Lý thuyết vận hành và bảo dưỡng máy biến áp: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:305

Thêm vào BST

Báo xấu

31
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu "Lý thuyết vận hành và bảo dưỡng máy biến áp" phần 1 trình bày các nội dung chính sau: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp mộ pha; Từ hóa và tổn hao trong lõi thép máy biến áp một pha; Phương trình cân bằng, đồ thị vectơ của máy biến áp một pha; Tính thành phần phản kháng của điện áp; Tổn hao ngắn mạch;... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Lý thuyết vận hành và bảo dưỡng máy biến áp: Phần 1

Phạm Văn Bình Lê Văn Doanh
PHẠM VĂN BÌNH- LÊ VĂN DOANH- TÒN LONG NGÀ MÁY BIẾN ÁP LÝ THUYẾT - VẬN HÀNH - BẢO DƯỖNG - THỬ NGHIỆM In lần thứ 2 có chỉnh sửa Sách chào mừng 50 năm thành lập Đại học Bách khoa Hà Nội TW>T^n.T.pụ,iỉ.ự!’ ì THƯ VọT i NHÀ XUẤT BÀN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT HÀ NỘI-2006
LỜI NÓI ĐẦU Máy biến áp là phân tử quan trọng nhát trong hệ thống truyền tải và phân phối diện. Diện năng từ máy phát đến nơi tiêu thụ thường phải biến dổi vè diện áp thành nhiêu cấp, vì thế tổng công suất các máy biến áp gấp 4 dến 5 làn tổng công suất dặt của các máy phát diện. Đề phục vụ sự nghiệp còng nghiệp hóa và hiện dại hóa dát nước, ngành diện Việt Nam dang ở giai doạn tăng tốc với tốc độ phát triển binh quân 12% một năm. Đến nay hệ thống diện Việt Nam dã trở thành hệ thổng lớn, hợp nhất vói tổng công suát nguồn 4.860 MW, cùng với mạng lưới diện truyền tài 110 - 220 - 500 kV bao g'ôm 6000 knỉ dường dây, trên 19000 MVA tổng công suất các trạm biến áp truyền tải. Thời gian iừ 2001 dến 2005, ngành diện sẽ xây dựng thêm 10525 km dường dây truyền tài và 34980 MVA dung lượng các trạm biến áp. Nhu càu về thiết bị diện, dặc biệt là máy biến' áp dang có những dòi hỏi rát lớn. Các nhà máy sản xuất thiết bị diện à Việt Nam dang sản xuất hàng loạt các máy biến áp phấn phối đến 35 kV, công suất đến 6300 kVA. Các máy biến áp 110, 220 kV; 25, 40, 63, 125 MVA dang dược sản xuẫt thử nghiêm tại Công ty Thiết bị Diện Dông Anh, Co diện Thủ Đức. Dến năm 2020, công nghệ và thiết bị diện lực nước ta sẽ dạt trình dộ tiên tiến trong khu vực, trung bình tiên tiến của thế giới xét trên từng thiết bị cùng loại, từng công đoạn. Các tài liệu về máy biến áp ỏ Việt Nam cho dến nay chi dóng khung trong giáo trình máy diện, còn thiếu hẳn tài liệu chuyên său về các lỉnh vực lý thuyết, thiết kế chế tạo, vận hành bào dưỡng các thiết bị diện nói chung và máy biến áp nói riêng. Nhằm bổ sung cho chỗ trống này, tiếp theó cuốn "Thiết kế máy biến áp" xuất bản năm 1999, chúng tôi biên soạn cuốn "Máy biến áp: Lý thuyết, vận hành, bảo dưỡng và thử nghiệm". Đây là tài liệu chuyên sâu, dề cập chi tiết và có hệ thổng những ván dề lý luận cơ bàn/ kinh nghiêm vận hành, bảo dưỡng và thử nghiêm máy biến áp của các nước công nghiệp phát triển. 3
Quyển sách này dược dùng lấm tài liệu tham khảo nâng cao cho sinh viên ngành diện thuộc các trường dại học và cao đảng. Nó cũng có ích cho các lớp cao học, nghiên cứu sinh và. các kỹ sư, cán bộ kỹ thuật dang làm việc trong các công ty diên lực, các nhà máy chế tạo thiết bị diện, các viện nghiên cứu. Quyền sách bao gòm 26 mục, tập hợp các tài liệu nghiên cứu, kinh nghiệm vận hanh, bảo dưỡng và thủ nghiêm máy biến áp. PGs. Phạm Văn Bình viết các mục từ 1 dến 18. PGs. Lề Văn Doanh viết các mục từ 19 đến 26. Ks Tôn Long Ngà viết mục 21. Vi thời gian diêu kiện có hạn, quyển sách chắc không tránh khỏi những sơ suất. Chúng tôi mong nhận dược ý kiến nhận xét và dóng góp của các dồng nghiệp. Thư từ góp ý xin gửi vè bộ môn Thiết bị diện - diện tử, khoa Điện, trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Điện thoại 8692511. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn. Các tác giả 4
MỤC LỤC LÒI NÓI ĐẦU 3 1. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CÚA MĂY BIỂN ÁP MỘT PHA 1.1. Cấu tạo 15 1.2. Nguyên lý làm việc 17 1.2.1. Trường hợp không mang tải 17 1.2.2. Trường hợp máy biến áp mang tải 19 2. TỬ HÓA VÀ TỔN HAO TRONG LÕI THÉP MÁY BIỂN ÁP MỘT PHA 2.1. Khái niệm chung 22 2.2. Từ hóa lõi thép 23 2.3. Cấu tạo mạch từ máy biến áp một pha 29 2.4. Tính dòng điện từ ho'a máy biến áp một pha, mạch từ dùng thép cán nóng 32 2.4.1. Mạch từ co' mối ghép tù 32 2.4.2. Mạch từ ghép xen kẽ, go'c 90" 35 2.4.3 Mạch từ kiểu bọc, mạch từ bốn trụ,mạch từnăm trụ 38 2.5. Tính dòng điện từ ho'a của mạch từ dùng thép cán nguội 38 2.6. Tổn hao lõi thép 41 2.6.1. Tổn hao từ trễ 41 2.6.2. Tổn hao dòng phucô 42 2.6.3. Tổn hao tổng 45 2.7. Tổn hao sắt từ trong máy biến áp một pha 47 2.8. Dòng điện không tải 48 2.9. Định luật về sự tương đương 67 3. PHUONG TRÌNH CẦN BẰNG. ĐỒ THỊ VECTO CỦA MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA 3.1. Từ trường tản của máy biến áp 68 3.2. Phương trinh cân bằng điện áp và sức từ động 69 3.3. Đồ thị vectơ 72 3.4. Máy biến áp ngắn mạch 78 3.5. Từ thông tản ở máy biến áp một pha khi ngắn mạch 80 5
3.6. Độ giảm điện áp 82 3.7. Cực tính của dây quấn, đánh dấu đầu dây 85 3.8. Trị số định mức cùa máy biến áp 87 4. TÍNH THÀNH PHẦN PHÁN KHÁNG CỦA DIỆN ĂP VÀ DIỆN KHÁNG TẨN CỦA MÁY BIẾN ĂP HAI DÀY QUÁN 4.1. Khái niệm 88 4.2. Tính điện kháng tản Xn của dây quấn đồng tâm 89 4.2.1. Tính trực tiếp 89 4.2.2. Tính điện kháng tản thông qua năng lượng từ trường 96 4.3. Dây quấn đồng tâm đặc biệt 101 4.3.1. Dây quấn đồng tâm phân bó 101 4.3.2. Dây quấn điều chỉnh của máy biến áp 104 4.4. Máy biến áp có dây quấn đồng tâm, chiều cao dây quấn thay đổi 106 4.5. Dây quấn xen kẽ 107 4.5.1. Dây quấn xenkẽ đối xứng 108 4.5.2. Hệ số Rogowski 109 4.5.3. Dây quấn xen kẽ không đối xứng 111 4.6. Sự mất đối xứng về ampe-vòng trong không gian, dây quấn đồng tâm 112 4.6.1. Khe hở ở một trong hai dây quấn cùng chiềucao 113 4.6.2. Không đối xứng ở hai đầu của một dây quấn 116 4.6.3. Khe hở đối xứng ở hai vị trí 118 4.6.4. Tính chiều dài trung bình của đường sức ngang 119 4.6.5. Một dây quấn có khe hở chia thành u 1 phần bàng nhau 120 4.6.6. Tính chiều dài trung bỉnh đường sức từ dây quăn co' khe hở cảsơ,thứcấp 121 4.7. Đường kính trung bình của dây quấn xen kẽ không đối xứng 121 4.8. Các thí dụ 122 5. TỔN HAO NGẮN MẠCH 5.1. Tổn hao trong dây quấn 137 5.1.1. Tính tổn hao phụ do dòng điện phucô 138 5.1.2. Bề rộng hợp lí của dây quấn 145 5.1.3. Tổn hao phụ trong dây quấn điều chỉnh 146 5.1.5. Tổn hao do hoán vị không triệt để 148 5.1.6. Tổn hao dây quấn đồng tâm do thànhphần hướng kính 6
từ trường tản 154 5.2. Tổn hao ngắn mạch trong vật liệu cấu trúc 155 5.3. Tổng tổn hao ngắn mạch 156 5.4. Tính tổn hao ngán mạch ở nhiệt độ +75°c 157 6. MÁY BIẾN ĂP BA PHA 6.1. Máy biến áp ba pha 159 6.2. Nối dây quấn pha điện áp sơ cấp 162 6.3. Nối pha dây quấn phía thứ cấp 163 6.3.1. Nhoìn nối sao - sao 163 6.3.2. Tổ nối dây tam giác - sao 164 6.3.3. Tô’ nối dây sao - tam giác 165 6.3.4. Tổ nối dây zigzắc - sao 165 6.4. Máy biến áp công suất lớn có dâyquấn hạ áp phân chia 168 6.5. Các chế độ làm việc của máy biến áp 170 6.6. Sử dụng lý thuyết máy biến áp một pha dùng cho máy biến áp ba pha 171 7. TỬ HÓA MẠCH TỬ BA PHA 7.1. Mạch từ ba pha đổi xứng 173 7.1.1. Phía sơ cấp nốisao co'trung tính 173 7.1.2. Phía sơ cấp nốitam giác 174 7.1.3. Sơ cấp nối sao không co' dây trung tính, thứ cấp nối tam giác 175 7.1.4. Sơ cấp nối sao không có dây trung tính, thứ cấp nối sao hoặc sao - ziczắc 175 7.2. Mạch từ ba pha không đối xứng 176 7.2.1. Phía sơ cấp nối sao có dây trung tính 176 7.2.2. Phía sơ cấp nối tam giác 177 7.2.3. Dây quấn sơ cấp nối sao, không co' dây trung tính, thứ cấp nối tam giác 178 7.2.4. Sơ cấp nối sao không có dây trung tính, thứ cẫp nối sao hoặc sao - ziczác 180 7.3. Máy biến áp năm trụ 180 7.4. Mạch từ bốn trụ cửa máy biến áp một pha 184 7.5. Máy biến áp ba pha, mạch từđối xứng, gông nốitam giác 186 7.6. Tính tổn hao và dòng từ hóa máy biến áp ba pha 188 8. SO DÒ NỐI DẦY CỦA MÁY BIẾN ÁP 8.1. Phụ tải không đối xứng 192 7
8.1.1. Tổng trở thứ tự 0, tô’ nối dây sao - sao, co' dây trung tính phía thứ cấp 194 8.1.2. Tổ nối dây tam giác - sao co' dây trung tính phía thứ cấp 207 8.1.3. Tổ nối dây sao - sao ziczac có dây trung tính (Yzo) 209 8.1.4. Nối dây không co' dây trung tính 209 8.2. Một số tính chất của các tổ nối dây 215 8.2.1. Tổ nối dây sao - sao (Yy) 215 8.2.2. TỔ nối dây tamgiác - sao (Dy) 216 8.2.3. Tổ nối dây sao - tam giác (Yd) 217 8.2.4. Tô’ nối dây sao - sao zigzắc (Yz) 217 9. HIỆU SUẤT CÙA MÁY BIỂN ÁP 10. MÁY BIẾN ÁP LÀM VIỆC SONG SONG 10.1. Điều kiện thứ nhất 233 10.1.1. Điều kiện cùng tì số biến đổi 233 10.1.2. Sự trùng pha điện áp thứ cấp máy biến áp ba pha 236 10.2. Điều kiện thứ hai - Phân phổi tải hợp lý 244 10.3. Điều kiện thứ ba - Góc lệch pha của dòng điện như nhau 248 10.4. Máy biến áp làm việc song song vối tải không đối xứng 249 10.5. Chế độ làm việc song song - kinh tế 249 11. DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH VÀ Lực NGẮN MẠCH 11.1. Ngắn mạch xác lập máy biến áp một pha 252 11.2. Ngán mạch xác lập máy biến áp ba pha 253 11.3. Quá trình quá độ 253 11.4. Lực điện từ - khái niệm tổng quát 257 11.5. Lực hướng kính 261 11.6. Ănh hưởng lực hướng kính lên dây quấn đặtxa trụ 266 11.7. Ánh hưởng lực hướng kính lên dây quấn sát trụ 271 11.8. Lực dọc trục 274 11.8.1. Dây quấn đối xứng theo chiêu trục 274 11.8.2. Lực dọc trục khi phân bố ampe-vòng không đều 277 11.8.3. Các thí dụ tính lực hướng trục 282 11.8.4. Tác động của lực hướng trục 287 11.9. Biểu thức của lực tác dụng 288 11.10. Lực tác động ở dây quấn xen kẽ, dây quấn phân bô' 290 11.11. Độ bền chịu lực của máy biến áp co' dây quấn bằng nhôm 292 8
11.12. Nhận định chung 293 11.13. ứng suất nhiệt trong dây quấn máy biến áp khô bọc epoxy 294 11.13.1. Khái niệm chung 294 11.13.2. Phân bố nhiệt độ thời điểm sau ngắn mạch 295 11.13.3. Tính ứng lực tác dụng vào thành trụ rỗng 296 11.13.4. Tính ứng lực tác dụng vào dây quấn khi co' chênh lệch nhiệt độ giữa dây quấn và cách điện epoxy 299 11.13.5. ứng suất tác dụng vào dây quấn do phân bố nhiệt độ không đồng đều theo hướng kính 305 12. QUĂ DIỆN ĂP 12.1. Quá điện áp khí quyển 307 12.1.1. Sự xuất hiện và sự truyền quá điện áp khí quyển 307 12.1.2. Quá điện áp đầu cực máy biến áp khi có chấu phóng điện hoặc chống sét dập hồ quang 308 12.1.3. Quá điện áp máy biến áp khi bảo vệ bàng chống sét van 313 12.1.4. Bố trí hợp lí cách điện khácphục quá ápkhí quyển 317 12.2. Quá điện áp nội bộ 326 12.2.1. Quá điện áp xoay chiều 326 12.2.2. Cộng hưởng điện áp 327 12.2.3. Quá áp do ngát mạch máybiến áp không tải 328 12.2.4. Quá điện áp khi ngắt mạch điện co' tụ điện hoặc ngát đường dây dài 331 12.2.5. Bảo vệ máy biến áp quá áp đo ngắt mạch 333 12.2.6. Bô’ trí hợp lí cách điện ứng vái quá áp ngát mạch và giới hạn giảm mức cách điện 334 12.3. Quá điện áp bên trong dây quấn 335 12.3.1. Phân bố điện áp 335 12.3.2. Cơ sở lí thuyết sóng đứng 347 12.3.3. Kết luận suy ra từ lí thuyết so'ngdừng 357 12.3.4. Quá áp giữa các bánh dây 361 12.3.5. Tổng trở của sóng đối với máy biến áp 367 12.3.6. Kết luận theo thuyết truyền so'ng 368 12.3.7. Phương pháp làm cho phân bô' banđàu đòng đều 369 12.4. Truyền điện áp của máy biến áp 378 12.4.1. Dao động của mạch vòng 378 12.4.2. Phân bô' đầu ở dây quấn thứ cấp 379 9
12.4.3. Lan truyền cùa điện áp đối với các tổ nối đây khác nhau 380 12.4.4. Quá áp ở đầu phân áp máy biến áp điều chỉnh 385 12.4.5. Quá áp ở dây quấn máy biến áp tự ngẫu 386 13. PHÁT NÓNG VÀ LÀM MÁT MÁY BIẾN ÁP 13.1. Sự lão ho'a cách điện 389 13.2. Phương pháp làm mát máy biến áp 389 13.3. Các phương thức truyền nhiệt 391 13.3.1. Dẫn nhiệt 392 13.3.2. Đối lưu 395 13.3.3. Bức xạ 399 13.4. Độ tàng nhiệt của máy biến áp dầu 401 13.5. Tính độ tăng nhiệt dây quấn so vớidầu 403 13.5.1. Dây quấn hình trụ một lớp hoặcnhiều lớp 403 13.5.2. Dây quấn nhiều lớp không co' khe thông dâu hướng kính, không có cách điện riêng 405 13.5.3. Dây quấn gồm nhiều bánh dây riêng rẽ 407 13.5.4. Dây quấn gồm nhiều bánh dây (xoắn ốc liên tục) 409 13.6. Tính nhiệt vỏ thùng dầu trường hợp làm mát tự nhiên 411 13.6.1. Khái niệm chung 411 13.6.2. Vỏ thùng kiểu lượn so'ng 411 13.6.3. Vỏ thùng co' cánh tản nhiệt ống và lò sưởi 412 13.7. Làm mát bàng thổi gió nhân tạo 414 13.8. Làm mát cưỡng bức dầu và bộ phận làm mát tách riêng 416 13.9. So sánh hệ thống làm mát 417 13.10. Quá trình tâng nhiệt độ ở máy biến áp 418 13.11. Hằng số thời gian của dây quấn 419 13.12. Hằng số thời gian của máy biếnáp 421 13.13. Quá trình quá độ nhiệt - Quá tải 422 13.15. Bảo vệ cách điện chống lão hóa 426 14. DÒNG DIỆN KHI ĐÓNG MÁY BIỂN ÁP VÀO LƯÔI DIỆN 14.1. Dòng điện khi do'ng máy biến áp một pha 428 14.1.1. Độ lớn dòng điện xung 428 14.1.2. ước lượng dòng điện xung 431 14.2. Do'ng máy biến áp ba pha vào lưới điện 432 14.3. Phương pháp giảm dòng điện xung khi do'ng máy biến áp vào lưới điện 433 10
15. MÁY BIÉN ĂP BA DÃY QUÁN 15.1. Từ trường tản và sức điện động tản ở máy biến áp ba dây quấn 434 15.1.1. Ành hưởng phụ tài ở một dây quấn tới điện áp dây quấn sơ cấp 434 15.1.2. Phương trình cân bàng. Đồ thị vectơ. Giản đồ thay thế 438 15.2. Giản đồ thay thế 443 15.3. Công suất của máy biến áp ba dây quấn 445 15.3.1. Công suất định mức của dây quấn. Công suất định mức của máy biến áp 445 15.3.2. Tổn hao định mức ở máy biến áp ba dây quấn 446 15.3.3. Điện áp ngắn mạch 446 15.4. Độ giảm điện áp 449 15.5. Tổn hao phụ trong dây quấn máy biến áp ba dâyquấn 452 15.6. Máy biến áp ba dây quấn làm việc song song 454 15.6.1 . Máy biến áp ba dây quấn làm việc song song vối nhau 454 15.6.2 Máy biến áp ba dây quấn làm việc song song với máy biến áp hai dây quấn 455 15.7. Ngán mạch trong hệ thống sử dụng máy biến áp ba dây quấn 457 15.8. Lực điện động tác động ở dây quấn máy biến áp ba dây quấn 461 16. MÁY B1ÉN ÁP Tự NGẢU 16.1. Khái niệm chung 465 16.2. Máy biến áp tự ngẫu dùng trong hệ thống truyền tải điện nãng 471 17. DIỀU CHỈNH DIỆN ÁP BANG CĂCH THAY Đổi TÌ só B1ÉN DỔI CỦA MÁY BIẾN ĂP 17.1. Khái niệm chung 475 17.2. Thay đổi ti số biến đổi trong trạng thái không có điện áp (không điện) 476 17.3. Máy biến áp điêu chinh 476 17.4. Sơ đồ nguyên lí diều chỉnh điện áp 478 17.5. Phương pháp thiết kế dây quấn điều chỉnh 480 17.6. Nguyên tác điều chỉnh điện áp khi co' tải 483 17.7. Điều chinh điện áp trong máy biến áp tựngẫu 489 11
17.8. Điều chinh điện áp nhờ một máy biến áp phụ trợ nối nối tiếp 492 17.9. Dùng hệ thống máy biến áp để điều chỉnh phân bố dòng điện trong mạch vòng kín 496 18. MỘT SỐ MÁY BIỂN ĂP DẶC BIỆT 18.1. Máy biến áp lò 499 18.2. Máy biến áp thí nghiệm 502 18.3. Máy biến áp hàn 506 18.4. Máy biến áp hai pha 510 19. BÀO DƯÓNG MÁY BIEN ÁP 19.1. Đại cương 514 19.2. Sấy máy biến áp 517 19.2.1. Khái niệm chung 517 19.2.2. Sấy chân không máy biến áp 150 -ỉ- 500 kV trong thùng dầu của no' bàng phương pháp sấy cảm ứng 519 19.2.3. Sấy và ngâm lõi máy biến áp dâu 521 19.2.4. Sấy bằng phương pháp phun dầu nóng 523 19.3. Chỉ dẫn các hiện tượng bất thường của máy biến áp 524 20. DÀU VÀ CHẤT LÒNG CÁCH DIỆN TRONG MÁY BIẾN ĂP 20.1. Đại cương 526 20.2. Dàu cách điện 526 20.3. Sự xuống cấp của dầu cách điện 527 20.3.1. Ành hưởng của oxy trong dầu cách điện 527 20.3.2. Hàm lượng ẩm trong dàu 528 20.4. Thử nghiệm dầu cách điện 529 20.4.1. Thử nghiệm điện áp đánh thủng 529 20.4.2. Hàm lượng nước 530 20.4.3. Hệ số công suất (theo IEC 250 và IEC247) 530 20.4.4. Tỷ trọng 531 20.4.5. Thử nghiệm màu 531 20.4.6. Thử nghiệm ứng suất mặt phân cách IFT (Interfacial Test)theo ASTMD971 531 20.4.7. Thử nghiệm độ axit theo IEC-296 531 20.5. Phân tích khí nhiên liệutrong dầu cách điện 532 20.5.1. Đại cương 532 20.5.2. TCGA 532 20.5.3. DGA 533 12
20.5.4. So sánh hai "phương pháp 533 20.6. Chất lỏng cách điện kho' cháy 537 20.7. Qui trình lấy mẫu chất lỏng cách điện 538 20.7.1. Lấy mẫu dầu từ máy biến áp 538 20.7.2. Lấy mẫu dầu từ thùng dầu 539 20.7.3. Lấy mẫu dầu để phân tích khíchứa trong dàu 539 20.8. Bảo dưỡng, xử lí dầu và chất lỏng cách điện 540 20.9. Bảo dưỡng Rtemp 542 20.10. Bảo dưỡng Silicon 543 20.11. Bảo dưỡng Wecosol 545 21. THỬ NGHIỆM MĂY BIẾN ĂP 21.1. Đại cương 547 21.2. Thử nghiệm điện trở cách điện 547 21.3. Thử nghiệm cao áp một chiều và xoay chiều 550 21.4. Thử nghiệm tổn hao điện môi 553 21.4.1. Đại cương 553 21.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới việc đo hệ số tổn hao 554 21.4.3. Mô tả thiết bị đo hệ sô' công suất và hệ số tổn hao 554 21.4.4. Các sơ đồ cơ bản thử nghiệm hệ số công suất 556 21.5. Lưu ý an toàn khi thử nghiệm hệ số công suất 557 21.6. Thử nghiệm hệ số công suất của cách điện máy biến áp 559 21.6.1. Máy biến áp hai dây quấn 560 21.6.2. Máy biến áp ba dây quấn 561 21.6.3. Máy biến áp tự ngẫu 563 21.6.4. Máy biến áp đo lường 564 21.6.5. Sứ xuyên 565 21.6.6. Thử nghiệm vòng đai sứ xuyên loạikhông có tụ điện 567 21.7. Thử nghiệm dòng điện kích từ máy biến áp 568 21.8. Thử nghiệm hệ số biến đổi 569 21.9. Thử nghiệm cực tính của dây quấn 571 21.10. Kiểm tra tổ nối dây 571 21.11. Thử nghiệm điện áp phân cực phục h&i 573 21.12. Xác định sự pho'ng điện cục bộ 575 21.12.1. Đại cương 575 21.12.2. Sự phóng điện cục bộ 576 21.12.3. Phát hiện pho'ng điện cục bộbằngphương pháp điện 577 21.12.4. Phát hiện phóng điện cục bộbằng siêu âm 580 13
22. BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 23. TIẾNG ử TRONG MĂY BIỂN ÁP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 23.1. Nguyên nhân gây tiếng ù trong máy biến áp 589 23.2. Các đại lượng đặc trưng cho tiếng ù 590 23.3. Các biện pháp giảm tiếng ù 591 24. KHĂ NĂNG TĂI CỦA MÁY BIẾN ÁP 24.1. Đại cương 594 24.2. Quy luật già cỗi cách điện 594 24.3. Khả năng quá tải cho phép của máy biến áp 595 24.3.1. Quá tải bình thường 595 24.3.2. Quá tải sự cố 597 25. THÔNG GIÓ BUỒNG MĂY BIẾN ÁP 25.1. Điều kiện làm mát của máy biến áp đạt trong nhà 598 25.2. Xác định gần đúng kích thước buồng máy biến áp 599 25.3. Thông gio' tự nhiên buồng máy biến áp 600 25.3.1. Lưu lượng khí 600 25.3.2. Áp suất khí 602 25.3.3. Tiết diện thoát khí 603 25.4. Thông gio' cưỡng bức 604 26. NHỮNG TIẾN BỘ TRONG LĨNH vực THIẾT KÉ CHẾ TẠO MĂY BIỂN ÁP 26.1. Tiến bộ trong công nghệ vật liệu kỹ thuật điện 607 26.2. Tiến bộ trong công nghệ chế tạo 610 26.3. Tiến bộ trong đo lường và thử nghiệm 611 26.4. Tiến bộ trong quản lý và điều hành sảnxuất 611 26.5. Máy biến áp khô công suất lớn 611 PHỤ LỰC 1. Chỉ tiêu kỹ thuật của máy biến áp (ABB) 612 2. Máy biến áp dầu hai dây quấn, làm mát tự nhiên, dây quấn bằng đồng, trung tính cách điện, công suất từ 2000 đến 10000 kVA, 50 Hz, chế tạo tại Ba Lan 616 3. Máy biến áp dầu, làm mát nhân tạo, dây quấn bằng đồng, trung tính không nối đất, công suất 12500 kVA đến 31500 kVA, 50 Hz, sản xuất tại Ba Lan 617 TÀI LIỆU THAM KHÁO 618 14
1. CAƯ TẠO VA NGUYEN LY LÀM VIỆC CỦA MẤY BIẾN ẤP MỘT PHA 1.1. CẤU TẠO Máy biến áp là thiết bị điện tìí tĩnh, làm việc dựa trên nguyên lỉ cảm ứng điện tù, dùng đê’ biến đổi hệ thống điện có điện áp Uị (và dòng điện lị tần số fị) thành hệ thống điện có điện áp ư2 (và dòng điện I2, tần số f2 = fỵY ỏ máy biến áp, việc biến đổi điện áp chỉ thực hiện được khi dòng điện là xoay chiều hoặc dòng điện biến đổi xung. 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 lò điện, máy hàn, máy thử nghiệm... Máy biến áp co' hai hay nhiều dây quấn đặt chung trên một mạch từ (hình 1.1.), các dây quấn có thê’ nối điện hoặc không nối điện với nhau, khi chúng nối Hinh 1.1. Máy biến áp một pha điện với nhau ta gọi là máy biến áp tự ngẫu. Hlnh 1.2. Máy biến áp một pha a. Kiểu trụ; b. và c. Kiểu bọc. 15
Xét máy biến áp một pha, hai dây quấn không nối điện với nhau: a. Mạch từ Mạch từ máy biến áp được ghép tù các lá thép kỹ thuật điện thành mạch vòng khép kín, giữa các lá thép có sơn cách điện. Hình (1.2a, b, c) giới thiệu một số kiểu máy biến áp một pha thường gặp. Hình 1.2a là máy biến áp kiểu trụ, dây quấn được chia làm hai phần giống nhau và đặt lên hai trụ của mạch tù. Hình 1.2b là máy biến áp kiểu bọc, so với trường hợp trên thì vị trí mạch từ và dây quấn đổi chỗ cho nhau. Hình 1.2c mô tả cấu tạo loại máy biến áp nàm trung gian giữa hai loại trên, nhưng được xếp là máy biến áp kiểu bọc vì co' một phàn dây quấn được lõi thép bọc quanh. Phần mạch từ có đặt dây quấn gọi là trụ, phần mạch từ khép mạch giữa các trụ gọi là gông (hoặc xà) của lõi thép. h. Dây quấn Có hai loại dây quấn: dây quấn sơ cấp và dây quấn thứ cấp. - Dây quấn nhận năng lượng từ lưới gọi là dây quấn sơ cấp. - Dây quấn cung cấp năng lượng cho phụ tải gọi là dây quấn thứ cấp. Ngoài ra người ta cũng có thê’ phân biệt dây quấn máy biến áp thành dây quấn cao áp (CA) và dây quấn hạ áp (HA). Xét về cấu tạo, dây quấn được chia thành hai loại: dây quấn đòng tâm và dây quấn xen kẽ. Dây quấn được gọi là đồng tâm khi dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp có chung một trục và cùng chiều cao (hỉnh 1.2a,c và 1.3). Để giảm cách điện, dây quấn cao áp thường đặt ở xa trụ. Ngoài ra dây quấn cao áp còn được phân thành nhiều bánh dây (còn gọi là galét) trong khi dây quấn 16
hạ áp thường chỉ có một bánh dây (hình 1.3). Dây quấn xen kẽ là loại có dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp đều được phân thành nhiều bánh dây, các bánh dây cao và hạ áp đặt xen kẽ nhau theo chiều trục. Bánh dây đặt gần xà thường là hạ áp. Máy biến áp kiểu trụ thường được chế tạo kiểu đồng tâm, máy biến áp kiểu bọc thường được chế tạo kiểu xen kẽ. Về nguyên tắc chung, có thể chọn loại dây quấn tùy ý. Vật liệu chế tạo dây quấn thường là đồng (Cu), người ta cũng dùng nhôm (Al) để chế tạo dây quấn, nhàm giảm giá thành máy biến áp. 1.2. NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC 1.2.1. Trường hợp máy biến áp không tái Xét trường hợp dây quấn thứ cấp đổ hở mạch, không nối với phụ tải, dây quấn sơ cấp nối với điện áp xoay chiều hình sin, dòng điện chạy qua dây quẫn tạo nên từ trường xoay chiều trong mạch từ. Do hệ số dẫn từ của lõi thép lớn hơn nhiều lần hệ số dẫn tù của vật liệu phi từ tỉnh (dây quấn, dâu, cách điện, không khí..) nên gần đúng có thể xem từ thông qua dây quấn sơ cấp và thứ cấp là bằng nhau, ở mỗi dây quấn sẽ cảm ứng sức điện động (s.đ.đ): dy - dây quấn sơ cấp: C| = -Nị —— (1.1.a) dí dy> - dây quấn thứ cấp: e2 = -N2—— (l.lb) At trong đo' Cị, ?2 - giá trị tức thời của sức điện động các dây quấn tương ứng; - giá trị tức thời của từ thông trong lõi thép; t - thời gian; Nị, N-, - số vòng dây của dây quấn sơ cấp, thứ cấp. Điện áp sơ cấp bằng sức điện động Cj từ biểu thức (l.la), cộng với điện áp rơi do dòng điện tù ho'a sinh ra ở tổng trở dây quấn. Dòng tù hóa khồng phải là hình sin, nó khá nhỏ so với dòng định mức (vào cỡ một số phần trăm, phụ thuộc vào chất lượng lõi thép và kích thước máy biến áp). Máy biến áp được chế tạo có độ giảm điện áp, ứng với dòng điện định mức, chi bằng một số phần trăm so với điện áp định mức, do đo' độ giảm điện áp ứng với dộng từ hóa sẽ rất nhỏ, co' thể bỏ qua. Như vậy điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp sẽ bàng sức điện động cảm ứng ở sơ cãp, hay no'i sự biến thiên của
sức điện động Cị hoàn toàn giống sự biến thiên của điện áp ỉZp Giả thiết điện áp biến thiên theo quy luật hình sin. ta co' thể viết biểu thức sức điện động như sau: et = ’/2E1sinơJí Điền vào (l.la) ta có: 1 dy> = — ---- v/2ỈJlsỉntoí.dí N, 1 Jt í + —-) (1.2) Nịơ; 1 2 Như vậy, khi điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp là xoay chiều hình sin, từ thông trong lõi thép cũng biến thiên theo qui luật hình sin và vượt trước sức điện động một góc ĩĩ/2. Giá trị cực đại của tù thông là: = 2V ịCơ Từ đố ta có biểu thức sửc điện động ở dây quấn sơ cấp: cu Eị = — ■ 1 ự2 I m Thay cu = 2ĩtf, ta có: 2jt = -J- (1.3a) Tương tự, chúng ta cũng có sức điện động ở dây quấn thứ cấp: Ẽ2 = 4,44f.N?.m (1.3b) trong đo' nl - biên độ của từ thông; H)nh 1.6. Đường cong từ thông đối xứng Hlnh 1.5. ĐỒ thi vectơ dơn giản, không tải với trục hoành. 18 »*Ị|V VHT
Eị, E2 - giá trị hiệu dụng của sức điện động; f - tần số. Nếu chọn đơn vị của tìt thông là Wb, tần số f là Hz thì Eị, E-, là V. Chia từng vế của (1.2a) cho (1.3a) ta co' hệ sô' biến đổi của máy biến áp: Hệ số biến đổi điện áp của máy biến áp được định nghĩa bằng tỉ số giữa điện áp sơ cấp ưị và điện áp thứ cấp không tải ư20: ku =-^~ (1.4b) Vì Ư20 = E2, ưị gần đúng bằng E{ lúc không tải, nên các tỉ số theo (1.4a) và (1.4b) sẽ bằng nhau: k = ku (1.4c) Hình 1.5 thể hiện đồ thị vectơ đơn giản lúc không tải, bỏ qua điện áp rơi. Vectơ biểu diễn từ thông nằm ngang, sức điện động Ep E2 sẽ chậm sau một góc n/2. Điện áp U| co' độ lớn bằng Ep nhưng ngược pha với Ep nghĩa là u, = -Ep Dòng điện tạo ra từ thông 4’ được gọi là dòng từ ho'a l/(, trùng pha với . Trường hợp từ thông biến thiên không điều hòa (hình sin), giả sử theo đường cong trên hình 1.6. Giá trị trung bình sức điện động bằng : 1 T/2, Et b = —— Ịẽảt l b . T/2 o Thay giá trị tức thời của sức điện động e theo biểu thức (l.la), ta có: £,.b - - ± 2 4 m Nếu gọi ƠK = E/Et b là hệ số hình dáng sức điện động, thay f = 1/T, ta co': E = 4ơK./'.N.4>m (1.5) Với từ thông hình sin, ƠK = -£=■ = 1,1, biểu thức (1.5) sẽ trở lại như (1.3). 1.2.2. Trường hợp máy biến áp mang tải Khi máy biến áp nối với phụ tải co' dòng điện chạy qua dây quấn 19
thứ cấp, điện áp sơ cấp không đổi và cân bằng với sức điện động cộng với điện áp rơi ở dây quấn sơ cấp. Thành phàn điện áp rơi ở máy biến áp thường nhỏ. Có thể nói, khi phụ tải thay đổi thì sức điện động Ej cũng như từ thông trong lõi thép thay đổi rất ít. Khi không tải, từ thông do sức tìí động l/(7Vj sinh ra. Lúc máy mang tải, xuất hiện sức từ động l2-^2' Do từ thông không đổi, nên đồng thời với việc xuất hiện 1^2, ở dây quấn sơ cấp phải có thêm sức từ động bằng —1^2 đủ bù lại 1^2 ở dây quấn thứ cấp ứng với mọi thời điểm (hình 1.7). Tù đó suy ra, khi dòng điện thứ cấp tăng, dòng điện sơ cấp tăng theo, tạo thêm sức từ động đủ bù lại sức từ động ở dây quấn thứ cấp: + >2^2 = ’/Ai- (L6) Ký hiệu thành phần sức từ động phía dây quấn sơ cấp đủ bù sức từ động dây quấn thứ cấp là 1’2^1 (~>2^2 = s® co: w = l/Àl - «2 *2 = + ’’2*1 u,| Hỉnh 1.7. Đồ thị vectơ sức từ động trưòng Hlnh 1.8. Đồ thi vectơ sức từ động khi hộp bỏ qua thành phần dòng tác dụng (khi máy mang tải, có kể đến thành phàn tá không tải) dụng cùa dòng không tải. 20