Cấu Tạo Máy Biến Áp Cho Trạm Sạc Xe Điện (Chi Tiết 2025)

Nhu cầu lắp đặt trạm sạc xe điện đang bùng nổ, kéo theo yêu cầu cấp thiết về hạ tầng lưới điện chuyên dụng. Trái tim của mọi trạm sạc nhanh (DC fast charging) chính là máy biến áp.

Máy biến áp cho trạm sạc xe điện thường là loại dầu kín hoặc máy biến áp khô, công suất phổ biến 100-1000kVA. Chúng thực hiện nhiệm vụ hạ áp từ lưới điện trung thế 22/35kV xuống 400/480V AC để cấp nguồn cho bộ sạc DC, tuân thủ nghiêm ngặt tiêu chuẩn IEC 60076 và TCVN 6306.

Bài viết này sẽ phân tích chi tiết cấu tạo máy biến áp trạm sạc, nguyên lý hoạt động và các tiêu chí lựa chọn tối ưu nhất.

Cách chọn máy biến áp cho trạm sạc xe điện

Để chọn máy biến áp cho trạm sạc, cần tập trung vào 3 yếu tố chính: (1) Tính toán đúng công suất (ví dụ: trạm 4 trụ sạc 60kW, tổng 240kW, cần máy biến áp ít nhất 250kVA – 320kVA); (2) Kiểm tra pháp lý và khả năng đáp ứng của lưới điện địa phương; (3) Lựa chọn loại máy phù hợp (máy dầu cho ngoài trời, máy khô cho không gian kín như hầm xe).

Trước khi đi vào cấu tạo, việc lựa chọn đúng loại máy là vô cùng quan trọng.

1. Tính toán công suất: Cần xác định công suất định mức của máy biến áp dựa trên tổng số trụ sạc và tải đỉnh. Ví dụ: Một trạm có 4 trụ sạc nhanh 60kW (tổng 240kW) sẽ cần một máy biến áp có công suất dự phòng, ít nhất là 250kVA đến 320kVA.
2. Kiểm tra lưới điện: Phải kiểm tra lưới điện địa phương để đảm bảo không gây quá tải. Đây là bước quan trọng trong thủ tục pháp lý trước khi lắp đặt trạm sạc.
3. Chọn loại máy:
   • Máy biến áp dầu: Ưu tiên cho khu vực ngoài trời, độ ẩm cao.
   • Máy biến áp khô Thibidi: Lý tưởng cho không gian kín như hầm xe, garage, trung tâm thương mại để tăng cường an toàn PCCC trạm biến áp.

Cấu tạo máy biến áp trạm sạc xe điện chi tiết

Cấu tạo máy biến áp trạm sạc gồm 4 bộ phận chính: (1) Lõi thép (Core) làm từ thép silic để dẫn từ thông; (2) Cuộn dây (Winding) sơ cấp và thứ cấp bằng đồng/nhôm để hạ điện áp; (3) Hệ thống làm mát (bằng dầu hoặc không khí); (4) Vỏ máy và các phụ kiện bảo vệ (đồng hồ, van, relay, chống sét).

Về cơ bản, máy biến áp trạm sạc có cấu tạo tương tự các loại máy biến áp phân phối, nhưng được tối ưu để chịu tải liên tục và các sóng hài từ bộ sạc.

1. Lõi thép (Core)

Lõi thép (Core) là bộ phận được làm từ các lá thép silic cán nguội, ghép lại với nhau. Chức năng chính của nó là tạo ra một mạch từ khép kín để truyền dẫn từ thông, đồng thời giảm thiểu tổn hao năng lượng (tổn hao không tải).

Chức năng chính của lõi thép máy biến áp là tạo ra một mạch từ khép kín để truyền từ thông. Lõi được chế tạo từ các lá thép silic cán nguội, có định hướng và ghép lại với nhau. Việc này giúp giảm tổn hao từ thông (tổn hao không tải), một trong các loại tổn thất trong máy biến áp.

2. Cuộn dây sơ cấp và thứ cấp (Winding)

Cuộn dây gồm cuộn sơ cấp (nhận điện áp cao 22kV/35kV) và cuộn thứ cấp (hạ áp ra 400V). Cả hai đều được làm từ dây đồng hoặc nhôm có độ tinh khiết cao, bọc cách điện và quấn quanh lõi thép để thực hiện quá trình biến đổi điện áp.

Cuộn dây được làm từ dây đồng hoặc nhôm có độ tinh khiết cao, bọc vật liệu cách điện và quấn quanh lõi thép.

• Cuộn sơ cấp: Nối với nguồn điện cao áp (22kV hoặc 35kV).
• Cuộn thứ cấp: Nối với tải, cung cấp điện áp ra hạ thế (thường là 400V 3 pha) cho tủ điện trạm sạc xe điện và các bộ sạc nhanh DC 60-300kW.

3. Dầu cách điện và Hệ thống làm mát

Hệ thống này giúp duy trì nhiệt độ an toàn cho máy. Máy biến áp dầu (kiểu ONAN) dùng dầu khoáng để vừa làm mát vừa cách điện; cần kiểm tra dầu định kỳ (DGA, độ axit). Máy biến áp khô (kiểu AN) làm mát bằng không khí tự nhiên, an toàn cháy nổ hơn cho không gian kín.

Hệ thống làm mát máy biến áp quyết định độ bền và hiệu suất của máy.

• Với máy dầu (Kiểu ONAN): Sử dụng dầu cách điện (Transformer Oil) để vừa làm mát, vừa tăng cường khả năng cách điện. Chất lượng dầu phải được kiểm tra định kỳ, bao gồm kiểm tra độ axit của dầu máy biến áp và phân tích khí hòa tan (DGA). Bất kỳ dấu hiệu hỏng dầu máy biến áp nào cũng cần được xử lý ngay bằng dịch vụ lọc dầu máy biến áp.
• Với máy khô (Kiểu AN): Làm mát bằng không khí tự nhiên, cấu tạo đơn giản và an toàn cháy nổ hơn.

4. Vỏ máy và Phụ kiện bảo vệ

Vỏ máy bằng thép sơn tĩnh điện bảo vệ các bộ phận bên trong. Các phụ kiện bảo vệ quan trọng đi kèm bao gồm: đầu nối (bushings), đồng hồ nhiệt độ, đồng hồ mức dầu, và đặc biệt là các thiết bị bảo vệ hệ thống như Relay bảo vệ quá dòng và chống sét lan truyền (Surge Arrester).

Vỏ thép sơn tĩnh điện giúp bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi va đập và ăn mòn. Các phụ kiện quan trọng đi kèm bao gồm:

• Đầu nối (Bushings): Điểm nối cáp vào và ra.
• Thiết bị đo lường: Đồng hồ nhiệt độ, đồng hồ mức dầu.
• Phụ kiện máy dầu: Bình dầu phụ máy biến áp, van thở (bộ lọc ẩm).
• Hệ thống bảo vệ: Tích hợp Relay bảo vệ quá dòng và thiết bị chống sét lan truyền (Surge Arrester) để bảo vệ toàn diện hệ thống. Đây là một phần quan trọng của giải pháp bảo vệ máy biến áp.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday. Quy trình: (1) Nguồn điện 22kV vào cuộn sơ cấp. (2) Tạo ra từ trường biến thiên. (3) Từ trường cảm ứng, tạo ra điện áp 400V AC ở cuộn thứ cấp. (4) Nguồn 400V AC này được cấp cho bộ sạc (Charger) để chuyển đổi thành DC sạc cho pin xe điện.

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp dựa trên định luật cảm ứng điện từ Faraday.

1. Nhận điện: Dòng điện xoay chiều (AC) 22kV từ lưới điện đi vào cuộn sơ cấp.
2. Cảm ứng: Dòng điện này tạo ra từ trường biến thiên trong lõi thép.
3. Hạ áp: Từ trường biến thiên cảm ứng một điện áp xoay chiều ở cuộn thứ cấp. Do số vòng dây thứ cấp ít hơn, điện áp hạ xuống mức 400V AC.
4. Cấp cho bộ sạc: Nguồn 400V AC này được cấp cho bộ sạc (Charger). Tại đây, bộ sạc sẽ chuyển đổi AC thành DC để sạc pin xe điện.

Hiệu suất của máy biến áp là cực kỳ quan trọng, có thể đạt 95-98% nếu các tổn hao được giữ ở mức thấp. Điều này cần được kiểm tra qua thí nghiệm đo tổn hao không tải định kỳ.

Vì sao máy biến áp Vintec phù hợp cho trạm sạc?

Máy biến áp Vintec phù hợp vì 5 lý do: (1) Hiệu suất cao >98% giúp tiết kiệm chi phí điện; (2) Thiết kế chuyên dụng chịu tải đột biến và sóng hài từ sạc nhanh; (3) Cung cấp cả tùy chọn máy Dầu (ngoài trời) và Khô (trong nhà); (4) Tích hợp đầy đủ các tính năng bảo vệ an toàn (quá dòng, quá áp, sét); (5) Là sản phẩm sản xuất tại Việt Nam, bảo hành 24 tháng và dịch vụ bảo trì nhanh trong 48 giờ.

Máy biến áp Vintec, điển hình như loại dùng cho trạm biến áp 1 cột Vintec, được tối ưu hóa cho hạ tầng sạc xe điện tại Việt Nam với nhiều ưu điểm:

• Tổn hao thấp: Hiệu suất vượt trội (>98%), giúp giảm chi phí vận hành (tiền điện) từ 5-10% so với các loại máy thông thường.
• Thiết kế chuyên dụng: Chịu được tải đột biến và sóng hài (harmonics) từ các bộ sạc nhanh 60-300kW, đảm bảo hoạt động ổn định.
• Tùy chọn dầu/khô: Cung cấp cả hai giải pháp: máy dầu cho trạm ngoài trời và máy khô cho garage, hầm xe.
• Bảo vệ toàn diện: Tích hợp sẵn các relay và surge arrester (chống sét) để chống quá dòng, quá áp, ngắn mạch.
• Sản xuất Việt Nam: Bảo hành 24 tháng, dịch vụ bảo trì trạm biến áp nhanh chóng trong 48 giờ, dễ dàng tích hợp với lưới điện của EVN.

Bảng thông số kỹ thuật máy biến áp trạm sạc phổ biến

Các thông số kỹ thuật phổ biến nhất cho máy biến áp trạm sạc xe điện bao gồm: Công suất định mức (phổ biến từ 100kVA đến 1000kVA), Điện áp vào (lưới 22kV hoặc 35kV), Điện áp ra (400V/3Pha hoặc 480V/3Pha), Tần số 50Hz, và Kiểu làm mát (ONAN cho máy dầu, AN cho máy khô).

Dưới đây là các thông số kỹ thuật thường gặp của máy biến áp 3 pha dùng trong trạm sạc:

Kết luận

Việc lựa chọn máy biến áp đúng chủng loại và công suất là yếu tố then chốt, quyết định sự an toàn và hiệu quả kinh tế của trạm sạc xe điện. Hiểu rõ cấu tạo từ lõi thép, cuộn dây đến hệ thống bảo vệ giúp chủ đầu tư tối ưu chi phí, đảm bảo trạm vận hành ổn định và lâu dài.

Lựa chọn đúng máy biến áp là yếu tố then chốt cho sự an toàn và hiệu quả của trạm sạc xe điện. Hiểu rõ cấu tạo máy biến áp từ lõi thép, cuộn dây đến các hệ thống bảo vệ sẽ giúp chủ đầu tư tối ưu chi phí và đảm bảo vận hành ổn định, lâu dài.

Nếu bạn cần tư vấn xây dựng trạm biến áp hoặc các dịch vụ bảo trì hệ thống điện chuyên nghiệp, vui lòng liên hệ với KTH Electric ngay hôm nay để được hỗ trợ kỹ thuật chuyên sâu.