[Bài 3] Cấu tạo máy biến áp ngâm dầu – Hiểu từ trong ra ngoài

Máy biến áp ngâm dầu có cấu tạo ra sao? Bài viết này giúp bạn hiểu rõ từ lõi thép, cuộn dây, dầu cách điện đến các thiết bị phụ – trình bày đơn giản và dễ hiểu.

🧱 Cấu tạo tổng thể của máy biến áp ngâm dầu

Máy biến áp ngâm dầu gồm 3 phần chính:

1. Ruột máy (Active part)
   Là phần quan trọng nhất, gồm:
   • Lõi thép (Core): dẫn từ thông
   • Cuộn dây (Winding): gồm cuộn sơ cấp và thứ cấp
   • Cách điện (Insulation): giấy cách điện, tấm ép, dầu…
2. Thùng máy (Tank)
   Là lớp vỏ bảo vệ và tản nhiệt, gồm:
   • Thùng dầu chính: chứa ruột máy và dầu cách điện
   • Cánh tản nhiệt / két làm mát: giúp dầu tản nhiệt ra môi trường ngoài
   • Cửa, mắt thăm dầu, nắp máy, chân đế…
3. Thiết bị phụ trợ
   Gắn vào thùng máy để phục vụ vận hành và bảo vệ, gồm:
   • Bình dầu phụ (Conservator tank)
   • Ống thở + silica gel
   • Rơ-le Buchholz (với máy lớn)
   • Đồng hồ nhiệt độ, áp suất, van xả dầu/khí…

Ba phần này kết hợp tạo nên một hệ thống hoàn chỉnh: dẫn từ – truyền điện – làm mát – bảo vệ – vận hành.

Dưới đây là chi tiết từng bộ phận, chức năng và nguyên lý hoạt động:

🔩 1. Lõi thép (Core)

• Chức năng: dẫn từ thông giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp
• Vị trí: nằm ở trung tâm máy, là phần trụ chính để cuộn dây quấn quanh
• Số lượng: gồm 3 trụ đứng chính cho máy 3 pha (trụ trung tâm và hai trụ bên)
• Hình dáng:
  • Hình trụ (core-type): phổ biến nhất
  • Dạng EI (cho máy nhỏ hoặc máy 1 pha)
• Cấu tạo:
  • Gồm các lá thép kỹ thuật điện mỏng, thường có hình chữ nhật hoặc hình chữ E – I
  • Các lá thép này được ghép lại xen kẽ, so le nhau theo từng lớp để tạo thành trụ từ chắc chắn
  • Mỗi lá được phủ sơn cách điện nhằm giảm tổn hao do dòng xoáy (eddy current)
  • Việc ghép mỏng từng lớp giúp giảm tổn hao lõi và tăng hiệu suất từ thông
• Nguyên lý: khi dòng điện chạy trong cuộn sơ cấp, từ trường biến thiên tạo ra sẽ chạy qua lõi thép và cảm ứng điện áp vào cuộn thứ cấp

🔄 2. Dây quấn (Cuộn dây)

• Chức năng: tạo ra từ trường (cuộn sơ cấp) và nhận năng lượng cảm ứng (cuộn thứ cấp)
• Vị trí: cuộn quanh các trụ của lõi thép, nằm bên trong thùng dầu
• Số lượng: 2 cuộn chính – sơ cấp và thứ cấp (một số máy có thêm cuộn thứ cấp phụ)
• Chất liệu:
  • Đồng: dẫn điện tốt, hiệu suất cao, thường dùng cho máy công suất lớn
  • Nhôm: nhẹ, rẻ hơn, thường dùng cho máy dân dụng nhỏ
• Cách quấn trên lõi thép:
  • Cả hai cuộn được quấn đồng tâm quanh cùng một trụ thép (mỗi pha có một trụ)
  • Cuộn thứ cấp thường nằm bên trong, sát lõi thép
  • Cuộn sơ cấp quấn chồng bên ngoài cuộn thứ cấp
  • Lý do sắp xếp:
    • Cuộn sơ cấp thường mang điện áp cao ⇒ cần cách ly tốt hơn với lõi thép ⇒ đặt xa lõi hơn
    • Cuộn thứ cấp (áp thấp hơn) nên đặt gần lõi để nhận từ thông mạnh nhất
    • Giúp tiết kiệm không gian và vật liệu cách điện
• Các kiểu quấn phổ biến:
  1. Quấn xoắn lớp (Layer winding): cuộn dây quấn thành từng lớp xếp chồng, phổ biến cho điện áp thấp
  2. Quấn đĩa (Disc winding): dây quấn thành từng đĩa, có khe hở thông dầu tốt, dùng cho máy công suất lớn
  3. Quấn liên tục (Helical winding): quấn dây theo hình xoắn ốc liên tục, phù hợp với dòng điện lớn, ít khe nối
• Cách điện giữa các lớp: bằng giấy dầu, vải thuỷ tinh tẩm keo hoặc màng cách điện chuyên dụng
• Nguyên lý hoạt động:
  • Khi cấp điện xoay chiều vào cuộn sơ cấp, dòng điện tạo ra từ thông biến thiên chạy qua lõi thép
  • Từ thông này cảm ứng điện áp sang cuộn thứ cấp → sinh ra dòng điện đầu ra

🛢 3. Dầu cách điện

• Chức năng:
  • Cách điện giữa các bộ phận mang điện trong máy
  • Làm mát lõi thép và dây quấn nhờ tuần hoàn nhiệt
  • Ngăn chặn hồ quang điện và hạn chế sự phá huỷ cách điện do phóng điện cục bộ
• Vị trí: bao phủ toàn bộ lõi và cuộn dây trong thùng dầu
• Loại dầu thường dùng:
  • Dầu khoáng: phổ biến, giá thành thấp, dễ thay thế
  • Dầu ester (sinh học): không độc hại, ít cháy, phù hợp trong nhà – giá cao hơn
• Đặc tính quan trọng:
  • Có độ cách điện cao (đo bằng BDV – breakdown voltage)
  • Ít ẩm, không bị oxi hoá, ổn định nhiệt
• Kiểm tra định kỳ:
  • Lấy mẫu dầu để đo BDV, độ ẩm, màu sắc
  • Lọc hoặc thay dầu khi nhiễm ẩm hoặc giảm chất lượng
• Nguyên lý hoạt động:
  • Khi máy chạy, lõi và dây quấn phát sinh nhiệt
  • Dầu hấp thụ nhiệt, nổi lên trên, truyền nhiệt ra thành thùng
  • Sau khi được làm mát, dầu hạ xuống và tiếp tục chu trình tuần hoàn tự nhiên (ONAN)

🧊 4. Vỏ máy (Thùng dầu)

• Chức năng:
  • Bảo vệ ruột máy (lõi + dây + dầu)
  • Chịu lực, chống va đập và thời tiết
  • Là nơi chứa dầu và thiết bị phụ trợ
• Vật liệu: thép tấm, hàn kín, phủ sơn tĩnh điện chống gỉ sét hoặc mạ kẽm nhúng nóng
• Thiết kế:
  • Hình hộp đứng, có nắp tháo được
  • Có cánh tản nhiệt hoặc két tản nhiệt giúp tăng bề mặt tiếp xúc với không khí bên ngoài
  • Một số loại có ống thở, bình dầu phụ, mắt thăm dầu, cửa kiểm tra
• Vai trò trong tản nhiệt:
  • Dầu nóng từ cuộn dây nổi lên và truyền nhiệt ra vỏ
  • Vỏ máy tiếp xúc với không khí giúp dầu hạ nhiệt
  • Quá trình này không cần bơm hay quạt (tản nhiệt tự nhiên)
• Vị trí lắp đặt:
  • Trên nền bê tông hoặc giá đỡ cách mặt đất
  • Đảm bảo khoảng cách an toàn và thông gió tốt xung quanh

⚙️ 5. Thiết bị phụ trợ và phụ kiện kèm theo

Máy biến áp ngâm dầu ngoài phần ruột máy còn đi kèm nhiều thiết bị phụ trợ giúp vận hành an toàn, ổn định và dễ bảo trì.

🔌 Nguyên lý làm mát – tuần hoàn nhiệt trong MBA ngâm dầu

Máy biến áp ngâm dầu thường làm mát theo chế độ ONAN (Oil Natural – Air Natural): hoàn toàn tự nhiên, không cần bơm hay quạt.

🔁 Chu trình làm mát như sau:

1. Khi máy vận hành, cuộn dây và lõi thép sinh ra nhiệt
2. Dầu xung quanh phần sinh nhiệt sẽ nóng lên và nổi lên phía trên nhờ hiện tượng đối lưu
3. Dầu nóng di chuyển vào các cánh tản nhiệt hoặc két tản nhiệt ở thành thùng máy
4. Tại đây, dầu truyền nhiệt qua vách thép và được làm mát bởi không khí bên ngoài
5. Sau khi nguội đi, dầu nặng hơn sẽ chảy xuống đáy thùng và trở lại làm mát cuộn dây
6. Chu trình tiếp tục lặp lại tự động trong suốt quá trình vận hành

🌡 Ưu điểm:

• Không tiêu hao năng lượng phụ (không dùng bơm, quạt)
• Đơn giản – hiệu quả – ít bảo trì

⚠️ Lưu ý:

• Nếu MBA hoạt động trong vùng nhiệt độ cao hoặc công suất lớn, cần dùng hệ thống làm mát cưỡng bức: ONAF (quạt gió) hoặc OFAF (dầu tuần hoàn bằng bơm + quạt).

📌 Vì sao nên hiểu rõ cấu tạo máy biến áp?

Khi nắm rõ cấu tạo và chức năng từng bộ phận, người vận hành sẽ: – Dễ phát hiện sự cố sớm – Bảo trì đúng điểm – đúng lúc – Tăng độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị

✍️ Bài viết thực hiện bởi Kiến Hải

Đơn vị chuyên cung cấp – lắp đặt – bảo trì máy biến áp và trạm điện trung thế toàn quốc.

📘 Bài viết tiếp theo: Thông số định mức trên nhãn máy biến áp – Cách đọc và hiểu

Trong bài kế tiếp, Kiến Hải sẽ giải thích rõ từng thông số như điện áp, công suất, tổ nối dây, điện áp ngắn mạch… trên nhãn máy biến áp – giúp anh/chị đọc hiểu chính xác và áp dụng đúng cho công trình.