Bên trong máy biến áp điện: Mọi thành phần bạn cần biết

Khi bạn làm việc với máy biến áp điện đủ lâu, bạn sẽ nhận ra rằng chúng không chỉ là một chiếc hộp nặng đặt trên một tấm bê tông. Chúng là một hệ thống được lắp ráp cẩn thận gồm hàng chục bộ phận riêng lẻ, mỗi bộ phận có một công việc cụ thể. Nếu bạn đã từng thắc mắc điều gì thực sự bên trong thùng thép chứa đầy dầu đó hoặc làm thế nào một thiết bị loại khô có thể tồn tại mà không cần bất kỳ chất lỏng nào, thì đây là chuyến tham quan thực tế.

Trước tiên, tôi sẽ tập trung vào loại máy biến áp ngâm trong dầu (loại phổ biến nhất mà bạn thấy trong các trạm biến áp hoặc trên cột điện), sau đó đề cập nhanh đến sự khác biệt của máy biến áp loại khô.

Trái tim tuyệt đối – các bộ phận từ tính và điện

Bất kể kích thước, mọi máy biến áp đều bắt đầu với hai thứ giống nhau: lõi và cuộn dây. Lõi được chế tạo từ các tấm thép silicon mỏng xếp chồng lên nhau. Công việc duy nhất của nó là mang từ thông. Hãy coi nó như bộ xương giúp truyền năng lượng.

Xung quanh lõi đó, bạn sẽ tìm thấy các cuộn dây – thường là cuộn dây bằng đồng hoặc nhôm. Một bộ dành cho điện áp cao, một bộ dành cho điện áp thấp. Đây là những 'dây' thực tế nơi dòng điện chạy qua. Giữa lõi và cuộn dây, cũng như giữa các lớp cuộn dây khác nhau, có các miếng cách điện (tấm ép, giấy hoặc vật liệu tổng hợp). Không có chúng, điện sẽ nhảy vào nơi không nên.

Cuối cùng, các dây dẫn bên trong kết nối các phần khác nhau của cuộn dây và đưa đường dẫn điện đến các ống lót (chúng ta sẽ đề cập đến vấn đề này sau). Những dây dẫn đó được định tuyến và cách điện cẩn thận, bởi vì bên trong bể mọi thứ đều được đóng gói chặt chẽ.

Dầu cách nhiệt và hệ thống làm mát

trong một máy biến áp chứa dầu , toàn bộ cụm lõi và cuộn dây được ngâm trong dầu máy biến áp. Dầu này không phải là nhiên liệu; đó là một loại dầu khoáng được tinh chế cao, có ba tác dụng: cách nhiệt, làm mát và giúp dập tắt mọi hiện tượng phóng điện bên trong. Có thể gọi nó là huyết mạch của đơn vị.

Bản thân bể chứa mọi thứ lại với nhau – dầu, lõi, cuộn dây và dây dẫn. Nhưng một thùng thép trơn không tỏa nhiệt đủ nhanh. Đó là lý do tại sao bạn nhìn thấy những tấm có gân hoặc bộ tản nhiệt bắt vít ở bên ngoài. Một số thiết bị lớn hơn sử dụng bộ làm mát cưỡng bức bằng không khí hoặc dầu cưỡng bức, nhưng ý tưởng vẫn giống nhau: loại bỏ nhiệt do cuộn dây và lõi tạo ra.

Khi dầu nóng lên, nó nở ra. Để xử lý việc giãn nở đó mà không làm nổ bình, có một bình bảo quản (nhiều người gọi là bình bảo quản dầu hay đơn giản là 'gối dầu') gắn phía trên bình chính. Nó hít vào và thở ra khi lượng dầu thay đổi, giữ cho thùng chính luôn đầy.

An toàn và bảo vệ

Máy biến áp có thể tồn tại hàng chục năm nhưng chúng cần có cơ quan giám sát. Nổi tiếng nhất là rơle Buchholz (rơle khí). Nó nằm trong đường ống giữa bể chính và thiết bị bảo quản. Nếu một lỗi nhỏ tạo ra bọt khí, rơle sẽ bẫy chúng và gửi cảnh báo. Nếu một lỗi lớn gây ra hiện tượng tăng dầu đột ngột, rơle sẽ ngắt cầu dao ngay lập tức.

Không khí bên ngoài đi vào thiết bị bảo quản mang theo hơi ẩm và bụi. Đó là lúc cần đến ống thở silica gel – một hộp trong suốt chứa đầy gel màu xanh hoặc cam có tác dụng hấp thụ độ ẩm từ không khí đi vào. Khi gel chuyển sang màu hồng hoặc trắng, bạn biết nó đã bão hòa.

Đối với các trường hợp quá áp suất (chẳng hạn như đoản mạch làm dầu bay hơi), van giảm áp sẽ mở ra trong một phần giây, sau đó đóng lại. Không có nó, chiếc xe tăng có thể bị tách ra theo đúng nghĩa đen.

Bạn cũng sẽ tìm thấy một nhiệt kế (thường có mặt số và ống mao dẫn) đo nhiệt độ dầu trên cùng và đôi khi là bộ mô phỏng nhiệt độ cuộn dây. Người vận hành dựa vào các số liệu này để quyết định xem máy biến áp có bị quá tải hay có vấn đề về làm mát hay không.

Một số máy biến áp lớn hơn bao gồm máy lọc dầu - một bể nhỏ chứa đầy vật liệu hấp phụ liên tục lọc nước và bùn ra khỏi dầu. Nó không hào nhoáng nhưng nó kéo dài tuổi thọ cách nhiệt theo năm tháng.

Nơi điện đi vào và rời đi – ống lót và hơn thế nữa

Các dây dẫn bên trong phải đi qua thành bể để tiếp cận thế giới bên ngoài. Đó là chức năng của ống lót bằng sứ hoặc composite. Chúng trông giống như những chiếc cốc hoặc cột cách nhiệt lớn. Bên trong mỗi ống lót, một dây dẫn chạy xuống cuộn dây, trong khi thân sứ giữ điện áp cao cách xa bể nối đất.

Ngoài ra, bảng tên là nguồn thông tin đáng tin cậy duy nhất của bạn – nó cho bạn biết định mức MVA, điện áp, nhóm kết nối (như Dyn11 hoặc Yyn0), trở kháng và số sê-ri. Đừng bao giờ tin tưởng vào những dấu hiệu được sơn từ mười năm trước.

Để bảo trì, mỗi thùng chứa dầu đều có ít nhất một van xả dầu ở đáy. Và bạn sẽ luôn thấy một vấu nối đất được đánh dấu rõ ràng được hàn vào thùng chứa – đó là nơi bạn kết nối lưới nối đất của trạm để bảo vệ con người khỏi dòng điện sự cố.

Bộ đổi vòi – tinh chỉnh điện áp

Hầu hết các máy biến áp điện đều có bộ đổi vòi. Đó là một cơ cấu chuyển mạch được kết nối với cuộn dây điện áp cao để thêm hoặc bớt một vài vòng quay. Điều này sẽ điều chỉnh điện áp đầu ra một chút khi điện áp lưới đầu vào thay đổi. Bộ đổi nguồn đã ngắt điện (DETC) chỉ có thể hoạt động khi máy biến áp được ngắt hoàn toàn khỏi nguồn điện. Bộ chuyển đổi nấc khi có tải (OLTC) hoạt động khi máy biến áp đang hoạt động nhưng chúng phức tạp hơn nhiều, có ngăn chứa dầu riêng và bộ truyền động động cơ.

Một ghi chú nhanh về máy biến áp loại khô

Nếu máy biến áp ở trong nhà (như bên trong tòa nhà hoặc tháp tuabin gió), bạn thường tìm thấy các thiết bị loại khô. Không có dầu chút nào. Lõi và cuộn dây được đúc bằng nhựa epoxy hoặc được bọc bằng nhiều lớp cách nhiệt và sau đó để tiếp xúc với không khí. Quá trình làm mát diễn ra tự nhiên hoặc bằng quạt tích hợp.

Vì không có dầu nên tất cả các bộ phận liên quan đến dầu đều biến mất: không có bộ bảo quản, không có rơ-le Buchholz, không có ống xả silica gel, không có van xả dầu và không có bộ lọc dầu. Nhưng lõi điện – lõi sắt, cuộn dây, lớp cách điện bên trong, dây dẫn, ống lót, bảng tên và vấu nối đất – vẫn hoàn toàn giống nhau. Bộ đổi vòi, nếu có, cũng là thiết kế kiểu khô.

Vì vậy, khi ai đó hỏi 'bên trong máy biến áp có gì?', câu trả lời trung thực là: nó phụ thuộc vào việc đó là loại ngâm dầu hay loại khô. Nhưng đối với những công việc nặng nhọc chạy bằng dầu của lưới, danh sách này rất dài – và mỗi bộ phận, từ miếng đệm nhỏ nhất đến lõi chính, đều phục vụ một mục đích. Sau hai thập kỷ làm việc trong lĩnh vực này, tôi đã học được rằng bỏ qua bất kỳ điều nào trong số đó sẽ dẫn đến rắc rối.