PH N 1 – MÁY BI N ÁP CH NG 3 MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I QUÁ TRÌNH QUÁ Đ CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 1. MBA LÀM VI C V I T I Đ I X NG 1.1. Gi n đồ năng l ợng Cân bằng năng lượng và sự làm việc của mba trong điều kiện điện áp sơ cấp U1 = const, và tần số f = const. ωân bằng năng lượng trong máy dựa trên sơ đồ thay thế CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I ωông suất P1 là công suất tác dụng đưa vào dây quấn sơ cấp mba: P1  m1U1I1 cos1 Một phần công suất này bù vào : + Tổn hao đồng trên điện tr của dây quấn: + Tổn hao sắt trong lõi thép: pFe  m1rm I02 pCu1  m1r1I12 ωông suất còn l i Pđt (công suất điện từ) chuyển sang thứ cấp: Pđt  P1  (pCu1  pFe )  m2E2I2 cos2 ωông suất đầu ra P2 nhỏ hơn Pđt một lượng bằng tổn hao đồng trên điện tr của dây quấn thứ cấp : p  m r I 2  m r ' I' 2 Cu 2 P2  Pđt  pCu 2  m2 U2I2 cos2 2 2 2 12 2 CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Tương tự, công suất ph n kháng Q1 nhận vào dây quấn sơ cấp : Q1  m1U1I1 sin 1 ωông suất này trừ đi công suất để t o ra từ trư ng t n dây quấn sơ cấp q1= m1x1I12 và từ trư ng trong lõi thép qm = m1xmIo2, phần còn l i là công suất ph n kháng chuyển sang dây quấn thứ cấp: Qđt  Q1  (q1  pm )  m2E2I2 sin 2 ωông suất ph n kháng đưa đến phụ t i: Q2  Qđt  q 2  m2 U2I2 sin 2 Trong đó: q2= m2x2I22 để t o ra từ trư ng t n dây quấn thứ cấp. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I T i có tính chất điện c m (φ2 > 0) thì Q2 > 0, lúc đó Q1 > 0 và công suất ph n kháng truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp. T i có tính chất điện dung (φ2 < 0) thì Q2 < 0, nếu Q1 < 0, công suất ph n kháng truyền từ dây quấn thứ sang dây quấn sơ hoặc Q1 > 0, toàn bộ công suất ph n kháng từ phía thứ cấp và sơ cấp đều dùng để từ hoá MψA. Gi n đồ năng lượng (sự cân bằng công suất tác dụng và ph n kháng) CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 1.2. Đ thay đổi đi n áp th c p Hiệu số số học giữa trị số điện áp thứ cấp lúc không t i U20 (điều kiện U1 = U1đm) và lúc có t i U2. U 20  U 2 U'20  U'2 U   U 20 U'20 U1đm  U'2 U'2 U  1  1  U'*2 U1đm U1đm Xác định ΔU bằng phương pháp gi i tích. Gọi β - hệ số mang t i; cosφ2 - hệ số công suất của mba: I I'  2 I 2đm  2 I'2đm CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I ' ' ' r I r I I Ta có: BC  n 2  n 2đm 2  U nr* ' U1đm U1đm I 2đm x n I'2 x n I'2đm I'2 AB    U nx* ' U1đm U1đm I2đm Từ A h đư ng thẳng góc AP xuống 0U’2* và gọi AP = n và ωP = m, ta có: U'2*  1  n 2  m 2 n U'2*  1  m 2 2 n U*  1  U'*2  m  2 CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Tính n và m: m  CK  KB  (Unr* cos2  Unx* sin 2 ) n  AH  HP  (Unx* cos2  Unr* sin 2 ) Như vậy: n2 U*  m   ( U nr* cos 2  U nx* sin 2 ) 2 1 2   ( U nx* cos 2  U nr* sin 2 ) 2 2 Số h ng sau rất nhỏ, có thể bỏ qua U*  (Unr* cos2  Unx* sin 2 ) CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Tính ΔU* theo ΔU%, ta viết l i biểu thức trên: U%  (u nr % cos2  u nx % sin 2 ) U%  u n %(cosn cos2  sin n sin 2 ) CH 1.3. Ph NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I ng pháp điều chỉnh đi n áp th c p Do ΔU = f(β,cosφ2) như vậy U2 phụ thuộc vào β và cosφ2, để giữ cho U2 = const khi tăng t i thì tỉ số biến áp k ph i thay đổi, nghĩa là ta ph i thay đổi số vòng dây N. Mỗi dây quấn có hai đầu ra, giữa hoặc cuối cuộn dây ta đưa ra một số đầu dây ứng với các vòng dây khác nhau để thay đổi điện áp. CH 1.3. Ph NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I ng pháp điều chỉnh đi n áp th c p a. Thay đổi số vòng dây khi máy ngừng làm việc Dùng cho các máy biến áp h áp khi điện áp thứ cấp thay đổi hoặc khi điều chỉnh điện áp theo đồ thị phụ t i hàng năm. Đối với mba công suất nhỏ : một pha có 3 đầu phân nhánh : ± 5%Uđm. Đối với mba công suất lớn : một pha có 5 đầu phân nhánh: ±2 x 2.5%Uđm. Việc thực hiện đổi nối khi máy ngừng làm việc, nên thiết bị đổi nối đơn gi n, rẻ tiền, đặt trong thùng dầu và tay quay đặt trên nắp thùng. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Dùng cho các máy biến áp h áp khi điện áp thứ cấp thay đổi hoặc khi điều chỉnh điện áp theo đồ thị phụ t i hàng năm. Mba công suất nhỏ : một pha có 3 đầu phân nhánh : ± 5%Uđm. Mba công suất lớn : một pha có 5 đầu phân nhánh: ±2 x 2.5%Uđm. Việc thực hiện đổi nối khi máy ngừng làm việc, nên thiết bị đổi nối đơn gi n, rẻ tiền, đặt trong thùng dầu và tay quay đặt trên nắp thùng. ωác đầu phân áp đưa ra cuối cuộn dây thì việc cách điện chúng dễ dàng hơn. Các đầu phân áp đưa ra giữa cuộn dây thì lực điện từ đối xứng và từ trư ng t n phân bố sẽ đều CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM Vi C V I T I CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I b. Thay đổi số vòng dây khi máy đang làm việc (điều áp dưới tải) Trong hệ thống điện nhiều khi cần ph i điều chỉnh điện áp khi máy biến áp đang làm việc để phân phối l i công suất tác dụng và ph n kháng giữa các phân đo n của hệ thống. Các máy có kh năng này được gọi là MψA điều chỉnh dưới t i. Điện áp thư ng được điều chỉnh từng 1% trong ph m vi ± 10%Uđm. Việc đổi nối các đầu phân áp trong MψA điều chỉnh dưới t i phức t p hơn và ph i có cuộn điện kháng để h n chế dòng điện ngắn m ch của bộ phận dây quấn bị nối ngắn m ch khi thao tác đổi nối. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Quá trình thao tác đổi nối từ đầu nhánh X1 sang đầu nhánh X2, trong đó T1, T2 là các tiếp xúc trượt; C1, C2 là công-tắc-tơ. các vị trí đầu và cuối dòng qua cuộn kháng K theo hai chiều ngược nhau, nên từ thông trong lõi thép gần bằng không, điện kháng X của cuộn kháng rất bé. Trong vị trí trung gian (b) dòng ngắn m ch ch y qua K cùng chiều nên có từ thông ϕ và X lớn, làm gi m dòng ngắn m ch In. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 1.4. Hi u su t máy bi n áp Hiệu suất của mba là tỉ số giữa công suất đầu ra P2 và công suất đầu vào P1: %  P2 100 P1 Hiệu suất mba nhỏ hơn 100% vì quá trình truyền t i qua mba có tổn hao đồng và tổn hao sắt, ngoài ra còn kể đến tổn hao do dòng điện xoáy trên vách thùng dầu và bu lông lắp ghép. p  %  (1  )100 P2   p Với:  p  pCu1  pCu 2  pFe Như vậy biểu thức hiệu suất: CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I ωác tổn thất: pFe  P0 pCu1  pCu 2  r1i12  r2' i'22  rn I'22đm ( P2  U 2I2 cos2  U 2đmI2đm I2 I'2 I'2đm I2đm )2  Pn2 cos 2  Sđm cos2 Như vậy biểu thức hiệu suất: P0  2Pn )100 %  (1  2 Sđm cos 2  P0   Pn CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Các tổn hao rất nhỏ so với công suất truyền t i nên hiệu suất của mba rất cao. Đối với mba dung lượng lớn, hiệu suất đ t tới trên 99%. Ta thấy η = f(β,cosφ2), cho cosφ2 = const, tìm hiệu suất cực đ i ηmax: d  0  2max Pn  P0 d max P0  Pn Hiệu suất m.b.a đ t giá trị cực đ i khi tổn hao không đổi bằng tổn hao biến đổi hay tổn hao sắt bằng tổn hao đồng. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 1.5. Máy bi n áp lƠm vi c song song Lý do nối mba làm việc song song: + Cung cấp điện liên tục cho các phụ t i + Vận hành các mba một cách kinh tế nhất. + Máy quá lớn thì việc chế t o và vận chuyển sẽ khó khăn. Thế nào là làm việc song song: Dây quấn sơ cấp các mba nối chung vào một lưới điện và dây quấn thứ cấp cùng cung cấp cho một phụ t i. Điều kiện để nối mba làm việc song song: + ωùng tỉ số biến áp. + Cùng tổ nối dây. + Cùng điện áp ngắn m ch. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I a. Điều kiện cùng tổ nối dây ωùng tổ nối dây điện áp thứ cấp sẽ trùng pha nhau. Khác tổ nối dây điện áp thứ cấp sẽ lệch pha nhau, và sự lệch pha nầy phụ thuộc vào tổ nối dây. Ví dụ: Hai mba: máy I nối Y/Δ-11 và máy II nối Y/Y-12 làm việc song song → điện áp thứ cấp hai máy sẽ lệc pha nhau một góc 30o, trong m ch nối liền dây quấn thứ cấp sẽ xuất hiện một sđđ: E  2E sin 15o  0,518E Khi máy không t i, trong dây quấn thứ cấp có dòng điện cân bằng : E Icb  ZnI  ZnII CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Nếu gi sử ZnI = ZnII = 0,05 Dòng cân bằng: 0,518 Icb   5,18Iđm 0,05  0,05 CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I b. Điều kiện cùng tỉ số biến đổi điện áp Nếu tỉ số biến đổi điện áp của hai máy khác nhau mà hai điều kiện còn l i thỏa mãn thì khi mba làm việc song song, điện áp thứ cấp không t i sẽ bằng nhau (E2.I = E2.II ), trong m ch nối liền dây quấn thứ của mba sẽ không có dòng điện ch y qua. Gi sử kI ≠ kII thì E2.I ≠ E2.II và khi không t i, trong m ch nối liền quấn thứ của mba sẽ có dòng điện Icb ch y qua do điện áp: E  E 2.I  E 2.II E Icb  ZnI  ZnII CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Dòng điện cân bằng ch y trong dây quấn mba theo hai chiều ngược nhau và chậm pha một góc 90o vì r << x. Lúc nầy điện áp rơi trên dây quấn sẽ bù trừ với sđđ, kết qu trên m ch thứ có điện áp thống nhất U2. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Kết qu khi mba mang t i, dòng điện t i It sẽ cộng với dòng cân bằng làm cho điều kiện làm việc của máy sẽ xấu đi, nghĩa là dòng trong máy không tỉ lệ với công suất của chúng, nh hư ng tới sự lợi dụng công suất của chúng. ωhú ý : ωho phép K = khác nhau 0.5% so với trị số trung bình. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I c. Điều kiện điện áp ngắn mạch bằng nhau Xét ba mba làm việc song song có điện áp ngắn m ch unI, unII, unIII. Nếu bỏ qua dòng điện từ hoá thì m ch điện có d ng như hình bên. Tổng tr tương đương của m ch: Z 1 1  1 1 1 1    ZnI ZnII ZnIII Zni Điện áp rơi trên m ch tương đương  U 1U  '2  Z.I U CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Dòng điện t i của mỗi mba: I I Z . I 2 I   1 ZnI Z nI  Zni  I I 2 III  Z.I  1 ZnIII Z nIII  Zni I I Z . I 2 II   1 ZnII Z nII  Zni Thư ng thì φnI ả φnII ả φnIII nên chuyển tính từ số phức sang môđun: U đm zn  u n Iđm CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Từ công thức dòng điện mba I, thay biểu thức zn: I2I  I u nI Iđm.i  IđmI u ni Nhân hai vế với Sđm U đmIđm ta được biểu thức hệ số t i các máy:  U đm U đm S I  Sđm.i u nI  u ni II  S Sđm.i u nII  u ni III  S Sđm.i u nIII  u ni CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Như vậy, từ các biểu thức trên ta thấy hệ số t i của các MψA làm việc song song tỉ lệ nghịch với điện áp ngắn m ch của chúng : 1 1 1 : : I : II : III  u nI u nII u nIII Như vậy, các mba làm việc song song, có điện áp ngắn m ch un bằng nhau, t i sẽ phân bố tỉ lệ với công suất của máy. Nếu un khác nhau MBA nào có un lớn, β nhỏ còn un nhỏ, βlớn. Khi máy có un nhỏ làm việc định mức thì MψA có un lớn sẽ hụt t i, kết qu là không tận dụng hết công suất thiết kế của mỗi máy. Chú ý : Cho phép un khác nhau 10% và công suất MψA có tỉ lệ: 3:1 CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Ví dụ: ωho ba MψA có cùng tổ nối dây quấn và tỉ số biến đổi với các số liệu sau : SđmI = 180kVA, SđmII = 240kVA, SđmIII = 320kVA; unI% = 5,4, unII% = 6,0, unIII% = 6,6. Hãy xác định t i của mỗi MψA khi t i chung của các MψA bằng tổng công suất của chúng và tính xem t i tối đa của các MψA để không MψA nào bị quá t i ? Gi i Tổng công suất của ba máy : S  180  240  320  740(kVA ) CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Hệ số t i các máy: S 740 I    1,125 S 180 240 320 u nI  đm.i 5,4 (   ) u ni 5,4 6 6,6 S 740 II    1,01 Sđm.i 180 240 320 u nII  6 (   ) u ni 5,4 6 6,6 S 740 III    0,92 Sđm.i 180 240 320 u nIII  6,6 (   ) u ni 5,4 6 6,6 S  180  240  320  740(kVA ) CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I ωông suất t i các máy: SI  ISđmI  1,125.180  202,5kVA SII  IISđmII  1,01.240  243kVA SIII  IIISđmIII  0,92.320  294,5kVA Ta thấy máy I có un nhỏ nhất bị quá t i nhiều, trong khi đó máy III có un lớn bị hụt t i. T i tổng tối đa để không máy nào quá t i ứng βI = 1: I  S 180 240 320 5,4 (   ) 5,4 6 6,6  1,0  S  657,72kVA Rõ ràng là phần công suất đặt của các MψA không được lợi dụng sẽ bằng : 740 - 658 = 82 kVA. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 2. MBA LÀM VI C V I T I KHÔNG Đ I X NG 2.1. V n đề chung T i không đối xứng của mba là t i không phân phối đều cho c ba pha, làm cho dòng điện trong ba pha không bằng nhau, gây nh hư ng xấu đến tình tr ng làm việc bình thư ng trong mba như: + Điện áp dây và pha sẽ không đối xứng. + Tổn hao phụ trong dây quấn và lõi thép tăng lên. + Độ chênh nhiệt của mba vượt quá qui định. Để nghiên cứu tình tr ng làm việc không đối xứng của mba dùng phương pháp pháp phơn l ợng đ i x ng. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Hệ thống dòng điện không đối xứng của mba thành ba hệ thống dòng điện đối xứng: + Thứ tự thuận: Ia1; Ib1; Ic1 Ia 2 ; Ib 2 ; Ic 2 + Thứ tự không: Ia 0 ; I b 0 ; Ic0 + Thứ tự ngược: Theo quan hệ: Ia  Ia1  Ia 2  Ia 0 I b  I b1  I b 2  I b 0  a 2Ia1  aIa 2  Ia 0 Ic  Ic1  Ic 2  Ic 0  aIa1  a 2Ia 2  Ia 0 Ia ; Ib ; Ic được phân tích CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I D ng ma trận: Ia  1 1    2 I 1 a   b  I  1 a  c  1  Ia 0     a  I a1   a 2  Ia 2  ;a  e ;1  a  a 2  0 Ia 0  1 1   1  Ia1   1 a I  3 1 a 2   a2  Trong đó: a e j120o 2 j240o 1  Ia  2    a I b   a  Ic  CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Chú ý : • Khi t i mba không đối xứng, bao g i cũng phân tích thành các thành phần: TT thuận, TT ngược và TT không. Riêng thành phần TT không trong mba do có trị số bằng nhau và trùng pha về th i gian nên chỉ tồn t i khi mba nối Y0 và Δ. • Phương pháp phân lượng đối xứng dựa trên cơ s nguyên lý xếp chồng, nên khi áp dụng nguyên lý đó ta gi thiết m ch từ mba không bão hòa. • Khi phân tích ta xem như đã qui đổi từ phía thứ cấp về phía sơ cấp và để đơn gi n ta bỏ qua dấu phẩy. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 2.2. M ch đi n hay th vƠ tổng trở mba v i các thƠnh ph n a. Đối với hệ thống dòng điện thứ tự thuận Hệ thống dòng điện này đối xứng nên m ch điện thay thế và các tham số của mba như đã xét phần t i đối xứng. b. Đối với hệ thống dòng điện thứ tự ngược Hệ thống dòng điện này có tác dụng hoàn toàn giống dòng điện thứ tự thuận vì nếu đổi 2 trong ba pha phía sơ cấp và phía thứ cấp thì hiện tượng trong mba không có gì thay đổi nên m ch điện thay thế và các tham số của mba không khác gì so với dòng điện thứ tự thuận. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 2.2. M ch đi n hay th vƠ tổng trở mba v i các thƠnh ph n c. Đối với hệ thống dòng điện thứ tự không Hệ thống dòng điện thứ tự không 3 pha sinh ra trong mba từ thông thứ tự không Φt0 trùng pha về th i gian. • Tổ mba 3 pha: Từ thông Φt0 khép m ch qua lõi thép nên dòng Ia0 = Ib0 = Ic0 dù nhỏ cũng đủ sinh ra Φt0 lớn vì từ tr thép nhỏ. • Mba 3 pha ba trụ: Φt0 khép m ch qua vật liệu không ph i sắt từ nên Φt0 nhỏ hơn trên. Từ thông Φt0 sinh ra trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sđđ tự c m và hỗ c m và ta thành lập sơ đồ thay thế hình T tương tự như đối với trư ng hợp dòng điện thứ tự thuận. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Hệ thống dòng điện thứ tự không 3 pha sinh ra trong mba từ thông thứ tự không Φt0 trùng pha về th i gian. • Tổ mba 3 pha: Từ thông Φt0 khép m ch qua lõi thép nên dòng Ia0 = Ib0 = Ic0 dù nhỏ cũng đủ sinh ra Φt0 lớn vì từ tr thép nhỏ. • Mba 3 pha ba trụ: Φt0 khép m ch qua vật liệu không ph i sắt từ nên Φt0 nhỏ hơn trên. Từ thông Φt0 sinh ra trong dây quấn sơ cấp và thứ cấp các sđđ tự c m và hỗ c m và ta thành lập sơ đồ thay thế hình T tương tự như đối với trư ng hợp dòng điện thứ tự thuận. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Khi mba nối Y0/Y0 hoặc Y0/Δ: Dòng thứ tự không tồn t i c dây quấn sơ cấp và thứ cấp nên m ch điện thay thế đối với phân lượng thứ tự không không có gì khác d ng m ch điện thay thế của phân lượng thứ tự thuận. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Khi mba nối Y0/Y0 hoặc Y0/Δ: Dòng thứ tự không tồn t i c dây quấn sơ cấp và thứ cấp nên m ch điện thay thế đối với phân lượng thứ tự không không có gì khác d ng m ch điện thay thế của phân lượng thứ tự thuận. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Khi mba nối Y/Y0 : Sơ cấp không có dây trung tính IA0 = 0 và xem như h m ch. + Z1 = r1+ jx1 và Z2 = r2+ jx2 : như tổng tr thứ tự thuận và ngược. + Zm0 : tổng tr từ hóa thứ tự không phụ thuộc vào cấu t o m ch từ: M ch từ tổ mba 3 pha: Zm0 = Zm ; M ch từ mba 3 pha ba trụ: Zm0 nhỏ (thư ng Zm0 = (7 - 15)Zn) CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Khi mba nối Y/Y0 : + Sđđ thứ tự không do từ thông Φt0 sinh ra như sau : E t 0  Zm0Im0 + Khi mba nối Y0/Y0 hoặc Y0/Δ : c sơ cấp và thứ cấp đều có dòng thứ tự không I A 0  Ia 0 nên dòng Im để sinh ra Φt0 rất nhỏ. Trong trư ng hợp này Zm0 = 0 và Zn = Z1 + Z2. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Xác định tổng trơ thứ tự không Zt0 bằng thí nghiệm: T: m , nếu phía thứ cấp không có dòng thứ tự không. T: đóng, nếu phía thứ cấp có dòng thứ tự không. Theo số liệu đo được ta tính: U P Zt 0  ; rt 0  2 ; x t 0  Z2t 0  rt20 3I 3I CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 2.3. T i không đ i x ng c a máy bi n áp a. Khi có dòng điện thứ tự không Trường hợp dây quấn nối Y/Y0: Phương trình dòng điện sơ cấp, thứ cấp: I A  I B  IC  0 Ia  I b  Ic  Id + ωác dòng điện từ hóa thứ tự thuận và ngược Im1, Im2 của các pha sẽ sinh ra các sđđ EA,EB,EC. + ωòn dòng điện từ hóa thứ tự không Ia0 = Ib0 = Ic0= Id/3 tồn t i phía thứ cấp không được cân bằng vì Ia0 = Ib0 = Ic0 ≠ 0 sẽ sinh ra Φt0 và sđđ Em0 tương đối lớn. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Phương trình cân bằng điện áp sơ cấp:  A  I A Z1  E A  E m 0 U  B  I B Z1  E B  E m 0 U  C  IC Z1  E C  E m 0 U Do IA  IB  IC  0 và E A E  B  E C  0 nên: A U BU  C  3E  m0  3Im0 Zm0 U Khi dây quấn nối Y:  AB  U A U B U BU BU C U C U C U A U CH Tính: NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I  CA  U  AB  ( U C U  A )  (U A U  B) U A U BU  C  3U A U  A  3(I A 0 Zm 0  U  A)  3E m 0  U Do đó:  AB  U  CA U A  'A  Ia 0 Zm 0  Ia 0 Zm 0  U U 3  BC  U  AB U B  'B  I b 0 Zm 0  I b 0 Zm 0  U U 3  CA  U  BC U C  'C  Ic 0 Zm 0 U  Ic 0 Zm 0  U 3 CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Đồ thị véc tơ: Từ đồ thị vectơ ta thấy : Anh hư ng của dòng điện thứ tự không làm cho điểm trung tính của điện áp sơ cấp bị lệch đi một kho ng bằng Ia0Zm0. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp: a U  A  IA Z1  Ia Z2 U  'A  Zm 0Ia 0  (IA1  IA 2 ) Z1  (Ia1  Ia 2  Ia 0 ) Z2 U Do dòng điện thứ tự thuận, ngược và không của sơ cấp và thứ cấp có quan hệ IA1  Ia1; IA 2  Ia 2 và Zm0  Z0  Zt 0 nên: a U  'A  I A Zn  Ia 0 Zt 0 U b U  'B  I B Zn  I b 0 Zt 0 U c U  'C  IC Zn  Ic 0 Zt 0 U CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Phương trình cân bằng điện áp thứ cấp: a U  A  IA Z1  Ia Z2 U  'A  Zm 0Ia 0  (IA1  IA 2 ) Z1  (Ia1  Ia 2  Ia 0 ) Z2 U Do dòng điện thứ tự thuận, ngược và không của sơ cấp và thứ cấp có quan hệ IA1  Ia1; IA 2  Ia 2 và Zm0  Z0  Zt 0 nên: a U  'A  I A Zn  Ia 0 Zt 0 U b U  'B  I B Zn  I b 0 Zt 0 U c U  'C  IC Zn  Ic 0 Zt 0 U Từ các phương trình chứng tỏ rằng, do có dòng điện thứ tự không nên điểm trung tính thứ cấp mba bị lệch một kho ng Ia0Zt0 lớn hơn kho ng lệch sơ cấp. Thực tế, sự khác nhau không đáng kể. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Như vậy, sự xê dịch điểm trung tính gây nên: • Điện áp pha không đối xứng → bất lợi cho t i dùng điện áp pha. Để h n chế xê dịch điểm trung tính, qui định : • Dòng trong dây trung tính Id < 0,25Iđm. • Với tổ mba ba pha không nối Y/Yo vì Zm0 quá lớn. • ωòn mba ba pha ba trụ nối Y/Y với Sđm < 6000kVA. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Trường hợp dây quấn nối Y0/Y0 và Y0/Δ: Trong trư ng hợp này dòng điện thứ tự không tồn t i c hai phía sơ cấp, thứ cấp và cân bằng nhau nên không sinh ra từ thông Φt0 và Et0 như vậy phương trình điện áp thứ cấp sẽ như sau: a U  'A  I A Zn U b U  'B  I B Zn U c U  'C  IC Zn U Và do Ia  Ib  Ic  Id nên a U b U  c  Zn Id U 1 Điểm trung tính sẽ bị lệch một kho ng Ia 0 Zn  Id Zn 3 Sự xê dịch này là không đáng kể vì Zn rất nhỏ CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I b. Khi không có dòng điện thứ tự không: Trư ng hợp này ứng với các tổ nối dây : Y/Y ; Δ/Y ; Y/Δ ; Δ/Δ. Vì không có dòng điện thứ tự không, hơn nữa các dòng điện thứ tự thuận và ngược phía sơ cấp và thứ cấp cân bằng nhau nên không cần thiết ph i phân tích thành phân lượng đối xứng mà chỉ cần dùng phương pháp thông thư ng để phân tích điện áp từng pha. ωhú ý : Khi t i không đối xứng, điện áp ΔU pha không bằng nhau, nhưng vì Zn nhỏ nên sự không cân bằng về điện áp pha và dây là không nghiêm trọng. Trên thực tế, nếu t i không đối xứng với mức phân lượng thứ tự ngược và thứ tự thuận không quá 5% thì điện áp được xem như đối xứng. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 2.4. Ngắn m ch không đ i x ng c a máy bi n áp Ngắn m ch không đối xứng x y ra khi do sự cố phía thứ cấp một pha bị nối tắt với dây trung tính, hai pha nối tắt nhau hoặc hai pha nối với dây trung tính. Những trư ng hợp kể trên có thể xem như là những trư ng hợp giới h n của t i không đối xứng. Để phân tích các trư ng hợp ngắn m ch không đối xứng, ta cũng áp dụng phương pháp phân lượng đối xứng nói trên. Kết qu phân tích về sự phân phối dòng điện giữa các pha của một số trư ng hợp ngắn m ch CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 3. QUÁ TRÌNH QUÁ Đ TRONG MBA Quá độ trong mba là quá trình chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác khi có sự thay đổi một trong các đ i lượng xác định chế độ làm việc của mba như: tần số, điện áp, phụ t i.. Quá độ bao gồm: Quá dòng điện và quá điện áp 3.1. Quá dòng đi n Xét quá dòng điện x y ra trong hai trư ng hợp : + Đóng mba vào lưới khi không t i. + Ngắn m ch đột nhiên. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 3.1. Quá dòng đi n a. Đóng mba vào lưới khi không tải: Khi làm việc bình thư ng I0 = 10 % Iđm; Khi đóng mba vào lưới I0 >> Iđm. Gi sử điện áp đặt vào dây quấn sơ cấp lúc đóng K: u1  U1m sin(t  0 ) Phương trình điện áp dây quấn sơ cấp: u1  U1m sin( t   0 )  r1i0  N1 d dt CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I quan hệ ϕ = f(i0) là quan hệ phi tuyến. Để tính toán đơn gi n, ta gi thiết ϕ tỉ lệ với i0 , nghĩa là : N1 i0  L1 Với L1: hệ số tự c m của dây quấn sơ cấp. Phương trình điện áp dây quấn sơ cấp được viết l i: u1  U1m r d sin( t   0 )  1   N1 L1 dt Gi i phương trình trên, ta có nghiệm là: ϕ = ϕ’ + ϕ” gồm thành phần xác lập và thành phần tự do. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Thành phần từ thông xác lập: '  m sin(t  0   / 2)  m cos(t  0 ) Với: m  L1U1m N1 r12  (L1 ) 2 Thành phần từ thông tự do: ''  Ce  r1 t L1 Hằng số ω với điều kiện t = 0 trong lõi thép có từ thông dư ±fdư, nên:  t 0  '  '' t 0  m cos0  C  du  C  m cos0  du ''  (m cos  0  du )e  r1 t L1 CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Nghiệm của phương trình quá độ:   '  ''  m cos(t  0 )  (m cos0  du )e  r1 t L1 Từ biểu thức của từ thông ta thấy: 1. Điều kiện thuận lợi nhất khi đóng mba vào lưới điện: 0   / 2  u1  U1m và từ thông ϕdư = 0 Từ thông máy biến áp   m cos(t   / 2)  m sin t Đ t xác lập ngay khi đóng mba vào lưới, không có quá trình quá độ. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 2. Điều kiện bất lợi nhất khi đóng mba vào lưới điện: 0  0  u1  0 Từ thông máy biến áp và từ thông ϕdư > 0   m cost  (m  du )e Khi t      max Do r1 << e  L1 nên: r1 L1 1 Từ thông cực đ i max  2m  du  r1 t L1 CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 2. Điều kiện bất lợi nhất khi đóng mba vào lưới điện: Từ thông ϕmax lớn hơn 2 lần biên độ ϕm lúc làm việc bình thư ng, nên lõi thép m.b.a rất bão hòa và dòng từ hóa I0 trong quá trình quá độ sẽ rất lớn, cỡ 100 lần dòng I0 thông thư ng Ví dụ: Bình thư ng: I0 = 5%Iđm. Quá độ : I0 = 5Iđm. Mba bị cắt khỏi lưới khi đóng không t i. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 3.1. Quá dòng đi n b. Khi ngắn mạch: Chỉ xét quá trình quá độ từ lúc bắt đầu x y ra ngắn m ch đến khi thành lập chế độ ngắn m ch xác lập. Tính dòng điện In trong quá độ. Phương trình cân bằng điện áp khi quá độ u1  U1m sin( t   n )  rni n  Ln Với n di n dt – góc pha điện áp lúc x y ra ngắn m ch CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Gi i phương trình trên với điều kiện ban đầu t = 0 thì in = 0, ta được : i n  i'  i'' i n   2In cos(t   n )  2In cos  n e U1 Với: I n  rn2  (Ln )2 Điều kiện bất lợi nhất khi: n = 0 và rn << i n   2In cost  2In e  rn t Ln Dòng điện ngắn m ch đ t cực đ i khi i xg  2In (1  e  rn Ln Ln. t=π )  2In k xg  rn t Ln CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Hệ số xung kích kxg phụ thuộc vào dung lượng mba, kxg lớn khi dung lượng máy lớn. Thông thư ng kxg = 1,2 – 1,8. Ví dụ: Mba công suất 1000kVA, un% = 6,5; unr% = 1,5; unx% = 6,32. k xg  1  e  rn Ln Dòng điện xung kích: i xg  2In k xg 1 e  u nr % u nx %  1,475 100  2Iđm 1,475  22,7Iđm un % CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I nh hư ng của hiện tượng quá dòng điện và biện pháp h n chế: • Gây h i mba : + Dây quấn nóng và bị cháy cách điện. + Gây lực cơ học phá kết cấu dây quấn. • ψ o vệ mba : + Dùng rơ le tác động nhanh cắt chỗ sự cố ra khỏi mba. + Mba bị ngắn m ch các vòng dây bên trong, ngư i ta thư ng dùng rơ le hơi, rơ le so lệch để b o vệ cắt mba ra khỏi lưới. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I 3.2. Quá đi n áp a. Nguyên nhân gây quá điện áp: Khi mba làm việc trong lưới điện thư ng chịu những điện áp xung kích, còn gọi là quá điện áp, có trị số gấp nhiều lần trị số điện áp định mức. Nguyên nhân gây quá điện áp : + Thao tác đóng cắt đư ng dây hoặc các máy điện. + Ngắn m ch ch m đất kèm theo hồ quang. + Sét đánh vào đư ng dây t i điện trên không và sóng sét truyền đến mba. Đây là sóng nguy hiểm nhất đối với mba, vì sóng sét có trị số điện áp hàng triệu vôn CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Từ sóng quá điện áp, ta thấy: + Từ nơi xuất hiện lan truyền về hai phía với tốc độ gần bằng ω. + D ng xung không chu kỳ với đầu sóng rất dốc, còn đuôi bằng phẳng hơn. + Th i gian tăng từ 0 ÷ Um kho ng vài µs CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Để gi m biên độ Um0 của sóng quá điện áp Sử dụng bộ chống sét phóng điện Pđ, để dẫn điện tích của sóng xung kích xuống đất. Um0 - biên độ trước chống sét rất lớn. Sau tác động của bộ chống sét, điện áp của sóng xung kích gi m đi nhiều Um. ψiên độ sau bộ chống sét Um nhỏ hơn trị số thử độ bền cách điện của mba. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I b. Mạch điện thay thế và phương trình vi phân Tần số sóng quá điện áp (xung kích): 1 1 x 1 5 fx  2 , 08 . 10 Hz     6 2 Tx 4t đ 4.1,2.10 Thành lập sơ đồ thay thế: Gọi : ω’d là điện dung giữa các phần tử của dây quấn với nhau. ω’q là điện dung giữa các phần tử của dây quấn với đất. Khi quá điện áp dung kháng xc << r, xL nên bỏ qua r, xL vì fx rất lớn. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Khi quá điện áp dung kháng xc << r, xL nên bỏ qua r, xL vì fx rất lớn. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Điện dung có thông số r i gồm n vòng dây: Cq   Cq  nC'q 1 C'd Cd   1/ Cd n Cd – điện dung dọc toàn phần; ωq – điện dung ngang toàn phần Khi lấy dq là điện dung một đơn vị chiều dài dx có thể tìm được vi phân điện dung ngang Cqdx và tham số vi phân ngang (qui đổi điện dung dọc thành điện dung ngang) Kdx, trong đó K = 1/Cd. Điện tích ngang: du x Qx  Kdx Điện áp trên điện dung: ux  dQ x Cq dx CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Phương trình điện áp: d 2 u x Cq  ux  0 2 Cd dx Gi i phương trình được nghiệm có d ng: u x  D1ex  D2ex Với α là nghiệm của pt đặc trưng :   2 Cq Cd Dùng điều kiện biên với dây quấn nối đất : khi x =1 khi x = 0 u x  D1ex  D2ex  Um u x  D1ex  D2ex  0 0 Cq Cd CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Ta tìm được: u x  Um shx sh Trư ng hợp dây quấn không nối đất: chx u x  Um ch CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I c. Sự phân bố điện áp ban đầu dọc dây quấn: Vẽ các quan hệ ux = f(x) theo hai trư ng hợp, ta được sự phân bố điện áp ban đầu khi có sóng quá áp : CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Nhận xét : α = 0: sự phân bố điện áp ban đầu dọc theo dây quấn đều: ux = xUm. α càng lớn sự phân bố điện áp ban đầu dọc theo dây quấn không đều, mà tập trung chủ yếu vào đầu dây quấn. a > 5: sự phân bố điện áp không phụ thuộc vào sự nối đất hay không. Vì rằng gi n đồ thay thế mba gồm r, L, ω hình thành, nên một lo t những m ch vòng dao động và quá trính quá độ từ điện áp ban đầu đến điện áp cuối cùng mỗi điểm của dây quấn đều mang đặc tính dao động. Do tổn hao trên điện tr các dao đông sẽ tắt dần. ψiên độ dao động và quá điện áp xuất hiện khi đó tăng lên với sự tăng về độ khác nhau giữa phân bố điện áp đầu và cuối. CH NG 3: MÁY BI N ÁP LÀM VI C V I T I Để gi m nguy hiểm do dao động đó cần gi m α đến mức có thể. Tuy nhiên gi m α đồng nghĩa với tăng kích thước mba như vậy sẽ tăng giá thành → không thực hiện được. ψ o vệ mba khỏi quá điện áp : + Tăng cư ng cách điện đầu và cuối dây quấn. + T o ra điện dung màn chắn tĩnh điện, dưới d ng những vòng kim lo i h có bọc cách điện.