Biến điện áp đo lường dùng để biến đổi điện áp từ trị số lớn xuống trị số thích hợp (100V hay 100/ 33 size 12{ sqrt {3} } {}V) để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơle và tự động hóa. Như vậy các dụng cụ thứ cấp được tách khỏi mạch điện cao áp nên rất an toàn cho người. Cũng vì an toàn, một trong những đầu ra của cuộn dây thứ cấp phải được nối đất. Các dụng cụ phía thứ cấp của BU có điện trở rất lớn nên có thể coi BU làm việc ở chế độ không tải.

BU bao gồm các thông số chính như sau:

a) Hệ số biến đổi định mức

Hình 1

Hình 2

Hình 3

Hình 4

Hình 5

Hình 6

a)b)Hình 14-1. Biến điện áp một phaa) Sơ đồ thay thế; b) Đồ thị véctơ

Hình 7

Hình 8

Hình 9

Hình 10

U1  U2.Kđm .

b) Sai số của biến điện áp

Xét BU một pha có sơ đồ thay thế hình 14-1a, trong đó:

z1 = r1 + jx1 : tổng trở cuộn sơ cấp.

z2 = r2’ + jx2’ : tổng trở cuộn thứ cấp đã qui đổi về sơ cấp.

z’ = r’ + jx’ : tổng trở phụ tải đã qui đổi về sơ cấp;

z0 = r0 + jx0 - tổng trở mạch từ.

Theo sơ đồ thay thế dựng được đồ thị véctơ các dòng áp (Hình 14-1b).

Trên hình 14-2b, các véctơ U’2 và E’2 cũng như I’2 là các véctơ điện áp và dòng điện đã qui đổi về phía sơ cấp. Qua đồ thị véctơ thấy rằng, điện áp thứ cấp đã tăng lên Kđm lần (tức U’2), sai khác với điện áp sơ cấp U1 cả về pha lẫn trị số. Đó chính là do tổn thất trong BU gây nên. Sai số của BU được xác định như sau.

Sai số trị số:

ΔU = K âm . U 2 − U 1 U 1 . 100 ΔU = K âm . U 2 − U 1 U 1 . 100 size 12{ΔU%= { {K rSub { size 8{ ital "âm"} } "." U rSub { size 8{2} } - U rSub { size 8{1} } } over {U rSub { size 8{1} } } } "." "100"} {}

Sai số góc u(góc lệch giữa U’2 và U1).

Căn cứ vào đồ thị véctơ hình 14-1b có thể xây dựng được biểu thức sai số điện áp và sai số góc của nó. Theo đồ thị có thế viết được:

ΔU = OA − OC OC ≈ AB OC , ΔU = OA − OC OC ≈ AB OC , size 12{ΔU= { { ital "OA" - ital "OC"} over { ital "OC"} } approx { { ital "AB"} over { ital "OC"} } ,} {}

và δu≈sinδu=BCOCδu≈sinδu=BCOC size 12{δ rSub { size 8{u} } approx "sin"δ rSub { size 8{u} } = { { ital "BC"} over { ital "OC"} } } {}

Tóm lại AB và BC xác định sai số trị số và sai số góc của biến điện áp đồng thời xét phần thực và phần ảo của véc tơ AC. Ta có:

CA → = − AC → = − ( U ˙ 1 − U ˙ 2 ' ) = − [ I ˙ 0 z ˙ 1 + I ' 2 ( z ˙ 1 + z ˙ ' 2 ) ] CA → = − AC → = − ( U ˙ 1 − U ˙ 2 ' ) = − [ I ˙ 0 z ˙ 1 + I ' 2 ( z ˙ 1 + z ˙ ' 2 ) ] size 12{ widevec { ital "CA"} = - widevec { ital "AC"} = - \( { dot {U}} rSub { size 8{1} } - { dot {U}} rSub { size 8{2} } rSup { size 8{'} } \) = - \[ { dot {I}} rSub { size 8{0} } { dot {z}} rSub { size 8{1} } +I' rSub { size 8{2} } \( { dot {z}} rSub { size 8{1} } + { dot {z}}' rSub { size 8{2} } \) \] } {}

Biến đổi biểu thức trên, tách phần thực và ảo sẽ có:

ΔU = − I oa r 1 + I 0r x 1 + I ' 2a ( r 1 + r ' 2 ) + I ' 2r ( x 1 + x ' 2 ) U 1 , δ u = I or r 1 − I 0a x 1 + I ' 2a ( r 1 + r ' 2 ) − I ' 2a ( x 1 + x ' 2 ) U 1 , ΔU = − I oa r 1 + I 0r x 1 + I ' 2a ( r 1 + r ' 2 ) + I ' 2r ( x 1 + x ' 2 ) U 1 , δ u = I or r 1 − I 0a x 1 + I ' 2a ( r 1 + r ' 2 ) − I ' 2a ( x 1 + x ' 2 ) U 1 , alignl { stack { size 12{ΔU= - { {I rSub { size 8{ ital "oa"} } r rSub { size 8{1} } +I rSub { size 8{0r} } x rSub { size 8{1} } +I' rSub { size 8{2a} } \( r rSub { size 8{1} } +r' rSub { size 8{2} } \) +I' rSub { size 8{2r} } \( x rSub { size 8{1} } +x' rSub { size 8{2} } \) } over {U rSub { size 8{1} } } } ,} {} # δ rSub { size 8{u} } = { {I rSub { size 8{ ital "or"} } r rSub { size 8{1} } - I rSub { size 8{0a} } x rSub { size 8{1} } +I' rSub { size 8{2a} } \( r rSub { size 8{1} } +r' rSub { size 8{2} } \) - I' rSub { size 8{2a} } \( x rSub { size 8{1} } +x' rSub { size 8{2} } \) } over {U rSub { size 8{1} } } } , {} } } {}

Hình 14-2: Biến điện áp dầu một phaa)Điện áp dưới 35kV: 1.Thùng thép,2.Nắp, 3.Đầu sứ xuyên, 4.Mạch từ,5.Cuộn dây sơ cấp,6.Đầu ra tứ cấp, 7.Chốt để tháo nắp,8.Dầu máy biến áp. b)Điện áp 35kVtrong đó I˙0=I˙oa+jI˙oíI˙0=I˙oa+jI˙oí size 12{ { dot {I}} rSub { size 8{0} } = { dot {I}} rSub { size 8{ ital "oa"} } +j { dot {I}} rSub { size 8{ ital "oí"} } } {} và I˙'2=I˙'2a+jI˙'2rI˙'2=I˙'2a+jI˙'2r size 12{ { dot {I}}' rSub { size 8{2} } = { dot {I}}' rSub { size 8{2a} } +j { dot {I}}' rSub { size 8{2r} } } {}

Ta thấy rằng sai số của biến điện áp là một hàm số phụ thuộc vào nhiều thông số. Dòng I0 phụ thuộc vào mạch từ, nên để giảm sai số cần dùng thép kĩ thuật điện tốt để làm mạch từ. Dòng I2 phụ thuộc vào tải thứ cấp, vậy công suất các dụng cụ phía thứ cấp không được vượt quá công suất định mức của biến điện áp (Spt  SđmBU ). Tổng trở Z1 và Z2 phụ thuộc vào cấu tạo cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của biến điện áp. Để giảm sai số người ta chọn mật độ dòng trong các cuộn dây của BU nhỏ hơn so với trong máy biến áp điện lực.

c). Cấp chính xác của biến điện áp

Căn cứ và sai số của BU mà người ta đặt tên cho cấp chính xác cho chúng. Cấp chính xác của BU là sai số điện áp lớn nhất khi nó làm việc trong các điều kiện : tần số 50Hz, điện áp sơ cấp biến thiên trong khoảng U1 = (0,9  1,1)U1đm, còn phụ tải thứ cấp thay đổi trong giới hạn từ 0,25 đến định mức và cos = 0,8. Biến điện áp được chế tạo với các cấp chính xác 0,2; 0,5; 1 và 3.BU cấp chính xác 0,2 dùng cho các đồng hồ mẫu trong phòng thí nghiệm; cấp 0,5 dùng cho công tơ điện, còn cấp 1 và 3 dùng cho các đồng hồ để bảng. Riêng đối với rơle, tùy theo yêu cầu của từng loại bảo vệ mà cấp chính xác của BU cho thích hợp.

Biến điện áp được phân thành hai loại: khô và dầu. Mỗi loại lại có thể phân theo số lượng pha: biến điện áp một pha và 3 pha.

Hình 14-3:Biến điện áp ba pha năm trụa) Bề ngoài; b) Sơ đồ nối dâyBiến điện áp khô chỉ dùng cho TBPP trong nhà. Biến điện áp khô một pha dùng cho cấp điện áp 6kV trở lại, còn biến điện áp khô ba pha dùng cho điện áp đến 500V.

Hình 14-4:Biến điện áp kiểu phân cấpa)Bề ngoài; b)Sơ đồ nối dâyTheo kí hiệu của Liên xô cũ: HOC : biến điện áp khô một pha và HTC: biến điện áp khô 3 pha. Biến điện áp dầu được chế tạo với điện áp 3kV trở lên và dùng cho TBPP cả trong và nhà và lẫn ngoài trời. Trên hình 14-2 trình bày biến điện áp dầu một pha điện áp 35kV trở lại. Liên xô chế tạo biến điện áp dầu một pha loại HOM. Biến điện áp dầu ba pha năm trụ (hình 14-3) được chế tạo với điện áp 3  20kV. Nó gồm một mạch từ năm trụ (trong đó có ba trụ có dây quấn, còn hai trụ bên không dây quấn để cho từ thông thứ tự không chạy qua) và hai cuộn dây thứ cấp nối hình sao và hình tam giác hở. Cuộn dây nối hình sao abc cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơle và kiểm tra cách điện. Cuộn dây nối tam giác hở a1-x1 nối với rơle điện áp để cho tín hiệu khi có một pha chạm đất trong lưới cao áp. Bình thường Udll = Ua + Ub + Uc = 0. Khi một điểm chạm đất trong lưới cao áp, điện áp Udll = 3U0, trong đó U0 - điện áp thứ tự không, do đó rơle tác động báo tín hiệu chạm đất.

Đối với điện áp 110kV trở lên, để giảm bớt kích thước và làm nhẹ cách điện của biến điận áp người ta dùng biến điện áp kiểu phân cấp (hình 14-4). Biến điện áp kiểu phân cấp bao gồm nhiều tầng lõi từ xếp chồng lên nhau, mà cuộn dây sơ cấp phân bố đều trên các lõi, còn cuộn dây thứ cấp chỉ ở trên lõi từ cuối cùng. Số tầng lõi từ phụ thuộc vào điện áp định mức 110kV có hai tầng, còn 220kV trở lên thì số tầng nhiều hơn.

Đối với điện áp 500kV và cao hơn người ta phân chia điện áp bằng tụ để lấy một phần điện áp cao rồi mới đưa vào biến điện áp (hình 14-5). Điện áp lấy trên C2 bằng khoảng 10-15kV, sau đó nhờ biến điện áp một pha hạ xuống điện áp thích hợp cho đo lường, rơle và tự động hóa. Để điện áp thứ cấp U2 không thay đổi theo phụ tải cần đặt thêm điện kháng P và bộ chống nhiễu N.

a) Sơ đồ nối dây của biến điện áp.

b) Hai biến điện áp (hình 14-6).

Sơ đồ BU chỉ cho phép đo điện áp dây (UAB, UBC) mà không đo được điện áp pha. Sơ đồ này dùng rộng rãi cho lưới có dòng chạm đất nhỏ và khi phụ tải là là Óat kế và công tơ.

c) Biến điện áp ba pha năm trụ (Y0/Y0/) đã nêu công dụng khi mô tả cấu tạo ở trên.

d) Biến điện áp ba pha ba trụ nối Y/Y:

Dùng cho lưới có dòng chạm đất bé để cung cấp cho các dụng cụ đo lường điện áp dây không đòi hỏi cấp chính xác cao.