Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Chơng XI
Cách điện của máy biến áp

Đ13-1. Kết cấu cách điện của máy biến áp.


Cách điện của máy biến áp nhất là khi máy biến áp có điện áp địnhmức cao là một kết
cấu cách điện phức tạp.
Ngoài thành phần cách điện chủ yếu tức là cách điện giữa cuộn dây các pha , giữa cuộn
dây có điện áp khac nhau, giữa cuộn dây đối với đất (gông từ, vỏ thùng) còn phải chú ý đến
thành phần cách điện dọc là cách điện giữa các vòng dây ( đĩa dây, lớp dây) trong cùng cuộn
dây. Môi trờng cách điện trong máy biến áp là đầu biến áp phối hợp với điện môi rắn ( cáctông
cách điện, bakêlit, giấy, vải cách điện). Điện môi rắn đợc sử dụng dới các hình thức lớp bọc,
lớp cách và màn chắn.
Lớp bọc : là lớp vật liệu cách điện tơng đối mỏng ( lớp sơn hoặc giấy bọc điện cực có
chiều dày không quá 1ữ2 mm). Tác dụng chủ yếu của nó là hạn chế việc hình thành các cầu
dẫn điện trong dầu. Theo kết quả thực nghiệm trong trờng gần đồng nhất, do có lớp bọc nên
điện áp phóng điện tần số công nghiệp của khe hở dầu có thể tăng 50% và cao hơn.
Lớp cách: là lớp cách điện khá dày ( hàng chục mm) quấn quang dây dẫn. Nó làm giảm
cờng độ trờng ở xung quanh cực nên đợc sử dụng ở những nơi trờng không đồng nhất nh
dùng để bọc dây dẫn của cuộn dây, bọc dây ở nơi có khe dầu lớn
Màn chắn : Trong máy biến áp màn chắn thờng
chế tạo bằng cáctong cách điện, bakêlit. Khi đặt trong
trờng không đồng nhất (khe hở dầu) tác dụng của màn
chắn tơng tự nh trong các khe hở khí: đặt ở khu vực
trờng cực đại có thể làm cho điện áp phóng điện tần số
công nghiệp tăng hơn hai lần Nhng khi có màn chắn thì
sự ion hoá ở khu vực có điện trờng mạnh sẽ xuất hiện rất
sớm (trớc khi có phóng điện), tình trạng này kéo dài sẽ

không có lợi vì quá trình ion hoá sẽ phân hoá dầu và phân
huỷ màn chắn. Do đó biện pháp này chỉ dùng trong các
trờng hợp cần tăng cờng điện áp phóng điện khi điện tác
dụng trong thời gian ngắn nh các loại quá điện áp nội
bộ
Trong trờng hợp gần đồng nhất, màn chắn có tác
dụng ngăn của sự hình thành các cầu dẫn điện trong dầu.
Hình 11-1 cho các nét chính về kết cấu của cách
điện chủ yếu của các máy biến áp từ 35kV trở
xuống.Cờng độ trờng lớn nhất là ở đầu cuộn dây cao áp
nên ống cách điện 2 và tấm chắn cách điện 5





















Hình 11-1
Kết cấu cách điện của máy
biến áp từ 35kV trở xuống
1. Lõi thép
2. óng cách điện
3. Cuộn dây 4. Gông từ
5. Tấm chắn cách điện
1
2
3
4
5
B
A
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp

















































Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
cần có kích thớc đủ lớn để ngăn cản phóng điện tới lõi thép và gông từ.
Cách điện của cuộn dây cao áp đối với cuộn dây hạ áp đợc thực hiện tơng tự nh đối
với lõi thep.
ở các máy biến áp 100kV trở lên do cờng độ trờng lớn nên kết cấu cách điện càng phức
tạp hơn. Hình 11-2 cho kết cấu cách điện chủ yếu của máy biến áp 110kV. Trên tất cả các
đờng có khả năng phóng điện đều phải đặt màn chắn (ống cách điện, tấm chắn cách điện phẳng
hoặc vuông goc) với số lợng từ hai trở lên.
Khi đầu cao áp lấy từ giữa cuộn dây trong máy biến áp có điểm trung tính nối đất thì kết
cấu cách điện đợc giảm nhẹ đi nhiều. Đầu cao áp ở giữa cuộn dây đợc cách xa lõi thép và
gông từ thì đợc nối với nhau làm điểm trung tính có điện áp thấp và yêu cầu cách điện không
cao. Hình 11-3 cho cách bố trí bên trong của máy biến áp ba dây quấn 220/110/35kV trong đó
cuộn dây 220kV và 110kV đợc giảm đi một cấp nghĩa là của cuộn 220kV đợc chọn theo cấp
điện áp 110kV và cuộn 110kV đợc chọn theo 35kV.
Trong hệ thống có điểm trung tính trực tiếp nối đất vẫn có một số máy biến áp mà điểm
trung tính đặt cách điện nối đất. Kết cấu cách điện của chúng không có gì khác so với loại máy
biến áp có điểm trung tính đợc nối đất vì điểm trung tính đã đợc bảo vệ bằng chống sét van có
điện áp định mức phù hợp với điện áp đợc chọn thiết kế của điểm trung tính.
Cách điện giữa các vòng dây đợc thực hiện bằng các lớp vải còn giữa các lớp dây, đĩa
dây thì dùng giấy hoặc khe hở dầu của màn chắn

Đ13
-2. Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp.



Chiều dài của cuộn dây máy biến áp có thể tới vài km cho nên khi đóng máy biến áp vào
nguồn hoặc khi có quá điện áp thì trong cuộn dây sẽ có quá trình dao động tơng tự nh quá
trình sóng trên đờng dây. Sơ đồ thay thế của cuộn dây máy biến áp có phức tạp hơn: trên hình
11-4 ngoài thành phần điện cảm của dây dẫn và điện dung của nó đối với đất còn có thêm hai
thành phần khác: điện dung giữa các vòng dây hay đoạn dây gần nhau K và điện cảm tơng hỗ
()
Mx
của mỗi vòng dây đối với số vòng dây
còn lại của cuộn dây.
Thờng các số liệu về LCK là trị số
trung bình của đơn vị dài và sơ đồ cuộn dây
đợc biểu thị dới dạng sơ đồ có tham số
phân bố. Tuy nhiên sự thay thế này cha thật
chính xác vì số phần tử của cuộn dây máy
biến áp có hạn mà không phải vô cùng. Trị số
hỗ cảm
()
Mx
rất khó xác định và gây nhiều
khó khăn trong quá trình tính toán nên trong
phạm vi giáo trình này không xét đến.



1. Sự phân bố điện áp ban đầu dọc
theo cuộn dây máy biến áp.
Giả thiết là có sóng điện áp vuông góc
với biên độ U
0
tác dụng lên máy biến áp.

Trong thời gian đầu ( t = 0) điện cảm của cuộn dây không cho dòng điện đi qua nên trong sơ đồ
thay thế chỉ còn lại các thành phần điện dung C và K.
Đối với sơ đồ này có thể thành lập đợc các phơng trình sau đây:










Hình 11-4
Sơ đồ thay thế của
cuộn dây biến áp



Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Điện tích trên điện dung
K
dx
:

Q
K
dx
dU K

dU
dx
==
(11-1)
Điện tích trên điện dung
Cd
x
bằng số gia của điện tích Q.

d
Q
CdxU=
hay
dQ
dx
CU=
(11-2)
Từ đó rút ra phơng trình vi phân của điện áp:

dU
dx
CU
2
2
0= (11-3)
No scó nghiệm tổng quát là :

U
A
eBe

xx
=
+


(11-4)
với

=
C
K

Hằng số A và B đợc xác định từ điều kiện giới hạn : ở đầu cuộn dây (
x
=
0 ) điện
áp có trị số bằng U
0
còn ở cuối cuộn dây (
x
l
l
=

chiều dài cuộn dây) trị số điện áp phụ thuộc
vào phơng thức nối đất của điểm trung tính: khi điểm trung tính trực tiếp nối đất thì điện áp
trên nó sẽ bằng không; khi điểm trung tính cách điện nối đất với đất thì tại điểm này dòng điện
phải bằng không tức là
dU
dx

= 0
.
Tức là điều kiện trên, xác định đợc quy luật phân bố điện áp ban đầu dọc theo cuộn dây
máy biến áp:
Khi điểm trung tính nối đất:

U
Ue
xx
ee
U
sh l
x
l
sh
l
e
=






















=









0
1
11
0
1
1
11
1
1






(11-5)
Khi điểm trung tính cách điện đối với đất:

UU
e
x
e
x
ee
U
ch l
x
l
ch l
=







+







+
=









0
11
11
0
1
1
1
1
1





Từ biểu thức của có thể viết đợc:



ll
C
K
Cl
Kl
C
K
cuonday
cuonday
===
/

Nh vậy trị số

l
đợc xác định bởi tỷ số của điện dung tổng của cuộn dây đối với đất và
điện dung dọc của vòng dây đầu đối với vòng dây cuối của cuộn dây.
Trong tính toán chống sét, thờng gặp trị số điện dung đầu vào của máy biến áp, đó là trị
số điện dung đẳng trị của cuộn dây đối với đất. Trị số này đợc xác định từ biểu thức.

C
Q
U
x
=
0
0

thay Q
x-0

bởi trị số của nó ở phơng trình (11-1) sẽ đợc:
Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

C
KdQ
dx
U
K
U
UCCK
x
cuonday cuonday
=






===
0
00
0
.
.


Điện dung đầu vào là trị số trung bình hình học của điện dung tổng của cuộn dây đối với
đất và điện dung dọc của vòng dây đầu đối với vòng dây cuối của cuộn dây. Nó phụ thuộc vào

công suất và điện áp của máy biến áp và biến thiên trong phạm vi 10
-15
ữ 5.10
-10
F.
Các máy biến áp đợc chế tạo hiện nay đều có trị số
(
)

l > 5
và (l)
tr.b
10.
Do đó
ee

11
>

và đối với phần lớn chiều dài cuộn dây (khoảng 80%) nghĩa là khi
x
l
<
08,
thì
e
x
e
x


11
1
1
1
1







>







. Vì vậy trong phạm vi 80% chiều dài cuộn dây tính từ đầu cuộn dây, quy
luật phân bố điện áp của máy biến áp có điểm trung tính cách điện gần giống nh của máy biến
áp có điểm trung tính nối đất và đợc biểu thị bằng công thức chung:

UUe Ue
x
x
==



0
1
1
0


(11-7)
Hình 11-5 cho sự phân bố điện áp ban đầu
trong cuộn dây máy biến áp khi trị số

l
=
5Gra
điện cực đại của điện áp (ứng với phân bố điện áp
ban đầu) xuất hiện ở đầu cuộn dây và có trị số:

dU
dx
U
U
l
l
x






===

max
.


0

Nh vậy nó gấp (l) lần so với khi điện áp
phân bố đều. Nếu máy biến áp có l = 10 và điện
áp tác dụng là U
0
= 5U
ph
( gần bằng mức điện áp
thí nghiệm xung kích của máy biến áp 220kV) thì
so với bình thờng điện áp trên cách điện dọc ở
phần đầu cuộn dây sẽ lớn gấp 50 lần. Bởi lý do đó,
cách điện giữa các vòng dây ở phần đầu cuộn dây
cần đợc tăng cờng.


















Hình 11-5
Phân bố điện áp ban đầu trong
cuộn dây máy biến áp.
a) Điểm trung tính cách điện.
b) Điểm trung tính nối đất
a
b

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
U
U


l
x
L

1
Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Kinh nghiệm vận hành cho thấy vẫn còn khả năng cách điện bị chọc thủng tại các nơi
khác của cuộn dây vì tại các nơi này đều có xuất hiện građiện cực đại của điện áp. Hình 11-6
cho kết quả đo điện áp trên cách điện dọc khi có sóng xung kích: càng ở xã đầu cuộn dây thì
građiện cực đại của điện áp xuất hiện càng muộn và có
trị số càng bé. Do điện tích có quan hệ trực tiếp đến trị
số građiện của điện áp (công thức 11-1) nên có thể
thông qua sự chuyển dịch của điện tích để xác định
građiện cực đại của điện áp tại bất kỳ điểm nào của
cuộn dây. Có thể xem điện tích trên vòng dây nào đó
đợc chia thành hai phần bằng nhau, các phần ấy do lực
đẩy nhau sẽ chuyển dịch về hai phơng khác nhau của
cuộn dây với tốc độ:

v
e
rr
=


trong đó
e
tốc độ ánh sáng,
r


r
- hệ số điện môi và
hệ số từ thẩm của cách điện cuộn dây: ở đây
r
4 ,
r

1 nên
ve 05, .
Hình 11-7 cho cách xác định građiện cực đại của
điện áp tại các vị trí khác nhau của cuộn dây bằng
phơng pháp đồ thị. Hình 11-7a là phân bố građiện
điện áp lúc ban đầu và chia thành hai phần bằng nhau
(đờng chấm). Qua thời gian t một nửa đờng cong ấy
chuyển dịch về bên phải đợc đoạn đờng
x
vt
=
nh ở
hình 11-7b, còn nửa kia chuyển dịch về phía đầu cuộn
dây và phản xạ ở đó tạo nên sự phân bố građiện nh ở
hình 11-7c. Đờng cong tổng cho trên hình 11-7d, trị
số građiện cực đại của điện áp ở vị trí
x
xuất hiện chậm
sau thời gian t và có biên độ bé hơn.




































Hình 11-6
Kết quả đo điện áp
trên cách điện dọc của
cuộn dây máy biến áp.
a) ở rãnh thứ nhất
b) ở rãnh thứ ba
c) ở rãnh thứ năm
d) ở rãnh thứ bảy
e) Khắc độ thời gian

t
t
t
t
t
a)
b)
c)
d)
e)
0,6
0,2
0,4
0
E
l
Vt
1,0
0,8

0,6
0,4
0,2
t=0
l
x

E
0 0
0,6
0
0,6
0,2
0,4
0
E
l
Vt
l
x

t
t
l
x

l
x

0,6

0,2
0,4
0
E
l
Vt
a)
b)
c)
d
)
Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp



Hình 11-7
Xác định građiện điện áp cực đại ở các vị trí khác nhau
của cuộn dây máy biến áp

2. Giao động riêng của cuộn dây:
Từ sơ đồ thay thế ở hình 11-4 cho thấy, bản thân cuộn dây máy biến áp và một hệ thống
dao động phức tạp có phổ tần số dao động


1
ữ

.
Dạng tổng quát của điện áp tại một điểm bất kỳ

x
của cuộn dây tại thời điểm t đợc biểu
thị bởi dãy số:

( ) () ()
Uxt U x U x t
dkk
k
,cos=+
=


0
1

(11-8)

()
U
dx0
là điện áp phân bố dọc theo cuộn dây ổn định và
()
Ux t
kk
k
cos

=



1
là các dao
động riêng của cuộn dây.
phụ thuộc vào số thứ tự của nó và toạ độ
x
có nghĩa là
dao động có đặc tính sóng đứng tơng tự nh sóng đứng
trên đờng dây có độ dài giới hạn. Mục đích cuối cùng
của sự phân tích quá trình quá độ trong cuộn dây máy
biến áp là xác định quan hệ
()

kfk=
1
và quan hệ
(
)
Ufkx
k
=
2
.
. Vì rất phc stạp nên chỉ có thể rút ra đợc
một số kết luận có tính chất định tính. Sự phân bố điện
áp lúc ổn định phụ thuộc vào phơng thức nối đất của
điểm trung tính. nhất về điện dẫn của cuộn dây nên sự
phân bố điện áp lúc ổn định sẽ là đờng thẳng xiên nh
ở hình 11-8a còn khi điểm trung tính cách điện đối với
đất ( hở mạch) sẽ là đờng nằm ngang nh trên hình 11-
8b.

Nh vậy tại mỗi điểm của cuộn dây có sự không
thống nhất giữa trị số của điện áp lúc t = 0 và lúc ổn
định. Sự không thống nhất này là nguyên nhân của quá
trình quá độ biểu thị bằng các dao động riêng trong
cuộn dây. Biên độ của các dao động này là hiệu số của
trị số điện áp lúc ổn định và ban đầu:

UUU
ddg d bd
=

0
(11-9)
Vì dao động xảy ra xung quanh trị số ổn định nên
điện áp cực đại trong quá trình quá độ có thể đạt đợc
mức:

UUU UU
dddg dbdma x . .
=
++

00
2

(11-10)
Trên hình 11-8 cũng cho cách xác định các trị số điện áp cực đại tại các điểm và thời
điểm khác nhau. Kết quả này tơng đối phù hợp với thực nghiệm: ví dụ khi điểm trung tính cách
điện, điện áp lớn nhất (điện áp tác dụng lên cách điện chủ yếu) xuất hiện ở cuối cuộn dây và đo
đợc khoảng ( 1,6 ữ 1,8)

U
0

gần bằng mức 2
U
0
; còn khi điểm trung tính nối đấ thì điện áp lớn


















Hình 11-8
Xác định trị số điện áp cực đại của
cuộn dây máy biến áp
1. Phân bố ban đầu; 2. Phân bố lúc
ổn định; 3. Đờng cong điện

áp cực đại
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
1,2
0,8
0,4
0
0
U
U
)(xU
O

3
2
1
l
x

0
l
x

1,2
0,8
0,4
0
U
U
1,4
1,6

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
)(xU
O

3
1
a)
b)
Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
nhất đo đợc không vợt quá ( 1,2 ữ 1,3)
U
0

Nh vậy quá trình dao động đã làm cho cách
điện chủ yếu của cuộn dây máy biến áp phải chịu điện áp vợt quá trị số của nguồn. Hình 11-9
cho các đờng cong phân bố điện áp dọc theo cuộn dây tại các thời điểm khác nhau. Tập hợp
các điểm điện áp cực đại sẽ về đợc đờng cong tơng ứng với đờng 3 của hình 11-8.




















Hình 11-9
Phân bố điện áp dọc theo cuộn dây máy biến áp.

Hình a - Điểm trung tính nối đất; Hình b- Điểm trung tính cách điện

ttttt=
<
<
<
<
=

0
123




3. Đặc điểm của quá trình quá độ trong máy biến áp ba pha.
Trên đã xét quá trình quá độ trong một pha của
máy biến áp khi không xét đến ảnh hởng của các pha
khác. Đối với máy biến áp ba pha có điểm trung tính
nối đất, cách tính toán này hoàn toàn hợp lý vì trong lõi

thép từng pha không có từ thông của các pha khác nên
quá trình quá độ trong các pha không ảnh hởng lẫn
nhau. Nếu điểm trung tính cách điện đối với đất, kết quả
tính toán trên vẫn dùng đợc khi sóng đồng thời xuất
hiện ở cả ba pha (cùng trị số và dạng sóng).
Nghiên cứu trờng hợp sóng chỉ xuất hiện trên
hai pha của máy biến áp ( có điểm trung tính cách điện
đối với đất) nh trên hình 11-10. Vì pha thứ ba đợc nối
với dây dẫn không có sóng điện áp nên điện áp ở đầu
cuộn dây buộc phải giữ gần bằng không. Nh vậy điểm
này có thể xem nh đợc nối đất và trở lại bài toán của
máy biến áp có điểm trung tính nối dất với cuộn dây
đợc kéo dài và không đồng nhất.










Hình 11-10
Sóng tác dụng lên
hai pha của máy
biến áp ba pha
U
0


U
0

0 0,2 0,4 0,6 0,8
Phan bố lực
ổn định
Phân bố lực
ban đầu
đờng bao trị số
đi
ệ
n á
p
c
ự
c đ
ạ
i
1,4
1,2
1,0
l
x

U
x
U
0

t

0
t
1
t
2
t


1
t

A

0,8
0,6
0,4
0,2
U
A
U
0
x

Phan bố lực
ổn định
U
A
0 0,2 0,4 0,6 0,8
x


Đờng bao trị số
đi
ệ
n á
p
c
ự
c đ
ạ
i
0
U
U
X
0 t
=
0 t =
1
t

2
t
3
t
t


t
4
1,4

1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
1,6
1,8
A

l
x

Phân bố lực
ban đầu
a)
b)
Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Sự phân bố điện áp ban đầu và lúc ổn định cho trên hình 11-11a. Các đờng cong tơng
tự khi sóng xuất hiện ở một pha trên hình 11-11b. Từ các ví dụ trên thấy rằng, trờng hợp nguy
hiểm nhất đối với cách điện chủ yếu của máy biến áp có điểm trung tính cách điện là khi sóng
đồng thời tác dụng lên cả ba pha và đợc chọn làm điều kiện tính toán thiết kế máy biến áp.

4. Quá trình quá độ trong cuộn dây máy
biến áp tự ngẫu.
Hình 11-12a cho cách bố trí các cuộn dây
điện áp khác nhau trong máy biến áp tự ngẫu. Đầu
cao áp đợc bố trí phía giữa cuộn dây. Khi điện áp
tác dụng phía cao áp (điểm B) trong khi phía trung

áp (điểm C) hở mạch thì quá trình quá độ phát triển
giống nh trong máy biến áp một pha có điểm trung
tính nối dất (hình 11-12b) khi sóng tác dụng lên
cuộn dây trung áp (điểmC) trong khi phía cao áp hở
mạch (điểm B) thì quá trình có khác. Phân bố điện áp
(lúc ban đầu cũng nh lúc ổn định) trong cuộn trung
áp giống nh của máy biến áp có điểm trung tính nối
đất (hình 11-12c). Nếu xét điện áp ở đầu cao áp
(điểmB) thấy rằng:
Lúc ban đầu điện áp phân bố trong cuộn cao
áp theo đờng 1' ứng với trờng hợp truyền sóng khi
điểm B hở mạch: lúc ổn định, do trong cuộn trung
áp có dòng điện và giữa hai cuộn dây có liên hệ với
nhau về từ nên điện áp ở đầu cuộn dây cao áp sẽ là:

()
UUk kU
00 0
1+

=

(11-11)
(
k

tỷ số biến đổi)
















Hình 11-12
Phân bố điện áp trong máy biến áp tự ngẫu khi sóng tác dụng
phía cao áp (hình b) và phía trung áp (hình c).
1. Phân bố lúc ban đầu 2. Phân bố lúc ổn định


















Hình 11-11
Phân bố điện áp trong máy biến áp
ba pha khi sóng tác dụng lên hai
pha (hình a) và một pha (hình b).
1. Phân bố lúc ban đầu;
2.Phân bố lúc ổn định.
3. Đờng cong trị số điện áp cực đại.

1,6
1,2
0,8
0,4
0
l
x


3
2
1
U
U
0

0,8
0,4
0

U
U
0

1,2
a)
b)
3
2
1
l
x


HA
C
TA
U
0

3

2

1

U
0

CA

B
a) b)
Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
3. Đờng cong trị số điện áp cực đại

còn ở cuối cuộn dây cao áp (điểm C) sẽ có trị số
U
0
. Phân bố điệnáp sẽ theo đờng 2' (trên hình
11-12c đờng 2' đợc vẽ với tỷ số k = 2).
Đờng 3' là tập hợp các trị số điện áp cực đại của cuộn cao áp: điện áp điểm B có thể đạt
tới
4
0
U
nhng thực tế đo đợc không vợt quá
3
0
U
. do sự tắt dần của các dao động tự do.

Đ11
-3. Bảo vệ bên trong của máy biến áp.
Quá trình quá độ trong cuộn dây máy biến áp làm xuất hiện građiện điện áp cực đại nguy
hiểm cho cách điện dọc đồng thời còn tạo nên sự tăng điện áp đối với dất gây nguy hiểm cho
cách điện chủ yếu của máy biến áp. Vì vậy để cải thiện điều kiện làm việc của cách điện cần
phải có biện pháp bảo vệ mà nội dung cơ bản là triệt tiêu hoặc hạn chế dao động trong cuộn dây
máy biến áp, nghĩa l à thực hiện sao cho phân bố điện áp lúc ban đầu đợc gần giống với lúc ổn
định.

Có hai biện pháp để cải thiện phân bố điện áp nh ở trên hình 11-13a và b. Trong sơ đồ a
dùng các điện dung phụ
CC C
n12

với các trị số thích hợp sao cho dòng điện tản qua điện dung
C là do nguồn cung cấp qua chúng. Nh vậy dòng điện qua



















Hình 11-14
Dùng điện dung phụ C
1
C

2

Hình 11-13 C
n
để cải thiện phân bố điện
cải thiện phân bố điện áp áp trong cuộn dây máy biến
trong cuộn dây máy biến áp áp (theo sơ đồ hình 11-13a)

cách điện dung K sẽ bằng nhau và phân bố điện áp ban đầu đã đạt đợc dạng đờng thẳng xiên
góc. Trị số C
k
đợc tính theo điều kiện ( giả thiết cuộn dây có chiều dài l và chia n phần tử):

()
U
n
nkC
U
n
kC
k
00
= (11-12)
rút ra đợc:
C
nk
k
C
k
=



vòng mòn che
U
U
0

U
U
0

x
x
k
1
k
2
k
3

c
1
c
2
c
3

c
c
a

)
b
)
đếnđờng dây
Vòng điện
dun
g
Cuộn dây
cao á
p
Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
hoặc viết ở dới dạng tổng quát:

C
C
lx
x
k
=

1 (11-13)
Trong thực tế biện pháp này đợc thực hiện bằng các vòng màn che để tăng cờng điện
dung của các phần cuộn dây đối với đầu cao áp (hình 11-14).
Sơ đồ b dùng các điện dung phụ
KK K
n12
, ; chúng đợc
chọn sao cho dòng điện đi qua điện dung C sẽ là hiệu số dòng
điện qua các điện dung

K
k
và K
k +1
nghĩa là dòng điện đi qua
các điện dung K không đổi dọc theo suốt chiều dài cuộn dây và
nh vậy điện áp sẽ đợc phân bố đều:

()
()
nk
U
n
C
U
n
KK
kk
=
+
00
1
(11-14)

(
)
KK nkC
kk
=
+


+1

Viết tiếp :
(
)( )
KK nk CnkC
kk
=
+


+

+2
1

Cuối cùng đợc:

(
)
(
)
K
nknk C
k
=
+1
2


hoặc viết ở dạng tổng quát:

(
)
(
)
K
C
lxlx
x
=
+1
2
(11-15)
Biện pháp này đợc thực hiện nh trên sơ đồ hình 11-15.
Ngoài ra trong các sơ đồ hình 11-14 và 11-15 còn đặt thêm vòng
điện dung để cải thiện phân bố điện áp giữa các vòng dây của
đĩa dây đâù tiên.



Đ11
-4. Các đặc tính điện và thí nghiệm cách điện cuả Máy biến áp.


ở các phần trên, khi xét các quá trình quá độ trong máy
biến áp chỉ đề cập đến trờng hợp điện áp tác dụng có dạng sóng
vuông góc dài vô tận. Trong vận hành các loại quá điện áp tác
dụng lên cách điện thờng có dạng sóng xung kích với độ dài
sóng có hạn. Các dòng tiêu chuẩn dùng thí nghiệm cách điện có

dodọ dài 40s hoặc dài hơn cho nên dao động trong cuộn dây
máy biến áp sẽ phát triển không hoàn toàn và do đó trị số điện
áp cực đại sẽ bé hơn so với các trị số tính toán ở trên.
Điện áp trên cách điện dọc của máy biến áp phụ thuộc rất
nhiều vào độ dốc đầu sóng( tốc độ tăng của điện áp) Điện áp lớn
nhất trên cách điện dọc xảy ra không phải với sóng tiêu chuẩn
mà là khi có sóng cắt do các phóng điện trên cách điện đờng
dây ở gần trạm. Quá trình dao động trên mạch gồm điện cảm
của dây nối và điện dung của máy biến áp khiến cho khi bị cắt
điện áp biến đổi đột ngột và có trị số cao hơn nhiều so với trị số














Hình 11-15
Dùng điện dung phụ K
1
,
K
2

K
n
để cải thiện
phân bố điện áp trong
cuộn dây máy biến áp
(theo sơ đồ hình
11-13b)



U

Uc 1.6Uc

t

Hình 11-16
Hình thành sóng cắt tác
dụng lên cuộn dây máy
biến áp

Kỹ thuật cao áp Bộ môn Năng lợng
Trờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
sóng cắt (trên hình 11-16b) trị số này khoảng
16, UU
cc

là trị số sóng cắt). Theo nguyên lý xếp
chồng, sóng cắt đợc xem tơng đơng với hai thành phần sóng: sóng dài và sóng âm có độ dốc
thẳng đứng. Thành phần sau đây gây nên građiện điên áp rất lớn tác dụng lên cách điện dọc của

máy biến áp. Kết quả đo trực tiếp cũng cho thấy khi có sóng cắt thì quá điện áp tác dụng lên
cách điện dọc có thể lớn gấp nhiều lần so với khi có sóng dài vì vậy dùng sóng cắt để thí
nghiệm cách điện dọc của cuộn dây máy biến áp đợc xem là bắt buộc.
Hình 11-17 biểu thị quan hệ chung về điện
áp phóng điện của khe hở đàu có màn chắn với
thời gian tác dụng của điện áp. Khi vẽ đờng
cong, lấy trị số đơn vị là điện áp thí nghiệm tần
số công nghiệp một phút.
Nếu thời gian tác dụng ngắn
10 10
65
ữ
s

(xung kích) thì quá trình phóng điện sẽ là thuần
tuý do điện và có quy luật giống nh trong phóng
điện trình cơ điện đóng vai trò chủ yếu dẫn định
hớng và di chuyển của cầu dẫn điện đòi hỏi phải
có thời gian nên điện áp phóng điện phụ thuộc
vào thời gian
Khu vực IV đặc trng bởi sự biến thiên rất
chậm của cờng độ cách điện, đó là quá trình già
cỗi do sự ion hoá của bọt khí trong dầu, do sự
phân huỷ hoá học của dầu và do nguyên nhân
khác
Mọi kết cấu cách điện của máy biến áp về cơ bản đều tuân theo quan hệ phóng điện nh
trên. Từ đờng cong cho thấy hệ số xung kích lớn hơn 2, điều này giải thích đợc mối liên quan
giữa trị số điện áp thí nghiệm xung kích và điện thí nghiệm tần số công nghiệp của máy biến áp.
Thí nghiệm cách điện của máy biến áp bằng điện áp tần số công nghiệp đợc thực hiện
bằng cách tăng dần điện áp tới trị số U

tn
và giữ ở đấy trong một phút. Máy biến áp chịu dợc thí
nghiệm nếu nó không bị phóng điện an toàn. Khi thí nghiệm có thể dùng nguồn điện áp ngoài
hoặc dùng ngay điện áp cảm ứng trên cuộn dây cao áp của bản thân máy biến áp đang thí
nghiệm. Lúc này sẽ cho tác dụng lên phía hạ áp một điện áp có trị số gấp đôi trị số định mức và
tần số khoảng 100Hz. Khi tần số và điện áp đều tăng hai lần thì cảm ứng trong lõi thép sẽ giữ
không đổi.
Thí nghiệm điện áp xung kích đối với máy biến áp công suất lớn thờng gặp khó khăn vì
nguồn phải có điện dung lớn mới đảm bảo có dạng sóng tiêu chuẩn do đó đôi khi cũng cho phép
thí nghiệm với sóng có độ dài ngắn hơn.
Phát hiện các phóng điện cục bộ xảy ra trên cách điện dọc khi có tác dụng điện áp xung
kích là một trong các mục thí nghiệm quan trọng của máy biến áp. Phơng pháp thông dụng
nhất là chụp ảnh dòng điện ở mạch trung tình và đem so với ảnh mẫu của maý biến áp còn tốt
cùng loại.










Hình 11-17
Đặc tuyến vôn - giây của khe hở
đầu ( đoạn đờng chấm là khu vực
cha đợc nghiên cứu)
phtn
U

U
1
0

Khu
vực I
Khu
vực II
Khu
vực III
Khu
vực IV
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
0 10
1
10
2
10
3

sec
3,0


2,0


1,0