Tổng quan về máy biến áp

Spread the love

TỔNG QUAN VỀ MÁY BIẾN ÁP

1. Khái niệm

Máy biến áp là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống điện có điện áp U1, dòng điện I1, tần số f1 thành một hệ thống có điện áp U2, dòng điện I2, tần số f2.
Công dụng của máy biến áp là truyền tải và phân phối điện năng trong hệ thống điện

2. Nguyên lý làm việc của MBA

Khi cấp vào dây quấn sơ cấp một điện áp xoay chiều hình sin u1. Dòng điện chạy qua dây quấn sơ cấp tạo nên từ trường xoay chiều móc vòng chạy trong mạch từ.
Theo nguyên lý cảm ứng điện từ ở cuộn dây thứ cấp sẽ sinh ra một sức điện động cảm ứng e2. Ở mỗi dây quấn sẽ cảm ứng sức điện động:

Dây quấn sơ cấp: e1 = -N.dΦ/dt

- Nếu bỏ qua sụt áp của dây dẫn phía sơ cấp, điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp bằng sức điện động cảm ứng ở phía sơ cấp. Biến thiên của u1 giống e1 theo quy luật sin:
  Biểu thức sức điện dộng viết như sau: e1= E1sinωt

Suy ra: dΦ = 1.(√2).E1.Sinωt)/N1

Φ = 1.(√2).E1.Sin(ωt+Π/2)/N1

Như vậy điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là xoay chiều hình sin, từ thông trong lõi thép cũng biến thiên theo quy luật hình sin và vượt trước sức điện động một góc π/2. Giá trị cực đại của từ thông là: Φm = √2.E1/(N1.ω)

Từ đó ta có biểu thức sức điện động ở dây quấn sơ cấp và thứ cấp: E1= (ω/√2).(N1.Φm) = 4,44.f.N1.Φm E1= (ω/√2).(N1.Φm) = 4,44.f.N1.Φm
Ta có hệ số biến đổi của máy biến áp là: K= E1/E2 = N1/N2

3. Cấu tạo chung của MBA

Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây: lõi thép, dây quấn, vỏ máy, sứ, các thiết bị phụ trợ…

3.1 Lõi thép ( mạch từ)

Lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện tạo thành mạch vòng khép kín, dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn, giữa các lá thép có sơn cách điện. Theo hình dáng lõi thép người ta chia ra:
– Máy biến áp kiểu lõi (hay kiểu trụ): Dây quấn bao quanh trụ thép.Loại này hiện nay rất thông dụng cho các máy biến áp một pha và ba pha có dung lượng nhỏ và trung bình

– Máy biến áp kiểu bọc: Mạch từ được phân ra hai bên và “bọc” lấy một phần dây quấn. Loại này thường chỉ được dùng trong một vài nghành chuyên môn đặc biệt như máy biến áp dùng trong lò điện, luyện kim, hay máy biến áp một pha công suất nhỏ dùng trong kỹ thuật vô tuyến điện, âm thanh ..

Lõi thép máy biến áp gồm hai phần: phần trụ và phần gông. Trụ là phần lõi thép có dây quấn, gông là phần lõi thép nối các trụ lại với nhau thành mạch từ kín và không có dây quấn ( đối với máy biến áp kiểu bọc và máy biến áp kiểu trụ – bọc thì hai trụ phía ngoài cũng đều thuộc về gông ). Để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên, lõi thép được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện có bề dày (0,27-0,35 mm) có phủ sơn cách điện trên bề mặt. Trụ và gông có thể ghép với nhau bằng phương pháp ghép nối hoặc ghép xen kẽ.
Ghép nối thì trụ và gông ghép riêng, sau đó dùng xà ép và bu lông vặn chặt lại. Ghép xen kẽ thì toàn bộ lõi thép phải ghép đồng thời và các lá thép được xếp xen kẽ với nhau lần lượt theo trình tự:

+ Ghép xen kẽ lõi thép máy biến áp ba pha: Sau khi ghép, lõi thép cũng được vặn chặt bằng xà ép và bu lông. Phương pháp này tuy phức tạp song giảm được tổn hao do dòng điện xoáy gây nên và rất bền về phương diện cơ học, vì thế hầu hết các máy biến áp hiện nay đều dùng kiểu ghép này.

* Để đảm bảo an toàn: toàn bộ lõi thép được nối đất với vỏ máy và vỏ máy phải được nối đất

3.2 Dây quấn

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra. 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, người ta chia ra hai loại dây quấn chính: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ.
– Dây quấn đồng tâm: Các lớp dây quấn đồng tâm. Dây quấn hạ áp (HA) quấn phía trong, dây quấn cao áp (CA) quấn phía ngoài. Với cuộn HA quấn sát lõi thép, điều kiện cách điện sẽ đơn giản hơn. Mặt khác cuộn HA có dòng điện lớn, tiết diện dây lớn khi quấn bên trong, chu vi một vòng dây nhỏ nên tiết kiệm dây quấn.

– Dây quấn xen kẽ: Các bánh dây CA và HA đặt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép. Kiểu quấn này chế tạo và cách điện khó khăn, kém vững chắc về cơ học nên chỉ dùng cho các máy kiểu bọc.

3.3 Vỏ máy

Vỏ máy gồm hai bộ phận thùng và nắp thùng:

– Thùng máy biến áp: Thùng máy được làm bằng thép. Tùy theo dung lượng của máy biến áp mà hình dáng và kết cấu thùng khác nhau. Đối với máy biến áp dung lượng lớn để giảm kích thứơc của máy và tăng cường làm mát, người ta dùng loại thùng dầu có ống hoặc thùng dầu có gắn các bộ tản nhiệt. Những máy biến áp có dung lượng trên 10.000 kVA, người ta dùng những bộ tản nhiệt có thêm quạt gió, hoặc bơm cưỡng bức để tăng cường làm mát.

– Nắp thùng: Dùng để đậy thùng và trên đó đặt các chi tiết máy quan trọng như: Các sứ đầu ra của các cuộn dây, thùng dầu phụ, rơ le hơi, rơ le dòng dầu… Ngoài ra trên nắp còn đặt bộ phận truyền động của bộ điều chỉnh điện áp.

3.4 Sứ cách điện:

Cấu tạo cơ bản của sứ cách điện MBA:

Chi tiết	Chú thích
1	Đầu cực cao áp
2	Chỉ thị mức dầu
3	Vỏ sứ
4	Giấy tẩm dầu
5	Hộp chứa dây dẫn
6	Đầu test
7	Mặt bích lắp đặt
8	Đuôi sứ (epoxy)
9	Vòng chắn đuôi sứ

3.5 Dầu MBA

Dầu cách điện máy biến áp là một loại dầu đặc biệt, có đặc tính cách điện cực tốt và ổn định ở nhiệt độ cao, được sử dụng trong các máy biến áp để làm môi trường cách điện, làm mát củng như dập tắt hồ quang khi xãy ra sự cố.
Dầu máy biến áp có khả năng ngăn chặn quá trình oxy hóa của lớp cách điện bằng giấy làm bằng xenlulo nên bảo quản được lõi và cuộn dây của máy biến áp.

3.6 Các thiết bị phụ trợ kèm theo

Bộ điều áp dưới tải
Hệ thống quạt làm mát và tủ điều khiển tại chỗ
Biến dòng điện chân sứ MBA
Hệ thống đo lường nhiệt độ dầu, cuộn dây
Các rơ le bảo vệ nội bộ máy biến áp

4. Phân loại máy biến áp:

4.1. Theo số cuộn dây:

– Máy biến áp hai cuộn dây là máy biến áp có hai cấp điện áp. Dây quấn nối với nguồn điện đầu vào gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn nối với tải gọi là dây quấn thứ cấp.

– Máy biến áp ba cuộn dây, ngoài hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp, còn có dây quấn thứ ba với cấp điện áp trung bình.

4.2 Theo nguồn điện sử dụng

– Máy biến áp một pha là máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều một pha.

– Máy biến áp ba pha là máy biến áp biến đổi hệ thống dòng điện xoay chiều ba pha.

4.3 Theo môi trường cách điện:

– Máy biến dầu là Máy biến áp ngâm trong dầu

– Máy biến áp khô là máy biến áp mà mạch từ và các cuộn dây được đặt trong môi trường không khí

4.4 Theo mối tương quan giữa các cuộn dây:

– Máy biến áp cách ly là máy biến áp có cuộn dây sơ cấp và các cuộn dây thứ cấp chỉ có liên hệ với nhau về từ mà không có liên hệ về điện.
– Máy biến áp tự ngẫu (*): Là máy biến áp mà ít nhất hai cuộn dây có quan hệ trực tiếp với nhau về điện, cuộn dây còn lại có thể liên hệ với 2 cuộn kia theo mối liên hệ về từ.

5. Các thông số cơ bản

Các đại lượng định mức của máy biến áp quy định điều kiện kỹ thuật của máy. Các đại lượng này do nhà máy chế tạo qui định và thường được ghi trên nhãn máy biến áp theo tiêu chuẩn:
– Dung lượng hay công suất định mức Sđm: là công suất toàn phần (hay biểu kiến) đưa ra ở dây quấn thứ cấp của máy biến áp (VA),(kVA) hoặc (MVA).
– Điện áp dây sơ cấp định mức U1đm: là điện áp của dây quấn sơ cấp (kV),(V). Nếu dây quấn sơ cấp có các đầu phân nhánh thì người ta ghi cả điện áp định mức của từng đầu phân nhánh

– Điện áp dây thứ cấp định mức U2đm: 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, (kV),(V).
– Dòng điện dây định mức sơ cấp I1đm và thứ cấp I2đm: là dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ cấp ứng với công suất và điện áp định mức (A).
– Tần số định mức fđm: là 50 Hz hay 60 Hz. Ngoài ra trên nhãn máy biến áp điện lực còn ghi những số liệu khác như: số pha, sơ đồ và tổ nối dây quấn, điện áp ngắn mạch un%, chế độ làm việc (dài hạn hay ngắn hạn ), phương pháp làm mát …