CẤU TẠO MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP

Phần 2 : Máy biến điện áp

H2.1


H2.2

2.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
Hệ thống điện thường có điện áp cao nên khi đo lường và bảo vệ gặp rất
nhiều khó khăn. Nếu ta thiết kế, chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện
áp cao thi sẽ rất tốn kém và nguy hiểm cho người sử dụng. Vì vậy ta cần giảm
điện áp xuống để dùng các thiết bị đo lường và bảo vệ thông thường ở điện
áp thấp ,tiêu chuẩn,an toàn. Thiết bị dùng để giảm điện áp cao xuống điện áp
thấp ,tiêu chuẩn được gọi là máy biến điện áp.
Máy biến điện áp là một loại khí cụ điện dùng để hạ điện áp cao xuống điện
áp thấp tiêu chuẩn, an toàn dùng cho đo lường và bảo vệ rơle. Trị số điện áp
thứ cấp lấy theo tiêu chuẩn nhà nước. Ở Liên xô Châu Âu và là 100V hoặc 100
/ V, ở Anh và các nước Ả Rập là 100V , ở Mỹ 120 V . Trên hình H2.1 trình bày
sơ đồ đấu dây của TU một pha. Cuộn dây sơ cấp nối với phía điện áp cao qua
cầu chì bảo vệ cao áp. Cuộn dây thứ cấp cấp nguồn cho các thiết bị đo lường
và bảo vệ qua cầu chì bảo vệ hạ áp. Để an toàn một đầu cuộn hạ áp và lõi thép
của TU được nối đất:


H 2.3
Đối với TU không yêu cầu độ bền nhiệt và độ bền điện động cao,vì dòng điện
thứ cấp rất bé thậm chí khi ngắn mạch ở mạch thứ cấp cũng không sinh ra
hiệu ứng nhiệt và điện động nào cả , hơn nữa ở mạch máy biến điện áp
thường đặt cầu chì bảo vệ .
Máy biến điện áp có các cấp chính xác sau: 0,2; 0,5; 1; 3; và 6. TU với cấp
chính xác 0,2 dùng cho mẫu, cấp 0,5 dùng cho đo đếm điện năng, cấp 1 dùng

cho đồng hồ bảng, còn cấp 3 và cấp 6 dùng cho bảo vệ . Cấp chính xác của TU
không đổi khi điện áp sơ cấp dao động trong khoảng U= (0,8 ÷ 1,2)Uđm, phụ
tải bằng St= (0,25 ÷1)Sđm , với cosϕ = 0,8.
Trị số sai số lớn nhất đối với các cấp chính xác khác nhau được ghi trong
bảng B2.1:

B2.1


Khuynh hướng phát triển máy biến điện áp hiện nay là thiết kế chế tạo những
máy biến điện áp có dung lượng lớn, điện áp thật cao, dùng nguyên liệu mới
để giảm kích thước và trọng lượng máy. Về vật liệu hiện nay đẫ dùng loại
thép cán lạnh không những có từ tính tốt mà tổn hao sắt lại tốt do đó nâng
cao được hiệu suất của máy biến điện áp .

2.2. CẤU TẠO MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
- Cấu tạo:
Gồm hai bộ tụ mắc nối tiếp, đấu trực tiếp vào lưới cao áp, 1 cuộn dây sơ cấp
đấu song song với tụ chịu áp thấp từ 10-15 kV cuộn thứ cấp quấn cùng mạch
từ với cuộn sơ cấp sẽ cung cấp điện áp ra thích hợp theo yêu cầu. Để điện áp
thứ cấp không thay đổi theo phụ tải, người ta mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp 1
kháng điện và bộ chống nhiễu.


H2.4. Cấu tạo TU
1. Đầu cực
2. Nắp đậy
3. Đai sứ
4. Đai cổ
5. Sứ cách điện

6. Vị trí châm dầu
7. Lỗ dùng để nân TU
8. Hộp đấu nôi
9. Chống sét
10. Máy biến áp cách ly
11. Thùng chứa dầu
12. Bộ điệm
13. Van dầu
14. Vị trí tiếp đất
15. Cuộn dây bổ chính
16. Chỉ thị mức dầu
17. Đầu ra trung áp
18. Bulon
19. Nắp đậy thùng dầu
20. Chỉ thị mức dầu
21. Ngăn chỉ thị
- Các thông số cơ bản của TU:


-Hiệu
-Loại
-Năm sản xuất
-Nước sản xuất
-Công suất định mức
-Tần sô định mức
-Chất cách điện
-Điện dung của tụ điện
-Trọng lượng

Tỉ số biến đổi điện áp định mức :

Kđm = U1đm/U2đm
U1đm: Điện áp sơ cấp định mức
U2đm : Điện áp thứ cấp định mức

Sai số điện áp ΔU%
ΔU% = (KđmU2-U1)/U1 x 100%

Cấp chính xác:
Là sai số lớn nhất về trị số điện áp khi nó làm việc trong điều kiện:
-f=50Hz
-U1= 0.9-1.1 Uđm
-Phụ tải thứ cấp thay đổi từ 0.25 đến định mức
-cosφ = 0.8


Cấp chính xác được chế tạo theo 1 trong các mức : 0.2, 0.5, 1.0 và 3.0

Phụ tải của TU:
Là công suất biểu kiến ở mạch thứ cấp với giả thiết điện áp ở thứ cấp là định
mức.

2.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
Xét sơ đồ nguyên lý của một máy biến điện áp một pha hai dây quấn như hình
H2.1.

H2.5
Dây quấn sơ cấp có w1 vòng dây và dây quấn thứ cấp có w2 vòng dây đều
được quấn trên cùng một lõi thép .Khi đặt một điện áp xoay chiều u1 vào dây
quấn sơ cấp trong đó sẽ có dòng điện i1 .Trong lỗi thép sẽ sinh ra từ thông Φ
móc vòng với cả hai dây quấn, cảm ứng ra các suất điện động (s.đ.đ) e 1 và e2.

Dây quấn thứ cấp có s.đ.đ sẽ sinh ra dòng điện i 2 đưa ra tải với điện áp là u2.
Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số sin, thì từ thông do nó sinh
ra cũng là một hàm số hình sin:
Φ = Φ m sinωt


do đó theo định luật cảm ứng điện từ, s.đ.đ cảm ứng trong các dây quấn sẽ là:
e1 = - w1= - w1. = - w1.= - w1.ω.Φm cosωt
= E1 .sin(ωt - )
e2 = - w2= - w2. = - w2.= - w2.ω.Φm cosωt
= E2 .sin(ωt - )
Trong đó:
E1= = 4,44. f.w1. Φm

E2= = 4,44. f.w2. Φm
là giá trị hiệu dụng của các s.đ.đ dây quấn thứ cấp và sơ cấp các biểu thức
trên cho thấy s.đ.đ cảm ứng trong dây quấn chậm pha so với từ thông sinh ra
nó một góc .
Dựa vào các biểu thức trên người ta định nghĩa tỷ số biến điện áp của TU như
sau :
k= =
Nếu không kể đến điện áp rơi trên các dây quấn thì có thể coi U1 ≈ E1 ;U 2 ≈
E2, do đó k được xem như tỷ số điện áp giữa hai dây quấn :
k= ≈

2.4. PHÂN LOẠI VÀ CÁC KIỂU MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP
2.4.1. Phân loại :
Máy biến điện áp được phân thành các loại sau :
1.

Theo số pha:
Có hai loại:

- Máy biến điện áp một pha


H2.6. TU 1 pha kiểu Pha-Pha

H2.7. TU 1 pha kiểu Pha-Đất

- Máy biến điện áp ba pha


H2.8. TU 3 pha kiểu kín

H2.9. TU 3 pha kiểu hở
2. Theo số dây quấn:
- Loại 2 dây quấn
Máy biến điện áp có hai dây quấn gọi là máy biến điện áp hai dây quấn. Dây
quấn nối với nguồn điện để thu năng lượng vào gọi là dây quấn sơ cấp. Dây
quấn nối với tải để đưa điện năng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dòng điện, điện
áp, công suất .. của từng dây quấn theo tên sơ cấp và thứ cấp tương ứng. Dây


quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp. Dây quấn có điện áp thấp gọi là
dây quấn hạ áp.

- Loại 3 dây quấn
Ở máy biến điện áp ba dây quấn, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp còn có
dây quấn thứ ba với điện áp trung bình.

3. Theo cấp chính xác:
- Theo giá trị sai số cho phép
4. Theo phương thức làm mát:
- Máy biến điện áp dầu

H2.10
- Máy biến điện áp khô (không khí ).


H2.11
5. Theo loại thiết bị:
- Máy biến điện áp trong nhà

H2.12
- Máy biến điện áp ngoài trời


H2.13
- Máy biến điện áp cho các thiết bị phân phối hợp bộ .

2.4.2. Các kiểu máy biến điện áp:
Về kiểu máy biến điện áp chia làm 3 nhóm:
- Máy biến điện áp khô
- Máy biến điện áp dầu
- Máy biến điện áp nối tầng
1. Máy biến điện áp khô
Máy biến điện áp khô được chế tạo với điện áp định mức 24 kv. Vật liệu cách
điện là epoxy.
Mạch từ của máy biến điện áp được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện. Đối với
mạch từ kiểu HOC –05 thì dùng các tấm tôn dập hình chữ e, còn các kiểu máy

biến điện áp khác thì dùng các tấm tôn hình chữ nhật. Dây quấn được quấn
nhiều lớp trên những ống khung cách điện và được sơn tẩm bằng sơn dùng
cho điện áp pha. Các máy biến điện áp được nối với lưới bằng các đầu cực
phân bố trên các sứ và ba nêm cách điện. Các máy biến điện áp HOCK-6-66 chỉ
dùng với các thiết bị, phân phối hợp bộ cao áp trong các mở than, khi lắp đặt
nó phải đổ một lớp bitum cách điện kín, bởi vậy nó không có bệ nêm đầu ra,
các dây quấn của máy biến điện áp được đưa ra bằng các dây cáp mềm.


Các máy biến điện áp kiểu HOΠ và 3HOΠ Là những khối đúc mà trong đó dây
quấn và mạch từ được nằm kín trong eboxy.
Kết cấu TU kiểu HOC-3:

H2.14

1- gông từ
2- cuộn dây cao áp
3-cuộn dây hạ áp
4-các đầu vào cao áp
5-các đầu ra hạ áp
Đối với các máy biến điện áp mà dây quấn được quấn trên các mạch từ hình
xuyến thi dây quấn trong là dây quấn thứ cấp phụ .
2.

Máy biến điện áp dầu

Thường được chế tạo với điện áp 35kv trở lên.


Sở dĩ đối với mạng điện có điện áp cao U> 35KV thường sử dụng kiểu dầu vì :

Dỗu vừa cách điện tốt, vừa làm mát tốt, hơn nữa dễ bảo quản khi xẩy ra sự cố
về chạm chập dây. Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có kết cấu hơi
phức tạp vì chúng thường có bình dãn dầu và trong quá trình làm việc cũng
dễ gây ra cháy nổ. Nhưng loại này phù hợp với cấp điện áp cao, vì thế cho nên
đối với U> 35kv thì để đảm bảo yêu cầu về mặt cách điện cũng như trong quá
trình làm việc, người ta thường chế tạo loại máy biến điện áp kiểu ngâm dầu .
Mạch từ được ghép từ các lá tôn kỹ thuật điện dây quấn nhiều lớp được quấn
trên một ống cách điện: dây quấn cao áp có màn chắn tĩnh điện ,các dây quấn
cao áp bao gồm một hoặc hai cuộn si để bảo vệ quá điện áp .
Thùng máy biến điện áp được hàn bằng tôn như của loại máy 3HOM 15-63,
thép phi từ tính bởi vì dùng trực tiếp với các thiết bị và được đặt gần các
thanh cái dẫn điện của các máy phát lớn. Các đầu ra của dây quấn của phần
lớn các máy biến điện áp được nối với đầu ra trên sứ đặt trên nắp máy. Đầu
vào hạ áp và các đầu nối đất của dây quấn cao áp của các máy biến điện áp 3
HOM 15- 63, 3 HOM 24-69 được đặt trên vách thùng. Các đầu ra của dây
quấn hạ áp các máy biến điện áp 3 HOM 35-66 được đưa ra một mảng đầu ra
trên thành thùng .
Máy biến điện áp 3 HOM 35-65 và 3HOM 35-66 có bình dãn dầu đặt ở phía
đầu cao áp. Ở máy biến điện áp này kín hoàn toàn .ở máy biến điện áp kiểu
khác thì không có bình dãn dầu, mức dầu trong thùng thường thấp hơn nằm
từ 20-30 cm.
3. Máy biến điện áp nối tầng
Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thước cách điện ,người ta dùng kiểu
biến áp nối tầng, mỗi tầng chịu một điện áp nhất định. Với điện áp 110 kv,
thường dùng kiểu hai tầng, mỗi tầng chịu một nửa điện áp như hình H2.4.
Mỗi tầng kiểu này có mạch từ riêng (I) và (II), có cuộn dây cao áp riêng , mỗi
cuộn chịu một nửa điện áp pha, cuộn dây cao áp (BH) của mạch từ MII có đầu
vào nối với điện áp pha, phía cuối nối với mạch từ và cách điện với MI. Đầu
cao áp của cuộn dây ở mạch từ MI nối với phía cuối của mạch từ MII và có
điện áp bằng 1/2 điện áp pha. Phía cuối của cuộn dây cao áp BH ở

mạch từ MI được nối đất cùng với MI. Phía hạ áp HH có hai cuộn dây a-x và
aγ -xγ ,một cuộn dùng cho đo lường ,một cuộn dùng cho bảo vệ . Hai cuộn bù


(CB1) và (CB2) dùng để phân bố điện áp đều trên hai cuộn cao áp khi mạch
thứ cấp có tải .

H2.15
Sơ đồ trên hình H2.16 hiện đại hơn và có nhiều ưu điểm so với sơ đồ ở hình
H2.15, loại này có một mạch từ ,cách ly với đất các cuộn dây được cuốn trên
hai trụ của mạch từ .


H2.16