Máy biến áp ( Transformer) là một hệ thống biến đổi điện áp xoay chiều từ mức điện áp này sang mức khác và giữ nguyên tần số.

Với các ứng dụng như.

• Máy biến áp dùng để truyền tải và phân phối điện năng ở ngành điện lực.
• Máy biến thế dùng để giảm điện áp xuống mức quy chuẩn để phục vụ cho đo lường.
• Máy biến thế dùng để hàn, mở máy động cơ những dòng công suất lớn.

Nó thường được phân nhiều loại như máy biến áp một pha dùng trong mạng điện dân dụng, hay máy biến thế 3 pha dùng trong môi trường công nghiệp. Trong tất cả các thiết bị điện tử ngày nay từ máy tính đến các đồ dùng trong nhà đều có sự hiện diện của chúng

Cấu tạo máy biến áp: Về phần này các bạn được đọc rất nhiều trên các trang khác, hiểu một các đơn giản nó được cấu tạo từ những cuộn dây đồng quấn quang lõi sắp thép kĩ thuật điện được chia làm hai bên là thứ cấp và sơ cấp. Tùy theo mục đích đầu ra mà tỷ số vòng dây, tiếp diện được điều chỉnh.

Những hệ thống máy biến áp công suất lớn gồm nhiều bộ phận còn phức tạp hơn nhiều: Bộ phận làm mát, bộ điều khiển đóng cắt vv

Tại sao công suất máy biến áp 3 pha là kVA chứ không phải kW

Cái này nhiều người thắc mắc, nếu nói đến công suất động cơ thường hỏi và mua bao nhiêu Oát nhưng máy biến thế thì không, tại sao vậy.

Một máy biến áp dù to hay nhỏ để làm việc được phải đảm bảo yếu tố sau :

• Tổn thất điện năng của máy biến áp phải nằm trong giới hạn Un%
• Mức nhiệt của cuộn dây quấn trong máy biến thế, và lõi thép không vượt quá giới hạn cách điện

Hai điều kiện trên cho chúng thấy rằng để máy biến thế làm việc chúng ta phải quan tâm đến dòng điện của nó. Thực tế là với mỗi máy biến thế có nhiều cấp điện áp, ứng với mỗi dòng điện thì ta có công suất truyền tải khác nhau. Trong khi truyền tải điện năng đi có hai thành phần là công suất phản kháng (kVAr) và công suất tác dụng (kW), nó được tổng hợp chung lại là công suất biểu kiến kVA.

Để quan sát mức độ phát nhiệt, mức độ giải nhiệt của nó, và để so sánh mức công suất sử dụng được của máy biến thế người ta dùng công suất biểu kiến Bởi vì: Nếu chỉ cho công suất thực kW chỉ cho chúng ta biết độ tăng nhiệt độ do tổn thất trong dây quấn. Nhưng tuổi thọ của máy biến thế phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ của mạch từ cũng như cuộn dây cuốn. Vậy đến đây chúng ra hiểu rằng  đại lượng S ( kVA ) trong máy biến áp biểu thị cho ta cả tổn thất trên lõi sắt từ nữa, nó là tổn thất do điện kháng gây ra.

Trên nhãn của máy biến thế có hệ số DElTA PO, đó là hệ số tổn thất sắt từ là cố định không phụ thuộc vào dòng tải. Tiếp là tổn thất trên cuộn dây đồng phụ thuộc vào dòng tải, với dòng càng lớn thì tổn thất càng lớn

Công suất phản kháng Q (kVAr ) có nghĩa vụ từ hóa lõi sắt trong máy, truyền công suất thực từ sơ cấp sang thứ cấp.

Vậy kết luận chung là: Thông số S ( kVA ) cho chúng ta biết Iđm và Uđm, nó là cơ sở hoạt động của máy biến thế, tức là nói đến mức độ chịu dòng và chịu áp, mức cách điện của cuộn dây.

Máy biến thế hoạt động theo cảm ứng điện từ, tức là tổng năng lượng được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp trong mạch từ đó, chứ không phải chỉ đơn thuần là cuộn dây đồng không thôi, nên đại lượng đo lường cho tổng công suất là  S (kVA) =  kVAr (Q) + P (kW).

Một lưu ý nữa trong chế tạo chiều dày của lá thép kỹ thuật điện được căn cứ vào tần số hoạt động của máy biến áp

• Với f < 150 Hz chiều dày lá thép kỹ thuật điện = 0.35mm
• f > 150 Hz chiều dày < 0.35mm
• f >  100000 hz lõi thép bằng không khí

Điều này được lý giải như sau:

Khi máy biến áp hoạt động trong tần số thấp 50 Hz, < 150 Hz thì có dòng xoáy lớn nên phải chế tạo lá thép mỏng để chống lại dòng xoáy này. Khi tần số tăng lên, tổn hao từ trễ tăng lên, thì lại phải chế tạo mỏng hơn. Khi cao Hz cao hơn nữa, do xuất hiện hiệu ứng mặt ngoài phải dùng ferrit nó chính là bột sắt từ ép.

Tại sao máy biến áp công suất lớn thường đấu nối sao / tam giác 11.

Đúng vậy với những máy biến áp dùng trong mạng điện phân phối trung thế/ hạ thế, người ta thường nối sao để sử dụng được dây trung tính và nối đất trực tiếp ( quá trở ) cặp dây trung tính đó. Các nối sao được ưa chuộng nhiều nhất điển hình như trong máy biến áp tự ngẫu ( sao / sao).

Nhưng với một số trường hợp người ta luôn nối tam giác trong máy biến thế bởi vì.

• Đặc điểm của tổ nối tam giác là nó có khả năng khử được từ thông thứ tự không.
• Cuộn dây nối kiểu tam giác sẽ khử được từ thông bậc ba do tải phi tuyến của từ và mạch tải.

Thật vậy nếu như không khử được từ thông bậc 3, 0 sẽ móc vòng qua các cấu kiện sắt bên ngoài như vỏ máy khung máy gây nóng và rung.

Thế nên, người ta kết hợp hài hòa trong việc đấu nối sao/ tam giác trong máy biến thế.

• Người ta thường đấu nối sao/ tam giác 11h, 1h đối với biến áp cao áp – trung áp.
• Và đấu nối tam giác/ sao  1h, 11h đối với biến áp trung áp – hạ áp.
• Khi cần đấu sao / sao chúng ta vẫn phải thêm cuộn tam giác vào trong, không mang tải, nhưng bắt buộc phải có.

Điều kiện để hai máy biến áp vận hành song song.

Theo lý thuyết để hai máy biến thế làm việc được song song với nhau ngoài các yêu tố như cùng điện áp và tỉ số biến đổi, cùng điện áp ngắn mạch Un, còn một cái quan trọng nữa là cùng tổ nối dây.

Cùng tổ nói dây đây nghĩa là góc lệch pha các bạn có thể tham khảo thêm tại đây. Thông thường tổ nối dây được dập chữ nổi hiển thị trên catalog của máy biến thế, khi vận hành chúng ta chỉ việc đối chiếu lại giữa các máy có phù hợp hơn không mà thôi. Còn đối với máy biến thế cũng mất bảng catalog thì chúng ta phải dùng thiết bị chuyên biệt để xác định tổ đấu nối dây. Nếu hai mát biến áp cùng tổ nối dây thì điện áp phía thứ cấp sẽ trùng pha nhau,

Kỹ thuật viên trong quá trình vận hành hòa đồng bộ hai máy biến thế phải lưu ý tần số điện áp và pha trước khi đóng máy cắt. Hay xảy ra quá trình nhầm lẫn trong quá trình này.

Ưu điểm của vận hành máy biến thế song song:

• Giảm được tổn thất trong mạng điện, dự phòng thay thế cho nhau đối với những tải đặc biệt quan trong, thiệt hại lớn nếu như có sự cố mất điện. Thực tế cho thấy đối với những máy biến áp lớn cỡ mVA tổn thất rất đáng kể khi chúng ta chạy non tải.
• Bên cạnh đó vận hành máy biến thế song song cũng phức tạp, đòi hỏi người có chuyên môn, kinh nghiệm .

Tại sao phải đóng điện không tải máy biến áp trước khi nối phụ tải vào.

Cái này cũng nhiều người hỏi, đặc biệt là mấy bạn sinh viên mới ra trường, thực tế đó là quy trình thao tác an toàn điện năng, bởi vì

• Nếu đóng máy biến áp có tải dễ phát sinh dòng điện hồ quang tại thiết bị đóng cắt gây nguy hiểm cho người vận hành.
• Đặc biệt là dòng xung kích của máy biến áp có giá trị rất lớn gấp hơn 8 lần dòng vận hành của máy, khi đó ảnh hưởng nguy hiểm đến một loạt hạng mục tải phí sau
• Ảnh hưởng lớn đến những trạm biến áp cao áp, mà có các biến áp sau hạ áp, phía sau đó nữa

Một điều lưu ý nữa là đối với những máy biến áp mới khi bắt đầu vận hành người ta phải đóng điện không tải, tải nhỏ tới 72 h bởi vì.

• Để đảm bảo chế độ vận hành an toàn tin cậy, như thử nghiệm độ cách điện máy biến áp, mạch động lực, hệ thống làm mát, trước khi chạy tải
• Để cho lượng dầu cách điện ngấm vào, bởi vì máy biến thế lúc đầu xuất xưởng họ chỉ đổ một chút dầu vào thôi ( lợi dung sức ấm của máy biến thế ) các bọt khí sẽ tan và thoát ra ngoài.

Hiện tượng báo hòa lõi thép trong máy biến áp.

Vấn đề này rất đau đầu cho các kỹ thuật viên vận hành máy biến thế làm việc ở hiện tượng quá áp, từ thông sẽ tăng lên đột biến, mạch lõi từ tiến vào vùng bão hòa. Ở quá trình quá độ, khi mà mức điện áp của lưới điện với sức điện động của máy biến áp chênh lệch nhiều, mạch từ sẽ bị bão hòa ví dụng trong những trường hợp đóng tải, mất tải đột ngột.

Khi lõi thép trong máy biến áp bị bão hòa từ sẽ làm tăng dòng điện, đặc biệt là dòng điện bậc ba ảnh hưởng lớn đến quá trình vận hành của máy biến thế.

Ví dụ cụ thể:  Nếu máy biến thế có Uđm = 220 V mà chúng ta nối vào U=240V thì sẽ chớm bão hòa, khi tăng áo lên nữa thì sẽ không tăng E được dòng điện I sẽ tăng đột biến, vì lõi sắt bão hòa rồi.

Nếu nối vào 380 V dòng điện sẽ tăng lên cực lớn vì lõi từ đi quá sâu vào vùng bão hòa, khi đó mặc dùng U= 380 nhưng E chỉ bằng 240 mà thôi dòng điện sẽ tiếp tục tăng tiếp gấp vài lần dòng định mức

Và nếu nối vào nguồn 440V dòng điện không tải sẽ bằng dòng khởi động, và gấp 7 lần dòng định mực.

Tại sao phải nối đất trung tính máy biến thế ( trung thế và hạ thế )

Vấn đề này được đưa ra tranh luận nhiều, đến nay đã được rõ ràng. Thực thế cho thấy, lưới điện từ 110kV trở lên, chúng ta phải nối đấy trung tính để chế tạo vật cách điện bên trong máy biến thế theo Áp Pha => Giảm chi phí.

Còn lưới 22/35kV mục đích nối đất để thuận tiện cho chỉ định rơ le ( cũng còn tuỳ vào chế độ vận hành của hệ thống mà đóng hay cắt DCL nối đất điểm trung tính của MBA 110kV trở lên. Không phải TBA nào cũng nối đất cố định điểm TT hoặc nối đất trực tiếp điểm TT. DCL trung tính để điều chỉnh tổng trở nối đất (ảnh hưởng dòng chạm đất), tránh chỉnh định lại relay, tránh dòng ngắn mạch quá lớn phá hỏng thiết bị. Dcl này nối song song với 1 LA để ngừa quá áp trung tính.

Lưới hạ thế nối đất trung tính nhằm mục đích an toàn và dễ chọn lựa thiết bị bảo vệ. Lưới hạ thế nối đất trung tính TN phía 0,4kV để an toàn nếu phía trung thế xâm nhập sang đồng thời dòng chạm một pha đủ lớn để CB tác động. Lưới IT và TT ít sử dụng vì phải dùng RCCB, RCBO, RCD… phức tạp và tốn kém.

Vậy tóm lại là

• Ở lưới hạ thế thì nối đất trung tính có tác dụng an toàn cho con người 
• Ở lưới cao thế và trung thế thì nó tác dụng là trung tính nối đất làm việc dùng để bảo vệ chạm đất làm việc hiệu quả hơn giảm vật liệu cách điện các pha với đất và tiết kiệm nguyên liệu trên các đường dây nhé