CHƯƠNG: MÁY BIẾN ÁP LỰC I. CẤU TẠO NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT 1. Nguyên lý làm việc máy biến áp (MBA): Giải thích đầy đủ theo sách vở thì Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ, với mục đích là biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác, với tần số không thay đổi. Hoặc có thể giải thích ngắn gọn hơn như sau : Máy biến áp là thiết bị điện dùng cảm ứng điện từ để truyền, đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện theo một nguyên lí nhất định.
Cấu tạo chung của Máy biến áp: Tỷ số biến của máy biến áp: U1/U2 = W1/W2 = I2/I1 Các thông số chính của máy biến áp: • Tỷ số biến • Tổ đấu dây • Tổn thất công suất không tải • Tổn thất công suất có tải • Điện áp ngắn mạch phần trăm Với xu thế hiện nay, người ta chế tạo các máy biến áp có cấp điện áp cao và thay đổi các cấu trúc để tăng công suất đơn vị. Ngày nay, người ta chế tạo được các MBA với các cỡ lớn như sau: MBA 3 pha: Điện áp từ 220 ÷ 330 kV, công suất đến 630MVA. Điện áp 500 kV: Công suất đến 1200 MVA. 1 Máy biến áp tự ngẫu: Điện áp 500/110 kV, công suất đến 1500MVA.
Máy biến áp một pha: điện áp 500kV, công suất đến 1600MVA Trong thực tế, người ta cố gắng chọn máy biến áp 3 pha vì tổn thất công suất trên MBA 3 pha bé hơn MBA 1 pha có cùng công suất ( Từ 12 ÷15 %), kích thước, trọng lượng, giá thành cũng rẻ hơn rất nhiều. Phân loại máy biến áp: • Theo số pha: có MBA 1 pha, MBA 3 pha • Theo số cuộn dây: Máy biến áp 3 cuộn dây, máy biến áp 2 cuộn dây, máy biến áp tự ngẫu. Máy biến áp tự ngẫu Cũng giống như máy biến áp thường, MBA tự ngẫu dùng để biến đổi điện năng xoay chiều từ điện áp này sang điện áp khác sao cho phù hợp với nhu cầu truyền tải và tiêu thụ điện. Nguyên lý làm việc của MBA tự ngẫu cũng dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ nhưng khác với MBA thường ở chỗ là ngoài quan hệ về từ, MBA tự ngẫu còn có quan hệ về điện do 2 cuộn dây cao áp và trung áp có nối chung với nhau.
Sơ đồ nguyên lý của MBA tự ngẫu 1 pha • Theo kiểu làm mát: có MBA khô, MBA dầu. Cấu tạo máy biến áp: Lõi thép : Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng (tole silic) Dây quấn: Được làm bằng đồng hay nhôm, được cách điện bằng giấy hoặc vật liệu cách điện tổng hợp. Liệt kê các thiết bị giám sát và thiết bị bảo vệ trên máy biến áp Các thiết bị sau đây được gắn trên MBA để giám sát và bảo vệ MBA: 1. Đồng hồ nhiệt độ dầu có tiếp điểm điều chỉnh cho tín hiệu báo động hay cắt và đồng hồ hiển thị nhiệt độ Max.
Có thể gắn tiếp điểm để điều khiển quạt 2 làm mát. Nhiệt độ của dầu được kiểm tra thường xuyên. Biên bản kiểm tra MBA thể hiện chi tiết mức cài đặt nhiệt độ ở đồng hồ nhiệt độ. Đồng hồ nhiệt độ cuộn dây cho biết điểm nóng nhất của cuộn dây, nhiệt độ của cuộn dây được theo dõi thường xuyên, đặt biệt khi MBA bị quá tải.
Đồng hồ nhiệt độ cuộn dây có gắn tiếp điểm báo động và tiếp điểm cắt, hơn nữa để điều khiển hệ thống làm mát. Bảng kiểm tra trình bày chi tiết điểm đặt nhiệt độ trên đồng hồ. Relay gas có tiếp điểm báo động và cắt cho thấy có sự cố bên trong MBA và cách ly sự cố khỏi lưới, sự hoạt động của Relay được kiểm tra khi thí nghiệm MBA, sau khi kiểm tra định kỳ hay kiểm tra hàng năm. Đồng hồ mức dầu gắn đầu cuối bình dầu phụ có tiếp điểm báo động mức dầu giới hạn cao nhất và mức dầu thấp nhất.
Đồng hồ được đánh dấu với vài mức dầu tương ứng nhiệt độ dầu trung bình, bằng cách giám sát mức dầu có thể đoán mức dầu ứng với nhiệt độ trung bình lúc đó. Nếu cần, có thể trộn hay bổ sung dầu. Màu sắc Silicagel trong bộ thở ngăn không khí vào MBA được kiểm tra thường xuyên. Khi silicagel khô nó có màu xanh, khi nó màu hồng thì nó bị nhiễm ẩm.
Khi silicagel bị nhiễm ẫm đến 4/5 bình thì sấy khô lại hay thay mới. Van quá áp suất có thể được sử dụng để giới hạn sự gia tăng áp suất bên trong Tank do sự cố trong MBA, có gắn một tiếp điểm trip. Công dụng cuộn dây cân bằng (Tertiary) trong MBA Trong các máy biến áp có công suất lớn, ngoài cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được đưa ra bên ngoài sử dụng còn có một cuộn thứ 3 được gọi ̣ là cuộn dây cân bằng tertiary. Vì thế MBA này cũng được gọi là MBA 3 cuộn dây.
3 Lợi ích của cuộn dây cân bằng trong MBA: 1. Giảm dòng không cân bằng trong cuộn dây sơ cấp do tải 3 pha không cân bằng. Cung cấp cho phụ tải tự dùng của trạm biến áp, nối tụ bù vào cuộn dây cân bằng của MBA. Mục đích Cuộn dây cân bằng trong MBA: 1.
Cuộn tam giác lọc dòng thứ tự không I0, dòng điện này chạy quẩn trong cuộn tam giác do tải không cân bằng, vì thế hạn chế từ thông thứ tự không chạy trong lõi thép. Hạn chế từ thông móc vòng qua vỏ máy, bulông ghép nối, gây nóng và rung động mạnh (ồn). Cuộn dây cân bằng trong MBA nối sao/sao/trung tính đ́ ể giảm tổng trở thứ tự không của MBA. Cuộn tam giác lọc hài bậc 3, vì hài bậc 3 gây tổn thất trong MBA nhiều hơn, gây nhiễu hệ thống thông tin liên lạc, làm bảo vệ so lệch máy biến áp tác động khi đóng điện không tải MBA.
Nối đất 1 đầu cuộn dây cân bằng: 1. Khi nối đất 1 điểm cuộn tam giác không có dòng điện chạy qua, nhưng khi có chạm đất ở điểm thứ 2 (cách điện bị hư) sẽ có dòng chạy vào đất và bảo vệ sẽ cắt MBA. Có thể bảo vệ cuộn dây tam giác bằng cách dùng 3 PT một pha và cuộn dây thứ cấp được nối tam giác hở để phát hiện chạm đất 3Uo, trong trường hợp này không cần nối đất cuộn dây tam giác. Nối đất cuộn tam giác để ngăn ngừa tĩnh điện (to preclude electrostatic) giữa cuộn tam giác và 2 cuộn dây còn lại.
Lõi thép và gông từ trong MBA hiệu ABB 220 KV Lõi thép MBA không bao giờ có sự cố, các lõi thép được cách ly với kẹp lõi thép và đất với một dây nối đất riêng biệt, bộ phận kẹp hình thành vòng galvanic, do sự phát tán của từ trường cảm ứng, dòng điện chạy trong vòng. Ở MBA nhỏ, dòng nhỏ, tổn thất và nhiệt có thể bỏ qua. Tuy nhiên dòng nhỏ có thể gây ra hiệu ứng nhiệt nếu chạy qua điểm tiếp xúc yếu. Vì vậy, phần tiếp xúc với các phần khác phải được dẫn điện.
Trong MBA có công suất lớn, cái vòng được gián đoạn với vật liệu cách điện để cắt đứt dòng điện, dòng điện không chạy qua cấu trúc. Nếu do một số nguyên nhân cách điện hỏng dẫn đến bề mặt tiếp xúc nhỏ được hình thành và điểm sinh nhiệt, khí sẽ được sinh ra. Vì các kiểu sự cố không giống nhau, khả năng kiểm tra định kỳ cách điện trong máy biến thế là không thực hiện được. Nếu cần dây nối đất lõi được đưa ra ngoài theo đường sứ để kiểm tra đo thí nghiệm mà không phải mở MBA.
Một số loại khác có nắp kiểm tra trên nắp MBA tại điểm mà lõi thép được nối đất trên nắp Tank. Loại này phải hạ mức dầu để mở nắp mới đo được. Ở máy biến áp rất lớn, các lá thép được bó và từ tính rò được dùng để điều khiển và phân tán từ trường để chúng không gây ra tổn thất và nhiệt trong cuộn dây, lõi thép, kẹp lõi và tank, bó lõi thép được cách điện với nhau và cách điện với phần kim loại và được nối đất chỉ một điểm để ngăn ngừa dòng điện chạy quẩn và phóng điện. Sự cố cách điện của tấm chắn từ thông rò hay sự lỏng lẻo của dây nối đất có thể gây ra phóng điện và gây quá nhiệt.
5 Nối đất của lõi thép và gông từ MBA hiệu ABB 220 KV Điểm số 1 : điểm nối gông từ Điểm số 2 : điểm nối lõi thép Điểm số 1 nối đến điểm số 2 và vỏ máy được nối chung với nhau và nối đất Thí nghiệm điện trở cách điện: Lõi thép và vỏ Gông từ và vỏ Lõi thép và gông từ Giá trị theo quy định của nhà chế tạo. Đối với MBA mới kết quả đo phải lớn hơn 1000 MΩ. MBA đã vận hành nhiều năm thì hơn 100 MΩ. Các chế độ làm mát MBA MBA thường có: Cuộn dây và lõi thép được ngâm trong dầu, quạt làm mát gắn trên cánh tản nhiệt.
Có 3 cấp làm mát: ONAN, ONAF, OFAF: Cấp ONAN (Oil Natural, Air Natural) là dầu làm mát bằng đối lưu tự nhiên, không khí làm mát tự nhiên bằng đối lưu hoặc gió thổi. Cấp ONAF (Oil Natural, Air Force ): dầu làm mát tự nhiên, làm mát bằng không khí cưỡng bức quạt làm mát. 6 Cấp OFAF (Oil Force, Air Force): làm mát bằng dầu cưỡng bức bằng bơm dầu, không khí cưỡng bức quạt quay. MBA có 3 cấp công suất đinh mức ứng với 3 cấp độ làm mát.
Quạt và bơm dầu có thể tự khởi động ở nhiêt độ đặt trước của relay nhiệt độ dầu trên cùng và relay nhiệt độ cuộn dây. Trên Nameplate thể hiện 3 công suất định mức ví dụ: Hình Dòng dầu đối lưu làm mát. Cấp vật liệu cách điện thể rắn thường sử dụng trong MBA ứng nhiệt độ cho phép độ tăng nhiệt độ cho phép của MBA ứng vật liệu cách điện 7 * Cấp vật liệu cách điện thể rắn thường sử dụng trong MBA ứng nhiệt độ cho phép, ký hiệu : (Nhiệt độ phát nóng cho phép ứng nhiệt độ cực đại của dầu (không khí hoặc nước), phát nóng của dây quấn, của mạch từ ). Cấp Y A E B F H C Nhiệt độ giới hạn (oC ) 90 105 120 130 155 180 > 180 Các MBA khô thường sử dụng cách điện cấp B và H : sợi thủy tinh, amiăng, mica hoặc epoxy.