Giáo trình Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp: Phần 2

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

<b>Chæång 4 </b>

<b>MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC </b>

<b>4.1. Mở đầu </b>

<b>4.1.1 Khái niệm </b>

Máy biến áp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng
điện từ thực hiện nhiệm vụ biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác
cho phù hợp với yêu cầu truyền tải và sử dụng điện.

Điện năng được truyền tải từ nhà máy điện (NMĐ) đến hộ tiêu thụ thường qua nhiều
lần biến đổi điện áp bằng các máy biến áp tăng và giảm áp. Do đó tổng công suất đặt của
máy biến trong hệ thống điện thường gấp (4 - 6) lần tổng công suất các máy phát có
trong hệ thống. Mặc dù hiệu suất MBA tương đối cao (≈ 98%) nhưng tổn thất điện năng
hàng năm trong máy biến áp vẫn rất lớn. Vì vậy người ta mong muốn giảm số bậc máy
biến áp, giảm công suất đặt máy biến áp và sử dụng chúng đạt hiệu quả cao hơn. Điều
này có thể thực hiện được bằng cách thiết kế hệ thống điện hợp lý, sử dụng máy biến áp
tự ngẫu trong những mạng điện thích hợp và tận dụng khả năng tải của máy biến áp,
không ngừng cải tiến cấu tạo máy biến áp góp phần nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm
nguyên vật liệu.

Xu thế hiện nay người ta chế tạo MBA với cấp điện áp cao và thay đổi cấu trúc để
tăng công suất đơn vị, với việc sử dụng thép cán nguội có cách điện tốt và hệ thống làm
mát tốt người ta có thể chế tạo những loại MBA có cơng suất đơn vị lớn. Tuy nhiên cơng
suất đơn vị cịn bị hạn chế bởi kích thước, trọng lượng và điều kiện chuyên chở, ngày
nay người ta đã chế tạo được MBA các cỡ sau :

MBA ba pha : Điện áp (220 - 330) KV Công suất 630 MVA
Điện áp 500 KV Công suất 1.200 MVA

MBA tự ngẫu : Điện áp 500 /110 KV Công suất 1.500 MVA
MBA một pha : Điện áp 500 KV Công suất 1.600 MVA

Trong thực tế người ta cố gắng chọn MBA ba pha vì tổn thất trong MBA ba pha bé
hơn trong MBA một pha có cùng cơng suất từ (12 - 15) %, kích thước, trọng lượng, gía
thành cũng giảm so với MBA một pha. Vì vậy khi khơng chọn được MBA ba pha mới
chọn MBA một pha .

<b>4.1.2 Phân loại máy biến áp </b>

- Phân loại theo số pha: Máy biến áp 1 pha (O), máy biến áp 3 pha (T).
<b>- </b> Phân loại theo số cuộn dây gồm có :

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<b>Chỉång 4 </b>

<b>MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC </b>

<b>4.1. Mở đầu </b>

<b>4.1.1 Khái niệm </b>

Máy biến áp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng
điện từ thực hiện nhiệm vụ biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác
cho phù hợp với yêu cầu truyền tải và sử dụng điện.

Điện năng được truyền tải từ nhà máy điện (NMĐ) đến hộ tiêu thụ thường qua nhiều
lần biến đổi điện áp bằng các máy biến áp tăng và giảm áp. Do đó tổng cơng suất đặt của
máy biến trong hệ thống điện thường gấp (4 - 6) lần tổng cơng suất các máy phát có
trong hệ thống. Mặc dù hiệu suất MBA tương đối cao (≈ 98%) nhưng tổn thất điện năng
hàng năm trong máy biến áp vẫn rất lớn. Vì vậy người ta mong muốn giảm số bậc máy

biến áp, giảm công suất đặt máy biến áp và sử dụng chúng đạt hiệu quả cao hơn. Điều
này có thể thực hiện được bằng cách thiết kế hệ thống điện hợp lý, sử dụng máy biến áp
tự ngẫu trong những mạng điện thích hợp và tận dụng khả năng tải của máy biến áp,
khơng ngừng cải tiến cấu tạo máy biến áp góp phần nâng cao độ tin cậy và tiết kiệm
nguyên vật liệu.

Xu thế hiện nay người ta chế tạo MBA với cấp điện áp cao và thay đổi cấu trúc để
tăng công suất đơn vị, với việc sử dụng thép cán nguội có cách điện tốt và hệ thống làm
mát tốt người ta có thể chế tạo những loại MBA có cơng suất đơn vị lớn. Tuy nhiên cơng
suất đơn vị cịn bị hạn chế bởi kích thước, trọng lượng và điều kiện chuyên chở, ngày
nay người ta đã chế tạo được MBA các cỡ sau :

MBA ba pha : Điện áp (220 - 330) KV Công suất 630 MVA
Điện áp 500 KV Công suất 1.200 MVA
MBA tự ngẫu : Điện áp 500 /110 KV Công suất 1.500 MVA
MBA một pha : Điện áp 500 KV Công suất 1.600 MVA

Trong thực tế người ta cố gắng chọn MBA ba pha vì tổn thất trong MBA ba pha bé
hơn trong MBA một pha có cùng cơng suất từ (12 - 15) %, kích thước, trọng lượng, gía
thành cũng giảm so với MBA một pha. Vì vậy khi khơng chọn được MBA ba pha mới
chọn MBA một pha .

<b>4.1.2 Phân loại máy biến áp </b>

- Phân loại theo số pha: Máy biến áp 1 pha (O), máy biến áp 3 pha (T).
<b>- </b> Phân loại theo số cuộn dây gồm có :

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Ngồi ra cịn có loại MBA có cuộn dây phân chia ở hạ áp, thường sử dụng khi
cần nối bộ một số máy phát vào MBA và nhờ vậy làm giảm được kết cấu thiết bị phân
phối hoặc được dùng trong sơ đồ tự dùng của nhà máy điện và ở các trạm giảm áp nhằm

giảm dòng ngắn mạch phía hạ áp.

<b>- </b> Phân loại theo phương pháp làm mát gồm có :

+ Máy biến áp kiểu khô: Cách điện là điện môi rắn, làm mát bằng khơng khí (C).
+ Máy biến áp kiểu dầu: Cách điện và môi trường làm mát chủ yếu là dầu.

•Làm mát tự nhiên bằng dầu (M)

•Làm mát bằng dầu tuần hồn tự nhiên và có quạt gió (Д).

•Tuần hồn cưỡng bức dầu có quạt gió (ДЦ)

•Tuần hồn cưỡng bức của nước và dầu có quạt gió (Ц)

<b>- </b> Theo phương pháp điều chỉnh điện áp: Máy biến áp thường, máy biến áp diều áp
dưới tải (H).

<b>Ví dụ: </b>Máy biến áp Liên Xô ký hiệu: ATДЦTH 100/220: Máy biến áp tự ngẫu ba
pha, ba cuộn dây điều áp dưới tải, làm mát bằng dầu tuần hồn cưỡng bức có quạt gió,
cơng suất định mức 100 MVA - Điện áp cao 220 KV.

<b>4.2. Các thông số của máy biến áp </b>

Các máy biến áp được tính tốn, chế tạo với một chế độ làm việc lâu dài và liên tục
nào đó gọi là chế độ định mức, đây là chê ú độ làm việc của máy biến áp ứng với các
thông số và điều kiện định mức: điện áp U = Uđm, tần số f = fđm, công suất S = Sđm và
điều kiện mơi trường như khi tính toán thiết kế ( tmt = ttk ).

<b>4.2.1 . Công suất định mức máy biến áp </b>

Công suất định mức là cơng suất tồn phần ( biểu kiến) được nhà máy chế tạo qui
định trong lý lịch MBA. Máy biến áp có thể tải được liên tục cơng suất này (S = Sđm )
khi điện áp là Uđm , tần số là fđm và điêù kiện làm mát là định mức và khi đó tuổi thọ của
MBA sẽ bằng định mức .

- Đối với MBA hai cuộn dây công suất định mức là công suất của mỗi cuộn dây.
- Đối với MBA ba cuộn dây người ta có thể chế tạo các loại sau:

+ 100/100/100 là loại có cơng suất của mỗi cuộn dây đều bằng công suất định
mức.

+ 100 /100 /66,7 là loại có cơng suất của hai cuộn dây bằng công suất định mức và
công suất của cuônü thứ ba bằng 66,7% công suất định mức .

- Đối với MBA tự ngẫu thì cơng suất định mức là công suất của một trong hai đầu
sơ hoặc thứ cấp mà hai đầu này có liên hệ tự ngẫu với nhau, cơng suất này cịn gọi là
công suất xuyên .

<b>4.2.2. Điện áp định mức </b>

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

Tỉ số biến đổi điện áp :
đm
đm
U_T
S
U

K= Gọi là Tỉ số biến áp .

<b>4.2.3. Dòng điện định mức </b>

Dòng điện định mức là dòng điện của các cuộn dây được nhà máy chế tạo qui định,
với các dòng điện ny thì máy biến áp làm việc lâu dài mà khơng bị q tải. Dịng điện
định mức xác định như sau:

âm
i
âm
i
âm
i
3U
S
I =

<b>4.2.4. Điện áp ngắn mạch Un% </b>

Điện áp ngắn mạch là điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp khi ngắn mạch cuộn thứ cấp
thì dịng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng điện định mức.

<b> Ý nghĩa :</b> Điện áp ngắn mạch đặc trưng cho điện áp rơi trên tổng trở cuộn dây
MBA khi dòng chạy trong cuộn dây bằng dòng định mức và dùng để xác định tổng trở
cuộn dây MBA. Khi Uđm , Sđm tăng thì Un cũng tăng.

<b>Ví dụ : </b> Với Uc = 35 KV ; Sđm = 630 KVA thì Un = 6,5 % .
Uc = 35 KV ; Sđm = 80.000 KVA thì Un = 9 % .

Khi Un tăng thì giảm được dịng ngắn mạch nhưng sẽ tăng tổn thất công suất, tổn thất
điện áp trong máy biến áp và giá thành MBA cũng tăng .

- UN% là tỉ lệ phần trăm điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức.
100
.
U
U
%
U
dm
N

N = [%]

UN được xác định bằng thí nghiệm ngắn mạch: ( sơ đồ như hình sau)

Nối tắt cuộn dây thứ cấp, tăng điện áp nguồn đưa vào cuộn dây sơ cấp cho đến khi
chỉ số trên Ampe kế bằng dòng định mức thì giá trị UN chính là chỉ số trên voltmet.

- Khi ngắn mạch UN rất nhỏ nên từ thông trong máy biến áp cũng rất nhỏ nghĩa là
ta xem như dịng khơng tải I0 = 0, trong sơ đồ thay thế ta có thể bỏ nhánh xm-rm.

Ta coï: UN% = .100

U
.Z
I
âm
âm
âm
=

%
100
.
U
U_N
[%]

∼

V

A

UN

UN

xm

rm

Xn= x1+x2'
rn= r1+r2'

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

Ỉ Z = .100
I
%.U
U
âm
âm
N
[Ω ]

<b>Chú ý: </b>Khi thí nghiệm ngắn mạch điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây sơ cấp nhỏ nên
dong điện bằng dòng định mức nhưng khi ngắn mạch sự cố điện áp hệ thống có giá trị
lớn nên dòng ngắn mạch rất lớn.

<b>4.2.5. Dịng điện khơng tải Io% </b>

Dịng điện khơng tải là đại lượng đặt trưng cho tổn hao không tải của MBA, phụ
thuộc tính chất từ, chất lượng cũng như cấu trúc lắp ghép của lỏi thép. Ngày nay người
ta sử dụng thép tốt để chế tạo MBA nên dòng I0 giảm

I0 % biểu thị bằng phần trăm so với dịng điện định mức Iđm
Quan hệ giữa dịng khơng tải và tổn hao không tải:

.100
S
∆Q
.100
S
S
.100
S
.I
.U
3
.100
U
3
/
S
I

.100
I
I
%
I
âm
Fe
âm
0
âm
0
âm
âm
âm
0
âm
0

kt = = = = ≈

Trị số của dịng khơng tải được xác định nhờ thí nghiệm khơng tải: Ta cho hở mạch
cuộn thứ cấp và đưa vào cuộn sơ cấp điện áp bằng điện áp định mức thì giá trị dịng điện
đo được ở mạch sơ cấp chính là giá trị dịng khơng tải.

<b> 4.3.6. Tổ đấu dây của máy biến áp </b>

Trong các máy biến áp ba pha các cuộn dây có thể nối lại với nhau thành hình sao
(Y), tam giác (∆) hay nối ziczag. Khi nối sao ta lấy ba đầu cuối nối chung và ba đầu còn
lạ để tự do ( hình a), nối tam giác thì đầu cuối của pha này nối với đầu đầu của pha kia
(hình b). Khi nối ziczag cuộn dây của mỗi pha được chia làm hai nửa và được quấn trên

hai trụ khác nhau, hai nửa này được nối nối tiếp ngược nhau (hình c).

Kiểu nối ziczag rất ít dùng vì tốn nhiều đồng hơn và chỉ gặp trong các máy biến
áp dùng cho thiết bị chỉnh lưu hoặc trong các máy biến áp đo lường để hiệu chỉnh sai số
về góc lệch pha.

Thông thường các máy biến áp hay dùng các tổ đấu dây Y/Y0, Y/∆, Y0/∆ (Y0 các cuộn
dây được nối theo hình sao và trung tính nối đất trực tiếp).

Vậy : Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu nối dây sơ
cấp so với kiểu nối dây thứ cấp và nó biểu thị gocï lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và
thứ cấp của máy biến áp.

∼

V

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Σ_Sđmba≥_Sthừa

Sthừa = ΣSFđm - Std - S ptFmin

Cần chú ý khi xét đến khả năng cho phép quá tải thường xun thì có thể chọn
được cơng suất định mức nhỏ hơn; và khi sự cố một MBA thì phải sử dụng dự trữ quay
của hệ thống để giảm cơng suất truyền từ thanh góp cấp UF vào cao áp qua MBA, như
vậy sẽ dẫn đến chọn Sđmba bé :

Kqtsc . Sâmba ≥ S_HT_{max - Sdt}_HT

β/ Nếu công suất phát vào hệ thống từ thanh góp cấp UF bé hơn cơng suất dự trữ
quay của hệ thống, thì trong trường hợp này MBA chỉ làm nhiệm vụ liên lạc với hệ
thống và dùng làm dự trữ cho phụ tải cấp điện áp máy phát lúc một MFĐ nghỉ; và do đó
chỉ cần đặt một máy biến áp .

Công suất MBA phải được chọn theo hai điều kiện:

- Phải tải được công suất thừa của nhà máy điện lúc làm việc bình thường ban
ngày.

- và phải tải được công suất từ hệ thống về TGUF khi ngừng một máy phát điện lớn
nhất.

Kinh nghiệm cho thấy rằng phụ tải UF thường tăng theo thời gian nên có thể chọn
cơng suất máy biến áp này bằng công suất một máy phát lớn nhất.

γ / Nếu phụ tải cực đại ở thanh góp Uf kể cả tự dùng lớn hơn tổng công suất các
MFĐ ở nhà máy, thì phải thường xun nhận cơng suất từ hệ thống về nên phải đặt hai
máy biến áp liên lạc với hệ thống.

Tổng công suất của máy biến áp được chọn không bé hơn công suất cực đại nhận
từ hệ thống về trong chế độ làm việc bình thường. Khi một MFĐ lớn nhất nối vào thanh
góp cấp điện áp máy phát ngừng làm việc, thì hai máy biến áp này với khả năng quá tải
cho phép phải tải được công suất cần thiết cho phụ tải cấp Uf kể cả tự dùng. Hoặc khi
một MBA nghỉ do sự cố, thì máy biến áp còn lại với khả năng quá tải sự cố cho phép
phải tải đủ cơng suất cịn thiếu cho phụ tải câïp điện áp máy phát.

<b> 2. Chọn MBA cho các nhà máy điện có 2 cấp điện áp tăng </b>

- Khi nhà máy có 2 cấp điện áp tăng , để liên lạc giữa ba cấp điện áp ta dùng MBA ba
dây quấn hay biến áp tự ngẫu.

Thường ở các nhà máy nhiệt điện trung tâm có cấp điện áp 35KV có trung tính
khơng nối đất trực tiếp nên khơng thể dùng tự ngẫu mà chỉ dùng biến áp ba dây quấn. Để

liên lạc ba cấp điện áp ta đặt 2 MBA 3 dây quấn và công suất của các MBA này phải
được chọn sao cho tải được công suất thừa của nhà máy điện ở thanh góp điện áp Mf lúc
phụ tải cực tiểu ban ngày.

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

Đối với biến áp ba dây quấn cần phải lưu ý điều kiện tổng công suất của các bộ bên
trung áp không được lớn hơn công suất của phụ tải cấp UT lúc cực tiểu:

SbäüüT ≤ STmin

Cịn đối với máy biến áp tự ngẫu thì điều kiện này khơng cần thiết lắm, vì khả
năng truyền tải công suất từ TA sang CA của tự ngẫu rất lớn.

Khi một MBA bị sự cố nếu khơng có nguồn dự trữ nào cho điện áp trung thì MBA
phải đảm bảo điều kiện :

Kqtsc . Sâmba ≥ STmax - Sbäü

Ngồi ra cịn phải kiểm tra khả năng q tải của hai máy biến áp ba cuộn dây lúc
sự cố một bộ MF-MBA lớn nhất bên trung áp:

2. Kqtsc . Sâmba ≥ STmax - (ΣSbäü-Sbäümax)

Nếu công suất phụ tải bên trung áp vượt quá 40 đến 50% cơng suất một MBA thì
kể đến khả năng phát triển phụ tải trung áp, ta có thể chọn BA ba cuộn dây loại
100/100/100. Nếu công suất phụ tải bên trung áp nhỏ hơn đại lượng trên ta có thể chọn
loại 100/100/66.7.

- _{Trường hợp SptT q bé ta có thể khơng dùng MBA 3 dây quấn mà dùng MBA}

2 dây quấn.

</div>

<!--links-->