Trạm biến áp là gì? Cấu tạo, chức năng và cách phân loại

Khi nhu cầu sử dụng điện tăng, kéo theo quy mô của lưới điện truyền tải tăng theo, trạm biến áp, nhất là các trạm công suất lớn đóng vai trò không thể thay thế để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định. Vậy trạm biến áp là gì? Cấu tạo và chức năng của loại trạm này như thế nào? Mời bạn tìm hiểu trong bài viết sau.

Nội dung chính

Trạm biến áp là gì?

Điều 2 tại Nghị định 62/2025/NĐ-CP quy định, trạm biến áp (Substation) còn được gọi là trạm điện, trạm cắt, trạm bù hoặc trạm chỉnh lưu. Đây là hệ thống kỹ thuật quan trọng trong lưới điện, chịu trách nhiệm chuyển đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác để phù hợp với nhu cầu sử dụng hoặc truyền tải. Các trạm điện thường tăng hoặc giảm điện áp để đảm bảo hiệu quả và an toàn khi điện được phân phối qua hệ thống. Trạm biến áp cũng là trung tâm điều phối dòng điện giữa nguồn cấp (nhà máy điện) và người tiêu dùng (khu dân cư, công nghiệp, thương mại). Ngoài ra, giữa trạm biến áp và người tiêu dùng cuối, điện năng còn có thể chảy qua một số trạm điện khác ở các mức điện áp khác nhau.

Trong kỹ thuật điện, trạm biến áp là thiết bị tĩnh điện có khả năng truyền năng lượng hoặc tín hiệu điện giữa các mạch thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ mà vẫn giữ nguyên tần số. Công trình này là nơi bố trí máy biến áp và các thiết bị phân phối điện, điều chỉnh điện áp để tạo thành một hệ thống truyền tải điện năng hoàn chỉnh.

Thông thường, trạm điện được bảo vệ bằng hàng rào hoặc nằm bên trong công trình và chỉ nhân viên được cấp phép mới có quyền truy cập. Lối vào trạm biến áp sẽ đặt biển báo màu vàng hoặc đen có dòng chữ “nguy hiểm chết người” để cảnh báo trường hợp truy cập trái phép. Tùy thuộc vào khu vực phục vụ là nhà ở dân cư hay các công trình công nghiệp, thương mại mà trạm điện sẽ có kích thước khác nhau. Riêng trường học và bệnh viện thường có trạm biến áp riêng.

Chức năng của trạm biến áp

Thuật ngữ “trạm biến áp” (substation) xuất hiện trước khi hệ thống phân phối điện trở thành lưới điện. Theo đó, khi các nhà máy phát điện trung tâm phát triển mạnh về quy mô, các nhà máy điện nhỏ hơn được chuyển đổi thành các trạm phân phối, nhận nguồn cấp điện từ nhà máy lớn hơn thay vì sử dụng máy phát điện riêng. Các trạm điện đầu tiên chỉ được kết nối với duy nhất một nhà máy điện, nơi đặt các máy phát điện và trạm biến áp trở thành chi nhánh của nhà máy điện đó.

Như vậy, một trạm biến áp đi vào hoạt động sẽ đảm nhận các chức năng chính gồm:

Phân phối năng lượng: Năng lượng được tạo ra từ các nhà máy điện sẽ đi qua trạm biến áp và đường dây truyền tải tới các điểm tiêu thụ như hộ gia đình, khu dân cư, nhà máy, công trình công nghiệp, thương mại…
Chuyển đổi điện áp: Chức năng chính của trạm biến áp, cho phép tăng hoặc giảm điện áp tùy thuộc vào yêu cầu của hệ thống truyền tải. Trạm điện có thể biến đổi điện áp từ cấp điện áp cao thế 110kV, 220kV xuống các cấp điện áp trung và hạ thế như 0.4kV, 22kV, 35kV. Ngược lại khi cần tăng điện áp để giảm tổn hao trên đường dây truyền tải, dòng điện qua trạm biến áp sẽ được tăng áp.

Chuyển đổi dòng điện: Trạm điện cũng có khả năng điều chỉnh dòng điện để đảm bảo an toàn cho hệ thống và thiết bị điện.
Cấp điện trong trường hợp khẩn cấp: Khi hệ thống xảy ra tình trạng cắt điện đột ngột hoặc có sự cố trên lưới, trạm biến áp có khả năng cung cấp điện dự phòng để hoạt động phân phối, truyền tải điện không bị gián đoạn.

Cấu tạo của trạm biến áp

Quy mô trạm điện sẽ quyết định đến số lượng thiết bị có trong trạm. Một số trạm biến áp nhỏ thường chỉ được tích hợp máy biến áp và các công tắc đi kèm. Riêng trạm biến áp quy mô vừa và lớn sẽ được trang bị đầy đủ các thiết bị như sau:

Máy biến áp: Thiết bị điện từ tĩnh hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ để tăng hoặc giảm điện áp trong mạch điện xoay chiều, đồng thời duy trì tần số và công suất không đổi. Máy biến áp không làm biến đổi năng lượng điện mà chỉ đảm nhận nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng. Chức năng chính của máy biến áp cũng chính là chức năng của trạm biến áp.
Hệ thống tủ phân phối và điều khiển: Như tủ điện tổng MSB, tủ tụ bù… có nhiệm vụ kiểm soát chất lượng điện năng và phân phối dòng điện tới các đầu mối truyền tải của khu vực tiêu thụ.
Cầu dao cách ly: Thường là loại cao thế hoặc trung thế, có khả năng tạo ra khoảng cách cách điện nhìn thấy được để đảm bảo an toàn trong quá trình sửa chữa, bảo trì hoặc ngắt mạch trong trường hợp khẩn cấp. Cầu dao cách ly chỉ đóng cắt khi không có tải.
Recloser: Được lập trình để ngắt khi dòng điện vượt ngưỡng quy định trong một khoảng thời gian nhất định. Thiết bị này có khả năng tự cấp điện lại cho mạch sau sự cố thoáng qua. Trung bình Recloser được thiết kế để hoạt động với 3 lần đóng và 4 lần mở, đi kèm thời gian trễ giữa các lần đóng/mở. Nếu việc tự đóng mạch lại không thành công sau một vài lần, Recloser sẽ phải đặt lại thủ công.
Hệ thống thanh cái, dây dẫn: Vật trung gian truyền dẫn điện, thường được làm bằng vật liệu đồng để tăng khả năng dẫn điện.
Hệ thống chống sét: Gồm cột thu lôi có nhiệm vụ ngăn các tia ion hóa và hệ thống chống sét lan truyền có khả năng bảo vệ hệ thống và thiết bị điện tử khỏi các xung điện áp đột biến gây ra bởi sét đánh hoặc sự cố lưới điện, bằng cách chuyển hướng dòng điện dư thừa xuống đất một cách an toàn.
Biến áp đo lường: Thiết bị chịu trách nhiệm đo dòng điện, bao gồm 2 loại là biến áp dòng điện (CT) để thay đổi giá trị dòng điện và biến áp điện áp (PT) để biến đổi giá trị điện áp mà không ảnh hưởng đến dòng điện.
Tụ điện: Cho phép bảo tồn điện năng được tạo ra trong điện trường. Thông qua 2 dây dẫn được ngăn cách bởi vật liệu cách điện, năng lượng sẽ được lưu trữ tạm thời.

Cách phân loại trạm biến áp

Trạm điện có nhiều loại khác nhau, được phân loại dựa trên cấp điện áp, chức năng, vị trí và cấu hình. Dưới đây là các loại trạm biến áp phổ biến.

Theo cấp điện áp

Trạm siêu cao áp: Hoạt động ở điện áp lớn hơn 500kV, được sử dụng trong hệ thống truyền tải điện quốc gia hoặc các dự án điện lớn để giảm tổn thất điện năng.
Trạm cao áp: Hoạt động ở điện áp 66kV, 110kV, 220kV và 500kV, thường dùng trong lưới điện truyền tải từ nhà máy điện đến các trạm phân phối và trạm trung gian.
Trạm trung áp: Hoạt động ở mức điện áp 6kV, 10kV, 15kV, 22kV và 35kV, phục vụ lưới điện phân phối.
Trạm hạ áp: Hoạt động ở điện áp dưới 1kV (thường là 0.2kV và 0.4kV), dùng cho lưới điện hạ thế, có thể cung cấp điện trực tiếp đến người tiêu dùng.

Theo chức năng

Trạm tăng áp: Được dùng để tăng điện áp, thường đặt gần nhà máy điện để truyền tải điện năng đi xa với tổn thất năng lượng thấp.
Trạm hạ áp: Dùng để giảm điện áp để phục vụ nhu cầu sử dụng điện của các khu vực tiêu thụ như khu dân cư, công nghiệp, thương mại. Trạm biến áp hạ áp là thành phần chính của hệ thống truyền tải trên không, được kết nối với các trung tâm phụ tải.

Theo vị trí lắp đặt

Trạm biến áp ngoài trời: Đây là những trạm điện trung gian có công suất lớn, trong đó máy biến áp và các thiết bị của trạm đều có kích thước lớn nên yêu cầu diện tích xây dựng rộng. Loại trạm điện này thích hợp với các nhà máy, xí nghiệp, khu sản xuất quy mô lớn nhưng lại không phù hợp với các khu đô thị. Có 4 loại trạm biến áp ngoài trời phổ biến là trạm treo, trạm giàn, trạm nền và trạm hợp bộ.

Trạm biến áp trong nhà: Có kích thước tối ưu, phù hợp với không gian của các khu đô thị, dân cư. Trạm điện này sẽ được ưu tiên lắp đặt ở những khu vực không cho phép lắp đặt đường dây phân phối điện cao áp. Thay vào đó, đường dây cấp điện vào được chôn ở dưới đất và đường dây ra được lắp đặt ở độ cao khoảng 30m. Chức năng chính của trạm biến áp trong nhà là cung cấp điện năng dưới dạng điện xoay chiều cùng hoặc ngược pha. 2 loại trạm biến áp trong nhà thông dụng nhất là trạm kín và trạm gis.

Theo cấu hình

Trạm biến áp cố định: Loại trạm điện được xây dựng tại một vị trí cố định.
Trạm biến áp di động: Hoạt động như một trạm cung cấp điện khép kín, có thể di chuyển, được sử dụng cho một mục đích cụ thể như phục vụ các công trình tạm thời hoặc dự phòng điện khẩn cấp. Loại này rất dễ lắp đặt, cho khả năng cấp điện trong khoảng vài giờ mỗi ngày.

Theo điện lực

Có 3 loại trạm điện phổ biến là trạm biến áp truyền tải, trạm biến áp trung gian và trạm biến áp.

Trạm biến áp truyền tải được đặt ở nơi điện đi vào mạng lưới truyền tải (nguồn điện chính) hoặc nơi điện rời khỏi mạng lưới để phân phối đến các khu vực tiêu thụ. Đây là “điểm giao nhau” giữa các mạch điện, tạo thành mạng lưới mà ở đó dòng điện chạy qua ở điện áp cao. Trạm biến áp truyền tải cho phép tăng áp để truyền tải năng lượng trên quãng đường xa, hạn chế tình trạng thất thoát năng lượng.
Trạm biến áp trung gian sẽ nhận điện từ cấp điện áp 110kV - 220kV sau đó hạ áp về cấp điện áp 22kV - 35kV. Do công suất của trạm rất lớn, máy biến áp và các thiết bị đóng cắt cũng có kích thước lớn nên loại trạm này chỉ phù hợp lắp đặt ngoài trời tại khu vực tách biệt dân cư.
Trạm biến áp phân phối nhận điện từ trạm biến áp trung gian và tiếp tục hạ áp từ 22kV - 35kV xuống còn 0.22 - 0.4kV. Loại trạm này thuộc hệ thống phân phối điện hạ thế, có thể cấp nguồn trực tiếp cho hệ thống điện dân dụng, công nghiệp và thương mại. Ngoài ra, các trạm điện phân phối còn có khả năng cách ly sự cố trong hệ thống truyền tải hoặc phân phối.

Riêng trạm biến áp phân phối lại được phân chia thành các loại:

Trạm biến áp treo (hoặc trạm biến áp một cột): Toàn bộ thiết bị của trạm biến áp đều được treo trên cột, trong đó máy biến áp thường là 1 pha hoặc tổ 3 máy biến áp 1 pha. Tủ điện hạ thế cũng được đặt trên cột.

Trạm biến áp giàn: Trong trạm, máy biến áp được đặt trên giá đỡ cao, giữa 2 cột điện lớn. Trạm điện giàn hoạt động ở cấp điện áp 0.4kV, 22kV hoặc 35kV.

Trạm biến áp bệt: Tại trạm này, các thiết bị cao áp sẽ được đặt trên cột, trong khi tủ phân phối hạ áp và máy biến áp được đặt bệt trên bệ xi măng dưới đất. Trạm biến áp bệt thường lắp đặt ở các vùng nông thôn, cơ quan xí nghiệp quy mô vừa và nhỏ, xung quanh được bao bởi tường rào để ngăn cách với người dân.

Trạm biến áp kín: Tất cả máy biến áp và thiết bị điện có trong trạm được đặt trong nhà. Mỗi nhà trạm sẽ có 3 phòng gồm: phòng cao áp, phòng hạ áp và phòng máy biến áp. Loại trạm này phù hợp với khu vực có mật độ dân cư cao để đảm bảo mỹ quan đô thị và an toàn cho người dân.

Trạm biến áp kios: Đây là trạm điện được lắp đặt hợp bộ trong vỏ trạm bằng tôn, khung kim loại dạng kín. Trong trạm được chia thành 3 khoang gồm: khoang trung thế, khoang hạ thế và khoang máy biến áp. Trạm kios thường được lắp đặt trong mạng điện trung thế, phục vụ cho ứng dụng công nghiệp, khu dân sinh hoặc các tòa nhà cao tầng.

Trạm biến áp GIS: Được lắp đặt trong nhà với quy mô nhỏ hơn hàng chục lần so với trạm điện ngoài trời. Trạm GIS sử dụng thiết bị phân phối điện kín, được cách điện bằng khí SF6.

Ngoài ra, còn 1 số loại trạm biến áp đặc thù như:

Trạm biến áp thu gom: Phù hợp với các trang trại điện gió hoặc nhà máy điện mặt trời, hoạt động tương tự như một trạm biến áp phân phối nhưng ở hướng ngược lại, tức là gom điện từ các tuabin gió hoặc bộ biến tần, sau đó tăng áp lên cấp điện áp phù hợp với lưới truyền tải. Hệ thống trạm thu gom cũng có thể cung cấp chức năng hiệu chỉnh hệ số công suất, đo lường và điều khiển các trang trại điện gió. Trong một số trường hợp, loại trạm này còn thay thế vai trò của trạm chuyển đổi HVDC.
Trạm biến áp chuyển đổi: Thường liên kết với các nhà máy chuyển đổi HVDC hoặc mạng lưới không đồng bộ. Trong trạm có chứa thiết bị điện tử công suất để thay đổi tần số dòng điện hoặc chuyển đổi từ dòng điện xoay chiều sang 1 chiều và ngược lại. Ngày nay, loại trạm biến áp này rất hiếm được sử dụng.
Trạm biến áp chuyển mạch: Đây là loại trạm biến áp không có máy biến áp và chỉ hoạt động ở một cấp điện áp duy nhất. Lúc này, máy phát điện từ nhà máy điện sẽ cấp điện vào trạm thông qua thanh cái máy phát điện ở một phía của trạm và các đường dây truyền tải lấy điện từ thanh cái cấp nguồn ở phía còn lại. Trong một số trường hợp, trạm chuyển mạch được sử dụng để thay thế trạm thu gom hoặc trạm phân phối, hoặc cũng có thể dùng để chuyển dòng điện sang đường dây dự phòng hoặc để ghép song song các mạch điện khi có sự cố.

Yêu cầu thiết kế của trạm biến áp

Trạm biến áp có thể được lắp đặt ngoài trời, trong nhà hoặc đặt ngầm nhưng quá trình thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu sau:

Địa điểm phù hợp: Khu vực lắp đặt trạm biến áp cần có diện tích đủ lớn để đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các thiết bị mang điện với con người, thuận tiện cho việc vận hành và bảo trì các thiết bị lớn như máy biến áp, đồng thời đáp ứng được nhu cầu mở rộng hoặc nâng cấp đường dây truyền tải. Địa điểm xây dựng trạm cũng không được ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy hay đời sống sinh hoạt của người dân xung quanh.
Đảm bảo chất lượng điện: Ưu tiên đặt trạm biến áp tại trung tâm phụ tải để tiết kiệm đường dây, hạn chế tình trạng sụt áp và tổn thất điện năng.
Sơ đồ thiết kế: Sơ đồ của trạm biến áp thường có dạng sơ đồ 1 đường dây, trong đó các yếu tố chính như đường dây, công tắc, máy cắt, máy biến áp được sắp xếp, bố trí tương tự cách bố trí thiết bị trong trạm thực tế.

Đảm bảo an toàn điện: Trạm biến áp cần được thiết kế đặc thù để đảm bảo an toàn điện cho công nhân vận hành như dây dẫn và thiết bị trần được lắp đặt tại khu vực riêng biệt, có màn chắn hoặc biển cảnh báo. Bắt buộc phải đảm bảo khoảng cách an toàn tối thiểu giữa các thiết bị hoặc dây dẫn điện khác nhau hoặc giữa kim loại với mặt đất. Trường hợp công nhân cần làm việc trên các bộ phận của trạm khi đang có điện, cần duy trì khoảng cách an toàn ít nhất 3m.
Đảm bảo mỹ quan: Lựa chọn loại trạm biến áp phù hợp với từng ứng dụng, khu vực để đảm bảo mỹ quan đô thị không bị ảnh hưởng.

Câu hỏi thường gặp về trạm biến áp

Câu hỏi 1: Sống cạnh trạm biến áp có an toàn không?

Trả lời: Có. Tất cả các trạm biến áp tiêu chuẩn đều được thiết kế để hạn chế bức xạ điện từ (EMF) nhằm bảo vệ con người trước tình trạng phơi nhiễm. Thực tế cho thấy, chưa có báo cáo nào về việc trạm biến áp gây rủi ro cho sức khỏe con người do bức xạ điện từ. Tuy nhiên, trạm biến áp vẫn tiềm ẩn nguy cơ điện giật, gây thương tích nghiêm trọng, thậm chí là tử vong nếu bị xâm nhập trái phép. Trong bất kỳ trường hợp nào, người dân không được cấp phép đều không được chạm vào thiết bị trong trạm hay vi phạm khoảng cách an toàn phóng điện.

Câu hỏi 2: Tại sao trạm biến áp thường phát ra tiếng kêu u u?

Trả lời: Tiếng kêu tại trạm điện thường do hiện tượng từ giật và dòng điện Fuco trong lõi thép của máy biến áp khi có dòng điện xoay chiều đi qua. Nếu tiếng kêu nhỏ, đây là hiện tượng bình thường nhưng nếu tiếng kêu to gây khó chịu kèm theo tiếng phóng điện, rất có thể trạm đang quá tải hoặc gặp sự cố kỹ thuật.

Câu hỏi 3: Trạm biến áp truyền tải và phân phối khác nhau như thế nào?

Trả lời: Trạm biến áp truyền tải có nhiệm vụ tăng áp để truyền tải điện năng đi xa, nhằm giảm sự thất thoát điện năng xuống mức thấp nhất nên thường hoạt động ở cấp điện áp cao. Trong khi trạm biến áp phân phối lại chịu trách nhiệm nhận điện từ trạm truyền tải, sau đó tăng hoặc giảm điện áp xuống mức phù hợp với các khu vực tiêu thụ nên được thiết kế để hoạt động ở cấp điện áp thấp hơn.

Câu hỏi 4: Tại sao máy biến áp là thành phần quan trọng nhất của trạm biến áp?

Trả lời: Máy biến áp có chức năng chính là điều chỉnh điện áp. Nếu không có máy biến áp, lưới điện sẽ không thể hoạt động bình thường ở mức điện áp quá cao hoặc quá thấp. Do đó, chức năng của máy biến áp chính là chức năng của trạm biến áp.

Trạm biến áp là thành phần không thể thiếu của lưới điện quốc gia, cho phép truyền tải điện năng an toàn và hiệu quả trên quãng đường dài từ nhà máy điện đến các hộ gia đình, cơ sở sản xuất, nhà máy,... Tuy nhiên, trạm biến áp tiềm ẩn nhiều mối nguy hiểm cho con người khi xâm nhập trái phép hoặc vi phạm hành lang an toàn. Do đó, tuyệt đối không được chạm vào các thiết bị mang điện trong trạm hay truy cập khi chưa được cấp phép để tránh bị điện giật, thậm chí là tử vong.