Những điều cần biết về Trạm biến áp

Trạm biến áp hay còn gọi là trạm biến thế, trạm điện. Trạm biến áp là một trong những phần tử quan trọng nhất của hệ thống cung cấp điện, là hạng mục không thể thiếu đối với bất cứ khu công nghiệp, nhà máy sản xuất, tòa nhà cao tầng hay khu dân cư nào hiện nay. Nếu coi tầm quan trọng của dây dẫn như mạch máy thì trạm biến áp sẽ là trái tim của hệ thống điện.

I. Tổng quan tìm hiểu về trạm biến áp

Trạm biến áp dùng để biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác để truyền tải công suất lớn tới nơi tiêu thu. Các trạm biến áp, trạm phân phối, đường dây tải điện cùng với các nhà máy phát điện làm thành một hệ thống phát và truyền tải điện năng.

Dung lượng của các máy biến áp, vị trí số lượng và phương thức vận hành của các trạm biến áp có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện. Vì vậy việc lựa chọn các trạm biến áp cũng phải gắn liền với việc lựa chọn phương án cung cấp điện. Dung lượng và các tham số khác của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải của nó, vào cấp điện áp của mạng vào phương thức vận hành của máy biến áp v.v… Vì thế để lựa chọn được trạm biến áp tốt nhất chúng ta phải xét tới nhiều mặt và phải tiến hành tính toán so sánh kinh tế – kỹ thuật giữa các phương án đề ra.

Thông số quan trọng nhất của máy biến áp là điện áp định mức và tỷ số biến áp U1/U2. Hiện nước ta đang sử dụng các cấp điện áp sau :

a) Cấp cao áp:

• 500KV – Dùng cho hệ thống điện quốc gia nối liền ba vùng bắc trung nam.
• 220KV – Dùng cho mạng điện khu vực.
• 110KV – Dùng cho mạng phân phối, cung cấp cho các phụ tải lớn

b) Cấp trung áp

Do lịch sử để lại hiện nay ở nước ta cấp trung áp còn dùng lưới 66Kv, 35KV, 22KV, 15KV, 10KV, 6KV. Nhưng trong tương lai các cấp điện áp nêu trên sẽ được cải tạo để dùng thống nhất cấp điện áp 22KV.  Cấp điện áp 22KV -trung tính nối đất trực tiếp- dùng cho mạng điện địa phương, cung cấp cho các nhà máy vừa và nhỏ và cung cấp cho khu dân cư.

c) Cấp hạ áp

Cấp điện áp 380/220V – dùng trong mạng hạ áp. Trung tính nối đất trực tiếp.

II. Phân loại các trạm biến áp

Trong thiết kế thi công và vận hành trạm điện thường gặp hai danh từ: trạm phân phối điện và trạm biến áp. Trạm phân phối điện chỉ gồm các thiết bị điện như cầu dao cách ly, máy cắt điện thanh góp.vv…. dùng để nhận và phân phối điện năng đi các phụ tải, không có nhiệm vụ biến đổi điện áp. Còn trạm biến áp không những có những thiết bị trên mà còn có các máy biến áp dùng để biến đồi điện áp từ điện áp cao xuống thấp hoặc ngược lại từ điện áp thấp lên điện áp cao. Người ta phân loại trạm biến áp theo nhiệm vụ như sau:

1. Trạm biến áp Trung gian:  Tram có nhiệm vụ nhận nhận điện ở cấp điện áp U = 110KV – 220 KV để  biến đổi thành điện áp ra có cấp điện áp 22 KV – 35 KV. Trạm biến áp trung gian thường có công suất lớn do đó máy biến áp và các thiết bị đóng cắt bảo vệ có kích thước lớn . Vì vậy các trạm loại này thường được đặt ngoài trời.

2. Trạm biến áp phân Xưởng (hay Trạm biến áp phân phối):

Nhận điện từ trạm biến áp trung gian biến đổi thành điện áp ra 0,4 KV – 0,22 KV => đây là trạm biến áp được dùng trong mạng hạ áp dân dụng tòa nhà, thường thấy là trạm 22/0,4KV hoặc các trạm 35/0,4kv; 35(22)/0,4KV, 15(22)/0,4KV, 10(22)/0,4KV, 6(22)/0,4KV tùy theo cấp điện áp của lưới điện trung thế. Loại trạm biến áp này thường được dùng để cung cấp điện cho khu dân cư, làm trạm biến áp nhà máy phân xưởng sản xuất, làm trạm biến áp siêu thị, trường học, đơn vị hành chính sự nghiệp.

Trạm biến áp loại này thường có kết cấu các loại trạm như sau: trạm biến áp treo, trạm biến áp xây bệt , trạm biến áp trong nhà ( lắp đặt trong nhà), trạm biến áp hợp bộ kiểu KIOS, trạm biến áp kiểu trụ thép. Căn cứ vào môi trường, mỹ quan và kinh phí đầu tư hoặc đặc điểm lưới điện trung thế khu vực mà lựa chọn loại trạm cho phù hợp.

 a. Trạm biến áp treo  (hay trạm giàn)

Trạm biến áp treo là loại trạm mà toàn bộ các trang thiết bị và máy biến áp đều được đặt trên các giá đỡ bắt giữa hai cột điện bê tông ly tâm 12m. Trạm được trang bị một máy biến áp ba pha có công suất đến 750 kVA, cấp điện áp đến 35, 22 kV /0,4 kV.  Phần đo đếm có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp. Tủ phân phối hạ áp đặt trên giàn giữa hai cột hoặc bắt gông ôm vào thân cột điện dàn trạm. Đường dây trung thế cấp nguồn tới trạm biến áp có thể là đường dây trên không hay đường cáp ngầm tùy theo yêu cầu kỹ thuật và tính thẩm mỹ. Trạm biến áp treo thường tiết kiệm đất nên thường cung cấp điện cho khu dân cư hay các nhà máy phân xưởng nhỏ. Loại trạm biến áp treo có chi phí xây dựng rẻ nhưng tính thẩm mỹ không cao và đòi hỏi khoảng cách hành lang an toàn lưới điện phải lớn.

b. Trạm biến áp kiểu xây bệt (hay còn gọi là trạm nền)

Trạm biến áp kiểu xây bệt hay còn gọi là trạm nền thường được dùng ở những nơi có điều kiện đất đai như ở vùng nông thôn, cơ quan, xí nghiệp lớn và vừa. Đối với loại trạm biến áp kiểu xây bệt. thiết bị đóng cắt bảo vệ cao áp đặt trên cột, máy biến áp thường đặt bệt trên bệ ximăng dưới đất, tủ phân phối hạ áp đặt trong nhà hoặc ngoài trời có mái che. Xung quanh trạm có xây tường rào bảo vệ. Đường dây trung thế cấp đến trạm biến áp có thể là cáp ngầm hay đường dây trên không, phần đo đếm có thể thực hiện phía trung áp hay phía hạ áp tùy theo công suất của máy biến áp hoặc thỏa thuận đấu nối của nghành điện. Trạm biến áp kiểu bệt thường dùng cho các trạm biến áp có công suất >=750kva, loại trạm bệt thường bị tốn diện tích hơn trạm treo. Loại này cũng có chi phí xây dựng rẻ nhưng tính thẩm mỹ không cao và đòi hỏi khoảng cách hành lang an toàn lưới điện phải lớn.

c . Trạm biến áp trong nhà (hay trạm biến áp xây kín )

Trạm biến áp trong nhà hay còn gọi trạm biến áp xây kín là loại trạm mà các thiết bị điện và máy biến áp được đặt trong nhà, loại trạm biến áp trong nhà thường có 3 khoang gồm khoang cao áp đặt thiết bị cao áp, khoang máy biến áp,khoang hạ áp đặt các thiết bị hạ áp. Trong trạm có thể đặt một hoặc hai máy biến áp, dưới bệ máy biến áp cần có hố thu dầu sự cố. Cửa thông gió cho khoang máy và khoang cao hạ áp phải có lưới chắn đề phòng chim, rắn, chuột.Trạm biến áp trong nhà thường được dùng ở những nơi cần độ an toàn cao loại trạm này thường được làm trạm công cộng cho khu dân cư hoặc trạm biến áp nhà máy, phân xưởng lớn. Trạm công cộng thường được đặt ở khu đô thị hóa,khu dân cư mới để đảm bảo mỹ quan và an toàn cho người sử dụng. Trạm biến áp nhà máy thường được đặt trong khuôn viên của khách hàng khuynh hướng hiện nay là sử dụng bộ mạch vòng chính (Ring Main Unit) thay cho kết cấu thanh cái, cầu dao, có bợ chì và cầu chì ống để bảo vệ máy biến áp có công suất nhỏ hờn 1000 kVA. Đối với loại trạm kiểu này cáp vào và ra thường là cáp ngầm

 

 d. Trạm biến áp kiểu KIOS

Trạm biến áp kiểu KIOS là trạm biến áp được chế tạo lắp đặt hợp bộ trong vỏ trạm bằng tôn và khung kim loại dạng kín. Trạm biến áp KIOS có 3 khoang gồm khoang trung áp, khoang hạ áp và khoang máy biến áp. Các khoang được bố trí linh hoạt thích hợp với điều kiện rộng hẹp khác nhau. Các trạm biến áp KIOS thường được chế tạo với công suất máy biến áp từ 100KVA đến 2500KVA với cấp điện áp đến 35KV.

Trạm biến áp kiểu Kios là loại trạm biến áp kiểu kín được thiết kế chế tạo đồng bộ với các tính năng gọn nhẹ, cấu hình đơn giản, dễ dàng lắp đặt và vận chuyển. Trạm biến áp kiểu Kios đã được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện trung thế trong công nghiệp, khu dân sinh và các tòa nhà cao tầng.

Kết cấu vỏ trạm được dựa trên hệ thống khung thép vững chắc, các tấm vách ngăn được lắp ghép tạo độ kín cao. Toàn bộ hệ thống vỏ được chế tạo bằng thép có chiều dày có đủ gân chịu lực, chịu cứng vững, va đập, mạ kẽm chống rỉ, bề ngoài sơm phủ, bảo vệ bề mặt kim loại và chống lại sự ăn mòn của môi trường.

Trạm biến áp kiểu Kios hay còn được gọi với các tên như: trạm biến áp hợp bộ, trạm kios hợp bộ, trạm biến thế Kios, trạm điện Kios, trạm biến áp hợp bộ kiểu kios

e) Trạm biến áp kiểu trụ thép

Trạm biến áp kiểu trụ thép hay còn gọi tên khác là trạm biến áp kiểu một trụ hay trạm biến áp hợp bộ kiểu đứng là trạm biến áp kiểu mới được thiết kế chế tạo và đưa vào sử dụng từ năm 2014 đến nay. Sau khi được đưa vào sử dụng thực tế loại trạm này đã nhanh chóng đem lại hiệu quả nhiều mặt và khắc phục được một số nhược điểm của một số trạm truyền thống góp phần làm phong phú thêm các loại trạm biến áp trong hệ thống phân phối năng lượng điện.

So với các kiểu trạm biến áp truyền thống như trạm biến áp treo, trạm biến áp trong nhà, trạm biến áp kiểu Kios, trạm biến áp xây bệt… trạm biến áp với trụ đỡ đơn thân kiểu mới chỉ chiếm một diện tích mặt bằng rất nhỏ, tính thẩm mỹ cao nên thích hợp lắp đặt cho khu đô thị hoặc những nơi chật hẹp. Cũng vì lý do này mà trạm biến áp  kiểu trụ thép thường được lắp đặt ngoài trời tại các nơi công cộng sở hữu không gian nhỏ hẹp, mật độ dân cư cao như công viên, vỉa hè, tàu điện, sây bay, bệnh viện, nhà cao tầng, trung tâm thương mại,… Ngoài ra, thiết bị còn được sử dụng trong các nhà máy sản xuất và các khu công nghiệp. Được biết, trạm biến áp kiểu trụ thép hiện đang được sử dụng rộng rãi trong mạng lưới truyền tải và phân phối điện năng từ 6kV tới 35kV với công suất máy biến áp lên đến 750kVA.

Trạm biến áp kiểu trụ thép là dạng trạm có máy biến áp được lắp đặt trên một trụ bằng cột bê tông ly tâm hoặc một trụ bằng thép với chiều cao thông thường là 3m. Trụ này có cấu tạo bằng thép có độ dày trên 5mm được mạ kẽm nhúng nóng, bao gồm bệ đỡ máy biến áp, thân trụ và chân đế trụ. Các bộ phận khác được chế tạo từ tôn tráng kẽm với độ dày 2mm và được phủ một lớp sơn cách điện. Bệ đỡ trụ được làm từ bê tông cốt thép được thiết kế xây dựng phù hợp vói nền đất nơi đặt trạm.

Máy biến áp  được lắp trên khung bệ đỡ ở phần đỉnh của trụ thép, máy biến áp được làm mát kiểu thông gió tự nhiên. Có chụp cực máy biến áp sơn tĩnh điện

Tủ trung áp RMU được đặt khoảng không gian phía trong của khung trụ đỡ máy biến áp. Tủ hạ áp được đặt khoảng không gian phía trong của khung trụ đỡ máy biến áp ở phần không gian bên dưới và phía sau tủ RMU.

Ngăn chống tổn thất được lắp đặt trong ngăn riêng phía trên của ngăn tủ trung áp và hạ áp. Cáp điện trung hạ thế được lắp gọn trong lòng trụ. Cáp trung áp cấp nguồn cho máy biến áp thường là cáp ngầm 24kV hoặc 35kv.

Trụ đỡ máy biến áp có 2 loại phổ biến là trụ đỡ máy biến áp có vành che và trụ đỡ máy biến áp không có vành che.

III. Công suất trạm biến áp

• Gồm các máy biến áp có cấp điện áp sơ/thứ cấp: 35/0.4kV, 35(22)/0.4KV, 22/0.4 KV, 15(22)/0.4kV, 10&6.3/0.4 KV
• Công suất biểu kiến Trạm biến áp phổ biến:  trạm biến áp công suất 100kva, trạm biến áp công suất 160kva, trạm biến áp công suất 180kva, trạm biến áp công suất 250kva, trạm biến áp công suất 320kva, trạm biến áp công suất 400kva, trạm biến áp công suất 500kva, trạm biến áp công suất 630kva, trạm biến áp công suất 750kva, trạm biến áp công suất 800kva, trạm biến áp công suất 1000kva, trạm biến áp công suất 1250kva, trạm biến áp công suất 1500kva, trạm biến áp công suất 1600kva, trạm biến áp công suất 1800kva, trạm biến áp công suất 2000kva, trạm biến áp công suất 2500kva

Các đơn vị cần quan tâm trên trạm: 

• S: Công suất biểu kiến được ghi trên trạm biến áp (KVA)
• P: Công suất tiêu thụ (KW)
• Q: Công suất phản kháng (KVAr)
• U: điện áp sơ cấp và thứ cấp của trạm (KV hoặc V).
• I: Dòng điện thứ cấp (A), Dòng điện sơ cấp thường rất ít được quan tâm.

IV. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN TRẠM BIẾN ÁP

1.   Xác định trung tâm phụ tải và vị trí đặt trạm

• Tính toán trung tâm phụ tải và lựa chịn vị trí đặt trạm biến áp sao cho trạm biến áp nằm trung tâm của phụ tải nhằm tiết kiệm dây dẫn, hạn chế sụt áp và tổn hao công suất của mạng điện.
• Cần đảm bảo tính mỹ quan công nghiệp, gần lưới điện lực và đảm bảo hành lang an toàn điện đường dây. Đảm bảo vị trí đặt trạm biến áp không làm ảnh hưởng tới quy hoạch xây dựng nhà xưởng và các công trình khác.

2.  Xác định số lượng biến áp (hộ loại 1, 2 và 3): 

• Hộ loại 1: Duy trì nguồn điện liên tục trên đường dây hạ áp từ trạm, Cần 2 Máy Biến Áp trở lên trên 1 trạm. Hộ loại 1 là loại ảnh hưởng đến sinh mạng con người hoặc an ninh quốc gia. Như bệnh viện, trạm xá hoặc các tòa nhà quốc hội, các bộ quốc phòng.v.v.
• Hộ loại 2: có ảnh hưởng về kinh tế, so sánh và chọn phương án một hay hai máy biến áp trên 1 trạm. VD: Nhà máy thép, nhà máy sản xuất kính .v.v.
• Hộ loại 3: Mất điện ít ảnh hưởng đến kinh tế. Nên có thể cắt điện để sửa chữa bảo dưỡng.

3.  Xác định công suất trạm biến áp: Là S hoặc P nếu cho biết nhu cầu sử dụng trạm

• Tính toán công suất trạm hiện tại và phát triển trong tương lai.
• Có nhiều cách tính toán công suất điện, 3 cách được dùng phổ biến nhất: Theo diện tích và nhu cầu sử dụng hoặc theo sản lượng hàng năm một sản phẩm trên một KW điện. Và theo công suất đặt và hệ số nhu cầu (liệt kê công suất từng thiết bị cụ thể).
• Hộ loại 1 dùng 2 Máy Biến Áp, trong đó mỗi máy có thể chịu quá tải bằng 1,4 lần Công suất của máy trong 6 giờ. Công suất quá tải 1,4 lần đó bằng Công suất tính toán của tòa nhà xí nghiệp.

4. Xác định chế độ vận hành kinh tế Trạm Biến áp: 

Đối với trạm từ 2 Máy biến áp trở lên.

• Vì quá trình tính toán thường dư công suất rất lớn so với tải thực, nên thời điểm tải nhỏ nhất có thể nhỏ hơn công suất của 1 Máy biến áp
• Vì vậy ta chỉ cần sử dụng 1 Máy biến áp cho toàn bộ tải để tránh tổn hao điện không cần thiết nếu dùng 2 máy