Cách nhiệt của máy biến áp

 

1.1 Định nghĩa cách điện

Vật liệu cách nhiệt của máy biến áp đề cập đến các vật liệu được sử dụng cả bên trong và bên ngoài máy biến áp. Chức năng chính của các vật liệu này là cách ly các thành phần điện để ngăn chặn sự dẫn truyền không được kiểm soát giữa các cuộn dây của các mức điện áp khác nhau, giữa cuộn dây và lõi, giữa cuộn dây và vỏ, và giữa cuộn dây và các bộ phận dẫn điện khác. Việc sử dụng các vật liệu cách điện đảm bảo rằng máy biến áp có thể hoạt động an toàn trong phạm vi ứng suất điện được thiết kế, ngăn ngừa sự cố điện, mạch ngắn và các lỗi điện khác.

 

1.2 Chức năng cách điện

• cách ly điện

Vật liệu cách điện ngăn chặn các mạch điện ngắn hoặc sự cố bằng cách cung cấp một đường dẫn điện trở cao, ngăn chặn dòng điện chảy từ thành phần điện này sang thành phần điện khác hoặc mặt đất.

• Hiệu suất kháng áp suất cao

Vật liệu cách điện phải có khả năng chịu được điện áp cao và quá điện áp tức thời trong quá trình hoạt động của máy biến áp (chẳng hạn như tăng đột biến điện áp do sét đánh hoặc hoạt động chuyển đổi) mà không bị hỏng điện.

• Hiệu suất kháng nhiệt

Máy biến áp tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động, vì vậy vật liệu cách điện phải có đủ điện trở nhiệt để ngăn ngừa sự suy giảm hoặc thất bại ở nhiệt độ cao.

• Bảo vệ cơ học

Vật liệu cách điện cũng cần cung cấp hỗ trợ và bảo vệ cơ học để ngăn chặn cuộn dây hoặc các thành phần điện khác bị hỏng do rung động, sốc hoặc ứng suất bên ngoài.

• Sự ổn định lâu dài

Vật liệu cách điện nên có hiệu suất chống lão hóa tốt và có thể duy trì tính chất điện và cơ học của chúng trong quá trình hoạt động lâu dài.

 

1.3 loại cách nhiệt

• Vật liệu cách nhiệt cuộn dây: dây men, dây bọc giấy, băng sợi thủy tinh, v.v.

• Vật liệu cách điện chính: giấy điện, nhựa epoxy, dầu cách điện

• Spacers và Vật liệu hỗ trợ: Bảng gỗ ép, bảng sợi thủy tinh epoxy

• Cách điện giữa các cuộn dây: Giấy cách điện xen kẽ, phim polyester

• Vật liệu cách nhiệt kết thúc: Tay áo cách điện, cách nhiệt cuối

• Vật liệu cách nhiệt chì: Vỏ bọc cách điện, băng điện cách điện

• Vật liệu cách điện bổ sung: Băng mica, miếng đệm chịu nhiệt độ cao

• Bao vây và cách nhiệt cấu trúc: Bảng phân vùng cách điện, dải hỗ trợ cách điện

• Dầu cách điện: Chủ yếu được sử dụng trong các máy biến áp phun dầu, nó phục vụ mục đích kép là làm mát và cách nhiệt

• Máy biến áp cách điện bên ngoài: Ống lót sứ, được sử dụng ở ổ cắm điện cao áp, cung cấp cách điện và hỗ trợ cơ học

 

 

2.1 Định nghĩa về mức độ cách nhiệt

Mức cách điện của máy biến áp đề cập đến khả năng của hệ thống cách điện bên trong của máy biến áp để chịu được ứng suất điện áp cụ thể (như điện áp tần số năng lượng, điện áp xung sét hoặc điện áp hoạt động chuyển đổi) mà không bị hỏng điện. Đây là một chỉ số chính để đo điện trở của máy biến áp đối với ứng suất điện như lỗi điện và các sự kiện quá điện áp (như sét đánh và hoạt động chuyển đổi) trong quá trình hoạt động. Mức cách nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy, an toàn và tuổi thọ của máy biến áp.

 

2.2 Yếu tố cốt lõi của mức độ cách nhiệt

• Khả năng chịu đựng căng thẳng điện

Mục đích chính của mức độ cách nhiệt là đảm bảo rằng cuộn dây, lõi và các thành phần điện khác của máy biến áp không bị hỏng, xả một phần hoặc các hình thức lỗi điện khác khi bị căng thẳng điện.

• Các tính chất của vật liệu cách điện

Mức cách nhiệt có liên quan trực tiếp đến chất lượng của vật liệu cách điện. Độ bền điện môi, điện trở nhiệt, điện trở lão hóa, điện trở ẩm và các tính chất khác của vật liệu xác định ứng suất điện mà máy biến áp có thể chịu được.

• Thiết kế cách nhiệt

Mức cách nhiệt cũng phụ thuộc vào thiết kế của máy biến áp, bao gồm việc lựa chọn vật liệu, độ dày, phương pháp bố trí, v.v ... Thiết kế cách nhiệt hợp lý có thể tăng cường hiệu quả mức độ cách điện của máy biến áp và đảm bảo tính ổn định của hệ thống cách điện trong điều kiện điện áp cao và nhiệt độ cao.

• Độ tin cậy tổng thể của hệ thống cách nhiệt

Mức cách nhiệt không chỉ đề cập đến khả năng dung nạp của một vật liệu duy nhất, mà còn bao gồm độ tin cậy của toàn bộ hệ thống cách nhiệt trong thiết kế, sản xuất và vận hành. Một hệ thống cách nhiệt chất lượng cao có thể duy trì hiệu suất điện của nó trong quá trình vận hành lâu dài và tránh suy thoái hiệu suất do thay đổi lão hóa hoặc môi trường.

 

3.1 Đảm bảo an toàn điện

Mức cách nhiệt là một chỉ số chính để đo xem một máy biến áp có thể hoạt động an toàn trong các điều kiện ứng suất điện khác nhau, chẳng hạn như điện áp tần số năng lượng, điện áp xung sét và điện áp hoạt động. Mức cách nhiệt cao có nghĩa là các máy biến áp có thể chịu được những ứng suất này mà không bị hỏng hoặc ngắn mạch, do đó đảm bảo sự an toàn chung của hệ thống điện. Độ tin cậy của hệ thống cách điện có liên quan trực tiếp đến việc liệu máy biến áp sẽ bị mất điện, thiệt hại thiết bị hoặc tai nạn điện nghiêm trọng hơn do lỗi điện.

 

3.2 Cải thiện độ tin cậy của máy biến áp

Trong quá trình hoạt động, máy biến áp sẽ gặp các ứng suất điện khác nhau, chẳng hạn như quá điện áp và tăng đột biến điện áp tức thời. Mức cách nhiệt cao cho phép các máy biến áp duy trì hoạt động bình thường khi đối mặt với những thách thức này, tránh thất bại cách điện hoặc xả một phần. Điều này không chỉ tăng cường độ tin cậy của máy biến áp, mà còn giảm chi phí bảo trì và thay thế do tắt máy do lỗi.

 

3.3 Mở rộng tuổi thọ dịch vụ

Trong quá trình hoạt động, máy biến áp sẽ gặp các ứng suất điện khác nhau, chẳng hạn như quá điện áp và tăng đột biến điện áp tức thời. Mức cách nhiệt cao cho phép các máy biến áp duy trì hoạt động bình thường khi đối mặt với những thách thức này, tránh thất bại cách điện hoặc xả một phần. Điều này không chỉ tăng cường độ tin cậy của máy biến áp, mà còn giảm chi phí bảo trì và thay thế do tắt máy do lỗi.

 

3.4 Đáp ứng các tác động môi trường

Máy biến áp thường cần hoạt động trong các điều kiện môi trường phức tạp khác nhau, bao gồm độ ẩm cao, ô nhiễm cao, nhiệt độ khắc nghiệt và các môi trường khác. Mức cách nhiệt cao cho phép máy biến áp thích ứng với các điều kiện môi trường này mà không giảm hiệu suất hoặc lỗi cách điện. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các máy biến áp hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như thiết bị điện ở khu vực ven biển, khu công nghiệp hoặc khu vực cao.

 

3.5 Chống lại các sự kiện bất ngờ

Các sự kiện đột ngột như sét đánh và hoạt động chuyển đổi có thể gây căng thẳng điện áp cực cao trên máy biến áp trong một khoảng thời gian ngắn. Mức cách điện cao của máy biến áp có thể đảm bảo rằng nó vẫn có thể hoạt động bình thường trong những trường hợp này và sẽ không gây ra sự cố cách điện do tăng đột biến điện áp tức thời. Điều này rất quan trọng để duy trì sự ổn định của lưới điện, đặc biệt là ở các khu vực có thời tiết khắc nghiệt hoặc hoạt động lưới điện thường xuyên.

 

3.6 đáp ứng các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật

Ngành công nghiệp điện có các tiêu chuẩn nghiêm ngặt và các yêu cầu quy định đối với mức độ cách nhiệt của máy biến áp, như IEC (Ủy ban điện tử quốc tế) hoặc tiêu chuẩn IEEE (Viện Kỹ sư Điện và Điện tử). Mức độ cách nhiệt cao có thể đảm bảo rằng các máy biến áp tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế này, do đó đảm bảo khả năng thích ứng và khả năng chấp nhận của chúng trên thị trường toàn cầu. Điều này không chỉ giúp đảm bảo sự tuân thủ của các sản phẩm, mà còn cung cấp một sự đảm bảo cho việc áp dụng các máy biến áp ở các quốc gia và khu vực khác nhau.

 

3.7 Giảm chi phí bảo trì và vận hành

Các máy biến áp có mức độ cách nhiệt cao có ít lỗi hơn trong quá trình hoạt động, điều đó có nghĩa là ít yêu cầu bảo trì và thời gian chết, do đó giảm chi phí vận hành. Ngoài ra, mức độ cách nhiệt cao cũng làm giảm chi phí bảo trì và thay thế do lão hóa hoặc thất bại cách nhiệt.

 

3.8 Hỗ trợ độ ổn định của lưới

Máy biến áp là thiết bị chính trong các hệ thống điện và sự ổn định hoạt động của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định tổng thể của lưới điện. Mức cách nhiệt cao có thể đảm bảo rằng các máy biến áp hoạt động an toàn và ổn định trong một thời gian dài trong lưới điện, giảm phản ứng chuỗi do lỗi thiết bị, và do đó đảm bảo tính liên tục và độ tin cậy của việc cung cấp năng lượng.

 

3.9 Tóm tắt

Mức cách điện của một máy biến áp là rất quan trọng để đảm bảo sự an toàn, độ tin cậy, độ bền của thiết bị và khả năng thích ứng của nó với các môi trường hoạt động khác nhau. Bằng cách thiết kế và sản xuất máy biến áp với mức độ cách nhiệt cao, hiệu suất tổng thể của hệ thống điện có thể được tăng cường một cách hiệu quả, tuổi thọ của thiết bị có thể được kéo dài, và chi phí vận hành và bảo trì có thể giảm. Những lợi thế này đã cho phép mức độ cách nhiệt cao để chiếm vị trí cốt lõi trong thiết kế, sản xuất thiết bị và vận hành và bảo trì các hệ thống điện.

 

4.1 Kiểm tra điện áp ứng dụng - Định nghĩa

Thử nghiệm điện áp ứng dụng của máy biến áp, còn được gọi là thử nghiệm tần số chịu lực, là một điện áp thử nghiệm được áp dụng cho mỗi cuộn dây của máy biến áp cao hơn điện áp hoạt động bình thường. Để xác minh khả năng và độ tin cậy của hệ thống cách nhiệt của nó trong điều kiện điện áp cực cao. Loại thử nghiệm này thường được thực hiện trong quá trình sản xuất và thử nghiệm chấp nhận tại chỗ, và đây là một trong những phương tiện quan trọng để đảm bảo an toàn điện cho máy biến áp trong hoạt động thực tế.

4.1.1 Kiểm tra điện áp ứng dụng - Mục đích

• Xác minh sức mạnh cách nhiệt

Bằng cách áp dụng điện áp cao hơn điện áp hoạt động bình thường, hãy kiểm tra xem hệ thống cách điện giữa các cuộn dây máy biến áp, giữa cuộn dây và lõi, và giữa cuộn dây và vỏ có đủ sức mạnh để chống lại sự cố điện

• Phát hiện lỗi sản xuất

Kiểm tra điện áp bên ngoài có thể phơi bày các khiếm khuyết cách nhiệt có thể có trong quá trình sản xuất máy biến áp, chẳng hạn như xả một phần, suy giảm hoặc thiệt hại của vật liệu cách điện. Những khiếm khuyết này có nhiều khả năng được phát hiện trong điều kiện điện áp cao

• Đảm bảo an toàn hoạt động

Thông qua thử nghiệm điện áp bên ngoài, người đảm bảo rằng máy biến áp có thể hoạt động an toàn trong điều kiện điện áp bình thường và bất thường trong suốt thời gian làm việc, ngăn ngừa thiệt hại thiết bị hoặc mất điện do lỗi điện.

4.1.2 Kiểm tra điện áp ứng dụng - Tổng quan về phương pháp

Phương pháp kiểm tra điện áp ứng dụng liên quan đến việc áp dụng điện áp thử nghiệm cao hơn điện áp hoạt động bình thường vào cuộn dây máy biến áp, chẳng hạn như gấp đôi điện áp và duy trì nó trong một phút để xác minh độ bền và độ tin cậy của hệ thống cách điện của nó trong điều kiện điện áp cực cao.

 

4.2 Lightning Impulse chịu được Test-Bil-Định nghĩa

Thử nghiệm xung sét là một phương pháp thử nghiệm mô phỏng khả năng chịu được của hệ thống cách điện của thiết bị điện (như máy biến áp) trong điều kiện tấn công sét. Thử nghiệm này là một điều quan trọng để đánh giá liệu một máy biến áp có thể tránh bị hỏng cách điện khi bị sét đánh hay không, đảm bảo sự an toàn và độ tin cậy của máy biến áp.

4.2.1 Lightning Impulse chịu được kiểm tra-Bil-Mục đích

• Xác minh sức mạnh cách nhiệt

Bằng cách áp dụng các xung điện áp cao mô phỏng các cuộc tấn công sét, người ta đã kiểm tra xem liệu hệ thống cách nhiệt của máy biến áp có thể vẫn còn nguyên trong điều kiện khắc nghiệt để ngăn chặn sự cố điện hay không.

• Khám phá những khiếm khuyết tiềm năng

Phát hiện các khiếm khuyết có thể trong hệ thống cách nhiệt, chẳng hạn như bong bóng, vết nứt hoặc các vấn đề lão hóa. Những khiếm khuyết này có thể không nhìn thấy được trong quá trình hoạt động bình thường, nhưng chúng có thể gây ra lỗi cách điện trong các cuộc đình công sét.

• Đảm bảo sự an toàn của thiết bị

Đảm bảo rằng máy biến áp có thể hoạt động an toàn trong các sự kiện tấn công sét thực tế để tránh thiệt hại thiết bị hoặc lỗi hệ thống điện do lỗi cách điện.

4.2.2 Lightning Impulse chịu được kiểm tra-BIL-Tổng quan về phương pháp

Sử dụng một bộ tạo điện áp xung, một điện áp xung mô phỏng các cuộc tấn công sét được áp dụng cho các cuộn dây của máy biến áp. Các xét nghiệm thường được tiến hành nhiều lần (ví dụ: 3 đến 6 tác động phân cực dương) và các thử nghiệm được thực hiện tại các thiết bị đầu cuối khác nhau. Dạng sóng phản ứng của máy biến áp được theo dõi thông qua các thiết bị như dao động để phát hiện bất kỳ hiện tượng bất thường nào (như phóng điện một phần và phân hủy cách điện). Ghi lại giá trị điện áp, dạng sóng và phản ứng của từng tác động.

 

4.3 Hiển thị bảng tên

• Mức xung sét

Nó được biểu diễn bằng biểu tượng li và bộ phận điện áp là KV

• Mức điện áp ứng dụng

Nó được biểu diễn bằng biểu tượng AC và bộ phận điện áp là KV

Ví dụ:

Máy biến áp nguồn 80MVA 132\/33kV

Điện áp cao: LI\/AC 650\/275 kV

Điểm trung tính điện áp cao: LI\/AC 325\/140KV

Điện áp thấp: LI\/AC 170\/70 kV

 

 

4.4 Tiêu chuẩn

 

IEC	IEEE	CSA
IEC 60076-3-2013 Transform Power - Phần 3 Cấp độ cách điện, Kiểm tra điện môi và giải phóng mặt bằng bên ngoài trong không khí	IEEE C57.12. 00-2021	CSA C2. 1-06 (R2022)

 

 

5.1 Chuyển đổi xung chịu được điện áp, SIL

• Sự định nghĩa

Điện áp tối đa mà một máy biến áp có thể chịu được trong các điều kiện tác động quá điện áp gây ra bởi các hoạt động chuyển đổi, v.v.

• Chức năng

Đảm bảo rằng máy biến áp có thể hoạt động ổn định mà không có lỗi cách điện trong các điều kiện quá điện áp gây ra bởi các hoạt động của hệ thống điện (như mở và đóng các bộ ngắt mạch).

 

5.2 Mức xả một phần, PD

• Sự định nghĩa

Xả một phần đề cập đến hiện tượng phân hủy điện môi một phần xảy ra bên trong hoặc trên bề mặt của hệ thống cách nhiệt trong điều kiện điện áp cao, thường không hoàn toàn vượt qua khoảng cách điện cực.

• Chức năng

Bằng cách đo mức độ phóng điện một phần, các khiếm khuyết tiềm năng trong các hệ thống cách nhiệt, chẳng hạn như bong bóng, vết nứt hoặc lão hóa vật liệu, có thể được phát hiện để ngăn chặn các chất thải nhỏ này phát triển thành các lỗi cách điện nghiêm trọng.

 

5.3 Điện trở cách nhiệt IR

• Sự định nghĩa

Đo giá trị điện trở giữa cuộn dây và mặt đất hoặc giữa các cuộn dây khác nhau. Điện trở cách nhiệt càng cao, hệ thống cách nhiệt càng tốt.

• Chức năng

Thử nghiệm kháng điện được sử dụng để bảo trì và kiểm tra hàng ngày, giúp đánh giá tình trạng sức khỏe và độ ẩm của hệ thống cách nhiệt và ngăn ngừa sự suy giảm cách nhiệt.

 

5.4 Yếu tố tiêu tán, Delta tan

• Sự định nghĩa

Hệ số mất điện môi (TAN) đại diện cho sự mất điện của vật liệu cách điện, phản ánh sự mất năng lượng của các vật liệu theo tác động của điện trường.

• Chức năng

Nó được sử dụng để đánh giá các tính chất điện và mức độ lão hóa của vật liệu cách điện. Giá trị TAN cao hơn có thể chỉ ra sự lão hóa hoặc khiếm khuyết trong hệ thống cách nhiệt.

 

5.5 Lớp nhiệt

• Sự định nghĩa

Nhiệt độ tối đa mà các vật liệu cách điện có thể chịu được trong một thời gian dài thường được biểu thị bằng các lớp chữ cái khác nhau (như A, B, F, H), tương ứng với nhiệt độ tối đa cho phép khác nhau.

• Chức năng

Nó được sử dụng để lựa chọn và thiết kế các vật liệu cách điện để đảm bảo rằng các vật liệu không mất hiệu suất cách điện của chúng ở nhiệt độ hoạt động dự kiến.

 

5,6 Kiểm tra tăng nhiệt độ

• Sự định nghĩa

Đo nhiệt độ tăng của cuộn dây, lõi và hệ thống cách điện của máy biến áp khi nó hoạt động ở tải định mức

• Chức năng

Đảm bảo rằng máy biến áp không trải qua quá trình lão hóa hoặc thất bại của vật liệu cách điện do quá nóng trong điều kiện hoạt động bình thường.

 

5,7 Khoảng cách và giải phóng mặt bằng Creepage

• Sự định nghĩa

Khoảng cách creepage là khoảng cách ngắn nhất giữa hai phần dẫn dọc theo bề mặt cách điện và độ thanh thải điện là khoảng cách ngắn nhất mà qua đó không khí đi qua hai phần dẫn điện.

• Chức năng

Đảm bảo đủ khoảng cách leo và giải phóng mặt bằng điện có thể ngăn chặn xả bề mặt và phân hủy không khí, và đảm bảo sự an toàn của máy biến áp trong môi trường ẩm ướt hoặc bị ô nhiễm.

 

5,8 Dầu cách nhiệt

• Sự định nghĩa

Nó bao gồm các chỉ số như điện áp phân hủy, giá trị axit và độ ẩm, phản ánh hiệu suất cách điện và độ ổn định của dầu cách điện.

• Chức năng

Chất lượng của dầu cách điện có tác động trực tiếp đến mức độ cách điện tổng thể của máy biến áp. Theo dõi thường xuyên các chỉ số hiệu suất của dầu cách điện có thể ngăn ngừa lỗi điện.

 

Các tham số này bao gồm tất cả các khía cạnh của hệ thống cách điện biến áp, từ tính chất vật liệu đến thiết kế tổng thể. Thông qua thử nghiệm và đánh giá toàn diện, nó đảm bảo rằng máy biến áp có đủ mức cách điện trong các điều kiện làm việc khác nhau, do đó đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy của nó. Mỗi tham số phản ánh một khía cạnh cụ thể của hệ thống cách nhiệt. Bằng cách tích hợp các chỉ số này, mức độ cách điện của máy biến áp có thể được đánh giá toàn diện, đảm bảo tính ổn định và an toàn của nó trong hệ thống điện.