Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế máy biến áp thử nghiệm

Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
1
LỜI MỞ ĐẦU
Máy biến áp là bộ biến đổi cảm ứng đơn giản dùng để biến đổi dòng điện
xoay chiều từ điện áp này thành dòng điện xoay chiều khác có điện áp khác. Các
dây quấn và mạch từ của nó đứng yên và quá trình biến đổi từ trường để sinh ra
sức điện động cảm ứng trong các dây quấn được thực hiện bằng dây cáp điện.

luận của em được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn thiết bị điện – điện tử ,
khoa điện – Trường đại học bách khoa Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ
em trong học tập tốt nhất là thời kỳ làm đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm
ơn thầy Chu Đình Khiết đã trực tiếp h
ướng dẫn chỉ bảo em để hồn thành đồ án
tốt nghiệp này.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
2

khác công tác thử nghiệm được tốt….
Ta sẽ xét kỹ ba thiết bị đầu vì trong đó có sử dụng các máy tạo điện áp cao để
thử nghiệm. Hình 1.1. Môi trường thử nghiệm cao áp
1. Thiết bị thử nghiệm điện áp tăng cao tần số công nghiệp
:
Thiết bị này được dùng để thử nghiệm cách điện của thiết bị điện. Việc thử
nghiệm thiết bị hoặc kết cấu cách điện bằng điện áp tăng cao tần số công nghiệp
cho phép xác định các khuyết tật làm giảm độ bền điện và tuổi thọ của thiết bị
mà các phương pháp khác không xác định được. Thử nghiệm b
ằng biện pháp cơ
bản để xác định dự trữ độ bền cách điện của các thiết bị trong các điều kiện của
nhà máy chế tạo cũng như tại nơi sử dụng. Vì vậy các thiết bị ở cấp điện áp dưới
35 kV chịu thử nghiệm cả trong vận hành, còn các thiết bị ở cấp điện áp cao hơn
được thử nghi
ệm trong điều kiện phòng thử nghiệm. Nguồn điện áp thử nghiệm

việc nâng điện áp từ không đến giá trị 1/ 3 trị số điện áp thử nghiệm được thực
hi
ện với tốc độ tuỳ ý và có thể đọc được những chỉ số trên dụng cụ đo. Sau đó
điện áp được tăng nhanh đến điện áp thử nghiệm, khi đạt giá trị xác định thì
phải giữ không đổi trong thời gian thử nghiệm, chú ý là khi điện áp cao hơn ¾
điện áp thử nghiệm thì cần phải đảm bảo khả năng cắt nhanh của thiết bị th
ử.
Việc giảm điện áp phải nhanh và trơn đều, khi điện áp nhỏ hơn 1/3 điện áp thử
nghiệm thì cho phép cắt điện. Độ lệch tần số so với định mức không vượt quá
10% (tức trong khoảng (45 ÷ 55) Hz).
Các sóng hài bậc cao làm biến dạng diện áp thử nghiệm so với hình sin tồn
bộ thiết bị thử nghiệm không vượt qúa 5%. Giá trị hiệu dụng của đi
ện áp thử
nghệm cho mỗi loại cách điện và cấp điện áp định mức thì thay đổi trong giới
hạn rộng từ 3÷5 (kV) khi thử cách điện của nguồn dây điện áp thấp, cho đến 1,2
(MV) khi thử cách điện ngồi giữa các pha của thiết bị ở cấp điện áp 500 kV và
cao hơn nữa. Sơ đồ khối của thiết bị thử nghiệm đ
iện áp tăng cao tần số công
nghiệp như hình vẽ:
Hình1.2. Sơ đồ khối thử nghiêm ở điện áp xoay chiều tần số công nghiệp
Bộ điều chỉnh dùng để điều chỉnh biên độ, tần số hoặc pha của điện áp đưa

Nguồn cao áp 3 là các máy biến áp tăng áp, các máy biến áp nối cấp hoặc các
mạch cộng hưởng. Yêu cầu chính của các máy này không có phóng điện cục bợ
trong bản thân máy biến áp ở điện áp thử nghiệm, các sóng hài làm biến dạng
điện áp là nhỏ và không v
ượt quá (2 ÷ 2,5)% thành phần cơ bản. Để tạo điện áp
cao hơn 105 (kV) thì cấu trúc của máy biến áp trở nên phức tạp, tránh sự xuất
hiện cộng hưởng tạo bởi điện cảm riêng và điện cảm tản tới điện dung của cuộn
dây được nối với thanh góp và đối tượng. Để tạo điện áp cao có thể nối cấp các
máy biến áp. Công suất các máy biế
n áp thử nghiệm phụ thuộc vào công suất
tích điện của các thiết bị thử nghiệm và được xác định theo điện dung của chúng
cùng với điện áp thử nghiệm.
P = W.C.U
2
.10
-9
(kVA)
Với C – điện dung của đối tượng thử nghiệm
W – tần số góc (1/ sec)
U
2
– điện áp thử nghiệm (kV)
Khi điện áp thử nghiệm nhỏ hơn điện áp định mức của máy biến áp thử
nghiệm thì phụ tải của nó bị hạn chế bởi dòng định mức chạy qua cuộn dây và
công suất của máy biến áp là:
P = I
t
.U
đm
=

ơn so với dòng định mức là 2 ÷ 2,5 lần và có chỉ
dẫn riêng, cần chú ý đến sự làm lạnh giữa các lần thử nghiệm.
Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm cách điện thiết bị diện bằng điện áp xoay chiều
tần số công nghiệp như hình vẽ 1.3.
1- Thiết bị điều chỉnh (biến áp tự ngẫu)
2- Máy biến áp thử nghiệm
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
6
3- Điện trở hạn chế
4- Máy biến áp đo lường
5- Điện trở
6- Bộ phóng điện cầu
7 - Đối tượng thử nghiệm
Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý thử nghiệm cách điện thiết bị điện bằng điện áp xoay chiều
tần số công nghiệp

A
1
, A
2
các đồng hồ ampemet
V
1
, V

2

1

~
U
thử
2

1

~
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
7
2. Thiết bị thử nghiệm điện áp cao một chiều:
Thiết bị dùng thử nghiệm nghiên cứu quá trình phóng điện chọc thủng, phóng
điện bề mặt… ở các môi trường cách điện và kết cấu cách điện khác nhau. Một
số thiết bị dòng xoay chiều do nguyên nhân kỹ thuật không thể thử nghiệm bằng
điện áp xoay chiều như cáp chứa đầy khí, cáp có cách điện bằng dầu… phải thử
nghiệm bằng điện áp mộ
t chiều. Nguồn điện một chiều được sử dụng để làm
cháy chổ bị đánh thủng, chổ yếu của cáp sau đó có thể tìm ra chổ hỏng và thay
thế nó. Nguồn điện một chiều cao áp thường là: nguồn chỉnh lưu, mạch nhân áp
và máy phát tĩnh điện. Điện áp chọc thủng một chiều có giá trị cao hơn ở điện áp
xoay chiều.
1-
Nguồn ổn định
2- Bộ chỉnh điện áp
3- Máy biến áp thử nghiệm
4- Tụ san phẳng


7
5
4
3
2
1
~
8
10
10
9
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
8
không có những ưu việt lớn mà thiết bị lại phức tạp nên không được phổ biến.
Để nhận được điện áp thử nghiệm một chiều lớn người ta thường sử dụng các sơ
đồ nhân điện áp như sau:
Đây là nguồn điện một chiều, điện áp cao và công suất nhỏ, phụ tải được nối
với đầu ra của bộ này qua đ
iện trở phụ để giảm sự nhảy vọt dòng do tụ điện ở
các tầng khi phóng điện bề mặt nhưng có thể nối trực tiếp. Điện áp nhận từ bộ
này có thể đến 3÷ 5 MV.
1 - Máy biến áp thử nghiệm.
2 - Đối tượng thử nghiệm.

ị cực đại 2500 ± 1500 (µs). Có thể sử dụng các dạng xung
khác nhau như xung không chu kỳ100/ 2500 ; 1000/ 5000 (µs) và xung dao động
có thông số 4000 ± 1000 / 7500 ± 2500 ; 100/ 1000. Giá trị cực đại và dạng xung
C
C
C
C
D
1
D
2
D
3
D
4
C
5
2

1

~
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
9
thử nghiệm có ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước cách điện, độ bền vững của
thiết bị thử nghiệm.
Các dạng xung cơ bản.
a. Xung 1,2/ 50 (µs)
b. Xung cắt τφ
c. Xung 100/ 1000 (µs)

mạch thao tác thì sử dụng các máy phát đi
ện áp xung hoặc sử dụng máy biến áp
thử nghiệm có nguồn xung.
Sơ đồ máy phát điện áp xung kích hình 1.8.

(d)
(c)
(b)
(a)
U
0
t
t
U
0
U
0
t
0
Tc
τφ
0,5Um
U
m
U
t
0,5Um
U
m
Tc

,… ,C
N
- tụ điện nạp điện.
R
bv
– điện trở bảo vệ.
KH
1
, KH
2
,… KH
n
- khe hở phóng điện.
R
n
- Điện trở nạp điện.
R
0
- Điện trở ổn định.
R
đ
- Điện trở phóng điện.
Quá trình tạo xung gồm hai giai đoạn:
- Giai đoạn nạp: qua máy biến áp T và chỉnh lưu E cấp tụ điện C
A
,C
B
,… ,C
N


tăng đến mức 3U.
Như vậy nếu dùng n cấp để các tụ điện trong giai đoạn phóng được phép nối
tiếp nhau qua các khe hở KH
1
, KH
2
,… KH
n
thì điện áp xung kích đã có thể tạo
được điện áp cao tới 8 (MV). Các phần tử còn lại làm nhiệm vụ bảo vệ và điều
chỉnh. II. Các loại máy điện áp cao dùng trong thử nghiệm hiện nay
:
T

R
bv
E
R
n
A
2
R
n
B
2
C
2

K

~
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
11
1. Máy kiểu И 0M – 100/ 25:

Hình 1.9. Hình dạng của máy biến áp kiểu И 0M – 100/ 25
1.1 Công dụng
:
Máy dùng làm nguồn cao áp một chiều và xoay chiều tần số 50 Hz để thử
nghiệm vật liệu cách điện và các thiết bị điện có điện áp tới 35 kV.
1.2 Đặc tính kỹ thuật
:
Dung lượng: 25 kVA

4 – Chế độ làm việc 12 V của đèn chỉnh l
ưu
5 – Chế độ 220 V của đèn chỉnh lưu.
Cuộn dây 12 V của đèn chỉnh lưu máy biến áp có 200 vòng, đường kích dây
dẫn 1,5 (mm) quấn trên lõi sắt có tiết diện 500 (mm
2
) dài 200 (mm). Để phân bố
lại điện trường trong lõi sắt và dây quấn ta mắc thêm màn chắn.
Đầu ra cuộn 12 V cũng được bọc màn chắn để điện trường được san đều.
Cuộn dây sơ cấp của đèn chỉnh lưu máy biến áp gồm 1200 vòng, dây dẫn có
đường kính 0,8 (mm) và được quấn trên ống bakelit.
Để loại trừ khả năng phóng điện trên bề mặt đèn chỉnh lưu máy biến áp ng
ười
ta đặt một màn chắn hình trụ bên trong thùng, khoảng cách nhỏ nhất từ màn chắn
đến đèn chỉnh lưu là 50 (mm). Đến vỏ thùng là 30 (mm).
Để máy biến áp И 0M – 100/ 25 thử nghiệm đối tượng có điện dung lớn khi
điện áp thấp hơn định mức, công ty chế tạo đã dùng cách phân đoạn cuộn dây
cao áp. Cuộn dây cao áp được chia làm 8 cuộn nhỏ, mỗi cuộn nhỏ được tính tốn
làm việc với
điện áp 12,5 (kV).
Theo sơ đồ đấu dây máy biến áp thử nghiệm làm việc với dòng 2 (A) khi
điện áp 12,5 (kV) và 0,25 (A) khi điện áp 100 (kV). Để thực hiện điều này trên
nắp vỏ thùng máy biến áp phải có một vài đầu đổi nối được cách điện.
2. Máy biến áp thử nghiệm kiểu И 0M – 100/ 20
:
2.1 Công dụng
:
Máy do nhà máy T3P
лHeЭHePZ0 chế tạo, máy И 0M –100/ 20 dùng trong
thử nghiệm để thử nghiệm các thiết bị điện có điện áp định mức đến 35 (kV),

л310 có đường
kính 0,2 mm. Cuộn đo 100 V của cuộn cao áp có 45000 vòng, dây dẫn có đường
kính 0,49 mm. Cuộn hạ áp có 90 vòng, dây quân có tiết diện 2,26 × 6,4 (mm
2
).
Cấu trúc của đèn chỉnh lưu máy biến áp gồm cuộn dây sơ cấp 220 V có 814
vòng, đường kính dây 0,55 mm và cuộn thứ cấp 13 V có đường kính dây 2,26
mm.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
14
70/300:
Hình 1.11 Hình dạng bên ngồi Hình112. Hình dạng bên ngồi
của máy И 0M –15/ 10 của máy И 0M –35-70/30

Hình1.13 Hình dạng bên ngồi Hình1.14 Hình dạng bên ngồi của
máy И 0M –35-70/100 của máy И 0M –35-70/300

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
15
Bảng 1.1- Đặc tính kỹ thuật của một số máy biến áp thử nghiechế
tạo tại nhà máy T3P
лHeЭHePZ0
Kiểu
Công suất
định mức
(kVA)
Điện áp định
mức (kV)
U
n

:
Máy thử cao áp TBO - 140 -50 do nhà máy M
0
CPEHTΓEH sản xuất có cấu
tạo đèn chỉnh lưu đặt phía dưới cuộn cao áp. Máy này dung để thử nghiệm cách
điện cho máy điện quay.
 Đặc tính kỹ thuật:
Điện áp định mức: 0,19/ 100 ± 2,5 (kV).
Máy biến áp trong đèn chỉnh lưu: 200/13 ± 1 (V)
Công suất : 5 kVA.
Công suất máy biến áp đèn chỉnh lưu: 110 (kV).
Trọng lượng chung: 150 (kg)
4. Máy thử cao áp loại AИM – 70.

4.1. Công dụng:

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
16

Máy AИM-70 do nhà máy MOCPEHTZEH chế tạo. Máy dùng để thử
nghiệm các loại cáp, điện môi rắn, lỏng với tác dụng của điện áp cao một chiều
và xoay chiều.
1
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
17
xảy ra ngắn mạch (điện môi thử nghiệm bị chọc thủng). Điện áp ra có thể điều
chỉnh dễ dàng nhờ phần điều khiển. Trên nóc của bàn điều khiển có đặt aptomat
dòng điện cực đại, kilovolmet đo điện áp và các đèn tín hiệu.
Bộ chỉnh lưu Kelotron là một ống thẳng đứng hình trụ chứa đầy dầu, trong đó có
đặ
t đèn chỉnh lưu KPHM – 150 và biến áp chỉnh lưu. Trên nắp Kelotron có đặt
đồng hồ microampe với các giới hạn đo lường 200, 1000, và 5000 (µA).
5. Máy thử cao áp loại AИM – 90:

5.1. Công dụng
:
Máy được dùng để thử nghiệm các loại điện môi rắn, lỏng dưới tác dụng của
điện áp cao xoay chiều.
5.2. Đặc tính kỹ thuật:

Điện áp nguồn xoay chiều một pha 220 ± 22 (V)
Tần số : 50 (Hz)
Điện áp chọc thủng lớn nhất: 90 (kV)
Ngăn đựng dầu thử: 400 (cm
3
)
Tổn hao công suất : 0,5 (kVA)
Trọng lượng máy: 35 (kg).
5.3. Cấu tạo:
Hình 1.17. Bàn điều khiển thiết bị AИM – 90
1 – Nút đóng vào lưới
2 – Tín hiệu xanh – đóng nguồn
3 – Đồng hồ đo
4 – Tín hiệu vàng (sơ đồ thiết bị sẵn sàng đóng vào cao áp)
5 - Tín hiệu đỏ (đã đóng vào cao áp)
6 - Nút điều chỉnh kim và điều chỉnh điện áp về vị trí 0 sau khi đã phóng
điện.
7-Nút phục hồi tự động đưa kim vào điều chỉnh điện áp vềø vị trí 0 sau khi
phóng điện.
8 - Nút đóng cao áp
9 - Nút ngắt cao áp
10 - Ổ cắm để nối các nguồn
11 – Đầu cặp để nối đất
12 – Nắp động có liên động.
6. Máy thử cao áp kiểu TYPWIP6 (Đức):

Hình 1.18. Hình dạng máy
6.1. Công dụng:

Thử nghiệm các vật liệu cách điện.
6.2. Đặc tính kỹ thuật:

Điện áp định mức: 0 ÷ 22 / 0 ÷ 6 (kV)
Dòng điện định mức cuộn thứ cấp 2,5 (A)
Công suất 1,5 (kVA)
Tần số 50 (Hz)
Kích thước 500 × 250 × 300 (mm).
6.3. Cấu tạo:

Máy biến áp thử nghiệm được đặt trong bàn điều khiển như hình vẽ:
Các ký hiệu:
Netz ~ :khố điện.
Durchschlag: đèn báo có điện (màu xanh).
Prupspannung: đèn báo đã đánh thủng điện môi (màu đỏ).
Ein: nút khởi động.
Aus: báo hiệu rơle cắt.
Prufen: khi thử nghiệm có thể quan sát được tia lữa điện.
Ausbrenen: khi thử nghiệm không thấy tia lữa điện.
7. Máy thử cao áp Fpeo - 2400/ 600/ K (Đức) dùng cho trạm th
ử

sinh ở điện áp ra. Số lượng mạch lọc được sử dụng tuỳ theo kiểu và phụ tải của
máy phát thử nghiệm.
- Thiết bị phân phối: việc cấp nguồn cho máy phát thử nghiệm được thực
hiện nhờ một thiết bị phân phối bọc sắt, có các ngăn phân phối.
- Thiết bị đi
ều chỉnh: gồm máy biến dầu ba pha có cuộn dây di động và có bộ
truyền động thuỷ lực dùng để điều chỉnh điện áp và một máy biến áp dầu ba pha
là máy biến áp phụ thêm. Thiết bị điều chỉnh có thể đổi mạch sang chế độ làm
việc một pha hoặc ba pha với điện áp và công suất như nhau. Việc chuyển mạch
được thực hiện ở đầu vào trên n
ắp thùng.
- Bộ điện kháng bù: dùng để điều hồ dòng điện của máy phát thử nghiệm và
đối tượng thử nghiệm.
- Đài điều khiển: phần điều khiển được lắp trên đài điều khiển có các bloc
mạch điều kiển với các bộ phận điều khiển và đồng hồ đo.
8. Bộ thử nghiệm cao áp 250 kV – 100 kVA: 800×450
>3000
φ=1300

(kV). Hai máy này hồn tồn giống nhau về tính năng kỹ thuật kết cấu. Tính năng
mở máy như sau:
Ký hiệu: BTN
2
100/ 125
Dung lượng 100 (kVA)
Điện áp : 0 ÷ 0,38 / 0 ÷ 125 (kV)
Dòng điện thứ cấp 0,8 (A)
Điện áp cuộn dây cân bằng 380 (V)
Dòng điện cuộn dây cân bằng 132 (A)
8.3 Cấu tạo:

a. Máy biến áp 100 (kVA) 0,38 / 125 (kV)
:
Để sinh ra điện áp 250 (kV) cần phải nối cấp hai máy biến áp 125 (kV). Nếu
nơi dùng chỉ cần điện áp 125 (kV) thì có thể dùng riêng rẽ từng máy biến áp 125
(kV). Đặc điểm của loại máy biến áp này là có cuộn dây cân bằng để hạn chế
ngắn mạch, do đó không cần bố trí các điện trở hạn chế ngắn mạch ở phía cao áp
nữa.
Nhờ thực hiện nối đấ
t giữa hai cuộn dây cao thế nên giảm được 1/ 2 điện áp
cách điện đối với lõi sắt do đó đảm bảo máy làm việc an tồn và tin cậy.
b. Máy biến áp điều chỉnh mềm: BĐM100 / 0 ÷ 380 (V)
.
Dung lượng: 100 (kVA)
Số pha 1.
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
22
Điện áp vào 380 (V)
Điện áp ra 0 ÷ 380 (V)


Hình 1.20. Hình dạng của máy.
9.2. Máy đo lường 1 pha ngâm dầu kiểu PT22-1HODS
:

Hình 1.21. Hình dạng của máy.
 Các thông số kỹ thuật:
Điện áp sơ cấp danh định (V): 20000 ; 2200 ; 24000.
Điện áp thứ cấp danh định (V): 100 ; 110 ; 120 ; 190 ; 220 ; 240
Số pha : 1
Dung lượng (VA): 100 ; 150 ; 200 ; 250 ; 300 ; 500 ; 1200
Đồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
24
Chiều dài đường rò nhỏ nhất: 25 (mm/ kV)
Trọng lượng: 111 (kg).
III. Ýnghĩa của máy biến áp cao áp một pha:

Các thiết bị điện sử dụng ở nước ta hiện nay có rất nhiều kiểu, nhiều loại.
Ngay sau khi dược lắp đặt và đưa vào sử dụng các thiết bị điện đã có nguy cơ bị
xuống cấp và hư hỏng. Đây là hiện tượng bình thường bởi vì thiết bị điện là tập
hợp của nhiều chi tiết điện từ,
điên tử, cơ khí, thuỷ lực,khí nén…Mặt khác trong
quá trình vận hành, sử dụng luôn có sự thay dổi về phụ tải, có sự bố trí lại mạch
điêïn hoặc bổ xung thêm thiết bị mà nhiều khi không có sự phối hợp tổng thể của
cơ quan thiết kế. Cũng cần phải kể đến sự lựa chọn thiết bị không đúng, sự chỉnh
định sai các thiết bị đ
o lường, điều khiển, chỉ thị, sự vận hành không đúng quy
trình kỹ thuật…Tất cả các yếu tố kể trên gây ảnh hưởng xấu đến sự làm việc
bình thường của tồn hệ thống.
Vì vậy để đánh gía tình trạng và chất lượng của các thiết bị này ta cần khải