Nghiên cứu đánh giá đặc tính làm việc của dầu cách điện nguồn gốc thực vật environtemp FR3 trong máy biến áp phân phối Việt Nam

) 
24 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 3 (6/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
 S - công suất danh định của MBA phân phối tính bằng 
 kVA; 
 Pk - tổn hao có tải của MBA phân phối, tính bằng kW; 
 Po - tổn hao không tải của MBA phân phối, tính bằng kW. 
 Kết quả tính toán E50% phải được hiệu chỉnh về nhiệt độ 
 chuẩn là 75oC theo TCVN 6306-1-2015 (IEC 60076-1) [26]. 
 Bảng 2. Kết quả các thí nghiệm xuất xưởng và hiệu suất năng lượng 
 MBA sử dụng dầu MBA sử dụng 
 Danh mục 
 khoáng dầu FR3 
 Io (%) 0,32 0,31 
 b) 
 Po (W) 136,5 136,2 
 Hình 4. Thí nghiệm đo nhiệt độ chớp cháy cốc kín (oC) với dầu Envirotemp 
 U (%) 5,12 5,11 
FR3 và dầu khoáng ГK theo tiêu chuẩn ASTM D93 [13] k1
 Thí nghiệm nhiệt độ chớp cháy cốc kín [13] là hạng mục Pk1 (W) 837,5 835,0 
kiểm tra để đánh giá mức độ phân hủy của dầu cách điện Hiệu suất năng lượng E50% (%) 98,6354 98,6390 
dưới tác động của nhiệt độ, tạo ra hỗn hợp hơi dễ cháy. Chỉ Như vậy dầu thực vật Envirotemp FR3 thoả mãn đầy đủ 
tiêu này xác định tính an toàn về cháy nổ cho các thiết bị các tiêu chuẩn cần có của MBA phân phối. 
điện chứa dầu trong quá trình vận hành, tiêu chuẩn thí 
 Các thí nghiệm phát nhiệt được thực hiện nhằm đánh 
nghiệm ASTM D93. 
 giá mức độ tăng nhiệt trong vận hành của loại dầu mới này, 
 Hình 4 thể hiện rõ nhiệt độ chớp cháy cốc kín của dầu bằng cách cung cấp cho MBA nguồn điện để có dòng điện 
nguồn gốc thực vật Envirotemp FR3 cao gấp khoảng 1,7 lần chạy trong các cuộn dây phía cao áp và hạ áp ở giá trị định 
so với dầu khoáng ГK. Điều này cho thấy mức nhiệt để phân mức. Việc đo nhiệt độ của MBA, 1 tiếng 1 lần, được thực 
hủy dầu cách điện Envirotemp FR3 tạo ra hỗn hợp hơi dễ hiện đến khi nhiệt độ MBA đạt đến trạng thái bão hoà. Mỗi 
cháy cao hơn so với dầu khoáng. Nói cách khác dầu loaị dầu được tiến hành đo 03 lần khác nhau, để đảm bảo 
Envirotemp FR3 có khả năng chống cháy cao, an toàn hơn các kết quả thể hiện có tính chính xác cao. 
khi xảy ra sự cố. Đây có thể nói là ưu điểm quan trọng của 
 Từ bảng 3 có thể thấy, mức độ tăng nhiệt của loại dầu 
loại dầu này, giúp cho các quá trình quá độ gây ra nhiệt độ 
 Envirotemp FR3 trong nhiều trường hợp còn tốt hơn so với 
cao trong MBA chống lại sự cháy nổ sự cố. 
 một số loại dầu khoáng thông thường vẫn được sử dụng 
3.2. Thí nghiệm dầu với MBA phân phối Việt Nam trong MBA, mức tăng 23,5oC so với 26oC). 
 Để đánh giá tổng thể hiệu quả dầu thực vật, các thí Như vậy, các thử nghiệm loại dầu thực vật mới 
nghiệm xuất xưởng cũng như thí nghiệm về hiệu suất năng Envirotemp FR3 với MBA phân phối tại Việt Nam đều cho 
lượng với MBA được thực hiện tại Công ty Thiết bị điện 
 thấy sự thoả mãn các yêu cầu kĩ thuật cần thiết và đảm bảo 
Đông Anh (EEMC) [24], với MBA sử dụng 180kVA, 35/0,4kV. 
 chất lượng trong vận hành. 
Hai loại dầu được thử nghiệm cùng trong các thí nghiệm 
này là dầu khoáng ESTran 4 do Công ty Thiết bị điện Đông Bảng 3. Kết quả thí nghiệm phát nhiệt trong MBA với dầu FR3 và dầu 
Anh sử dụng và mẫu FR3. Với mỗi loại dầu, MBA dùng thí khoáng ГK 
nghiệm cần được đưa vào dây truyền sản xuất để đổ đầy Nhiệt Nhiệt Nhiệt Nhiệt Nhiệt 
 Nhiệt 
các loại dầu cần thí nghiệm, để ổn định dầu trước khi đem Nhiệt độ vị độ độ độ cuộn độ cuộn 
 Thời độ lớp 
ra thí nghiệm. TT độ môi trí cánh cánh dây cao dây hạ 
 gian dầu 
 trường giữa bên bên áp pha áp pha 
 Đối với các thí nghiệm cơ bản về điện trở, mức cách trên 
điện, điện áp các cuộn dây đều cho các kết quả tương MBA cao áp hạ áp B b 
đồng, nằm trong yêu cầu chất lượng của công ty. Thí nghiệm với dầu Envirotemp FR3 
 Các kết quả thí nghiệm không tải và ngắn mạch thể 
 Ban đầu 1 8h30 26,00 26,30 26,50 26,50 26,50 26,90 26,50 
hiện trên bảng 2 cho thấy hiệu quả của loại dầu thực vật 
Envirotemp FR3 có chất lượng tương đương, thậm chí tốt Bão hoà 1 16h30 26,00 48,50 45,00 48,10 46,80 49,50 49,50 
hơn so với dầu khoáng thường. Ban đầu 2 9h15 25,00 25,30 25,50 25,50 25,50 25,90 25,50 
 Về hiệu suất năng lượng trong MBA được xác định theo Bão hoà 2 17h15 25,00 47,50 44,00 47,10 45,80 48,50 48,50 
công thức [25]: Thí nghiệm với dầu khoáng ESTran 4 
 0,5. S Ban đầu 1 8h30 20,00 21,50 21,50 21,50 21,50 21,50 21,50 
 E% = 
 0,5. S + 0,25. P + P Bão hoà 1 16h30 20,00 45,00 43,00 45,00 44,50 46,10 46,00 
 Trong đó: Ban đầu 2 8h00 22,00 23,50 23,50 23,50 23,50 23,50 23,50 
 E50% - hiệu suất tính bằng phần trăm của MBA ở 50% Bão hoà 2 16h00 22,00 47,00 45,00 47,00 46,50 48,10 48,00 
phụ tải và ở hệ số công suất bằng 1; 
 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 3 (June 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 25
 KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P - ISSN 1859 - 3585 E - ISSN 2615 - 961 9 
 4. MÔ PHỎNG KHẢ NĂNG TRUYỀN NHIỆT CỦA DẦU Hình 5 biểu diễn mô hình MBA nghiên cứu sau khi phân 
 ENVIRONTEMP FR3 rã để giải bài toán theo phương pháp phần tử hữu hạn bằng 
 Mô hình phần tử hữu hạn được xây dựng để mô phỏng công cụ số FEMM (Finite Element Method Magnetics). Cấu 
 tính toán phân bố năng lượng, tôn̉ thât́ năng lương̣ trong hình kích thước của mạch từ, vị trí bối dây, độ dày các bối 
 MBA trong hai trường hợp sử dụng dầu khoáng và dầu dây được mô phỏng, tính toán theo thiết kế thật của máy. 
 thực vật nghiên cứu. Đối tượng mô phỏng là MBA 35/0,4kV, Nghiên cứu trong bài báo không xét đến sự già hóa 
 công suất 180kVA, đang được sử dụng vận hành thực tế. cũng như biến đổi theo thời gian của vật liệu. Bài toán điện 
 Phương pháp nghiên cứu sử dụng là phương pháp trường tĩnh (electrostatic) được tính toán với hai trường 
 phần tử hữu hạn [27], đây là phương pháp số gần đúng để hợp tương ứng: sử dụng (hằng số điện môi) dầu khoáng 
 giải các bài toán được mô tả bằng các phương trình vi phân (εr = 2,2) và sử dụng đầu Envirotemp FR3 (εr = 3,5). 
 đạo hàm riêng trên miền xác định có hình dạng và điều 4.2. Kết quả mô phỏng 
 kiện biên bất kỳ mà nghiệm chính xác không thể tìm được 
 bằng phương pháp giải tích. 
 4.1. Đối tượng nghiên cứu 
 Máy biến áp nghiên cứu là máy sử dụng trong thí 
 nghiệm, mục 3.2, loại ba pha ba trụ, được làm mát bằng 
 dầu. Mạch từ của MBA được làm bằng thép kỹ thuật điện, 
 độ từ thẩm µr = 1000, có kích thước lần lượt dài - cao - dày 
 lần lượt là 103,625x66,5x22cm. 
 Tại mỗi pha của MBA, dây quấn được quấn kiểu đồng 
 tâm, cuộn dây hạ áp ở trong và cao áp ở ngoài. Dây quấn 
 a) Cấu hình ban đầu d = 34mm 
 được làm bằng đồng, độ dẫn điện σ = 59,6MS/m. Chiều dày 
 quâń của cuộn hạ áp và cao áp quanh trụ lần lượt là 1cm và 
 3cm. Giữa 2 cuộn dây có lớp giấy cách điện dày 0,5cm. 
 Khoảng cách ngắn nhất trong lớp dầu MBA phân cách giữa 
 các pha là d = 34mm. 
 b) Cấu hình thay đổi d = 60mm 
 Hình 6. Phân bố điện thế trong MBA và năng lượng tích trữ trong dầu 
 Hình 6a biểu diễn phân bố điện thế trong MBA khi sử 
 dụng dầu Envirotemp FR3 tại thời điểm xét t0 khi đặt vào 
 pha A điện áp cực đại V0 trong khi điện áp pha B và C là: 
 -0,5V0. Để đánh giá tác động khi thay tế dầu cách điện, dựa 
 vào mô hình phần tử hữu hạn vừa thành lập, năng lương̣ 
 tích trữ trong dầu MBA được xác định trong hai trường hợp: 
 sử dụng dầu khoáng và dầu Envirotemp FR3. 
 Bảng 4. Năng lượng tích trữ trong dầu với cấu hình d = 34mm 
 Dầu khoáng Dầu FR3 
 W (Joules) 0,01146 0,01813 
 Dựa vào kết quả mô phỏng tính toán (bảng 4), ta nhận 
 thấy với cùng điều kiện thí nghiệm: nếu sử dụng dầu 
 Envirotemp FR3 sẽ thu được năng lượng tụ trong dầu lớn 
 hơn (58,20%) so với trường hợp dùng dầu khoáng thông 
 thường. Đây là yếu tố không có lợi, có thể gây phát nóng 
 trong dầu. 
 Thay đổi độ dày lớp dầu giữa các pha 
 Hình 5. Cấu hình và mô hình phần tử hữu hạn của MBA ba pha 35/0,4kV - Các mô hình mô phỏng được xây dưng̣ khi thay đổi độ 
 180kVA nghiên cứu dày lớp dầu giữa các pha (d) để đánh giá độ thay đổi về 
26 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 3 (6/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
năng lượng tích trữ trong dầu. Kết quả tính toán trong lần so với trường hợp sử dụng dầu khoáng. Đây là một lưu 
trường hợp sử dụng đầu Envirotemp FR3. Năng lượng tích ý quan trọng trong việc áp dụng dầu FR3 trong thực tế tại 
trữ trong lớp dầu được trình bày trong hình 6b và hìình 7. Việt Nam. 
 Việc nghiên cứu thí nghiệm dầu khoáng và dầu 
 Envirotemp FR3 có ý nghĩa nhất định trong việc đánh giá 
 thực tế việc áp dụng dầu có nguồn gốc thực vật trong MBA 
 phân phối tại Việt Nam. Đeièu này sẽ giúp ích cho các 
 nghiên cứu tiếp theo như thử nghiệm vận hành MBA thực 
 tế với hai loại dầu trong cùng điều kiện tại Việt Nam. 
 LỜI CẢM ƠN 
 Kết quả nghiên cứu thuộc đề tài KHCN Bộ Công Thương 
 năm 2018. Nhóm tác giả bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến 
 Ông Nguyễn Hải Quân, trưởng phòng công nghệ, EEMC; 
 Ông Nguyễn Đức Hạnh và trung tâm thí nghiệm Công ty 
 o
 N d (mm) Năng lượng tích trữ (Joules) Thuỷ điện Hoà Bình, với sự giúp đỡ quý báu trong quá trình 
 1 34 0,01813 thí nghiệm, nghiên cứu về loại dầu thực vật FR3 mới có tại 
 2 40 0,01584 Việt Nam. 
 3 50 0,01399 
 4 60 0,01143 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 5 65 0,01075 [1]. TCVN 6608-2010 : Sản phẩm dầu mỏ - phương pháp xác định điểm chớp 
 Hình 7. Phân bố điện thế trong MBA khi sử dụng dầu FR3 Biotemp với lớp cháy cốc kín bằng thiết bị thử có kích thước nhỏ. 
dầu giữa các pha thay đổi [2]. IEC 60296-4.0 - 2012-02 - Chất lỏng cho ứng dụng kỹ thuật điện - Một 
 Dựa vào kết quả mô phỏng ta nhận thấy, khoảng cách số loại dầu khoáng cho MBA và máy cắt. 
dầu giữa các pha càng tăng thì năng lượng Joules trong [3]. ASTM D 3487-09 - Tiêu chuẩn đặc tính kỹ thuật đối với dầu khoáng sử 
dầu càng giảm. Khi sử dụng dầu Envirotemp FR3 với dụng trong thiết bị điện. 
khoảng cách dầu d = 60mm thì thu được năng lượng trong 
 [4]. IEC 62770 -1.0 - 2013-11 - Chất lỏng cho ứng dụng kỹ thuật điện - Một 
dầu bằng trường hợp sử dụng dầu khoáng ở cấu hình ban 
 số loại dầu ester tự nhiên cho MBA và các thiết bị điện tương tự. 
đầu (d0 = 34mm). 
 [5]. ASTM D 6871-03-2008 - Tiêu chuẩn đặc tính kỹ thuật đối với dầu ester 
 Như vậy, ngoài những ưu điểm về nhiệt độ chớp cháy, 
 tự nhiên sử dụng trong thiết bị điện 
điện áp phóng điện,, đã được trình bày trong phần thí 
nghiệm, một trong những nhược điểm phải kể đến của dầu [6]. Daniel Martin and Tapan Saha, 2017. Condition Monitoring of Vegetable Oil 
thực vật là hằng số điện môi cao, dẫn đến nhiệt độ trong Insulation in In-Service Power Transformers: Some Data Spanning 10 Years. Power 
dầu có thể tăng cao trong quá trình vận hành. Do đó, để cải and Energy Systems, University of Queensland, St. Lucia, QLD 4072, Australia. 
thiện mức độ tản nhiệt của dầu, việc thiết kế và chế tạo cần [7]. P.Samuel Pakianathan, 2013. Enhancement of Critical Characteristics of 
chú ý đến thay đổi đáng kể kích thước của máy nhằm đạt Vegetable oil and used Mineral oil of Power Transformer. Department of EEE 
được hiệu quả tốt hơn trong quá trình vận hành. National Engineering College Kovilpatti, Tamilnadu, India. 
5. KẾT LUẬN [8]. IEC 60156:1995 - Insulating liquids - Determination of the breakdown 
 Bài báo trình bày chi tiết các thí nghiệm theo tiêu chuẩn voltage at power frequency - Test method. 
IEC, ASTM với hai mẫu: dầu khoáng ГK và dầu thực vật [9]. IEC 60247:2004 - Insulating liquids - Measurement of relative 
Envirotemp FR3 trong các thử nghiệm thực tế với máy biến permittivity, dielectric dissipation factor (tan d) and d.c. resistivity. 
áp phân phối Việt Nam. Các kết quả thí nghiệm đã chỉ ra ưu [10]. IEC 62021-1:2003 - Insulating liquids - Determination of acidity - Part 
điểm vượt trội của dầu có nguồn gốc thực vật so với dầu 1: Automatic potentiometric titration. 
khoáng, điển hình như: Điện áp đánh thủng và nhiệt độ [11]. ASTM D974 - Standard Test Method for Acid and Base Number by 
chớp cháy của dầu Envirotemp FR3 cao hơn, giúp làm giảm Color-Indicator Titration. 
thiểu rủi ro cháy nổ MBA; Khả năng giữ ẩm của dầu 
 [12]. IEC 60814:1997 - Insulating liquids - Oil-impregnated paper and pressboard 
Envirotemp FR3 cao hơn giúp giấy cánh điện sử dụng trong 
 - Determination of water by automatic coulometric Karl Fischer titration. 
MBA sẽ có tốc độ lão hóa chậm hơn; Khả năng đáp ứng của 
dầu với MBA phân phối phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Đồng [13]. ASTM D93 “Standard Test Methods for Flash Point by Pensky-Martens 
thời, các tác giả cũng đã thành lập mô hình phần tử hữu Closed Cup Tester” 
hạn tính toán khi sử dụng dầu khoáng và dầu Envirotemp [14]. ASTM D893 - Standard Test Method for Insolubles in Used Lubricating 
FR3 trong một cấu hình MBA thực tế. Kết quả tính toán mô Oils. 
phỏng chỉ ra rằng khi sử dụng dầu Envirotemp FR3 nên [15]. ASTM D3612 - Standard Test Method for Analysis of Gases Dissolved in 
xem xét dãn độ dày lớp dầu giữa các pha lên khoảng 1,76 Electrical Insulating Oil by Gas Chromatography. 
 Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 3 (June 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 27
 KHOA H ỌC CÔNG NGHỆ P - ISSN 1859 - 3585 E - ISSN 2615 - 961 9 
 [16]. IEEE Guide for Acceptance and Maintenance of Insulating Oil in 
 Equipment, IEEE STD. C57.106 - 2006. 
 [17]. IEEE Guide for Acceptance and Maintenance of Natural Ester Fluids in 
 Transformers, IEEE STD. C57.147 - 2008. 
 [18]. Envirotemp FR3 Fluid (www.nttworldwide.com/docs/fr3brochure.pdf). 
 [19]. IEC 60247:2004 - Insulating liquids - Measurement of relative 
 permittivity, dielectric dissipation factor (tan d) and d.c. resistivity. 
 [20] .T.A. Prevost, 2006. Dielectric Properties of Natural Esters and Their 
 Influence on Transformer Insulation System Design and Performance - An Update. 
 IEEE Power Energy Soc. (PES) Transmission and Distribution Conf. Exhibition, pp. 
 30-34. 
 [21]. CIGRE Working Group A2.35, 2010. New Experience in Service with New 
 Insulating Liquids. Brochure No: 436; ISBN: 978-2-85873-124-4. 
 [22]. H.Borsi et al., 2007. New liquid insulating materials for power 
 transformers. Cigre, Brugge. 
 [23]. M.Hemmer et al., 2002. Electrical properties of rape-seed oil. Conference 
 on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. 
 [24]. Tổng Công ty Thiết bị điện Đông Anh https://www.eemc.com.vn/en/ 
 [25]. TCVN 8525:2015 - Máy biến áp phân phối- mức hiệu suất năng lượng 
 tối thiểu và phương pháp xác định hiệu suất năng lượng. 
 [26]. TCVN 6306-1-2015 - Máy biến áp điện lực - qui định chung. 
 [27]. Alexandra Ciuriuc, Laurentiu Marius Dumitran, Petru V. Noţingher, 
 2016. Lifetime Estimation of Vegetable and Mineral Oil Impregnated Paper for 
 Power Transformers. Laboratory of Electrical Materials, University “Politehnica” of 
 Bucharest, UPB-ELMAT, Bucharest, Romania.. 
 AUTHORS INFORMATION 
 Nguyen Nhat Tung, Nguyen Duc Quang 
 Faculty of Electrical Engineering, Electric Power University 
28 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 3 (6/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn