CHƯƠNG 1 CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP CAO THẾ TRONG HỆ THỐNG ðIỆN 1.1 Giới thiệu ðể dẫn ñiện từ nhà máy phát ñiện ñến hộ tiêu thụ cần phải có ñường dây tải ñiện (hình 1. Nếu khoảng cách từ nơi sản xuất ñiện ñến hộ tiêu thụ lớn, một vấn ñề ñặt ra là việc truyền tải ñiện năng ñi xa làm sao cho kinh tế nhất.1 Sơ ñồ cung cấp ñiện ñơn giản Ta có, dòng ñiện truyền tải trên ñường dây: I = P/(Ucos ϕ ) (1.1) Và tổn hao công suất trên ñường dây: ∆P = Rñ I2 = RdP2/(U2cos2 ϕ ) (1.2) Trong ñó: P là công suất truyền tải trên ñường dây; U là ñiện áp truyền tải của lưới ñiện; Rd là ñiện trở ñường dây tải ñiện và cos ϕ là hệ số công suất của lưới ñiện, còn ϕ là góc lệch pha giữa dòng ñiện I và ñiện áp U. Từ các công thức trên cho ta thấy, cùng một công suất truyền tải trên ñường dây, nếu ñiện áp truyền tải càng cao thì dòng ñiện chạy trên ñường dây sẽ càng bé, do ñó trọng lượng và chi phí dây dẫn sẽ giảm xuống, tiết kiệm ñược kim loại màu, ñồng thời tổn hao năng lượng trên ñường dây sẽ giảm xuống. Vì thế, muốn truyền áp cao, thường là 35, 110, 220, 500kV.
Trên thực tế các máy phát ñiện chỉ phát ra ñiện áp từ 3 ÷ 21kV, do ñó phải có thiết bị tăng ñiện áp ở ñầu ñường dây. Mặt khác các hộ tiêu thụ thường yêu cầu ñiện Luận Văn Thạc Sỹ HVTH : ðặng Ngọc Sơn 2 áp thấp, từ 0.4 ÷ 6kV, vì vậy cuối ñường dây phải có thiết bị giảm ñiện áp xuống. Thiết bị dùng ñể tăng ñiện áp ở ñầu ñường dây và giảm ñiện áp cuối ñường dây gọi là máy biến áp (MBA). ðịnh nghĩa: Máy biến áp là thiết bị ñiện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng ñiện từ, dùng ñể biến ñổi một hệ thống dòng ñiện xoay chiều ở ñiện áp này thành một hệ thống dòng ñiện xoay chiều ở ñiện áp khác, với tần số không thay ñổi.1 Cấu tạo Máy biến áp có các bộ phận chính sau dây : lõi thép, dây quấn và vỏ máy 1.1 Lõi thép máy biến áp Hình 1.2 Mạch từ MBA kiểu lõi Lõi thép MBA dùng ñể dẫn từ thông, ñược chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật ñiện có bề dày từ 0,35 ÷ 1 mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách ñiện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép.
Lõi thép gồm hai phần: Trụ và Gông (hình 1. Trụ T là phần ñể ñặt dây quấn còn gông G là phần nối liền giữa các trụ ñể tạo thành mạch từ kín. Dây quấn máy biến áp Luận Văn Thạc Sỹ HVTH : ðặng Ngọc Sơn 3 Hình 1-3. Dây quấn Máy biến áp Nhiệm vụ của dây quấn MBA là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra.
Dây quấn MBA thường làm bằng dây dẫn ñồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách ñiện. Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép. Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn và lõi thép ñều có cách ñiện. Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn.
Khi các dây quấn ñặt trên cùng một trụ thì dây quấn ñiện áp thấp ñặt sát trụ thép còn dây quấn ñiện áp cao ñặt bên ngoài. Làm như vậy sẽ giảm ñược vật liệu cách ñiện. Dây quấn MBA có hai loại chính như 1. Dây quấn ñồng tâm : ở dây quấn ñồng tâm tiết diện ngang là những vòng tròn ñồng tâm.
Những kiểu dây quấn ñồng tâm chính gồm : Dây quấn hình trụ (hình 1.3a,b), dùng cho cả dây quấn hạ áp và cao áp; Dây quấn hình xoắn (hình 1.3c), dùng cho dây quấn hạ áp có nhiều sợi chập; dây quấn hình xoáy ốc liên tục (hình 1.3d), dùng cho dây quấn cao áp, tiết diện dây dẫn chữ nhật. Dây quấn xen kẻ : Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẻ nhau dọc theo trụ thép. Lõi thép MBA dùng ñể dẫn từ thông, ñược chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật ñiện có bề dày từ 0,35 ÷ 1 mm, mặt ngoài các lá thép có sơn cách ñiện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép. Lõi thép gồm hai phần: Trụ và Gông Luận Văn Thạc Sỹ HVTH : ðặng Ngọc Sơn 4 (hình 1.
Trụ T là phần ñể ñặt dây quấn còn gông G là phần nối liền giữa các trụ ñể tạo thành mạch từ kín. Vỏ MBA làm bằng thép gồm hai bộ phận : thùng và nắp thùng. Thùng MBA: Trong thùng MBA ñặt lõi thép, dây quấn và dầu biến áp. Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách ñiện và tản nhiệt.
Lúc MBA làm việc, một phần năng lượng tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác nóng lên. Nhờ sự ñối lưu trong dầu và truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong MBA sang dầu và từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh. Nắp thùng MBA : Dùng ñể ñậy trên thùng và trên ñó có các bộ phận quan trọng như: + Sứ ra của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp. Làm nhiệm vụ cách ñiện.
+ Bình dãn dầu (bình dầu phụ) có ống thủy tinh ñể xem mức dầu. + Ống bảo hiểm : làm bằng thép, thường làm thành hình trụ nghiêng, một ñầu nối với thùng, một ñầu bịt bằng một ñĩa thuỷ tinh. Nếu vì lý do nào ñó, áp suất trong thùng tăng lên ñột ngột, ñĩa thuỷ tinh sẽ vỡ, dầu theo ñó thoát ra ngoài ñể MBA không bị hỏng. + Lỗ nhỏ ñặt nhiệt kế.
+ Rơle hơi dùng ñể bảo vệ MBA. + Bộ truyền ñộng cầu dao ñổi nối các ñầu ñiều chỉnh ñiện áp của dây quấn cao áp.2 Nguyên lý làm việc Máy biến áp lý tưởng có các tính chất như sau : 1. Cuộn dây không có ñiện trở. Từ thông chạy trong lõi thép móc vòng với hai dây quấn, không có từ thông tản và không có tổn hao trong lõi thép.
Luận Văn Thạc Sỹ HVTH : ðặng Ngọc Sơn 5 3. ðộ từ thẩm của thép rất lớn (µ = ∞), như vậy dòng từ hoá cần phải có ñể sinh ra từ thông trong lõi thép là rất nhỏ không ñáng kể, do vậy sức từ ñộng cần ñể sinh ra từ thông trong lõi thép cho bằng không.4 vẽ sơ ñồ nguyên lý của MBA một pha hai dây quấn. Dây quấn 1 có N1 vòng dây ñược nối với nguồn ñiện áp xoay chiều u1, gọi là dây quấn sơ cấp. Ký hiệu các ñại lượng phía dây quấn sơ cấp ñều có con số 1 kèm theo như u1, i1, e1,.
Dây quấn 2 có N2 vòng dây cung cấp ñiện cho phụ tải Zt, gọi là dây quấn thứ cấp. Ký hiệu các ñại lượng phía dây quấn thứ cấp ñều có con số 2 kèm theo như u2, i2 , e2,. ðặt ñiện áp xoay chiều u1 vào dây quấn sơ, trong dây quấn sơ sẽ có dòng i1. Trong lõi thép sẽ có từ thông Φ móc vòng với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp, cảm ứng ra các sức ñiện ñộng e1 và e2.
Khi MBA có tải, trong dây quấn thứ sẽ có dòng ñiện i2 ñưa ra tải với ñiện áp là u2. Từ thông Φ móc vòng với cả hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp gọi là từ thông chính. Sơ ñồ nguyên lý của MBA một pha hai dây quấn Giả thử ñiện áp u1 sin nên từ thông Φ cũng biến thiên sin, ta có: Φ=Φmsinωt (1.3) Theo ñịnh luật cảm ứng ñiện từ, các sức ñiện ñộng cảm ứng e1, e2 sinh ra trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp MBA là: dφ e1 = − N 1 dt ( ) ( = ωN1φ m sin ωt − 90 0 = 2 E1 sin ωt − 90 0 ) (1.5) Luận Văn Thạc Sỹ HVTH : ðặng Ngọc Sơn 6 Trong ñó E1; E2 là trị số hiệu dụng của sức ñiện ñộng sơ cấp và thứ cấp, cho bởi: ωN1φm E1 = = π 2tN1φm = 4,44tN1φm 2 (1.7) Tỷ số k của máy biến áp: E1 N 1 k= = (1.8) E2 N 2 Nếu giả thiết MBA ñã cho là lý tưởng thì ta có: U1 E1 N1 ≈ = =k U 2 E2 N 2 (1.9) Nếu bỏ qua tổn hao trong MBA thì : U1I1=U2I2 U1 I 2 ⇒ = =k U 2 I1 (1.3 Máy biến áp 3 pha ðể MBA ba pha có thể làm việc ñược, các dây quấn sơ cấp và thứ cấp phải nối với nhau theo một quy luật nhất ñịnh. Ngoài ra, việc phối hợp kiểu nối dây quấn sơ cấp với kiểu nối dây quấn thứ cấp cũng hình thành các tổ nối dây quấn khác nhau.
Hơn nữa, khi thiết kế MBA, việc quyết ñịnh tổ nối dây quấn cũng phải thích ứng với kiếu kết cấu của mạch từ ñể tránh những hiện tượng không tốt như sức ñiện ñộng không sin, tổn hao phụ tăng .1 Mạch từ MBA + Hệ thống mạch từ riêng : Từ thông ba pha ñộc lập (hình 1. Ta có tổ MBA ba pha.5 Tổ MBA ba pha Luận Văn Thạc Sỹ HVTH : ðặng Ngọc Sơn 7 + Hệ thống mạch từ chung (hình 1.6) : Từ thông ba pha liên quan nhau. Ta có MBA ba pha ba trụ.6 Mạch từ chung .11) Như vậy các trụ ghép chung có từ thông tổng Σ=Φ0, nên ta bỏ trụ ghép chung. Sau khi bỏ trụ ghép chung, ta thấy lõi thép không gian nên chế tạo khó khăn.
Vì vậy phải rút ngắn trụ giữa ñể ba trụ MBA cùng nằm trong mặt phẳng, lúc này ta thấy kết cấu lõi thép MBA không ñối xứng, trụ giữa ngắn hơn hai trụ hai bên nên dòng từ hóa của ba pha cũng không ñối xứng : IoA = IoC ≈ (1,2 ÷ 1,45)IoB (1.2 Tổ nối dây MBA 1.1Cách ký hiệu các ñầu dây Luận Văn Thạc Sỹ HVTH : ðặng Ngọc Sơn 8 Hình 1.7 ðánh dấu ñầu dây MBA Một cuộn dây có hai ñầu tận cùng: một ñầu gọi là ñầu ñầu; còn ñầu kia gọi là ñầu cuối. ðối với dây quấn MBA một pha : ñầu ñầu hoặc ñầu cuối chọn tùy ý. ðối với dây quấn MBA ba pha : các ñầu ñầu và ñầu cuối chọn một cách thống nhất theo một chiều nhất ñịnh (hình 1.7a), nếu không ñiện áp ra của ba pha sẽ không ñối xứng (hình 1. ðể ñơn giản và thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta thường ñánh dấu các ñầu tận cùng lên sơ ñồ dây quấn của MBA với qui ước sau dây : ðánh dấu các ñầu dây tận cùng: Cao áp Hạ áp Trung áp ðầu ñầu A,B,C a,b,c Am,Bm,Cm ðầu cuối X,Y,Z x.y,z Xm,Ym,Zm Trung tính 0 o Om 1.2 Các kiểu ñấu dây quấn 1.
