Nhiệt độ môi trường tối đa của máy biến áp ngâm dầu: Hướng dẫn về giới hạn và giám sát năm 2027

• Nhiệt độ môi trường là nhiệt độ của không khí xung quanh máy biến áp. Đây không phải là nhiệt độ dầu hay nhiệt độ cuộn dây, và nhiệt độ dầu có thể cao hơn đáng kể so với nhiệt độ môi trường trong quá trình vận hành bình thường. Giá trị đo được phải được đánh giá dựa trên tải của máy biến áp, điều kiện làm mát và các giới hạn nhiệt do nhà sản xuất quy định.
• Không có câu trả lời duy nhất cho câu hỏi về nhiệt độ môi trường tối đa của máy biến áp ngâm dầu. Điều này phụ thuộc vào tiêu chuẩn, thiết kế, cấp làm mát, cơ sở tính tải, độ cao và vị trí lắp đặt (ngoài trời, trong nhà, trong tủ bảo vệ).
• Tiêu chuẩn IEC 60076-1 quy định các giá trị 40°C, 30°C và 20°C là các điều kiện vận hành thông thường. Đây là ba thông số khác nhau, và không có thông số nào trong số đó là giới hạn vận hành.
• Nhiệt độ môi trường cao hơn làm giảm biên độ nhiệt. Ở trạng thái ổn định, nhiệt độ dầu và nhiệt độ cuộn dây có xu hướng tăng gần như song song với nhiệt độ môi trường ở cùng mức tải, với những dao động do độ nhớt của dầu, sự thay đổi tổn hao và hệ thống điều khiển làm mát.
• Nhiệt độ dầu đầu máy, nhiệt độ cuộn dây và nhiệt độ điểm nóng là các đại lượng khác nhau với các phương pháp đo lường khác nhau.
• Cần đánh giá xu hướng nhiệt độ kết hợp với tải, nhiệt độ môi trường và tình trạng làm mát. Một giá trị OTI riêng lẻ không nói lên được nhiều điều.

Mục lục

• 1. “Nhiệt độ môi trường tối đa” có nghĩa là gì?
• 2. Nhiệt độ môi trường so với sự tăng nhiệt độ của máy biến áp
• 3. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường cao đến tải của máy biến áp
• 4. Dầu bôi trơn, cuộn dây và nhiệt độ điểm nóng
• 5. Hiệu suất làm mát ở nhiệt độ môi trường cao
• 6. Cách theo dõi nhiệt độ trong máy biến áp ngâm dầu
• 7. Các phương pháp và sản phẩm giám sát nhiệt độ
• 8. Danh sách kiểm tra vận hành trong điều kiện nhiệt độ môi trường cao
• 9. Câu hỏi thường gặp

1. “Nhiệt độ môi trường tối đa” có nghĩa là gì?

Nhiệt độ môi trường là nhiệt độ của không khí hoặc môi chất làm mát tại vị trí lắp đặt. Các thông số kỹ thuật của máy biến áp được xác định dựa trên các điều kiện vận hành quy định, và thuật ngữ "nhiệt độ môi trường tối đa" thường được sử dụng một cách không chính xác để chỉ nhiều chỉ số khác nhau.

Tiêu chuẩn IEC 60076-1 mô tả các điều kiện vận hành thông thường bằng ba giá trị:

• 40°C là nhiệt độ không khí làm mát cao nhất tại bất kỳ thời điểm nào. Đây là mức đỉnh mà hệ thống làm mát được thiết kế để có thể xử lý.
• 30°C là giá trị trung bình hàng tháng của tháng nóng nhất, được tính từ giá trị trung bình của nhiệt độ cao nhất hàng ngày và giá trị trung bình của nhiệt độ thấp nhất hàng ngày. Chỉ số này phản ánh điều kiện thời tiết mùa nóng kéo dài, chứ không phải là mức đỉnh.
• 20°C là giá trị trung bình hàng năm. Tiêu chuẩn IEC 60076-2 sử dụng giá trị này làm cơ sở cho chất làm mát khi xác định các giới hạn tăng nhiệt độ.

Tiêu chuẩn IEEE C57.12.00 sử dụng một cơ sở tính toán khác: nhiệt độ môi trường trung bình là 30°C trong bất kỳ khoảng thời gian liên tục nào kéo dài 24 giờ, với nhiệt độ tối đa là 40°C. Giá trị trung bình trong 24 giờ và giá trị trung bình hàng tháng theo tiêu chuẩn IEC là hai chỉ số thống kê khác nhau và không thể hoán đổi cho nhau.

Không có con số nào trong số này là giới hạn hoạt động tuyệt đối đối với mọi máy biến áp ngâm dầu. Chúng chỉ là các điều kiện tham chiếu làm cơ sở cho thông số kỹ thuật. Một thiết bị được thiết kế cho khu vực có nhiệt độ cao có thể chịu được nhiệt độ môi trường cơ bản cao hơn, trong khi một thiết bị đặt trong phòng thông gió kém có thể phải đối mặt với nhiệt độ môi trường thực tế cao hơn so với dữ liệu thời tiết cho thấy. Thông tin trên nhãn hiệu và các điều kiện vận hành do nhà sản xuất quy định sẽ quyết định điều nào được áp dụng.

2. Nhiệt độ môi trường so với sự tăng nhiệt độ của máy biến áp

Theo ước tính sơ bộ và trong điều kiện trạng thái ổn định, nhiệt độ tại một điểm nhất định bằng nhiệt độ môi trường cộng với mức tăng nhiệt tại điểm đó. Mức tăng nhiệt được xác định thông qua thử nghiệm vận hành nhiệt ở công suất định mức, đó là lý do tại sao Giới hạn tăng nhiệt độ của máy biến áp được xác định dựa trên nhiệt độ tham chiếu của môi chất làm mát chứ không phải dựa trên một địa điểm cụ thể.

Các giá trị thường được trích dẫn theo tiêu chuẩn IEC 60076-2 là 60 K cho mức tăng nhiệt độ dầu tối đa và 65 K cho mức tăng nhiệt độ trung bình của cuộn dây. Các giá trị này áp dụng cho các máy biến áp có lớp cách điện rắn loại 105 (IEC 60085), ngâm trong dầu khoáng hoặc chất lỏng tổng hợp có điểm cháy không vượt quá 300°C, trong các chế độ làm mát được liệt kê trong bảng tăng nhiệt độ của tiêu chuẩn. Đây là các giới hạn trạng thái ổn định ở công suất định mức liên tục, tham chiếu đến môi trường làm mát có nhiệt độ trung bình hàng năm là 20°C. Làm mát bằng dầu định hướng, hệ thống cách điện nhiệt độ cao và các thiết kế tăng nhiệt độ 65°C theo tiêu chuẩn IEEE tuân theo các giới hạn khác, do đó hãy kiểm tra phiên bản tiêu chuẩn áp dụng và dữ liệu riêng của máy biến áp trước khi sử dụng lại các con số này.

Hoạt động thực tế khác với mô hình "nhiệt độ môi trường cộng với sự gia tăng nhiệt độ". Sự thay đổi tải, lưu thông dầu, quán tính nhiệt và độ dốc nhiệt giữa cuộn dây và dầu đều ảnh hưởng đến kết quả. Dầu phản ứng trong vòng vài giờ, trong khi cuộn dây phản ứng trong vòng vài phút, do đó các giá trị đo được trong quá trình thay đổi tải không trùng khớp với các giá trị trạng thái ổn định.

3. Ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường cao đến tải của máy biến áp

Nhiệt độ môi trường cao hơn sẽ làm giảm khoảng cách an toàn giữa nhiệt độ không khí xung quanh và các mức nhiệt độ mà hệ thống cách nhiệt được thiết kế để đáp ứng. Ở cùng mức tải và giai đoạn làm mát, nhiệt độ dầu và cuộn dây thường sẽ cao hơn. Do đó, để duy trì nhiệt độ tại các điểm nóng trong phạm vi cơ sở thiết kế, cần phải giảm tải hoặc tăng cường làm mát.

Cả tiêu chuẩn IEC 60076-7 và hướng dẫn tải IEEE C57.91 đều bắt đầu từ nhiệt độ môi trường và tải, tính toán nhiệt độ dầu bề mặt và nhiệt độ điểm nóng, rồi liên hệ chúng với quá trình lão hóa cách điện. Đối với các hệ thống cách điện có mức tăng nhiệt độ 65°C, hướng dẫn của IEEE sử dụng giá trị tham chiếu điểm nóng là 110°C tại nhiệt độ môi trường trung bình 30°C cho tải trọng bình thường. Giá trị đó chỉ áp dụng cho hệ thống cách điện và điều kiện môi trường cụ thể đó, và không thể áp dụng cho các thiết kế khác.

Việc điều chỉnh công suất cho điều kiện nhiệt độ môi trường cao cần dựa trên dữ liệu tải của nhà sản xuất hoặc hướng dẫn áp dụng. Các quy tắc “phần trăm trên mỗi độ” tìm thấy trên mạng giả định các chế độ làm mát và hệ thống cách nhiệt cụ thể, do đó không nên áp dụng cho máy biến áp không được chỉ định cụ thể. Việc tính toán tải cũng sử dụng số liệu thống kê về nhiệt độ môi trường do chính cơ sở tính toán đó xác định, và số liệu này không phải lúc nào cũng là nhiệt độ đỉnh trong ngày.

4. Dầu bôi trơn, cuộn dây và nhiệt độ điểm nóng

Nhiệt độ dầu ở phần trên mô tả nhiệt độ của dầu ở khu vực phía trên của bể chứa. Do dầu di chuyển chậm, nên chỉ số này phản ánh tốt quá trình tản nhiệt tổng thể nhưng lại phản ánh kém hiện tượng gia nhiệt cục bộ nhanh chóng.

Nhiệt độ cuộn dây phụ thuộc vào phương pháp đo. Một chỉ báo thông thường cho ra giá trị tính toán dựa trên nhiệt độ dầu bề mặt cộng với một hằng số dòng tải, trong khi thử nghiệm nhiệt vận hành cho ra giá trị trung bình được tính từ điện trở cuộn dây.

Nhiệt độ điểm nóng của cuộn dây máy biến áp là nhiệt độ tại điểm nóng nhất bên trong cuộn dây. Trong các hướng dẫn về tải, giá trị này bằng nhiệt độ môi trường cộng với mức tăng nhiệt độ dầu ở mặt trên cộng với độ dốc nhiệt tại điểm nóng so với mặt trên của dầu, và nó là cơ sở để tính toán sự lão hóa của vật liệu cách điện. Việc đo nhiệt độ dầu từ bên ngoài không thể xác định được giá trị này, và kết quả đo từ WTI không nên được coi là giá trị đo trực tiếp tại điểm nóng.

5. Hiệu suất làm mát ở nhiệt độ môi trường cao

Bộ tản nhiệt tỏa nhiệt ra không khí xung quanh, và động lực thúc đẩy quá trình này là sự chênh lệch nhiệt độ giữa dầu và không khí. Không khí ấm hơn làm giảm sự chênh lệch này, do đó cùng một bộ tản nhiệt sẽ tỏa ít nhiệt hơn trừ khi có quạt hoặc bơm bù đắp. Các giai đoạn làm mát bắt đầu sớm hơn và kéo dài hơn, đồng thời biên độ dự phòng còn lại cũng nhỏ hơn.

Nhiệt độ môi trường cao bản thân nó không phải là một sự cố. Tuy nhiên, nó khiến các vấn đề về làm mát bộc lộ sớm hơn: quạt hỏng, luồng khí bị cản trở, lưu thông dầu yếu hoặc bộ tản nhiệt bị bám bẩn có thể không được phát hiện ở 15°C nhưng lại biểu hiện rõ ràng dưới dạng sự gia tăng nhiệt độ đáng kể khi nhiệt độ môi trường lên đến 38°C. Đánh giá hiệu suất làm mát của máy biến áp có nghĩa là so sánh xu hướng nhiệt độ dầu bề mặt và nhiệt độ cuộn dây với tải, nhiệt độ môi trường và trạng thái của quạt hoặc bơm theo thời gian. Nếu nhiệt độ tiếp tục tăng sau khi giai đoạn làm mát bắt đầu, cần kiểm tra đường dẫn làm mát; tuy nhiên, trước khi kết luận đó là sự cố làm mát, cần phải xác định rõ các yếu tố như tải, nhiệt độ môi trường và tình trạng cảm biến.

6. Cách theo dõi nhiệt độ trong máy biến áp ngâm dầu

Chỉ số nhiệt độ dầu tối đa 80°C có ý nghĩa khác nhau tùy thuộc vào tình huống: khi tải nhẹ vào một buổi sáng mát mẻ và khi tải đầy đủ trong đợt nắng nóng với chế độ quạt bị kẹt ở trạng thái tắt. Việc đánh giá cần phải xem xét tổng hợp các yếu tố này:

Nhiệt độ môi trường + tải của máy biến áp + nhiệt độ dầu trên bề mặt + nhiệt độ cuộn dây / điểm nóng + trạng thái làm mát → đánh giá tình trạng nhiệt

Nhiệt độ môi trường xung quanh thường dễ bị bỏ qua trong bối cảnh này, song yếu tố này lại giải thích được nhiều biến động nhiệt độ mà ban chuyên gia cho là chưa có lời giải. Giám sát nhiệt độ máy biến áp Việc ghi lại đồng thời các thông số về môi trường xung quanh, tải, dầu, cuộn dây và tình trạng làm mát giúp so sánh được xu hướng và lịch sử cảnh báo theo thời gian. Việc giám sát máy biến áp ngâm dầu cũng áp dụng phương pháp tương tự đối với tình trạng dầu và thiết bị làm mát.

7. Các phương pháp và sản phẩm giám sát nhiệt độ

Mỗi phương pháp giải đáp một câu hỏi khác nhau, và không có phương pháp nào thay thế được các phương pháp còn lại.

Đối với dầu, Bộ chỉ thị nhiệt độ dầu biến áp BWY2 là một thiết bị OTI cơ khí có các tiếp điểm có thể điều chỉnh dành cho khởi động làm mát và cảnh báo quá nhiệt, cùng với đầu ra Pt100 và đầu ra 4–20 mA (tùy chọn). Thiết bị này hiển thị nhiệt độ dầu trên cùng và không cung cấp thông tin trực tiếp nào về cuộn dây.

Đối với cuộn dây, Bộ chỉ thị nhiệt độ cuộn dây máy biến áp BWR2 bổ sung một thành phần dòng tải vào nhiệt độ dầu và hiển thị giá trị mô phỏng của cuộn dây để phục vụ cho việc hiển thị tại chỗ, điều khiển làm mát, báo động và ngắt mạch.

Cần lưu ý đến các thông số kỹ thuật của thiết bị tại các khu vực có nhiệt độ cao. Trang thông tin sản phẩm nêu rõ dải nhiệt độ môi trường hoạt động từ −40°C đến +80°C đối với BWY2 và từ −40°C đến +65°C đối với BWR2. Những con số này chỉ ra phạm vi nhiệt độ mà chính thiết bị có thể hoạt động. Chúng không nêu rõ nhiệt độ môi trường tối đa mà máy biến áp được phép hoạt động.

Để đo trực tiếp, một Cảm biến nhiệt độ dạng cuộn sợi quang polyimide đặt một đầu dò huỳnh quang tại vị trí cuộn dây đã lắp đặt. Đầu dò này có tính cách điện và không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ. Thông thường, đầu dò được lắp đặt trong quá trình sản xuất hoặc đại tu, và mỗi đầu dò chỉ đo một điểm, do đó vị trí lắp đặt phải tuân theo thiết kế nhiệt. Các phương pháp WTI và Pt100 truyền thống vẫn được áp dụng cho mục đích điều khiển và bảo vệ, và hai phương pháp này thường được sử dụng song song.

Trong trường hợp cần giám sát nhiều cuộn dây hoặc pha, hệ thống sợi quang đa kênh hỗ trợ từ 1 đến 64 kênh với giao thức truyền thông RS485/Modbus. Số lượng kênh nên được xác định dựa trên các điểm quan trọng về mặt nhiệt, chứ không phải dựa trên số lượng tối đa mà thiết bị chủ có thể chấp nhận.

8. Danh sách kiểm tra vận hành trong điều kiện nhiệt độ môi trường cao

• Kiểm tra thông tin trên bảng hiệu và các điều kiện vận hành do nhà sản xuất quy định, bao gồm điều kiện môi trường, cấp làm mát và độ cao.
• So sánh điều kiện môi trường tại công trường với cơ sở tính tải, bằng cách sử dụng thông số thống kê do cơ sở tính tải đó xác định.
• Nếu máy biến áp được lắp đặt trong nhà, cần tính đến các yếu tố ảnh hưởng từ vỏ bọc hoặc không gian xung quanh.
• Xem xét xu hướng biến đổi nhiệt độ dầu tối đa ở mức tải và nhiệt độ môi trường tương đương.
• Kiểm tra nhiệt độ cuộn dây hoặc điểm nóng tại những vị trí có số liệu đo, và ghi chú xem đó là giá trị tính toán hay giá trị đo trực tiếp.
• Hãy so sánh nhiệt độ với mức tải thay vì chỉ xem xét riêng từng giá trị nhiệt độ.
• Kiểm tra xem quạt và máy bơm có khởi động khi nhận lệnh hay không và nhiệt độ có phản ứng lại hay không.
• Cần theo dõi xem có sự mất cân bằng nhiệt độ liên tục ở các pha hoặc cuộn dây hay không.
• Hãy xem lại lịch sử các cảnh báo đối với các sự kiện lặp lại thay vì chỉ phản ứng với một đỉnh cảnh báo duy nhất.
• Quyết định xem có cần giảm tải trọng theo hướng dẫn của nhà sản xuất hay theo hướng dẫn tải trọng áp dụng hay không.

Các giá trị báo động và ngưỡng ngắt phụ thuộc vào từng loại máy biến áp cụ thể và được lấy từ tài liệu của nhà sản xuất cũng như báo cáo nghiên cứu bảo vệ.

9. Câu hỏi thường gặp

Nhiệt độ môi trường tối đa cho máy biến áp ngâm dầu là bao nhiêu?

Không có con số tuyệt đối nào áp dụng cho mọi thiết bị. Tiêu chuẩn IEC 60076-1 quy định 40°C tại bất kỳ thời điểm nào, 30°C là nhiệt độ trung bình hàng tháng của tháng nóng nhất và 20°C là nhiệt độ trung bình hàng năm làm điều kiện vận hành thông thường. Tiêu chuẩn IEEE C57.12.00 sử dụng nhiệt độ trung bình 30°C trong bất kỳ khoảng thời gian liên tục 24 giờ nào và nhiệt độ tối đa là 40°C. Đây là các điều kiện tham chiếu định mức, không phải là giới hạn chung. Thông tin trên nhãn hiệu và dữ liệu của nhà sản xuất xác định giới hạn cho một máy biến áp cụ thể, và các thiết kế dành cho khí hậu nóng có thể được chỉ định cho nhiệt độ môi trường cao hơn.

Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng như thế nào đến tải của máy biến áp?

Nhiệt độ môi trường cao hơn làm giảm biên độ chênh lệch giữa nhiệt độ không khí xung quanh và nhiệt độ mà hệ thống cách nhiệt có thể chịu được. Ở trạng thái ổn định, nhiệt độ dầu và cuộn dây có xu hướng ổn định ở mức cao hơn ở cùng một mức tải, do đó mức tải giúp duy trì nhiệt độ điểm nóng trong phạm vi cơ sở thiết kế sẽ giảm xuống. Mức giảm này phụ thuộc vào chế độ làm mát, hệ thống cách điện và hướng dẫn tải được sử dụng, chẳng hạn như IEC 60076-7 hoặc IEEE C57.91.

Sự khác biệt giữa nhiệt độ môi trường, nhiệt độ lớp dầu trên cùng và nhiệt độ cuộn dây là gì?

Nhiệt độ môi trường là nhiệt độ không khí xung quanh máy biến áp. Nhiệt độ dầu phần trên là nhiệt độ của dầu ở vùng phía trên, còn nhiệt độ cuộn dây là giá trị trung bình, được hiển thị hoặc tính toán tùy theo phương pháp. Nhiệt độ điểm nóng là nhiệt độ tại vị trí nóng nhất của cuộn dây. Mỗi giá trị này đều cao hơn nhiệt độ môi trường theo thứ tự và được đo lường theo các phương pháp khác nhau.

Có nên giảm tải cho máy biến áp khi nhiệt độ môi trường cao không?

Điều này phụ thuộc vào mức độ mà điều kiện thực tế tại công trình vượt quá cơ sở định mức và vào khả năng làm mát hiện có. Trong trường hợp các điều kiện này vượt quá cơ sở định mức, dữ liệu tải của nhà sản xuất hoặc hướng dẫn áp dụng sẽ quy định mức điều chỉnh. Trong trường hợp điều kiện môi trường nằm trong phạm vi cơ sở định mức và khả năng làm mát tốt, có thể không cần điều chỉnh. Quyết định cần dựa trên tải, xu hướng nhiệt độ và tình trạng làm mát, cùng với điều kiện môi trường.