Máy biến điện áp là gì?

Máy biến điện áp là một máy biến áp có tác dụng biến đổi điện áp lưới từ trị số cao xuống trị số thấp, dùng để cung cấp cho các thiết bị đo lường, relay bảo vệ, tự động hóa,…

Ví dụ: 35/0.1kV, 110/0.1kV,…

Thông thường công suất mạch tải của máy biến điện áp rất bé (khoảng vài chục đến vài trăm VA), đồng thời tổng trở mạch ngoài lớn nên có thể coi máy biến điện áp thường xuyên làm việc ở chế độ không tải.

Công suất chế tạo máy biến điện áp khoảng 25 – 1000VA.

Tổng quan về máy biến điện áp

Máy biến điện áp được ký hiệu là VT ( voltage transformer) hoặc PT (potential transformer). Ở một số tài liệu khác còn có ký kiệu TU, BU,…

Trong bài viết này mình sẽ 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. Trị số điện áp thứ cấp lấy theo tiêu chuẩn nhà nước. Ở Liên Xô, châu Âu là 100V hoặc 110V, ở Anh và các nước Ả Rập là 100V, ở Mỹ là 120V.

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 làm việc ở chế độ ngắn mạch, máy biến điện áp (VT) làm việc ở chế độ hở mạch. Với VT có U1 < 66kV thường được bảo vệ bằng cầu chì.

Tuy nhiên ở cấp điện áp cao, cầu chì không thể đảm bảo được dung lượng cắt ngắn mạch. Vì vậy ở cấp điện áp cao, VT được nối trực tiếp với điện áp phía sơ cấp. Phía thứ cấp của VT thường được bảo vệ bằng cầu chì hoặc aptomat ở ngay đầu ra. Lý do cho việc này bởi vì nếu ngắn mạch phía thứ cấp, dòng ngắn mạch rất lớn (gấp khoảng 10 lần dòng định mức) có thể làm hỏng VT.

Tóm lại, ta có thể rút ra một số đặc điểm của máy biến điện áp như sau:

Đặc điểmNguyên nhânW2 < W1U2 < U1I1 nhỏU1 caoI2 caoU2 thấpChế độ làm việc: Không tảiZ rất lớnTránh ngắn mạch thứ cấpIn = 10 Idm (rất lớn)

Ảnh hưởng các thông số đến độ chính xác của máy biến điện áp

Cấp chính xác của máy biến điện áp: là sai số lớn nhất của giá trị điện áp khi VT làm việc trong điều kiện: F=50Hz; U1 =0,9-1,1 U1 đm. Phụ tải thứ cấp thay đổi từ 0,25 đến định mức, cos = 0,8

Cấp chính xác thường được chế tạo phù hợp với mục đích sử dụng:

• 0,1: trong phòng thí nghiệm
• 0,2: đo đếm điện năng tiêu thụ (công tơ), mức chính xác cao
• 0,5: công tơ và đồng hồ đo đếm tiêu chuẩn
• 1: chuẩn hóa dụng cụ đo trong công nghiệp
• 3,0: dụng cụ đo không cần độ chính xác cao
• 3P, 6P: rơ le bảo vệ

Các loại máy biến điện áp

Phân loại VT theo chất cách điện:

• VT áp khô: thường được sử dụng ở cấp điện áp 35kV trở xuống
• VT áp dầu: sử dụng cho mọi yêu cầu

Phân loại VT theo số pha:

VT phân cấp bằng cuộn dây:

• Gồm nhiều tầng từ lõi từ, cuộn dây sơ cấp được chia đều trên các lõi, cuộn thứ cấp chỉ quấn trên lõi cuối cùng

VT phân áp bằng tụ:

• Dùng bộ phân áp bằng tụ lấy 1 phần điện áp cao đưa vào cuộn sơ cấp

1, Máy biến điện áp kiểu cảm ứng từ

IVT (Inductive Voltage Transformer) được chế tạo 3 pha (dùng cho cấp điện áp U < 33kV) 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 các sơ đồ khác nhau.

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.

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.

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.

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.

Ứng dụng của máy biến điện áp

• Đo lường
• Đo đếm điện năng tiêu thụ tại các trạm biến áp
• Trong bo mạch điều khiển
• Trong 1 số bộ điều khiển điện áp, điều khiển động cơ, các bộ AVR cần lấy điện áp mẫu để về so sánh từ đó điều khiển điện áp theo mong muốn. Điện áp mẫu không thể đưa trực tiếp vào bộ AD (analog-digital) hoặc bộ vi xử lý nên phải qua máy biến điện áp