Đăng ký thành viên

Thay đổi công nghệ máy biến áp: Mát hơn, êm hơn, mạnh mẽ hơn

Các nhà nghiên cứu đã mô phỏng các vật liệu có độ dẫn nhiệt cao để truyền nhiệt tốt hơn nhằm kéo dài tuổi thọ của máy biến áp.

Ngành điện đã phải đối mặt với những thách thức ngày càng tăng trong việc duy trì cơ sở hạ tầng lão hóa trong khi vẫn thích ứng với nhu cầu điện. Các nguồn năng lượng tái tạo và nhu cầu về một lưới điện dẻo dai hơn đã cùng nhau gây ra áp lực chưa từng thấy lên các hệ thống hiện có. Khi ngành công nghiệp vật lộn với những vấn đề này, cần có các giải pháp sáng tạo để nâng cao hiệu quả, độ tin cậy và tuổi thọ của các thành phần lưới điện. 

Các nhà nghiên cứu của Đại học Texas, thành phố Austin (Mỹ) đã sử dụng các hạt nano, các vật liệu tiên tiến và mô hình tính toán để thay đổi công nghệ máy biến áp lưới điện. Họ hướng đến mục tiêu giải quyết các điểm yếu của máy biến áp truyền thống và cải thiện tuổi thọ cũng như tính năng, giúp lưới điện dẻo dai hơn.

 Vai trò của máy biến áp

Máy biến áp là thiết bị điện từ sử dụng hiện tượng hỗ cảm để truyền và điều chỉnh các tín hiệu xoay chiều (AC). 

Cấu trúc lõi của máy biến áp bao gồm hai cuộn dây cảm ứng cách điện quấn quanh lõi thép nhiều lớp. Các thành phần bổ sung có thể bao gồm một thùng dầu bảo vệ chứa khối lắp ráp, các cách điện sứ xuyên đầu nối và một thùng dầu phụ để làm mát. Các thiết bị này đóng vai trò không thể thiếu trong truyền tải điện bằng cách tăng hoặc giảm mức điện áp và dòng điện dựa trên tỷ lệ vòng dây. Điều này hữu ích trong phân phối điện, trong đó điện áp có thể tăng lên mức cao để phân phối điện áp đi khoảng cách xa với tổn thất thấp và sau đó giảm xuống để sử dụng tại điểm phân phối.  

Cuộn dây máy biến áp (Ảnh st)

 Một thách thức chính trong bảo trì máy biến áp là quản lý tản nhiệt. Lớp cách điện của máy biến áp thường làm từ vật liệu gốc cellulose như giấy kraft. Khi máy biến áp hoạt động, chúng tạo ra nhiệt do tổn thất điện trở trong các cuộn dây và tổn thất từ ​​tính trong lõi máy biến áp. Nhiệt này làm tăng tốc độ xuống cấp lớp cách điện, đặc biệt là trong vật liệu cellulose, thông qua các quá trình như oxy hóa và thủy phân.

Lớp cách điện ngăn ngừa ngắn mạch giữa các cuộn dây và dẫn nhiệt ra khỏi lõi và các cuộn dây. Lớp cách điện kém có thể gây ra phóng điện cục bộ, mất điện, mất ổn định lưới điện và sự cố thảm khốc. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và sự xuống cấp của lớp cách điện là theo cấp số nhân; nhiệt độ làm việc tăng 6-8°C có thể làm giảm một nửa tuổi thọ của lớp cách điện. Do đó, cần phải bảo dưỡng lớp làm mát và cách điện hiệu quả để đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của lưới điện.

 Sự đổi mới về làm mát

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas ở gần đây đã phát triển loại giấy có độ dẫn nhiệt cao để cách điện máy biến áp.  

Vật liệu cách điện truyền thống giống như giấy kraft là chất cách điện tốt nhưng nó giữ nhiệt, dẫn đến phát nóng quá mức và có khả năng hỏng hóc. Nhóm nghiên cứu đã giải quyết vấn đề này bằng cách pha tạp các hạt nano boron nitride vào giấy xenlulo thông thường, giúp tăng cường độ dẫn nhiệt. Các thử nghiệm tiếp theo cho thấy những kết quả đáng chú ý, trong đó ngay cả khi độ dẫn nhiệt tăng khiêm tốn cũng làm giảm nhiệt độ điểm nóng bên trong từ 5°C đến 10°C. Theo các nhà nghiên cứu, việc giảm nhiệt độ này, mặc dù có vẻ nhỏ, nhưng có khả năng tăng gấp đôi hoặc gấp ba tuổi thọ của máy biến áp.

Hình ảnh 3D mô phỏng nhiệt độ bên trong máy biến áp (Ảnh st) 

Biên dịch: Chu Hải Yến

Theo