất quan trọng, nó giúp người vận hành nắm bắt được mức độ phù hợp của từng loại máy khi đưa vào sử dụng thực tế.
Thông số kỹ thuật máy biến áp, máy biến thế cần lưu ý một số vấn đề sau:
· Công suất biến áp: Máy biến áp 50KVA, 100KVA, 180KVA, 250KVA, 560KVA, 750KVA, 1000KVA, 1800KVA, 2500 KVA.
· Điện áp đầu vào
· Điện áp đầu ra
· Tổn hao của máy biến áp
· Vật tư quấn máy biến áp: Máy biến áp quấn bằng dây đồng, máy biến áp quấn bằng dây nhôm
4.5 Phân loại theo cách thức cách điện
Máy biến áp loại khô, còn được gọi là máy biến áp nhựa đúc, là máy biến áp điện có cuộn dây được bọc trong nhựa epoxy. Khác với máy biến áp thông thường, các cuộn dây và lõi từ của máy biến áp khô chịu áp lực bằng không khí. Máy biến áp khô được sinh ra để khắc phục những nhược điểm của máy biến áp dầu. Máy biến áp khô sử dụng trong các điều kiện đặc biệt như: ô nhiễm môi trường nặng, độ ẩm không khí cao hơn 95%, nhiệt độ môi trường xuống đến - 25oC.
Máy biến áp dầu là loại máy biến áp sử dụng dầu để bảo quản lõi làm mát và cách điện tránh các tia lửa điện xảy ra trong quá trình hoạt động. Máy biến áp sử dụng dầu để hoạt động do đó chất lượng dầu sẽ quyết định tới độ tin cậy và tuổi thọ của máy biến áp.
5. Bảo dưỡng máy biến áp
5.1 Nguyên nhân máy biến áp cần bảo dưỡng
Máy biến thế gặp các trường hợp hỏng hóc, hoạt động kém hiệu quả bởi 4 nguyên nhân sau:
· Thiết kế, chế tạo của máy biến thế kém hiệu quả: 40%
· Quá trình hao mòn theo thời gian sử dụng: 10%
· Khả năng bảo dưỡng không đạt yêu cầu, chất lượng: 30%
· Môi trường, không gian vận hành bất lợi: 20%
Máy hoạt động thường xuyên, liên tục, tuổi thọ dài thì việc thường xuyên chăm sóc, bảo dưỡng đóng vai trò rất quan trọng, do đó cần:
· 3 tháng kiểm tra định kỳ máy biến thế 1 lần, sau khi kiểm tra phải ghi vào sổ kết quả kiểm tra vận hành
· 6 tháng cần phải bảo dưỡng máy biến thế 1 lần Theo quy định của điện lực Việt Nam
5.2 Quy trình kiểm tra bảo dưỡng máy biến áp
· Khảo sát tổng quan, phân tích đánh giá tình trạng hoạt động của máy biến thế
· Thực hiện vệ sinh chuyên nghiệp tổng thể máy biến thế
· Thử nghiệm mẫu dầu định kỳ
· Thêm dầu đúng chủng loại dầu máy biến áp khi máy bị hụt dầu trong quá trình vận hành
· Vệ sinh và siết lực lại các đầu cosse, mối nối cáp phía cao áp và hạ áp
· Kiểm tra giá trị cách điện của máy biến thế ở các thành phần: cao áp - vỏ, cao áp - hạ áp và hạ áp - vỏ
· Vệ sinh vỏ và sứ, kiểm tra cable ở đầu nhất thứ, nhị thứ
· Kiểm tra nhiệt độ dầu máy biến thế, kiểm tra hoạt động của bộ điều khiển
· Tư vấn, gia cố mặt bằng trạm cho phù hợp với sự vận hành ổn định máy biến thế
· Kiểm tra bộ nguồn AC (xoay chiều), DC (một chiều) vệ sinh tủ điều khiển, các bo mạch của bộ chuyển nấc
· Khảo sát tổng quan, phân tích, đánh giá tình trạng hoạt động của máy biến thế
· Kiểm tra phần cáp phía cao áp, hạ áp và lõi từ máy biến thế xem có hiện tượng cháy, nám không để đưa ra phương pháp bảo trì phù hợp
· Thực hiện vệ sinh chuyên nghiệp tổng thể máy biến thế
· Vệ sinh phần cao áp, hạ áp, lõi từ, quạt làm mát
· Siết lực lại toàn bộ đầu dây phía cao áp và hạ áp của máy biến thế
· Kiểm tra nhiệt độ vận hành của máy
-
Đối với máy biến thế có điện áp và không có điện áp
Có điện áp
Vì lí do an toàn nên hạn chế việc bảo dưỡng máy biến thế đang vận hành. Khi đã thực hiện các biện pháp phòng ngừa an toàn, việc bảo dưỡng máy biến thế đang hoạt động được thực hiện theo các bước sau:
· Kiểm tra các nứt vỡ ở sứ cách điện, phụ kiện ...
· Kiểm tra trụ chứa hạt hút ẩm (chỉ với máy biến áp ngâm dầu)
· Dùng camera nhiệt kiểm tra nhiệt độ đầu cáp, sứ ...
· Lấy mẫu dầu (Chỉ với máy biến áp ngâm dầu)
Không có điện áp
Trước khi bảo dưỡng máy biến thế phải được ngắt ra khỏi mạch điện và nối đất. Khi máy cắt và dao cách ly đã ngắt, phải khóa lại tại vị trí ngắt để tránh việc vô tình đóng lại khi đang bảo dưỡng.
Các bước kiểm tra:
Kiểm tra gioăng sứ cách điện và đầu cốt. Nếu gioăng bị lỏng thì vặn chặt lại, nếu gioăng mất độ đàn hồi thì thay cái mới (gioăng mất độ đàn hồi sau thời gian dùng do nhiệt độ cao ngoài trời hoặc thoái hoá)
· Kiểm tra gioăng che ngoài, van, gioăng che bộ chuyển nấc. Nếu bị lỏng thì vặn chặt lại.
· Kiểm tra mối hàn. Nếu mối hàn rò rỉ thì hàn lại. (Lưu ý: Chỉ thợ hàn tay nghề cao và tuân thủ quy trình hàn mới được hàn mối hàn máy biến thế)
· Vệ sinh sứ cách điện (dùng hoá chất như methylated spirit)
· Vệ sinh kính trên rơ le, nhiệt kế, báo mức dầu
· Kiểm tra và thử các chức năng
· Vặn bộ điều áp đến tất cả các vị trí, với tất cả bộ điều áp
· Lấy mẫu dầu từ van xả đáy để kiểm tra
· Kiểm tra độ khô chất hút ẩm trong trụ hút ẩm
· Sửa chữa bề mặt
· Bảo dưỡng dầu và sơn cách điện, kiểm tra cách điện
· Bảo dưỡng bộ điều áp
· Việc kiểm tra và bảo dưỡng những phần đang hoạt động còn lại không nên thực hiện trừ khi có dấu hiệu bị hư hỏng
Với máy biến thế khô sẽ thực hiện thêm:
· Kiểm tra và vệ sinh bằng máy hút bụi
· Loại bỏ nguyên nhân gây ẩm
· Vặn chặn các đầu nối
6. Các loại sự cố thường gặp ở máy biến áp
6.1 Một số sự cố
Đây là sự cố xảy ra khi mạch điện giữa các pha của máy bị ngắn không đều nhau khiến dòng điện gặp trục trặc khi lưu thông. Tuy trường hợp ngắn mạch ở máy biến áp ba pha rất ít khi xảy ra, song nếu mắc phải hậu quả sẽ nghiêm trọng hơn máy một pha rất nhiều.
Cũng tương tự như tình trạng ngắn mạch ở máy ba pha, dòng điện sẽ bị cản trở dẫn đến truyền tải phân phối một cách khó khăn. Nếu không được khắc phục kịp thời thì rất có thể sẽ dẫn đến hỏng máy toàn bộ. Ngoài ra, ở trong cùng một pha khi mạch của các vòng dây bị chênh nhau do quá trình sử dụng cũng là một sự cố thường gặp ở máy biến áp.
6.2 Biện pháp khắc phục
Cầu chì là bộ phận bảo vệ máy khi dòng điện bị quá tải hoặc chịu áp lực lớn. Khi tình trạng quá tải xảy ra, cầu chì sẽ tự động ngắt dòng điện để tránh làm hỏng máy. Bởi vậy, khi tiến hành sử dụng máy cần phải kiểm tra kĩ lưỡng cầu chì xem chúng có mắc sự cố gì không, có hoạt động tốt hay không. Đặc biệt, khi phát hiện ra sự cố ở cầu trì thì nên thay ngay lập tức để bảo vệ máy.
Rơle quá dòng thường được sử dụng ở những máy biến áp có công suất lớn khoảng từ 1000 đến 2000 KVA nhằm hạn chế tình trạng quá tải của dòng điện khi lượng điện tăng cao. Đây có thể coi là biện pháp an toàn hơn so với việc bảo vệ cầu chì ở các máy công suất nhỏ.
Nhiệm vụ của bảo vệ so lệch dọc là nhằm chống ngắn mạch giữa các cuộn dây của máy biến áp, tránh gây cản trở sự lưu thông của dòng điện. Tuy nhiên, biện pháp này chỉ được sử dụng ở các loại máy biến áp có công suất lớn và được lắp đặt ở lưới điện cao áp. Nó không dùng cho các loại máy công suất nhỏ và vừa.
Ngoài ra, nếu có nhu cầu tư vấn cụ thể, vui lòng liên hệ ngay với #JYWVINA để được nhận báo giá
và tư vấn về sản phẩm kỹ hơn:
Hotline : 0246 682 0511
Email : electric@jywvina.com
Website : https://jywvina.com
Add : Tầng 4, Tòa nhà N01-T4, Khu Đoàn Ngoại Giao, P. XuânTảo, Q. Bắc Từ Liêm, TP. Hà Nội