Các phương pháp bảo vệ các máy biến áp

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----[\[\----NGUYỄN THANH HƯƠNG

NGUYỄN THANH HƯƠNG

KỸ THUẬT ĐIỆN
HƯỚNG THIẾT BỊ

CÁC PHƯƠNG PHÁP
BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

KHÓA 2009

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH THIẾT BỊ ĐIỆN –ĐIỆN TỬ

Hà Nội, năm 2011
-1-


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----[\[\-----

NGUYỄN THANH HƯƠNG

CÁC PHƯƠNG PHÁP
BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

Chuyên ngành: Thiết bị điện-điện tử

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH KTĐ HƯỚNG THIẾT BỊ ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. TS. PHẠM VĂN CHỚI

Hà Nội, năm 2011
-2-


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những nội dung được trình bày trong luận văn này
là do sự tìm tịi, nghiên cứu của chính bản thân. Các kết quả nghiên cứu là
trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ luận văn nào của các tác
giả khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về những nội dung cam đoan trên.

Hà nội, ngày 24 tháng 09 năm 2011
Tác giả

Nguyễn Thanh Hương

-3-


MỤC LỤC
Trang

LỜI NÓI ĐẦU

1

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

3

I. Định nghĩa và vai trò của máy biến áp

3

I.1. Định nghĩa

3

I.2.Vai trò của máy biến áp trong hệ thống điện

3

II.Cấu tạo máy biến áp điện lực

4

II.1.Lõi thép

4

II.2.Dây quấn

6

III.Phân loại máy biến áp, xu hướng chế tạo máy biến áp

8

III.1.Máy biến áp

8

III.2.Máy biến áp khô

9

IV.Sử dụng công nghệ mới trong chế tạo máy biến áp
11
V.Những nguyên nhân cơ bản gây cháy, nổ máy biến áp

13

V.1.Nhiệt độ máy biến áp tăng cao quá mức cho phép do những
hư hỏng trầm trọng xảy ra trong mạch từ

13

V.2.Do cuộn dây trong máy bị chập nhau

13

V.3.Ngắn mạch giữa các pha

14

V.4.Đứt mạch giữa các pha của cuộn dây

14

V.5.Hư hỏng các sứ đầu vào máy biến áp

14

V.6.Do tác động của thiên nhiên

14

Kết luận chương I

15

CHƯƠNG II. CÁC DẠNG SỰ CỐ THƯỜNG GẶP TRONG
MÁY BIẾN ÁP

16

I.Mục đích việc bảo vệ máy biến áp

16

I.1. Mục đích bảo vệ.

16

I.2.Lựa chọn đặt bảo vệ máy biến áp theo công suất

16

II.Các dạng sự cố, hư hỏng thường xảy ra trong máy biến áp

17

II.1.Sự cố bên trong máy biến áp điện lực

17

-4-


II.1.1.Ngắn mạch giữa các vòng dây của cùng một pha

18

II.1.2.Ngắn mạch một pha

18

II.1.3.Ngắn mạch giữa các pha trong máy biến áp ba pha

19

II.2.Sự cố bên ngoài ảnh hưởng đến sự làm việc của máy biến áp

19

III.Các loại bảo vệ đối với máy biến áp

19

IV.Phân tích một số dạng sự cố thường gặp trong máy biến áp
phân phối hoàn toàn mới TIS

21

IV.1.Chảy dầu

22

IV.2.Áp suất cao

22

IV.3.Quá tải

23

IV.4.Sự phối hợp giữa các loại bảo vệ

24

Kết luận chương II

24

CHƯƠNG III. CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP

25

I.Các phương pháp bảo vệ máy biến áp

25

I.1.Bảo vệ quá tải bằng rơ le dòng điện

25

I.2.Bảo vệ q tải bằng hình ảnh nhiệt

26

I.3. Bảo vệ q dịng

26

I.4.Nếu độ nhạy khơng đạt phải sử dụng BVQI có bộ phận
khởi động điện áp (BVQIKU)

28

I.5.Bảo vệ cắt nhanh

29

I.6.Bảo vệ so lệch máy biến áp.

30

I.7.Bảo vệ dòng thứ tự nghịch (BVI2)

32

I.8.Bảo vệ dịng điện thứ tự khơng

33

I.9.Bảo vệ dịng điện thứ tự khơng hai phía nối đất

34

I.10.Rơ le khí Buchholz (96B)

35

I.11.Bảo vệ quá nhiệt độ cuộn dây máy biến áp (26W)

36

I.12.Rơ le nhiệt độ dầu (26Q)

38

I.13.Bảo vệ Gas

39

I.14.Bảo vệ chống chạm đất giới hạn

41

I.15.Các nguyên lý khác để phát hiện sự cố và chế độ
làm việc khơng bình thường

43

-5-


I.15.1.Biến điện áp

43

I.15.2.Biến dịng điện

43

I.15.3.Các bộ lọc sóng hài

44

II.Giới thiệu một số rơ le thông dụng trong bảo vệ
máy biến áp sử dụng trên hệ thống điện

44

II.1.Rơle số sử dụng trong bảo vệ so lệch máy biến áp trên
hệ thống điện nước ta

44

II.2. Rơle số sử dụng trong bảo vệ q dịng/q dịng chạm đất

45

II.3.Giới thiệu rơle RET521

45

II.3.1.Thơng số kỹ thuật

45

II.3.2.Các chức năng chính

47

Kết luận chương III

54

55

CHƯƠNG IV. MƠ PHỎNG

I.Giới thiệu chung về MATLAB và SIMULINK

55

II.Giới thiệu về thư viện SIM POWER SYSTEM
II.1.Vai trò của Sim power system trong việc thiết kế mơ phỏng

57

II.2.Thư viện Sim power system

58

III.Mơ hình mơ phỏng và các thơng số của mạch điện

59

III.1.Mơ hình mạch điện

59

III.1.1. Giới thiệu các thiết bị trong mơ hình mơ phỏng
III.2.Mơ phỏng các sự cố bên ngồi máy biến áp

76

III.2.1. Phía cao áp

76

III.2.2.Phía trung áp với trung tính cách đất

84

III.2.3.Phía hạ áp

94

Kết luận chương IV

100

Kết luận

102

Tài liệu tham khảo

10
-6-


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
BI

Máy biến dòng điện

BIG

Máy biến dòng trung gian

BVCN

Bảo vệ cắt nhanh

BVIo

Bảo vệ dòng điện thứ tự khơng

BU

Máy biến điện áp

BVQI

Bảo vệ q dịng

HTĐ

Hệ thống điện

MBA

Máy biến áp

NM

Ngăn mạch

-7-


DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Một số đặc tính của các vật liệu vơ định hình

12

Bảng 2.1. Các loại bảo vệ thường dùng cho máy biến áp

20

Bảng 4.1. Tổng kết các sự cố và các phương án bảo vệ máy biến áp
102

-8-


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Cấu tạo máy biến áp

3

Hình 1.2. Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản.

3

Hình 1.3. Kết cấu chính máy biến áp

5

Hình 1.4. Lõi sắt kiểu bọc

6

Hình 1. 5. Các sơ đồ khác nhau để điều chỉnh điện áp cuộn cao áp.
8
Hình 1.6: Khả năng chống cháy cuộn dây đúc epoxy

9

Hình 1.7: Máy biến áp khơ đúc bằng nhựa epoxy

10

Hình 2.1. Ngắn mạch giữa các vịng dây trong cùng một pha

18

Hình 2.2. Ngắn mạch một pha chạm đất

18

Hình 2.3. Ngắn mạch nhiều pha trong cuộn dây máy biến áp

19

Hình 2.4. Sơ đồ ngun lý mba hồn tồn tin cậy TIS

21

Hình 2.5. Đường cong tác động của các cầu chì

23

Hình 3.1. Bảo vệ quá tải

25

Hình 3.2. Bảo vệ QI

27

Hình 3.3. Bảo vệ QI có bộ phận khởi động kém điện áp

28

Hình 3.4. Bảo vệ cắt nhanh

29

Hình 3.5.Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong
BVSL mba 2 và 3 cuộn dây bằng BI trung gian

30

Hình 3.6 .Sơ đồ ngun lý BVSL có hãm cho mba 3 cuộn dây HM

31

Hình 3.7. BV QI kết hợp với BV I2

32

Hình 3.8. BV I0 mba nối đất 1 phía

33

Hình 3.9. BV dịng ngắn mạch với đất ở mba 2 dây quấn nối đất

34

Hình 3.10. Nguyên lý cấu tạo (a) và vị trí bố trí trên máy biến áp (b)
của rơle khí

36

Hình 3.11. Thiết bị chỉ thị nhiệt độ cuộn dây

37

Hình 3.12. Cách lắp rơle nhiệt độ trong máy biến áp

38

Hình 3.13. Bảo vệ gas máy biến áp

40

-9-


Hình 3.14. Sơ đồ BV chống CĐ có giới hạn cho máy biến áp

42

Hình 4.1: Biểu tượng chương trình chính của MATLAB

56

Hình 4.2 : Cửa sổ thư viện Simulink

57

Hình 4.3: Cửa sổ thư viện SimPowerSystem

60

Hình 4.4. Chế độ làm việc xác lập phía cao áp

78

Hình 4.5 . Dịng điện và điện áp ngắn mạch ba pha phía cao áp

79

Hình 4.6. Dịng ngắn mạch ba pha phía cao áp

80

Hình 4.7. Dịng điện và điện áp ngắn mạch hai pha phía cao áp

81

Hình 4.8. Dịng điện ngắn mạch hai pha phía cao áp

82

Hình 4.9. Dịng điện và điện áp ngắn mạch hai pha chạm đất phía cao áp

83

Hình 4.10. Dịng ngắn mạch hai pha và chạm đất phía cao áp

83

Hình 4.11. Dịng điện và điện áp ngắn mạch một pha phía cao áp

84

Hình 4.12. Dịng ngắn mạch một pha phía cao áp

85

Hình 4.13. Dòng điện và điện áp ở chế độ xác lập trung áp

87

Hình 4.14. Ngắn mạch ba pha phía trung áp

88

Hình 4.15. Dịng ngắn mạch ba pha phía trung áp (TA)

88

Hình 4.16. Ảnh hưởng của ngắn mạch ba pha phía TA đến dịng điện
và điện áp phía HA

89

Hình 4.17. Ngắn mạch hai pha phía thứ cấp 1 máy biến áp

90

Hình 4.18. Dịng ngắn mạch hai pha phía thứ cấp 1

90

Hình 4.19. Ảnh hưởng của ngắn mạch hai pha phía TA đến dịng điện và
điện áp phía hạ áp (HA)

91

Hình 4.20. Ngắn mạch hai pha chạm đất phía thứ cấp 1

92

Hình 4.21. Dịng ngắn mạch hai pha chạm đất phía thứ cấp 1

92

Hình 4.22. Ngắn mạch một pha phía thứ cấp 1

93

Hình 4.23. Dịng ngắn mạch một pha phía thứ cấp 1

94

Hình 4.24. Ảnh hưởng của ngắn mạch một pha phía TA đến dịng điện
và điện áp phía HA

94

Hình 4.25. Dịng điện và điện áp định mức phía thứ cấp 2

96

Hình 4.26: Ngắn mạch ba pha hạ áp

97

- 10 -


Hình 4.27. Dịng ngắn mạch ba phía thứ cấp 2

98

Hình 4.28. Ngắn mạch hai pha phía thứ cấp 2

98

Hình 4.29. Dịng ngắn mạch hai pha phía thứ cấp 2

99

Hình 4.30. Ngắn mạch hai pha chạm đất phía hạ áp

99

Hình 4.31. Dịng ngắn mạch hai pha chạm đất

100

Hình 4.32. Ngắn mạch chạm đất một pha thứ cấp 2

100

Hình 4.33. Dịng ngắn mạch một pha chạm đất

101

LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang trong thời kỳ cơng nghiệp hố, hiện đại hố và điện
năng đóng vai trị quan trọng trong q trình đó. Nhu cầu tiêu dùng điện của
khách hàng ngày càng lớn đồng thời yêu cầu về chất lượng điện năng bao

gồm về tần số và điện áp càng cao. Máy biến áp là một trong những phần tử
quan trọng trong hệ thống điện, vì vậy để hệ thống điện hoạt động ổn định
thì các phần tử trong hệ thống phải được bảo vệ an toàn. Để máy biến áp
vận hành an toàn giảm thiểu thời gian mất điện do sửa chữa thì ngồi hệ
thống bảo vệ đo lường tín hiệu thì các vật liệu chế tạo máy biến áp cũng đòi
hỏi rất cao để đảm bảo máy biến áp có chất lượng tốt có khả năng chịu được
các sự cố trên lưới.
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ thông tin, điện tử
công suất, được ứng dụng vào trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống thì

- 11 -


các thiết bị bảo vệ máy biến áp cũng không nằm ngoài sự phát triển này.
Muốn máy biến áp làm việc an tồn ta cần phải tính tốn đầy đủ các hư hỏng
bên trong máy biến áp và các yếu tố bên ngồi ảnh hưởng đến sự làm việc
bình thường của máy biến áp để từ đó đưa ra các phương án bảo vệ tốt nhất
loại trừ các hư hỏng và ngăn ngừa được yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự
làm việc của máy biến áp.
Với nhận thức trên, tôi đã chọn đề tài: Các phương pháp bảo vệ các
máy biến áp làm luận văn tốt nghiệp của mình.
Nội dung chính của bản luận văn gồm 4 chương:
-

Chương I: Tổng quan về máy biến áp

-

Chương II: Các dạng sự cố thường gặp trong máy biến áp

-

Chương III: Các phương pháp bảo vệ máy biến áp

-

Chương 4: Mô phỏng sự cố trong máy biến áp bằng phần mềm Matlab

Cuối cùng là những kết luận và đề xuất
Trong quá trình học tập và làm luận văn tốt nghiệp, tôi luôn nhận
được sự dạy bảo và giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn
Thiết bị điện-điện tử và nhà trường. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn
TS.Phạm Văn Chới đã hướng dẫn tơi rất nhiệt tình trong suốt q trình
thực hiện luận văn.
Mặc dù có nhiều cố gắng tìm tịi, nghiên cứu, song do kiến thức hạn
chế, chắc chắn luận văn tơt nghiệp của tơi cịn nhiều thiếu sót, tơi rất
mong được sự chỉ bảo của các thầy cơ giáo và sự góp ý của các bạn.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà nôi, ngày 24 tháng 9 năm 2011
Học viên

Nguyễn Thanh Hương

- 12 -


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP
I.Định nghĩa và vai trò của máy biến áp
I.1.Định nghĩa.
Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm

ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thống điện có điện áp U 1 (và dịng điện I 1
tần số f 1 ) thành hệ thống điện có điện áp U 2 (và dòng điện I 2 , tần số f 2 =f 1 ).
Máy biến áp được dùng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện
năng, ngoài ra máy biến áp cũng được dùng cho một số yêu cầu khác như
nối với mạch chỉnh lưu, làm nguồn cấp điện cho lị điện, máy hàn, máy thử
nghiệm...
I1

~

U
1

Dây
quấn
W1

I
2

Mạch
từ

U
2

Z
t

Dây

quấn
W2

Hình 1.1. Cấu tạo máy biến áp
I.2. Vai trò của máy biến áp trong hệ thống điện
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường
dây tải điện và các thiết bị điện khác (thiết bị điều khiển, giám sát, thiết bị
bảo vệ...) được nối liền với nhau thành hệ thống, làm nhiệm vụ sản suất,
truyền tải và phân phối điện năng.

Hình 1.2. Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản.

- 13 -


Để có thể tăng điện áp ở đầu đường dây và hạ điện áp tại nơi tiêu thụ
ta phải sử dụng máy biến áp. Máy biến áp điện lực là một thiết bị từ tĩnh có
chức năng biến đổi dịng điện xoay chiều này thành dòng điện xoay chiều
khác với cùng tần số để truyền tải, phân phối điện năng và tạo nguồn cho
các phụ tải đặc biệt. Máy biến áp là một bộ phận rất quan trọng trong hệ
thống điện. Các nhà máy điện thường ở cách xa các hộ tiêu thụ điện, mặt
khác các tổn hao trên đường dây và tiết diện dây dẫn tỉ lệ nghịch với điện áp
nên việc truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ trong hệ thống
điện hiện nay cần phải có tối thiểu 4÷5 lần tăng giảm điện áp. Do đó tổng
cơng suất của máy biến áp gấp đến 4÷5 lần tổng cơng suất của máy phát
điện. Người ta đã tính được rằng nó có thể gấp 6÷8 lần hay hơn nữa. Những
máy biến áp dùng trong các hệ thống điện lực gọi là máy biến áp điện lực
hay máy biến áp cơng suất. Ngồi máy biến áp điện lực cịn có nhiều loại
máy biến áp dùng trong các ngành chuyên môn như: máy biến áp dùng cho
các lò điện luyện kim, máy biến áp hàn, máy biến áp dùng cho các thiết bị

chỉnh lưu, máy biến áp dùng cho đo lường, thí nghiệm...
Ở nước ta đã sản xuất được một khối lượng lớn máy biến áp với nhiều
chủng loại khác nhau phục vụ cho nhiều ngành sản xuất. Như vậy máy biến
áp có một vai trị rất quan trọng trong hệ thống điện, việc bảo vệ và nhận
biết các sự cố của máy biến áp là một u cầu bức thiết. Chính vì thế mà ta
liên tục nghiên cứu để đưa ra các phương pháp bảo vệ máy biến áp hợp lý
nhất.
II.Cấu tạo máy biến áp điện lực
Máy biến áp gồm 2 bộ phận chính:
-Lõi thép
-Dây quấn
Ngồi hai bộ phận chính này máy biến áp cịn các bộ phận kết cấu như sứ
cách điện, vỏ máy, hệ thống làm lạnh vỏ máy...
II.1. Lõi thép
Dùng làm mạch để dẫn từ đồng thời làm khung để quấn dây vì vậy yêu
cầu có từ trở nhỏ, suất tổn hao nhỏ và chắc chắn. Lõi thép được ghép từ các

- 14 -


lá thép kỹ thuật điện (tơn silíc) để giảm tổn hao dịng fucơ. Hơn nữa lõi thép
có thể chịu được những lực cơ học lớn khi dây quấn bị ngắn mạch. Vì vậy
yêu cầu thứ hai của lõi sắt là phải bền và ổn định về cơ khí. Lõi sắt máy
biến áp gồm hai phần: phần trụ và phần gông. Trụ là phần lõi thép có dây
quấn, gơng là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ khép kín.
Các máy biến áp điện lực thường dây quấn được quấn thành hình trụ nên tiết
diện ngang của trụ sắt có dạng bậc thang đối xứng nội tiếp. Đường kính d
của đường trịn được gọi là đường kính trụ sắt, đó là một tham số quan trọng
về kích thước, kết cấu của máy biến áp.
2

1

Hình 1.3. Kết cấu chính máy biến áp
1- Lõi thép; 2- Dây quấn
Các máy biến áp dung lượng lớn để đảm bảo làm mát các phần bên
trong thì trong lõi phải có rãnh thơng dầu. Số bậc thang trong trụ càng nhiều
thì tiết diện trụ càng hình trịn. Nhưng số tập lá tơn càng tăng làm cho q
trình cơng nghệ chế tạo, lắp rắp lõi sắt càng trở nên phức tạp. Hiện nay, trụ
và gông thường được ghép chéo với nhau bằng phương pháp ghép xen kẽ.
Sau khi ghép, lõi thép được ghép chặt bằng xà ép và bulông để tạo thành
một bộ đảm bảo chắc chắn. Vì lý do an tồn, tồn bộ lõi thép được nối với
vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất.
Có hai kiểu lõi sắt:

- 15 -


-Lõi sắt kiểu trụ: dây quấn ôm lấy trụ, gông từ khơng bao lấy mặt ngồi dây
quấn.
( Hình 1.3)
-Lõi sắt kiểu bọc: lõi thép bọc lấy dây quấn gông bao lấy phần trên dưới và
cả mặt bên của dây quấn.

2

1

3

Hình 1.4. Lõi sắt kiểu bọc
1-Trụ; 2-Gông; 3-Dây quấn
II.2.Dây quấn
Dây quấn là bộ phận dùng để thu nhận năng lượng vào và truyền tải
năng lượng đi. Trong máy biến áp hai dây quấn có cuộn sơ cấp và cuộn thứ
cấp. Thường dây quấn sơ cấp là cuộn cao áp và dây quấn thứ cấp là cuộn hạ
áp. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng cũng có thể dùng dây quấn
bằng nhôm nhưng không phổ biến. Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ
áp ta chia ra hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen
kẽ. Các máy biến áp điện lực hiện nay chủ yếu dùng dây quấn đồng tâm với
lõi sắt kiểu trụ. Dây quấn hạ áp thường quấn phía trong gần trụ thép cịn dây
quấn cao áp quấn phía ngồi bọc lấy dây quấn hạ áp. Với cách quấn này có
thể giảm bớt điều kiện cách điện của dây quấn cao áp như kích thước rãnh
dầu, vật liệu cách điện dây quấn (trong dây quấn đồng tâm lại có nhiều kiểu
khác nhau, dây quấn hình trụ, dây quấn hình xoắn kép, dây quấn xoắn ốc
liên tục). Dây quấn xen kẽ là các bánh dây quấn cao áp và hạ áp lần lượt xen
kẽ nhau dọc theo trụ thép.
-Điều chỉnh điện áp ở máy biến áp điện lực.

- 16 -


-Điều chỉnh dưới tải: phía cao áp máy biến áp truyền tải, dịng điện
khơng bị ngắt qng.
-Điều chỉnh khơng dịng: tức là điều chỉnh không điện đối với máy
biến áp phân phối 35, 22/0,4 kV.
- Tải của máy biến áp thay đổi: khi tải thay đổi thì điện áp ra của máy
biến áp cũng thay đổi theo. Để duy trì điện áp ra ổn định phải thiết kế các
đầu dây điều chỉnh điện áp để thay đổi số vòng dây cho thích hợp. Các đầu
dây điều chỉnh (đầu phân áp) thương được bố trí trên cuộn cao áp vì dịng

điện cao áp nhỏ nên có thể làm bộ đổi nối nhỏ gọn đơn giản. Mặt khác cuộn
cao áp có nhiều vịng dây nên có thể tinh chỉnh, ở các máy biến áp giảm áp
muốn tăng hay giảm điện áp các cuộn hạ áp thì ta phải giảm hay tăng số
vịng dây của cuộn cao áp. Việc điều chỉnh điện áp như vậy được tiến hành
bằng tay khi máy biến áp đã được cắt ra khỏi lưới điện, ta gọi đó là điều
chỉnh khơng dịng. Muốn điều chỉnh tự động mà khơng phải cắt máy biến áp
ra khỏi lưới thì phải có thiết bị điều chỉnh điện áp tự động dưới tải, điều
chỉnh này chỉ sử dụng đối với các máy biến áp truyền tải công suất lớn.
Tất cả các máy biến áp dầu công suất phân phối khoảng 27kV khi điều
chỉnh khơng điện áp thì ở cuộn cao áp có 5 cấp điều chỉnh là 0, ±2.5%, ±5%
điện áp định mức. Việc chuyển đổi các đầu điều chỉnh được thực hiện bởi bộ
đổi nối riêng biệt đặt trong máy biến áp có tay quay điều khiển.
*Đoạn dây điều chỉnh ở cuối dây quấn (hình 1.5a)
Kiểu này hay dùng trong các máy biến áp công suất tới 160kVA. Đối
với máy biến áp có cơng suất từ 250 kVA trở lên để tránh lực cơ học tác
dụng lên các vòng dây khi ngắn mạch thường đoạn dây điều chỉnh nằm ở lớp
ngoài cùng, mỗi nấc điều chỉnh được bố trí thành 2 nhóm trên dưới dây quấn
nối tiếp nhau như hình 1.5b.
*Đoạn dây điều chỉnh nằm ở giữa dây quấn nối ngược. Kiểu này
thường dùng cho các máy biến áp có cơng suất không quá 1000kVA và điện
áp đến 35,8 kV, với dây quấn hình ống nhiều lớp phân đoạn hay dây quấn
xoắn đảm bảo từ thông cùng chiều trong lõi sắt, hai nửa cuộn dây phải quấn
ngược chiều. Kiểu này lực chiều trục nhỏ, nhưng điện áp giữa hai đầu A, X

- 17 -


rất lớn nên phải tăng cường cách điện ở đó, chiều cao dây quấn sẽ tăng lên.
Vì vậy khơng dùng với điện áp quá cao như hình 1.5c.
*Đoạn dây điều chỉnh ở giữa dây quấn nối thuận. Kiểu này dùng cho

các loại dây quấn hình ống nhiều lớp phân đoạn hay loại dây quấn xoắn ốc
liên tục. Với điện áp cao hơn từ 3÷22kV và khắc phục được những nhược
điểm như kiểu thứ hai trên hình 1.5d.

Hình 1. 5. Các sơ đồ khác nhau để điều chỉnh điện áp cuộn cao áp.
III. Phân loại máy biến áp, xu hướng chế tạo máy biến áp.
Máy biến áp gồm có máy biến áp dầu, máy biến áp khô
III.1.Máy biến áp dầu:
*Ưu điểm:
-Công nghệ chế tạo đơn giản
-Do dầu có điện áp cách điện cao, làm mát tốt nên ta có thể chế tạo
máy biến áp có điện áp đến hàng trm kV, công suất đến hàng trăm ngàn
kVA.
-Giá thành rẻ hơn rất nhiều so với máy biến áp khô cùng loại.
-Khả năng quá tải lớn do điều kiện làm mát tốt.
*Nhược điểm:
-Không thích hợp những nơi có u cầu cao về phịng chống cháy nổ,
các cơng trình gần biển, các khu đơng người, các nhà máy hóa chất, hầm lị.
-Gây ơ nhiễm môi trường khi máy biến áp làm việc cũng như khi bị sự
cố.

- 18 -


-Nguyên nhân là máy sử dụng dầu lỏng làm mát và cách điện. Do đó,
khi làm việc hay sự cố các khí độc như NO 2 , SO 2 ... được sinh ra thải ra môi
trường xung quanh gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
-Không thuận tiện cho lắp đặt gần tải tiêu thụ do có thể xảy ra hỏa
hoạn cháy nổ.
-Thường xuyên phải bảo dưỡng

-Không gian lắp đặt rộng hơn so với máy biến áp khơ có cùng cơng
suất.
Do đó phạm vi ứng dụng của máy biến áp dầu là trong hệ thống truyền tải ở
những nơi có ít người qua lại, nơi có u cầu phịng chống cháy nổ khơng
cao.
III.2.Máy biến áp khơ
Ngày nay máy biến áp khô mà cuộn dây đúc bằng nhựa Epoxy được sử
dụng rất nhiều trong hệ thống phân phối từng bước sẽ thay thế dần các máy
biến thế dầu do có những ưu điểm hơn như sau:
-Khơng gây ơ nhiễm mơi trường và bảo vệ sức khỏe con người.

Hình 1.6: Khả năng chống cháy cuộn dây đúc epoxy
đốt cuộn
phút;
b: ngừng
cháyhaitốt.
Đây
là khả năng ưu việt
- Có khả năng chốnga: cháy
và dây
dậptrong
đốt; c ngừng đốt sau 15 giây.

nhất của máy biến áp khô so với máy biến áp dầu.
- Chịu được mơi trường có độ ẩm lớn và nước biển do lớp epoxy bao
bọc bên ngồi cuộn dây có khả năng chống thấm tốt.
- Có khả năng chịu được dịng ngắn mạch lớn cuộn dây hạ áp và cao
áp được quấn bằng dây dẫn có hình dạng đặc biệt và được tẩm đúc bằng
nhựa epoxy tạo thành một khối vững chắc nên có khả năng chịu được dịng
ngắn mạch lớn.

- 19 -


- Kích thước nhỏ gọn so với máy biến áp dầu.
- Có thể lắp đặt gần tải tiêu thụ, tiết kiệm được diện tích lắp đặt
-

Có khả năng chịu q tải thêm đến 40% nếu có thêm quạt thổi

cưỡng bức.
- Có khả năng chịu được xung điện áp lớn, do cuộn dây đức bằng
epoxy nên khe hở giữa hai vòng dây liên tiếp tạo thành chất điện môi cách
điện và hai vịng dây đó đóng vai trị như hai bản cực của một tụ điện. Lúc
này cuộn dây sẽ gồm nhiều màng chắn tĩnh điện, kết quả là máy biến áp có
thể kháng được điện áp xung sét lớn.
Với những ưu điểm trên máy biến áp khô đang được nghiên cứu nhằm
nâng cao chất lượng máy biến áp và giảm giá thành chế tạo thì yêu cầu máy
biến áp vận hành an toàn (chống được các sự cố khách quan cũng như chủ
quan) là một yêu cầu quan trọng trong cung cấp điện. Do đó, hệ thống bảo
vệ máy biến áp đóng vai trị quan trọng trong hệ thống điện. Để máy biến áp
vận hành an tồn thì hệ thống bảo vệ phải tin cậy, nhanh chóng tránh tác
động nhầm.

Cuộn dây đúc
epoxy

IV.Sử dụng công nghệ mới trong chế tạo máy biến áp
Máy biến áp có vai trị quan trọng trong hệ thống điện, dùng để truyền
tải và phân phối điện năng. Khi sử dung, có tổn hao trong máy biến áp vì

vậy giảm tổn hao trong
máy
áp sẽ
tiết đúc
kiệm
Hình
1.7: biến
Máy biến
áp khơ
bằngđược
nhựa nhiều
epoxy điện năng và có
ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm điện năng. Việc tìm kiếm một loại vật liệu
mới là nhằm mục đích cải thiện các đặc tính của máy biến áp như giảm tồn
hao năng lượng, kích thước, trọng lượng và tăng độ tin cậy của nó. Vật liệu
dùng trong máy biến áp thường có ba loại:

- 20 -


*Vật liệu tác dụng dùng để dẫn điện như dây quấn, dẫn từ như lõi
thép.
*Vật liệu cách điện để cách điện các cuộn dây hay các bộ phận khác
như sứ, dầu máy biến áp...
*Vật liệu kết cấu dùng để giữ, bảo vệ máy biến áp như bulong, cỏ
máy.
Vật liệu quan trọng trước tiên trong ngành chế tạo máy biến áp là tôn
silic (thép lá kỹ thuật điện). Trong nhiều năm lõi thép máy biến áp dùng chủ
yếu là tôn cán nóng dày 0.5mm và 0.35mm nhưng loại tơn này có suất tổ
hao cao. Khoảng những năm gần đây người ta đã dùng tơn cán lạnh là loại

tơn có vị trí sắp xếp các tinh thể gần như không đổi và có tính dẫn từ định
hướng. Do đó suất tổn hao giảm nhỏ đến 2÷2,5 lần so với tơn cán nóng.
Vật liệu tác dụng thứ hai của máy biến áp là kim loại làm dây quấn.
Trong nhiều năm đồng vẫn là kim loại duy nhất dùng để chế tạo dây quấn
bởi vì đồng có điện trở suất nhỏ, dẫn điện tốt, dễ gia công, đảm bảo độ bền
cơ và điện. Ngày nay người ta đã sử dụng nhôm thay cho đồng làm dây
quấn. Nhơm có ưu điểm là nhẹ, giá thành rẻ nhưng có nhược điểm là điện
trở suất cao, độ bền cơ kém.
Về vật liệu cách điện thì phần lớn trong máy biến áp dầu đều dùng dây
quấn có cách điện bằng giấy cáp thuộc cách điện cấp A có nhiệt độ giới hạn
cho phép là +105 0 C với chiều dày cách điện cả hai phía là 0.45÷0.5mm. Một
loại cách điện khác hay dung bọc dây dẫn là men cách điện (emay). Việc
thay cách điện bọc từ giấy cáp sang tráng men không những làm cho lớp
cách điện mỏng hơn, độ bền cơ điện tốt hơn mà cịn có tác dụng làm giảm
trọng lượng dây quấn lõi sắt. Đối với máy biến áp khơ hay dùng những dây
dẫn có bọc cách điện cấp cao hơn như cách điện bằng sợi thủy tinh hay dây
nhôm (tổng hợp từ sợi amiăng có tẩm sơn). Với loại dây dẫn có cấp cách
điện cao hơn, có nhiệt độ cho phép cao hơn nên có thể chọn mật độ dịng
điện dây dẫn cao hơn vì thế kích thước cuộn dây nhỏ đi.
Xu thế hiện nay người ta ưu tiên lựa chọn các máy biến áp có hiệu
suất cao. Các nhà sản xuất tìm kiếm vật liệu mới, đồng thời hoàn thiện thiết

- 21 -


kế để có khả năng chế tạo máy biến áp có tổn hao thấp. Các nhà nghiên cứu
đã tập trung vào hợp kim vơ định hình có tính năng tương tự thép kỹ thuật
điện: từ cảm bão hòa cao, từ hóa hiệu quả và sử dụng vật liệu chi phí thấp.
Bảng 1.1 tóm tắt một số đặc tính của các vt liu vụ nh hỡnh.

Bảng 1.1: Một số đặc tính của các vật liệu vô định hình:
Tên vật liệu

Tôn Silíc

Bề dày

Từ cảm

Nhiệt độ

Cờng độ

Tổn hao

bÃo hoà

Curie

khử từ

thép, 50 Hz lớp

(Tesla)

( o K)

(A/m)

1,4T

thép

(W/kg)

(mm)

2,01

1019

24

0,7

0,3

587

5

-

0,03

647

3

0,3

0,03

<600

4

0,4

0,03

665

2

0,2

0,02

KTĐ dị
hớng 3,2%
Si
Vô định hình 1,4
Fe80P13C7
Vô định hình 1,6
Fe80B20
Vô định hình 1,75
Fe86B8C6
Vô định hình 1,59
Fe80B11Si9

T nhng nm 1982 ca thế kỷ XX các hãng chế tạo hàng đầu của Mỹ
là General Electric và Westinhouse Electric đã cho lắp thử và vận hành
thành công những máy biến áp phân phối dùng lõi thép vơ định hình đầu
tiên trên lưới phân phối. Lõi thép này được chế tạo bằng hợp kim Fe-B-Si,
vật liệu này có khả năng từ hóa tốt và có tổn hao nhỏ hơn nhiều lần so với
tơn kỹ thuật điện thông thường.
Việc sử dụng lõi thép vô định hình thay thế lõi thép kỹ thuật điện
thơng thường ước tính giảm tổ hao trong lõi thép khoảng 75 đến 85%.

- 22 -


Do đó, từ những năm 1988 tại trường ĐH Bách Khoa Hà Nội đã bắt
đầu nghiên cứu công nghệ nguội nhanh để chế tạo vật liệu từ mềm vơ định
hình dạng

băng mỏng và đã ứng dụng trên 3000 lõi biến thế công suất nhỏ

đã được chế tạo và cung cấp cho nhiều nhà máy (Z119, A31...).
V.Những nguyên nhân cơ bản gây cháy, nổ máy biến áp
Như chúng ta đã biết, trong hệ thống điện, máy biến áp là một trong
những phần tử quan trọng nhất liên kết hệ thống sản xuất, truyền tải và phân
phối. Vì vậy, việc nghiên cứu các tình trạng làm việc khơng bình thường, sự
cố... xảy ra với máy biến áp là rất cần thiết. Trong vận hành máy biến áp
thường bị cháy là do các nguyên nhân sau:
V.1.Nhiệt độ máy biến áp tăng cao quá mức cho phép do những hư hỏng
trầm trọng xảy ra trong mạch từ.
-Cách điện giữa các lá thép bị hỏng do bị già cỗi vì thời gian làm việc lâu
vượt quá tuổi thọ của chúng hoặc do những hư hỏng cục bộ.
-Cháy trong các lá thép do hỏng cách điện của chốt thép tạo ra ngắn mạch

hoặc hư hỏng cục bộ cách điện giữa các lá thép gây ngắn mạch giữa chúng.
-Ngắn mạch cục bộ các lá thép do có kim loại nào đó gây ngắn mạch.
-Do lực ép mạch từ yếu, chi tiết bắt chặt bị lỏng ra, các lá thép ngoài cũng
bị tụt ở trụ quấn dây hoặc gông từ, hoặc do điện áp sơ cấp cao quá giá trị
định mức từ đố dẫn đến máy bị rung và kêu tới mức không cho phép.
V.2.Do cuộn dây trong máy bị chập nhau.
Hiện tượng chập cuộn dây là do cách điện của cuộn dây bị già hóa hay
quá tải bị kéo dài, chế độ làm mát không đảm bảo, do hư hỏng cơ giới của
cách điện vòng dây khi sự cố. Cuộn dây cao hơn mặt dầu vì mức dầu thấp
quá mức.
Cuộn dây bị đánh thủng ra vỏ là do cách điện có vết nứt hoặc bị sứt
mẻ. Ngắn mạch giữa các vòng dây của cuộn dây, nguyên nhân chủ yếu là
cách điện bị phá hủy, dầu biến áp bị ẩm, dòng điện ngắn mạch chạy qua dầu
qua vỏ, gây ngắn mạch xuống đất hay ngắn mạch giữa các pha. Hiện tượng
các vòng dây bị chập chiếm 70% trong tổng số hư hỏng máy biến áp. Chất
cách điện của cuộn dây trong máy bị hỏng nhanh khi máy biến áp làm việc

- 23 -


liên tục ở nhiệt độ 105 0 C. Ngắn mạch giữa các cuộn dây xuất hiện lực điện
động của dòng điện ngắn mạch gây biến dạng cuộn dây và dịch chuyển theo
hướng dọc trục. Thường hiện tượng này xảy ra cùng hiện tượng chạm vỏ của
các cuộn dây.
V.3.Ngắn mạch giữa các pha
Nguyên nhân chủ yếu là cách điện giữa các pha bị hỏng. Dạng này ít
xảy ra. Khi xảy ra thường kèm theo hiện tượng hút dầu qua ống phòng nổ vì
vậy đây là sự cố lớn, dầu bị sơi mạnh, áp suất trong máy rất lớn.
V.4.Đứt mạch giữa các pha của cuộn dây
Nguyên nhân chủ yếu là do các đầu nối bị phá hủy bởi lực cơ học, lực

điện động gây ra bởi dịng ngắn mạch, tiếp xúc khơng chặt. Khi đứt mạch
xuất hiện hồ quang làm phân tích dầu, từ đó có thể gây ngắn mạch các pha
và phóng điện ra vỏ.
V.5.Hư hỏng các sứ đầu vào máy biến áp
Do cách điện của sứ đầu vào của máy biến áp hỏng gây chạm vỏ hay
phóng điện giữa các pha. Sứ đầu vào bị nứt hay cạn dầu, mặt trong của sứ bị
bẩn. Sự phóng điện giữa các sứ đầu vào xuống vỏ và tạo thành hồ quang dẫn
điện dẫn đến chảy dầu, gây cháy nổ. Hiện tượng này do ngoài sứ bị lớp bụi
bẩn, ẩm dẫn điện, ống cách điện bakelít bẩn, nứt, dầu cách điện bị phân tích
thành oxit cacsbon và axít.
V.6.Do tác động của thiên nhiên
Khi mưa giơng máy biến áp có thể bị sét đánh thẳng nếu hệ thống thu
lôi chống sét không đảm bảo độ tin cậy. Khi có sét đánh trên đường dây tải
điện, điện áp của sét theo đường dây chạy vào trong máy gây quá điện áp
trong máy biến áp, nếu các thiết bị chống sét không tác động kịp thời sẽ gây
cháy máy.
Kết luận chương I.
Chương I giúp chúng ta hiểu rõ về tầm quan trọng của máy biến áp
trong hệ thống điện, cấu tạo của máy biến áp, phương pháp điều chỉnh điện
áp, xu hướng phát triển của máy biến áp cũng như các công nghệ mới trong
công nghệ chế tạo máy biến áp đồng thời chúng ta xem xét các sự cố thường

- 24 -


xảy ra trong máy biến áp khi vận hành. Trên cơ sở đó, đưa ra các phương
pháp bảo vệ máy biến áp để máy biến áp làm việc trong hệ thống điện được
an toàn và hiệu quả.

- 25 -