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

Chương VI: Tính mạch bảo vệ, đo lường, điều khiển.
Do sự hiểu biết thực tế và thời gian có hạn nên khố luận không thể tránh
những sai sót, rất mong nhận được ý kiến của các thầ
y, cô và các bạn để khố
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.
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
2
Chương 1
TÌM HIỂU VỀ MÁY BIẾN ÁP CAO ÁP
I. Nguyên lý cấu tạo của bộ thử nghiệm cao áp:

Thông thường một phòng thử nghiệm (môi trường thử nghiệm) điện áp cao
được trang bị hồn chỉnh, phục vụ tốt cho công tác nguyên cứu và chế tạo các
thiết bị điện cao áp gồm những thành phần như hình vẽ sau:

chuyển
Tạo điều kiện
thử nghiệm
Hệ thống thử
nghiệm
Hệ thống cung
cấp
Nguồn cao
áp
Đối tượng thử
nghiệm
Hệ thống đo lường,
điều khiển
Hệ thống
bảo vệ
Hệ thống nối
đất
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
3
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 bằ
ng 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 nghiệ
m trong điều kiện phòng thử nghiệm. Nguồn điện áp thử nghiệm
R
1
R
2

4
5
6
1 3 N
2
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
4
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
vào cuộn sơ cấp của nguồn cao áp 3. Trong trường hợp đơn giản là máy biến áp
tự ngẫu hoặc là bộ điều chỉnh pha. Trong trường hợp phức tạp hơn ngồi điều
chỉnh biên độ còn đòi hỏi phải đều chỉnh t
ần số thì cần có máy phát điện kiểu
máy phát có hệ thống khởi động, điều khiển và điều chỉnh tần số quay.
Thiết bị đo lường đo điện áp sơ cấp.

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
=
dm
t
t
U
P.
U

Với I
t
- dòng thử nghiệm (A)
P
t
- phụ tải thử nghiệm (kVA)
U
t
- điện áp thử nghiệm của đối tượng (kV)
U
đm
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
, V
3
- các đồng hồ vonlmet
KV- đồng hồ kilovonmet
Khi thử nghiệm cách điêïn của các đối tượng có điện dung bản thân lớn (các
cuộn dây của máy phát công suất lớn, cáp…) thì có thể giảm độ lớn công suất
của thiết bị thử nghiệm bằng sử dụng bù dòng điện dung. Để nhâïn dược công
suất đủ lớn đôi khi sử dụng bằng cách mắc song song một số máy biến áp, khi đó
chia thanh góp thành t
ừng đoạn và thực hiện thử nghiệm theo các pha, hoặc các
biện pháp làm giảm giá trị điện dung đồng thời của cách điện thử nghiệm.
Khi không có máy biến áp với điện áp thử nghiệm yêu cầu thì có thể thực
hiện mắc nối tiếp với các máy biến áp như vẽ 4.1.

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
5- Điện trở hạn chế dòng điện
6- Đồng hồ đo điện áp cao (kV)
7- Đối tượng thử nghiệm
8- Bộ phóng điện
9- Chỉnh lưu
10 – Đồng hồ microampenmetre
V

6

7
5
4
3

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. Hình 1.6 Sơ đồ nhân điện áp

3. Thiết bị thử nghiệm điện áp xung(máy phát điện áp xung)

Việc thử nghiệm cách điện của thiết bị điện bằng điện áp xung là nhằm kiểm
tra độ bền vững của nó đối với quá điện áp sét và quá điện áp thao tác xuất hiện
trong lưới điện khi vận hành. Quá điện áp sét xuất hiện do sét đánh vào đường
dây chống sét, cột điện, dây dẫn của đường dây truyền tải, do đó cách đi
ện của
đường dây sẽ chịu tác dụng của xung điện áp không chu kỳ có cực tính dương
hoặc âm. Trên các thiết bị điện của trạm được bảo vệ bằng bộ phóng điện (chống
sét ống, khe hở phóng điện…) thì xung có thể có dạng xung cắt ngay sau khi đạt
C
C
C
C
D

suy giảm đến giá trị 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
thử nghiệm có ảnh hưởng trực tiếp đến kích thước cách điện, độ bền vững của
thiết bị thử nghiệm.
Các d
ạng xung cơ bản.
a. Xung 1,2/ 50 (µs)
b. Xung cắt τφ
c. Xung 100/ 1000 (µs)
d. Xung 250 / 2500 (µs)


Tc
τφ
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
9
Hình 1.7. Các dạng xung cơ bản

Một vấn đề quan trọng nữa được giải quyết trong phòng thử nghiệm cao áp là
nghiên cứu quá trình chọc thủng ở các khoảng cách khac nhau trong không khí
và những môi trường cách điện khác nhau. Giá trị của nó có liên quan tới chế tạo
cách điện ở đường dây truyền tải siêu cao áp, hồn thiện chống sét cho các đối
tượng khác nhau, tiêu chuẩn hố các dạng xung. Để có được quá điện áp chuyển
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.
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

được nạp tới điện áp U và khi quá trình nạp kết thúc thì điểm A
2
, B
2
,… B
n
có
điện thế U còn các điểm A
1
, B
1
,… B
n
có điện thế bằng không.
T

R
bv
E


C
n
N
1
C
1
B
1
A
1
K

~
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
10
- Giai đoạn phóng: nếu chọn khoảng cách khe hở KH
1
sao cho điện áp U có
thể phóng điện được thì sau khi phóng điện thế của điểm B
1
sẽ tăng vọt đến mức
U và như vậy điện thế của điểm B
2
tăng đến mức 2U. Khe hở KH
2
được chọn
cho phóng điện ở điện áp 2U vàsau khi nó phóng điện sẽ làm cho điện thế ở
điểm C
1
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
Điện áp : 0÷ 2 / 0 ÷ 100 kV
4
1
5
2
3
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
11
Tần số : 50 Hz
Dòng điện định mức cuộn cao áp: 0,25 A
Điện áp ngắn mạch: U
n
= 10%.
1.3 Cấu tạo:


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
:
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
12
Máy do nhà máy T3P
л
H
e
ЭH
e
PZ0 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),
máy có thiết bị đèn cung cấp cho bộ chỉnh lưu Kenotron.
2.2 Đặc tính kỹ thuật
:
Dung lượng 20 (kVA)
Điện áp: 0 ÷ 200 / 0 ÷ 100000 (V)
Điện áp định mức cuộn dây đo (x – x

).
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.
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

Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
14
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

Bảng 1.1- Đặc tính kỹ thuật của một số máy biến áp thử nghiechế
tạo tại nhà máy T3P
л
H
e
ЭH
e
PZ0
Kiểu
Công suất
định mức
(kVA)
Điện áp định
mức (kV)
U
n

hoặc 35 (kV). Các đầu ra trên nắp của vỏ máy biến áp.
3. Máy thử cao áp TBO – 140-50
:
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: 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.
Thiết bị thử nghiệm AИM – 70 có những phần cơ bản là bàn điều khiển và
bộ phậ
n chỉnh lưu (Kenotron).
Bàn điều khiển gồm các phần điều khiển, thiết bị tín hiệu và biến thế cao áp.
Trong thùng máy biến áp cao áp có một dãy điện trở bảo vệ cuộn dây cao áp khi
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 khi
ển 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
đặt 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)
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
17
Ngăn đựng dầu thử: 400 (cm
3
)
Tổn hao công suất : 0,5 (kVA)
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
1
2
3
2
1
33

2
1

4
5
6
8
9
10

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)

Aus
Ain
…6000 V
… 6000 V
…3000 V
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
19
Dòng điện định mức cuộn thứ cấp 2,5 (A)

:
Máy biến áp thử nghiệm có các đặc tính như ở phần trên.
- Bộ điện dung phân áp: gồm tụ đo của thế và tụ điện áp thấp. Tụ cao thế
gồm các tụ đo riêng bố trí cái nọ trên cái kia. Mỗi cái tụ do có ở bên trong vỏ sứ,
những tụ dầu – giấy đấu nối tiếp nhau.
- Để sai số không vược quá sai số cho phép nên trong quá trình vận hành bên
trong khoảng bảo vệ bao quanh tụ cao th
ế theo trục cao không được có các vật
dẫn điện hoặc dây tiếp điện.
- Mạch lọc: do tác dụng qua lại của diện cảm rò với các máy biến áp và diện
dung của các thiết bị thử nghiệm điện dung riêng và điện dung của các đối tượng
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
20
thử nghiệm có thể sinh ra sóng hài bậc cao ở điện áp ra. Nhờ có mạch lọc đặt
phần tử đảo mạch ở vị trí phù hợp có thể loại trừ sóng hài bậc 3 và bậc 5 phát
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 điều 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
vi
ệc một pha hoặc ba pha với điện áp và công suất như nhau. Việc chuyển mạch
được thực hiện ở đầu vào trên nắp 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


800×450
>3000
φ=1300
>2000
φ=1300
2000
1400
800×150
2000
1600
1200
3800
2800
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
21
Để sinh ra điện áp 250 (kV), dùng phương pháp nối cấp 2 máy biến áp 125
(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:


c bảo vệ bằng hộp đấu dây có nắp che bằng nhôm và vít
kẹp chì.
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
22
9.1. Máy đo lường 1 pha ngâm dầu kiểu PT22 - 12HOD1S:
 Các thông số kỹ thuật:
Điện áp sơ cấp danh định: 20000/
3
, 22000/
3
, 22900/
3
, 24000/
3
(V)
Điện áp thứ cấp danh định: 100 , 110 , 120 , 190 , 220 , 240(V)
Số pha : 1.
Dung lượng: 75 , 150 , 200 , 300 , 500 , 1200 (VA)
Tần số: 50 (Hz)
Chiều dài đường rò nhỏ nhất: 25 mm/ kV.
Trọng lượng: 93 (kg)

Hình 1.20. Hình dạng của máy.

9.2. Máy đo lường 1 pha ngâm dầu kiểu PT22-1HODS
:
Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
23

Đ
ồ án tốt nghiệp Thiết kế máy biến áp thử nghiệm
24
Việc thử nghiệm các thiết bị điện này cần phải có nguồn điện áp cao và được
điều chỉnh liên tục đó là một loại máy biến áp đặc biệt chuyên dùng cho việc thử
nghiệm. Đây là một thiết bị quan trọng trong việc thử nghiệm như thử nghiệm
máy biến áp điện lực, cáp, động cơ, BU, BI, chống sét van, sứ, cách điện…Từ đó
ta xác định chính xác các chỉ tiêu của chúng và từ đó ta đánh giá được tình trạng
làm việc của các thiết bị này để đảm bảo đưa chúng vào làm việc an tồn và chắc
chắn.
IV. Thử nghiệm cao áp:

A. Kiểm tra và thử nghiệm các thiết bị điện
:
1. Quan sát các thiết bị điện:

Là công việc làm trước khi tiến hành công việc thử nghiệm, kiểm tra và hiêïu
chỉnh thiết bị và kết thúc bằng lần xem xét cẩn thận cuối cùng. Nhờ quan sát
thiết bị sẽû phát hiện được phần lớn những hư hỏng về cơ và những gĩ của vỏ
máy, lõi thép, các đầu dây ra, các chỗ nối, cách điện của các bộ phận dẫn điện,
cách điện giữa các vòng dây củ
a cuộn dây. Đồng thời khi quan sát sẽ đánh giá
được tình trạng chung của thiết bị dựa vào lý lịch của nó để xác định thiết bị đó
có phù hợp thiết kế và với các yêu cầu kỹ thuật hay không.
Những hư hỏng do lắp ráp và những thiếu xót nhỏ do chếù tạo. Khi quan sát
phát hiện ra, nhân viên lắp ráp sẽ xử lý và khắc phục. Trường hợp gặp những hư
hỏng nghiêm trọng người
đặt hàng sẽû báo cho nhà chế tạo biết để sửa chữa.
2. Đo và thử nghiệm các thiết bị điện ở trạng thái tĩnh
: