Điện năng chúng ta sử dụng có thể được sản xuất cách nơi tiêu thụ hàng nghìn kilômét. Nguồn điện có thể đến từ nhà máy thủy điện, nhiệt điện hoặc nhiều loại hình phát điện khác. Để truyền đi xa, điện năng không được đưa trực tiếp từ máy phát đến người sử dụng. Điện phải trải qua các công đoạn tăng áp, truyền tải, hạ áp và phân phối.

Tại nhà máy điện, máy biến áp tăng điện áp lên cấp phù hợp với phương án đấu nối. Việc tăng điện áp giúp giảm dòng điện và hạn chế tổn thất trên đường dây truyền tải. Càng gần nơi tiêu thụ, điện áp càng được hạ xuống qua các trạm biến áp. Cuối cùng, điện được phân phối đến khu công nghiệp, cơ sở sản xuất và hộ gia đình. Bài viết sẽ giải thích từng công đoạn và vai trò của máy biến áp trong toàn bộ quá trình.

1. Điện năng được tạo ra tại nhà máy thủy điện và nhiệt điện như thế nào?

Quá trình truyền tải điện năng bắt đầu tại các nhà máy phát điện. Tại nhiều nhà máy thủy điện, nước được dẫn từ hồ chứa hoặc dòng sông qua đường ống áp lực. Dòng nước làm quay các cánh tua-bin được nối với trục máy phát điện. Máy phát chuyển cơ năng của tua-bin thành điện năng nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ. Sản lượng thủy điện phụ thuộc lưu lượng nước, cột nước và phương thức vận hành hồ chứa. Vì vậy, khả năng phát điện có thể thay đổi theo mùa và điều kiện thủy văn.

Trong nhà máy nhiệt điện than, nhiên liệu được đốt trong lò hơi để tạo hơi nước áp suất cao. Dòng hơi làm quay tua-bin hơi, sau đó tua-bin dẫn động máy phát điện. Với nhà máy điện khí, tua-bin khí hoặc chu trình hỗn hợp có thể được sử dụng. Dù sử dụng nước hay nhiệt, máy phát vẫn tạo ra điện xoay chiều ở đầu cực. Điện áp đầu cực phụ thuộc thiết kế tổ máy và thường chưa phù hợp để truyền tải đường dài. Ở các nhà máy lớn, điện thường đi qua máy biến áp tăng áp trước khi hòa vào lưới.

2. Máy biến áp tăng áp giúp điện năng được truyền đi xa với hao phí thấp hơn

Điện áp đầu cực máy phát thường chưa phù hợp để truyền tải công suất lớn trên quãng đường dài. Vì vậy, nhà máy lớn thường lắp máy biến áp tăng áp gần tổ máy phát điện. Thiết bị nâng điện áp lên cấp phù hợp với điểm đấu nối của nhà máy. Tại Việt Nam, nhà máy lớn có thể đấu nối ở cấp 110 kV, 220 kV hoặc 500 kV. Tuy nhiên, cấp điện áp cụ thể được lựa chọn theo phương án đấu nối của từng dự án.

Máy biến áp tăng áp không tạo thêm điện năng hoặc làm tăng công suất của máy phát. Thiết bị giúp truyền tải công suất gần như không đổi với dòng điện thấp hơn. Đường dây có điện trở, nên dòng điện chạy qua sẽ làm dây dẫn phát nhiệt. Khi điện áp tăng, dòng điện cần truyền trên đường dây sẽ giảm. Nhờ đó, đường dây phát nhiệt ít hơn và giảm tổn thất điện năng.

Ví dụ đơn giản, tăng điện áp mười lần có thể làm dòng điện giảm khoảng mười lần. Giả thiết công suất và hệ số công suất không đổi. Khi điện trở giữ nguyên, tổn thất nhiệt có thể giảm khoảng một trăm lần. Đây là lý do điện áp cao được sử dụng để truyền tải điện năng đi xa.

Trạm biến áp tăng áp tại Phú Quốc

3. Điện năng được truyền đi xa trên lưới 500 kV và 220 kV đến các khu vực phụ tải

Theo quy định hiện hành, lưới điện truyền tải Việt Nam gồm hai cấp 500 kV và 220 kV. Đây là hệ thống đường dây và trạm biến áp dùng để truyền tải lượng công suất lớn. Lưới 500 kV giữ vai trò trục chính, liên kết các miền trong hệ thống điện quốc gia. Nó đưa điện từ những khu vực dư công suất đến nơi có nhu cầu cao. Cấp điện áp cao giúp truyền tải xa hiệu quả hơn và hạn chế tổn thất trên đường dây. Nhờ đó, lưới 500 kV hỗ trợ cân bằng cung cầu và tăng khả năng trao đổi điện liên miền.

Lưới 220 kV nhận điện từ trạm 500 kV hoặc nhà máy có phương án đấu nối phù hợp. Điện được chuyển đến các trạm 220 kV gần khu vực phụ tải. Tại nhiều trạm, máy biến áp hạ điện áp xuống 110 kV hoặc cấp phù hợp với thiết kế. Điện tiếp tục đi vào lưới khu vực để phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Trong lưới điện liên kết, dòng công suất không nhất thiết đi theo một tuyến duy nhất. Việc điều độ phụ thuộc nhu cầu, cấu hình lưới và giới hạn vận hành từng thời điểm.

Đường dây diện 500kV Bắc – Nam

4. Điện áp được hạ dần từ 500 kV xuống 220 kV và 110 kV tại các trạm biến áp

Trong chiều truyền điện đến phụ tải, máy biến áp tại trạm 500 kV nhận điện ở cấp 500 kV. Thiết bị hạ điện áp xuống 220 kV trước khi điện đi vào lưới truyền tải khu vực. Điện tiếp tục đi trên đường dây 220 kV đến gần những trung tâm phụ tải. Tại nhiều trạm 220 kV, máy biến áp tiếp tục hạ điện áp xuống 110 kV. Lưới 110 kV sau đó đưa điện đến các trạm hạ áp và khách hàng lớn.

Máy biến áp hoạt động với dòng điện xoay chiều và từ trường biến thiên trong lõi thép. Tỷ số vòng dây quyết định khả năng tăng hoặc giảm điện áp giữa hai phía. Tại Việt Nam, nhiều trạm sử dụng máy biến áp 500/220/35 kV hoặc 220/110/22 kV. Những ký hiệu này thể hiện điện áp định mức tại các phía của máy biến áp. Phía 35 kV hoặc 22 kV có thể cấp thiết bị trạm hoặc lưới địa phương, tùy thiết kế. Không phải mọi nguồn điện đều đi qua đầy đủ cấp 500 kV, 220 kV và 110 kV. Sơ đồ thực tế phụ thuộc nguồn điện, phụ tải và phương án đấu nối của từng khu vực.

5. Lưới điện 110 kV, 35 kV và 22 kV đưa điện đến khu công nghiệp và khu dân cư

Điện từ lưới 220 kV thường được đưa xuống lưới 110 kV gần khu vực tiêu thụ. Theo quy định hiện hành, 110 kV, 35 kV và 22 kV đều thuộc lưới điện phân phối. Tại nhiều trạm 110 kV, máy biến áp hạ điện áp xuống 35 kV hoặc 22 kV. Các tuyến điện này tỏa đến khu công nghiệp, đô thị và khu dân cư. Chúng đưa điện đến trạm biến áp riêng hoặc trạm phân phối gần phụ tải.

Khách hàng công nghiệp lớn có thể được đấu nối trực tiếp ở cấp 110 kV. Cơ sở sản xuất có phụ tải nhỏ hơn thường nhận điện ở cấp 35 kV hoặc 22 kV. Máy biến áp của khách hàng tiếp tục hạ điện áp theo yêu cầu của thiết bị sản xuất. Tại khu dân cư, đường dây 35 kV hoặc 22 kV đưa điện đến các trạm phân phối. Điện áp này chưa được cấp trực tiếp vào ổ cắm của hộ gia đình. Máy biến áp phân phối tiếp tục hạ điện áp trước khi cấp cho nhà dân và cơ sở nhỏ. Điện áp tiếp nhận phụ thuộc quy mô phụ tải, khoảng cách và phương án đấu nối của khách hàng.

Máy biến áp khô MBT

Máy biến áp dầu MBT

6. Máy biến áp phân phối hạ điện áp để cấp điện 380/220 V cho người sử dụng

Chặng cuối diễn ra tại các trạm biến áp phân phối gần nơi sử dụng. Máy biến áp thường hạ điện áp từ 22 kV hoặc 35 kV xuống lưới hạ áp 0,4 kV. Điện áp giữa hai dây pha thường là 380 V, còn giữa pha và trung tính là 220 V. Hộ gia đình chủ yếu sử dụng điện một pha 220 V cho thiết bị sinh hoạt. Cơ sở sản xuất có thể dùng điện ba pha 380 V khi thiết bị yêu cầu.

Tùy công trình, máy biến áp dầu hoặc máy biến áp khô có thể được sử dụng. Việc lựa chọn phụ thuộc vị trí lắp đặt, tải điện và yêu cầu an toàn. Tại trạm điện, máy biến áp phối hợp với thiết bị đóng cắt, bảo vệ và đo lường. Công tơ ghi nhận lượng điện năng được cấp cho từng khách hàng. Điện cấp vào công trình đi qua tủ điện để phân chia thành các mạch sử dụng. Có thể tham khảo các nhóm thiết bị điện do MBT cung cấp cho từng dự án. Nhờ các cấp biến áp, điện từ nhà máy có thể đến người dùng an toàn và hiệu quả.