Cách xác định thông số không tải của máy biến áp

Dòng điện không tải của máy biến áp là gì? Làm thế nào để xác định dòng điện không tải của một máy biến áp?

Dòng điện không tải

Khi máy biến áp được đấu vào nguồn điện, cuộn dây thứ cấp máy biến áp để hở mạch, trong cuộn dây sơ cấp máy biến áp sẽ có dòng điện không tải chạy qua.

Dòng điện không tải được ký hiệu là I0.

Khi máy biến áp vận hành không tải sẽ xuất hiện từ thông khép kín chạy trong lõi thép, do có từ trở nên lõi thép bị phát nóng gây ra tổn hao không tải. Tổn hao không tải được xác định gián tiếp qua số đo của dòng điện I0. Dòng điện không tải I0 cho biết mức độ tổn hao không tải của máy biến áp lớn hay nhỏ. Dòng điện không tải thường được tiêu chuẩn hoá với từng nhà chế tạo.

Độ lớn của dòng điện không tải phụ thuộc vào:

• Chất lượng thép silic dùng để làm mạch từ có độ thẩm từ cao hay thấp.
• Độ dày của lõi thép silic.
• Chất lượng cách điện của lá thép.
• Công nghệ chế tạo [đột dập, lắp ghép mạch từ …] tốt hay xấu.

Thí nghiệm xác định dòng điện không tải

Thí nghiệm không tải trước khi vận hành thường được làm như sau:

• Dùng hợp bộ thử nghiệm làm thiết bị đo [hợp bộ K50 hoặc K540].
• Tạo điện áp thấp ≈ 220V~ đưa vào cuộn dây máy biến áp có điện áp định mức nhỏ, cuộn dây còn lại để hở mạch.

Sơ đồ nguyên lý thí nghiệm không tải 1 pha

Trong vận hành dòng không tải thí nghiệm I0 đo được không cần đúng bằng trị số thực mà chỉ dùng làm cơ sở để xác định xem cuộn dây của máy biến áp có bị chạm chập hay không. Nếu có hiện tượng chạm chập trong cuộn dây thì dòng điện không tải giữa các pha đo được sẽ bị lệch nhau và sẽ sai khác với dòng không tải của nhà chế tạo, lúc này không được phép đóng điện máy biến áp.

Vì các từ thông 3 pha đi qua trụ giữa của lõi thép bị ngược chiều nhau nên tại trụ giữa từ thông sẽ có trị số nhỏ hơn từ thông cùa 2 trụ bên, dẫn đến dòng điện không tải của pha B nhỏ hơn dòng điện không tải của hai pha A và C. Dòng điện không tải của 2 pha bên A và C bằng nhau.

Trường hợp khi làm thí nghiệm không tải bằng nguồn điện 1 pha cũng sẽ xuất hiện sự lệch dòng không tải tương tự như trường hợp thí nghiệm dòng không tải 3 pha nhưng nguyên nhân lại do trụ giữa [pha B] có tổn thất từ lớn hơn hai trụ bên [pha A,C].

Chú ý: Trước khi làm thí nghiệm không tải người ta thường quay điện trở cách điện bằng Mêgômmét và đo điện trở 1 chiều của các cuộn dây bằng cầu đo, khi đó trên cuộn dây thường tồn tại một điện tích dư. Vì vậy trước khi làm thí nghiệm không tải cần phải khử điện tích dư bằng cách lần lượt chập tắt các cuộn dây của máy biến áp để bảo vệ thiết bị đo và tránh sai số của phép đo.

---------------------------------------------

Làm thế nào để ta lựa chọn một máy biến áp đầu tiên ta phải nhìn vào thông số kỹ thuật ghi trên nhãn máy để biết được khả năng làm việc của máy. Bài viết này hướng dẫn bạn đọc tìm hiểu những thông số quan trọng trên máy biến áp một cách đầy đủ nhất.

Các máy biến áp được tính toán, chế tạo với một chế độ làm việc lâu dài và liên tục nào đó gọi là chế độ định mức. Đây là chế độ làm việc của máy biến áp ứng với các thông số và điều kiện định mức: điện áp U = Uđm, tần số f = fđm, công suất S = Sđm và điều kiện môi trường như tính toán thiết kế [tmt = ttk].

1. Công suất định mức máy biến áp

Công suất định mức là công suất toàn phần [biểu kiến] được nhà máy chế tạo qui định trong lý lịch MBA. Máy biến áp có thể tải được liên tục công suất này [S = Sđm] khi điện áo là Uđm, tần số fđm và điều kiện làm mát là định mức và khi đó tuổi thọ của MBA sẽ bằng định mức.

• Đối với MBA hai cuộn dây công suất định mức là công suất của mỗi cuộn dây.
• Đối với MBA ba cuộn dây người ta có thể chế tạo các loại sau:

+ 100/100/100 là loại có công suất của mỗi cuộn dây đều bằng công suất định mức.

+ 100/100/66,7 là loại có công suất của hai cuộn dây bằng công suất định mức và công suất của cuộn thứ ba bằng 66,7% công suất định mức.

• Đối với MBA tự ngẫu thì công suất định mức là công suất của một trong hai đầu sơ hoặc thứ cấp mà hai đầu này có liên hệ tự ngẫu với nhau, công suất này còn gọi là công suất xuyên.

2. Điện áp định mức

Điện áp định mức của máy biến áp là điện áp của các cuộn dây khi không tải được quy định trong lý lịch máy biến áp.

Tỉ số biến đổi điện áp:

3. Dòng điện định mức

Dòng điện định mức là dòng điện của các cuộn dây được nhà máy chế tạo quy định, với các dòng điện này thì máy biến áp làm việc lâu dài mà không bị quá tải. Dòng điện định mức được xác định như sau:

4. Điện áp ngắn mạch Un%

Điện áp ngắn mạch là điện áp giữa hai đầu cuộn sơ cấp khi ngắn mạch cuộn thứ cấp thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng điện định mức.

Ý nghĩa: Điện áp ngắn mạch đặc trưng cho điện áp rơi trên tổng trở cuộn dây MBA khi dòng chạy trong cuộn dây bằng dòng định mức và dùng để xác định tổng trở cuộn dây MBA. Khi Uđm, Sđm tăng thì Un cũng tăng.

Ví dụ:

Với Uc = 35 KV; Sđm = 630 KVA thì Un = 6,5%.

Với Uc  = 35 KV; Sđm  = 80,000 KVA thì Un = 9%.

Khi Un  tăng tì giảm được dòng ngắn mạch nhưng sẽ tăng tổn thất công suất, tổn thất điện áo trong máy biến áp và giá thành MBA cũng tăng. UN% là tỉ lệ phần trăm điện áp ngắn mạch so với điện áp định mức.

Nối tắt cuộn dây thứ cấp, tăng điện áp nguồn đưa vào cuộn dây sơ cấp cho đến khi chỉ số trên Ampe kế bằng dòng định mức thì giá trị UN chính là chỉ số trên voltmet. Khi ngắn mạch UN rất nhỏ nên từ thông trong máy biến áp cũng rất nhỏ nghĩa là ra xem như dòng không tải I0 = 0, trong sơ đồ thay thế ta có thể bỏ nhánh xm – rm.

Ta có:

Chú ý: Khi thí nghiệm ngắn mạch điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây sơ cấp nhỏ nên dòng điện bằng dòng định mức nhưng khi ngắn mạch sự cố điện áp hệ thống có giá trị lớn nên dòng ngắn mạch rất lớn.

5. Dòng điện không tải I0%

Dòng điện không tải là đại lượng đặc trưng cho tổn hao không tải của MBA, phụ thuộc tính chất từ, chất lượng cũng như cấu trúc lắp ghép của lõi thép. Ngày nay người ta sử dụng thép tốt để chế tạo MBA nên dòng I0 giảm. I0  % biểu thị bằng phần trăm so với dòng điện định mức Iđm

Quan hệ giữa dòng không tải và tổn hao không tải:

Trị số của dòng không tải được xác định nhờ thí nghiệm không tải: Ta cho hở mạch cuộn thứ cấp và đưa vòa cuộn sơ cấp điện áp định mức thì giá trị dòng điện đo được ở mạch sơ cấp chính là giá trị dòng không tải.

6. Tổ đấu dây của máy biến áp

Trong các máy biến áo ba pha các cuộn dây có thể nối lại với nhau thành hình sao [Y], tam giác [] hay nối ziczag. Khi nối sao ta lấy ba đầu cuối nối chung và ba đầu còn lại để tự do [hình a], nối tam giác thì đầu cuối của pha này nối với đầu của pha kia [hình b]. Khi nối ziczag cuộn dây của mỗi pha được chia làm hai nửa và được quấn trên hai trụ khác nhau, hai nửa này được nối tiếp ngược nhau [hình c].

Kiểu nối ziczag rất ít dùng vì tốn nhiều đồng hơn và chỉ gặp trong các máy biến áp dùng cho thiết bị chỉnh lưu hoặc trong các máy biến áp đo lường để hiệu chỉnh sai số về góc lệch pha.

Thông thường các máy biến áp hay dùng các tổ đấu dây Y/Y0, Y/, Y0/ [Y0 các cuộn dây được nối theo hình sao và trung tính nối đất trực tiếp].

Vậy: Tổ nối dây của máy biến áp được hình thành do sự phối hợp kiểu nối dây sơ cấp so với kiểu nối dây thứ cấp và nó biểu thị góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp.

Người ta qui ước biểu thị tổ đấu dây MBA dựa vào góc lệch pha sức điện động của phía sơ cấp E1 và thứ cấp E2.

Còn tiếp….