Tài liệu ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MBA, MC, TU, TI pdf

ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
CỦA MBA, MC, TU, TI
I/ Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý làm việc của MBA
Là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi
một hệ thống dòng điện xoay chiều ở cấp điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay
chiều ở cấp điện áp khác với tần số không thay đổi.
Máy biến áp gồm có hai hoặc nhiều cuộn dây liên hệ nhau bởi từ thông móc vòng.
Nếu một cuộn dây được đặt vào một nguồn điện áp xoay chiều ( gọi là cuộn dây sơ cấp), thì
sẽ có một từ thông sinh ra với biên độ phụ thuộc vào điện áp sơ cấp và số vòng dây quấn sơ
cấp.
Từ thông này sẽ móc vòng các cuộn dây quấn khác (dây quấn thứ cấp) và cảm ứng
trong dây quấn thứ cấp có một sức điện động mới, có giá trị phụ thuộc vào số vòng dây quấn
thứ cấp.
1/ Các bộ phận chính của MBA: lõi sắt, dây quấn, vỏ máy và cách điện.
a. Lõi thép: dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn. Thông
thường, để giảm tổn hao do dòng xoáy sinh ra, lõi thép cấu tạo gồm các lá thép kỹ thuật
điện (tole silic) dây 0,35mm ghép lại đối với máy biến áp hoạt động ở tần số vài trăm Hertz.
Kiểu trụ (hay kiểu lõi): dây quấn bao quanh trụ thép. Loại này thông dụng cho các
máy biến áp một pha và ba pha cở công suất nhỏ và trung bình.
Lõi thép có kết cấu và liên kết chắc chắn với vỏ máy và được tiếp đất với vỏ.
b. Dây quấn: làm nhiệm vụ tryền dẫn năng lượng, thường bằng đồng hoặc nhôm.
Dây quấn đồng tâm: tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm. Dây quấn hạ áp
thường quấn phía trong gần trụ thép, còn dây quấn cao áp quấn phía ngoài bọc lấy dây quấn
hạ áp.
Dây quấn xen kẽ: các bánh dây của dây quấn cao áp và hạ áp quấn xen kẽ nhau dọc
theo trụ thép. Kiểu dây quấn này dùng cho dây quấn kiểu bọc.
c. Vỏ máy: gồm 2 bộ phận: thùng và nắp thùng.
Thùng máy biến áp: thường cấu tạo bằng thép, có hình dạng tròn hay bầu dục.
d. Dầu cách điện: Để đảm bảo tuổi thọ vận hành phải tăng cường làm mát máy,
bằng cách ngâm máy biến áp trong thùng đựng đầy dầu.
Có trang bị hai bộ hút ẩm cho dầu ở MBA và bộ OLTC, có van cân bằng áp suất

Loại hệ thống giản nở dầu tự do có trang bị màng cao su chắn để giới hạn tiếp xúc
giữa dầu và không khí.
Hệ thống chứa dầu của thân MBA và bộ OLTC được cách ly riêng biệt, có đồng hồ
chỉ mức dầu cho từng ngăn.
Trong máy biến áp, hai vật liệu đồng và thép là hai yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến
tính năng kỹ thuật, chi phí chế tạo và hình dáng kết cấu của máy biến áp .
Vì vậy người ta đưa ra hệ số hình dáng β là đại lượng biểu thị mối quan hệ tương quan giữa
trọng lượng thép và trọng lượng đồng trong máy biến áp.

l
d
12
π
β
=
d
12
:

đường kính trung bình vòng cách điện giữa cuộn cao và hạ.
l: chiều cao cuộn dây
2/ Các tiêu chuẩn chế tạo và thí nghiệm: việc kiểm tra, lắp đặt và thí nghiệm MBA
được dựa theo các tiêu chuẩn chế tạo của nhà sản xuất
c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 1 -

3/ Điều kiện làm việc: MBA được thiết kế, chế tạo để lắp đặt và vận hành theo các điều
các điều kiện sau
- Độ cao so với mực nước biển
- Nhiệt độ môi trường tối đa
- Nhiệt độ môi trường trung bình

- Độ ẩm cực đại
- Khí hậu
4/ Các thông số kỹ thuật chính:
a.Công suất định mức S
đm
Công suất toàn phần (hay biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp. Đơn
vị tính bằng KVA hoặc VA.
b. Điện áp dây sơ cấp định mức U
1đm

Là điện áp của dây quấn sơ cấp. Đơn vị tính bằng KV hoặc V
c. Điện áp dây thứ cấp định mức U
2đm
Là điện áp dây của dây quấn thứ cấp khi máy biến áp không tải và điện áp đặt vào
dây quấn sơ cấp là định mức. Đơn vị tính bằng KV hoặc V.
d. Dòng điện dây định mức sơ cấp (I
1đm
) và thứ cấp (I
2đm
)
Là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng dụng với công suất và
điện áp định mức. Đơn vị tính bằng Ampe hay KA.
Đối với MBA 1 pha:
dm
dm
dm
U
S
I
1

1
=
dm
dm
dm
U
S
I
2
2
=
Đối với MBA 3 pha:
dm
dm
dm
U
S
I
1
1
3
=
dm
dm
dm
U
S
I
2
2

3
=
e.Tần số đinh mức
f. Tổ nối dây
g. Mức cách điện
h. Kiểu làm mát
j. Giới hạn độ tăng nhiệt
k. Tổn hao không tải (Po): Tổn hao không tải P
0
của máy biến áp bao gồm các tổn
hao lõi thép P
Fe
và tổn hao phần đồng trong dây quấn sơ cấp P
Cu1
.
Tổn hao thép P
Fe
, thông thường khoảng 0,1% đến 0,2% của tổng công suất MBA, bao
gồm: tổn hao do từ trễ P
h
, tỷ lệ với tần số từ hóa f và tỷ lệ bình phương với cảm ứng từ B
2
,
và tổn h ao do dòng xoáy P
x,
tỷ lệ với bình phương tần số f
2
và bình phương cảm ứng từ B
2
.

Thực tế tính toán, có thể sử dụng biểu thức sau:
∑






=+=
k
kkxhFe
m
f
BPPPP
3,1
2
50/0,1
50
Với P
1,0/50
(W/kg): suất tổn hao của lõi thép ở tần số từ hóa f = 50Hz với cảm ứng từ là
1,0 Tesla.
M
k
: khối lượng của lõi thép ở đoạn k (kg).
B: cảm ứng từ của lõi thép ở đoạn k (Tesla)
Tổn hao đồng P
cu1
: P
cu1

= r
1
I
0
2
P
0
là công suất tổn hao không tải đo được khi làm thí nghiệm không tải máy biến áp,
đặt điện áp định mức vào dây quấn sơ cấp, thứ cấp hở mạch. ở chế độ không tải công suất
đưa ra phía thứ cấp bằng 0, song máy vẫn tiêu thụ công suất P
0
, công suất P
0
gồm công suất
tổn hao sắt từ trong lõi thép và công suất tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp tương ứng
c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 2 -

với dòng điện không tải. Vì dòng điện không tải nhỏ cho nên có thể bỏ qua công suất tổn
hao trên điện trở sơ cấp và coi như P
0
là công suất tổn hao sắt từ trong lõi thép máy biến áp.
l. Tổn hao có tải
z. Điện áp ngắn mạch (Un): U
n
là điện áp ngắn mạch đo được trong thí nghiệm
ngắn mạch, thường được tính theo phần trăm của điện áp sơ cấp định mức:
%100%
1dm
n
n

U
U
U
=
Lúc ngắn mạch điện áp thức cấp U
2
= 0 do đó điện áp ngắn mạch U
n
là điện áp rơi trên tổng
trở dây quấn
Giá trị hiệu dụng của sức điện động e
1
sẽ là:
mm
m
fNfN
E
E
Φ=Φ==
11
1
1
44,4
2
2
2
π
Tương ứng, giá trị hiệu dụng của sức điện động e
2
ở dây quấn thứ cấp là:

mm
m
fNfN
E
Φ=Φ==
22
2
2
44,4
2
2
2
E
π
Ngoài ra MBA còn có những thông số kỹ thuật cơ bản khác.
5/ Nguyên lý làm việc của MBA

U1
U2
φ
1
U
2
U
Taûi
Z
2
n
1
n

2
I
1
I
e
1
= -
dt
dn
1
là suất điện động tự cảm
e
1
= -
dt
dn
2
là suất điện động hỗ cảm
→ e
1
, e
2
gọi chung là suất điện động cảm ứng
Độ lớn: E
1
=
2
Em
= 4.44n
1

f Φ
m
E
2
=
2
Em
= 4.44n
2
f Φ
m
Hệ số biến đổi: K =
2
1
n
n
=
2
1
E
E
c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 3 -

- Xét sơ đồ ngun lý MBA 1 pha gồm dây quấn thứ nhất có số vòng dây n
1
được nối vào
nguồn điện, dây quấn thứ hai có số vòng dây n
2
nối với phụ tải. khi nối n
1

vào nguồn điện
xoay chiều thì trong đó có dòng điện i
1
. Vì i
1
biến thiên nên từ thơng do nó sinh ra cũng biến
thiên và móc vòng qua cả hai cuộn dây tạo nên các suất điện động cảm ứng e
1
và e
2
. Sđđ e
2
sinh ra dòng điện I
2
đưa điện năng ra cung cấp cho phụ tải. Như vậy dòng điện xoay chiều
đã được truyền từ cuộn n
1
đến cuộn n
2
ra phụ tải, dây quấn n
1
nhận điện từ nguồn nên gọi là
cuộn sơ cấp, dây quấn n
2
nối với phụ tải để đưa điện năng ra gọi là dây quấn thứ cấpGiả
thiết từ thơng biến thiên theo quy luật hình sin đối với thời:
Φ = Φ
m
Sinωt
Ta có e

1
= - n
1
dt
d
φ
=
- n
1

dt
tmd )sin(
ωφ
= n
1
ωΦ
m
sin (ωt -
2
π
)
e
1
= - n
2
dt
d
φ
=
- n

2

dt
tmd )sin(
ωφ
= n
2
ωΦ
m
sin (ωt -
2
π
)
trong đó E
1
=
2
1 mn
ωφ
= 4.44fn
1
Φ
m

E
1
=
2
2 mn
ωφ

= 4.44fn
2
Φ
m

e
1
=
2
E
1
Sin(
t
ω
-
2
π
)
e
2
=
2
E
2
Sin(
t
ω
-
2
π

)
Độ lớn của các sđđ tỉ lệ với số vòng dây với tầng số và từ thơng. Các suất điện động chậm
pha sau từ thơng một góc 90
o

→ Như vậy, có thể định nghĩa MBA là một thiết bị điện từ đứng n làm việc theo ngun
lý cảm ứng điện từ biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở cấp điện áp này thành một
hệ thống dòng điện xoay chiều ở cấp điện áp khác với cùng tần số.
+ Ký hiệu các loại :
- Ký hiệu A, B, C : chỉ các đầu đầu của cuộn dây sơ cấp .
- Ký hiệu X, Y, Z : chỉ các đầu cuối của cuộn dây sơ cấp .
- Ký hiệu a, b, c : chỉ các đầu đầu của cuộn dây thứ cấp .
- Ký hiệu x, y, z : chỉ các đầu cuối của cuộn dây thứ cấp .
-  : chỉ cuộn dây đấu tam giác; Y : chỉ cuộn dây đấu hình sao
MBA hai cuộn dây
MBA ba cuộn dây
MBA tự ngẫu
III/ Đặc điểm cấu tạo MC
1/ Khái niệm MC điện: MC là thiết bị dùng để đóng, cắt mạch điện khi có
dòng phụ tải và cả khi có dòng ngắn mạch mà khơng gây ra hư hại gì cho con người
và cho thiết bị. u cầu phải đóng cắt nhanh, khi đóng cắt khơng gây cháy, nổ.
- Các thơng số chính của MC điện:
c ng b i hu n nâng b c cơng nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 4 -

+ U
đm
: điện áp làm việc định mức của MC (kV)
+ I
đm
: dòng điện định mức của MC (A)

+ I
cắt đm
: Dòng điện cắt định mức của MC (kA)
+ f
đm
: Tần số định mức (Hz)
2/ Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy cắt điện dập hồ quang bằng khí
SF6
- Cấu tạo: Được chế tạo mỗi pha một chỗ cắt (với cấp điện áp ≤ 220kV),
buồng dập hồ quang được bố trí rong một cột sứ, nạp khí SF6 từ 3.5÷ 8
bar, trong đó dặt tiếp điểm chính, tiếp điểm chịu hồ quang của phần cố
định và phần động, phần tiếp điểm động được nối với thanh truyền bằng
phíp cách điện, được đưa ra bên ngoài liên kết với hệ thống truyền động
bên ngoài bằng các khớp nối, tay đòn. Cơ cấu truyền động thường sử dụng
truyền động bằng khí nén hơặc lò xo
c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 5 -

Lò xo
đóng
Lò xo c tắ
Ca
m
B ch ng ộ ố
rung
Tr cụ
chính
Ch t ố
ch nặ
Ch t ố
mở

Motor
truy n ề
đ ngộ
B TRUY N NG C A MÁY C T KHÍ Ộ Ề ĐỘ Ủ Ắ
SF6