Tổng quan về máy biến áp amorphous

Bài viết giới thiệu sơ lược về nguyên lý cơ bản của máy biến áp không định hình (amorphous) lõi C và các đặc tính từ hóa có liên quan. Bên cạnh đó, bài viết còn đề cập về các quan điểm chính của quá trình thiết kế loại máy biến áp này so sánh với các loại máy biến áp truyền thống.

TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP AMORPHOUS Trích lược Bài viết giới thiệu sơ lược nguyên lý máy biến án khơng định hình (amorphous) lõi C đặc tính từ hóa có liên quan Bên cạnh đó, viết cịn đề cập quan điểm q trình thiết kế loại máy biến áp so sánh với loại máy biến áp truyền thống Ưu điểm máy biến áp lõi không định hình so với loại máy biến áp truyền thống là: tổn hao lõi thấp, dịng từ hóa thấp, dịng thứ tự khơng hơn, vận hành êm hơn, hiệu suất cao có tuổi thọ cao MỞ ĐẦU Lịch sử phát triển công nghệ lõi máy biến áp năm 1985 Khi đó, lõi máy biến áp làm từ vật liệu thép carbon Khơng lâu sau đó, vật liệu thép carbon thay tôn xilic (silicon steel) Hiện nay, vật liệu loại máy biến áp lưu hành áp dụng tôn cán lạnh định hướng (CRGO) Các yêu cầu giảm tổn thất, tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường dẫn đến nhu cầu cấp thiết phát triển công nghệ lõi tổn thất thấp Vật liệu khơng định hình (armorphous alloy) vật liệu lý tưởng đáp ứng nhu cầu nói Một hợp kim vơ định hình gì? Kim loại có cấu trúc tinh thể với xếp có trật tự nguyên tử. Một kim loại trạng thái lỏng nhiệt độ cao giữ lại cấu trúc chất lỏng củng cố làm lạnh nhanh chóng. Các hợp kim phi tinh thể kết có xếp ngẫu nhiên tinh Ths.Trần Thế Du Ban Quản lý Đầu tư – EVN SPC thể gọi hợp kim vơ định hình Cấu trúc trái ngược với cấu trúc phân tử tôn cán lạnh định hướng truyền thống cho phép tăng cường khả từ hóa vật liệu Mơ hình sản xuất vật liệu khơng định sau: bước - nung chảy vật liệu, bước 2- cán ép tấm, bước - điều chỉnh độ dày cán ép tấm, bước – quấn cuộn Các bước 2,3,4 làm lạnh nhanh với tỉ lệ 106 C/s Tổn hao lõi máy biến áp định khả từ hóa vật liệu Khả từ hóa cao, tổn hao thấp Ưu điểm máy biến áp lõi khơng định hình tổn hao lõi thép thấp Trong loại vật liệu khơng định hình thị trường nay, vật liệu mang cấu trúc iron-boron-silicon (Fe78B13Si9) đánh giá cao áp dụng phổ biến với tỉ lệ tổn hao có ưu so với loại máy biến áp truyền thống CÁC CHỈ SỐ CHÍNH TRONG Q TRÌNH THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP 1) Điểm hạn chế vật liệu khơng định hình giới hạn bão hịa thấp, giịn chi phí đầu tư ban đầu cao ( theo (Boyd E.L and Borst J.D 1984, Nicols DeCristofaro 1998) Đặc tính từ hóa (B-H) hai loại vật liệu thể biểu đồ Giới hạ bão hịa vật liệu khơng định hình (Fe78B13Si9) 1.69 Tesla 2.03 Tesla vật liệu CRGO Do đó, vật liệu khơng định hình thích hợp sử dụng cho máy biến áp phân phối Xét khía cạnh tổn thất: tổn thất lõi máy biến áp phân phối chủ yếu phụ thuộc vào mật độ từ thông Bm Tổn thất lõi Pc tính theo cơng thức (Lee Ji-kwang, 1999) tin hội miền nam - tháng 4/2016  17 Pc = [6.5(f/1000)1.51 Bm1.74 ] watts/Kg Biểu đồ thể đặc tính từ trễ hai loại vật liệu Dễ dàng thấy tổn hao từ trễ vật liệu khơng định hình thấp loại vật liệu truyền thống xuất dịng thứ tự khơng Đối với máy biến áp khơng định hình, thực nghiệm cho thấy dịng thứ tự khơng giảm cách đáng kể 6.) Đối với máy biến áp truyền thống, dịng từ hóa máy biến áp khoảng 1% 2% dòng định mức Cường độ dòng từ hóa phụ thuộc vào hai yếu tố: 1- đường đặc tính từ hóa số khớp nối lõi máy biến áp lắp đặt Thông thường, máy biến áp pha dây truyền thống có khoảng khớp nối lắp đặt Các máy biến áp lõi không định hình có kết cấu lõi hình C, có khớp nối lắp đặt Điều chứng minh dịng từ hóa máy biến áp lõi khơng định hình thấp máy biến áp truyền thống Biểu đồ – Đặc tính từ hóa 2.) Xét đến quan điểm đầu tư thiết kế máy biến áp, tiết diện lõi nhỏ kinh tế Tuy nhiên, tiết diện nhỏ mật độ từ thơng cao, tổn thất cao Với máy biến áp loại lớn với thiết kế mật độ từ thông thấp, tiết diện lõi tất nhiên phải lớn chi phí sản xuất lõi quấn dây cao (Dasgupta 2011, Sawhney 2006, Say M.G 1977) Điều cho thấy xét đến yếu tố kinh tế, vật liệu không định hình loại vật liệu khơng lý tưởng cho máy biến áp công suất lớn Kenedy (1998) nhấn mạnh cơng nghệ máy biến áp khơng định hình loại công nghệ mang lại hiệu mặt tiết kiệm lượng với chi phí tăng so với vật liệu truyền thống (từ 20 – 30%) Chi phí sản xuất máy biến áp bao gồm chi phí lõi, chi phí quấn dây chi phí sản xuất Trong đó, chi phí lõi chi phí quấn dây phụ thuộc vào hình dạng kích thước tiết diện lõi Đối với loại lõi hình chữ nhật tam giác (lõi cấp), chi phí lõi thấp chí phí quấn dây lại cao so với loại máy biến áp đa cấp (multi stepped) khác 3.) Hệ số lấp đầy (Ks) tỉ lệ tổng tiết điện dây quấn tổng tiết diện cửa sổ mạch từ (wire fit in the core - dây quấn thích hợp với lõi từ) Với vật liệu truyền thống, tỉ lệ 0.9 hơn, vật liệu khơng định hình, tỉ lệ từ 0.8 đến 0.9 (Bendito et al 1999) Với việc giảm hệ số lấp đầy nói trên, tổng tiết diện lõi tăng dẫn đến kích thước tổng thể tăng Điểm trừ kích thước tăng làm chi phí tăng, nhiên, điểm cộng khả tản nhiệt tốt 4.) Theo Amoiralis (2009), chi phí cho máy biến áp xem xét khía cạnh tổng chi phí sở hữu (TOC) bao gồm: chi phí mua máy biến áp cộng với tổng tổn thất trình vận hành Qua thời gian vận hành, tổng chi phí sở hữu tăng lên, lúc này, máy biến áp khơng định hình với chi phí đầu tư ban đầu cao tổn thất giảm, đó, máy biến áp khơng định hình trở nên kinh tế qua thời gian vận hành định 5.) Trong trường hợp máy biến áp pha, cuộn dây, tình trạng bất đối xứng hay xảy chiều dài đường sức từ pha không (ΦA , ΦB , and ΦC) Trong trường hợp này, ΦB tạo dây quấn trung tâm ΦA ΦC tạo cuộn dây cạnh biên lõi máy biến áp Kết tình trạng bất đối xứng nói 18  tin hội miền nam - tháng 4/2016 Hình 1-a Lõi hình C hình b- Bố trí lõi hình C – Máy biến áp pha Hình 1c -Cấu trúc lõi hình C máy biến áp pha 7.) Tuổi thọ trung bình máy biến áp lõi khơng định hình theo khuyến nghị nhà sản xuất khoảng 30 năm so sánh với trung bình 25 năm máy biến áp truyền thống KẾT LUẬN Ưu điểm máy biến áp lõi không định hình so với loại máy biến áp truyền thống là: tổn hao lõi thấp, dịng từ hóa thấp, dịng thứ tự khơng hơn, vận hành êm hơn, hiệu suất cao có tuổi thọ cao Hiện tại, chi phí đầu tư cho máy biến áp lõi khơng định hình cao loại máy biến áp truyền thống lại đem lại lợi ích mặt kinh tế lượng sau thời gian sử dụng định tổn thất lõi thấp Với định hướng đầu tư lâu dài, EVN SPC năm 2015 lắp đặt khoảng 1.600 máy biến áp lõi khơng định hình với hỗ trợ đầu tư theo chế tín chung JCM: Cơ chế Hợp tác Tín - Joint Crediting Mechanism Đây bước tiến quan trọng quan điểm đầu tư tiết kiệm lượng Ngày 26/2/2016 vừa qua, thành phố Đà Lạt, Tổng công ty Điện lực miền Nam với Công tyYuKo Keiso tổ chức Hội nghị khởi động dự án JCM 2016 với tham dự đại diện Lãnh đạo Tổng công ty Điện lực miền Trung, Tổng công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh, Cơng ty TNHH MTV Điện lực Khánh Hịa Cơng ty TNHH MTV Điện lực Đồng Nai THAM KHẢO a Amoiralis, Marina and Antonios, 2009: Transformer design and optimization: A literature survey, IEEE trans on Power Delivery vol 24 No 4, pp 1999-2024 b Bendito Antonio, Misael Elias and Claudio Shyinti Kim- inami, 1999: Single phase 1-KVA Amorphous core Transformer, IEEE trans on magnetics, vol- 35,No.4, July phous core, IEEE trans on Applied superconductivity, vol.9, No.2.pp.1293-1296 c i Martin J Heathcote 1988: J and P Transformer book, Oxford university press d Boyd E.L and Borst J.D 1984: Design concepts for an j Say M.G 1977: Performance and Design of AC Maamorphous metal distribution transformer, IEEE Trans Pow- chines, Pitman, London er Apparatus and Systems, vol.103,no.11,pp.3365-3372 e Dasgupta I 2011: Design of transformers, Tata McGraw k Chulz R N Chretien, N Alexandrov and Aubin R 1998: BHEL, 2009: Transformers Tata Mc-Graw Hill publication, Australia Hill publishers A new design for amorphous core distribution transformer, Materials Science and Engineering, vol.99(1-2),pp 19-21 f l Journal of Emerging Trends in Engineering and Applied Sciences (JETEAS) 3(2):217-220 (ISSN: 2141-7016) g Kulkarni S.V.,Khaparde S.A 2005: Transformer Engi- m URL:http//www.hitachi-ies.co.jp/products/trans/inneering: Design and Practice, Marcel Dekker, Inc New dex.htm (Accessed on 23-March-2012) York, USA h Lee Ji-Kwang 1999: Development of three phase n.www.hilltech.com/products/emc /Amorphous_ Kennedy B 1998: Energy Efficient Transformers, McGraw-Hill 100 KVA superconducting power transformer with amor- Shielding.html (Accessed on 23-March-2012)  HỘI THẢO PHỔ BIẾN TIÊU CHUẨN QUỐC GIA VỀ HIỆU SUẤT NĂNG LƯỢNG CỦA MÁY BIẾN ÁP Ks N gu y ễ n B ì nh P h n g V ừa qua, đại diện Tổng công ty Điện lực miền Nam tham dự Hội thảo phổ biến số nội dung cập nhật, hiệu chỉnh tiêu chuẩn Quốc gia Máy biến áp (MBA) gồm TCVN 8525:2015 TCVN 6306-1:2015 Hội thảo Viện tiêu chuẩn chất lượng Việt Nam phối hợp với Hiệp hội Đồng Quốc tế Việt Nam tổ chức, có tham gia Đơn vị ngành điện Nhà sản xuất Máy biến áp Nội dung Hội thảo gồm phần: i) Các quy định dán nhãn lượng máy biến áp; ii) Cập nhật nội dung TCVN 8525:2015; Cập nhật nội dung TCVN 63061:2015; Đối với việc dán nhãn lượng: Theo Quyết định số 51/2011/QĐ-TTg ngày 12/9/2011 V/v “quy định danh mục phương tiện thiết bị phải dán nhãn lượng, áp dụng mức hiệu suất lượng tối thiểu lộ trình thực hiện” Từ ngày 01/01/2015 khơng phép sản xuất nhập thiết bị có mức lượng nhỏ mức hiệu suất lượng tối thiểu Bộ Khoa học cơng nghệ chủ trì ban hành tiêu chuẩn hiệu suất lượng thực hiệu sốt xét, cơng bố 05 năm lần tiêu chuẩn hiệu suất lượng Để thực việc dán nhãn lượng doanh nghiệp phải thực thử nghiệm trình hồ sơ cho Tổng cục Năng lượng đánh giá chứng nhận sau Bộ Cơng Thương cấp giấy chứng nhận Tiêu chuẩn Việt Nam mức hiệu suất lượng (HSNL) áp dụng phiên TCVN 8525:2010, Ban KTSX-EVN SPC Tiêu chuẩn Việt Nam Hiệu suất lượng ban hành lần TCVN 8525:2010 Hiệu suất lượng tỷ số phần trăm công suất tác dụng đầu công suất tác dụng đầu vào MBA phân phối hệ số tải 50% hệ số công suất 1, xác định theo công thức: E 50% = 0,5 ⋅ S × 100% 0,5 ⋅ S + 0,25 ⋅ Pk + P0 : E50% - hiệu suất tính phần trăm máy biến áp 50 % phụ tải hệ số công suất 1; S - công suất danh định máy biến áp phân phối tính kVA; Pk - tổn hao có tải máy biến áp phân phối, tính kW; Po - tổn hao khơng tải máy biến áp phân phối, tính kW Kết tính tốn E50% phải hiệu chỉnh nhiệt độ chuẩn 75 oC theo TCVN 6306-1 (IEC 60076-1) MBA ngâm dầu TCVN 6306-11 (IEC 60076-11) MBA loại khô tin hội miền nam - tháng 4/2016  19 ... trăm máy biến áp 50 % phụ tải hệ số công suất 1; S - công suất danh định máy biến áp phân phối tính kVA; Pk - tổn hao có tải máy biến áp phân phối, tính kW; Po - tổn hao khơng tải máy biến áp phân... Điều chứng minh dịng từ hóa máy biến áp lõi khơng định hình thấp máy biến áp truyền thống Biểu đồ – Đặc tính từ hóa 2.) Xét đến quan điểm đầu tư thiết kế máy biến áp, tiết diện lõi nhỏ kinh tế... dịng thứ tự khơng Đối với máy biến áp khơng định hình, thực nghiệm cho thấy dịng thứ tự khơng giảm cách đáng kể 6.) Đối với máy biến áp truyền thống, dịng từ hóa máy biến áp khoảng 1% 2% dòng định