Hướng dẫn về máy biến áp trung thế

 

 

Máy biến áp trung thế là thành phần cơ bản của cơ sở hạ tầng điện hiện đại. Trong khimáy biến áp cao ápchủ yếu được sử dụng để truyền tải điện số lượng lớn trên khoảng cách xa-tăng công suất máy phát điện để giảm thiểu tổn thất đường dây-máy biến áp trung thế hoạt động trong mạng lưới phân phối, chuyển đổi năng lượng điện từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác trong phạm vi trung bình. Điều này cho phép cung cấp điện an toàn và hiệu quả trên các hệ thống công nghiệp, thương mại và tiện ích. Do đó, hiểu rõ đặc điểm, chủng loại và tiêu chí lựa chọn máy biến áp trung thế là điều cần thiết đối với các kỹ sư, người quản lý cơ sở và chuyên gia mua sắm liên quan đến thiết kế và bảo trì hệ thống điện.

 

 

1.1 Định nghĩa

Máy biến áp trung thế là một thiết bị điện chuyển đổi năng lượng điện giữa các mức điện áp trung bình-thường là điện áp phân phối đến-và các điện áp thấp hơn phù hợp cho các ứng dụng-sử dụng cuối. Trong điều kiện thực tế [i], máy biến áp trung thế nhận nguồn điện ở mức điện áp từ xấp xỉ2,4 kV đến 69 kVvà giảm nó xuống các điện áp sử dụng như 480 V, 208 V hoặc các mức khác mà tải yêu cầu.

Ranh giới điện áp chính xác thay đổi một chút tùy thuộc vào tiêu chuẩn bạn tham khảo. Theo ANSI (Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ), máy biến áp trung thế có thể xử lý điện áp từ2,4 kV đến 69 kV. IEEE định nghĩa các hệ thống điện áp trung thế ở Hoa Kỳ thường có phạm vi từ5 kV đến 35 kVcho hầu hết các ứng dụng phân phối, với thiết bị thường được đánh giá ở mức 5 kV hoặc 15 kV. Ở Châu Âu, tiêu chuẩn EN 50588-1 định nghĩa máy biến áp công suất trung bình là máy biến áp có điện áp cao nhất dùng cho thiết bị lớn hơn 1,1 kV nhưng không vượt quá 36 kV.

 

1.2 Vai trò trong hệ thống phân phối điện

Để hiểu vị trí phù hợp của máy biến áp trung thế, sẽ giúp hình dung được hệ thống phân cấp điện rộng hơn:

Thế hệ → Truyền tải:Các nhà máy điện tạo ra điện ở điện áp tương đối thấp, sau đó được tăng lên điện áp cao hoặc cực cao (115 kV đến 765 kV) để truyền tải đường dài hiệu quả.

Truyền tải → Phân phối:Tại các trạm biến áp, điện áp cao được hạ xuống điện áp trung thế (thường là 5 kV đến 35 kV) để phân phối qua các lộ sơ cấp.

Phân phối → Khách hàng:Máy biến áp trung thế cung cấp sự chuyển đổi điện áp cuối cùng, giảm điện áp phân phối xuống mức sử dụng (ví dụ: 480 V, 240 V, 120 V) cho khách hàng-sử dụng cuối.

Trong nhiều trường hợp, một công ty điện lực cung cấp điện cho cơ sở ở điện áp trung thế, cơ sở đó sở hữu và vận hành máy biến áp trung thế của riêng mình để hạ điện áp xuống điện áp thấp. Sự sắp xếp này cho phép cơ sở tận dụng chi phí năng lượng thấp hơn liên quan đến dịch vụ điện áp trung thế và giúp chủ sở hữu kiểm soát tốt hơn chất lượng điện.

1.3 Tiêu chuẩn chính và tuân thủ

Máy biến áp trung thế được sản xuất theo nhiều tiêu chuẩn công nghiệp khác nhau, nổi bật nhất là từ IEEE và IEC. Tại Hoa Kỳ, các tính năng và chức năng của hầu hết các máy biến áp phân phối đều thuộcTiêu chuẩn IEEE C57.12.00(Yêu cầu chung tiêu chuẩn đối với-Máy biến áp phân phối ngâm trong chất lỏng, nguồn và máy biến áp điều tiết). Tuy nhiên, nhiều tiêu chuẩn khác áp dụng cho các loại máy biến áp và ứng dụng cụ thể:

• IEEE C57.12.01:Yêu cầu chung tiêu chuẩn đối với máy biến áp điện và phân phối loại{0}}khô
• IEEE C57.12.34:Yêu cầu đối với máy biến áp phân phối-gắn, ngăn{1}}, tự làm mát-, ba-pha
• IEEE C57.12.28/29:Pad-Tính toàn vẹn của vỏ thiết bị được gắn
• IEC 60076:Bộ tiêu chuẩn quốc tế dành cho máy biến áp điện lực, bao gồm cả máy biến áp công suất trung bình
• NEMA TP-1:Hướng dẫn xác định hiệu suất năng lượng cho máy biến áp phân phối
• DOE 10 CFR Phần 431:Tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng của Bộ năng lượng Hoa Kỳ dành cho máy biến áp phân phối

Đối với việc lắp đặt tại Hoa Kỳ, việc tuân thủ cácMã điện quốc gia (NFPA 70)cũng là bắt buộc. Ở Canada,Bộ luật Điện Canada (CEC)áp dụng.

 

 

 

Không phải tất cả các máy biến áp trung thế đều được tạo ra như nhau. Việc lựa chọn loại máy biến áp có ý nghĩa sâu sắc đối với chi phí, độ an toàn, yêu cầu lắp đặt và độ tin cậy lâu dài.

 

2.1 Loại-lỏng so với loại khô-

Đây là điểm khác biệt cơ bản nhất giữa các máy biến áp trung thế.

Sự cân bằng-giữa hai dòng này là rất đáng kể:

Thuộc tính	Chất lỏng-Đắm chìm	Loại-khô
Nguy cơ hỏa hoạn	Cao hơn-yêu cầu khả năng chống cháy khi sử dụng trong nhà	Thấp-thích hợp để lắp đặt trong nhà
Hiệu quả làm mát	Tuyệt vời (dầu dẫn nhiệt tốt)	Trung bình (dựa vào lưu thông không khí)
BẢO TRÌ	Cần kiểm tra và lọc dầu định kỳ	Bảo trì thấp
Tuổi thọ	30–40 tuổi điển hình	20–30 tuổi điển hình
Ứng dụng điển hình	Trạm biến áp ngoài trời, phân phối tiện ích	Lắp đặt trong nhà, tòa nhà thương mại
Chi phí ban đầu	Nói chung thấp hơn cho cùng một đánh giá	Nói chung cao hơn cho cùng một đánh giá
Rủi ro môi trường	Rò rỉ dầu có thể làm ô nhiễm đất	Không có chất lỏng, không có nguy cơ tràn

 

2.2 Máy biến áp trạm biến áp

2.3 Pad{1}}Máy biến áp gắn trên

Máy biến áp gắn 2,4 cực-

2.5 Máy biến áp nhựa đúc

 

 

 

Cấu trúc vật lý của lõi máy biến áp quyết định hiệu suất, tổn thất và đặc tính hiệu suất của nó.

3.1 Vật liệu cốt lõi

Lõi đóng vai trò là đường từ để truyền năng lượng giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Đặc tính vật liệu của nó ảnh hưởng trực tiếp đến tổn thất không-tải (tổn thất lõi), hiệu suất và mức tăng nhiệt độ.

Thép silicon định hướng dạng hạt (GOSS)vẫn là vật liệu lõi được sử dụng rộng rãi nhất cho máy biến áp trung thế. Nó có tính thấm từ cao và tổn thất dòng điện xoáy thấp. GOSS được thiết kế với hướng hạt ưu tiên giúp căn chỉnh các miền từ tính theo hướng của từ thông, tối đa hóa hiệu quả.

Hợp kim kim loại vô định hìnhđã nổi lên như một giải pháp thay thế cho máy biến áp phân phối tiết kiệm năng lượng. Những vật liệu này có-tiêu hao sắt cực thấp-thường thấp hơn 70% đến 80% so với thép silicon thông thường-nhưng với chi phí vật liệu cao hơn. Chúng đặc biệt hấp dẫn đối với các máy biến áp hoạt động ở mức tải thấp trong thời gian dài.

Hợp kim từ mềm tinh thể nanothể hiện đặc tính từ tính tuyệt vời ở tần số cao và được sử dụng chủ yếu trong các máy biến áp điện tử hoặc{0}}mục đích đặc biệt thay vì các thiết bị phân phối 50/60 Hz thông thường.

 

 

 

Việc lựa chọn máy biến áp phù hợp bắt đầu bằng việc hiểu được các thông số cơ bản của nó.

4.1 Xếp hạng điện áp

Mỗi máy biến áp trung thế có hai mức điện áp tới hạn: điện áp sơ cấp (phía đầu vào) và điện áp thứ cấp (phía đầu ra). Ví dụ, một máy biến áp định mức 13,8 kV / 480 V nhận 13,8 kV ở phía sơ cấp và cung cấp 480 V ở phía thứ cấp.

Máy biến áp cũng có mức xung cơ bản (BIL), biểu thị điện áp đỉnh mà lớp cách điện có thể chịu được khi bị sét đánh hoặc đột biến chuyển mạch. Đối với máy biến áp trung thế, định mức BIL nằm trong khoảng từ 60 kV đến 150 kV hoặc cao hơn, tùy thuộc vào loại điện áp và ứng dụng.

Xếp hạng 4,2 kVA

Định mức kVA (kilovolt{0}}ampe) của máy biến áp cho biết công suất điện biểu kiến ​​của nó-mức dòng điện mà nó có thể mang mà không bị quá nóng. Các kích thước kVA của máy biến áp trung thế ba pha-tiêu chuẩn bao gồm:30, 45, 75, 112,5, 150, 225, 300, 500, 750, 1.000, 1.500, 2.000 và 2.500 kVA.

Việc chọn định mức kVA chính xác là rất quan trọng. Máy biến áp có kích thước nhỏ sẽ quá nóng, làm giảm tuổi thọ cách điện và có khả năng gây hỏng hóc sớm. Một máy biến áp quá khổ sẽ làm tăng chi phí ban đầu và có thể hoạt động không hiệu quả ở mức tải nhẹ, vì tổn thất lõi vẫn tồn tại bất kể tải.

4.3 Độ tăng nhiệt độ và lớp cách nhiệt

Máy biến áp được liệt kê với mức tăng nhiệt độ-thường là 80 độ, 115 độ hoặc 150 độ -cho biết nhiệt độ của máy biến áp sẽ tăng bao nhiêu so với nhiệt độ môi trường khi ở mức đầy tải. Máy biến áp tăng 80 độ chạy mát hơn đáng kể so với máy biến áp định mức tăng 150 độ, điều này có thể mang lại tuổi thọ cách điện dài hơn và hiệu suất tốt hơn nhưng chi phí ban đầu cũng cao hơn.

Các lớp cách điện (Loại A ở 105 độ, Loại B ở 130 độ, Loại F ở 155 độ, Loại H ở 180 độ) xác định nhiệt độ hoạt động tối đa mà vật liệu cách nhiệt có thể chịu được mà không bị suy giảm đáng kể.

 

 

 

Cách kết nối các cuộn dây của máy biến áp sẽ xác định hiệu suất của nó với các tải không cân bằng, sóng hài và sự cố chạm đất.

5.1 Các kiểu kết nối cơ bản

Có ba điều cơ bảnkết nối quanh cokế hoạch:

Kết nối hình sao (Wye) (Y):Một đầu của mỗi cuộn dây pha được nối với nhau tại một điểm chung (điểm trung tính). Kết nối hình sao cung cấp một điểm trung tính có thể được nối đất.

Kết nối Delta (D):Các pha được nối thành vòng kín, không có điểm trung tính. Các kết nối Delta vốn đã được cân bằng và cung cấp đường dẫn cho các dòng điện có trình tự bằng 0.

Kết nối ngoằn ngoèo (Z):Một kết nối chuyên dụng được sử dụng chủ yếu cho máy biến áp nối đất hoặc máy biến áp có mức công suất nhỏ hơn. Kết nối ngoằn ngoèo thường chỉ được sử dụng ở phía thứ cấp.

 

5.2 Ký hiệu nhóm vectơ

Nhóm vectơ của máy biến áp mô tả cấu hình cuộn dây và mối quan hệ pha giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp. Ký hiệu tuân theo một định dạng tiêu chuẩn:

Chữ cái đầu tiên (chữ hoa) biểu thị kết nối cuộn sơ cấp: D cho tam giác, Y cho ngôi sao, Z cho ngoằn ngoèo.

Chữ cái thứ hai (chữ thường) biểu thị kết nối cuộn dây thứ cấp.

Chữ "n" chỉ ra rằng điểm trung tính được đưa ra ngoài.

Con số biểu thị độ dịch pha trong ký hiệu giờ-của đồng hồ (nhân với 30 độ để có độ trễ).

5.3 So sánh Dyn11 và Yyn0

Hai nhóm vectơ thống trị các ứng dụng phân phối:Dyn11VàYyn0.

Dyn11có tính năng tam giác-kết nối sơ cấp (D) và sao-kết nối thứ cấp với trung tính (yn), với độ dịch pha là 330 độ (11 trên đồng hồ). Cuộn sơ cấp delta cung cấp đường tuần hoàn cho các dòng điện thứ tự bằng 0 và bẫy các sóng hài gấp ba lần (thứ 3, thứ 9, v.v.), ngăn chúng phản xạ trở lại lưới điện. Dyn11 cũng xử lý tải không cân bằng cực kỳ tốt, khiến Dyn11 trở thành lựa chọn ưu tiên cho các hệ thống phân phối hiện đại có tải phi tuyến tính{11}}chẳng hạn như máy tính, đèn LED và ổ tần số thay đổi.

Yyn0có hình sao-kết nối sơ cấp (Y) và sao-kết nối thứ cấp với trung tính (yn), với độ lệch pha bằng 0. Sao chính thiếu đường quay trở lại cho dòng điện thứ tự bằng 0. Do đó, các sóng hài bậc ba có thể xuất hiện trên điện áp sơ cấp và tải không cân bằng có thể gây ra sự dịch chuyển trung tính, dẫn đến mất cân bằng điện áp pha. Yyn0 thường được giới hạn ở các ứng dụng có nội dung hài hòa tối thiểu và tải cân bằng. Có một hạn chế bổ sung: trong máy biến áp Yyn0, dòng điện trung tính không được vượt quá 25% dòng định mức cuộn thứ cấp, trong khi Dyn11 có thể xử lý tới 75%.

Nói tóm lại, đối với hầu hết các ứng dụng hiện đại-đặc biệt là những ứng dụng liên quan đến tải phi tuyến tính, trung tâm dữ liệu, nhà máy công nghiệp hoặc bất kỳ cơ sở nào có tải một pha-đáng kể-Dyn11 là nhóm vectơ được lựa chọn.

 

Định cỡ máy biến áp phù hợp là một trong những quyết định quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống điện. Những sai lầm ở giai đoạn này có thể dẫn đến hoạt động kém hiệu quả hoặc thất bại sớm trong nhiều năm.

6.1 Quy trình định cỡ từng bước-theo-Bước

Bước 1: Tính tổng công suất tải.Biên soạn bản kiểm kê tất cả các tải được kết nối ở hạ lưu của-động cơ máy biến áp, hệ thống chiếu sáng, HVAC, thiết bị văn phòng và máy móc sản xuất.

Bước 2: Áp dụng hệ số đồng thời.Không phải tất cả các tải đều hoạt động hết công suất cùng một lúc. Hệ số đa dạng (thường là 0,7 đến 0,9) giải thích cho thực tế này.

Bước 3: Tính dòng điện khởi động động cơ.Tải cảm ứng như động cơ tiêu thụ gấp 3 đến 7 lần dòng điện chạy bình thường trong quá trình khởi động. Máy biến áp phải có đủ công suất để xử lý các dòng điện khởi động này mà không gây sụt áp quá mức.

Bước 4: Áp dụng giới hạn an toàn.Thêm công suất bổ sung từ 20% đến 30% để đáp ứng những biến động về tải và mở rộng trong tương lai.

Bước 5: Tính công suất máy biến áp.Sử dụng công thức:

Công suất máy biến áp (kVA)=Tổng công suất phụ tải (kW) ÷ Hệ số công suất × Biên an toàn

Hệ số công suất điển hình nằm trong khoảng từ 0,8 đến 0,95 đối với hầu hết các tải công nghiệp và thương mại.

Bước 6: Chọn kích thước chuẩn tiếp theo.Làm tròn đến mức kVA tiêu chuẩn gần nhất từ ​​danh sách ở Phần 4.2.

 

6.2 Những cân nhắc về môi trường và ứng dụng

Việc tính toán kích thước chỉ là bước khởi đầu. Một số yếu tố khác sẽ ảnh hưởng đến lựa chọn cuối cùng của bạn:

• Môi trường nhiệt độ cao:Đối với việc lắp đặt ở nhiệt độ môi trường cao hoặc độ cao trên 1.000 mét, hãy giảm công suất định mức từ 5% đến 20% do hiệu suất làm mát và cách nhiệt giảm.
• Nội dung hài hòa:Các hệ thống có tải phi tuyến tính-đáng kể (bộ biến tần, hệ thống UPS, đèn LED, máy tính) có thể yêu cầu máy biến áp cóK-xếp hạng hệ sốđể xử lý hệ thống sưởi hài hòa mà không giảm tải.
• Môi trường cài đặt:Máy biến áp loại khô thường được ưu tiên lắp đặt trong nhà, nơi cần quan tâm đến an toàn cháy nổ. Các thiết bị ngâm-chất lỏng sẽ tiết kiệm chi phí hơn- khi lắp đặt ngoài trời với không gian và ngăn chứa thích hợp.
• Tải sốc:Đối với các tải như máy hàn hoặc máy nén có nhu cầu dòng điện cao, đột ngột, hãy tăng công suất từ ​​10% đến 30%.

 

6.3 Tiêu chuẩn hiệu quả và năng lượng

Hiệu quả năng lượngđã trở thành một vấn đề cần cân nhắc ngày càng quan trọng trong việc lựa chọn máy biến áp, do chi phí vận hành và các yêu cầu pháp lý thúc đẩy.

Tại Hoa Kỳ,Bộ Năng lượng (DOE)đã thiết lập các tiêu chuẩn hiệu suất bắt buộc cho máy biến áp phân phối, có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2016, theo 10 CFR Phần 431. Các tiêu chuẩn này áp dụng cho bất kỳ máy biến áp phân phối nào được sản xuất vào hoặc sau ngày đó và được bán ở bất kỳ tiểu bang nào của Hoa Kỳ, đều dựa trên hiệu suất được đo tạitải 35%-phản ánh nghiên cứu cho thấy rằng hầu hết các máy biến áp phân phối đều hoạt động ở mức trung bình khoảng 35% công suất định mức.

Đối với các ứng dụng đòi hỏi hiệu quả cao nhất,NEMA cao cấpmáy biến áp hiệu suất có mức tổn thất thấp hơn khoảng 30% so với yêu cầu của DOE 2016. Mặc dù chi phí tăng thêm ban đầu có thể đáng kể nhưng thời gian hoàn vốn nhờ giảm tổn thất năng lượng thường hấp dẫn đối với các máy biến áp mang tải liên tục.

 

6.4 Trở kháng

Trở kháng máy biến áp(được biểu thị bằng phần trăm) xác định mức độ giới hạn dòng điện sự cố của máy biến áp và mức độ sụt áp xảy ra khi có tải. Máy biến áp phân phối tiêu chuẩn thường có trở kháng từ 2% đến 8%. Trở kháng cao hơn làm giảm dòng điện sự cố và bảo vệ thiết bị hạ nguồn nhưng làm tăng sụt áp.

 

 

 

Việc lắp đặt đúng cách rất quan trọng đối với sự an toàn, hiệu suất và tuổi thọ của máy biến áp. Việc lắp đặt không đáp ứng các yêu cầu về quy tắc có thể dẫn đến hiện tượng quá nhiệt, nguy hiểm về điện, lỗi kiểm tra và các trách nhiệm pháp lý tiềm ẩn.

7.1 Khoảng trống và không gian làm việc

Bộ luật Điện Quốc gia (NEC) yêu cầu không gian làm việc thích hợp xung quanh thiết bị điện để cho phép vận hành, bảo trì và kiểm tra sẵn sàng và an toàn. Các yêu cầu chính bao gồm:

• Chiều cao không gian làm việc rõ ràng tối thiểu:2,0 m (6,5 ft)
• Chiều rộng không gian làm việc rõ ràng tối thiểu:914 mm (3 ft)
• Giải phóng mặt bằng:Tối thiểu 3 feet (0,9 m) phía trước vỏ máy biến áp để kiểm tra và bảo trì
• Khe hở thông gió:Thông thường là 150 đến 300 mm (6 đến 12 inch) xung quanh bề mặt thông gió đối với máy biến áp loại-khô để cho phép luồng không khí không bị cản trở

Đối với máy biến áp gắn trên tấm-, các yêu cầu về khoảng hở cụ thể tùy thuộc vào cách lắp đặt. NEC không phải lúc nào cũng quy định các khoảng trống bên trái, bên phải và phía sau một cách rõ ràng nhưng phải tuân theo các mã địa phương và hướng dẫn của nhà sản xuất. Ví dụ: FM Global yêu cầu khoảng cách 25 feet giữa các máy biến áp chứa đầy dầu khoáng, mặc dù yêu cầu này giảm xuống 0 đối với các máy biến áp sử dụng ít chất lỏng dễ cháy hơn.

7.2 Tách các ngăn

Đối với hệ thống lắp đặt điện trung thế, các ngăn trung thế và hạ thế phải được ngăn cách bằng rào chắn bằng thép kéo dài hết chiều cao và chiều sâu của các ngăn. Cả hai ngăn phải được làm bằng thép tấm đáp ứng yêu cầu ANSI.

7.3 Nối đất

Việc nối đất thích hợp là điều cần thiết để đảm bảo an toàn và bảo vệ thiết bị. Điện trở nối đất thường được duy trì ở mứcNhỏ hơn hoặc bằng 10 ohm. Dây trung tính của máy biến áp (nếu có) phải được nối đất đúng cách theo thiết kế hệ thống và các quy chuẩn hiện hành. Yêu cầu nối đất được nêu chi tiết trong Điều 250 của NEC.

7.4 Phòng cháy chữa cháy

Đối với-máy biến áp đổ dầu được lắp đặt trong nhà hoặc gần các tòa nhà, có thể cần phải có các biện pháp phòng cháy. Chúng có thể bao gồm:

• Tường hoặc rào chắn chống cháy-
• Hệ thống chữa cháy tự động
• Ngăn chứa dầu (bồn chứa dầu tràn hoặc hố chứa dầu)
• Hệ thống xả nước tự động cho lắp đặt lớn hơn

Loại chất lỏng được sử dụng trong máy biến áp cũng ảnh hưởng đến yêu cầu phòng cháy chữa cháy. Máy biến áp chứa chất lỏng ít{1} dễ cháy hoặc dễ phân hủy sinh học có thể đủ điều kiện để giảm khe hở và các biện pháp phòng cháy chữa cháy được đơn giản hóa.

 

 

 

Việc bảo vệ máy biến áp trung thế đòi hỏi một phương pháp phối hợp nhằm giải quyết cả lỗi bên trong và nhiễu loạn hệ thống bên ngoài.

8.1 Bảo vệ quá dòng

Yêu cầu của NEC về bảo vệ quá dòng máy biến áp phụ thuộc vào trở kháng của máy biến áp. Đối với máy biến áp có trở kháng 6% trở xuống, NEC yêu cầu cả bảo vệ sơ cấp và thứ cấp. Cầu chì chính không được vượt quá 300% dòng điện đầy tải sơ cấp (FLA) và thiết bị quá dòng thứ cấp ở 480 V không được vượt quá 125% FLA thứ cấp.

8.2 Cầu chì so với cầu dao

Việc lựa chọn giữa cầu chì và cầu dao để bảo vệ máy biến áp đòi hỏi sự cân bằng-:

Trong nhiều mạng phân phối, một phương pháp kết hợp được sử dụng: cầu chì ở phía sơ cấp để bảo vệ-chắn mạch, kết hợp với cầu dao chính điện áp thấp- nhằm bảo vệ quá tải.

 

 

 

 

 

Ngay cả máy biến áp đáng tin cậy nhất cũng cần được bảo trì thường xuyên để đạt được tuổi thọ sử dụng tối đa. Một chương trình bảo trì-được thiết kế tốt có thể kéo dài tuổi thọ của máy biến áp từ 20–30 năm thông thường lên 40 năm hoặc hơn.

9.1 Bảo trì dự đoán

Bảo trì dự đoán sử dụng các công cụ chẩn đoán để xác định các vấn đề tiềm ẩn trước khi chúng dẫn đến hỏng hóc.

• Phân tích khí hòa tan (DGA):Công cụ mạnh mẽ nhất để đánh giá tình trạng của máy biến áp{0}ngúng trong dầu. Bằng cách phân tích các khí hòa tan trong dầu cách điện-hydro, metan, axetylen, ethylene-, các kỹ thuật viên có thể phát hiện các vấn đề như quá nhiệt, phóng hồ quang và hư hỏng lớp cách điện. DGA thường xuyên cung cấp cảnh báo sớm về các lỗi phát triển và giúp ưu tiên các hoạt động bảo trì.
• Đo nhiệt độ hồng ngoại (quét hồng ngoại):Hình ảnh nhiệt phát hiện các điểm nóng cho thấy kết nối lỏng lẻo, khớp có điện trở-cao, quá tải hoặc cách điện không tốt. Đối với máy biến áp loại ngăn-, IR đôi khi có thể phát hiện hiện tượng nóng lên bất thường ở các điểm tiếp xúc bị xuống cấp hoặc các trục trặc khác gây ra sự tăng nhiệt độ trên các bề mặt bên ngoài.
• Giám sát phóng điện cục bộ (PD):Phóng điện cục bộ là dấu hiệu sớm của sự suy giảm cách điện. Giám sát PD sử dụng các cảm biến để phát hiện sự phóng điện xảy ra trong hệ thống cách điện của máy biến áp trước khi chúng chuyển sang hỏng hóc hoàn toàn.

9.2 Bảo trì phòng ngừa

Bảo trì phòng ngừa tuân theo một lịch trình cố định để giải quyết tình trạng hao mòn thông thường.

• Lấy mẫu và kiểm tra dầu thường xuyên:Kiểm tra điện áp đánh thủng đo độ bền cách điện của dầu; BDV thấp cho thấy ô nhiễm hoặc độ ẩm. Độ ẩm phải được đo bằng phương pháp chuẩn độ Karl Fischer và giữ trong giới hạn chấp nhận được.
• Kiểm tra ống lót:Kiểm tra trực quan các vết nứt, bụi bẩn tích tụ và hư hỏng. Các thử nghiệm điện dung và tan delta đánh giá tình trạng cách điện của ống lót.
• Bảo trì bộ đổi vòi:Đối với máy biến áp có-bộ chuyển đổi vòi khi có tải (OLTC), phải kiểm tra mức dầu, kiểm tra các điểm tiếp xúc xem có cặn cacbon và làm sạch cũng như thay dầu nếu bị nhiễm bẩn.
• Kiểm tra độ kín và phát hiện rò rỉ:Rò rỉ dầu phải được xác định và sửa chữa kịp thời để duy trì tính nguyên vẹn của lớp cách nhiệt và ngăn ngừa ô nhiễm môi trường.

9.3 Tần suất kiểm tra

Mặc dù các tần số cụ thể phụ thuộc vào mức tới hạn của máy biến áp và môi trường vận hành, nhưng các nguyên tắc chung bao gồm:

• Kiểm tra trực quan:Hàng tháng đến hàng quý, tập trung vào mức dầu, rò rỉ, tiếng ồn bất thường và tình trạng chung
• Nhiệt kế hồng ngoại:Hàng năm hoặc thường xuyên hơn đối với các máy biến áp quan trọng
• Lấy mẫu dầu và DGA:Hàng năm cho việc lắp đặt tiêu chuẩn; nửa năm một lần đối với máy biến áp tới hạn hoặc tải nặng
• Kiểm tra điện (điện trở cách điện, tỷ số vòng dây, điện trở cuộn dây):Cứ sau 2 đến 5 năm
• Đại tu toàn diện:Cứ sau 10 đến 15 năm đối với máy biến áp công suất lớn

 

 

 

Máy biến áp trung thế phục vụ rất nhiều ứng dụng đa dạng.

10.1 Cơ sở công nghiệp

Trong các nhà máy, nhà máy sản xuất, máy biến áp trung thế cung cấp điện cho động cơ lớn, máy móc, thiết bị cần mức điện áp cao hơn để đạt hiệu suất tối ưu. Các ngành công nghiệp như ô tô, xử lý hóa chất, khai thác mỏ và sản xuất thép thường vận hành hệ thống phân phối điện áp trung thế của riêng mình, với các máy biến áp giảm điện áp tiện ích xuống điện áp phân phối của nhà máy và các máy biến áp bổ sung tiếp tục giảm mức sử dụng máy.

10.2 Tòa nhà thương mại

Các tổ hợp văn phòng, trung tâm mua sắm, bệnh viện, khách sạn và các cơ sở thương mại khác phụ thuộc vào máy biến áp trung thế để chiếu sáng, HVAC, thang máy và các phụ tải điện thiết yếu khác. Các tòa nhà thương mại lớn thường nhận được dịch vụ sơ cấp ở điện áp trung thế (thường là 13,8 kV hoặc 4,16 kV), giảm xuống 480 V để phân phối khắp tòa nhà, cùng với các máy biến áp điện áp thấp- bổ sung phục vụ tải 120/208 V.

10.3 Trạm biến áp tiện ích

Các công ty điện lực sử dụng máy biến áp trung thế để hạ điện áp từ đường dây truyền tải xuống mức thấp hơn phù hợp để phân phối cho khách hàng dân cư và thương mại. Những máy biến áp thuộc sở hữu của tiện ích-này tạo thành xương sống của hệ thống phân phối.

10.4 Hệ thống năng lượng tái tạo

Các trang trại năng lượng mặt trời và gió kết hợp máy biến áp trung thế để kết nối điện được tạo ra với lưới điện. Khi năng lượng tái tạo tiếp tục phát triển, nhu cầu về máy biến áp trung thế được thiết kế dành riêng cho các ứng dụng này-bao gồm cả các thiết kế xử lý dòng điện hai chiều và dao động điện áp rộng-đã tăng lên đáng kể.

10.5 Trung tâm dữ liệu

Trung tâm dữ liệu là một trong những ứng dụng đòi hỏi khắt khe nhất đối với máy biến áp trung thế. Chúng yêu cầu độ tin cậy cực cao (thường là dự phòng N+1 hoặc 2N), chất lượng điện năng tuyệt vời và hiệu suất cao do hoạt động liên tục. Hầu hết các trung tâm dữ liệu sử dụng dịch vụ điện áp trung thế (thường là 13,8 kV hoặc 15 kV) giảm xuống 480 V, với các máy biến áp thứ cấp cấp nguồn cho hệ thống UPS và bộ phân phối điện.

10.6 Cơ sở chăm sóc sức khỏe

Bệnh viện và cơ sở chăm sóc sức khỏe sử dụng máy biến áp trung thế để cấp nguồn cho nhiều bảng chuyển mạch điện áp thấp{0}}với các máy biến áp riêng biệt phục vụ các nhánh quan trọng, nhánh an toàn tính mạng và nhánh điện thông thường để đảm bảo các hệ thống thiết yếu vẫn hoạt động trong mọi tình huống hỏng hóc.

 

 

 

Làm việc với máy biến áp trung thế đòi hỏi phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy trình an toàn. Những thiết bị này mang điện áp cao và gây ra những mối nguy hiểm đáng kể về điện:

• Chỉ những nhân viên có trình độnên xử lý hoặc làm việc trên máy biến áp trung thế.
• Luôn-cạn kiệt năng lượngmáy biến áp và xác minh điện áp bằng 0 trước khi tiếp cận.
• Nối đất máy biến ápsau khi-ngắt điện và trước khi thực hiện bất kỳ công việc nào.
• Duy trì khoảng cách tiếp cận thích hợpdựa trên mức điện áp.
• Sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân (PPE) thích hợpđược đánh giá cho dòng điện sự cố có sẵn.
• Thực hiện theo quy trình khóa/gắn thẻ cách ly (LOTO)theo yêu cầu của quy định OSHA.

 

 

 

Tổng chi phí sở hữu một máy biến áp trung thế vượt xa giá mua ban đầu.

Chi phí mua sắm ban đầuthay đổi đáng kể theo loại: máy biến áp loại-khô thường có giá ban đầu cao hơn so với các đơn vị-ngâm trong chất lỏng có cùng mức xếp hạng, trong khi các đơn vị-hiệu suất cao cấp có giá cao hơn các mẫu hiệu suất-tiêu chuẩn.

Chi phí lắp đặtbao gồm chuẩn bị mặt bằng, đệm hoặc móng bê tông, kết nối điện, nối đất, phòng cháy chữa cháy (nếu cần) và cân nhắc giải phóng mặt bằng để tiếp cận trong tương lai.

Tổn thất năng lượngđại diện cho chi phí hoạt động liên tục đáng kể nhất. Không có-tổn hao khi tải (tổn hao lõi) 24 giờ một ngày, 365 ngày một năm, bất kể tải trọng. Tổn hao khi tải (tổn hao đồng) thay đổi theo bình phương dòng điện tải. Đối với máy biến áp hoạt động liên tục ở mức tải vừa phải, tổn thất năng lượng trong vòng đời 30{8}}năm có thể vượt xa giá mua ban đầu. Đầu tư vào một máy biến áp hiệu suất cao hơn với tổn thất thấp hơn thường mang lại lợi nhuận tài chính hấp dẫn.

Chi phí bảo trìphụ thuộc vào loại máy biến áp (loại-ngập chất lỏng yêu cầu kiểm tra dầu thường xuyên, loại-khô yêu cầu ít hơn), vị trí lắp đặt và mức độ quan trọng đối với hoạt động.

chi phí thải bỏ hoặc tái chế khi hết thời hạn sử dụngcó thể là đáng kể đối với-máy biến áp ngâm trong dầu, đặc biệt là những máy biến áp có chứa dầu bị ô nhiễm hoặc biphenyl polychlorin hóa (PCB) trong các thiết bị cũ.

 

 

 

Máy biến áp trung thế là một công nghệ lâu đời-hơn một thế kỷ nhưng vẫn liên tục phát triển để đáp ứng các nhu cầu mới về hiệu suất, độ tin cậy và hiệu suất môi trường. Chúng là sự kết nối giữa lưới truyền tải điện áp cao{2}}và hệ thống điện áp thấp-cung cấp năng lượng cho thế giới của chúng ta.

Việc lựa chọn, lắp đặt và bảo trì các máy biến áp này là một công việc đa ngành đòi hỏi sự hiểu biết về các nguyên tắc điện, quy tắc an toàn, các cân nhắc về cơ học và sự cân bằng-kinh tế. Một máy biến áp trung thế được-lựa chọn tốt, lắp đặt đúng cách và bảo trì cẩn thận sẽ cung cấp dịch vụ đáng tin cậy trong nhiều thập kỷ. Một thiết bị có kích thước không đủ, sử dụng sai hoặc bị bỏ quên có thể trở thành nguồn gốc của các vấn đề dai dẳng, làm tăng chi phí năng lượng, làm gián đoạn hoạt động và tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn.

Cho dù bạn đang thiết kế một cơ sở mới, thay thế thiết bị cũ hay chỉ đơn giản là muốn hiểu rõ hơn về máy biến áp trong hệ thống hiện tại của mình thì các nguyên tắc được nêu trong hướng dẫn này sẽ cung cấp khuôn khổ để đưa ra quyết định đúng đắn. Hãy chú ý đến các chi tiết-xếp hạng điện áp, nhóm vectơ, lớp cách điện, khe hở, lịch bảo trì-và máy biến áp trung thế sẽ giúp bạn có được dịch vụ lâu dài, yên tĩnh, hiệu quả-.