Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế máy biến áp thử nghiệm pdf

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy biến áp thử nghiệm










Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
1
LỜI MỞ ĐẦU
Máy biến áp là bộ biến đổi cảm ứng đơn giản dùng để biến đổi dòng điện
xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều khác có điện áp khác. Các
dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và quá trình biến đổi từ trường để sinh ra
sức điện động cảm ứng trong các dây quấn được thực hiện bằng dây cáp điện.

Máy biến áp ngày nay được sử d
ụng trong nhiều lĩnh vực. Như máy biến áp lò,
máy biến áp hàn, máy biến áp đo lường, máy biến áp thử nghiệm…
Máy biến áp thử nghiệm tạo nguồn điện áp cao là thiết bị chủ yếu của phòng
thử nghiệm. Máy được thử nghiệm các thiết bị cao áp, các thành phần kết cấu,
cấu trúc cách điện, dùng trong đo lường Máy này có thể vận hành trong nhà
kín hoặc ngồi trời.
Phòng thử nghiệm cao áp vớ
i các nguồn điện khác nhau (như xoay chiều,
một chiều, điện áp xung…) có nhiệm vụ xác định độ bền cách điện hoặc xác
định các khuyết tật (như phóng điện cục bộ) trong những điều kiện thử nghiệm
(nhiệt độ, độ ẩm, áp suất…) và môi trường nhất định (ăn mòn) tương ứng với
điều kiện làm việc của các thiết b
ị hoặc kết cấu cách điện khi vận hành. Ngồi ra
sau khi sửa chữa hoặc kiểm tra tra định kỳ phải thử nghiệm lại tại vị trí làm việc
của các thiết bị.
Nhận thức được vai trò và tầm quan trọng của máy biến áp thử nghiệm, em
đã thực hiện đề tài thiết kế máy biến áp cao áp dùng để thử nghiệm các thiết bị
điện.
Đề tài được trình bày thành sáu ch
ương:
Chương I: Tìm hiểu về máy biến áp cao áp.
Chương II: Tìm hiểu công nghệ chế tạo máy biến áp cao áp.
Chương III: Các phương án về dây quấn.
Chương IV: Tính tốn lõi thép và dây quấn.
Chương V: Tính tốn các tham số.
Chương VI: Tính mạch bảo vệ, đo lường, điều khiển.
Do sự hiểu biết thực tế và thời gian có hạn nên khố luận không thể tránh
những sai sót, rất mong nhận được ý kiến của các thầ
y, cô và các bạn để khố

luận của em được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn thiết bị điện – điện tử ,
khoa điện – Trường đại học bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ
em trong học tập tốt nhất là thời kỳ làm đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm
ơn thầy Chu Đình Khiết đã trực tiếp h
ướng dẫn chỉ bảo em để hồn thành đồ án
tốt nghiệp này.



Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
2

Chương 1
TÌM HIỂU VỀ MÁY BIẾN ÁP CAO ÁP
I. Nguyên lý cấu tạo của bộ thử nghiệm cao áp:

Thông thường một phòng thử nghiệm (môi trường thử nghiệm) điện áp cao
được trang bị hồn chỉnh, phục vụ tốt cho công tác nguyên cứu và chế tạo các
thiết bị điện cao áp gồm những thành phần như hình vẽ sau:
Hệ thống thử nghiệm gồm các thiết bị sau:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
3
1-Thiết bị thử nghiệm điện áp tăng cao tần số công nghiệp và các thiết bị phụ
trợ đi kèm.
2 - Thiết bị thử nghiệm điện áp một chiều.
3 - Thiết bị thử nghiệm điện áp xung.
4 - Thiết bị thử nghiệm điện áp dòng xung.
5 - Các thiết bị tạo môi trường, điều kiện thử nghiệm, các thiết bị phục vụ

khác công tác thử nghiệm được tốt….
Ta sẽ xét kỹ ba thiết bị đầu vì trong đó có sử dụng các máy tạo điện áp cao để
thử nghiệm.














Hình 1.1. Môi trường thử nghiệm cao áp
1. Thiết bị thử nghiệm điện áp tăng cao tần số công nghiệp
:
Thiết bị này được dùng để thử nghiệm cách điện của thiết bị điện. Việc thử
nghiệm thiết bị hoặc kết cấu cách điện bằng điện áp tăng cao tần số công nghiệp
cho phép xác định các khuyết tật làm giảm độ bền điện và tuổi thọ của thiết bị
mà các phương pháp khác không xác định được. Thử nghiệm b
ằng biện pháp cơ
bản để xác định dự trữ độ bền cách điện của các thiết bị trong các điều kiện của
nhà máy chế tạo cũng như tại nơi sử dụng. Vì vậy các thiết bị ở cấp điện áp dưới
35 kV chịu thử nghiệm cả trong vận hành, còn các thiết bị ở cấp điện áp cao hơn
được thử nghi
ệm trong điều kiện phòng thử nghiệm. Nguồn điện áp thử nghiệm

cần phải đảm bảo trên điện áp đặt lên đối tượng thử nghiệm, và xác định được
dòng ngắn mạch khi chọc thủng hoặc phóng điện ở bề mặt ở đối tượng thử
nghiệm không nhỏ hơn 1 (A). Khi thử nghiệm cách điện bên trong và bên ngồi ở
trạng thái khô, thì cho phép sử
dụng các thiết bị có dòng ngắn mạch nhỏ hơn,
nhưng không nhỏ hơn 0,3 (A). Thời gian thử nghiệm đối với cách điện bên trong
bằng giấy dầu, chất lỏng, sứ ở điện áp xoay chiều là một phút và đối với các
Hệ thống dịch
chuyển
Tạo điều kiện
thử nghiệm
Hệ thống thử
nghiệm
Hệ thống cung
cấp
Nguồn cao
áp
Đối tượng thử
nghiệm
Hệ thống đo lường,
điều khiển
Hệ thống
bảo vệ
Hệ thống nối
đất
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
4
dạng điện áp khác ở cấp điện áp 220 (kV) trở xuống thì làm từ vật liệu cách điện
hữu cơ, cách điện cáp điện là 5 phút. Cách điêïn bên ngồi chịu sự duy trì điện áp
thử nghiệm xoay chiều là không quy định. Theo các quy định về thử nghiệm thì

việc nâng điện áp từ không đến giá trị 1/ 3 trị số điện áp thử nghiệm được thực
hi
ện với tốc độ tuỳ ý và có thể đọc được những chỉ số trên dụng cụ đo. Sau đó
điện áp được tăng nhanh đến điện áp thử nghiệm, khi đạt giá trị xác định thì
phải giữ không đổi trong thời gian thử nghiệm, chú ý là khi điện áp cao hơn ¾
điện áp thử nghiệm thì cần phải đảm bảo khả năng cắt nhanh của thiết bị th
ử.
Việc giảm điện áp phải nhanh và trơn đều, khi điện áp nhỏ hơn 1/3 điện áp thử
nghiệm thì cho phép cắt điện. Độ lệch tần số so với định mức không vượt quá
10% (tức trong khoảng (45 ÷ 55) Hz).
Các sóng hài bậc cao làm biến dạng diện áp thử nghiệm so với hình sin tồn
bộ thiết bị thử nghiệm không vượt qúa 5%. Giá trị hiệu dụng của đi
ện áp thử
nghệm cho mỗi loại cách điện và cấp điện áp định mức thì thay đổi trong giới
hạn rộng từ 3÷5 (kV) khi thử cách điện của nguồn dây điện áp thấp, cho đến 1,2
(MV) khi thử cách điện ngồi giữa các pha của thiết bị ở cấp điện áp 500 kV và
cao hơn nữa. Sơ đồ khối của thiết bị thử nghiệm đ
iện áp tăng cao tần số công
nghiệp như hình vẽ:









Hình1.2. Sơ đồ khối thử nghiêm ở điện áp xoay chiều tần số công nghiệp
Bộ điều chỉnh dùng để điều chỉnh biên độ, tần số hoặc pha của điện áp đưa

vào cuộn sơ cấp của nguồn cao áp 3. Trong trường hợp đơn giản là máy biến áp
tự ngẫu hoặc là bộ điều chỉnh pha. Trong trường hợp phức tạp hơn ngồi điều
chỉnh biên độ còn đòi hỏi phải đều chỉnh t
ần số thì cần có máy phát điện kiểu
máy phát có hệ thống khởi động, điều khiển và điều chỉnh tần số quay.
Thiết bị đo lường đo điện áp sơ cấp.
Nguồn điện áp cao.
Đối tượng thử nghiệm.
Thiết bị đo điện áp cao.
Bộ phóng điện đo lường, có điện áp chọc thủng cao h
ơn (10 ÷ 20)% điện áp
thử nghiệm để ngăn ngừa việc đưa điện áp quá cao vào đối tượng thử nghiệm.
R
1
R
2

4
5
6
1 3 N
2
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
5
R
1
, R
2
- là các điện trở hạn chế dòng điện khi chọc thủng đối tượng thử
nghiệm hoặc khi phóng điện bề mặt giá trị không nguy hiểm cho vùng cao áp.

Nguồn cao áp 3 là các máy biến áp tăng áp, các máy biến áp nối cấp hoặc các
mạch cộng hưởng. Yêu cầu chính của các máy này không có phóng điện cục bợ
trong bản thân máy biến áp ở điện áp thử nghiệm, các sóng hài làm biến dạng
điện áp là nhỏ và không v
ượt quá (2 ÷ 2,5)% thành phần cơ bản. Để tạo điện áp
cao hơn 105 (kV) thì cấu trúc của máy biến áp trở nên phức tạp, tránh sự xuất
hiện cộng hưởng tạo bởi điện cảm riêng và điện cảm tản tới điện dung của cuộn
dây được nối với thanh góp và đối tượng. Để tạo điện áp cao có thể nối cấp các
máy biến áp. Công suất các máy biế
n áp thử nghiệm phụ thuộc vào công suất
tích điện của các thiết bị thử nghiệm và được xác định theo điện dung của chúng
cùng với điện áp thử nghiệm.
P = W.C.U
2
.10
-9
(kVA)
Với C – điện dung của đối tượng thử nghiệm
W – tần số góc (1/ sec)
U
2
– điện áp thử nghiệm (kV)
Khi điện áp thử nghiệm nhỏ hơn điện áp định mức của máy biến áp thử
nghiệm thì phụ tải của nó bị hạn chế bởi dòng định mức chạy qua cuộn dây và
công suất của máy biến áp là:
P = I
t
.U
đm
=

dm
t
t
U
P.
U

Với I
t
- dòng thử nghiệm (A)
P
t
- phụ tải thử nghiệm (kVA)
U
t
- điện áp thử nghiệm của đối tượng (kV)
U
đm
- điện áp định mức cuộn dây thứ cấp của máy biến áp thử nghiệm
(kV).
Khi không có máy biến áp thử nghiệm đặc biệt có thể sử dụng các máy biến
áp khác như máy biến điện áp. Khi đó các cuộn dây cao áp được mắc nối tiếp,
dòng từ hố không được vượt quá giá trị cho phép vì điều kiện đốt nóng. Điện áp
nhận được từ các đầu ra của các cuộn dây cao áp củ
a các máy biến điện áp khi
thử nghiệm bất kỳ thì không được quá 90% trị số điện áp xác định của nhà máy
chế tạo. Vì rằng các máy biến áp thử nghiệm được sử dụng quá ít và phụ tải của
chúng chỉ là trong khoảng thời gian rất ngắn, nên trong những năm gần đây,
chúng được thiết kế có tính đến chế độ đốt nóng trong quá trình thử nghiệm. Khi
đó cho phép dòng phụ tải lớn h

ơn so với dòng định mức là 2 ÷ 2,5 lần và có chỉ
dẫn riêng, cần chú ý đến sự làm lạnh giữa các lần thử nghiệm.
Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm cách điện thiết bị diện bằng điện áp xoay chiều
tần số công nghiệp như hình vẽ 1.3.
1- Thiết bị điều chỉnh (biến áp tự ngẫu)
2- Máy biến áp thử nghiệm
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
6
3- Điện trở hạn chế
4- Máy biến áp đo lường
5- Điện trở
6- Bộ phóng điện cầu
7 - Đối tượng thử nghiệm






Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm cách điện thiết bị điện bằng điện áp xoay chiều
tần số công nghiệp

A
1
, A
2
các đồng hồ ampemet
V
1
, V

2
, V
3
- các đồng hồ vonlmet
KV- đồng hồ kilovonmet
Khi thử nghiệm cách điêïn của các đối tượng có điện dung bản thân lớn (các
cuộn dây của máy phát công suất lớn, cáp…) thì có thể giảm độ lớn công suất
của thiết bị thử nghiệm bằng sử dụng bù dòng điện dung. Để nhâïn dược công
suất đủ lớn đôi khi sử dụng bằng cách mắc song song một số máy biến áp, khi đó
chia thanh góp thành t
ừng đoạn và thực hiện thử nghiệm theo các pha, hoặc các
biện pháp làm giảm giá trị điện dung đồng thời của cách điện thử nghiệm.
Khi không có máy biến áp với điện áp thử nghiệm yêu cầu thì có thể thực
hiện mắc nối tiếp với các máy biến áp như vẽ 4.1.












Hình1.4. Sơ đồ nối các cuộn dây của các máy biến áp thử nghiệm.
1,2 - máy biến áp thử nghiệm.
U
thử

2

1

~
U
thử
2

1

~
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
7
2. Thiết bị thử nghiệm điện áp cao một chiều:
Thiết bị dùng thử nghiệm nghiên cứu quá trình phóng điện chọc thủng, phóng
điện bề mặt… ở các môi trường cách điện và kết cấu cách điện khác nhau. Một
số thiết bị dòng xoay chiều do nguyên nhân kỹ thuật không thể thử nghiệm bằng
điện áp xoay chiều như cáp chứa đầy khí, cáp có cách điện bằng dầu… phải thử
nghiệm bằng điện áp mộ
t chiều. Nguồn điện một chiều được sử dụng để làm
cháy chổ bị đánh thủng, chổ yếu của cáp sau đó có thể tìm ra chổ hỏng và thay
thế nó. Nguồn điện một chiều cao áp thường là: nguồn chỉnh lưu, mạch nhân áp
và máy phát tĩnh điện. Điện áp chọc thủng một chiều có giá trị cao hơn ở điện áp
xoay chiều.
1-
Nguồn ổn định
2- Bộ chỉnh điện áp
3- Máy biến áp thử nghiệm
4- Tụ san phẳng

5- Điện trở hạn chế dòng điện
6- Đồng hồ đo điện áp cao (kV)
7- Đối tượng thử nghiệm
8- Bộ phóng điện
9- Chỉnh lưu
10 – Đồng hồ microampenmetre















Hình 1.5. Sơ đồ khối thiết bị thử nghiệm dùng chỉnh lưu nữa chu kỳ

Lĩnh vực sử dụng sơ đồ phụ thuộc cấp cách điện, đối tượng thử nghiệm,
thông số của thiết bị thử nghiệm, thiết bị chỉnh lưu. Chỉnh lưu hai nữa chu kỳ
V

KV

6

7
5
4
3
2
1
~



8
10
10
9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
8
không có những ưu việt lớn mà thiết bị lại phức tạp nên không được phổ biến.
Để nhận được điện áp thử nghiệm một chiều lớn người ta thường sử dụng các sơ
đồ nhân điện áp như sau:
Đây là nguồn điện một chiều, điện áp cao và công suất nhỏ, phụ tải được nối
với đầu ra của bộ này qua đ
iện trở phụ để giảm sự nhảy vọt dòng do tụ điện ở
các tầng khi phóng điện bề mặt nhưng có thể nối trực tiếp. Điện áp nhận từ bộ
này có thể đến 3÷ 5 MV.
1 - Máy biến áp thử nghiệm.
2 - Đối tượng thử nghiệm.

Hình 1.6 Sơ đồ nhân điện áp
3. Thiết bị thử nghiệm điện áp xung(máy phát điện áp xung)

Việc thử nghiệm cách điện của thiết bị điện bằng điện áp xung là nhằm kiểm
tra độ bền vững của nó đối với quá điện áp sét và quá điện áp thao tác xuất hiện
trong lưới điện khi vận hành. Quá điện áp sét xuất hiện do sét đánh vào đường
dây chống sét, cột điện, dây dẫn của đường dây truyền tải, do đó cách đi
ện của
đường dây sẽ chịu tác dụng của xung điện áp không chu kỳ có cực tính dương
hoặc âm. Trên các thiết bị điện của trạm được bảo vệ bằng bộ phóng điện (chống
sét ống, khe hở phóng điện…) thì xung có thể có dạng xung cắt ngay sau khi đạt
giá trị cực đại. Xuất phát từ xác suất hư hỏng do quá điện áp, xung sét tiêu chuẩn
là không chu kỳ 1,2/50 (µs) có độ dài đầ
u sóng £ïÞ = 1,2 ± 0,36 (µs) và độ dài
xung là 50 ± 10 (µs). Ngồi ra xung sét để thử cách điện cuộn dây máy biến áp,
các điện trở kháng và máy điện quay sử dụng là xung cắt. Giá trị cực đại của
điện áp phụ thuộc vào cấp điện áp và dạng thiết bị được thử nghiệm, nó thay đổi
trong một dải rộng từ vài chục kV đối với cấp điện áp 3 (kV) đến cấp điện áp vài
tri
ệu vôn đối với cấp điện áp siêu cao áp. Dung sai giá trị cực đại là 3%, quá điện
áp nội bộ xuất hiện khi chuyển mạch, thao tác sự cố trong hệ thống điện hoặc khi
thay đổi chế độ làm việc. Xung quá điện áp chuyển mạch khác với xung sét do
thời gian dài và có dạng dao động. Để thử nghiệm đưa vào xung chuẩn dạng
không chu kỳ 250 / 2500 (µs) có thời gian tăng xung T = 250 ± 50 (µs), thời gian
suy giảm đến giá tr

ị cực đại 2500 ± 1500 (µs). Có thể sử dụng các dạng xung
khác nhau như xung không chu kỳ100/ 2500 ; 1000/ 5000 (µs) và xung dao động
có thông số 4000 ± 1000 / 7500 ± 2500 ; 100/ 1000. Giá trị cực đại và dạng xung
C
C
C
C
D
1
D
2
D
3
D
4
C
5
2

1

~
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
9
thử nghiệm có ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước cách điện, độ bền vững của
thiết bị thử nghiệm.
Các dạng xung cơ bản.
a. Xung 1,2/ 50 (µs)
b. Xung cắt τφ
c. Xung 100/ 1000 (µs)

d. Xung 250 / 2500 (µs)























Hình 1.7. Các dạng xung cơ bản
Một vấn đề quan trọng nữa được giải quyết trong phòng thử nghiệm cao áp là
nghiên cứu quá trình chọc thủng ở các khoảng cách khac nhau trong không khí
và những môi trường cách điện khác nhau. Giá trị của nó có liên quan tới chế tạo
cách điện ở đường dây truyền tải siêu cao áp, hồn thiện chống sét cho các đối
tượng khác nhau, tiêu chuẩn hố các dạng xung. Để có được quá điện áp chuyển

mạch thao tác thì sử dụng các máy phát đi
ện áp xung hoặc sử dụng máy biến áp
thử nghiệm có nguồn xung.
Sơ đồ máy phát điện áp xung kích hình 1.8.

(d)
(c)
(b)
(a)
U
0
t
t
U
0
U
0
t
0
Tc
τφ
0,5Um
U
m
U
t
0,5Um
U
m
Tc

τ
φ
0,5Um
U
m
Tc
τ
φ
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
10












Hình 1.8 Sơ đồ máy phát điện áp xung kích.

Máy biến áp thử nghiệm.
E- đèn chỉnh lưu cao áp.
C
A
,C
B

,… ,C
N
- tụ điện nạp điện.
R
bv
– điện trở bảo vệ.
KH
1
, KH
2
,… KH
n
- khe hở phóng điện.
R
n
- Điện trở nạp điện.
R
0
- Điện trở ổn định.
R
đ
- Điện trở phóng điện.
Quá trình tạo xung gồm hai giai đoạn:
- Giai đoạn nạp: qua máy biến áp T và chỉnh lưu E cấp tụ điện C
A
,C
B
,… ,C
N

được nạp tới điện áp U và khi quá trình nạp kết thúc thì điểm A
2
, B
2
,… B
n
có
điện thế U còn các điểm A
1
, B
1
,… B
n
có điện thế bằng không.
- Giai đoạn phóng: nếu chọn khoảng cách khe hở KH
1
sao cho điện áp U có
thể phóng điện được thì sau khi phóng điện thế của điểm B
1
sẽ tăng vọt đến mức
U và như vậy điện thế của điểm B
2
tăng đến mức 2U. Khe hở KH
2
được chọn
cho phóng điện ở điện áp 2U vàsau khi nó phóng điện sẽ làm cho điện thế ở
điểm C
1
tăng từ không đến mức 2U và của điểm C
2

tăng đến mức 3U.
Như vậy nếu dùng n cấp để các tụ điện trong giai đoạn phóng được phép nối
tiếp nhau qua các khe hở KH
1
, KH
2
,… KH
n
thì điện áp xung kích đã có thể tạo
được điện áp cao tới 8 (MV). Các phần tử còn lại làm nhiệm vụ bảo vệ và điều
chỉnh.


II. Các loại máy điện áp cao dùng trong thử nghiệm hiện nay
:
T

R
bv
E
R
n
A
2
R
n
B
2
C
2

N
2
R
0
R
đ
R
đ
R
đ
C
A
C
B
K
1
K
2
K
n
C
n
N
1
C
1
B
1
A
1

K

~
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
11
1. Máy kiểu И 0M – 100/ 25:
















Hình 1.9. Hình dạng của máy biến áp kiểu И 0M – 100/ 25
1.1 Công dụng
:
Máy dùng làm nguồn cao áp một chiều và xoay chiều tần số 50 Hz để thử
nghiệm vật liệu cách điện và các thiết bị điện có điện áp tới 35 kV.
1.2 Đặc tính kỹ thuật
:
Dung lượng: 25 kVA

Điện áp : 0÷ 2 / 0 ÷ 100 kV
Tần số : 50 Hz
Dòng điện định mức cuộn cao áp: 0,25 A
Điện áp ngắn mạch: U
n
= 10%.
1.3 Cấu tạo:

Máy biến áp có mạch từ kiểu bọc, cuộn dây phân bố tập trung. Một đầu cuộn
dây cao áp được đưa ra nắp và một đầu được nối đất, đầu thứ hai được đưa ra sứ
cách điện cao áp. Các cuộn dây của cuộn sơ cấp đưa ra vỏ qua những đầu ra điện
áp thấp. Vỏ máy có dạng hình tròn, trên nắp máy bố trí bình giãn dầu, thiết bị đo
nhiệt độ
… máy có 4 móc hàn nối với vỏ thùng để nâng máy khi duy chuyển.
Để mở rộng miền sử dụng, thử nghệm điện áp cao một chiều, máy biến áp
được chế tạo thêm phần chỉnh lưu (Kenotron) đặt ở đầu ra cao áp của máy biến
áp thử nghiệm.
4
1
5
2
3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
12
Mạch từ được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 (mm). Lõi thép
mạch từ có tiết diện 30 × 26 (mm). Để giảm điện trường ở cạnh sắc bích kim
loại, đầu ra máy biến áp thử nghiệm được mắc các tấm chắn.
1 – Cuộn dây cao áp của máy
2 – Cuộn dây của đèn chỉnh lưu
3 - Đầu ra 12 V của đèn chỉnh lưu

4 – Chế độ làm việc 12 V của đèn chỉnh l
ưu
5 – Chế độ 220 V của đèn chỉnh lưu.
Cuộn dây 12 V của đèn chỉnh lưu máy biến áp có 200 vòng, đường kích dây
dẫn 1,5 (mm) quấn trên lõi sắt có tiết diện 500 (mm
2
) dài 200 (mm). Để phân bố
lại điện trường trong lõi sắt và dây quấn ta mắc thêm màn chắn.
Đầu ra cuộn 12 V cũng được bọc màn chắn để điện trường được san đều.
Cuộn dây sơ cấp của đèn chỉnh lưu máy biến áp gồm 1200 vòng, dây dẫn có
đường kính 0,8 (mm) và được quấn trên ống bakelit.
Để loại trừ khả năng phóng điện trên bề mặt đèn chỉnh lưu máy biến áp ng
ười
ta đặt một màn chắn hình trụ bên trong thùng, khoảng cách nhỏ nhất từ màn chắn
đến đèn chỉnh lưu là 50 (mm). Đến vỏ thùng là 30 (mm).
Để máy biến áp И 0M – 100/ 25 thử nghiệm đối tượng có điện dung lớn khi
điện áp thấp hơn định mức, công ty chế tạo đã dùng cách phân đoạn cuộn dây
cao áp. Cuộn dây cao áp được chia làm 8 cuộn nhỏ, mỗi cuộn nhỏ được tính tốn
làm việc với
điện áp 12,5 (kV).
Theo sơ đồ đấu dây máy biến áp thử nghiệm làm việc với dòng 2 (A) khi
điện áp 12,5 (kV) và 0,25 (A) khi điện áp 100 (kV). Để thực hiện điều này trên
nắp vỏ thùng máy biến áp phải có một vài đầu đổi nối được cách điện.
2. Máy biến áp thử nghiệm kiểu И 0M – 100/ 20
:
2.1 Công dụng
:
Máy do nhà máy T3P
лHeЭHePZ0 chế tạo, máy И 0M –100/ 20 dùng trong
thử nghiệm để thử nghiệm các thiết bị điện có điện áp định mức đến 35 (kV),

máy có thiết bị đèn cung cấp cho bộ chỉnh lưu Kenotron.
2.2 Đặc tính kỹ thuật
:
Dung lượng 20 (kVA)
Điện áp: 0 ÷ 200 / 0 ÷ 100000 (V)
Điện áp định mức cuộn dây đo (x – x
1
) : 100 (V)
Điện áp ngắn mạch 9%
Công suất làm việc lâu dài: 10 (kVA)
Chế độ làm việc ngắn hạn: 1 phút làm việc – 3 phút nghỉ và 1 phút làm việc –
30 phút nghỉ công suất là 20 (kVA)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
13
Kích thước máy: 686 × 642 mm (mặt bằng)
Chiều cao tồn bộ :1140 (mm)
Trọng lượng 280 (kg)
2.3 Cấu tạo:



Hình 1.10. Hình dáng bên ngồi của máy biến áp
thử nghiệm kiểu И 0M –100/ 20
Mạch từ phân nhánh kiểu bọc. Đầu cao áp duy trì điện áp làm việc đưa ra
ngồi qua sứ cách điện. Đầu thứ hai của cuộn cao áp được ra nắp máy qua sứ
1000 (V) và được nối đất. Cuộn cao áp có các mối hàn đưa ra do với điện áp
100 (V) (tương ứng khi U
2đm
= 100000 V).
Cuộn cao áp gồm 8 bánh dây (45000 vòng), dây dẫn kiểu

л310 có đường
kính 0,2 mm. Cuộn đo 100 V của cuộn cao áp có 45000 vòng, dây dẫn có đường
kính 0,49 mm. Cuộn hạ áp có 90 vòng, dây quân có tiết diện 2,26 × 6,4 (mm
2
).
Cấu trúc của đèn chỉnh lưu máy biến áp gồm cuộn dây sơ cấp 220 V có 814
vòng, đường kính dây 0,55 mm và cuộn thứ cấp 13 V có đường kính dây 2,26
mm.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
14
70/300:
Hình 1.11 Hình dạng bên ngồi Hình112. Hình dạng bên ngồi
của máy И 0M –15/ 10 của máy И 0M –35-70/30

Hình1.13 Hình dạng bên ngồi Hình1.14 Hình dạng bên ngồi của
máy И 0M –35-70/100 của máy И 0M –35-70/300

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
15
Bảng 1.1- Đặc tính kỹ thuật của một số máy biến áp thử nghiechế
tạo tại nhà máy T3P
лHeЭHePZ0
Kiểu
Công suất
định mức
(kVA)
Điện áp định
mức (kV)
U
n

%
Trọng
lượng (kg)
Dài
hạn
Ngắn
hạn
CA HA
Tồn
bộ
dầu
И 0M –15/ 10 5 10 15 0,2 3 92 23
И 0M –35 - 70/30 15 30 35 - 70 0,2 7 420 140
И 0M – 35 - 70/100 50 100 35 - 70 0,2 7 710 290
И 0M – 35 - 70/300 150 300 35 - 70 0,38 10 1000 4410

Chế độ làm việc của các máy biến áp này cho phép tiến hành mỗi thử nghiệm
theo 3 chu trình: mỗi chu trình gồm 1 phút làm việc với tải và 3 phút ngừng.
Thời gian giữa 2 thử nghiệm không quá 30 phút. Ở chế độ làm việc liên tục công
suất máy biến áp chỉ bằng 50 % so với chế độ ngắn hạn.
Các đầu dây của cuộn cao áp đưa ra ngồi nắp máy được bọc cách điện. Một
đầu tính tốn với đ
iện áp làm việc, đầu kia thường được nối đất. Để đo điện áp
thử nghiệm có thể trực tiếp lấy từ một đầu ra cuộn cao áp với điện áp 100 V.
Cuộn cao áp của máy biến áp thử nghiệm (trừ máy И 0M –15/ 10) gồm hai bánh
dây. Mỗi bánh có điện áp 35 (kV). Điều đó cho phép trong trường hợp cần thiết,
có thể đấu nhận trực tiếp hoặc song song, t
ương ứng nhận được điện áp ra 70
hoặc 35 (kV). Các đầu ra trên nắp của vỏ máy biến áp.
3. Máy thử cao áp TBO – 140-50

:
Máy thử cao áp TBO - 140 -50 do nhà máy M
0
CPEHTΓEH sản xuất có cấu
tạo đèn chỉnh lưu đặt phía dưới cuộn cao áp. Máy này dung để thử nghiệm cách
điện cho máy điện quay.
 Đặc tính kỹ thuật:
Điện áp định mức: 0,19/ 100 ± 2,5 (kV).
Máy biến áp trong đèn chỉnh lưu: 200/13 ± 1 (V)
Công suất : 5 kVA.
Công suất máy biến áp đèn chỉnh lưu: 110 (kV).
Trọng lượng chung: 150 (kg)
4. Máy thử cao áp loại AИM – 70.

4.1. Công dụng:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
16

Máy AИM-70 do nhà máy MOCPEHTZEH chế tạo. Máy dùng để thử
nghiệm các loại cáp, điện môi rắn, lỏng với tác dụng của điện áp cao một chiều
và xoay chiều.

Hình 1.15. Các kích thước thiết bị AИM-70
1 – Bàn điều khiển
2 – Bộ phận chỉnh lưu (Kenotron)
4.2. Đặc tính kỹ thuật:

Điện áp một pha xoay chiều bên sơ cấp: 127/ 220 (V)
Tần số: 50 (Hz)
Điện áp xoay chiều bên thứ cấp: 50 (kV)
Điện áp chỉnh lưu max: 70 (kV)
Dòng điện chỉnh lưu cuộn thứ cấp: 5 (mA)
Công suất định mức(làm việc lâu dài ): 0,5 (kVA)
Công suất đầu ra 1 phút của máy cao áp: 2 (kVA)
Trọng lượng máy: 175 (kg)
Thiết bị thử nghiệm AИM – 70 có những phần cơ bản là bàn điều khiển và
bộ phậ
n chỉnh lưu (Kenotron).
Bàn điều khiển gồm các phần điều khiển, thiết bị tín hiệu và biến thế cao áp.
Trong thùng máy biến áp cao áp có một dãy điện trở bảo vệ cuộn dây cao áp khi
2

1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
17
xảy ra ngắn mạch (điện môi thử nghiệm bị chọc thủng). Điện áp ra có thể điều
chỉnh dễ dàng nhờ phần điều khiển. Trên nóc của bàn điều khiển có đặt aptomat
dòng điện cực đại, kilovolmet đo điện áp và các đèn tín hiệu.
Bộ chỉnh lưu Kelotron là một ống thẳng đứng hình trụ chứa đầy dầu, trong đó có
đặ
t đèn chỉnh lưu KPHM – 150 và biến áp chỉnh lưu. Trên nắp Kelotron có đặt
đồng hồ microampe với các giới hạn đo lường 200, 1000, và 5000 (µA).
5. Máy thử cao áp loại AИM – 90:

5.1. Công dụng
:
Máy được dùng để thử nghiệm các loại điện môi rắn, lỏng dưới tác dụng của
điện áp cao xoay chiều.
5.2. Đặc tính kỹ thuật:

Điện áp nguồn xoay chiều một pha 220 ± 22 (V)
Tần số : 50 (Hz)
Điện áp chọc thủng lớn nhất: 90 (kV)
Ngăn đựng dầu thử: 400 (cm
3
)
Tổn hao công suất : 0,5 (kVA)
Trọng lượng máy: 35 (kg).
5.3. Cấu tạo:

Hình 1.16. Máy biến áp thử nghiệm
1 – Đầu cao thế
2 – Tấm cách điện
3 – Để vật thử
4
1
2
3
2
1
3
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
18

Hình 1.17. Bàn điều khiển thiết bị AИM – 90
1 – Nút đóng vào lưới
2 – Tín hiệu xanh – đóng nguồn
3 – Đồng hồ đo
4 – Tín hiệu vàng (sơ đồ thiết bị sẵn sàng đóng vào cao áp)
5 - Tín hiệu đỏ (đã đóng vào cao áp)
6 - Nút điều chỉnh kim và điều chỉnh điện áp về vị trí 0 sau khi đã phóng
điện.
7-Nút phục hồi tự động đưa kim vào điều chỉnh điện áp vềø vị trí 0 sau khi
phóng điện.
8 - Nút đóng cao áp
9 - Nút ngắt cao áp
10 - Ổ cắm để nối các nguồn
11 – Đầu cặp để nối đất
12 – Nắp động có liên động.
6. Máy thử cao áp kiểu TYPWIP6 (Đức):

3
2
1

4
5
6
8
9
10
117
12

Ain
… 6000 V
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
19

Hình 1.18. Hình dạng máy
6.1. Công dụng:

Thử nghiệm các vật liệu cách điện.
6.2. Đặc tính kỹ thuật:

Điện áp định mức: 0 ÷ 22 / 0 ÷ 6 (kV)
Dòng điện định mức cuộn thứ cấp 2,5 (A)
Công suất 1,5 (kVA)
Tần số 50 (Hz)
Kích thước 500 × 250 × 300 (mm).
6.3. Cấu tạo:

Máy biến áp thử nghiệm được đặt trong bàn điều khiển như hình vẽ:
Các ký hiệu:
Netz ~ :khố điện.
Durchschlag: đèn báo có điện (màu xanh).
Prupspannung: đèn báo đã đánh thủng điện môi (màu đỏ).
Ein: nút khởi động.
Aus: báo hiệu rơle cắt.
Prufen: khi thử nghiệm có thể quan sát được tia lữa điện.
Ausbrenen: khi thử nghiệm không thấy tia lữa điện.
7. Máy thử cao áp Fpeo - 2400/ 600/ K (Đức) dùng cho trạm th
ử

nghịêm điện áp xoay chiều:

7.1 Công dụng
:
Dùng để thử nghiệm các thiết bị cao thế, các thành phần kết cấu, các cấu
trúc điện trong trạm thử nghiệm điện áp xoay đến 220 (kV).
7.2 Đặc tính kỹ thuật
:
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
20
Hệ số máy biến áp định mức khi đấu các cuộn dây kích thích song song 5700
– 600 (V)/ 600000 / 5700 (V).
Công suất định mức: 2400 (kVA)/ 2000 (kVA)/ 1500 (kVA)
Điện áp ra định mức: 600/ 300 (kV)
Dòng điện ra định mức: 3,33 (A)
7.3. Thuyết minh cấu trúc
:
Máy biến áp thử nghiệm có các đặc tính như ở phần trên.
- Bộ điện dung phân áp: gồm tụ đo của thế và tụ điện áp thấp. Tụ cao thế
gồm các tụ đo riêng bố trí cái nọ trên cái kia. Mỗi cái tụ do có ở bên trong vỏ sứ,
những tụ dầu – giấy đấu nối tiếp nhau.
- Để sai số không vược quá sai số cho phép nên trong quá trình vận hành bên
trong khoảng bảo vệ bao quanh tụ cao th
ế theo trục cao không được có các vật
dẫn điện hoặc dây tiếp điện.
- Mạch lọc: do tác dụng qua lại của diện cảm rò với các máy biến áp và diện
dung của các thiết bị thử nghiệm điện dung riêng và điện dung của các đối tượng
thử nghiệm có thể sinh ra sóng hài bậc cao ở điện áp ra. Nhờ có mạch lọc đặt
phần tử đảo mạch
ở vị trí phù hợp có thể loại trừ sóng hài bậc 3 và bậc 5 phát

sinh ở điện áp ra. Số lượng mạch lọc được sử dụng tuỳ theo kiểu và phụ tải của
máy phát thử nghiệm.
- Thiết bị phân phối: việc cấp nguồn cho máy phát thử nghiệm được thực
hiện nhờ một thiết bị phân phối bọc sắt, có các ngăn phân phối.
- Thiết bị đi
ều chỉnh: gồm máy biến dầu ba pha có cuộn dây di động và có bộ
truyền động thuỷ lực dùng để điều chỉnh điện áp và một máy biến áp dầu ba pha
là máy biến áp phụ thêm. Thiết bị điều chỉnh có thể đổi mạch sang chế độ làm
việc một pha hoặc ba pha với điện áp và công suất như nhau. Việc chuyển mạch
được thực hiện ở đầu vào trên n
ắp thùng.
- Bộ điện kháng bù: dùng để điều hồ dòng điện của máy phát thử nghiệm và
đối tượng thử nghiệm.
- Đài điều khiển: phần điều khiển được lắp trên đài điều khiển có các bloc
mạch điều kiển với các bộ phận điều khiển và đồng hồ đo.
8. Bộ thử nghiệm cao áp 250 kV – 100 kVA:











800×450
>3000
φ=1300

>2000
φ=1300
2000
1400
800×150
2000
1600
1200
3800
2800
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
21


Hình1.19. Tổng sơ đồ lắp đặc các thiết bị của bộ thử nghiệm cao áp
250 kV – 100 kVA

8.1. Công dụng:

Bộ thử nghiệm cao áp 250 - 100 (kVA) do nhà máy chế tạo biến thế (Việt
Nam) chế tạo ra có nhiệm vụ tạo điện áp cao tần số 50 (Hz) dùng để thử nghiệm
cho các máy điện và thiết bị điện làm việc ở điện áp định mức đến 110 (kV).
Về thử nghiệm biến thế, bộ thử nghiệm này có thể thử được máy biến thế
2000 (kVA), điệ
n áp 110 (kV). Ngồi ra nó còn dùng để thử độ bền cách điện của
các vật liệu như sứ, giấy cách điện, bakêlit, dầu biến thế. Nó còn làm việc được
nhiều nhiệm vụ khác trong thử nghiệm.
8.2. Đặc tính kỹ thuật
:
Để sinh ra điện áp 250 (kV), dùng phương pháp nối cấp 2 máy biến áp 125

(kV). Hai máy này hồn tồn giống nhau về tính năng kỹ thuật kết cấu. Tính năng
mở máy như sau:
Ký hiệu: BTN
2
100/ 125
Dung lượng 100 (kVA)
Điện áp : 0 ÷ 0,38 / 0 ÷ 125 (kV)
Dòng điện thứ cấp 0,8 (A)
Điện áp cuộn dây cân bằng 380 (V)
Dòng điện cuộn dây cân bằng 132 (A)
8.3 Cấu tạo:

a. Máy biến áp 100 (kVA) 0,38 / 125 (kV)
:
Để sinh ra điện áp 250 (kV) cần phải nối cấp hai máy biến áp 125 (kV). Nếu
nơi dùng chỉ cần điện áp 125 (kV) thì có thể dùng riêng rẽ từng máy biến áp 125
(kV). Đặc điểm của loại máy biến áp này là có cuộn dây cân bằng để hạn chế
ngắn mạch, do đó không cần bố trí các điện trở hạn chế ngắn mạch ở phía cao áp
nữa.
Nhờ thực hiện nối đấ
t giữa hai cuộn dây cao thế nên giảm được 1/ 2 điện áp
cách điện đối với lõi sắt do đó đảm bảo máy làm việc an tồn và tin cậy.
b. Máy biến áp điều chỉnh mềm: BĐM100 / 0 ÷ 380 (V)
.
Dung lượng: 100 (kVA)
Số pha 1.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
22
Điện áp vào 380 (V)
Điện áp ra 0 ÷ 380 (V)

Dòng điện ra 88 (A)
Máy này có thể đấu thành ba pha với dung lượng 100 (kVA). Đây là loại máy
làm việc theo nguyên lý cuộn dây ngắn mạch di động. Điện áp ra điều chỉnh ra
hồn tồn vô cấp, mềm mại có thể tăng dần từ 0 ÷ 380 (V) hoặc hạ dần từ 380 ÷ 0
(V). Điều khiển điện áp lên xuống bằng động cơ điện. Tốc độ nâng
điện áp hồn
tồn phù hợp với tốc độ mà bộ thử nghiệm yêu cầu 2 (kV/s).
9. Máy biến áp đo lường trung thế một pha:

Máy biến áp đo lường trung thế một pha ngâm dầu cách điện, đo được điện áp
pha, cuộn sơ cấp có 1 sứ đầu vào nối dây pha cao thế và đầu ra nối trung tính
tiếp địa. Máy có lõi thép kỹ thuật điện chất lượng cao, tổn hao thấp. Dây quấn
bằng êmay chất lượng cao, chịu nhiệt, chịu ẩm ướt, cứng vững và độ tin cậy cao,
các đầu ra thứ cấp đượ
c bảo vệ bằng hộp đấu dây có nắp che bằng nhôm và vít
kẹp chì.
9.1. Máy đo lường 1 pha ngâm dầu kiểu PT22 - 12HOD1S
:
 Các thông số kỹ thuật:
Điện áp sơ cấp danh định: 20000/
3 , 22000/ 3 , 22900/ 3 , 24000/
3 (V)
Điện áp thứ cấp danh định: 100 , 110 , 120 , 190 , 220 , 240(V)
Số pha : 1.
Dung lượng: 75 , 150 , 200 , 300 , 500 , 1200 (VA)
Tần số: 50 (Hz)
Chiều dài đường rò nhỏ nhất: 25 mm/ kV.
Trọng lượng: 93 (kg)
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
23

Hình 1.20. Hình dạng của máy.
9.2. Máy đo lường 1 pha ngâm dầu kiểu PT22-1HODS
:

Hình 1.21. Hình dạng của máy.
 Các thông số kỹ thuật:
Điện áp sơ cấp danh định (V): 20000 ; 2200 ; 24000.
Điện áp thứ cấp danh định (V): 100 ; 110 ; 120 ; 190 ; 220 ; 240
Số pha : 1
Dung lượng (VA): 100 ; 150 ; 200 ; 250 ; 300 ; 500 ; 1200
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
24
Chiều dài đường rò nhỏ nhất: 25 (mm/ kV)
Trọng lượng: 111 (kg).
III. Ýnghĩa của máy biến áp cao áp một pha:

Các thiết bị điện sử dụng ở nước ta hiện nay có rất nhiều kiểu, nhiều loại.
Ngay sau khi dược lắp đặt và đưa vào sử dụng các thiết bị điện đã có nguy cơ bị
xuống cấp và hư hỏng. Đây là hiện tượng bình thường bởi vì thiết bị điện là tập
hợp của nhiều chi tiết điện từ,
điên tử, cơ khí, thuỷ lực,khí nén…Mặt khác trong
quá trình vận hành, sử dụng luôn có sự thay dổi về phụ tải, có sự bố trí lại mạch
điêïn hoặc bổ xung thêm thiết bị mà nhiều khi không có sự phối hợp tổng thể của
cơ quan thiết kế. Cũng cần phải kể đến sự lựa chọn thiết bị không đúng, sự chỉnh
định sai các thiết bị đ
o lường, điều khiển, chỉ thị, sự vận hành không đúng quy
trình kỹ thuật…Tất cả các yếu tố kể trên gây ảnh hưởng xấu đến sự làm việc
bình thường của tồn hệ thống.
Vì vậy để đánh gía tình trạng và chất lượng của các thiết bị này ta cần khải

thử nghiệm chúng dể có thể dự báo các hư hỏng có thể xảy ra, đề ra ph
ương
pháp thay thế sửa chữa các chi tiết có nguy cơ bị hư hỏng, thử nghiệm các thiết
bị để có biện pháp khắc phục kịp thời, do vậy hệ thống hoạt động với độ tin cậy
và khả năng sẵn sàng làm việc cao.
Việc thử nghiệm các thiết bị điện này cần phải có nguồn điện áp cao và được
điều chỉnh liên tục đ
ó là một loại máy biến áp đặc biệt chuyên dùng cho việc thử
nghiệm. Đây là một thiết bị quan trọng trong việc thử nghiệm như thử nghiệm
máy biến áp điện lực, cáp, động cơ, BU, BI, chống sét van, sứ, cách điện…Từ đó
ta xác định chính xác các chỉ tiêu của chúng và từ đó ta đánh giá được tình trạng
làm việc của các thiết bị này để đảm bảo đưa chúng vào làm việc an t
ồn và chắc
chắn.
IV. Thử nghiệm cao áp:

A. Kiểm tra và thử nghiệm các thiết bị điện
:
1. Quan sát các thiết bị điện:

Là công việc làm trước khi tiến hành công việc thử nghiệm, kiểm tra và hiêïu
chỉnh thiết bị và kết thúc bằng lần xem xét cẩn thận cuối cùng. Nhờ quan sát
thiết bị sẽû phát hiện được phần lớn những hư hỏng về cơ và những gĩ của vỏ
máy, lõi thép, các đầu dây ra, các chỗ nối, cách điện của các bộ phận dẫn điện,
cách điện giữa các vòng dây củ
a cuộn dây. Đồng thời khi quan sát sẽ đánh giá
được tình trạng chung của thiết bị dựa vào lý lịch của nó để xác định thiết bị đó
có phù hợp thiết kế và với các yêu cầu kỹ thuật hay không.