Máy biến điện áp potx

Các máy biến điện áp HOCK-6-66 chỉ dùng với các thiết bị ,phân phối hợp bộ cao áp trong các mở than ,khi lắp đặt nó phải đổ một lớp bitum cách điện kín ,bởi vậy nó không có bệ nêm đầu ra

LỜI MỞ ĐẦU

Máy biến điện áp (BU) là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện Để vận hành hệ thống điện được an toàn ta cần phải đo lường và bảo vệ để biết được các thông số của nó rồi từ đó có phương pháp điều chỉnh hợp lý,cũng như tránh được thiệt hại khi có sự cố xẩy ra.Việc thực hiện đo điện

áp xoay chiều với điện áp cao thì dụng cụ thông thường không thể đáp ứng được vì điện trở cách điện của thiết bị không cho phép,còn nếu thiết kế chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thì rất tốn kém và không an toàn cho người dùng.Vì vậy để đo lường và bảo vệ ở điện áp cao người ta phải dùng một thiết bị trung gian để giảm điện áp xuống thiết bị này được gọi là máy biến điện áp

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật ,máy biến điện áp

đã được cải tiến rất nhiều về kiểu loại ,kết cấu ,vật liệu chế tạo cũng như tính năng làm việc

Trong đề tài đồ án của em , em sẽ thiết kế máy biến điện áp một pha ngâm dầu, tiêu chuẩn IEC- 186 với các số liệu ban đầu :

Chương I :phân tích chọn phương án ,tính chọn cách điện

Chương II : tính tóan điện từ máy biến điện áp

Chương III: tính toán sai số máy biến điện áp và hiệu chỉnh sai số Chương IV: tính toán và thiết kế kết cấu

Do trình độ và thời gian còn hạn chế nên đồ án của em không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy ,cô và của các bạn để đồ án của em hoàn chỉnh hơn

Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Tín Hữu đã tận tình hướng dẫn

em làm và hoàn thành đồ án ,và các thầy ,cô giáo đã day em trong 5 năm qua để em có kiến thức hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên

Vũ Huy Cường

CHƯƠNG I PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN ,TÍNH CHỌN CÁCH ĐIỆN

Hệ thống điện thường có điện áp cao nên khi đo lường và bảo vệ gặp rất nhiều khó khăn Nếu ta thiết kế ,chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thi sẽ rất tốn kém và nguy hiểm cho người sử dụng Vì vậy ta cần giảm điện áp xuống để dùng các thiết bị đo lường và bảo vệ thông thường ở điện áp thấp ,tiêu chuẩn,an toàn Thiết bị dùng để giảm điện áp cao xuống điện áp thấp ,tiêu chuẩn được gọi là máy biến điện áp

Máy biến điện áp là một loại khí cụ điện dùng để hạ điện áp cao xuống điện áp thấp tiêu chuẩn ,an toàn dùng cho đo lường và bảo vệ rơle Trị số điện áp thứ cấp lấy theo tiêu chuẩn nhà nước ở Liên xô Châu âu và là 100V hoặc 100 / 3 V ,ở Anh và các nước ả rập là 100V ,ở mỹ 120 V Trên hình H1.1 trình bày sơ đồ đấu dây của BU một pha Cuộn dây sơ cấp nối với phía điện áp cao qua cầu chì bảo vệ cao áp Cuộn dây thứ cấp cấp nguồn cho các thiết bị đo lường và bảo vệ qua cầu chì bảo vệ hạ áp Để an toàn một đầu cuộn hạ áp và lõi thép của BU được nối đất

Trị số sai số lớn nhất đối với các cấp chính xác khác nhau được ghi trong bảng dưới đây :

bảng 1-1 giới thiệu sai số lớn nhất của máy biến áp

C

A B

V

đó nâng cao được hiệu suất của máy biến điện áp

1.2 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

ta xét sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp một pha hai dây quấn như hình 1.1

2

cos

sin

1

1 1

1 1

t w

dt

t d

w dt

d w

ω

ω ω

ω

) 2 sin(

2

cos

sin

2

2 2

2 2

t w

dt

t d

w dt

d w

ω

ω ω

Dây quấn sơ cấp có w1

vòng dây và dây quấn thứ cấp

có w2vòng dây đều được quấn

trên cùng một lõi thép Khi

đặt một điện áp xoay chiều

u1 vào dây quấn sơ cấp trong

đó sẽ có dòng điện i1 Trong

lỗi thép sẽ sinh ra từ thông Φ

móc vòng với cả hai dây quấn

E = w1Φm = Πfw1Φm = fw1Φm

2

2 2

.

ω

là giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn thứ cấp và sơ cấp

các biểu thức trên cho thấy s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra nó một góc

1

w

w E

E

nếu không kể đến điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1 ≈E1;U2 ≈E2

do đó k được xem như tỷ số điện áp giữa hai dây quấn :

2

1 2

1

U

U E

E

1.3 PHÂN LOẠI VÀ CÁC KIỂU MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

I.phân loại :

máy biến điện áp được phân thành các loại sau :

1.theo số pha: có hai loại

-máy biến điện áp một pha -máy biến điện áp ba pha 2.theo số dây quấn :

- loại 2 dây quấn -loại 3 dây quấn 3.theo cấp chính xác :

- theo giá trị sai số cho phép 4.theo phương thức làm mát :

-máy biến điện áp dầu

- máy biến điện áp khô (không khí )

5.loai thiết bị có :

-máy biến điện áp trong nhà -máy biến điện áp ngoài trời -máy biến điện áp cho các thiết bị phân phối hợp bộ

II.các kiều máy biến điện áp

Về kiểu máy biến điện áp chia làm 3 nhóm:

-máy biến điện áp khô

- máy biến điện áp dầu

- máy biến điện áp nối tầng

1.máy biến điện áp khô

Máybiến điện áp khô được chế tạo với điện áp định mức 24 kv.Vật liệu cách điện là epoxy

Mạch từ của máy biến điện áp được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện đối với mạch từ kiểu HOC –05 thì dùng các tấm tôn dập hình chữ e ,còn các kiểu máy biến điện áp khác thì dùng các tấm tôn hình chữ nhật Dây quấn được quấn nhiều lớp trên những ống khung cách điện và được sơn tẩm bằng sơn dùng cho điện áp pha Các máy biến điện áp được nối với lưới bằng các đầu cực phân bố trên các sứ và ba nêm cách điện

Các máy biến điện áp HOCK-6-66 chỉ dùng với các thiết bị ,phân phối hợp

bộ cao áp trong các mở than ,khi lắp đặt nó phải đổ một lớp bitum cách điện kín ,bởi vậy nó không có bệ nêm đầu ra ,các dây quấn của máy biến điện áp được đưa ra bằng các dây cáp mềm

Các máy biến điện áp kiểu HOΠ và 3HOΠ Là những khối đúc mà trong đó dây quấn và mạch từ được nằm kín trong eboxy

HÌNH 1.3 GIỚI THIỆU KẾT CẤU BU KHÔ KIỂU HOC-3

Thường được chế tạo với điện áp 35kv trở lên

Sở dĩ đối với mạng điện có điện áp cao U> 35KV thường sử dụng kiểu dầu vì : Dỗu vừa cách điện tốt ,vừa làm mát tốt ,hơn nữa dễ bảo quản khi xẩy

ra sự cố về chạm chập dây Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có kết cấu hơi phức tạp vì chúng thường có bình dãn dầu và trong quá trình làm việc cũng dễ gây ra cháy nổ Nhưng loại này phù hợp với cấp điện áp cao ,vì thế cho nên đối với U> 35kv thì để đảm bảo yêu cầu về mặt cách điện cũng như trong quá trình làm việc ,người ta thường chế tạo loại máy biến điện áp kiểu ngâm dầu

Mạch từ được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện dây quấn nhiều lớp được quấn trên một ống cách điện :dây quấn cao áp có màn chắn tĩnh điện ,các dây quấn cao áp bao gồm một hoặc hai cuộn si để bảo vệ quá điện áp

Thùng máy biến điện áp được hàn bằng tôn như của loại máy 3HOM 15-63 ,thép phi từ tính bởi vì dùng trực tiếp với các thiết bị và được đặt gần các thanh cái dẫn điện của các máy phát lớn

các đầu ra của dây quấn của phần lớn các máy biến điện áp được nối với đầu

ra trên sứ đặt trên nắp máy Đầu vào hạ áp và các đầu nối đất của dây quấn cao áp của các máy biến điện áp 3 HOM 15- 63 ,3 HOM 24-69 được đặt trên vách thùng các đầu ra của dây quấn hạ áp các máy biến điện áp 3 HOM 35-66 được đưa ra một mảng đầu ra trên thành thùng

Máy biến điện áp 3 HOM 35-65 và 3HOM 35-66 có bình dãn dầu đặt ở phía đầu cao áp ở máy biến điện áp này kín hoàn toàn ở máy biến điện áp kiểu khác thì không có bình dãn dầu ,mức dầu trong thùng thường thấp hơn nằm từ 20-30 cm

3 máy biến điện áp nối tầng

Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thước cách điện ,người ta dùng kiểu biến áp nối tầng ,mỗi tầng chịu một điện áp nhất định Với điện áp 110

kv ,thường dùng kiểu hai tầng ,mỗi tầng chịu một nửa điện áp như hình 1.4 Mỗi tầng kiểu này có mạch từ riêng (I) và (II) ,có cuộn dây cao áp riêng ,mỗi cuộn chịu một nửa điện áp pha ,cuộn dây cao áp (BH) của mạch từ MII có đầu vào nối với điện áp pha ,phía cuối nối với mạch từ và cách điện với MI Đầu cao áp của cuộn dây ở mạch từ MI nối với phía cuối của mạch từ MII

và có điện áp bằng 1/2 điện áp pha Phía cuối của cuộn dây cao áp BH ở mạch từ MI được nối đất cùng với MI Phía hạ áp HH có hai cuộn dây a-x và

aγ -xγ ,một cuộn dùng cho đo lường ,một cuộn dùng cho bảo vệ Hai cuộn bù (CB1) và (CB2) dùng để phân bố điện áp đều trên hai cuộn cao áp khi mạch thứ cấp có tải

Hình 1.4

Sơ đồ trên hình 1.5 hiện đại hơn và có nhiều ưu điểm so với sơ đồ ở hình 1.4 ,loại này có một mạch từ ,cách ly với đất các cuộn dây được cuốn trên hai trụ của mạch từ

2 φ

III.giới thiệu một số loại máy biến điện áp

Trong hệ thống điện hiện nay có thể có 3 loại máy biến điện áp :

Loại cảm ứng điện từ Loại tụ điện phân áp Các máy biến điện áp kiểu mới

1.Máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ

Máy biến điện áp có thể được chế tạo 3 pha (thường cho cấp điện áp U<

35kv) hiệu chỉnh một pha (cho U≥66kv) ,với một hiệu chỉnh hai cuộn dây thứ cấp Tuỳ theo điện áp cần thiết ở phía thứ cấp ta có thẻ sử dụng các loại máy biến điện áp khác nhau ,đấu nối theo những sơ đồ khác nhau Sơ đồ hình 1.6 sử dụng 3 máy biến điện áp một pha ,hai cuộn dây

Các máy biến điện áp một pha hai dây quấn đến 35kv có thể được nối thành

tổ máy biến điện áp ba pha theo sơ đồ y0-y0 có trung tính của sơ cấp và thứ cấp nối đất hình 1.6

Tức là nhỏ hơn 13% so với tổng công suất của chúng

Quá trình quá độ trong máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ thông không có ảnh hưởng gỉ lớn đến sự làm việc của thiết bị bảo vệ

Thành phần một chiều của điện áp quá độ cũng được phản ánh dẽ dàng

sang phía thứ cấp ,hài bậc cao cũng vậy Trong một số trường hợp có thể xẩy

ra cộng hưởng nếu tần số của hài bậc cao trùng với tần số cộng hưởng của máy biến điện áp Khả năng cộng hưởng sẽ được giảm thấp nếu phụ tải phía thứ cấp là điện trở tác dụng ,hiệu chỉnh tổn hao công suất phía thứ cấp khá

lớn

2 Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp

Đối với hệ thống điện áp cao đến 765kv ,cũng có thể sử dụng máy biến điện áp làm việc theo nguyên lý phân áp điện dung

Máy biến điện áp điện dung có thể được nối với các dụng cụ đo lường thông thường và rơle bảo vệ

Chúng cũng có thể được phép dùng trong mục đích đo đếm tiền điện Kích thước của máy biến điện áp kiểu điện từ tỷ lệ với điện áp sơ cấp của nó Khi điện áp tăng ,giá thành loại BU kiểu điện từ tăng nhanh vì cách điện cao Máy biến điện áp kiểu tụ phân áp cho điện áp cao có tính kinh tế hơn

Phân áp kiểu tụ cũng giống như

phân áp kiểu điện từ ,điện áp lấy ra

ở một vị trí phân áp nào đó phụ thuộc

vào vị trí phân áp và tổng trở của phụ

tải hình 1.8

Trong bộ phân áp kiểu tụ ,tổng trở

của nguồn mang tính dung kháng hình

1.9 đấu nối tiếp vào mạch phân áp

.Nếu tụ điện và cuộn điện kháng

không chứathành phần điện trở tác

dụng thì vềnguyên lý có thể bù hoàn

toàn tổng trở nguồn và lấy ra công

suất tùy ý ở phía thứ cấp

Trên thực tế các cuộn kháng đều

chứa thành phần điện trở tác dụng

nên công suất đầu ra của bộ phân

ápbị hạn chế Nếu muốn lấy trực

tiếpđiện áp thứ cấp bằng điện áp thứ

cấp danh định của BU ,chẳng hạn

bằng 100v ,thì để đạt công suất phụ

tải danh định ,trị số của tụ phân áp

phải rất lớn ,Để giảm dung lượng của

tụ phân áp và đảm bảo công suất đầu

ra của BU ,người ta sử dụng sơ đồ có

máy biến áp điện từ trung gian

trên hình 1.10 trình bày sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp kiểu này

Bộ phân áp gồm hai tụ C1 và C2 có thiết bị tải ba (TB) kết hợp truyền tin trong lưới điện Để cung cấp đủ công suất cho đầu ra ,người ta dùng một biến

áp có cuộn sơ cấp A1 x ,nối tiếp qua cuộn kháng (P) cộng hưởng với trị số tụ điện (C1 + C2)và cuộn lọc cao tần đấu song song với tụ điện C2 với điện áp khoảng 4 đến 12kv Đầu ra có hai cuộn dây :cuộn (a-x) dùng cho mạch đo lường và bảo vệ ,còn cuộn (a’-x’) dùng để cản dịu chống cộng hưởng sắt từ

và ảnh hưởng của quá trình quá độ

Nhược điểm chính của loại máy biến điện áp phân áp bằng tụ điện là có khả năng sinh ra quá điện áp cao khi có hiện tượng cộng hưởng sắt từ Vì cuộn kháng phi tuyến kết hợp với tụ điện nên có khả năng xẩy ra cộng hưởng không những với sóng cơ bản mà còn với cả các sóng hài ,vì vậy sẽ gây ra nguy hiểm với cáchiện điện

3.Máy biến điện áp ‘kiểu mới ‘.

a.BU phân áp kiểu tụ điện có khuếch đại

Loại BU kiểu này tránh được hiện tượng cộng hưởng sắt từ vì không sử dụng máy biến áp điện từ sau khi phân áp mà dùng bộ khuếch đại Sơ đồ nguyên

lý của loại này được cho ơdr hình 1.11 điện áp sơ cấp Us được bộ tụ phân áp giảm xuống trị số

u

s K

Điện áp đầu ra của bộ tiền khuếch đại 1 sẽ được dẫn theo cáp đồng trục 2 đến bộ khuếch đại công suất 3,với nguồn nuôi 4 Đầu ra của bộ khuếch đại 3 được nối với phía sơ cấp của máy biến áp cách ly 5 ,còn phía thứ cấp có hai cuộn dây ,một cuộn dùng cho đo lường, một cuộn dùng cho bảo vệ, với tổng công suất khoảng vài chục vôn –ampe

Ưu điểm của loại biến áp này là kết cấu đơn giản ,làm việc trong quá trình quá độ tương đối tốt Hạn chế chính của loại này là công suất của đầu ra thấp nên chỉ được dùng cho các rơle số hoặc rơle tĩnh có công suất tiêu thụ bé BU kiểu tụ phân áp có khuếch đại đã được chế tạo và được sử dụng nhiều năm trong lưới điện cao áp

b Máy biến điện áp làm việc theo hiệu ứng POCKLS

Khi cho hai sóng ánh sáng chạy qua một tinh thể khúc xạ kép được đặt dưới tác dụng của một điện trường E,ta có thể đo được góc lệch pha δ giữa hai sóng này theo hiệu ứng điện quang tuyến tính POCKELS:

δ = Kdq .E.L

trong đó :Kdq –là hệ số điện quang ,Kdq =8,2.10-6 rad/v.m đối với tinh thể thạch anh

E là cường độ điện trường trong tinh thể , V

L chiều dài đường đi của ánh sáng trong tinh thể , m

Trên hình 1.12 trình bày sơ đồ nguyên lý của loại BU này

Bộ phận phân áp gồm tụ C1 và phần tử POCKELS với điện dung C2 được đấu với điện áp cần đo Us Điện áp đặt lên phần tử 2 tạo trong tinh thể một

u s

K U

C 2 Us

6 5

điện trường E,tỷ lệ với điện áp cần đo Chùm ánh sáng từ nguồn sáng 3 được đưa qua bộ phân cực 4 để phân thành hai sóng quang lệch pha nhau một góc Π/2 và chúng được chiếu qua phần tử 2

Dưới tác động của điện trường E trong tinh thể của phần tử hai sóng sẽ có tốc độ lan truyền khác nhau và làm tăng góc lệch pha δ giữa chúng ,sau đó sẽ

đi qua bản cực 5 có bề dày bằng ẳ bước sóng để tiếp tục làm lệch pha thêm trước khi đưa đến bộ phận phân tích 6 Độ sáng đầu ra ở bộ phận 6 tỷ lệ với góc lệch pha δ, vì vậy nó càng

Tỷ lệ với điện áp được đo Điốt quang 7 có chức năng biến đổi cường độ ánh sáng nhận được từ bộ phân tích 6 thành tín hiệu da ,qua bộ khuếch đại 8 để cho điện áp Ur tỷ lệ với điện áp Us

Loại máy biến điện áp kiểu này có cấu trúc khá phức tạp nên phạm vi ứng dụng còn hạn chế

I. sai số của máy biến điện áp

1.Hệ số biến đổi điện áp

Trong máy biến áp điện lực thường không kể đến độ sụt áp ở chế độ không tải trên các dây quấn nên hệ số biến đổi của máy biến áp được tính như sau :

02

1 2

1 2

1

U

U W

W E

E

trong đó : U1,U02 là điện áp sơ cấp và thứ cấp

E1, E2 là sức điện động sơ cấp và thứ cấp

W1, W2 là số vòng của cuộn sơ cấp và thứ cấp

Về góc pha đối với máy biến áp điện lực khi không tải chúng ta cũng bỏ qua

sự lệch pha của điện áp dây quấn sơ cấp và thứ cấp Đối với máy biến điện

áp thì không thể bỏ qua vấn đề này vì nó sẽ gây ra sai số điện áp lớn và làm cho cấp chính xác của máy biến điện áp sẽ khác với cấp đã định trước Để hiểu rõ hơn về sai số điện áp ở các chế độ làm việc của máy biến điện áp chúng ta sẽ xét riêng các quá trình xẩy ra khi không tải và khi có tải

2.chế độ không tải

Khi đặt điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn sơ cấp W1 thì trong dây quấn

sơ cấp cảm ứng một sức điện động E1 ngược chiều với U1 và do có dòng điện không tải sẽ xuất hiện xụt áp trên dây quấn sơ cấp .Nếu bỏ qua xụt áp

đó thì sức điện động E1 =U1và đường cong đồ thị của từ thông sẽ có dạng hình sin như hình 1.13

đồ thị hình 1.13 có thể được thay bằng đồ thị véctơ hình 1.14

có tổn hao năng lượng

Tuy nhiê trong BU thực sẽ có tổn

hao năng lượng xẩyra trong mạch từ

và dây quấn Vì thế đồ thị véctơ

ở trường hợp biến áp lý tưởng với

chế độ không tải thì trong cuộn sơ

cấp có dòng điện Io = Iox đi qua ,và

tạo nên từ thông Φ,từ thông này móc

vòng với cuộn dây sơ cấp và thứ cấp

của biến áp Còn ở máy biến điện

áp thực tế thì dòng không tải này gồm

2 thành phần : thành phần tác dụng

(Ior) và thành phần phản kháng (Iox)

tạo nên sự tổn hao ở chế độ không tải

.Véc tơ dòng điện toàn phần Io là tổng

hình học của hai véctơ Ior và Iox như

hình 1 15 dòng điện không tải chạy

qua cuộn sơ cấp và gây ra trong cuộn

sơ cấp sụt áp :

U0r1 = Io.r1

Mặt khác dòng điện Io còn tạo ra từ

thông tản Φox ,từ thông tản này tạo ra

sức điện động Eox1 Lấy dấu ngược lại

của sức điện động Eox1 thì ta đước sụt

áp Uox1 có nghĩa là U0x1 =-Eox1 vì sức

điện động Eox1 chậm pha so với từ

áp Lúc này ở cuộn sơ cấp thì các sụt áp được cộng lại (tổng hình học ) cùng với sụt áp do dòng điện không tải tạo ra

Để tiện cho việc nghiên cứu đồ thị vectơ ta cần phải qui đổi các véctơ sức điện động và dòng điện thứ cấp về sơ cấp ,việc qui đổi các vec tơ sức điện động và dòng điện được thực hiện bằng cách nhân sức điện động thứ cấp với hệ số biến áp K ,còn dòng điện thứ cấp thì chia cho K : K.E2 = E’2 = E1

Và I’2 =

K

I2

=I1 Điều này cho ta có thể khảo sát các vectơ sụt áp trong cùng một tỷ lệ Trên hình 1.17 trình bày đồ thị vectơ của máy biến điện áp với trường hợp tải cảm

ở hình 1.16 véc tơ Uox1 sớm trước véc tơ Io một góc 900.Véc tơ Uor1 cùng chiều ,hướng với véc tơ Io Từ hình vẽ ta thấy điện áp sơ cấp

U1 cần được bù hết cho –E01 và cả 2 sụt áp Uor1 và Uox1 do đó ta có

U1=-Eo1 +Uor1+ Uox1

-E 01

U 1

δ -E 1

Giải thích các véc tơ trong đồ thị :

Uor1 , Uox1 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ cấp do dòng điện không tải Io

Ur1 ,Ux1 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn sơ do dòng điện tải I1

U’r2 , U’x2 là sụt áp tác dụng và phản kháng trong dây quấn thứ cấp qui đổi về dây quấn sơ cấp

U1là điện áp sơ cấp

-Eo1 sức điện động sơ cấp ngược chiều khi không tải

-E1 là sức điện động sơ cấp ngược chiều khi có tải

E’2là sức điện động thứ cấp khi có tải ,qui đổi về dây quấn sơ cấp U’2điện áp thứ cấp qui đổi về sơ cấp

I1và I’2 dòng điện có tải sơ cấp và thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp

Io là dòng điện không tải

ΔU là sai số điện áp

δ là sai số góc

Vì dòng điện tải thứ cấp I’2 gây ra ở cuộn thứ cấp sụt áp do điện trở và điện kháng U’r2 ,U’x2 của cuộn thứ cấp cho nên sức điện động thứ cấp E’2 ,ngoài điện áp thứ cấp U2 cần phải bù thêm các sụt áp đó Từ đó suy

ra điện áp thứ cấp trên các đầu ra của dây quấn thứ cấp sẽ nhỏ hơn sức điện động một lượng sụt áp

U’2 = E’2 + U’r2 + U’x2

Dòng điện sơ cấp khi có tải I1 cũng gây ra trong dây quấn sơ cấp sụt áp

Ur1 và Ux1 Các sụt áp này cộng với các sụt áp khi không tải Uor1 ,Uox1 và cần bù thêm bằng điện áp U1

U1 = - E’2 + Uor1 +Uox1 + Ur1 + Ux1

4.sai số của máy biến điện áp

Trên cơ sở đồ thị véc tơ có thể rút ra công thức tính sai số của BU

a.tính sai số ở chế độ không tải

Sai số của điện áp khi không tải ΔUo có thể xác định bằng cách dùng

α là góc từ trễ (góc giữa vectơ dòng điện không tải Io và thành phần phản kháng của nó )

dấu (- ) thể hiện sai số âm

Trị số Uor1và Uox1 được phân tích như sau :

Sai số về góc ở chế độ không tải theo định nghĩa là góc δo giữa các vectơ

U1 và -Eo1 Vì giá trị của góc δo rất nhỏ cho nên ta có thể coi

b.tính toán sai số khi có tải

Sai số điện áp khi có tải ΔUH được xác định theo công thức sau:

ΔUH =-(Unr cosϕ2 + Unx sinϕ2) (4-2)

trong đó :

Unr = Ur1 + Ur2; Unx =Ux1 + Ux 2 là các sụt áp tác dụng

và các sụt áp phản kháng trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp khi có tải

cosϕ2 là hệ số công suất của tải

Sai số về góc ở chế độ có tải là δH quá nhỏ cho nên người ta coi :

ΔU = ΔUo + ΔUH

và δ = δo + δH

5.hiệu chỉnh sai số của máy biến điện áp

Sụt áp của BU có thể bù bằng cách hiệu chỉnh Sự điều chỉnh điện

áp ΔUk là sự cố ý thay đổi hệ số biến đổi về phía tăng điện áp thứ cấp ,được tính bằng % Từ công thức (4-0) và (4-2) ta thấy sai số điện áp luôn âm Ta đưa điện áp hiệu chỉnh dương ΔUk vào làm giảm giá trị tuyệt đối của của sai số điện áp

Sự hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách sao cho ở chế độ không tải của máy biến điện áp có một chút sai số dương nằm trong giới hạn cho phép của cấp chính xác , có nghĩa là tăng một chút điện áp thứ cấp.Để làm điều này ta tăng số vòng dây của cuộn thứ cấp lên một lượng nào đó Nhưng trong thực tế người ta thường giảm số vòng dây của cuộn sơ cấp ,bởi vì như vậy sẽ tiết kiệm được dây dẫn và chính xác hơn

Việc hiệu chỉnh số vòng dây ΔW được xác định theo công thức :

ΔW = W1

100

k U

Δ

trong đó :

W1 là số vòng dây của cuộn sơ cấp Với việc điều chỉnh sai số kiểu này thì cho phép ta tiết kiệm được các vật liệu Sau khi hiệu chỉnh ta có sai số điện áp sẽ là :

ΔU = ΔUk + ΔUo + ΔUH

Ngoài việc hiệu chỉnh điện áp còn phải hiệu chỉnh sai số góc ,với máy biến điện áp một pha không thể thực hiện hiệu chỉnh góc

Các máy biến điện áp được sử dụng trong lưới điện xoay chiều khi điện áp cao hơn 400 V ,chúng ta cũng dùng để nối dụng cụ đo ( tần số

kế, công tơ mét ,woats ke ,và các rơle điều khiển ,bảo vệ )

Dưới đây giới thiệu một số sơ đồ máy biến điện áp thông dụng nhất được sử dụng trên mạng điện Trong mạng thứ cấp của máy biến điện áp

có đấu cầu chì và các điện trở để hạn chế dòng sao cho những trường hợp sự cố không ảnh hưởng đến máy biến điện áp

Việc đấu máy biến điện áp vào mạng được tiến hành bằng cách dùng cầu dao cao áp Cầu chì đặt trong mạch thứ cấp máy biến điện áp để bảo

vệ ngắn mạch có thể xảy ra ,cầu dao ,điện trở trong các sơ đồ thì thường không được vẽ ra

Máy biến điện áp một pha hai dây quấn được dùng trong các thiết bị một pha hoặc ba pha Khi dùng trong lưới ba pha thường đấu với điện

áp dây của lưới ba pha như hình 1.1

Một trong các đầu dây của dây quấn thứ cấp để bảo đảm an toàn khi vận hành phải được nối đất Hai máy biến điện áp một pha được nối thành sơ đồ tam giác hở có thể dùng để đấu (w) ,công tơ ,hoặc các bộ điều khiển điện áp

Các máy biến điện áp một pha loại dây quấn kiểu 3HOM được chế tạo theo kiểu một cực tính nghĩa là chỉ có một đầu dây A của dây quấn

sơ cấp cao áp có cách điện tương ứng với điện áp toàn phần

Sơ đồ nối dây của máy biến điện áp kiểu 3 HOM hình 1.18

Hình 1.18

Dây quấn sơ cấp của máy biến điện áp một pha được nối với lưới ,một đầu được nối với đất ,do đó được tính toán với điện áp một pha tức là điện áp dây chia cho 3.tuy nhiên theo tiêu chuẩn các ,máy biến điện áp kiểu 3 HOM có điện áp định mức đến 35 kv phải chịu được điện áp dây (

ơ chế độ sự có không dưới 4 giờ )

Các máy biến điện áp ba pha ba trụ hai dây quấn kiểu HTMK có dây quấn sơ cấp được nối thành hinh sao (y) có dây quấn bù ,còn dây quấn thứ cấp cũng nối (y) và cố trung tính nối đât như hình 1.20

Hình 1.20

Máy biến điện áp ba pha ,dây quấn kiểu HTMV được chế tạo thành tổ máy biến điện áp nghĩa là gồm 3 máy biến điện áp một pha các dây quấn sơ cấp và thứ cấp ,được đấu hình (y) và có đưa đầu trung tính ra ,dây quấn thứ cấp phụ được đấu hinh Δ hở như hinh H1.21

Hình1.21

Một trong những ứng dụng quan trọng của máy biến điện áp là kiểm tra cách điện của lưới như hình H1.19 và H1.21 Trong lưới điện phân phối cao áp tuỳ theo đặc điểm của trung tính được chia thành hai hệ thống :

1 có nối đất

2 cách điện đối với đất

ở liên xô cũ ,trung tính nối đất được dùng với lưới 110 kv và cao hơn ,còn trung tính cách điện với đất được dùng với lưới có điện áp U< 35kv.Tuỳ theo chế độ của trung tính mà điện áp pha của dây quấn thứ cấp dùng cho bảo vệ phụ khi không tải sẽ khác nhau khi điện áp lưới làm việc định mức

Khi lưới làm việc bình thường điện áp trên các đầu ra aγ ,xγ như ở hình 1.22 bằng không khi đó rơle được nối với các đầu đó sẽ không tácđộng hình 1.22

Trong thực tế do mạch từ của ba pha không đối xứng và do có từ thông hài bậc cao ,điện áp trên các đầu phụ aγ ,xγ không hoàn toàn bằng không mà có một trị số nào đó Điện áp trên các đầu ra của tam giác hở chỉ bằng không khi điện áp ba pha hoàn toàn đối xứng và biến thiên hoàn toàn hình sin Khi có một pha nào đó chạm đất ,điện áp trên các đầu phụ aγ, xγ sẽ tăng đến 100v có nghĩa là bằng điện áp làm cho rơle bảo vệ tác động,mà đã được tính cho bảo vệ

Quá trình xẩy ra ở máy biến điện áp khi tiếp đất một trong các pha đối với hai trạng thái của trung tính :

Đ Ồ ÁN TỐT NGHIỆP K44-THIẾT KẾ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP 35KV 22

Hình 1.23

Trong trường hợp này trung tính được nối đất trực tiếp thì khi pha A chạm đất tức là điện áp pha này bằng 0 và điện áp trên cuộn dây bảo vệ cũng bằng 0 tức là rơle không tác động ,vậy rõ ràng ở biểu đồ của tam giác hở trên các đầu dây aγ -xγ xuất hiện điện áp bằng tỷ số hình học của điện áp đang tác động B và C ,có nghĩa là bằng điện áp tam giác hở ,nó được thể hiện ở biểu đồ vẽ ở hình 1.23 Vì điện áp của rơle bảo vệ bằng điện áp pha của tam giác hở ,và bằng 100V thì điện áp pha của cuộn thứ cấp phụ cần phải bằng 100V

b.trường hợp trung tính cách điện với đất

Khi chạm đất một pha nào đó thì sẽ xuất hiện sự thay đổi lớn về chế độ làm việc của máy biến điện áp vì lẽ đó mà máy biến điện áp kiểu này có kết cấu khác so với máy biến điện áp kiểu trung tính nối đất

Giả sử chạm đất pha A của lưới điện ,bởi vì pha A của BU bị ngắn mạch ,các pha B và C phải chịu toàn bộ điện áp dây và cảm ứng trên lõi thép mạch từ các pha này sẽ tăng lên 3 lần Ngoài ra điểm trung tính 0

sẽ dịch chuyển tới điểm A ta thấy rõ ở biểu đồ vectơ Góc giữa OB và

OC bằng 600 thay vì 1200 trước khi xẩy ra ngắn mạch pha A

Hình 1.24

Góc giữa hai vectơ của hai pha b,c của tam giác hở sẽ bằng 1200 thay vì

600 trước đó Từ đây chứng tở rằng điện áp ở đầu dây aγ -xγ khi xẩy ra ngắn mạch pha A phải tăng lên 3 3(=3) lần Nhưng khi có việc tiếp đất pha nào đó ,thì điện áp của rơle bảo sẽ bằng 100V thì nhất thiết điện

áp pha của cuộn thứ cấp phụ khi đó phải bằng 100/ 3thì tác động của rơle mới có hiệu quả

Rõ ràng rằng các máy biến điện áp được mắc vào lưới điện với trung tính cách ly thì chúng cần phải chịu được chế độ chạm đất với thời gian tương đối dài (không nhở hơn 4h) ,khi ấy cảm ứng sẽ tăng lên 3 lần ,tiết diện của lõi cũng phải tăng lên 3 lần

Qua phân tích ta thấy trường hợp khi trung tính của máy biến áp điện lực nối đất thì cuộn dây thứ cấp phụ của mỗi pha được tính cho 100v còn khi trung tính của máy biến áp điện lực không nối đất thì cuộn dây thứ cấp phụ của máy biến điện áp cần tính cho điện áp 100/ 3v

1.6 SỬ DỤNG VẬT LIỆU TRONG VIỆC CHẾ TẠO

Quá trình phát triển máy biến điện áp nói riêng cũng như các máy điện ,khí cụ điện nói chung liên quan chặt chẽ tới những tiến bộ trong việc sản xuất các vật liệu dẫn điện ,dẫn từ ,vật liệu cách điện Điều đó đòi hỏi các ngành công nghiệp tương ứng phải sản xuất ra các vật liệu mới có tính năng ngày càng hoàn thiện hơn

Việc tìm kiếm một loại vật liệu mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính của máy biến áp như giảm tổn hao năng lượng ,kích thước ,trọng lượng và tăng độ tin cậy của nó Khuynh hướng chung thường là thay những vật liệu rẻ và dễ kiếm hơn

Vật liệu dùng trong máy biến áp thường có ba loại sau :

-Vật liệu tác dụng dùng để dẫn điện như dây quấn ,dẫn từ như lõi thép -Vật liệu cách điện dùng để cách điện các cuộn dây hay các bộ phận khác như cactông cách điện ,sứ ,dầu may biến áp

-Vật liệu kết cấu dùng để giữ ,bảo vệ biến áp như xà ép ,bulông,vỏ máy

Việc thay đổi vật liệu sử dụng đôi khi làm thay đổi cả một quá trình công nghệ quan trọng hay những kết cấu cơ bản của máy biến áp và điều

đó liên quan chặt chẽ đến sự tiến bộ của quá trình công nghệ trong ngành chế tạo máy biến điện áp của một nước

Vởt liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo biến áp là tôn silic (hay còn gọi là thép lá kỹ thuật điện ).Trong nhiều năm trước đây lõi thép máy biến áp dùng chủ yếu là tôn cán nóng dày 0,5mm và 0,35mm Chất lượng loại tôn này tuy đã được cải tiến nhưng nói chung suất tổn hao vẫn cao Khoảng từ những năm 50 trở lại đây đã xuất hiện tôn cán lạnh là loại tôn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định hướng Do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 2÷ 2,5 lần so với tôn cấn nóng Độ từ thẩm thay đổi rất it theo thời gian Dùng tôn cán lạnh cho phép tăng cường độ từ cảm trong lõi thép lên tới 1,6÷1,65 T ,trong khi đó tôn cán nóng chỉ đến 1,4÷1,45T Cũng từ đó mà giảm được tổn hao trong máy ,giảm được trọng lượng và kích thước máy ,đặc biệt

là rút bớt đáng kể chiều cao của máy biến áp ,rất thuận lợi cho việc chuyên chở Tôn cán lạnh tuy có đắt hơn ,nhưng do việc giảm được tổn hao và trọng lượng nên người ta tính ra rằng những máy biến áp được chế tạo bằng loại tôn này trong vận hành kinh tế hơn so với máy biến áp làm bằng tôn cán nóng

Cũng cần chú ý rằng sang dùng tôn cán lạnh đồng thời đòi hỏi phải thay đổi một cách cơ bản công nghệ chế tạo và kết cấu lỗi thép máy biến áp Thường sau khi tiến hành gia công cơ khí các lá thép như dập ,phay ,ép suất tổn hao trong thép sẽ tăng lên ,do đó để đảm bảo phẩm chất từ tính của lá thép gần như lúc đầu ,phải tiến hành ủ lại các lá thép Song chú ý là viẹc ủ lại không dùng cho các lá thép có cách điện bằng giấy ,chỉ dùng cho thép lá cách điện bằng sơn

Vật liệu tác dụng thứ hai là của máy biến áp là kim loại làm dây quấn Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng chế tạo dây quấn

mà không có thay đổi gì Vì như ta đã biết đồng có điện trở suất nhở ,dẫn điện tốt dẽ gia công (hàn ,quấn ) , đảm bảo độ bền cơ ,điện tốt Gần đây người ta đã dùng nhôm thay đồng làm dây quấn Nhôm có ưu điểm

là nhẹ ,dẽ kiếm hơn ,dẻ hơn ,nhưng tất nhiên có nhược điểm là điện trở suất lớn hơn do đó dẫn điện kém hơn ,độ bền cơ cũng kém hơn và lại rất khó khăn trong việc hàn nối Khi dùng nhôm thay đồng để bảo đảm được một công suất tương đương thì thể tích nhôm tăng lên ,chi phí cho các công việc về chế tạo dây quấn ,chi phi về vật liệu cáchiện điện ,sơn tẩm tăng lên Những chi phí đó tăng lên được bù lại bởi giá thành dây nhôm dể hơn ,nên nói chung giá thành toàn bộ máy biến áp bằng dây nhôm và dây đồng thực tế không khác gì nhau bao nhiêu Dĩ nhiên dùng dây nhôm sẽ tiết kiệm được đồng là kim loại quí hiếm

Về vật liệu cách điện thì phần lớn các máy biến áp đều dùng dây quấn

có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn cho phép là +105 0 C với chiều dày cách điện cả hai phía là 0,45 ÷0,5

mm việc dùng dây dẫn có cấp cách điện cao hơn (E,B,F ) không có ý nghĩa nhiều lắm vì nhiệt độ cho phép của dây quấn máy biến áp được quyết định không chỉ ở cấp cách điện của vật liệu cách điện mà còn ở cả nhiệt độ cho phép của dầu ngâm dây quấn Một loại cách điện hay dùng bọc dây dẫn là men cách điện (êmay) Việc thay cách điện bọc từ giấy cáp sang tráng men không những làm cho lớp cách điện mỏng hơn ,độ bền cơ điện tốt hơn mà còn có tác dụng giảm trọng lượng dây quấn lõi thép ,tuy rằng dây tráng men giá thành có đắt hơn Đối với máy biến áp khô hay dùng những dây dẫn có bọc cách điện cấp cao hơn Với loại dây dẫn có cấp cách điện cao hơn ,do có nhiệt độ cho phép cao hơn nên

có thể chọn mật độ dòng điện dây dẫn cao hơn ,vì thế kích thước cuôn dây và do đó máy sẽ gọn hơn Song người ta cũng chỉ dùng đến cách điện cấp B mà ít khi dùng loại dây có cấp cách điện cao hơn nữa, vì lý

do là nhiệt độ cho phép càng cao mật độ dòng điện chọn càng lớn thì tổn hao ngắn mạch tăng lên làm cho hiệu suất của máy biến áp giảm xuống đáng kể Có thể dùng nó trong trường hợp yêu cầu về kết cấu gọn nhẹ là tối cần thiết ,như các thiết bị điện trong giao thông vận tải ,trong máy bay

1.6 CẤU TẠO MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

BU gồm những bộ phận chính như sau: mạch từ ,dây quấn ,hệ thống làm lạnh và vở máy

1.Mạch từ

Mạch từ là mạch cho từ thông trong máy biến điện áp ,do đó thiết kế

nó cần phải làm sao cho đảm bảo được tổn hao sắt chính và phụ nhỏ ,dòng điện không tải nhỏ ,lượng tôn silic ít và hệ số điền đầy của lõi sắt cao , mặt khác mạch từ là khung để quấn dây , giá đỡ dây dẫn ra Hơn nữa ,lõi sắt còn cón có thể chịu những ứng lực cơ học lớn khi dây quấn

bị ngắn mạch Vì vậy yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định

về cơ khí để bảo đảm lúc nâng cẩu lõi an toàn cũng như chịu được những ứng lực lúc máy biến điện áp bị ngắn mạch Tiết diện của lõi mạch từ được ghép từ các lá thép ép bằng xà ép ,tiết diện của chúng có thể là hình chữ nhật và khi đó cuộn dây cũng có hình chữ nhật Tuy nhiên theo cách này ta có thể đơn giản được việc chế tạo mạch từ nhưng việc chế tạo cuộn dây gặp nhiều khó khăn và cũng tốn nhiều dây hơn Các BU có điện áp lớn hơn 660V có cuộn dây với số vòng lớn ,dây nhỏ thường sử dụng mạch từ có tiết diện dạng hình trụ ,hầu hết các BU hiện nay được chế tạo với lõi sắt kiểu trụ

Tiết diện dạng bậc làm tăng sự điền đầy

không gian của thép bên trong cuôn dây hình

trụ như hình 1.25 Ngoài ra với cuộn dây hình

trụ chiều dài các vòng dây sẽ ngắn hơn so với

dạng hình chữ nhật

Số bậc thang trong trụ càng nhiều thì tiết diện

trụ càng gần hình tròn ,nhưng số tập lá tôn càng

tăng ,nghĩa là số lượng các lá tôn có kích thước

khác nhau càng nhiều làm cho quá trình công hình1.25

nghệ chế tạo lắp ráp càng phức tạp

Trụ và gông cần phải được ép thành một bộ bảo đảm chắc chắn lúc nâng cẩu lõi sắt cũng như có lực ngắn mạch ở dây quấn tác dụng lên ,đồng thời lại giảm được những dao động tự do hay những tiếng kêu ,tiếng ù khi máy vận hành

Nhiều năm trước đây đối với tôn cán nóng để giảm bớt quá trình công nghệ gông từ , Tiết diện gông không làm nhiều bậc mà có khuynh hướng làm đơn giản hơn hiệu chỉnh là hình chữ nhật ,hình chữ T thuận ,hình chữ T ngược hoặc hình chữ thập Nhưng những tiết diện gông hình dáng

đó của chúng thật ra đều không hợp lý vì sự phân bố không đều từ cảm giữa các trụ và gông trong cùng một tập lá thép Nguyên nhân là vì ,từ thông trong trụ và gông bằng nhau nên tiết diện trụ và gông phải bằng nhau , do đó muốn làm tiết diện gông đơn giản (giả sử lấy tiết diện gông hình chữ nhật làm ví dụ ) thì rõ ràng tiết diện các tập lá thép ở gông càng nhỏ dần vào giữa so với các tập lá thép tương ứng ở trụ Từ thông trong các tập lá thép này không dễ dàng đi sang được các tập lá thép khác vì có cách điện lá và khe hở không khí ,nên chỉ chạy trên cùng tập với nhau giữa trụ và gông Như vậy từ cảm trụ sẽ giảm nhở dần ở những tập lá thép giữa và tăng ở những tập lá thép ngoài biên Còn ở gông thì ngược lại Sự phân bố từ cảm không đều trong lõi như vậy làm tăng tổn hao và dòng điện không tải nhất là đối với tôn cán lạnh Người ta tính ra rằng ,chẳng hạn đối với gông chữ nhật tổn hao không tải tăng 5÷6 % ,dòng điện không tải tăng 12÷15% so với gông có số bậc bằng số bậc ở trụ Vì vậy tiết diện ngang của gông từ có số bậc bằng số bậc của trụ là tôt nhất Nhưng dể bảo đảm lực ép phân bố đều hơn trên các lá thép gông ,thường 2÷3 tập lá thép ngoài cùng của gông được gộp lại làm một cỡ ,như vậy số bậc trong gông sẽ ít hơn số bậc trong trụ và dĩ nhiên tiết diện của gông sẽ lớn hơn tiết diện của trụ một ít Kinh nghiệm cho thấy nếu trụ và gông ép bằng bulông xuyên qua chúng làm tổn hao o tải tăng lên khoảng 9÷25%,dòng điện không tải tăng lên 50÷200% Trong trường hợp tiết diện gông làm đơn giản số bậc đi so với tiết diện trụ thì tổn hao không tải tăng khoảng 5÷6% dòng điện không tải tăng 8÷10%

Theo phương pháp ghép trụ và gông có thể chia lõi sắt thành 2 kiểu : Lõi ghép nối và lõi ghép xen kẽ

a.ghép nối :

ghép nối là gông và trụ ghép riêng sau đó được đem nối với nhau nhờ những xà ép và bulông ép (hình 1.26a).Ghép kiểu này đơn giản nhưng khe hở không khí giữa trụ và gông lớn ,do không bảo đảm tiếp xúc tương ứng từng lá thép trụ và gông với nhau nên tổn hao và dòng điện không tải lớn ,vì vậy ít dùng

Ghép xen kẽ là từng lớp lá thép của trụ và gông lần lượt đặt xen kẽ theo

vị trí 1 và 2 như trên hình 1.26 b Sau đó dùng xà ép và bulông vít chặt lại Muốn lồng dây quấn vào thì dỡ hết gông trên ra ,cho dây quấn đã được quấn trên ống bakelit lồng vào trụ Trụ được nèn chặt với ống bakêlit bằng cách nêm cách điện (gỗ ,bakêlit ) sau đó xếp lá thép vào gông như cũ và ép gông lại Hiện nay ở nước ta hay dùng kiểu này Trụ

Lượt 2 Lượt 1

Lượt 2 Lượt 1

được ôm bởi ống cách điện bakêlít và dây quấn , hoặc đai bằng sợi thuỷ tinh ,gông được ép bằng xà ép gông Không có bulông xuyên qua lõi sắt Đối với thép cán lạnh ,để giảm bớt tổn hao do tính dẫn từ không đẳng hướng thường ghép xen kẽ nhưng với mối nối nghiêng giữa trụ và gông

ở bốn góc như ở hình 1.26 c hay mối nối nghiêng cả trụ giữa hình 1.26d hoặc ghép xen kẽ với mối nối hỗn hợp hình 1.26e mà không dùng mối nối thẳng như thép cán nóng Phương pháp ghép xen kẽ đơn giản ,kết cấu vững chắc nên được dùng phổ biến trong ngành chế tạo máy biến áp hiện nay

c Chọn tôn silic và cường độ từ cảm trong trụ

Vật liệu làm lõi sắt biến áp thường có hai loại : tôn silíc cán nóng và tôn silic cán lạnh

Nhiều năm trước đây ,lõi sắt biến áp chủ yếu dùng tôn cán nóng Nhưng do suất tổn hao lớn làm cho tôn hao không tải ,dòng không tải tăng lên Vì thế gần đây tôn cán nóng không được sử dụng nữa mà đã được thay thế bằng tôn cán lạnh dày 0,35 mm hoặc nhỏ hơn nữa Dùng tôn cán mỏng dưới 0,5mm thì sẽ có nhược điểm là số lần cắt dập ,lắp ghép lá thép tăng lên ,giá thành về công nghệ lõi thép tăng lên Nhưng

bù lại chúng lại có suất tổn hao nhỏ

Khác với máy biến điện áp điện lực ,mật độ từ cảm trong trụ thường chọn lớn (với tôn cán lạnh có thể chọn lên tới 1,6÷1,65 T đặc biệt có khi lên tới 1,7T) ,mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp lại thường chọn thấp (thường nằm trong dải tuyến tính của đặc tính đường cong từ hóa của loại thép được chọn ) nghĩa là thường chọn từ 0,8÷1T

Việc chọn mật độ từ cảm trong trụ của máy biến điện áp thấp như vậy có

lý do sau :

-làm tăng tiết diện lõi sắt lên

-tăng độ nhạy cho máy biến điện áp

2 Cuộn dây

Cuộn dây thứ cấp và sơ cấp là một phần cơ bản và quan trọng nhất của mỗi máy biến điện áp Tính toán và thiết kế kết cấu cuộn dây thực chất là việc chọn kiểu cuộn dây ,xác định các thông số cuộn dây : số vòng dây ,kích thước dây quấn và cuộn dây Các tham số về cuộn dây phải được lựa chọn phù hợp với đặc tính về điện từ , cách điện và đặc tính nhiệt của biến áp

Việc chọn kiểu cuộn dây cần phải theo chỉ dẫn về khả năng công nghệ

và chi phí vật liệu Trong cuộn dây còn có màn điện dung để bảo vệ cuộn dây khỏi quá điện áp

a Dây quấn

Yêu cầu chung : Gồm yêu cầu về vận hành và yêu cầu về chế tạo

*Yêu cầu về vận hành gồm các mặt điện , cơ và điện

+ Về mặt điện :

khi vận hành thường dây quấn biến áp có điện áp , do đó cách điện của biến áp phải tốt , nghĩa là phải chiu được điện áp làm việc bình thương

và quá điện áp do đóng ngắt mạch trong lưới điện hay do sét (quá điện

áp thiên nhiên ) gây nên , ảnh hưởng của quá điện áp do đóng ngắt mạch với điện áp bình thường , thường chủ yếu là đối với cách điện chính của biến áp , tức là cách điện giữa các dây quấn với nhau và cách điện giữa với vở máy ; còn quá điện áp do sét đánh lên đường dây thường ảnh hưởng đến cách điện dọc của biến áp , tức là giữa các vòng dây , lớp dây hay giữa các bánh dây của từng dây quấn

Vì vậy khi thiết kế phải đảm bảo sao cho tuổi thọ của chất cách điện từ

15 ÷20 năm

*Yêu cầu về chế tạo :

Kết cấu đơn giản , tốn ít nguyên liệu và nhân công , thời gian chế tạo ngắn và giá thành hạ nhưng vẫn đảm bảo được các yêu cầu về mặt vận hành

Vật liệu chính để chế tạo dây quấn là đồng có cách điện bằng vải hoặc êmay , tiết diện tròn hoặc chữ nhật Do dòng quá bé nên cơ bản sử dụng dây quấn có tiết diện tròn Đường kính dây được lựa chọn theo tiêu chuẩn về dây quấn Việc cách điện dây thường khác nhau phụ thuộc vào đường kính dây , cấp điện áp và kết cấu của cuộn dây Dây có các mác khác nhau phu thuộc vào cách điện chúng Đối với các cuộn dây sơ cấp của các BU có điện áp 110KV và cao hơn thì chúng phải có độ cách điện cao hơn nhiều , thường sử dụng loại dây emay Đối với các cuộn dây của các BU khô ( cách điện bằng epoxy ) thì sử dụng dây có cách điện chịu nhiệt cao , độ bền cao tẩm sơn emay không tan trong keo epoxy

b Cách điện các chi tiết và vật liệu

Giá thành cách điện chiếm một tỷ lệ quan trọng trong giá thành chung của máy biến áp Cách điện trong máy biến áp 110-220 KV chiếm đến

18÷20 % giá thành toàn bộ máy biến áp Nếu chọn cách điện không hợp

lý sẽ gây hư hỏng do tác dụng về cơ ,điện nhiệt hoặc lãng phí không cần thiết

Các vật liệu cách điện cần phải không có tác dụng hoá học với dầu máy biến áp ,ngoài ra chúng không có khả năng bị oxy hoá và bị phân huỷ

Trước khi vận hành , các máy biến áp cần phải được thử nghiệm cách điện , điện áp thử có f= 50 Hz lấy từ nguồn riêng biệt , ở điều kiện khí hậu bình thường ( +200C ,p= 760 mmHg , độ ẩm 11g/m3 )

Các chất cách điện được sử dụng chính :

- Giấy cáp:

Mã hiệu K –0,8 ; K-12 và K-17 chiều dày 0,08 ; 0,12 ; 0,17 mm Trong máy biến áp thường sử dụng loại K-12 dày 0,12 để quấn dây đồng trong cuộn dây dưới dạng băng vải , chiều rộng có nhiều cỡ dùng làm cách điện giữa các lớp Dưới dạng băng nhỏ rộng 2÷3 cm quấn thành từng lớp dày 0,1 đến 5 cm để cách điện dây dẫn ra và tăng cường cách điện cho những vòng đầu cuộn dây

- Giấy điện thoại :

Làm thành từng cuôn rộng 500±1000 mm dày 0,05±5 % mm dùng

để cách điện giữa các lớp

-Vải sơn :

làm thành từng cuộn rộng 700±1000 mm dày 0,17 ; 0,2 ; 0,24 mm Vải sơn có dạng băng rộng 2÷3 cmdùng để quấn xung quanh dây dẫn

ra ở những nơi đòi hỏi độ bền cơ học và đàn hồi Vải sơn đen tuyệt đối không được dùng vì nó tẩm hắc ín.Nếu ngâm trong dầu ,dầu sẽ hoà tan hắc ín

-Băng vải sợi :

có hai loại +Loại sợi chéo dày 0,58 ±0,02 mm

+ Loại sợi thẳng dày 0,28±0,02mm rộng từ 1,5÷5

-Bìa cách điện :

Chế tạo thành từng tấm có kích thước 900x1000mm dày 0,5mm; 850x3600 dày 1,0 ;1,5;2,0;2,5 và 3mm Hay thành từng cuộn rộng 1000mm dày 0,5mm

Dùng để làm tấm cách điện của cuộn dây , làm bức vách , tấm chắn ,vòng đệm và làm ống cách điện giữa các cuộn dây

-Thành phẩm giấy bakêlit :

Làm thành từng ống có độ bền cơ và điện cao Chiều dày cả hai bên là 2,4,6,8mm và hơn nữa , dài đến 500mm Làm dạng ống lớn để cách điện giữa cuộn dây và trụ sắt

-Ghê -ni –tắc :

chế tạo bằng giấy tẩm sơn bakelit ép chặt ở nhiệt độ cao Làm thành từng phiến có chiều dày khác nhau có độ bền cơ và điện cao Dùng để bắt chặt đầu dây , làm bảng điều chỉnh điện áp

- Gỗ :

Thường dùng gỗ dẻ trắng làm thanh đệm để lồng cuộn dây và cách điện hình trụ hay làm thanh đệm giữa các lớp dây , dùng để chêm giữa lõi sắt và cuộn dây BH (các loại gỗ có nhựa như cây thông ,cây sồi không được dùng trong biến áp dâu)

-Sứ : dùng làm làm vở máy hay cách điện giữa các đầu ra

-Giấy để dán

-Sơn dầu

-Sơn tẩm

-Dầu máy biến áp : dùng làm cách điện và làm mát máy biến áp

c.Giới thiệu cuộn dây kiểu trụ(dây quấn hình ống nhiều lớp dây tròn)

Đối với các BU sử dụng cuộn dây kiểu này :

Các ống dây kiểu trụ thường đơn giản ,dễ chế tạo Nếu sử dụng dây quấn tiết diện tròn thì việc quấn dây trên các ống cách điện 1,2 hoặc nhiều lớp , làm bằng giấy tẩm bakelit hoặc bìa cacton cách điện Trong cuộn dây nhiều lớp , giữa các lớp dây được đặt giấy cáp và các lớp giấy cáp này phải cao hơn chiều cao của dây quấn từ 20÷50 mm (cả về hai phía ) và được quấn thêm những gờ bằng bìa cách điện nhằm mục đích làm bằng phẳng lớp dây Các đầu dây quấn được đưa ra bằng chính dây dẫn đó hoặc với các dây tròn đường kính nhỏ hơn 0,69mm thi bằng các loại dây mềm nhiều lõi Các vòng dây ngoài cùng có tiết diện tròn được kẹp cho khỏi bị trượt bằng các tấm phụ hoặc bằng cách cuốn các vòng dây ngoài cùng bằng các vòng giấy điện thoại Các viền ngoài được chế tạo từ bìa cactôn cách điện và gắn bằng keo một bên Việc kẹp chặt các vòng dây ngoài bằng cách buộc chúng bằng các đai và làm bằng phẳng các đâu cuộn dây bằng bìa cactông cách điện Bên ngoài cuộn dây , thông thường được bó bằng lớp dây đai Để đảm bảo độ bền cơ khí các ống dây của BU dầu có điện áp lớn hơn 10KV được tẩm bằng sơn ΓΦ -

95 Đối với máy biến điện áp khô thì chống ẩm bằng loại sơn No 447

d.giới thiệu cuộn dây kiểu trụ ,quấn bậc

ở điện áp cao , với các cuộn dây nhièu lớp , được quấn từ dây có tiết diện nhỏ , mỗi lớp có số vòng dây lớn dẫn đến điện áp giữa các lớp là khá lớn Điều này đòi hỏi phải tăng tăng chiều dày cách điện giữa các lớp Do đó làm giảm hệ số điện đầy của cuộn dây , cuộn dây không được chặt , độ bền cơ khí kém

Trong trường hợp đó người ta chia

cuộn dây cuộn dây theo chiều hướng

trục và thành nhiều bậc (hình 1.27 ) ,

như vậy sẽ được cuộn dây kiểu trụ

nhiều bậc Với cuộn dây như trên ,số

vòng dây ở bậc tiếp theo có điện áp

giữa các lớp giảm đi theo tỷ lệ với số

bậc quấn dây Hơn nữa cuộn dây

cuộn dây được quấn chặt hơn