Hướng dẫn chọn máy biến áp cho công trình điện đúng cách

Chọn máy biến áp đúng cách là xác định đồng thời 7 yếu tố: công suất biểu kiến (kVA) theo phụ tải tính toán và dự phòng phát triển, cấp điện áp sơ cấp và thứ cấp, tổ đấu dây, điện áp ngắn mạch, mức tổn hao (hiệu suất năng lượng), kiểu máy (dầu hay khô) cùng phương thức làm mát, và điều kiện môi trường lắp đặt. Máy biến áp phải được thiết kế, thử nghiệm theo IEC 60076 (tương đương bộ TCVN 6306) và với máy biến áp phân phối tại Việt Nam, phải đáp ứng mức hiệu suất năng lượng tối thiểu theo TCVN 8525:2015.

Máy biến áp là thiết bị có vốn đầu tư lớn và thường vận hành liên tục nhiều chục năm. Vì vậy, việc chọn máy biến áp ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy cấp điện, chi phí điện năng tổn hao và an toàn của cả công trình.

Thực tế, nhiều sự cố và lãng phí không đến từ chất lượng chế tạo mà từ khâu lựa chọn ban đầu: chọn công suất quá lớn so với phụ tải, chọn sai cấp điện áp, bỏ qua sóng hài hoặc điều kiện môi trường. Bài viết này trình bày cách chọn máy biến áp theo trình tự kỹ thuật, dựa trên tiêu chuẩn IEC, TCVN và kinh nghiệm tư vấn của kỹ sư THIBIDI.

Tại sao cần chọn đúng máy biến áp?

Một máy biến áp được chọn đúng sẽ vận hành ở vùng hiệu suất cao, nhiệt độ cuộn dây nằm trong giới hạn thiết kế và đáp ứng được phụ tải tăng trưởng trong nhiều năm. Ngược lại, lựa chọn sai thường dẫn đến một trong các hệ quả sau:

• Máy quá nhỏ so với phụ tải: máy thường xuyên quá tải, nhiệt độ điểm nóng tăng cao làm cách điện giấy và dầu lão hóa nhanh, rút ngắn tuổi thọ. Theo hướng dẫn tải IEC 60076-7, tốc độ lão hóa của cách điện giấy tăng theo hàm mũ khi nhiệt độ điểm nóng tăng.
• Máy quá lớn so với phụ tải: vốn đầu tư ban đầu cao, trong khi tổn hao không tải tồn tại suốt 24 giờ mỗi ngày dù phụ tải thấp, làm tăng chi phí điện năng tổn thất.
• Sai cấp điện áp hoặc tổ đấu dây: không đấu nối được vào lưới, không vận hành song song được với máy hiện hữu, hoặc phát sinh dòng cân bằng và quá nhiệt.
• Bỏ qua môi trường và sóng hài: máy có thể bị suy giảm công suất khả dụng, phát nóng cục bộ hoặc ăn mòn vỏ sớm.

Do đó, chọn máy biến áp không chỉ là chọn một con số kVA mà là bài toán kỹ thuật và kinh tế trên toàn vòng đời thiết bị.

Vai trò và nhiệm vụ của máy biến áp là gì?

Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi điện áp xoay chiều từ cấp này sang cấp khác mà không thay đổi tần số. Máy biến áp không tạo ra điện năng; nó truyền tải công suất từ phía sơ cấp sang phía thứ cấp với một phần nhỏ tổn hao trong lõi thép và cuộn dây.

Trong hệ thống điện, máy biến áp đảm nhận các nhiệm vụ chính:

• Tăng điện áp tại nhà máy điện để truyền tải đi xa với dòng điện nhỏ, giảm tổn thất trên đường dây.
• Hạ điện áp tại các trạm trung gian và trạm phân phối xuống cấp điện áp sử dụng, phổ biến là 0,4 kV cho phụ tải hạ áp.
• Cách ly về điện giữa các cấp điện áp, tạo điều kiện bố trí hệ thống nối đất và bảo vệ phù hợp cho từng phía.
• Cung cấp nguồn cho các ứng dụng chuyên biệt như biến tần, chỉnh lưu, lò điện, năng lượng tái tạo.

Phân loại máy biến áp

Hiểu cách phân loại giúp thu hẹp phạm vi lựa chọn ngay từ đầu. Các cách phân loại phổ biến gồm:

Những quy tắc cần biết khi chọn máy biến áp

Quy tắc 1: Chọn theo kVA, không chọn theo kW

Công suất định mức của máy biến áp được ghi bằng công suất biểu kiến (kVA) vì tổn hao và phát nóng phụ thuộc vào dòng điện và điện áp, không phụ thuộc hệ số công suất của tải. Khi đã có phụ tải tác dụng P (kW) và hệ số công suất cos φ, công suất biểu kiến được tính gần đúng bằng S = P / cos φ.

>> Xem thêm: kVA và kW khác nhau thế nào?

Quy tắc 2: Không cộng cơ học công suất ghi trên nhãn thiết bị

Phụ tải tính toán cần xét hệ số sử dụng, hệ số đồng thời và đồ thị phụ tải thực tế. Cộng toàn bộ công suất định mức của các thiết bị sẽ cho kết quả lớn hơn nhu cầu thực, dẫn đến chọn máy quá lớn.

Quy tắc 3: Tôn trọng điều kiện vận hành tiêu chuẩn

IEC 60076-1 quy định điều kiện vận hành bình thường, trong đó có độ cao lắp đặt không vượt quá 1.000 m và nhiệt độ không khí làm mát không vượt quá 40°C, nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất không vượt quá 30°C và trung bình năm không vượt quá 20°C. Khi công trình vượt các giới hạn này, máy phải được thiết kế riêng hoặc giảm công suất khả dụng. Đây là điểm đặc biệt cần lưu ý với khí hậu nhiệt đới của Việt Nam.

Quy tắc 4: Đánh giá theo tổng chi phí sở hữu

Giá mua chỉ là một phần chi phí. Tổn hao không tải và tổn hao có tải sẽ phát sinh liên tục trong suốt vòng đời. Theo lý thuyết máy biến áp, hiệu suất đạt cực đại khi tổn hao có tải bằng tổn hao không tải, tương ứng hệ số tải bằng căn bậc hai của tỷ số tổn hao không tải trên tổn hao có tải định mức. Vì vậy, nên chọn máy có đặc tính tổn hao phù hợp với mức mang tải thường xuyên của công trình.

Quy tắc 5: Tuân thủ tiêu chuẩn và yêu cầu đấu nối

Máy biến áp cần được thiết kế, chế tạo và thử nghiệm theo bộ tiêu chuẩn IEC 60076 (tại Việt Nam được chấp nhận thành bộ TCVN 6306). Với máy biến áp phân phối, TCVN 8525:2015 quy định mức hiệu suất năng lượng tối thiểu và được áp dụng bắt buộc theo Quyết định 24/2018/QĐ-TTg. Ngoài ra, thông số máy phải phù hợp yêu cầu kỹ thuật của đơn vị điện lực nơi đấu nối.

Các bước chọn máy biến áp phù hợp

Bước 1: Xác định phụ tải tính toán

Lập danh sách phụ tải theo nhóm (chiếu sáng, điều hòa, động cơ, thiết bị công nghệ), xác định công suất đặt, hệ số sử dụng, hệ số đồng thời và hệ số công suất. Với nhà máy, nên dùng đồ thị phụ tải ngày điển hình. Lưu ý dòng khởi động của động cơ lớn có thể gây sụt áp đáng kể dù không làm máy quá tải về nhiệt.

Bước 2: Cộng thêm dự phòng phát triển và chọn công suất tiêu chuẩn

Dự báo mức tăng phụ tải trong vòng đời dự kiến của công trình, sau đó chọn công suất tiêu chuẩn gần nhất phía trên. Các gam công suất máy biến áp phân phối 3 pha thường gặp gồm 160, 250, 400, 630, 1.000, 1.250, 1.600, 2.000, 2.500 kVA. Nếu phụ tải quan trọng cần dự phòng, cân nhắc phương án hai máy vận hành song song hoặc dự phòng lẫn nhau thay vì một máy công suất lớn.

Bước 3: Chọn cấp điện áp và nấc điều chỉnh

Điện áp sơ cấp phải đúng với cấp điện áp lưới trung áp tại vị trí đấu nối, phổ biến là 22 kV; một số khu vực vẫn dùng 35 kV, 15 kV, 10 kV hoặc 6 kV. Điện áp thứ cấp phổ biến là 0,4 kV. Bộ điều chỉnh điện áp không tải với các nấc, ví dụ ±2×2,5%, giúp bù trừ sai lệch điện áp lưới. Khi lưới có kế hoạch nâng cấp điện áp, có thể cân nhắc máy hai cấp điện áp sơ cấp.

Bước 4: Chọn tổ đấu dây và điện áp ngắn mạch

Với máy biến áp phân phối 3 pha cấp cho phụ tải hạ áp, tổ đấu dây Dyn11 được dùng phổ biến vì cuộn tam giác phía sơ cấp hạn chế sóng hài bội ba lan ngược lên lưới và trung tính phía hạ áp được đưa ra ngoài để cấp điện 3 pha 4 dây. Điện áp ngắn mạch (Uk%) ảnh hưởng đến dòng ngắn mạch phía hạ áp, độ sụt áp khi mang tải và khả năng vận hành song song. Muốn vận hành song song, các máy phải cùng tổ đấu dây, cùng tỷ số biến và có Uk% gần bằng nhau.

Bước 5: Chọn kiểu máy và phương thức làm mát

Chọn máy biến áp dầu khi lắp ngoài trời, trạm riêng, có không gian bố trí hố thu dầu và khoảng cách phòng cháy. Chọn máy biến áp khô khi lắp trong nhà, tầng hầm, gần phụ tải, tại bệnh viện, trung tâm thương mại, trung tâm dữ liệu hoặc nơi yêu cầu cao về phòng cháy. Không có loại nào tốt hơn tuyệt đối; lựa chọn phụ thuộc vị trí lắp đặt, yêu cầu an toàn và tổng chi phí sở hữu.

Bước 6: Kiểm tra đặc tính phụ tải và môi trường

• Phụ tải phi tuyến (biến tần, UPS, chỉnh lưu, đèn LED công suất lớn) sinh sóng hài làm tăng tổn hao phụ và phát nóng. Khi tỷ lệ phụ tải phi tuyến lớn, cần thông báo cho nhà sản xuất để tính toán thiết kế phù hợp; IEEE C57.110 là tài liệu tham khảo về khả năng của máy biến áp khi cấp cho dòng điện không sin.
• Khu vực ven biển, khu công nghiệp hóa chất cần lớp sơn bảo vệ theo cấp ăn mòn phù hợp; máy khô cần cấp môi trường phù hợp theo IEC 60076-11.
• Độ cao trên 1.000 m hoặc nhiệt độ môi trường cao hơn điều kiện tiêu chuẩn cần được tính đến trong thiết kế.

Bước 7: Kiểm tra hồ sơ kỹ thuật và thử nghiệm

Yêu cầu nhà cung cấp cam kết tổn hao không tải, tổn hao có tải, dòng điện không tải, điện áp ngắn mạch và dung sai cho phép trong hợp đồng. Đối chiếu biên bản thử nghiệm thường xuyên của từng máy và biên bản thử nghiệm điển hình đúng model, đúng công suất. Nếu có điều kiện, nên chứng kiến thử nghiệm xuất xưởng tại nhà máy.

Nên chọn mua máy biến áp chất lượng ở đâu uy tín?

Một nhà sản xuất uy tín cần chứng minh được bằng hồ sơ: biên bản thử nghiệm độc lập, năng lực phòng thử nghiệm, hệ thống quản lý chất lượng, danh sách dự án và dịch vụ sau bán hàng. Chủ đầu tư nên ưu tiên đơn vị sản xuất cả máy biến áp dầu và máy biến áp khô để nhận được tư vấn khách quan, thay vì chỉ được giới thiệu loại máy mà nhà cung cấp có sẵn.

THIBIDI (Công ty Cổ phần Thiết bị điện, đơn vị thành viên Tập đoàn GELEX) có gần 50 năm nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy biến áp tại Việt Nam. Theo kết quả khảo sát thị trường toàn quốc năm 2022, THIBIDI được xác nhận giữ vị trí số 1 Việt Nam về thị phần máy biến áp phân phối.

THIBIDI sản xuất cả máy biến áp dầu và máy biến áp khô; dòng máy biến áp khô đạt chứng nhận ASTA do Intertek (Vương quốc Anh) cấp với các cấp C2, E4, F1. Kỹ sư THIBIDI đồng hành cùng khách hàng từ khâu tính toán lựa chọn, sản xuất, thử nghiệm đến hướng dẫn vận hành, bảo hành và bảo trì.

>> Xem thêm: Nhà sản xuất máy biến áp nào uy tín nhất Việt Nam?

Câu hỏi thường gặp về chọn máy biến áp

1. Chọn công suất máy biến áp dư bao nhiêu là hợp lý?

Không có một tỷ lệ cố định cho mọi công trình. Mức dự phòng phụ thuộc vào dự báo tăng trưởng phụ tải, yêu cầu dự phòng nguồn và đặc tính tổn hao của máy. Chọn quá dư làm tăng vốn đầu tư và tổn hao không tải; chọn quá sát làm máy thường xuyên quá tải. Nên tính toán theo đồ thị phụ tải và tổng chi phí sở hữu.

2. Nên chọn một máy lớn hay hai máy nhỏ?

Hai máy giúp tăng độ tin cậy, cho phép bảo trì luân phiên và cắt bớt một máy khi phụ tải thấp để giảm tổn hao không tải. Một máy lớn có vốn đầu tư và diện tích thấp hơn. Phụ tải quan trọng thường ưu tiên phương án hai máy.

3. Máy biến áp phân phối có bắt buộc đáp ứng hiệu suất năng lượng tối thiểu không?

Có. Tại Việt Nam, máy biến áp phân phối thuộc danh mục phương tiện, thiết bị phải đáp ứng mức hiệu suất năng lượng tối thiểu theo TCVN 8525:2015, áp dụng theo Quyết định 24/2018/QĐ-TTg.

4. Vì sao máy biến áp phân phối thường dùng tổ đấu dây Dyn11?

Cuộn tam giác phía sơ cấp tạo mạch vòng cho dòng điện hài bội ba, hạn chế ảnh hưởng ngược lên lưới trung áp; cuộn sao có trung tính phía hạ áp cho phép cấp điện 3 pha 4 dây cho phụ tải 1 pha và 3 pha.

5. Cần cung cấp thông tin gì để nhà sản xuất tư vấn chọn máy biến áp?

Cần cung cấp phụ tải dự kiến và đặc tính phụ tải, cấp điện áp lưới tại điểm đấu nối, vị trí lắp đặt trong nhà hay ngoài trời, điều kiện môi trường, yêu cầu vận hành song song, yêu cầu phòng cháy và các tiêu chuẩn kỹ thuật của dự án.

Kết luận

Chọn máy biến áp đúng cách là đi từ phụ tải thực tế đến thông số kỹ thuật, rồi kiểm chứng bằng tiêu chuẩn và hồ sơ thử nghiệm. Khi công suất, cấp điện áp, tổ đấu dây, tổn hao, kiểu máy và điều kiện môi trường được xác định đồng bộ, máy biến áp sẽ vận hành an toàn, hiệu quả trong suốt vòng đời. Với gần 50 năm kinh nghiệm và đội ngũ kỹ sư am hiểu cả máy biến áp dầu và khô, THIBIDI sẵn sàng đồng hành cùng chủ đầu tư bằng giá trị cốt lõi UY TÍN, CHẤT LƯỢNG, SÁNG TẠO.

Liên hệ THIBIDI để nhận hồ sơ năng lực và tư vấn giải pháp máy biến áp cho dự án của bạn.

Hotline Kinh doanh: +84856 261 261

Hotline Xuất khẩu: +84919.153.347

Nguồn tham khảo

• IEC 60076-1:2011, Power transformers, Part 1: General: https://webstore.iec.ch/en/publication/588
• IEC 60076-7:2018, Loading guide for mineral-oil-immersed power transformers: https://webstore.iec.ch/en/publication/34351
• IEC 60076-11:2018, Dry-type transformers: https://webstore.iec.ch/en/publication/29711
• Schneider Electric, Electrical Installation Guide: Choice and use of MV equipment and MV/LV transformer: https://www.electrical-installation.org/enwiki/Choice_and_use_of_MV_equipment_and_MV/LV_transformer
• IEA, MEPS for distribution transformer: TCVN 8525:2015 (applied by 24/2018/QD-TTg): https://www.iea.org/policies/8746-meps-for-distribution-transformer-tcvn-8525-2015-applied-by-242018qd-ttg
• Commission Regulation (EU) No 548/2014 on ecodesign requirements for power transformers: https://eur-lex.europa.eu/eli/reg/2014/548/oj/eng
• TCVN 6306-1:2015 (IEC 60076-1:2011), Máy biến áp điện lực, Phần 1: Quy định chung: https://hethongphapluat.com/tieu-chuan-quoc-gia-tcvn-6306-1-2015-iec-60076-1-2011-ve-may-bien-ap-dien-luc-phan-1-qui-dinh-chung.html