Máy biến điện áp là một thiết bị có tác dụng cách ly phần sơ cấp với thứ cấp, nhiệm vụ biến đổi điện áp lưới từ trị số cao xuống trị số thấp, cung cấp cho thiết bị đo lường, bảo vệ, tự động hoá. Thường công suất của tải máy biến điện áp rất bé ( vài chục đến vài trăm VA ), đồng thời tổng trở mạch ngoài rất lớn có thể xem như máy biến điện áp thường xuyênlàm việc không tải.

1. Khái quát:

Máy biến điện áp được ký hiệu là VT (voltage transformer) hoặc PT (potential transformer). Một số tài liệu ký hiệu là TU, BU… để thống nhất một ký hiệu xuyên suốt các bài viết, chúng ta sẽ chỉ sử dụng ký hiệu VT. VT được sử dụng trong hệ thống điện để giảm điện áp hệ thống (điện áp phía sơ cấp) xuống điện áp an toàn (tiêu chuẩn 100 hoặc 110V) để cấp nguồn cho các đồng hồ và relay công suất thấp. Điện áp hệ thống được đặt lên các đầu cuộn dây phía sơ cấp của VT và theo nguyên lý cảm ứng điện từ, điện áp xuất hiện trên các cuộn dây phía thứ cấp. Một VT lý tưởng, khi mắc các phụ tải (mắc song song) định mức vào phía thứ cấp, tỷ số điện áp phía sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với tỷ số vòng dây. Nhưng trên thực tế, do tổn hao mạch từ, dây dẫn…dẫn đến sai số tỷ số về biên độ và góc pha. Sai số này được thể hiện trên sơ đồ vecto sau:

Khác với máy biến dòng điện, VT làm việc ở chế độ hở mạch. Với VT có Usc ≤ 66kV thường được bảo vệ bằng cầu chì. Tuy nhiên ở cấp điện áp cao cầu chì không đảm bảo được dung lượng cắt ngắn mạch, vì vậy VT được nối trực tiếp vào điện áp sơ cấp. Phía thứ cấp của VT thường được bảo vệ bằng cầu chì hoặc aptomat ở ngay đầu ra. Bởi vì khi ngắn mạch phía thứ cấp, dòng ngắn mạch có thể vượt gấp nhiều lần dòng định mức.

2. Các loại máy biến điện áp:

VT khô, VT dầu, VT 1 pha, VT 3 pha,…

* VT khô : thường được sử dụng ở cấp điện áp 35kV trở xuống.

* VT dầu : Sử dụng cho mọi yêu cầu .

Với cấp điện áp cao người ta chế tạo theo kiểu phân cấp , phân áp .

* Phân cấp bằng cuộn dây: Gồm nhiều tầng lõi từ, cuộn dây sơ cấp được chia đều trên các lõi, cuộn thứ cấp chỉ được cuốn trên lõi cuối cùng .

* Phân áp bằng tụ: Dùng bộ phân áp bằng tụ lấy một phần điện áp cao đưa vào cuộn sơ cấp .

2.1. Máy biến điện áp kiểu cảm ứng điện từ:

Ký hiệu IVT (Inductive Voltage Transformer), IVT được chế tạo 3 pha (thường cho cấp điện áp U≤35kV) hoặc 1 pha (U≥66kV) với 1 hoặc 2 cuộn thứ cấp. Tùy theo điện áp cần thiết phía thứ cấp có thể sử dụng các loại IVT khác nhau, đấu nối theo những sơ đồ khác nhau.

Sơ đồ sử dụng 3BU một pha, hai cuộn dây đấu Y0/Y0 , ở phía thứ cấp lấy được điện áp pha và điện áp dây.

Sơ đồ sử dụng 2 VT một pha mắc theo sơ đồ hình V/V để lấy điện áp dây.

Sử dụng 3 VT một pha hoặc 1 VT 3 pha 5 trụ (lõi từ có 5 trụ , 2 trụ ngoài cùng không quấn dây) 3 cuộn dây đấu Y0/Y0/Δ, ở phía thức cấp có thể lấy được điện áp pha, điện áp dây và điện áp thứ tự không ở đầu cuộn tam giác hở. Để lấy được điện áp thứ tự không ở cuộn tam giác hở thì trung tính của cuộn sơ cấp phải được nối đất để có đường đi cho dòng thứ tự không I0 khi có chạm đất tạo từ thông Φ0.

Sơ đồ sử dụng có 1 BU mục đích phát hiện chạm đất trong mạng có dòng chạm đất bé.

2.2 Máy biến điện áp kiểu tụ:

Ký hiệu CVT (Capacitive Voltage Transformer). Kích thước của VT tỷ lệ với điện áp sơ cấp. Chi phí sản xuất VT cũng tỷ lệ với giá trị điện áp danh định. Cho nên sử dụng CVT có tính kinh tế tốt hơn.

a. Nguyên lý làm việc:

VT 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 ,bảo vệ.

b. Cấu tạo:

Gồm hai bộ tụ điện mắc nối tiếp, đấu trực tiếp vào lưới cao áp; một cuộn dây sơ cấp đấu song song với tụ chịu điện áp thấp từ 10 – 15kV; cuộn thứ cấp cuốn 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 KĐ và bộ chống nhiễu N.

Máy biến điện áp kiểu tụ

2.3 Máy biến điện áp ghép tầng:

Khi điện áp lưới lớn hơn 110kV, cách điện giữa cuộn sơ cấp và lõi thép của IVT sẽ gặp khó khăn. Để giải quyết vấn đề này người ta chia cuộn dây sơ cấp của IVT ra nhiều tầng với nhiều lõi thép.

Cấu tạo: Gồm nhiều tầng lõi từ xếp chồng lên nhau. Cuộn dâu sơ cấp được phân bố đều trên tất cả các lõi. Cuộn thứ cấp chỉ ở trên lõi từ cuối; số tần lõi từ phụ thuộc vào cấp diện áp và công nghệ chế tạo. Trên mỗi lõi thép được chia thành hai phần quấn trên hai trụ đối diện nhau sao cho từ thông mà chúng sinh ra được cộng với nhau trong mạch từ. Cuộn thứ cấp được quấn trên lõi thép cuối cùng (phía nối đất). Cuộn liên kết làm nhiệm vụ liên hệ giữa từng cặp lõi thép, đảm bảo mạch liên kết có tổng trở thấp giữa các tầng và đảm bảo phân phối đều điện áp trên các phần cuộn dây sơ cấp. Cách điện của các cuộn dây trên từng lõi thép được tính toán để chịu được phần điện áp sơ cấp đặt trên cuộn dây đó. Số tầng càng nhiều, điện áp này càng thấp.

Xem thêm: Nguyên lý và cấu tạo máy biến áp Ký hiệu và chức năng của các thiết bị đóng cắt Dao cách ly

Nguyên lý làm việc: Vẫn dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ để biến đổi điện áp cao bên cuộn dây sơ cấp sang điện áp thấp bên cuộn thứ cấp.

Có thể bạn thích: Mô hình trạm biến áp ngầm, trạm biến áp trong nhà, trạm biến áp ngoài trời.