1 2 MBA KHÁNG

Điện dung đường dây dài có công suất phản kháng Qc lớn có tác dụng như tụ bù ngang, vì vậy trong trường hợp đường dây không tải hoặc tải nhỏ lượng công suất phản kháng dư thừa lớn thì đi

A MÁY BIẾN ÁP - KHÁNG ĐIỆN

Mục lục

PHẦN 1 Tổng quan về chức năng nhiệm vụ của MBA và

kháng điện bù ngang trong hệ thống điện

I Máy biến áp

II Kháng điện PHẦN 2 Cấu tạo các bộ phận chính của MBA lực, kháng

điện bù ngang

PHẦN 3 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, chế độ vận hành

của hệ thống làm mát MBA: Quạt mát, bơm dầu tuần hoàn

PHẦN 4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị

phụ trợ như: Sứ máy biến áp, bộ thở máy biến áp

PHẦN 5 Cấu tạo nguyên lý làm việc của các rơ le bảo

vệ nội bộ MBA (Bảo vệ công nghệ như rơ le hơi; rơ le dòng dầu; rơ le áp lực……)

PHẦN 6 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các thiết bị

đo lường: Đồng hồ nhiệt độ dầu, đồng hồ nhiệt

độ cuộn dây, đồng hồ chỉ thị mức dầu MBA PHẦN 7 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của các bộ điều áp

dưới tải PHẦN 8 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục PHẦN 9 Các bước cơ bản để lắp đặt MBA, Kháng điện PHẦN 10 Dầu cách điện MBA

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ CHỨC NĂNG NHIỆM VỤ CỦA MBA VÀ KHÁNG BÙ

I. MÁY BIẾN ÁP

Sản xuất ra điện năng là phát minh lớn của loài người Nhưng phát minh chưa đủ, phải đưa điện vào đời sống hàng ngày của nười dân, vào sản xuất Nhà máy phát điện ở xa nơi sản xuất và sinh hoạt nên dẫn đến nhu cầu phải dẫn điện đi xa

Chúng ta dẫn điện bằng dây dẫn, nên phát sinh tổn thất, tốn kém chi phí xây dựng, vận hành và bảo vệ Do vậy dẫn điện

đi như thế nào để có lợi nhất

Chúng ta cân nhắc phương án về kinh tế và kỹ thuật Bao gồm chi phí xây dựng, tổn thất, vận hành…

Tổn hao trên đường dây truyền tải là: ΔP = I².R

Ta có hai phương án:

- Phương án 1:

Giảm điện trở R của đường dây (R = ρ.l / S) Muốn giảm điện trở dây dẫn R ta tăng tiết diện dây dẫn S, tức là tăng khối lượng dây dẫn, chi phí xây dựng đường dây tải điện rất lớn, vận hành khó khăn không ổn định (bão, gió…) (phương án này không kinh tế)

- Phương án 2:

Giảm dòng điện I chạy trên đường dây truyền tải

Muốn giảm ta phải tăng điện áp, ta cần dùng máy tăng áp

vì đối với máy biến áp U2.I1 = U2.I2 (phương án này kinh tế và hiệu quả hơn vì chi phí xây lắp, vận hành tập trung) Sau đó giảm điện áp đến mức 400V (220V) cho các hộ tiêu thụ

Như vậy, máy biến áp được chế tạo nhằm nâng điện

áp lên cao để nâng cao hiệu quả truyền tải công suất và

hạ điện áp xuống đến các hộ tiêu thụ

Ngoài ra máy biến áp còn được dùng rộng rãi: Trong kỹ thuật hàn, thiết bị lò nung, trong kỹ thuật vô tuyến điện, trong lĩnh vực đo lường trong các thiết bị tự động, làm nguồn cho thiết bị điện, điện tử, trong thiết bị sinh hoạt gia đình …

Nhiệm vụ để tham gia truyền tải và phân phối điện năng trong hệ thống điện

Công suất truyền tải liên quan rất nhiều vào điện áp và thông số đường dây Khi vận hành phải đảm bảo sao cho sự thay đổi điện áp tại từng vị trí trên đường dây nằm trong phạm

vi điện áp cho phép

Trong lưới truyền tải điện, chúng ta sử dụng các cuộn kháng bù nhằm mục đích cải thiện điện áp các nút Ngoài ra việc tiêu thụ công suất phản kháng còn có thêm ý nghĩa:

Tăng khả năng tải của đường dây.

Cải thiện tính ổn định của điện áp các nút.

→Phân bố lại công suất phản kháng trong hệ thống.

→Tăng độ dự trữ ổn định của hệ thống

- Ý nghĩa việc bù công suất phản kháng:

Giải quyết bài toán:

Bù công suất phản kháng dư

Nâng cao khả năng truyền tải của các đường dây dài cao

và siêu cao áp

Giải quyết được vấn đề hạn chế độ tăng điện áp ở cuối đường dây khi tải nhỏ

Nối tiếp trung tính kháng bù ngang với kháng trung tính xuống đất đóng vai trò là cuộn dập hồ quang (dập hồ quang tại

điểm chạm đất 1 pha, tăng giá trị dòng cho bảo vệ, đóng lặp lại thành công)

Cuộn kháng bù ngang là thiết bị chỉ tiêu thụ công suất phản kháng nên nó có tác dụng triệt tiêu, điều chỉnh lượng công suất phản kháng dư thừa do lưới điện sinh ra, giảm điện áp và giữ ổn định điện áp hệ thống

Trên các đường dây siêu cao áp có độ dài lớn, điện dung pha - đất và pha - pha là rất lớn

Điện dung đường dây dài có công suất phản kháng Qc lớn (có tác dụng như tụ bù ngang), vì vậy trong trường hợp đường dây không tải hoặc tải nhỏ lượng công suất phản kháng dư thừa lớn thì điện áp ở cuối đường dây sẽ nâng cao hơn đầu đường dây

Để giảm ảnh hưởng bất lợi của điện dung này, người ta mắc rẽ nhánh một kháng điện để tiêu thụ bớt công suất phản kháng Qc

Đối với đường dây siêu cao áp 500kV, khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm đặt kháng lên đến 500 km

- Đặc điểm cuộn kháng bù ngang

Cấu trúc của cuộn kháng tương tự như của máy biến áp Tất cả dòng chạy trong cuộn kháng là dòng kích từ Trở kháng cuộn kháng rất lớn và dòng chạy qua cuộn kháng nhỏ

Khi dùng khung từ như máy biến áp thông thường, nó sẽ bão hoà rất nhanh

Trong cuộn kháng, đường khép mạch từ khác so với

máy biến áp Mạch từ được khép kín qua khe hở không khí (từ

thông được khép vòng qua không khí) nhằm tránh bão hoà nhanh cho khung từ Muốn được như vậy trong phần ứng của cuộn kháng bằng thép, người ta tạo rất nhiều những khoảng trống bằng các nêm chèn vào trong lõi thép

Vì cuộn kháng làm việc trong môi trường điện từ rất mạnh, nên yêu cầu cao về sự chắc chắn của khung từ và vỏ để chống độ rung lớn hơn so với máy biến áp

Đối với đường dây truyền tải siêu cao áp (EHV), do khoảng cách dài, khoảng cách không gian giữa các đường dây trên không và mặt đất tự nhiên tạo thành một tụ điện song song với các đường dây truyền tải, gây ra sự gia tăng điện áp dọc theo đường dây khi không tải hoặc non tải Tùy thuộc vào khoảng cách, mục đích ra đời đường dây và công suất được truyền tải, việc lắp thêm một cuộn kháng bù ngang là cần thiết ở cuối

đường dây hoặc ở giữa đường dây Việc thiết kế và sản xuất với công nghệ tiên tiến sẽ đảm bảo các sản phẩm có tổn hao, chi phí thấp và độ ồn thấp

Khi hệ thống lưới điện mở rộng lớn hơn, đôi khi dòng ngắn mạch trên đường dây truyền tải sẽ vượt quá dòng ngắn mạch của thiết bị Việc cải thiện điện áp hệ thống, nâng cấp các giá trị định mức của thiết bị hoặc sử dụng máy biến áp trở kháng cao thì có chi phí đắt hơn gấp nhiều lần lắp cuộn kháng nối tiếp

 Sự khác biệt giữa cuộn kháng và máy biến áp

Cuộn kháng và máy biến áp có cấu trúc tương tự nhau Cuộn kháng cũng thường được trang bị quạt làm mát tương tự như máy biến áp

Tuy nhiên, có sự khác biệt lớn giữa hai loại này Trong khi một máy biến áp được thiết kế để truyền công suất rất hiệu quả

từ một hệ thống điện áp này sang thống điện áp khác, cuộn kháng chỉ là nhằm tiêu thụ công suất phản kháng VAR (hay nói cách khác, nó như để sinh ra công suất phản kháng chậm pha VAR)

Máy biến áp lực do có nhiều cuộn dây quấn trên lõi, từ đó cảm ứng từ thông giữa các cuộn dây với nhau Trong cuộn kháng chỉ có một cuộn dây Lõi không chỉ có nghĩa là để tạo một đường dẫn từ thông thấp cho thông lượng của cuộn dây đó mà còn để làm tăng điện cảm

Trong trường hợp của cuộn kháng, do không có cuộn dây khác, tất cả dòng điện sơ cấp là bằng dòng từ hóa Tương tự máy biến áp, dòng điện tổn hao (do điện trở cuộn dây, dòng điện

xoáy và từ trễ) cũng được thiết kế ở mức tối thiểu Dòng điện từ

hóa là thành phần chính của cuộn kháng Dòng điện từ hóa cuộn kháng cũng là dòng định mức của nó

Nếu nó được thiết kế có lõi sắt như máy biến áp thì dòng

từ hóa của cuộn kháng lớn, sẽ có tổn hao từ trễ rất lớn Vì thế thiết kế khe hở không khí trong lõi thép tạo ra trong cuộn kháng

để giảm sự tổn hao này và để giảm thiểu các từ dư trong lõi Vì vậy, cuộn kháng cũng có thể được chế tạo không có lõi sắt ( lõi không khí).Tùy theo cấu trúc, cuộn kháng có thể ngâm trong dầu hoặc kiểu khô cho cả hai trường hợp có và không có lõi sắt

Cuộn kháng kiểu khô được chế tạo dạng khối 1 pha và do

đó được sắp xếp theo 1 kiểu dáng để hạn chế tối đa từ trường tản lạc ra xung quanh (trong trường hợp không có vỏ kim loại

che chắn) Khi sắp xếp như vậy cũng có một số lưu ý như có vài kiểu vỏ che chắn từ tính được đặt ra và thiết kế cẩn thận để giảm thiểu tổn thất dòng xoáy và phóng điện hồ quang ở chỗ ghép nối trong các mạch vòng kim loại Một trong những ưu điểm của loại cuộn kháng khô là không có sự hiện diện của dòng điện cảm ứng vào

Cuộn kháng ngâm dầu có thể có lõi nhỏ hoặc có lõi sắt có khe hở Đây là thiết kế một pha hoặc ba pha, có hoặc không có quạt làm mát Chúng được lắp đặt bên trong vỏ thùng chứa dầu

& có tác dụng như màng chắn từ bằng kim loại

Trong một số trường hợp, một cuộn kháng có thêm cuộn dây có công suất nhỏ mà có thể cung cấp điện cho trạm điện công suất nhỏ Khi cuộn kháng đang ở trạng thái định mức với công suất MVAr định mức, công suất trạm VA được đưa thêm vào nên được tính toán trong thiết kế cho cuộn kháng có các ứng dụng như vậy

Cuộn kháng được sử dụng trong các hệ thống điện áp cao

để bù điện dung tạo ra do đường dây trên không dài hoặc mở rộng mạng lưới cáp lực

Những lý do để sử dụng cuộn kháng:

Chủ yếu có hai lý do chính:

Lý do đầu tiên là để hạn chế quá áp và lý do thứ hai là để hạn chế việc truyền tải công suất phản kháng trong lưới điện Nếu việc truyền tải công suất phản kháng được giảm thiểu, có nghĩa là công suất phản kháng được cân đối trong các phần khác nhau của lưới điện, công suất tác dụng có thể được truyền tải trong lưới hiệu quả hơn

Cuộn kháng để hạn chế quá áp rất cần thiết trong các hệ thống điện có tải nhỏ, tức là khi công suất ngắn mạch là tương đối nhỏ

Khi phụ tải tăng, công suất ngắn mạch của lưới tăng, độ tăng điện áp sẽ thấp hơn và việc bù để giới hạn quá điện áp sẽ được

ít quan tâm hơn

III. CUỘN KHÁNG TRUNG TÍNH ( KHÁNG NỐI TIẾP)

Cuộn kháng trung tính cũng có thể được sử dụng để dập

hồ quang thứ cấp khi đóng lặp lại 1 pha trong đường dây truyền tải dài Vì luôn luôn có cặp điện dung giữa pha-pha và pha –đất, điện dung này sẽ cung cấp cho một dòng điện duy trì hồ quang, gọi là hồ quang thứ cấp

Bằng cách thêm vào mỗi pha một cuộn kháng nối tiếp ở trung tính thì hồ quang thứ cấp có thể được dập tắt và tự động đóng lặp lại một pha thành công

Xem chi tiết của một lõi sắt được phân chia khe hở không khí

PHẦN 2 CẤU TẠO CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MBA LỰC, KHÁNG ĐIỆN.

Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây: lõi thép, dây quấn, vỏ máy, sứ,

bộ điều áp, các thiết bị bảo vệ, dầu máy biến áp, hệ thống làm mát, bộ điều chỉnh điện áp

Máy biến áp có các bộ phận chính sau đây: lõi thép, dây quấn và vỏ máy.

I. LÕI THÉP ( MẠCH TỪ)

Máy biến áp được thiết kế có lõi là các tấm lá xếp chồng lên nhau, có mặt cắt ngang gần như tròn Nó được xếp chồng lên nhau các tấm thép cán lạnh với lớp phủ cao cấp, sơn phủ cả hai mặt bằng một lớp chịu nhiệt mỏng (Lớp phủ cho

lá thép lõi) Các tấm lá thép cắt vát góc không bị ba via ở mép gờ và ráp khớp lại, chồng lên nhau từng lớp (từng lớp xếp chồng lên nhau) Các lực ép gông được ép bởi các dây băng sợi thủy tinh hoặc các thanh ép có các kẹp ép được ép chặt và neo trên các tấm khung

Các tấm lá thép phủ lớp keo resin tại các cạnh của chúng Trong trường hợp đường kính lõi lớn hơn thì băng quấn sợi thủy tinh được quấn từng lớp một

Rãnh dẫn làm mát để tăng cường tản nhiệt được đặt tại ở các lớp dây và thanh đỡ lớp dây

Về cơ bản: Lõi thép được ghép từ các lá thép kỹ thuật điện 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

I.1 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

Hình: Máy biến áp kiểu lõi 1pha

Hình: Máy biến áp kiểu lõi 3pha

Lõi từ máy biến áp kiểu DOR 112 000/110E

Cuộn dây cao áp của máy biến áp I.2 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

Hình: Máy biến áp kiểu bọc

Cuộn dây máy biến áp 500kV kiểu TEQ-285L55D9K 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:

Hình: 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

Do dây quấn thành hình tròn, nên tiết diện ngang của trụ thép thường làm thành hình bậc thang gần tròn, tiết diện của gông từ có thể là hình chữ nhật , hình chữ thập hoặc hình chữ T Gông từ vì không có dây quấn, do đó, để thuận tiện cho việc chế tạo tiết diện ngang của gông có thể làm đơn giản

-Với tôn cán lạnh có chiều dày nhỏ hơn 0,2 mm, người ta quấn các lá tôn

có bề rộng khác nhau và với những độ dày thích hợp để tạo ra các bậc nội tiếp trong vòng tròn

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

 Nối đất gông từ

Lõi thép được nối vào các sứ nối đất gông bằng dây dẫn mềm Nối ra đất thực hiện ở bên ngoài vỏ máy, từ các sứ xuyên ra nắp hoặc vách vỏ máy Khi cần thiết có thể tháo chỗ đấu nối này để dễ dàng đo điện trở cách điện của lõi mà không cần thiết phải mở thùng

 Nối đất khung đỡ

Tất cả các bộ phận kim loại bên trong được bố trí cách ly khỏi các lõi chính được nối đất bằng các sứ xuyên qua dây dẫn mềm Các đầu nối với đất được thực hiện bên ngoài của thân máy từ các sứ xuyên đến nắp hoặc vách thân máy Khi cần thiết có thể tháo chỗ đấu nối này để dễ dàng đo điện trở cách điện của khung mà không cần thiết phải mở thùng

Các điểm nối đất lõi từ và khung thép đỡ ruột máy biến áp

II DÂY QUẤN

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra Kim loại làm 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

II.1 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 hạ áp quấn sát lõi thép, điều kiện cách điện sẽ đơn giản hơn Mặt khác cuộn hạ áp 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 tập trung gồm có các kiểu chính: dây quấn hình trụ, dây quấn hình xoắn, dây quấn hình xoáy ốc liên tục

-Dây quấn hình trụ: Các vòng dây quấn sát nhau, giữa các lớp dây đặt

cách điện Nếu tiết diện dây nhỏ thì dùng dây tròn, tiết diện dây lớn dùng dây bẹt Kiểu này thường dùng cho MBA dung lượng 630kVA trở xuống

-Dây quấn hình xoắn: Gồm nhiều dây bẹt chập lại quấn theo đường xoắn

ốc, giữa các vòng dây có rãnh hở Thường dùng cho cuộn hạ áp của MBA dung lượng trung bình và lớn

-Dây quấn xoáy ốc liên tục: Quấn bằng dây bẹt thành từng bánh phẳng,

các bánh dây quấn liên tục và cách nhau Thường dùng làm cuộn CA , điện áp

35 kV trở lên và dung lượng lớn

II.2 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

Các cuộn dây được sắp xếp đồng tâm trên các pha tương ứng Nếu quấn dây dẫn song song thì chúng được hoán đảo sau mỗi cuộn dây Cuộn dây có cấp điện áp định mức 110 kV và cao hơn là một phần hoặc hoàn xen kẽ hoặc có vài đĩa dây quấn với miếng che chắn dây dẫn (tùy theo thiết kế)

Các cuộn gần lõi được đặt cách lõi ít nhất một ống cách điện cứng Các cách điện giữa các cuộn dây gồm cả ống cách điện ứng quấn tròn ngăn cách bởi tấm cách điện Trong khung đỡ, các vòng nằm ở mép và vòng chóp ngoài được

bố trí phù hợp để ngăn ngừa xả điện tích và phóng điện

Vòng đẳng thế được sử dụng để bảo vệ các đầu cuối cuộn dây, nếu điện áp

so với đất là 70 kV trở lên Độ dày của lớp cách điện phần dẫn điện dựa trên các cấp điện áp thử nghiệm và vận hành