Giáo trình nhà máy điện và trạm biến áp phần 2

Chương 4____
MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN Lực

4.1. KHÁI NIỆM
Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh có nhiệm vụ biến đổi
điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác với tần số không

thay đổi theo yêu cầu của quá trình truyền tải và sử dụng điện năng.
Máy biến áp hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ.

Nhà máy điện sản xuất ra điện năng ở cấp điện áp máy phát,
được máy biến áp nâng lên điện áp cao 110 kV, 220 kv, 500 kv

truyền tải trên đường dây cao thế và sau đó lại được máy biến áp hạ
xuống điện áp thích hợp 35 kv, 22 kv, 15 kv, 0,4 kv... để cung cấp

cho các hộ tiêu thụ. Như vậy, để truyền tải được điện năng từ nhà máy

đến hộ tiêu thụ phải trải qua nhiều lần tăng giảm điện áp, vì thể tổng
cơng suất của máy biến áp trong hệ thống điện thường gấp 4

5 lần

tổng cơng suất các máy phát điện có trong hệ thống điện. Cho dù hiệu

suất của máy biến áp tưomg đối cao nhưng tổn thất hàng năm trong
máy biến áp vẫn rất lớn.
Máy biến áp không sinh ra điện năng và không tạo ra công suất

tác dụng p và cơng suất phản kháng Q
Nhiệt độ trong q trình vận hành, nhiệt độ môi trường và

phưorng pháp làm mát quyết định đển tuổi thọ và khả năng mang tải

của máy biến áp.
Khi tính chọn máy biến áp cần xét tới khả năng phát triển của
phụ tải để lựa chọn cho thích họp.

Hiện nay, trong hệ thống điện có các loại máy biến áp sau:
- Máy biến áp tăng áp. máv biến án ha án-


- Máy biến áp một pha, máy biến áp ba pha;
- Máy biến áp hai cuộn dây, máy biến áp ba cuộn dây;
- Máy biến áp tự ngẫu một pha, máy biến áp tự ngẫu ba pha;
- Máy biến áp có cuộn dây phân chia;
- Máy biến áp có điều áp dưới tải, máy biến áp không điều áp

dưới tải.

4.2. CÁC THƠNG SỐ ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIÉN ÁP
Cơng suất định mức: Công suất định mức của máy biến áp là
công suất liên tục truyền qua MBA trong suốt thời gian làm việc của
nó ứng với các điều kiện tiêu chuẩn được hãng chế tạo quy định như
điện áp định mức, tần số định mức, nhiệt độ môi trường và nhiệt độ

làm mát.

Điện áp định mức: Điện áp định mức của máy biến áp là điện áp
của các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp khi không tải được ghi trong lý
lịch của máy biến áp.

Dòng điện định mức: Dòng điện định mức là dòng điện của các
cuộn dây do hãng chế tạo quy định để máy biến áp làm việc lâu dài
khơng bị q tải và nó được ghi trong lý lịch của máy biến áp.

Khả năng quá tải của mảy biến áp: là khả năng vận hành với
công suất lớn hơn công suất định mức của máy biến áp.

(4-1)
‘-’dm

Trong đó: kqt - hệ số q tải;

Svh - cơng suất vận hành thực tế;
Sdm - công suất định mức.

4.3. HỆ THỐNG LÀM MÁT MÁY BIẾN ÁP
Khi máy biến áp vận hành trong hệ thống điện, dòng điện sẽ

chạy trong các dây quấn tạo ra từ trường chạy trong lõi thép sinh ra


làm giảm tuổi thọ thậm chí cháy máy biến áp. Máy biến áp có các
phương pháp làm mát như sau:

Làm mát tự nhiên bằng dầu: sử dụng dầu trong máy biến áp khi

nóng sẽ di chuyển trong các cánh tản nhiệt để truyền nhiệt ra môi
trường xung quanh.

Làm mát tự nhiên bằng dầu có thêm quạt gió: dùng thêm quạt để

thổi tăng cường khả năng trao đổi nhiệt và tản nhiệt của dầu máy biến áp.

Làm mát bằng cưỡng bức tuần hồn dầu và có quạt gió: dầu

trong máy biến áp khơng di chuyển tự nhiên khi nóng lên mà được

bơm dầu tăng tốc độ di chuyển từ đó khả năng tản nhiệt được tốt hơn.
Làm mát bằng cưỡng bức tuần hồn của nước, dầu và có quạt
gió: kết hợp làm giảm nhiệt độ của máy biến áp bằng nước, dầu và

quạt thổi.

Làm mát kiểu khô: dùng đối với các máy biến áp có cơng suất
nhỏ, kết cấu nhỏ gọn; làm mát bằng đối lưu tự nhiên, khi cần có thêm
quạt tăng cường.

4.4. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP

4.4.1. Máy biến áp một pha, ba pha hai dây quấn

Hình 4.1: Máy biến áp một pha, ba pha hai dây quấn

a) Sơ đò cấu tạo máy biến áp một pha; b) Sơ đồ nguyên lý máv biến áo


Tỷ so máy biên áp: kBA = -=^- =
H

^2

(4-2)
2
**

*1

Trong hệ thống điện, ta có thể sử dụng ba máy biến áp một pha

hay máy biến áp ba pha. Dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp của loại
fflay biến áp này có thể nối hình sao nối đất (Yo), hình sao trung tính
(Y), hình tam giác (A) phụ thuộc vào yêu cầu của sơ đồ nối điện và

phụ tải. Điện áp sơ cấp và thứ cấp có thể trùng nhau hay lệch pha nhau
một góc G.30° (với: G = 0 -ỉ- 11 và G là số nguyên). Điện áp định mức

của máy biến áp này được quy ước là điện áp dây.
Các máy biến áp loại này thường được sử dụng trong hệ thống

là: Y/Yo - 0 (hình 4.2); Y/A - 11 (hình 4.3); Yo/A - 11 (hình 4.4).

Cuộn hạ

Hình 4.2: Máy biến áp có sơ đ'ơ nối dây Y/Yo - 0

Cuộn hạ

Cuộn cao

ABC

a

b

c


oA B c

B

b

Hình 4.4: Máy biến áp có sơ đồ nối dây Yq/A -11

4.4.2. Máy biến áp một pha, ba pha ba dây quấn

Hình 4.5: Máy biến áp một pha, ba pha ba dây quấn

a) Sơ đồ cấu tạo máy biến áp một pha;
b) Sơ đồ nguyên lý máy biến áp một pha

Máy biến áp một pha, ba pha ba dây quấn có cấu tạo tưong tự

như loại máy biến áp một pha, ba pha hai dây quấn nhưng ở loại máy

biến áp này có 1 cuộn dây sơ cấp và 2 cuộn dây thứ cấp để đưa ra 2
cấp điện áp khác nhau.

Trong hệ thống điện hiện nay, máy biến áp ba pha ba dây quấn

được sử dụng rất rộng rãi và được chế tạo với công suất lớn. Ở nhà
máy điện, cuộn sơ cấp nối với máy phát điện, hai dâv ouấn thử rán nÁ;


với hai cấp điện áp khác nhau. Máy biến áp ba dây quấn còn dùng để
nối với máy bù đồng bộ hay kháng điện để điều chỉnh công suất phản

kháng trong lưới điện công suất lớn.
Máy biến áp ba dây quấn có cơng suất định mức chính là cơng

suất của dây quẩn có cơng suất lớn nhất, thường là dây quấn cao áp.

Các dây quấn trung và hạ có thể bằng hoặc bằng 2/3 công suất định
mức; được ký hiệu theo thứ tự cao/trung/hạ như sau: 100/100/100;
100/100/66,7; 100/66,7/66,7

Các máy biến áp loại này thường được sử dụng trong hệ thống
là: Y/A/A - 11/11 (hình 4.6); Y/Y/A - 0/11 (hình 4.7)

o A B c

ai

bl

Cl

a2

b2

c2

Hình 4.6: Máy biến áp có sơ đ'ơ nối dây Yo/h/íl -11/11

A âj a2

Ỉ-Sình /ì

7°

í\/ỉ/tị/ Inion An ró rnt A'A nn! AAô

ã V/

/' 'i


4.4.3. Máy biến áp tự ngẫu
Đối với máy biến áp thông thường, dây quấn sơ cấp và thứ cấp

riêng biệt nhau, quá trình truyền điện năng từ sơ cấp sang thứ cấp
thông qua mạch từ mà không liên lạc với nhau về điện. Trong máy

biến áp tự ngẫu, dây quấn thứ cấp là một phần của dây quấn sơ cấp.
Quá trình truyền điện năng (cơng suất của máy biến áp Sba) gồm hai
phần: một phần truyền theo quan hệ từ (công suất từ St), một phần

truyền trực tiếp theo mạch điện (công suất điện Sđ).
Máy biến áp tự ngẫu ba pha có các dây quấn cao áp, trung áp và

hạ áp. Dây quấn điện áp cao áp (Uc) và dây quấn điện áp trung áp

(Ut)

liên hệ với nhau theo nguyên tắc tự ngẫu và được nối hình sao.

Dây quấn hạ áp (Uh) liên hệ với dây quấn cao áp và trung áp theo
nguyên tắc như biến áp thông thường và được nối tam giác.

Hình 4.8: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp tự ngẫu

Máy biến áp tự ngẫu có dây quấn nối tiếp và dây quấn chung có
cùng tiết diện với nhau.
Dây quấn nối tiếp có các thơng số: Unt, Int, Wnt, Snt, APnt

Dây quấn chung có các thơng số: UCh, Ich, wch, SCh, APCh
Trong đó:

Uc = Uch + Ưnt

Uch - Ucao — Unt — Ut
W1 = wnt + wch


w2 = wch
Ich = It - Ic

APđ = APnt + APch

Hệ so có lợi (hệ so tính tốn hay hệ so mẫu) của máy biến áp tự
ngẫu được xác định:

a = l-^r = l-k
u„
ĩT
uc
1

(4-3)

Công suất máy biến áp tự ngẫu được tính:

Sba = Sc = Uclc = St = UtIt

Sba = ƯT (Ic + Ich)
Với:

Sba = Ut Ic + UHch = Ut Ic + Uchlch = Sđ + St
Sđ = Ut Ic - công suất điện truyền trực tiếp

từ cao sang

trung

St - Uchlch - công suất từ truyền tải qua mạch từ
Ta có:

St = UchIch =

Ut(It - Ic) = UtIt (1

- ^) = ơ.Sba
IT

(4-4)

Như vậy, ta tính tốn mạch từ của máy biến áp tự ngẫu theo St ở

trên.

> Các chế độ vận hành của mảy biến áp tự ngẫu
a. Chế độ 1: Công suất truyền từ cao sang trung và sang hạ; hay
từ trung và hạ truyền lên cao
Xét trường họp khi công suất truyền từ cao sang trung và hạ, ta
có:

Sc = St

+ Sh

Trong đó:

St - cơng suất từ cao sang trung theo chế độ tự ngẫu (a);
Sh - công suất từ cao sang hạ theo chế độ biến áp thông
thường (b).


Dòng điện trong dây quấn nối tiếp:
Int — Int(a) + Int(b)

Mặtkhác:

Int(a) = —(PT -jQT)

uc

Hình 4.9: Sơ đồ chế độ vận hành thứ nhất của máy biển áp tự ngẫu

Công suất trong cuộn nối tiếp:

S., = U.tl„=(Uc-UT)(l„„1+
s„, = (Uc,;Ut)

7(Pt + P„)!+(Qt+Qk)!

uc
Dòng điện trong dây quấn chung:
Ich — Ich(a) + Ich(b)

Mặtkhác:

Ich(a) =

UcJUT -J-(PT-jQT)

hh(b) =

7T“(Ph — JQh)

= ^nt(b)

(4-5)


Công suất trong cuộn chung:

Sch =

Uc - UT p Ut p
uc T uc H

UC-UT
uc

II
'-'c

(4-6)
Điều kiện giới hạn truyền công suất trong chế độ này là:

St + Sh

< SđmBA

b. Chế độ 2: Công suất truyền từ trung lên cao và xuống hạ; hay
từ cao và hạ sang trung

Hình 4.10: Sơ đồ chế độ vận hành thứ hai của máy biến áp tự ngẫu

Xét trường họp khi công suất truyền từ cao và hạ sang trung,

ta có:

St = Sc + Sh
Dịng điện trong dây quấn nối tiếp chỉ theo nguyên tắc tự ngẫu:
Lit = ^nt(a) = Ic — Tj- (Pc ~ jQc)

uc

Công suất trong cuộn nối tiếp:

s„, = u„, I, =

J(Pr+QrỸ

(4-7)


Dòng điện trong dây quấn chung:
Ich - Ich(a) + Ich(b)

Trong đó: Ich(a) =-UcJUT ■ J_(pc-jQc) . truyền từ cao sang
trung theo nguyên tắc tụ ngẫu;
ỉciKb) =-jj-(PH-jQH)

- truyền từ hạ sang trung theo

ngun tắc biến thế.

Cơng suất trong cuộn chung:

lí u,. -LL.
Y ( u„ Ỹ
Sch=M-^Pc+PH +
^Qc+Qh
uc
7
k
uc 7

(4-8)

Điều kiện giới hạn truyền công suất trong chế độ này do cuộn
chung quyết định (Sch = ơ.Sba)

c. Chê độ 3: Công suất truyền từ trung và cao xuống hạ; hay
từ hạ lên trung và cao

Hình 4.11: Sơ đồ chế độ vận hành thứ ba của máy biến áp tự ngẫu


Trong chế độ này, công suất truyền qua giữa các cấp cao, trung

xuống hạ; hay từ hạ lên cao trung đều theo nguyên tắc biến áp thông

thường, không theo nguyên tắc tự ngẫu. Đây là chế độ làm việc không
phát huy được ưu thế của máy biến áp tự ngẫu. Công suất máy biến áp
tự ngẫu được chọn theo điều kiện:
SBA = - SH

a

(4-9)

> ưu và nhược điểm của máy biến áp tự ngẫu
ưu điểm: Giá thành rẻ hon máy biến áp thơng thường có cùng
cơng suất vì chế tạo ít tốn đồng, thép và vật liệu cách điện. Kích
thước nhỏ gọn, dễ dàng vận chuyển. Tổn hao công suất của máy biến
áp tự ngẫu nhỏ, hiệu suất cao

Nhược điểm-. Sử dụng máy biến áp tự ngẫu khi cả điện áp cao áp
và trung áp đều phải trực tiếp nối đất điểm trung tính. Vì nếu khơng
nối đất trung tính, khi có một pha phía cao áp chạm đất thì điện áp

trung áp của các pha không chạm đất tăng lên lớn hon

\ỊĨ lần.

Dây quấn cao áp và dây quấn trung áp có sự liên hệ với nhau về

điện, nên sóng sét có thể truyền từ cao sang trung và ngược lại làm
phá hủy cách điện; khi sử dụng cần phải đặt chống sét van ở hai đầu
cực cao áp và trung áp của máy biến áp tự ngẫu.

4.4.4. Máy biến áp có cuộn phân chia
Máy biến áp có cuộn phân chia là loại máy biến áp có hai hay
nhiều cuộn dây có cùng cấp điện áp. Chẳng hạn, máy biến áp có ba
cuộn dây phân chia giống như máy biến áp ba cuộn dây thơng thường,

về cấu tạo nó cũng có mạch từ; dây quấn sơ cấp với điện áp U1, số

vịng dây W1, cơng suất S1 = Sđmỉ hai dây quấn thứ cấp có cùng điện

áp Ư2, số vịng dây w2 và cơng suất S2 = 0,5Sđm- Các cuộn phân chia

thường được' chế tạo ở điện áp hạ áp của máy biến áp vì dịng điện

ngắn mạch ở cấp điện áp này tương đối lớn. Vì thế trong một số

trường hợp, máy biến áp có cuộn phân chia có tác dụng hạn chế dịng
ngắn mach ở mức độ nào đó mà khơng phải đặt kháng điện.


Hình 4.12: Máy biến áp có cuộn phân chia
a) Máy biến áp hai dây quấn có hai cuộn phân chia; b) Máy biến áp hai dây
quấn có ba cuộn phân chia; c) Máy biến áp ba dây quấn có hai cuộn

phân chia; d) Máy biến áp tự ngẫu có hai cuộn phân chia

4.5. KHẢ NĂNG QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN ÁP
Khi máy biến áp làm việc trong thời gian dài ở các điều kiện

định mức về điện áp, tần số, nhiệt độ môi trường làm mát... tuổi thọ

của máy biến áp sẽ bằng định mức chế tạo trong khoảng thời gian từ
20 -í- 25 năm. Trong thực tế máy biến áp ít khi làm việc ở chế độ định

mức bởi vì:

- Nhiệt độ mơi trường thay đổi liên tục theo mùa và cũng khác
nhau giữa ngày và đêm.

- Phụ tải cũng liên tục thay đổi theo giờ và theo mùa; trị số trung
bình của phụ tải ln tăng do sự phát triển của các hộ tiêu thụ.

Như vậy, máy biến áp vận hành phụ thuộc vào phụ tải nên có
khi máy biến áp vận hành quá tải, lúc máy biến áp vận hành non tải.
Mức quá tải phải nằm trong giới hạn cho phép vì khi quá tải dẫn đến

điện áp thứ cấp của máy biến áp giảm, tổn hao cơng suất sẽ lớn, gây
nên già hóa cách điện, làm giảm tuổi thọ của máy biến áp.
Trong máy biến áp, các vật liệu cách điện như giấy, cactông,

bakêlit, gỗ, dầu... (cấp A với nhiệt độ cho phép 105°C) sẽ thay đổi

dần các đặc tính theo thời gian và nhiệt độ. Khi máy biến áp hoạt
động, nhiệt độ sẽ tăng, các phản ứng hóa học tăng làm cho vật liệu
cách điện bị xơ cứng, độ bền điện, độ bền cơ giảm.


Theo định luật Montsinger, đối với chất cách điện khi nhiệt độ
của chúng tăng lên 8°c thì tuổi thọ của chúng giảm đi phân nửa (Quy

tắc 8°C). Khi nhiệt độ bằng 98°c thi hao mòn bằng định mức.
t = T0.2^

(4-10)

Trong đó:
t - thời gian phục vụ;

To - hằng số thời gian phục vụ định mức;
AO - độ chênh lệch nhiệt độ so với định mức (AO = 98° - 0).

Theo định luật Arrhenius, khi nhiệt độ trong khoảng từ 80 đến
140°C, tuổi thọ trung bình của vật liệu cách điện cấp A phụ thuộc vào

ihiệt độ theo biểu thức:
t = A.e'a'e

(4-11)

Trong đó: A, a - các hằng số phụ thuộc vào vật liệu cách điện
A = (1,5-7,5). 104

(năm)

A = 0,115

(1/°C)

- nhiệt độ ở điếm nóng nhất trong dây quấn máy biến áp

0

Độ già cỗi của vật liệu cách điện đuợc xác định:
e-Bdo

L=2 6

Với:

(4-12)

Odm = 98°c - nhiệt độ điểm nóng nhất định mức

Như vậy, nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ định mức 6°c thì độ già

:ỗi tăng hai lần và tuổi thọ giảm đi hai lần so với định mức (Quy tắc
5°C).
Bảng 4.1: Tuổi thọ tương đối và độ già cỗi ứng với các nhiệt độ khác nhau
Nhiệt độ cách
điện, °C

80

86

92

98

104

110

116

Tuổi thọ tương
đối

8

4

2

1

0,5

0,25

0,125


Trong thực tế, phụ tải của máy biến áp luôn biến đổi liên tục

hàng giờ, hàng ngày, hàng năm nhưng thời gian có phụ tải nhỏ hơn
định mức chiếm phần lớn nên tuổi thọ của máy biến áp sẽ lớn hơn

định mức. Vì thế có thể cho phép máy biến áp được vận hành với phụ
tải lớn hơn công suất định mức trong khoảng thời gian nào đó tức
là cho phép máy biến áp vận hành quá tải mà tuổi thọ vẫn đạt giá trị

định mức.

Người ta phân biệt hai loại quá tải của máy biến áp là quá tải
bình thường và quá tải sự cố.

4.5.1. Quá tải bình thường của máy biến áp

Quá tải bình thường là chế độ vận hành của máy biến áp có một
khoảng thời gian nào đó là q tải, ngồi khoảng thời gian trên, máy
biến áp vận hành non tải. Mức độ quá tải được xác định sao cho độ già

cỗi của cách điện trong khoảng thời gian xét không vượt quá định
mức, ứng với nhiệt độ dây quấn là 98°c.

Khi quá tải bình thường của máy biến áp, nhiệt độ điểm nóng

nhất của dây quấn có thể lớn hon 98°c nhưng khơng được vượt quá

140°C, nhiệt độ lớp dầu phía trên bề mặt nhỏ hơn 95°c và công suất

tải không được vượt quá 1,5 lần cơng suất định mức.
Loại q tải bình thường cịn được gọi là q tải thường xun,
q tải có hệ thống, hay quá tải lâu dài.

4.5.2. Quá tải sự cố của máy biến áp
Quá tải sự cố là chế độ vận hành quá tải cho phép của máy biến
áp trong một số điều kiện ngoại lệ (điều kiện sự cố) với một khoảng
thời gian hạn chế để không gián đoạn quá trình cung cấp điện. Chẳng

hạn, trường hợp nhà máy điện hay trạm biến áp có hai hay nhiều máy
biến áp cùng làm việc song song; khi có máy biến áp bị cắt ra do sự
cố, lúc này các máy cịn lại sẽ vận hành trong tình trạng q tải sự cố.

Khi quá tải sự cố máy biến áp chỉ được vận hành trong thời gian quy

định phụ thuộc vào các chỉ số kỹ thuật của các nhà sản xuất.

Đe đảm bảo yêu cầu cung cấp điện liên tục, máy biến áp bắt

buộc làm việc quá tải trong một thời gian ngắn. Khi vận hành ở chế độ
này, người ta không quan tâm đến tuổi thọ mà chỉ quan tâm đến điều

kiện cho phép cách điện.
Khi quá tải sự cố của máy biến áp, nhiệt độ điểm nóng nhất của

dây quấn tối đa là 140°C và nhiệt độ dầu tối đa là 115°c (để đảm bảo

nên tăng cường các biện pháp làm mát cho máy biến áp). Trường hợp
hai máy biến áp vận hành song song, khi bị sự cố một máy biến áp
nghỉ, máy biến áp còn lại phải tải tồn bộ cơng suất phụ tải. Khi bị sự
cố, máy biến áp có thể tải 1,4 lần cơng suất định mức trong thời gian

quá tải là 6 giờ, trong vòng 5 ngày với điều kiện các giờ khác công
suất tải của máy biến áp không vượt quá 90% công suất định mức.
Bảng 4.2: Khả năng quá tải của máy biến áp theo thời gian
Khả năng quá tải

1,3

1,45

1,6

1,75

2

3

Thời gian quá tải, phút

120

80

45

20

10

1,5

4.6. CHỌN MÁY BIỂN ÁP

4.6.1. Chọn máy biến áp cho trạm biến áp
- Trạm biến áp chỉ có một máy biến áp: chọn công suất định
mức của máy biến áp phải xét đến khả năng quá tải thường xuyên của
máy biến áp đó

- Trạm có hai máy biến áp: chọn công suất định mức của máy
biến áp phải xét đến khả năng quá tải sự cố khi hư hỏng một trong hai

máy biến áp đó.
- Trạm có ba cấp điện áp cao - trung - hạ: chọn thêm máy biến

áp ba dây quấn hay máy biến áp tự ngẫu. Máy biến áp tự ngẫu giảm áp

đảm bảo tính kinh tế hom máy biến áp ba dây quấn, nhưng máy biến

áp tự ngẫu chỉ dùng khi mạch cao áp và mạch trung áp đều có trung
tính trực tiếp nối đất.
- Trạm biến áp có liên quan đến phía điện áp trung áp (hay điện

áp hạ áp) của nhà máy điện: chọn máy biến áp cần tính đến những


4.6.2. Chọn máy biến áp cho nhà máy điện
- Đối với nhà máy điện có phụ tải điện áp cấp máy phát: xác
định đồ thị phụ tải ngày (24 giờ); Xác định luồng công suất truyền

giữa nhà máy với hệ thống ở chế độ vận hành bình thường và ở chế độ
sự cố (một máy phát điện có cơng suất lớn nhất nối vào thanh góp

điện áp máy phát nghỉ, các máy phát cịn lại làm việc ở cơng suất định
mức...) để chọn số lượng và công suất máy biến áp liên lạc với hệ

thống. Dùng một máy biến áp liên lạc với hệ thống chỉ thực hiện khi
công suất truyền vào hệ thống nhỏ hơn công suất dự trữ quay ở chế độ

vận hành bình thường.
- Đối với nhà máy điện khu vực, toàn bộ điện năng do nhà máy

sản xuất ra được truyền lên điện áp cao: sử dụng các sơ đồ nội bộ máy
phát điện với máy biến áp tăng áp (hoặc có thể dùng máy biến áp tự
ngẫu). Công suất định mức của máy biến áp phải đảm bảo truyền tồn

bộ cơng suất tác dụng và phản kháng của máy phát điện.
- Đối với nhà máy thủy điện: ghép một số máy phát điện chung

với một máy biến áp. Công suất của khối này không được lớn hơn
công suất dự trữ quay sự cố của hệ thống.

Các loại máy biến áp trong nhà máy điện và trạm biến áp thường

đều được chọn là loại ba pha có điều chỉnh điện áp dưới tải, trừ máy
biến áp hai dây quấn nối bộ với máy phát điện.
+ Công suất máy biến áp ba pha hai dây quấn nối bộ với máy

phát điện:
SđmBA — SđmF

(4-13)

+ Công suất máy biến áp ba pha ba dây quấn nối theo sơ đồ với

máy phát điện:
SđmBA — SđmF

(3-14)

+ Công suất máy biến áp tự ngẫu ba pha nối theo sơ đồ với máy

phát điện:
c
1 c
SđmBA—

SđmF

a

(4-15)


T - hệ số có lợi của máy biến áp tự ngẫu

Với: oc =
Uc

+ Công suất các máy biến áp liên lạc ở nhà máy điện có thanh
;óp điện áp máy phát:
Máy biến áp liên lạc là máy biến áp ba pha ba dây quấn:
SđmBA — “ Sthừa

(4-16)

Máy biến áp liên lạc là máy biến áp tự ngẫu:
SđmBA — T

Sthừa

2a

(4-17)

Trong đó: Sthừa - cơng suất thừa trên thanh góp điện áp máy phát:
Sthừa - ^LSdmF - SuFmin — Stdmax

£SđmF -

tổng công suất định mức các máy phát điện nối vào

thanh góp điện áp máy phát (MVA);
SuFmin -

phụ tải cực tiểu cấp điện áp máy phát;

Stdmax -

công suất tự dùng cực đại của các máy phát điện nối

vào thanh góp điện áp máy phát (MVA).

:ÂU HỎI ƠN TẬP

sxíaxíỉííaaaíaris

1. So sánh ưu, nhược điểm của máy biến áp tự ngẫu và máy
biến áp ba dây quấn? Phạm vi ứng dụng của chúng?

2. Cách thức chọn máy biến áp cho nhà máy điện?

3. Trình bày khả năng quá tải của máy biến áp điện lực?
4. Trình bày chế độ vận hành của máy biến áp tự ngẫu?


Chương 5____

CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN DẪN ĐIỆN

Các loại khí cụ điện và các phần dẫn điện là phần tử rất cần thiết
trong nhà máy điện và trạm biến áp với các chức năng như điều khiển,

điều chỉnh, bảo vệ, chuyển đổi, khống chế, kiểm tra mọi sự hoạt động

của hệ thống lưới điện, các loại máy điện và dẫn điện.
Phân loại khí cụ điện thường được phân loại theo nhiệm vụ và

công dụng làm việc:

- Các loại khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện;
- Các loại khí cụ điện dùng để đo lường và điều khiển;

- Các khí cụ điện dùng để hạn chế dịng ngắn mạch.
Trong cơ cấu của các loại khí cụ điện cũng như các phần dẫn
điện, khi có dịng diện chạy qua chúng sẽ sinh ra lực điện động tương

tác với nhau. Khi chọn khí cụ điện và các phần dẫn điện ta phải kiểm
tra ổn định động của phần tử tức là kiểm tra độ bền cơ của phần tử đối

với tác động của lực điện động này. Để xác định lực điện động trong
các khí cụ điện và các phần dẫn điện, ta dựa vào định luật Biot-Savart-

Laplace và định luật bảo toàn năng lượng.

> Định luật Biot-Savart-Laplace
Xét 2 mạch vòng mang điện ii và 12 đặt gần nhau, lực tác động
lên một vi phân dỈ2 mang dòng i2 do dòng ii gây nên sẽ là:

dF=i2.(<.B;)

về trị số:

dF = i2 .B] ,dl2. sin(dl2 .B,)

(5 -1)

Trong đó: B1 - cường độ điện trường tự cảm do dòng ii sinh ra

tai db.


Hình 5.1: Sơ đồ hai mạch vịng mang điện đặt gần nhau

> Định luật bảo toàn năng lượng
- Một mạch vịng: nếu 1 mạch vịng có điện cảm L, mang dịng
điện i, thì năng lượng từ trường tích lũy trong nó sẽ là: (i2.L)/2. Lực Fx

tác động theo phương X có xu hướng làm kích thích mạch vịng thay

đổi theo phương X một lượng dx. Khi đó, tự cảm của nó thay đổi một
đại lượng ỔL và năng lượng mạch vịng thay đổi một đại lượng

ị-i2.ổL.

2
Theo định luật bảo tồn năng lượng, ta có:

F.ổx = ị-i2.aL

x

2

->

Fx=i.i2.^

x

2

ỡx

(5-2)

- Hai mạch vịng: năng lượng tích lũy trong hệ thống 2 mạch
vịng là:

A = --i2.L,+ — -i2.L9 +i..i,.M
2
2

(5-3)

Trong đó:

M - hỗ cảm do hai cuộn dây đặt gần nhau sinh ra phụ

thuộc vào khoảng cách X giữa chúng.

Tương tự ta có:

Fx.5x - ij.ij.SM

T7
Fx

: :

ỠM

(5-4)


5.1. Lực ĐIỆN ĐỘNG TRONG KHÍ cụ ĐIỆN VÀ CÁC PHẦN
DẪN ĐIỆN
5.1.1. Lực điện động do hai thanh dẫn có chiều dài L đặt song
song nhau
Xét hai thanh dẫn song song có chiều dài bằng nhau: thanh dẫn
1 có dịng điện ii chạy qua, thanh dẫn 2 có dịng điện 12 chạy qua và
hai thanh dẫn cách nhau một khoảng a. Áp dụng định luật Biot-SavartLaplace ta xác định sự phân bố lực điện động do thanh dẫn 2 tác dụng

lên thanh dẫn 1.
Lấy một vi phân dy trên thanh dẫn 1, ta có lực phân bố do vi

phân dL trên thanh dẫn 2 gây nên sẽ là:

dF = ^O'11'*2 -(COSOC] -cosa2).dy

4.7T.a

(5-5)

Trong đó:

(L - y)

COSCC, =

,
_
;
V(L-y)2+a2

Do đó:

F = ^^-

y

cosa, = —Ị.-7/77

(5-6)

-,’dy+f—ị—-dy

4.7i.a 17 7(L-y)2+a2

Jo 7y2+a2

Đặt:

0 7(L-y)2 +a2

•dy


Ta sẽ tính từng thành phần tích phân
L

y

Ta có:

M= í

Đặt:

u2 = y2 + a2

• dy

u.du = y.dy

Đổi cận: y = 0

->

u=0

y=L

—>

u = Vl2 + a2

=>

M=

du = a/l2 +a2 - a

I"

Ta có:

N=i , (L~T
'dy
0 -ự(L-y)2 +a2

Đặt:

v = L-y

dv = -dy

—>

Đổi cận: y = 0

->

V=L

y=L

->

v=0

oVv +a

ỉựv+a

Vậy:

rM + Nl = Mi

F=

p _ M'O -1! T . L.

2.71
Với:

a

• a/l2 +a2

-a

2.7T.a

4.7ĩ.a
L

I a —a
L2

V

L

(5-7)

ịi0 = 4.71.10 7 [H.m 1 ]-hệ số từ thẩm chân không

kc=7
a

a2
1+ư

a
L

- hệ số hình dạng

(5-8)

5.1.2. Hai thanh dẫn có chiều dài khác nhau đặt song song nhau

Hình 5.3: a. Sơ đồ xác định lực điện động;
b. Sơ đồ xác định hệ số hình dạng

Xét hai thanh dẫn song song có chiều dài khơng bằng nhau:
Thanh dẫn 1 có chiều dài L], dịng điện ii chạy qua; Thanh dẫn 2 có

chiều dài L2, dịng điện 12 chạy qua; và hai thanh dẫn cách nhau một

khoảng a. Áp dung định luật Biot-Savart-Laplace ta xác định sự phân
bổ lực điện động do thanh dẫn 2 tác dụng lên thanh dẫn 1.

Lấy một vi phân dy trên thanh dẫn 1, ta có lực điện động do vi
phân dL2 trên thanh dẫn 2 gây nên sẽ là:

dF = HsAÙ.. (cosa, - COSCC, ).dy
4.7T.a

(5-9)

Trong đó: COSOC, = - JL2~y)
; cosoc, =—-■■■ y
(5-10)
7(L2-y)2+a’
7/T?

Do đó:

b+L|

p _ M-o-h-h
4.7i.a

b

(L2-y)

ạ• /(L2-y)2+a2

b+L|

Đặt:
b

b+L|

===-dy
b

b+L|

y
•dy
ựy2 +a2

N= J
b

(L2-y)
•dy
7(L2-y)2+a2


b+L|

i —===-dy
b VTw

Ta có:

M=

Đặt:

u2=y2+a2

u.du = y.dy

—>

Đổi cận: y = b

->

u = Vb2 + a2

->

u = Ựcb + L,)2 +a2

y = b + L1

7(b+L, )2+a2

=>

J
7X7

M=

du - ự(b + L,)2 + a2 - Vb2 +a2

M-7 , (Lj-y

Tacó:

ay

í ự(L;-y)2+a2

V = L2 - y

Đặt:

Đổicận:y = b

y = b + L!

=>

v = L2-b-L]

N=-

L2-b-L,

i

L2-b

Đặt:

v = L2-b

—>

->

dv - - -dy

—>

J

,v-dv --

Vv2 + a2

L2-b

,

Ĩ

L2-b-L,

rv;dv

a/v2 +a2

t.dt = v.dv

t2 = V2 + a2

Đổi cận: V = L2 + b
v = L2-b-L1

->

t = ự(L2 -b)2 +a2

-»

t = ự(L2 - b-L,)2 +a2

7(L2-b)2+a2

=>

N=

I

dt = ự(L2-b)2+a2 -ự(L2-b-L,)2+a2

7(L2-b-L|)2 +a2

Vậy:

F = Mb rM + Nj
4.7T,a

L

J


p _ Mo-1!-1;
4.K
7(b + L,)2+a2 -7b2 + a2 + 7(L2-b)2+a2 -ự(L2-b-L,)2 w

(5-11)

_ Mo-1]-1; . p
4.7ĩ.a
c
Với:
ự(b + L])2 + a2 -7b2 +a2 + ự(L2 -b)2 +a2 -ự(L2 - b-L])2 +a2'

a

(5-12)
(kc - hệ số hình dạng)

Ta có thể đặt: D, = -^(b + L,)2 +a2 ;

D2 =7(L2-b)2+a2

S1=7(L2-b-L1)2+a2 ;

S2=Vb2+a2

Lúc này hệ số hình dạng sẽ là:

_ (Dị +P2)-(S1 +S2)
a

Trường hợp khi: L, = L2 = L và b = 0 ta sẽ có hệ số hình dạng

,
2.VỮ+ã?-2a n L f L , a2 ai 2.D-2.a
,c
kc=—------ —--------- = 2- —•
l + ^--2L = ------ (544)
c
a
a ự
L2
LJ

a

Với:

D = a/l2 +a2

và

s=a