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 - Nguyên lí làm việc: Khi máy cắt cắt, áp suất tạo ra bới việc nén khí SF6 do sự chuyển động của tiếp động trên tiếp điểm tĩnh cùng với áp suất tạo ra do hồ quang điện sẽ làm dịch chuyển hồ quang trong khí SF6 khiến hồ quang bị dập tắt dễ dàng 3/ Cấu tạo và nguyên lí làm việc của MC điện dập hồ quang bằng chân không - Cấu tạo: Loại MC này thường có cấu tạo rời từng pha, tiếp điểm động và tỉnh mỗi pha được đặt bên trong một buồng dập hồ quang trong môi trường chân không, được hàn kín tạo thành từng đơn vị buồng dập hồ quang độc lập, các buồng dập này có thể tháo lắp thay thế dễ dàng - Nguyên lí hoạt động: Khi MC cắt ra, hồ quang phát sinh ra cháy trong môi trường chân không có độ bền điện cao nên dễ dàng tự dập tắt 4/ Cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy cắt điện dập hồ quang bằng không khí nén - Cấu tạo: Loại MC này có caấu tạo rất khác nhau, tùy thuộc vào điện áp định mức, khoảng cách cách điện giữa càc đầu tiếp xúc ở vị trí cắt, cách thổi không khí vào buồng dập hồ quang. Với MC có dòng định mức lớn, thường có mạch chính và mạch dập hồ quang. Mạch chính quyết định dòng định mức của MC, gòm đầu tiếp xúc MC chính, mạch dập hồ quang gồm hai buồng dập hồ quang, các điện trở shunt nằm ngay trên sứ đở, bộ cách ly, khi MC đóng cả hai mạch đều đóng nhưng dòng chủ yếu qua mạch chính vì điện trở của nó bé hơn, không khí nén được cung cấp từ hệ thống bơm khí nén và bòn chứa - Nguyên lý làm việc: khi MC cắt, dưới tác dụng của phần truyền động, đầu tiếp xúc chính mở, lúc đó dòng hoàn toàn đi qua đầu tiếp xúc trong buồng dập hồ quang,kế đó đầu tiếp xúc mở ra, hồ quang xuất hiện, đồng thời khí nén từ bình chứa khí thổi vào buồng dập hồ quang tạo thành luồng khí mạnh dập tắt hồ quang, lúc này dòng điện bị giảm nhiều do phải qua điện c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 6 - trở Shunt, tạo điều kiện dễ dàng dập tắt các hồ quang còn lại, Sau khi hồ quang bị dập tắt hoàn toàn, dưới tác dụng của bộ truyền động, bộ cách ly mở ra, khi cách ly đã mở khí nén sẽ ngừng cung cấp, các đầu tiếp xúc dưới tác dụng của lực lò xo sẽ trở về vị trí đóng, toàn bộ thời gian cắt của MC cắt này khoảng 0.10s-0.17s. IV/ Cấu tạo và nguyên lý làm việc của TU 1/ Khái niệm máy biến điện áp: Máy biến điện áp là một thiết bị có tác dụng cách li phần sơ cấp với thứ cấp, nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới từ trị số cao xuống trị số thấp, cung cấp cho các thiết bị đo lường, bảo vệ ,tự động. Thường công suất tải của TU rất bé, đồng thời tổng trở mạch ngoài rất lớn nên có thể xem như TU làm việc không tải. 2/ Cấu tạo và nguyên lý làm việc của TU kiểu tụ - Cấu tạo: Gồm hai bộ tụ mắc nối tiếp, đấu trực tiếp vào lưới cao áp, 1 cuộn dây sơ cấp đấu song song với tụ chịu áp thấp từ 10 ÷ 15kV cuộn thứ cấp quấn cùng mạch từ với cuộn sơ cấp sẽ cung cấp điện áp ra thích hợp theo yêu cầu. Để điện áp thứ cấp không thay đổi theo phụ tải, người ta mắc nối tiếp với cuộn sơ cấp một kháng điện và bộ chống nhiễu. c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 7 - - Các thông số cơ bản của TU: - Hiệu - Loại - Năm sản xuất - Nước sản xuất - Công suất định mức - Tần số định mức - Chất cách điện - Điện dung của tụ điện - Trọng lượng Tỉ số biến đổi điện áp định mức: K đm = đm đm U U 2 1 với đm U 1 :Điện áp sơ cấp định mức đm U 2 :Điện áp thứ cấp định mức Sai số điện áp ∆U% ∆U% = 1 12 U UUK đm − x 100% Cấp chính xác: Là sai số lớn nhất về trị số điện áp khi nó làm việc trong điều kiện: + f = 50HZ + U 1 = 0.9÷1.1U đm + Phụ tải thứ cấp thay đổi từ 0.25 đến định mức + Cosφ = 0.8 ⇒ Cấp chính xác được chế tạo theo 1 trong các mức sau: 0.2; 0.5; 1.0 và 3.0 Phụ tải của TU: Là công suất biểu kiến ở mạch thứ cấp với giả thiết điện áp ở thứ cấp là định mức - Nguyên lí làm việc của TU: TU kiểu tụ dùng bộ phân áp bằng tụ để lấy một phần điện áp cao (thường từ 10 – 15kV) đưa vào cuộn sơ cấp và điện áp ra lấy trên cuộn thứ cấp cung cấp cho thiết bị đo lường. V/ Cấu tạo và nguyên lý làm việc của CT 1/ Khái niệm máy biến dòng điện: CT là thiết bị có tác dụng cách li phần sơ cấp và thứ cấp, có nhiệm vụ biến đổi dòng điện từ trị số lớn xuống trị số nhỏ hơn để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, bảo vệ, tự động .Thường CT có dòng định mức phía thứ cấp là 1; 5 hoặc 10A 2/ Cấu tạo và nguyên lý làm việc của CT c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 8 - - Cấu tạo: Gồm một mạch từ trên đó quấn cuộn dây sơ cấp(thường chỉ 1 vài vòng dây) nối tiếp với mạch điện cao thế, và một hay vài cuộn dây thứ cấp để lấy tín hiệu ra cung cấp cho các thiết bị đo lường, bảo vệ . Toàn bộ được đúc sẵn bằng vật liệu cách điện (với cấp điện áp ≤ 66kV) hoặc được đặt cố định trong các ống sứ cách điện chứa đầy dầu cách điện (có điện áp > 66kV). - Các thông số cơ bản của CT: - Hiệu - Loại - Năm sản xuất - Nước sản xuất - Điện áp định mức - Dòng điện định mức - Dòng điện ổn định nhiệt - Công suất định mức - Tần số định mức - Chất cách điện - Trọng lượng Tỉ số biến đổi dòng điện định mức: K đm = đm đm I I 2 1 với đm I 1 :Dòng điện sơ cấp định mức đm I 2 :Dòng điện thứ cấp định mức Sai số của CT Sai số về giá trị: ∆I% = 1 12 I IIK đm − x 100% Sai số góc: Là góc lệch pha giữa dòng điện sơ cấp và thứ cấp của CT Cấp chính xác: Là sai số lớn nhất về giá trị dòng điện khi CT làm việc trong điều kiện: + f = 50HZ + Phụ tải thứ cấp biến thiên từ 0.25 đến định mức + Dòng sơ cấp biến thiên từ 100% đến 120%I đm Phụ tải của CT: Là công suất biểu kiến ở mạch thứ cấp với giả thiết dòng điện thứ cấp là định mức S = ZI 2 2đm với Z: Tổng trở mạch ngoài của CT - Nguyên lý làm việc: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, thông qua mạch từ lõi thép biến đổi dòng điện lớn phía cao áp sang dòng điện nhỏ cung cấp cho các phụ tải thứ cấp. Tổng trở mạch ngoài của CT rất bé nên có thể xem CT luôn làm việc trong tình trạng ngắn mạch. V/ Cách đọc sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle 1/ Rơle bảo vệ đường dây 110kV gồm có: a. Bảo vệ chính: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 21/21N; 67/67N; 50/51; 50/51N, 50BF, 74 - Rơle 21//21N; 67/67N tín hiệu áp được lấy từ VT thanh cái, tín hiệu dòng được lấy từ CT rời đầu vào MC đường dây. c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 9 - b. Bảo vệ dự phòng: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 67/67N, 50/51, 50/51N, 79/25, 74 - Rơle 79/25, 27/59 tín hiệu áp được lấy từ VT đường dây 2/ Rơle bảo vệ MBA gồm có: a. Bảo vệ chính: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 87T, 49, 50/51, 50/51N tín hiệu dòng điện đựoc lấy từ máy biến dòng ngăn máy cắt đầu vào các phía MBA. b. Bảo vê dự phòng cho cuộn dây 110kV: Đựoc tích hợp các chức năng bảo vệ 67/67N, 50/51, 50/51N, 50BBBF, 74 tín hiệu dòng được lấy từ máy biến dòng chân sứ 110kV của MBA, tín hiệu áp được lấy từ máy biến điện áp thanh cái 110kV c. Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây trung áp 1: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 50/51, 50/51N, 50BF, 74 tín hiệu dòng điện được lấy từ máy biến dòng chân sứ cuộn trung áp 1 của MBA. d. Bảo vệ dự phòng cho cuộn dây trung áp 2: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 50/51, 50/51N/51G, 50BF, 74 tín hiệu dòng đựoc lấy từ biến dòng chân sứ cuộn trung áp 2 của MBA 3/ Rơle bảo vệ các xuất tuyến 22kV gồm có: Được tích hợp các chức năng bảo vệ 50/51, 50/51N, 50BF, 74, 81, 79 tín hiệu dòng được lấy từ máy biến dòng phát tuyến 22kV. c ng b i hu n nâng b c công nhân Đề ươ ồ ấ ậ - 10 - . 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. tải của TU rất bé, đồng thời tổng trở mạch ngoài rất lớn nên có thể xem như TU làm việc không tải. 2/ Cấu tạo và nguyên lý làm việc của TU kiểu tụ - Cấu tạo: