Chương 6 MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN Lực Máy biến áp điện lực cũng như máy phát điện, là thiết bị chỉnh trong hệ thống điện. Các máy biến áp điện lực được dùng để biến đổi điện năng từ điện áp này U1 sang điện áp khác u2, phục vụ cho việc truyền tải và phân phối nâng lượng điện. Hiện nay, với các máy biến áp điện lực có thể tạo ra được điện áp rất lớn, hàng trăm, thậm chí hàng ngàn kĩlôvôn, cần thiết cho việc truyền tải năng lượng điện với công suất lớn và cũng có thể tạo ra nhiểu cấp điện áp thấp để cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải (220 ; 380 ; 660 V. Các máy biến áp có vai trò rất quan trọng vể mặt kinh tế cũng như kỹ thuật trong hệ thống điện.
Nhờ có máy biến áp người ta có thể xây dựng các hệ thống điện lớn, các đường dây có chiểu dài và công suất truyền tải lớn. Trong các hệ thống điện hiện đại, công suất tổng của các máy biến áp bằng khoảng từ 4 đến 6 lẩn công suất tổng của các máy phát điện trong các nhà máy điện. Do vậy, việc nâng cao các chỉ tiêu vể kinh tế - kỹ thuật trong việc sản xuất và vận hành các máy biến áp sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ. Trong những năm gần đây, người ta đã chế tạo được các máy biến áp công suất lớn và điện áp cao, đổng thời giảm đáng kể các chi phí vể nguyên vật liệu, kích thước, trọng lượng, tổn thất và nâng cao được hiệu suất làm việc ; với các máy biến áp lớn hiệu suất có thể đạt đến 99,7%.
Có được những tiến bộ đáng kể trên là nhờ đã sản xuất được các loại thép kỹ thuật điện chất lượng cao, các loại vật liệu cách điện mới, các biện pháp và hệ thống làm mát hiệu quả hơn, cùng với việc tạo ra hình dáng và cấu trúc hợp lý từng bộ phận của máy biến áp. Có rất nhiều loại máy biến áp, cấu trúc của chúng cũng rất đa dạng, những nghiên cứu sâu vể máy biến áp được trình bày trong các giáo trình máy điện. Trong chương này chủ yếu tìm hiểu các đặc tính cơ bản của chúng, trên cơ sở đó nghiên cứu các cách ghép nối, tính toán, chọn kiểu, sô lượng và công suất của các máy biến áp trong hệ thống điện. CÁC ĐẶC TRƯNG co BẨN CỦA MÁY BIEN áp điện Lực 6.
CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN Lực o các nhà máy điện và trạm biến áp, người ta sử dụng các máy biến áp tăng áp (Uj < u2) và hạ áp (Uj > u2), máy biến áp hai dây quấn và ba dây quấn, máy biến áp một pha và ba pha, máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp có cuộn dây phân chia. 253 Như đã biết, trong các máy biến áp thông thường các cuộn dây có điện áp khác nhau được cách ly hoàn toàn với nhau vể điện, giữa chúng chỉ có sự liên hệ với nhau bằng từ trường, công suất truyển tải từ sơ cấp sang thứ cấp được thực hiện qua lõi thép theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Các máy biến áp này được gọi chung là máy biến áp. Ngoài ra cũng còn các máy biến áp, giữa các cuộn dây không những có sự liên hệ với nhau về từ, mà còn có sự liên hệ trực tiếp vể điện, được gọi là máy biến áp tự ngẫu.
Trong trường hợp chung, khi không cấn phân biệt rõ cấu tạo, kiểu dáng của từng loại, ta gọi chung là máy biến áp. Cúng như các máy biến áp khác, máy biến áp tự ngẫu cũng có loại ba pha và một pha. Máy biến áp ba pha có giá thành thấp, trọng lượng và kích thước nhỏ hơn so với tổ ba máy biến áp một pha cùng công suất, lắp đặt và vận hành cũng đơn giản hơn. Do vậy, trong tất cả các trường hợp có thể, người ta đểu sử dụng các máy biến áp ba pha.
Nhóm ba máy biến áp một pha được sử dụng chỉ khi công suất cấn chuyển tải lớn, không sản xuất được các máy biến áp ba pha có công suất cần thiết hoặc khi có những khó khăn vể điều kiện vận chuyển máy như các vùng rừng núi, vùng sâu, vùng xa. Về cách điện dùng trong máy biến áp, người ta phân biệt các loại máy biến áp điện lực như sau : - Cấp A : Các máy biến áp khô, lõi thép và dây quấn được cách điện bằng cách điện rắn, chẳng hạn như dùng nhựa cách điện. - Cấp o : Các máy biến áp dầu, lõi thép và dây quấn được đặt trong thùng chứa dấu biến áp hoặc chất lỏng tổng hợp cách điện có điểm cháy bằng hoặc nhỏ hơn 300°C. Chất lỏng vừa làm nhiệm vụ cách điện, vừa có tác dụng làm mát.
- Cấp L : Vế nguyên lý cũng giống như máy biến áp dầu, nhưng lõi thép và dây quấn được đặt trong thùng có chất lỏng tổng hợp có điểm cháy lớn hơn 300°C. Ví dụ hay dùng hiện nay là silicon, là chất khó cháy và không gây ô nhiễm. LÀM MÁT MÁY BIÊN ÁP Khi làm việc, do có tổn thất trong lõi thép và các cuộn dây, trong máy biến áp luôn sinh ra một lượng nhiệt rất lớn. Để giữ cho nhiệt độ ở các phẩn của máy biến áp nằm trong giới hạn cho phép, nhằm đảm bảo sự làm việc chắc chắn của máy biến áp trong suốt thời gian phục vụ của nó, cần có các biện pháp để liên tục tạo ra sự tỏa nhiệt tót từ máy biến áp vào môi trường xung quanh, nghĩa là cấn có sự làm mát máy biến áp một cách hiệu quả.
Tùy thuộc vào cấu tạo, công suất của máy biến áp, người ta sử dụng các phương pháp làm mát khác nhau. Phương pháp làm mát máy biến áp do nhà chê' tạo qui định. Đối với các nước Tây Âu, phương pháp làm mát được ký hiệu bằng 4 chữ cái như sau : hai chữ cái đấu chỉ chất làm mát và phương pháp tuấn hoàn bẽn trong máy biến áp ; hai chữ cái sau chỉ chất làm mát và phương pháp tuần hoàn bên ngoài máy biến áp. Các mã chữ cái được giải thích trong bảng 6.
Ký hiệu các hệ thông làm mát Chất làm mát Kỷ hiệu Tuần hoàn chất làm mát Ký hiệu Dầu biến áp hoặc chất lỏng tổng hộp có điểm cháy sỉ 300°C 0 Tuần hoàn tự nhiên N Các chất lỏng tổng hộp khác L Tuần hoàn cưỡng bức gián tiếp F Khí có điểm cháy > 300°C G Tuần hoàn cưỡng bức trực tiếp D Không khí (biến áp khô) A Nước w VÍ dụ : AN - máy biến áp khô, làm mát bằng tuần hoàn không khí (A), tự nhiên (N). ONAN - máy biến áp dầu, làm mát bằng tuấn hoàn không khí tự nhiên : bên trong là dấu (O), tuần hoàn tự nhiên (N) ; bên ngoài là không khí (A), tuần hoàn tự nhiên (N) (tương đương với hệ thống ký hiệu cũ của Nga là M). ONAF - máy biến áp dầu, làm mát bằng tuần hoàn cưỡng bức gián tiếp : bên trong là dầu tuần hoàn tự nhiên (ON) ; bên ngoài là không khí tuần hoàn cưỡng bức (AF), bằng cách thổi gió ỰỊ). ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC CÚA MÁY BIẾN ÁP -Điện áp định mức so cấp uldm của máy biến áp là điện áp dây cần đặt vào cuộn dây sơ cấp của nó để trên cực của các cuộn dây thứ cấp đang hở mạch nhận được điện áp định mức thứ cấp.
-Điện áp dịnh mức thứ cáp u2đm là điện áp dây nhận được trên cực của cuộn dây thứ cấp của máy biến áp khi làm việc không tải nếu điện áp đặt vào cuộn dây sơ cấp là điện áp định mức sơ cấp. Khi làm việc có tải, nếu đặt vào phía sơ cấp điện áp định mức uldm thì điện áp nhận được ở phía thứ cấp u2 sẽ nhỏ hơn điện áp định mức u2dm một lượng tổn thất điện áp trong máy biến áp. Sự biến đổi điện áp của máy biến áp được đặc trưng bởi tỷ số biến đổi điện áp định mức : Khi làm việc, các máy biến áp có thể có tỷ số biến đổi k khác định mức. Khả năng thay đổi tỷ số biến đổi đặc biệt quan trọng đối với các máy biến áp chính.
Nó được sử dụng để điểu chỉnh điện áp khi phụ tải thay đổi, để phân phối tải hoặc điểu chỉnh dòng công suất tác dụng và phản kháng trong các mạng nối liên kết. Điều chỉnh điện áp thường được thực hiện bằng cách thay đổi số vòng dây của cuộn dây ở phía cao áp có dòng điện nhỏ : Khi các cuộn dây nối hình sao, điểu chỉnh điện áp được thực hiện bằng cách thay đổi số vòng dây ở phía trung tính của các cuộn dây cao áp ; khi các cuộn dây nối tam giác, điểu chỉnh điện áp thường được thực hiện bằng cách thay đổi số vòng dây ở giữa các cuộn dây. • 255 Tùy theo cách thay đổi các đẩu phân áp, người ta phân biệt máy biến áp có điểu áp dưới tải và máy biến áp khồng có điểu áp dưới tải. Với các máy không có diễu áp dưới tải, việc thay đổi đẩu phân áp được tiến hành khi máy biến áp không có điện, thường được tiến hành theo mùa hoặc trong một khoảng thời gian lớn.
ỏ các máy biến áp có điểu áp dưới tải, có thể thực hiện việc đổi đầu phân áp một cách liên tục khi máy biến áp đang làm việc nhờ bộ phận đổi nối đặc biệt ; có thể thực hiện điểu chỉnh điện áp bằng tay hoặc tự động. Điều chỉnh điện áp dưới tải có phạm vi điểu chỉnh rộng và bằng phảng hơn so với các máy biến áp có điểu chỉnh thường. NHIỆT Độ PHÁT NÓNG CHO PHÉP CÚA MÁY BIỄN ÁP Trong quá trình làm việc, do có tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp, các cuộn dây và lõi thép của máy bị nung nóng. Các phần bằng kim loại có thể chịu được nhiệt độ tương đôi cao trong thời gian dài.
Nhiệt độ làm việc chủ yếu ảnh hưởng đến cách điện của máy biến áp. Khi nhiệt độ càng cao thì cường độ hao mòn cách điện càng lớn và sự hao mòn được tích luỹ theo thời gian làm việc. Sự già cỗi của cách điện được đặc trưng bởi sự giảm độ bển điện và cơ của nó, đến một mức độ nào đó cách điện của máy biến áp có thể bị hư hỏng dưới tác dụng của điện áp hoặc tác động của lực động điện và máy biến áp không thể làm việc được nữa. Như vậy thời gian phục vụ hay còn gọi là tuổi thọ của máy biến áp phụ thuộc vào nhiệt độ nung nóng của máy biến áp và vật liệu cách điện.