Chức năng của lõi trong máy biến áp ngâm dầu là gì?

Trong hệ thống điện, máy biến áp ngâm dầu là thiết bị điện quan trọng được sử dụng để thực hiện chuyển đổi năng lượng giữa các cấp điện áp khác nhau. Trong cấu trúc bên trong của máy biến áp, lõi sắt là một trong những thành phần cốt lõi quyết định hiệu suất, hiệu suất và độ ổn định của máy biến áp.

1. Chức năng cơ bản của lõi sắt
Chức năng chính của rách máy biến áp ngâm dầu là để truyền công suất giữa cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp thông qua nguyên lý cảm ứng điện từ. Lõi sắt là phương tiện quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng này.

1. Cung cấp đường dẫn từ thông
Chức năng chính của lõi sắt là cung cấp kênh điện trở từ thấp cho từ thông của máy biến áp. Khi dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp, một từ trường xoay chiều được tạo ra và những từ thông này chạy qua lõi sắt và tạo ra điện áp trong cuộn thứ cấp. Sự tồn tại của lõi sắt giúp tăng cường đáng kể hiệu quả ghép từ.

2. Giảm tổn thất năng lượng
So với không khí, độ thấm từ của vật liệu lõi sắt (chẳng hạn như tấm thép silic cán nguội) cao hơn nhiều, có thể tập trung từ thông một cách hiệu quả và giảm hiện tượng rò rỉ từ tính, từ đó giảm đáng kể tổn thất năng lượng và nâng cao hiệu suất của máy biến áp.

3. Hỗ trợ ổn định kết cấu
Lõi sắt không chỉ là đường dẫn từ thông mà còn là cơ cấu đỡ cơ học cho toàn bộ cuộn dây. Nó có thể chịu được lực điện từ trong thời gian ngắn mạch và duy trì sự ổn định của cấu trúc bên trong máy biến áp.

2. Chất liệu và cấu tạo của lõi sắt

1. Lựa chọn vật liệu
Lõi sắt thường được làm bằng **tấm thép silic định hướng cán nguội (CRGO)** có tính thấm từ cao và tổn thất thấp. Thép silicon chứa 2% đến 3% silicon, có thể làm tăng đáng kể tính thấm từ và giảm tổn thất dòng điện xoáy.

2. Cấu trúc cán màng (Lamination)
Để giảm tổn thất dòng điện xoáy (Eddy Current Loss), lõi sắt không phải là một khối nguyên khối mà được cấu tạo từ các lớp tấm mỏng được ngăn cách nhau bằng sơn cách điện. Độ dày thông thường là 0,23mm hoặc 0,27mm.

3. Hình thức kết cấu
Các dạng lõi sắt phổ biến của máy biến áp ngâm dầu là:

Kết cấu lõi (Core Type): Cuộn dây quấn quanh lõi sắt;

Cấu trúc vỏ (Shell Type): Lõi sắt bao quanh cuộn dây;

Cấu trúc ba cột ba pha: thường được sử dụng trong máy biến áp ba pha để giảm tiêu hao vật liệu và tiêu thụ năng lượng.

3. Đặc tính điện từ của lõi sắt và hiệu suất máy biến áp
Chất lượng lõi sắt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của máy biến áp, đặc biệt ở các khía cạnh sau:

1. Mất lõi
Nó bao gồm tổn thất trễ và tổn thất dòng điện xoáy, là những nguồn tổn thất chính khi máy biến áp không tải. Tấm thép silicon chất lượng cao có thể làm giảm đáng kể phần tổn thất này.

2. Bài toán bão hòa từ thông
Lõi sắt có giới hạn mang từ thông nhất định. Khi vượt quá giới hạn này (tức là bão hòa từ), điện áp cảm ứng sẽ không còn thay đổi tuyến tính nữa và sẽ gây ra hiện tượng tăng nhiệt và mất điện. Do đó, nên cân nhắc mật độ từ thông hợp lý (thường được kiểm soát ở mức 1,5 ~ 1,7 T) trong quá trình thiết kế.

3. Kiểm soát rò rỉ từ tính
Từ thông rò rỉ sẽ dẫn đến giảm hiệu suất cảm ứng, quá nhiệt cục bộ và thậm chí gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh. Tối ưu hóa hình dạng của lõi sắt và cách sắp xếp các cuộn dây có thể giúp giảm tác động của từ thông rò rỉ.

4. Phối hợp làm việc lõi sắt và hệ thống làm mát ngâm dầu
Trong máy biến áp ngâm dầu, dầu máy biến áp vừa có vai trò cách điện, vừa có tác dụng làm mát các bộ phận sinh nhiệt. Lõi sắt sẽ sinh ra nhiều nhiệt do từ thông thay đổi thường xuyên nên cần có dầu biến thế để lấy nhiệt đi.

Dầu chảy qua khe hở của lõi, lấy đi nhiệt một cách hiệu quả;

Nâng cao hiệu quả làm mát thông qua hệ thống tuần hoàn dầu cưỡng bức;

Đảm bảo tiếp xúc và cách nhiệt hoàn toàn giữa lõi và vật liệu cách nhiệt bằng dầu.

5. Công nghệ chủ chốt trong sản xuất cốt lõi

1. Công nghệ cắt và xếp chồng
Các phần lõi cần được cắt chính xác để đảm bảo tính nhất quán về mặt hình học. Quá trình xếp chồng sử dụng các công nghệ như "bước xếp chồng" và "xếp chồng so le" để giảm hiệu quả lực cản từ và khe hở.

2. Thiết kế chống ồn
Lõi sẽ tạo ra tiếng ồn do hiệu ứng từ giảo dưới tác dụng của từ trường xen kẽ tần số cao, gọi là "ù". Để giảm tiếng ồn cần:

Kiểm soát chặt chẽ khoảng cách giữa các lõi;

Sử dụng kết cấu chống rung và đệm dầu;

Sử dụng "khớp vát hoàn toàn" hoặc "chồng chéo 45°" để giảm độ rung.

6. Các lỗi thường gặp và điểm bảo trì
Trong quá trình hoạt động lâu dài, lõi sắt có thể gặp các vấn đề sau:

Quá nhiệt cục bộ: có thể do tiếp xúc kém hoặc lõi sắt bị đoản mạch;

Lõi sắt lỏng: gây ra tiếng ồn tăng lên và cần phải siết chặt giá đỡ;

Phóng điện cục bộ hoặc hỏng hóc: thường do hư hỏng cách điện hoặc ô nhiễm dầu.

Các biện pháp phòng ngừa bao gồm:

Đo nhiệt độ hồng ngoại thường xuyên để kiểm tra sự phân bổ nhiệt độ của lõi sắt;

Phân tích chất lượng dầu để đảm bảo độ bền cách điện;

Phát hiện phóng điện cục bộ trực tuyến để nắm bắt trạng thái vận hành.

Là thành phần cốt lõi của máy biến áp ngâm dầu, lõi sắt có nhiều chức năng hơn là chỉ “dẫn từ”. Nó đóng nhiều vai trò như dẫn từ thông, giảm tổn thất, hỗ trợ các cấu trúc và cải thiện độ ổn định. Nó là yếu tố then chốt quyết định hiệu suất, tuổi thọ và độ an toàn của máy biến áp. Khi hệ thống điện phát triển theo hướng điện áp cao, công suất lớn, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường thì vật liệu và thiết kế lõi sắt cũng không ngừng phát triển, tạo nền tảng vững chắc cho máy biến áp vận hành hiệu quả.