Trạm biến áp là gì? Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý, và ứng dụng của chúng

Trạm biến áp đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và tính ổn định cho hệ thống truyền tải điện. Ứng dụng của chúng có mặt hầu hết trong các khu vực dân cư và sản xuất công nghiệp. Hãy cùng Nhà Máy Cơ Khí P69 đi tìm hiểu chi tiết về thiết bị này nhé!

1. Tìm hiểu về trạm biến áp

1.1 Trạm biến áp là gì?

Trạm biến áp là một phần không thể thiếu trong hệ thống phát điện, truyền tải và phân phối điện. Nhiệm vụ chính của thiết bị này là biến đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc ngược lại, phù hợp với nhu cầu sử dụng tại các điểm tiêu thụ cuối cùng.

Trong quá trình phát điện, điện năng thường được sản xuất ở điện áp thấp, sau đó được tăng lên mức cao để truyền tải qua khoảng cách dài, giúp giảm thiểu tổn thất điện năng. Khi đến gần các khu vực tiêu thụ, điện áp lại cần được giảm xuống thông qua các trạm biến áp để đảm bảo an toàn và hiệu quả.

Các trạm này là điểm kết nối quan trọng giữa các nhà máy phát điện và người tiêu dùng, đóng vai trò thiết yếu trong việc duy trì sự ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện .

1.2 Cấu tạo và đặc điểm của trạm biến áp 

Trạm biến áp bao gồm nhiều thành phần cấu tạo phức tạp, mỗi thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi và điều chỉnh điện áp. Cấu tạo chính của trạm biến áp gồm có: lõi thép và cuộn dây. Lõi thép được làm từ các lá thép silicon chất lượng cao, xếp chồng lên nhau, giúp giảm tổn hao từ hóa. Cuộn dây được làm từ dây đồng hoặc dây nhôm, bao gồm cuộn sơ cấp và thứ cấp, chịu trách nhiệm chuyển đổi điện áp.

Ngoài ra, chúng cũng được trang bị các thiết bị đo đạc và bảo vệ như đồng hồ đo điện áp, ampe kế, và các thiết bị cắt khi có sự cố, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành. Các bộ phận này được bố trí trong một thùng chứa kín hoặc một khuôn khổ mở tùy thuộc vào thiết kế và yêu cầu sử dụng của trạm.

Thiết bị làm mát cũng là một phần không thể thiếu trong trạm biến áp, thường gồm quạt làm mát và hệ thống làm mát bằng dầu, giúp duy trì nhiệt độ ổn định cho các thành phần bên trong, đặc biệt là trong quá trình chuyển đổi điện áp lớn hoặc khi thiết bị hoạt động liên tục trong thời gian dài.

Cuối cùng, để bảo vệ trạm biến áp khỏi các yếu tố môi trường và đảm bảo an toàn cho người vận hành, trạm thường được trang bị các vỏ bảo vệ chống thấm nước và bụi, cũng như các thiết bị chống sét và bảo vệ quá áp.

1.3 Nguyên lý hoạt động của trạm biến áp

Nguyên lý hoạt động của trạm biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sơ cấp, nó tạo ra từ trường biến thiên xung quanh lõi thép. Từ trường này sau đó cảm ứng một dòng điện trong cuộn dây thứ cấp. Sự chênh lệch về số vòng dây giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp quyết định mức độ tăng hoặc giảm điện áp giữa hai cuộn.

Ví dụ, nếu cuộn thứ cấp có nhiều vòng dây hơn cuộn sơ cấp, điện áp ở cuộn thứ cấp sẽ cao hơn và ngược lại. Quá trình này cho phép thiết bị này chuyển đổi điện áp từ cao xuống thấp hoặc từ thấp lên cao, tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống điện.

Điều quan trọng là trạm biến áp được thiết kế để hoạt động hiệu quả với tổn thất năng lượng tối thiểu. Các thiết bị bảo vệ như rơle bảo vệ và cầu dao tự động đóng vai trò bảo vệ trạm khỏi các tình huống quá tải và sự cố, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn.

1.4 Công dụng của trạm biến áp

Trạm biến áp có một loạt công dụng quan trọng trong hệ thống điện, giúp đáp ứng nhu cầu điện năng của người dùng một cách hiệu quả và an toàn. Đầu tiên, chức năng chính của nó là điều chỉnh mức điện áp: tăng điện áp lên mức cao để truyền tải điện năng qua khoảng cách dài với tổn thất năng lượng thấp, hoặc giảm điện áp xuống mức thấp hơn phù hợp cho các hộ gia đình và cơ sở công nghiệp sử dụng.

Ngoài ra, chúng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ tin cậy và ổn định của lưới điện. Nó giúp cân bằng tải và phân phối điện năng một cách đều đặn, ngăn ngừa quá tải và cải thiện hiệu quả sử dụng điện. Trong trường hợp xảy ra sự cố, trạm biến áp cũng có khả năng cô lập phần hỏng để không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống.

Cuối cùng, thiết bị này còn góp phần bảo vệ môi trường bằng cách giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải điện, qua đó giảm bớt lượng khí thải CO2 vào môi trường. Nhờ vậy, nó không chỉ tối ưu hóa chi phí vận hành mà còn hỗ trợ phát triển bền vững.

2. Ứng dụng của trạm biến áp trong thực tế

Trạm biến áp là một phần không thể thiếu trong cơ sở hạ tầng điện của mọi quốc gia, với nhiều ứng dụng rộng rãi từ sinh hoạt hàng ngày đến công nghiệp nặng. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của chúng là trong hệ thống truyền tải điện.

Thiết bị giúp tăng điện áp lên mức cao, giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng khi truyền điện qua khoảng cách dài, từ nhà máy phát điện đến các khu dân cư hoặc khu công nghiệp.

Trong các khu dân cư, trạm biến áp giúp giảm điện áp về mức an toàn để sử dụng trong các hộ gia đình, như cho đèn chiếu sáng, thiết bị gia dụng, và hệ thống điều hòa nhiệt độ. Ứng dụng này đảm bảo rằng điện năng được cung cấp an toàn, đáng tin cậy và phù hợp với nhu cầu tiêu thụ điện của người dùng cuối.

Trong ngành công nghiệp, trạm biến áp cũng rất quan trọng. Chúng cung cấp năng lượng cho máy móc và thiết bị với yêu cầu điện áp và dòng điện khác nhau, từ các máy công cụ, máy ép, đến các hệ thống luyện kim và chế biến thực phẩm. Điều này giúp cho các nhà máy hoạt động hiệu quả và liên tục, góp phần vào sự phát triển kinh tế của đất nước.

Ngoài ra, thiết bị này cũng được sử dụng trong các hệ thống điện tái tạo như điện gió và điện mặt trời. Chúng giúp điều chỉnh và ổn định điện áp từ các nguồn năng lượng này trước khi đưa vào lưới điện quốc gia, đảm bảo sự ổn định và an toàn của hệ thống điện.

3. Cách phân loại trạm biến áp

Cách phân loại các trạm biến áp rất quan trọng do tùy thuộc vào địa điểm, công năng, và cách thức sử dụng. Hãy cùng Nhà Máy P69 tìm hiểu chi tiết các kiểu phân loại phổ biến hiện nay.

3.1 Phân loại theo điện áp

Trong hệ thống điện, các trạm biến áp được phân loại theo mức điện áp mà chúng xử lý, từ đó phân biệt chức năng và mục đích của chúng trong việc truyền tải và phân phối điện năng.

Trạm biến áp cao áp hoạt động trong khoảng từ 11 kV đến 66 kV và thường được sử dụng để chuyển điện từ các nhà máy phát điện tới các khu vực tiêu thụ lớn như khu công nghiệp hoặc các trung tâm dân cư. Chúng đóng vai trò là cầu nối, giúp chuyển đổi điện áp từ cao xuống thấp để phù hợp với nhu cầu sử dụng.

Ở mức cao hơn, trạm biến áp cực cao, với điện áp từ 132kV đến 400kV, chủ yếu phục vụ cho việc truyền tải điện năng trên khoảng cách xa, từ các nhà máy phát điện tới các điểm phân phối chính. Loại trạm này giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải qua các khoảng cách lớn, đảm bảo hiệu quả và ổn định của mạng lưới điện.

Cuối cùng, trạm biến áp siêu cao, hoạt động ở mức điện áp trên 400 kV, là những trạm mạnh mẽ nhất, được thiết kế để đáp ứng nhu cầu truyền tải điện năng cấp quốc gia và quốc tế.

3.2 Phân loại theo điện lực

Trạm biến áp còn được phân loại theo công suất điện mà chúng có thể xử lý, một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Có ba loại chính dựa trên công suất: nhỏ, trung bình, và lớn.

Trạm biến áp nhỏ thường có công suất từ vài kVA đến khoảng 500 kVA, phù hợp với các tòa nhà văn phòng nhỏ, các cửa hàng hoặc hộ gia đình. Loại trạm này giúp đáp ứng nhu cầu điện năng không quá cao và thường được lắp đặt tại các khu vực đô thị hoặc nông thôn có mật độ dân số thấp hơn.

Trạm biến áp trung bình, với công suất từ 500 kVA đến 10 MVA, được sử dụng rộng rãi hơn tại các khu công nghiệp vừa và nhỏ, cũng như các cơ sở có nhu cầu điện năng cao hơn. Chúng giúp cung cấp đủ điện năng cho các hoạt động sản xuất và thương mại lớn, đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả.

Còn trạm biến áp lớn, với công suất từ 10 MVA trở lên, thường được dùng cho các nhà máy lớn, các khu công nghiệp nặng hoặc các trung tâm phân phối điện chính. Loại trạm này đóng vai trò không thể thiếu trong việc cung cấp điện ổn định và liên tục cho các khu vực có nhu cầu điện năng rất cao, đảm bảo sự vận hành không bị gián đoạn cho cả hệ thống điện.

3.3 Phân loại theo mục đích sử dụng 

Trạm biến áp cũng được phân loại dựa trên môi trường lắp đặt và mục đích sử dụng, chia thành hai loại chính là trạm trong nhà và trạm ngoài trời. Mỗi loại có những đặc điểm và ứng dụng phù hợp với điều kiện cụ thể của môi trường và nhu cầu sử dụng.

Trạm biến áp trong nhà được thiết kế để lắp đặt bên trong các tòa nhà. Loại trạm này thường dành cho các mức điện áp thấp hơn, lên đến 66 kV, và thường được sử dụng ở những khu vực đô thị đông đúc nơi không gian bị hạn chế và yêu cầu về mỹ quan cao. Trạm trong nhà giúp giảm thiểu tác động đến môi trường xung quanh và bảo vệ thiết bị khỏi các tác động của thời tiết và ô nhiễm không khí.

Trạm biến áp ngoài trời thường được lắp đặt cho các mức điện áp cao hơn, từ 66 kV trở lên. Các thiết bị của trạm ngoài trời được bố trí rộng rãi hơn do yêu cầu khoảng cách an toàn lớn giữa các bộ phận dẫn điện và các thiết bị chuyển mạch. Loại trạm này phù hợp cho các khu vực có không gian lớn, như ngoại ô hoặc các khu công nghiệp, nơi không gian cho phép sự mở rộng và dễ dàng bảo trì.

4. Các loại trạm biến áp phổ biến

4.1 Trạm biến áp treo

Trạm biến áp treo là một giải pháp hiệu quả cho việc phân phối điện trong các khu vực có không gian hạn chế. Loại trạm này được lắp đặt trực tiếp trên cột điện hoặc các cấu trúc cao khác, thường dùng trong mạng lưới điện đô thị hoặc nông thôn. Với công suất nhỏ, loại trạm này phục vụ cho việc cung cấp điện áp thấp đến các hộ gia đình và cơ sở thương mại nhỏ, đặc biệt thích hợp cho các khu vực đông dân cư.

Thiết kế nhỏ gọn của chúng giúp tiết kiệm chi phí đầu tư và không gian, trong khi vẫn đảm bảo khả năng phân phối điện năng hiệu quả. Trạm này cũng dễ dàng bảo trì và sửa chữa do tính dễ tiếp cận. Tính năng an toàn được tăng cường với các thiết bị như cầu dao tự động và hệ thống cách ly, giúp ngắt kết nối an toàn khi cần thiết.

Tuy nhiên, nhược điểm của loại trạm này là phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết và có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như gió mạnh hoặc sấm sét. Việc lắp đặt cần cân nhắc kỹ lưỡng để đảm bảo độ bền và hiệu quả trong điều kiện thực tế của từng khu vực.

4.2 Trạm biến áp nền

Trạm biến áp nền là loại trạm được thiết kế để lắp đặt trên mặt đất, thường có công suất từ trung bình đến lớn, phục vụ cho các ứng dụng đòi hỏi mức độ ổn định và liên tục cao như các khu công nghiệp nặng hoặc trung tâm dữ liệu. Các trạm này bao gồm một loạt các thiết bị điện lớn như máy biến áp, cầu dao, rơle bảo vệ, và các thiết bị đóng cắt khác, đều được bố trí rộng rãi trên nền đất, thường được bảo vệ bởi hàng rào hoặc tường bao quanh.

Khác với trạm treo, loại trạm này đòi hỏi diện tích lắp đặt lớn hơn nhưng mang lại lợi ích về khả năng mở rộng và dễ dàng trong bảo trì cũng như nâng cấp. Được trang bị công nghệ tiên tiến, chúng có thể tự động hóa nhiều chức năng, giảm thiểu sự can thiệp của con người và tăng cường độ tin cậy cho hệ thống điện.

Trạm biến áp nền thường được sử dụng ở các khu vực công nghiệp, nơi cần nguồn cung cấp điện liên tục và ổn định để đảm bảo hoạt động không gián đoạn của các thiết bị và máy móc.

4.3 Trạm biến áp hợp bộ

Trạm biến áp hợp bộ là một giải pháp toàn diện cho nhu cầu cung cấp và phân phối điện trong các khu vực đô thị hoặc các cơ sở công nghiệp lớn. Loại trạm này tích hợp nhiều chức năng khác nhau trong một hệ thống thống nhất, bao gồm biến áp, phân phối điện, và bảo vệ.

Chúng thường được trang bị các bộ phận cao cấp như máy biến áp, tủ điều khiển, rơle bảo vệ và thiết bị đóng cắt tự động, đảm bảo hiệu suất cao và an toàn cho hệ thống điện.

Sự hợp bộ này cho phép trạm hoạt động hiệu quả hơn, dễ dàng quản lý và giám sát từ xa, nhờ vào các hệ thống điều khiển tự động và giao diện người dùng thân thiện. Loại trạm này cũng giảm thiểu sự phức tạp trong thiết kế và lắp đặt, do tất cả các thành phần cần thiết cho quá trình biến áp và phân phối điện đã được lắp ráp sẵn.

4.4 Trạm biến áp kín

Trạm biến áp kín là loại trạm được thiết kế để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, đảm bảo an toàn và bảo vệ tối ưu cho các bộ phận điện bên trong.

Các trạm này có khả năng chống chịu đối với bụi bẩn, độ ẩm, và các tác nhân gây hại khác, nhờ vào thiết kế kín và được niêm phong hoàn toàn. Loại trạm này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp nặng hoặc các khu vực có điều kiện môi trường bất lợi, nơi yêu cầu cao về độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện.

Trạm biến áp kín không chỉ giúp bảo vệ các thành phần điện khỏi các yếu tố bên ngoài mà còn giảm thiểu sự cố và tăng tuổi thọ của thiết bị. Chúng cung cấp một giải pháp hiệu quả để giảm bảo trì và chi phí vận hành trong dài hạn. Bên cạnh đó, chúng còn có khả năng cải thiện hiệu quả năng lượng, do giảm thiểu tổn thất điện năng qua môi trường bên ngoài.

5. Cách lắp đặt trạm biến áp 

Trước tiên, chuẩn bị mặt bằng là bước cơ bản nhưng quan trọng nhất. Đảm bảo khu vực lắp đặt phải được làm phẳng, ổn định và có đủ khả năng thoát nước tốt. Mặt bằng cần được kiểm tra kỹ lưỡng để phù hợp với kích thước và trọng lượng của trạm cũng như các thiết bị đi kèm.

Tiếp theo là lắp đặt thiết bị. Các thiết bị chính của trạm biến áp như máy biến áp, tủ điều khiển, và hệ thống đo lường cần được bố trí một cách hợp lý và cố định chắc chắn. Mọi kết nối điện phải tuân thủ chặt chẽ các quy định an toàn và kỹ thuật.

Cuối cùng, kiểm tra và vận hành thử là bước không thể thiếu sau khi lắp đặt. Mọi hệ thống cần được thử nghiệm kỹ lưỡng để đảm bảo chúng hoạt động hiệu quả và an toàn trước khi chính thức đưa vào sử dụng. Quá trình này bao gồm kiểm tra các chức năng cơ bản của trạm, đảm bảo không có sự cố về điện hoặc cơ khí.

Mỗi bước trong quá trình này đòi hỏi sự chính xác và tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn để đảm bảo trạm hoạt động hiệu quả và bền vững.

Trạm biến áp là một yếu tố không thể thiếu trong hệ thống điện toàn cầu, đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo cung cấp điện an toàn và hiệu quả. Để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động và lợi ích của chúng, hãy tiếp tục theo dõi và khám phá các bài viết sắp tới của chúng tôi.

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ P69

• Nhà máy sản xuất: Km 18, đường Đại Lộ Thăng Long, Khu CN Thạch Thất Quốc Oai, Hà Nội
• Số điện thoại: 0966686969 | Hotline: 0989188982
• Email: kd1@cokhip69.com.vn
• Website: https://cokhip69.com.vn