Đồ án nhập môn máy biến áp và truyền tải điện năng

Hệ thống truyền tải điện có vai trò quan trọng trong việc kết nối điện năng với mọi vùng miền, kết nối các nhà máy điện và các trung tâm phụ tải, cung cấp năng lượng cho toàn bộ đất nước

  Mục lục

Mục lục 2

Danh mục hình ảnh 2

LỜI MỞ ĐẦU 3

 Nội Dung 4

I Giới thiệu chung 4

II Máy biến áp 5

1 Định nghĩa 5

2 Cấu tạo chung của máy biến áp 5

3 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 9

4 Các loại máy biến áp 10

III Truyền tải điện năng 10

1 Hệ thống truyền tải và phân phối điện năng 10

2 Nguyên lý việc truyền tải điện năng 10

3 Tình hình tại Việt Nam 11

IV Tìm hiểu chung về ngành ĐKTĐH (Đo Lường, Tự Động Hóa, Điều khiển) 12 1 Khái niệm chung 12

2 Tình hình hiện nay 12

3 Các hướng nghiên cứu phát triển 12

   Hình 1 Cấu tạo của máy biến áp

   Hình 2 Lõi thép của máy biến áp

   Hình 3 Dây quấn của máy biến áp

  Hình 4 Các kiểu quấn dây máy biến áp

   Hình 5 Máy biến áp 3 pha MBT vỏ thép

   Hình 6 Hệ thống truyền tải

LỜI MỞ ĐẦU

  Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ trên mọi lĩnh vực, từng  bước hiện đại hóa với mục tiêu đưa đất nước trở thành một nước công nghiệp hiện đại Trong đó, ngành năng lượng là ngành phát triển mũi nhọn của nền kinh tế Việc phát triển ngành năng lượng phải luôn đi trước một bước để phục

vụ cho ngành công nghiệp cũng như cuộc sống con người

  Điện năng do các nhà máy điện sản xuất ra chỉ là hàng chục kilôvôn (KV) Trong quá trình truyền tải điện năng, trước hết phải sử dụng máy biến áp tăng

áp để nâng hiệu điện thế lên hàng trăm kilôvôn sau đó nối vào mạng truyền tải điện Khi đạt đến công suất tiêu thụ cục bộ, thiết bị hạ bậc giảm dần điện áp cho đến khi đạt điện áp yêu cầu

  Hệ thống truyền tải điện có vai trò quan trọng trong việc kết nối điện năng với mọi vùng miền, kết nối các nhà máy điện và các trung tâm phụ tải, cung cấp năng lượng cho toàn bộ đất nước

   Nhằm hoàn thiện và bổ sung kiến thức, em xin phép tìm hiểu về máy biến

áp và truyền tải điện năng Với sự hiểu biết có hạn của mình, đồ án của em còn nhiều thiếu sót, rất mong thầy cũng như các bạn góp ý để bài báo cáo của em được hoàn chỉnh hơn

Em xin trân trọng cảm ơn.

 Nội Dung

I Giới thiệu chung

  Truyền tải điện hay còn gọi là hệ thống điện bao gồm lưới điện truyền tải

và các nhà máy điện đấu nối vào lưới điện truyền tải Hệ thống truyền tải điện

là một phương pháp truyền tải điện năng công suất lớn trên khoảng cách xa

  Máy biến áp là thành phần quan trọng trong hệ thống truyền tải điện năng, điện năng từ nhà máy sản xuất điện đến nơi tiêu thụ thường trải qua 4 đến 5 lần tăng giảm điện áp để phù hợp với thiết bị và hiệu suất truyền tải

mong muốn, ví dụ từ đường dây trung thế 10 kV sang mức hạ thế 220 V hay

400 V dùng trong sinh hoạt dân cư Tại các nhà máy phát điện, máy biến áp thường chuyển hiệu điện thế mức trung thế từ máy phát điện (10 kV đến 50 kV) sang mức cao thế (110 kV đến 500 kV hay cao hơn) trước khi truyền tải lên đường dây điện cao thế Trong truyền tải điện năng với khoảng cách xa, hiệu điện thế càng cao thì hao hụt càng ít

áp) dùng để ổn định điện áp trong nhà, hay các cục biến thế, cục sạc, dùng cho các thiết bị điện với hiệu điện thế nhỏ (230 V sang 24 V, 12 V, 3 V, )

tải điện năng

II Máy biến áp

1 Định nghĩa

  Máy biến áp ( hay còn gọi là máy biến thế ) là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở  điện áp khác với tần số không thay đổi

Do đó máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứ không biến đổi năng lượng

  Ở 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 mạch chỉnh lưu, làm nguồn cấp điện cho lò điện, máy hàn, máy thử nghiệm…

2 Cấu tạo chung của máy biến áp

Cấu tạo chung của mọi máy biến áp gồm 3 thành phần chính: Lõi thép, dây quấn và vỏ máy

 Hình 1 Cấu tạo của máy biến áp

a Lõi thép (Mạch từ) Lõi thép dùng để dẫn từ thông, được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt Được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện thành mạch vòng khép kín, các lá thép mỏng mặt ngoài có sơn cách điện với bề dày từ 0,3 - 0,5mm

Lõi thép gồm 2 phần gồm Trụ và Gông Trụ là phần để đặt dây quấn còn Gông là phần nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín

   Hình 2 Lõi thép của máy biến áp

 b Dây quấn

 Nhiệm vụ của dây quấn là nhận năng lượng vào và truyền năng lượng ra

Dây quấn thường làm bằng dây đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép, giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi

ép đều có cách điện

Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn và số vòng dây của các cuộn là khác nhau, tùy thuộc vào nhiệm vụ của máy biến áp

Có 2 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

Số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp là khác nhau

Số vòng dây cuộn sơ cấp lớn hơn số vòng dây cuộn thứ cấp thì là máy biến

áp hạ áp (máy biến áp hạ thế )

Số vòng dây cuộn sơ cấp nhỏ hơn số vòng dây cuộn thứ cấp thì là máy biến

áp tăng áp (máy biến áp tăng thế)

 Hình 3 Dây quấn của máy biến áp

 Ngoài ra người ta cũng có thể phân biệt dây quấn máy biến áp thành dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp

 Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp

 Dây quấn có điện áp thấp hơn gọi là dây quấn hạ áp

Xét về cấu tạo, dây quấn được chia thành 2 loại: dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

Dây quấn đồng tâm: có tiết diện ngang là những vòng tròn đồng tâm

 Những kiểu dây quấn đồng tâm chính gồm:

 Dây quấn hình trụ, dùng cho cả dây quấn hạ áp và cao áp (hình 4a)

 Dây quấn hình xoắn, dùng cho dây quấn hạ áp có nhiều sợi chập (hình 4b)

 Dây quấn hình xoắn ốc liên tục, dùng cho dây quấn cao áp, tiết diện dây dẫn chữ nhật (hình 4c)

 Dây quấn xen kẽ: Các bánh dây cao áp và hạ áp lần lượt xen kẽ nhau dọc theo trụ thép (hình 4d)

 Hình 4 Các kiểu quấn dây máy biến áp

c Vỏ máy Tùy theo từng loại máy biến áp mà vỏ máy biến áp được làm bằng các chất liệu khác nhau Chúng thường được làm từ nhựa, gỗ, thép, gang hoặc tôn mỏng, có công dụng để bảo vệ các phần tử của máy biến áp ở bên trong nó,  bao gồm: nắp thùng và thùng

 Hình 5 Máy biến áp 3 pha MBT vỏ thép

 Nắp thùng dùng để đậy trên thùng và trên đó có các bộ phận quan trọng như:

 Sứ ra (cách điện) của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp

 Bình dãn dầu (bình dầu phụ) có ống thủy tinh để xem mức dầu

 Ống bảo hiểm: làm bằng thép, hình trụ nghiêng, một đầu nối với thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh Nếu áp suất trong thùng tăng lên đột ngột, đĩa thuỷ tinh sẽ vỡ, dầu theo đó thoát ra ngoài để máy biến áp không bị hỏng

 Lỗ nhỏ đặt nhiệt kế

 Rơle hơi dùng để bảo vệ máy biến áp

 Bộ truyền động cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp

3 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp Dây quấn 1 có N1 vòng dây và dây quấn 2 có N2 vòng dây được quấn trên lõi thép

Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1 (dây quấn sơ cấp), sẽ có dòng điện i1 chạy trong dây quấn 1

Trong lõi sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng

ra các sức điện động e1 và e2

Dây quấn 2 (dây quấn thứ cấp) có sức điện động e2, sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp xoay chiều u2

 Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn

1 sang dây quấn 2

a Trường hợp biến áp có tải  Nếu N2 > N1 thì U2 > U1: Ta gọi máy này là máy tăng áp

 Nếu N2 < N1 thì U2 < U1: Ta gọi máy này là máy hạ áp

Vậy: Máy biến áp làm tăng điện áp hiệu dụng bao nhiêu lần thì cường độ hiệu dụng giảm đi bấy nhiêu lần và ngược lại

 b Trường hợp biến áp không tải:

Ta vẫn có quan hệ: như trường hợp biến áp có tải Tuy nhiên, vì ở cuộn thứ cấp của máy để hở (không tải) nên trong cuộn thứ cấp không có dòng điện (I2 = 0), trong cuộn sơ cấp có một dòng điện rất nhỏ

4 Các loại máy biến áp

Có rất nhiều loại máy biến thế Một số cách phân loại:

 Phân loại theo cấu tạo: máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha

 Phân loại theo chức năng: máy biến áp tăng áp và máy biến áp giảm

áp

 Phân loại theo công dụng: máy biến áp thí nghiệm, máy biến áp đo lường, máy biến áp tự ngẫu,

 Phân loại theo thông số kỹ thuật

 Phân loại theo cách thức cách điện: máy biến áp khô và máy biến áp dầu

III Truyền tải điện năng

1 Hệ thống truyền tải và phân phối điện năng   Điện năng được truyền tải từ nhà máy sản xuất điện đến tay người tiêu dùng phải trải qua rất nhiều khâu trung gian phức tạp Các khâu trung gian  bao gồm: trạm biến áp, trạm điện phân phối chia thành nhiều cấp lớn nhỏ khác nhau nhằm mục đích giảm hao phí điện năng ở mức thấp nhất cũng như đảm bảo được nguồn điện với điện áp đúng quy định được truyển đến người sử dụng

2 Nguyên lý việc truyền tải điện năng   Điện năng do các nhà máy điện sản xuất ra chỉ là hàng chục kilôvôn (KV) Trong quá trình truyền tải điện năng, trước hết phải sử dụng máy  biến áp tăng áp để nâng hiệu điện thế lên hàng trăm kilôvôn sau đó nối vào mạng truyền tải điện Khi điện đến nơi tiêu thụ, thiết bị hạ bậc giảm dần điện áp cho đến khi đạt điện áp yêu cầu

  Mục đích chính của việc áp dụng phương pháp truyền tải siêu cao là giảm tổn thất công suất trên đường dây tải điện Chúng ta biết rằng khi dòng điện chạy qua bóng đèn sợi đốt ngoài vai trò phát sáng, một phần điện năng được chuyển hóa thành nhiệt năng thông qua quá trình đốt nóng bóng đèn

  Theo cách tương tự, dây nguồn cũng có một giá trị điện trở nhất định  Ngay cả khi dây dẫn được làm bằng nhôm hoặc đồng có điện trở suất rất nhỏ thì không thể bỏ qua điện trở vì dây dùng để truyền tải đường dài rất dài Khi đó, phần điện năng được chuyển hóa thành nhiệt năng trên đường dây tải điện sẽ trở thành một con số đáng kể Phần điện năng này hoàn toàn

 bị hao phí trong quá trình truyền tải điện năng

3 Tình hình tại Việt Nam   Hiện nay, hệ thống điện Việt Nam đang tồn tại vấn đề phân bố nguồn điện không đồng đều giữa các miền/ khu vực trong cả nước, buộc phải tiến hành truyền tải điện công suất lớn từ Bắc - Trung vào miền Nam, trong khi

năng lực truyền tải điện liên miền còn nhiều hạn chế dẫn đến độ dự phòng

và độ an toàn trong truyền tải điện còn thấp

Khi xảy ra sự cố trên đường dây 500kV liên miền sẽ dễ gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp và rã lưới cục bộ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ thống điện, phụ tải điện và sự phát triển kinh tế - xã hội

  Vì vậy, việc thiết lập hệ thống truyền tải điện an toàn, ổn định, bền vững là mục tiêu quan trọng của ngành điện

 Hình 6 Hệ thống  truyền tải

IV Tìm hiểu

chung về ngành ĐKTĐH (Đo Lường, Tự Động Hóa, Điều khiển)

1 Khái niệm chung

  Kỹ thuật điều khiển – Tự động hóa là ngành học nghiên cứu, thiết kế, vận hành các hệ thống tự động, các dây chuyền sản xuất tự động tại các nhà máy ( xi măng, sắt thép, nước giải khát, thức ăn đóng hộp, dược phẩm, ); Thiết kế, điều khiển và chế tạo robot; quản lý sản phẩm tại các công ty trong và ngoài nước kinh doanh về các thiết bị điện tử tự động

2 Tình hình hiện nay

  Bộ môn Điều khiển Tự động hóa có đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật hàng đầu của Việt Nam trong lĩnh vực điều khiển tự động và tự động hoá Bộ môn đào tạo các kỹ sư, thạc sỹ kỹ thuật và tiến sỹ chuyên ngành điều khiển tự động

và tự động hoá Đào tạo đảm bảo chất lượng trong bất kỳ hoàn cảnh nào luôn là truyền thống và mục tiêu hàng đầu của bộ môn

  Công tác nghiên cứu khoa học là một trong những công tác được bộ môn chú trọng và coi đó là nhiệm vụ trọng yếu thứ hai sau nhiệm vụ đào tạo Các công

trình do các cán bộ của bộ môn đã được công bố ở các hội nghị khoa hội nghị khoa học quốc tế và trong nước, ở các tạp chí khoa học có uy tín trong và ngoài nước

  Hiện nay, Viện Điện được trang bị hệ thống thí nghiệm thực hành hiện đại đáp ứng cho các loại hình đào tạo từ cơ bản đến nâng cao trong lĩnh vực kỹ thuật điện, tự động hóa Bên cạnh hoạt động đào tạo sinh viên chính quy đại học và sau đại học, Viện Điện cũng thực hiện nhiều hoạt động đào tạo công nghiệp, với các đối tác là tập đoàn công nghiệp lớn

3 Các hướng nghiên cứu phát triển

 Cảm biến thông minh: Cảm biến sóng âm, Nút cảm biến tự chủ năng lượng, Mạng cảm biến không dây

 Hệ thống đo và điều khiển phân tán trong công nghiệp

 Xử lý tín hiệu: Xử lý tiếng nói, Xử lý ảnh

 Kỹ thuật nhận dạng – Mạng Nơ-ron

 Điện tử công suất và truyền động điện

 Lý thuyết điều khiển

 Điều khiển số

 Điều khiển quá trình công nghệ

 Ứng dụng hệ mờ và mạng nơ-ron trong điều khiển

 Điều khiển hệ thống theo sự kiện rời rạc

 Điều khiển nhúng

 Điều khiển điện tử công suất và truyền động

 Điều khiển chuyển động