Làm mát máy biến áp và các phương pháp làm mát

Không có máy biến áp nào thực sự là ''máy biến áp lý tưởng'', mỗi máy sẽ phải chịu một số tổn thất, hầu hết được chuyển thành nhiệt. Nếu lượng nhiệt này không được tản ra đúng cách, nhiệt độ dư thừa trong máy biến áp có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng như hỏng cách điện. Rõ ràng là máy biến áp cần có hệ thống làm mát. 

 

Về cơ bản, có hai loại máy biến áp, một là máy biến áp loại khô và máy biến áp ngâm trong dầu. Mỗi loại có các phương pháp làm mát khác nhau.

Theo TCVN 6306-2:2006 (IEC 60076-2:1993), các ký hiệu phân biệt phương pháp có ý nghĩa như sau:

Chữ cái thứ nhất: Môi chất làm mát bên trong tiếp xúc với cuộn dây:

• O: dầu khoáng hoặc chất lỏng cách điện tổng hợp có điểm cháy* ≤ 300 ^oC;
• K: chất lỏng cách điện có điểm cháy* > 300 ^oC;
• L: chất lỏng cách điện có điểm cháy không đo được.

Chữ cái thứ hai: Cơ cấu tuần hoàn đối với môi chất làm mát bên trong:

• N: dòng xi phông nhiệt tự nhiên qua thiết bị làm mát rồi đi vào các cuộn dây;
• F: tuần hoàn cưỡng bức qua thiết bị làm mát, dòng xi phông nhiệt trong cuộn dây;
• D: tuần hoàn cưỡng bức qua thiết bị làm mát, hướng trực tiếp từ thiết bị làm mát đến ít nhất là cuộn dây chính.

Chữ cái thứ ba: Môi chất làm mát bên ngoài:

• A: không khí:
• W: nước;

Chữ cái thứ 4: Cơ cấu tuần hoàn đối với môi chất làm mát bên ngoài:

• N: đối lưu tự nhiên;
• F: tuần hoàn cưỡng bức (quạt, bơm).

Phương pháp làm mát cho máy biến áp loại khô

1. AN (Air Natural) - Làm mát bằng không khí tự nhiên

Sự lưu thông của không khí tự nhiên được sử dụng trong phương pháp này. Bằng quá trình đối lưu tự nhiên, không khí nóng được thay thế bằng không khí lạnh. Phương pháp này còn được gọi là phương pháp tự làm lạnh.
Phương pháp này được sử dụng để làm mát máy biến áp đầu ra nhỏ hơn đến 1,5 MVA.

2. Air Forced (AF) hay Air Blast 

Đối với máy biến áp có định mức lớn hơn 3 MVA, việc làm mát bằng phương pháp không khí tự nhiên là không phù hợp. Trong phương pháp này, nhiệt lượng sinh ra được làm mát bằng phương pháp luân chuyển không khí cưỡng bức. Không khí được ép lên lõi và các cuộn dây với sự trợ giúp của quạt hoặc máy thổi. Nguồn cung cấp không khí phải được lọc để ngăn chặn sự tích tụ của các hạt bụi trong ống thông gió. 
Phương pháp này có thể được sử dụng cho máy biến áp lên đến 15 MVA.

 

Phương pháp làm mát cho máy biến áp kiểu ngâm trong dầu

1. ONAN (Oil Natural Air Natural) - Làm mát bằng dầu khoáng và không khí tự nhiên

Quá trình đối lưu tự nhiên được sử dụng cho kiểu làm mát này. Khi lõi và các cuộn dây nóng lên, nhiệt độ của dầu trong máy biến áp tăng lên. Dầu được đốt nóng chảy theo hướng lên trên rồi đi vào bộ tản nhiệt. Dầu nóng này tản nhiệt trong không khí bằng quá trình đối lưu và dẫn nhiệt tự nhiên, dầu được làm mát bằng sự lưu thông của không khí tự nhiên và đi qua bộ tản nhiệt một lần nữa để sử dụng máy biến áp.

Phương pháp này có thể được sử dụng cho máy biến áp tối đa khoảng 30 MVA.

2. ONAF (Oil Natural Air Forced) - Làm mát bằng dầu khoáng và không khí cưỡng bức (sử dụng quạt tản nhiệt)

Trong phương pháp này, không khí được lưu thông tự nhiên để làm mát thông qua quá trình đối lưu tản nhiệt. Áp suất của không khí cưỡng bức được sử dụng để làm mát máy biến áp. Việc làm mát dầu sẽ nhanh hơn nếu cuối cùng tăng diện tích bể chứa của máy biến áp, dẫn đến tăng mức độ tản nhiệt. Khi quạt được lắp đặt, một tốc độ cao của không khí được tác dụng một cách mạnh mẽ vào bộ tản nhiệt và sẽ giúp làm mát dầu nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Phương pháp OANF được sử dụng để làm mát máy biến áp có định mức lên đến 60 MVA.

3. OFAF (Oil Forced Air Forced) - Làm mát bằng dầu khoáng cưỡng bức và không khí cưỡng bức

Trong phương pháp này, dầu được lưu thông với sự trợ giúp của một máy bơm. Việc tuần hoàn dầu bị cưỡng bức qua các bộ trao đổi nhiệt. Sau đó, khí nén buộc phải chảy trên bộ trao đổi nhiệt với sự hỗ trợ của quạt. Các bộ trao đổi nhiệt có thể được lắp riêng biệt với thùng máy biến áp và được kết nối thông qua các đường ống ở phía trên và phía dưới như thể hiện trong hình.

Loại làm mát này được cung cấp cho các máy biến áp có định mức cao hơn tại các trạm biến áp hoặc trạm điện.

4. OFWF (Oil Forced Water Forced) - Sử dụng dầu khoáng làm mát bên trong thùng máy theo chế độ cưỡng bức và sử dụng nước làm mát bên ngoài cũng theo chế độ cưỡng bức

Phương pháp này tương tự như phương pháp OFAF, nhưng ở đây dòng nước cưỡng bức được sử dụng để tản âm từ các bộ trao đổi nhiệt. Dầu buộc phải chảy qua bộ trao đổi nhiệt với sự trợ giúp của một máy bơm, nơi nhiệt lượng được tản ra trong nước cũng bị cưỡng bức chảy ra ngoài. Nước nóng được đưa đi làm mát trong các tủ làm mát riêng biệt.

Phương pháp này phù hợp với công suất lớn của máy biến áp có định mức vài trăm MVA hoặc nơi lắp đặt các dãy máy biến áp. Chủ yếu kiểu làm mát này được thực hiện cho máy biến áp được lắp đặt tại nhà máy thủy điện.