Chương 4: Biểu diễn các phần tử của mạng điện (Tr.121-149)

Chia sẻ: Mưa Rơi Lặng Thầm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Một hệ thống ba pha thường được biểu diễn trên cơ sở một pha. Cách biểu diễn một pha, từ dây pha đến trung tính được dùng đối với hệ thống đối xứng hoặc không đối xứng. Các hệ thống không đối xứng sẽ được khảo sát trong giáo trình ngắn mạch bằng cách phân tích các phần tử mạng điện ra làm các thành phần đối xứng. Trong chương này chỉ khảo sát việc biểu diễn mạng điện trong tình trạng ba pha cân bằng (đối xứng).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 4: Biểu diễn các phần tử của mạng điện (Tr.121-149)

BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 121 Chöông 4 BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN Moät heä thoáng ba pha thöôøng ñöôïc bieåu dieãn treân cô sôû moät pha. Caùch bieåu dieãn moät pha, töø daây pha ñeán trung tính ñöôïc duøng ñoái vôùi heä thoáng ñoái xöùng hoaëc khoâng ñoái xöùng. Caùc heä thoáng khoâng ñoái xöùng seõ ñöôïc khaûo saùt trong giaùo trình ngaén maïch baèng caùch phaân tích caùc phaàn töû maïng ñieän ra laøm caùc thaønh phaàn ñoái xöùng. Trong chöông naøy chæ khaûo saùt vieäc bieåu dieãn maïng ñieän trong tình traïng ba pha caân baèng (ñoái xöùng). 4.1 BIEÅU DIEÃN MAÙY PHAÙT ÑIEÄN ÑOÀNG BOÄ Trong heä thoáng ñieän, maùy phaùt ñieän ñoàng boä ñöôïc thay theá töông ñöông baèng moät söùc ñieän ñoäng noái tieáp vôùi toång trôû ñoàng boä. Hình 4.1 Hình 4.1 trình baøy moät maùy phaùt ñieän ñoàng boä coù roâto hình truï (cöïc aån) vôùi cuoän daây kích thích vaø cuoän daây ba pha ñaët ôû stato. Söùc ñieän ñoäng hieäu duïng ôû moãi pha baèng: Epha = k.f. φf (4.1) trong ñoù: k laø heä soá phuï thuoäc vaøo soá voøng daây vaø heä soá daây quaán cuûa daây quaán stato, φf : töø thoâng kích thích. Ñieän aùp caùc pha A, B vaø C baèng nhau veà bieân ñoä vaø leäch nhau 120 ñoä veà pha do söï treã veà thôøi gian ñeå töø thoâng kích thích φf laàn löôït ñi ñeán caùc pha A, B vaø C. Khi phuï taûi caân baèng, doøng ñieän phuï taûi taïo ra trong cuoän daây cuûa phaàn öùng ba töø thoâng maø
122 maät ñoä ñænh cuûa caùc töø thoâng naøy taäp trung taïi truïc töø cuûa moãi cuoän daây pha. Ba töø thoâng naøy thuoäc loaïi ñaäp maïch, caùch nhau 120 ñoä ñieän trong khoâng gian taïo ra moät töø tröôøng quay quay cuøng vaän toác vaø cuøng chieàu vôùi töø tröôøng kích thích cuûa roâto, vaän toác naøy goïi laø vaän toác ñoàng boä. Töø thoâng taïo bôûi töø tröôøng quay seõ taùc ñoäng leân roâto cuûa maùy phaùt goïi laø töø thoâng phaûn öùng phaàn öùng φör.. Lyù thuyeát maùy ñieän cho bieát raèng φör trôï töø φf neáu phuï taûi coù tính thuaàn dung, khöû töø φf neáu phuï taûi tính thuaàn caûm (caû hai tröôøng hôïp goïi laø phaûn öùng doïc truïc) hoaëc laø φör seõ vuoâng goùc vôùi φf neáu phuï taûi coù heä soá coâng suaát baèng 1. Söùc ñieän ñoäng qua khe hôû khoâng khí (khi maùy phaùt mang taûi) phuï thuoäc vaøo taát caû caùc töø thoâng ñi qua khe hôû nghóa laø phuï thuoäc vaøo φf vaø φör. Ngoaøi ra coøn coù töø thoâng thöù ba laø töø thoâng taûn cuûa phaàn öùng φt khoâng moùc voøng qua cuoän kích thích cuûa roâto. Neáu khoâng xeùt ñeán baõo hoøa töø thì töø thoâng seõ tyû leä vôùi söùc töø ñoäng coøn söùc ñieän ñoäng caûm öùng treã 90° so vôùi töø thoâng (theo ñònh luaät Lenz). Toùm laïi quan heä ñieän aùp – söùc töø ñoäng ñöôïc trình baøy trong H.4.2: Hình 4.2: a) Ñoà thò vectô cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä roâto cöïc aån b) Maïch töông ñöông cuûa maùy phaùt roâto cöïc aån Caùc vectô söùc töø ñoäng F, A vaø R laàn löôït cuûa töø tröôøng kích thích, phaûn öùng phaàn öùng vaø qua khe hôû khoâng khí bieåu dieãn cho vò trí töông ñoái trong khoâng gian cuûa caùc töø tröôøng töông öùng. Ñieän aùp ñaàu cöïc U cuûa maùy phaùt baèng söùc ñieän ñoäng qua khe hôû khoâng khí Eö tröø cho suït aùp qua cuoän daây phaàn öùng Ia (ra + jxa) vôùi xa laø ñieän khaùng taûn cuûa phaàn öùng. Söùc töø ñoäng toång hôïp R = F + A vöôït tröôùc söùc ñieän ñoäng Eö moät goùc 90° . Söùc töø ñoäng phaûn öùng phaàn öùng cuøng pha vôùi Ia. Neáu maùy phaùt ôû tình traïng khoâng taûi (Ia = 0) thì chæ coøn söùc töø ñoäng F cuûa doøng ñieän kích thích vaø coù goùc pha 90° vöôït tröôùc söùc ñieän ñoäng hôû maïch E0.Vectô jIaxa + jIaxör ñöôïc vieát keát hôïp laïi jIa(xa+ xör) = jIa XS trong ñoù XS goïi laø ñieän khaùng ñoàng boä. Maïch ñieän töông ñöông ñôn giaûn cuûa maùy phaùt ñieän goàm ñieän aùp hôû maïch (E0) noái tieáp vôùi toång trôû ñoàng boä Ra+j XS (H.4.2b). Taát nhieân XS coù theå hieäu chænh do aûnh höôûng baõo hoøa töø. Veà lyù thuyeát, söï hieäu chænh nhö theá chæ ñöôïc laøm toát neáu nhö bieát roõ cheá ñoä taûi vì ñoä baõo hoøa thay ñoåi theo φör vaø do ñoù theo Ia. Baøi naøy khoâng coù yù ñònh bao haøm heát caùc phöông phaùp khaûo saùt ñieän khaùng baõo hoøa. Ñoái vôùi maùy phaùt cöïc töø loài vieäc khaûo saùt coù nhieàu phöùc taïp ñaùng keå, vì truïc doïc vaø truïc
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 123 ngang cuûa roâto coù töø trôû khaùc nhau (do khoâng ñoái xöùng veà hình hoïc) ñoái vôùi söùc töø ñoäng cuûa phaûn öùng phaàn öùng. Doøng ñieän phaàn öùng ñöôïc phaân laøm hai thaønh phaàn: Iq cuøng pha vôùi söùc ñieän ñoäng E0, Id vuoâng goùc vôùi E0. Ñoái vôùi thaønh phaàn doøng ñieän Iq coù heä soá coâng suaát baèng 1 (ñoái vôùi söùc ñieän ñoäng khoâng taûi E0) thì töø thoâng phaûn öùng phaàn öùng do thaønh phaàn naøy taïo ra seõ vuoâng truïc vôùi töø thoâng kích thích chính vaø töông öùng vôùi ñieän khaùng vuoâng truïc Xq. Töông töï, ñoái vôùi thaønh phaàn doøng ñieän Id coù heä soá coâng suaát baèng 0 sôùm hoaëc treã thì töø thoâng phaûn öùng phaàn öùng seõ doïc truïc vôùi töø thoâng kích thích chính vaø tröôøng hôïp naøy töông öùng vôùi ñieän khaùng doïc truïc Xd. Hình 4.3: (a) Ñoà thò vectô cuûa maùy phaùt ñieän roâto cöïc loài; (b) Tröôøng hôïp ñaëc bieät khi heä soá coâng suaát baèng khoâng; (c) Caùch xaây döïng ñoà thò vectô öùng vôùi hình (a). Hình 4.3a trình baøy ñoà thò vectô cuûa maùy phaùt ñieän ñoàng boä cöïc loài, xaây döïng baèng phöông phaùp hai ñieän khaùng Xd vaø Xq. Phöông phaùp hai ñieän khaùng raéc roái hôn ñieän khaùng ñoàng boä XS trong tröôøng hôïp roâto cöïc aån, ôû ñoù: Xd = Xq =Xs. Tuy vaäy, khi khaûo saùt ngaén maïch thì ñoà thò vectô cöïc loài thu veà H.4.3b, luùc naøy Ia treã 90° ñoái vôùi U, lyù do laø doøng ñieän ngaén maïch trong tröôøng hôïp toång quaùt ñöôøng daây hay maùy bieán aùp ôû ñoù X>> R laøm cho heä soá coâng suaát gaàn baèng khoâng(ϕ ≅ 90° ) vaø do ñoù thaønh phaàn Iq ñöôïc boû qua vaø xem nhö chæ coù Id taïo ra töø thoâng phaûn öùng doïc truïc khöû töø. Nhö vaäy ñoái vôùi maùy phaùt ñieän cöïc loài bò ngaén maïch cuøng coù sô ñoà töông ñöông vôùi maùy phaùt ñieän cöïc aån trong ñoù Xs = Xd. Ngoaøi ra Xd coøn coù nhöõng giaù trò khaùc nhau tuøy theo thôøi gian quaù ñoä tieáp theo sau ngaén maïch. Ñoà thò vectô H.4.3a veõ cho maùy phaùt ñieän cöïc loài veà cô baûn laø ñuùng nhöng khoâng theå xaây döïng tröïc tieáp neáu nhö bieát Ia, U, ra, Xd,Xq coøn goùc δ laïi chöa bieát neân chöa theå phaân tích I a laøm hai thaønh phaàn Id, Iq ñöôïc. Tuy vaäy, ñoà thò veùc tô coù theå ñöôïc veõ laàn löôït theo caùc böôùc sau ñaây (H.4.3c): 1. Veõ U ∠0° vaø Ia ∠–ϕ; 2. Veõ Ia ra. Veõ j I aXd: ñoaïn AB ⊥ Ia (ôû ñaây boû qua ñieän trôû ra); 3. Ñònh ñieåm P treân AB vôùi AP = Ia ⋅ Xq;
124 CHÖÔNG 4 4. Ñöôøng OP laø giaù cuûa veùc tô E0; 5. Haï ñöôøng thaúng goùc töø B xuoáng OP ñeå ñònh ñieåm E0. Goùc δ coù yù nghóa vaät lyù khoâng nhöõng laø goùc leäch pha giöõa ñieän aùp ñaàu cöïc U vaø ñieän aùp hôû maïch E0 (khoâng taûi) treân ñoà thò veùctô maø coøn laø goùc (gaàn ñuùng) giöõa truïc cuûa roâto vôùi truïc töø cuûa töø tröôøng quay ñoàng boä vôùi roâto. Goùc δ seõ ñöôïc khaûo saùt chi tieát hôn trong giaùo trình oån ñònh heä thoáng ñieän. 4.2 THANH CAÙI VOÂ HAÏN Tröôøng hôïp thöôøng gaëp laø maùy phaùt ñieän ñoàng boä ba pha ñöôïc gheùp song song qua ñieän khaùng töông ñöông Xht cuûa maïng ñieän ñeán thanh caùí cuûa heä thoáng lôùn coù coâng suaát voâ haïn. Heä thoáng voâ haïn coù khaû naêng phaùt hoaëc thu coâng suaát moät caùch voâ haïn vaø ñöôïc trình baøy nhö moät thanh caùi voâ haïn ôû ñoù taàn soá vaø ñieän aùp ñöôïc xem nhö khoâng ñoåi. Sô ñoà töông ñöông cuûa heä thoáng ñöôïc bieåu dieãn nhö sau (H.4.4) Hình 4.4: (a) Maïch töông ñöông cuûa maùy phaùt noái ñeán thanh caùi voâ haïn (b) Sô ñoà moät sôïi cuûa hình (a). Ñieän trôû cuûa maùy phaùt ñieän vaø cuûa maïng ñieän ñöôïc boû qua vì lyù do ñôn giaûn maïch ñieän, ñieàu naøy coøn tuøy thuoäc vaøo tyû soá X/R vaø tuøy thuoäc vaøo loaïi baøi toaùn. Neáu tính toaùn phaân boá coâng suaát treân maïng ñieän thì phaûi keå theâm ñieän trôû, coøn tính ngaén maïch thì cho pheùp boû qua ñieän trôû R. Toång trôû Xht giöûa Ut vaø U goàm ñöôøng daây vaø maùy bieán aùp noái giöõa thanh caùi voâ haïn vaø ñaàu cöïc maùy phaùt ñieän. Lyù thuyeát maùy ñieän chöùng minh raèng (ñoái vôùi maùy phaùt cöïc aån) phöông trình coâng suaát thöïc truyeàn töø maùy phaùt ñieän ñeán thanh caùi voâ cuøng lôùn laø: | E|⋅| U | p= sinδ (4.2) X S + X ht 4.3 BIEÅU DIEÃN MAÙY BIEÁN AÙP 4.3.1 Sô ñoà thay theá maùy bieán aùp hai daây quaán Ngöôøi kyõ sö heä thoáng caàn laøm quen vôùi moät soá caùc maïch töông ñöông cuûa maùy bieán aùp. Trong muïc naøy seõ trình baøy ngaén goïn caùc maïch töông ñöông naøy. Loaïi maùy bieán aùp thoâng duïng nhaát laø maùy bieán aùp hai daây quaán moät pha hoaëc ba pha, taát caû ñeàu ñöôïc bieåu dieãn treân cô sôû moät pha. Sau ñaây laø hai maïch töông ñöông cuûa maùy bieán aùp.
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 125 Hình 4.5: (a) Maïch töông ñöông chính xaùc cuûa maùy bieán aùp hai daây quaán (b) Maïch töông ñöông gaàn ñuùng. Ih + e : doøng ñieän bieåu dieãn cho töø treã vaø doøng ñieän xoaùy, Iφ : doøng ñieän töø hoùa loõi saét, Io : doøng ñieän khoâng taûi U1 : ñieän aùp phía sô caáp U'2 : ñieän aùp thöù caáp qui veà sô caáp. Hình 4.5a laø maïch töông ñöông chính xaùc vôùi toång trôû thöù caáp qui veà sô caáp. Toång trôû bieåu kieán cuûa cuoän daây thöù caáp qui veà phía sô caáp laø Z'2 = Z2 x (N1/N2)2, vôùi N1, N2 laàn löôït laø soá voøng cuûa cuoän sô vaø thöù caáp. Hình 4.5b laø maïch töông ñöông gaàn ñuùng vôùi nhaùnh töø hoùa taäp trung veà beân traùi cuûa sô ñoà. Söï gaàn ñuùng naøy döïa treân söï kieän doøng khoâng taûi I0 nhoû hôn so vôùi doøng ñieän phuï taûi vaø söï di chuyeån veà beân traùi cuûa nhaùnh naøy ít aûnh höôûng ñeán suït aùp IZB cuûa nhaùnh noái tieáp. Nhaùnh noái tieáp ñöôïc taäp trung chung laïi trong H.4.5b. ZB = Z1 + (N1/N2)2 ⋅ Z2 =Z1 + Z'2 (4.3) Vì toån thaát coâng suaát taùc duïng vaø coâng suaát phaûn khaùng trong loõi saét maùy bieán aùp gaàn nhö khoâng ñoåi, tuy raèng khi ñieän aùp thay ñoåi quanh trò soá ñònh möùc thì möùc ñoä baõo hoøa cuõng coù aûnh höôûng, coù theå veõ sô ñoà thay theá trong ñoù nhaùnh töø hoùa ñöôïc bieåu dieãn bôûi toån thaát coâng suaát trong loõi saét nhö sau (H.4.6): Hình 4.6 Coøn coù nhöõng maïch gaàn ñuùng khaùc nöõa cuûa maùy bieán aùp vì nhaùnh töø hoùa mang doøng ñieän nhoû neân coù theå boû qua nhaùnh töø hoùa trong maïch töông ñöông gaàn ñuùng ñaëc bieät trong caùc maùy bieán aùp cuûa maïng phaân phoái (H.4.7a). Vôùi maùy bieán aùp ñieän löïc coâng suaát lôùn XB >> RB neân maïch gaàn ñuùng loaïi boû luoân RB vaø maùy bieán aùp chæ ñöôïc bieåu dieãn baèng ñieän khaùng XB, maïch töông ñöông naøy ñöôïc aùp duïng trong khaûo saùt ngaén maïch (H.4.7b).
126 CHÖÔNG 4 Hình 4.7: Sô ñoà thay theá gaàn ñuùng cuûa maùy bieán aùp Trong khaûo saùt phaân boá coâng suaát vaø ñieàu chænh ñieän aùp maùy bieán aùp caàn ñöôïc bieåu dieãn thích hôïp hôn. Maùy bieán aùp ñöôïc bieåu dieãn trong ñôn vò töông ñoái treân cô baûn ñònh möùc cuûa heä thoáng (xem phaàn noùi veà ñôn vò töông ñoái). Maët khaùc, maùy bieán aùp khi vaän haønh laïi ñöôïc chænh ñònh ñaàu phaân aùp khaùc vôùi ñònh möùc do nhu caàu ñieàu chænh ñieän aùp. Trong tröôøng hôïp naøy vieäc chænh ñaàu phaân aùp taêng hay giaûm ñeàu coù aûnh höôûng ñeán ñieän khaùng cuûa maùy bieán aùp. Nhaéc laïi raèng moâ hình cuûa maùy bieán aùp ñöôïc bieåu dieãn baèng moät nhaùnh toång trôû noái tieáp ñôn giaûn, nhöng ñeå xeùt aûnh höôûng cuûa ñaàu phaân aùp moâ hình môùi ñöôïc ñöa ra coù daïng hình Π. Xeùt moät maùy bieán aùp chænh ñaàu phaân aùp khaùc vôùi ñònh möùc, trong heä ñôn vò töông ñoái tyû soá bieán aùp ñöôïc coi laø 1:1 neáu tyû soá naøy baèng vôùi tyû soá ñieän aùp ñònh möùc cuûa heä thoáng trong ñôn vò töông ñoái. Maët khaùc ñeå ñi ñeán sô ñoà töông ñöông, maùy bieán aùp ñöôïc xem nhö goàm hai maïng hai cöûa gheùp noái tieáp (H.4.8). Hình 4.8: Sô ñoà maùy bieán aùp goàm hai maïng hai cöûa maéc noái tieáp Phöông trình nuùt ñoái vôùi maïng hai cöûa giöõa nuùt 1 vaø nuùt 2 laø: ⎡ I1 ⎤ ⎡ Y − Y ⎤ ⎡ U1 ⎤ ⎢I ⎥ = ⎢ ⎥⋅ ⎢U ⎥ (4.4) ⎣ 2 ⎦ ⎢⎣ − Y Y ⎦⎥ ⎣ 2⎦ vôùi Y = 1 / ZB , ZB = R B + jX B Maïng hai cöûa thöù hai ôû beân phaûi cuûa hình veõ laø moät maùy bieán aùp lyù töôûng. Trong heä ñôn vò töông ñoái, tyû soá cuûa maùy bieán aùp naøy laø tyû soá cuûa hai ñaïi löôïng trong ñôn vò töông ñoái, trong ñoù caùc ñieän aùp danh ñònh ghi treân nhaûn maùy tính theo % cuûa ñieän aùp ñònh möùc trong heä thoáng. Tyû soá cuûa maùy bieán aùp lyù töôûng cho bôûi: %U 2 treân nhaõn maùy t= (4.5) %U 3 treân nhaõn maùy
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 127 ñieän aùp danh ñònh treân nhaõn maùy phía thöù caáp Ví duï: %U 3 treân nhaõn maùy = ñieän aùp ñònh möùc cuûa heä thoáng phía thöù caáp Ñieän aùp vaø doøng ñieän cuûa maïng hai cöûa beân traùi ñöôïc bieåu dieãn theo ñieän aùp vaø doøng ôû hai ñaàu 1 vaø 3 nhö sau: ⎡ U1 ⎤ ⎡1 0⎤ ⎡ U1 ⎤ ⎢ ⎥ =⎢ ⎥⋅⎢ ⎥ (4.6) ⎣ U2 ⎦ ⎣0 t ⎦ ⎣ U3 ⎦ ⎡ I1 ⎤ ⎡1 0⎤ ⎡ I1 ⎤ vaø: ⎢ ⎥ = ⎢0 t ⎥ ⋅ ⎢ ⎥ (4.7) ⎣ I3 ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ I2 ⎦ ⎡ I1 ⎤ ⎡1 0⎤ ⎡ Y − Y ⎤ ⎡1 0⎤ ⎡ U1 ⎤ töø ñoù: ⎢ ⎥ = ⎢0 t ⎥ ⋅ ⎢ ⎥⋅ ⎢0 t ⎥ ⋅ ⎢ ⎥ (4.8) ⎣ I3 ⎦ ⎣ ⎦ ⎢⎣ − Y Y ⎦⎥ ⎣ ⎦ ⎣ U3 ⎦ ⎡ I1 ⎤ ⎡1 0⎤ ⎡ Y − Yt ⎤ ⎡ U1 ⎤ ⎡ Y − Yt ⎤ ⎡ U ⎤ ⎢ ⎥ = ⎢0 t ⎥ ⋅ ⎢ ⎥⋅ ⎢ ⎥ =⎢ ⎥⋅ 1 (4.9) ⎣ I3 ⎦ ⎣ ⎦ ⎢⎣ − Y Yt ⎦⎥ ⎣ U 3 ⎦ ⎢ − Yt Yt2 ⎥ ⎢⎣ U 3 ⎥⎦ ⎣ ⎦ Nhaéc laïi raèng theo cô sôû lyù thuyeát maïch, ma traän toång daãn trong phöông trình treân coù caùc phaàn töû treân ñöôøng cheùo chính Y vaø Yt 2 laø toång cuûa caùc toång daãn laàn löôït coù noái ñeán caùc nuùt 1 vaø 3, coøn caùc phaàn töû ngoaøi ñöôøng cheùo töông öùng vôùi toång daãn giöõa nuùt 1 vaø 3 ñöôïc ñoåi daáu. Caùc giaù trò trong sô ñoà Π ñöôïc tính nhö sau: Y = y10 + y13 Yt 2 = y 30 + y13 trong ñoù: y13 = Yt (quan saùt treân ma traän) Suy ra: y10 = Y − Yt = Y (1 − t) (4.10) 2 y 30 = Yt − Yt y 30 = Yt(t − 1) (4.11) Maïch Π töông ñöông ñoái vôùi maùy bieán aùp coù tyû soá voøng khaùc vôùi ñònh möùc coù daïng nhö trong H.4.9. Hình 4.9
128 CHÖÔNG 4 Ví duï 4.1: Ñieän aùp phía sô caáp giaûm 5% so vôùi ñònh möùc, muoán cho ñieän aùp phía thöù caáp vaãn giöõ ôõ ñònh möùc duøng ñaàu phaân aùp –5% (giaûm soá voøng phía sô caáp neáu ñaàu phaân aùp ôû phía sô caáp) hoaëc muoán taêng ñieän aùp phía thöù caáp theâm 5% duøng ñaàu phaân aùp +5% (taêng soá voøng phía thöù caáp neáu ñaàu phaân aùp ôû phía thöù caáp). Thöôøng ñaàu phaân aùp ñöôïc ñaët ôû phía cuoän daây cao aùp do coù doøng ñieän beù hôn vaø muïc ñích cuûa vieäc choïn ñaàu phaân aùp laø nhaèm ñaûm baûo soá voøng/volt cuûa cuoän daây maùy bieán aùp gaàn nhö khoâng thay ñoåi. U 2 % = 95% U 2 % = 100% U 3 % = 100% U 3 % = 105% t = U 2 % / U 3 % = 95% / 100% = 0, 95 t = U 2 % / U 3 % = 100% / 105% = 0, 9523 Hình 4.10 Ghi chuù Trong sô ñoà töông ñöông hai maïng hai cöûa noái tieáp coù theå gheùp noái tieáp maùy bieán aùp lyù töôûng coù tyû soá t:1 coù xeùt ñeán ñaàu phaân aùp cuûa maùy bieán aùp ñi tröôùc maïng hai cöûa chöùa toång daãn cuûa maùy bieán aùp (H.4.11.). Hình 4.11 Maïch töông ñöông hình Π ñoái vôùi maùy bieán aùp coù tyû soá voøng khaùc vôùi ñònh möùc coù daïng trong H.4.12 (töï chöùng minh). Hình 4.12
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 129 Ñeå yù coù söï hoaùn vò hai nhaùnh reõ cuûa maïch Π tuøy theo thöù töï noái tieáp hai maïch hai cöûa vaø caû hai sô ñoà ñeàu ñöôïc chaáp nhaän. 4.3.2 Caùch tính tham soá cuûa maùy bieán aùp hai daây quaán Sau ñaây seõ laàn löôït trình baøy caùch tính RB, XB, GB vaø BB cuûa maùy bieán aùp hai daây quaán Thoâng thöôøng vôùi maùy bieán aùp nhaø cheá taïo cung caáp boán tham soá sau: - ΔPcuñm: toån thaát coâng suaát trong ñoàng khi maùy bieán aùp mang taûi ñònh möùc, ΔPCu,ñm cuõng baèng ΔPN khi laøm thí nghieäm ngaén maïch, töùc laø khi doøng ngaén maïch IN = Iñm - UN%: phaàn traêm cuûa ñieän aùp ngaén maïch so vôùi ñieän aùp ñònh möùc: UN UN % = ⋅ 100% (4.12) U ñm 3 - ikt%:phaàn traêm doøng ñieän khoâng taûi I0 so vôùi doøng ñieän ñònh möùc: I0 ikt % = 100% (4.13) Iñm - ΔPFe laø toån thaát coâng suaát taùc duïng trong loõi theùp vaø baèng toån hao khoâng taûi ΔP0 ΔPFe = ΔP0 (4.14) Ñeå tính RB, XB, GB, BB, lyù thuyeát maùy ñieän ñöa ra caùc coâng thöùc cuûa sau: 2 ΔPCu ,ñm .Uñm RB = 2 × 103 Ω Sñm vôùi: ΔPcu (kW) Uñm (kV) Sñm (kVA) (4.15) 2 U N %.U ñm XB = ⋅ 10 Ω (4.16) Sñm ΔPFe 1 GB = 2 10−3 vôùi ΔPFe (kW) (4.17) Uñm Ω ΔQFe 1 ikt % ⋅ Sñm BB = 2 ⋅ 10−3 vôùi ΔQFe = kVAr (4.18) U ñm Ω 100 Ngoaøi ra toån thaát coâng suaát khaùng ñònh möùc trong cuoän daây cuûa maùy bieán aùp cho bôûi: UN % ΔQCuñm = Sñm kVAr vôùi Sñm (kVA) 100 Ñoái vôùi maùy bieán aùp coâng suaát nhoû, ñieän trôû RB khaù lôùn, neân toång trôû ZB ñöôïc tính theo (4.16) vaø X B = Z2B − R 2B Toån hao ñoàng ΔPCu vaø ΔQCu khi maùy bieán aùp mang taûi khaùc ñònh möùc tyû leä vôùi bình phöông coâng suaát (S2) taûi qua maùy trong khi toån thaát coâng suaát trong loõi saét ΔPFe vaø ΔQFe coi nhö khoâng ñoåi. Caùc giaù trò tính theo caùc coâng thöùc treân ñaõ ñöôïc tính ñoåi veà phía coù ñieän aùp baèng Uñm kV. Ñoái vôùi maùy bieán aùp ba pha hai daây quaán Uñm laø ñieän aùp daây, Sñm laø coâng suaát 3 pha. Ví duï 4.2: Moät traïm bieán aùp coù ñaët moät maùy bieán aùp ba pha hai daây quaán, ñieän aùp 35/6,6 kV coâng suaát ñònh möùc 7500 kVA. Tham soá cuûa maùy bieán aùp nhö sau: ΔPCuñm = 75 kW, ΔPFe = 24 kW, UN% = 7,5%, ikt % = 3,5%. Tính ñieän trôû, caûm khaùng, ñieän daãn taùc duïng vaø ñieän daãn phaûn khaùng qui veà phía cao aùp, toån thaát coâng suaát khaùng ñònh möùc, toån thaát coâng suaát khaùng
130 CHÖÔNG 4 trong loõi saét maùy bieán aùp trong daây quaán maùy bieán aùp. Giaûi 2 ΔPCu ⋅ U ñm 75.352 RB = 2 103 = 103 = 1, 63 Ω Sñm 75002 2 U N % ⋅ U ñm 7, 5 ⋅ 352 XB = 10 = 10 = 12, 25 Ω Sñm 7500 ΔPFe 24 1 GB = 2 10−3 = 2 10−3 = 0, 0196 ⋅ 10−3 Uñm 35 Ω ΔQFe ikt % ⋅ Sñm 3, 5 ⋅ 7500 1 BB = 2 10−3 = 2 10−3 = 2 10−3 = 0, 214 U ñm 100 ⋅ U ñm 100 ⋅ 35 Ω UN % 7, 5 ΔQCuñm = Sñm = 7500 = 562,5 kVAr 100 100 ikt % 3, 5 ΔQFe = Sñm = 7500 = 262, 5 kVAr 100 100 4.3.3 Tính tham soá cuûa maùy bieán aùp ba daây quaán Maùy bieán aùp ba daây quaán coù theå laø maùy moät pha coù hai cuoän thöù caáp hoaëc laø maùy bieán aùp ba daây quaán ba pha. Hình 4.13 laø moät sô ñoà maùy bieán aùp ba pha ba daây quaán, hai cuoän thöù caáp mang taûi hoaëc coù theå laø maùy bieán aùp ba pha coù hai cuoän maéc Y–Y vôùi cuoän daây thöù ba maéc Δ ñeå khöû hoïa taàn. Maïch töông ñöông cuûa maùy bieán aùp ba daây quaán ñöôïc trình baøy trong H.4.13b. Hình 4.13: Maïch töông ñöông moät pha hình sao cuûa maùy bieán aùp ba daây quaán Coù ba thí nghieäm ngaéên maïch duøng ñeå xaùc ñònh Z1, Z2, Z3, caû ba thí nghieäm ñeàu tieán haønh töông töï, trong moãi thí nghieäm ñeàu cho moät cuoän hôû maïch, moät cuoän ngaén maïch vaø ñöa moät ñieän aùp nhoû vaøo cuoän coøn laïi sao cho doøng ñieän chaïy trong cuoän ngaén maïch baèng doøng ñieän ñònh möùc. Ñieän aùp ñoù goïi laø ñieän aùp ngaén maïch UN%. Trong maùy bieán aùp ba daây quaán, ngöôøi cheá taïo cho phaàn traêm
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 131 ñieän aùp ngaén maïch giöõa caùc cuoän daây UN(1–2)%, UN(2–3)%, UN(1–3)%. Tính caûm khaùng maùy bieán aùp ba daây quaán Ñoái vôùi maùy bieán aùp ba daây quaán coâng suaát lôùn (X>>R) neân ñieän aùp rôi treân caûm khaùng (Ur) coù theå laáy baèng ñieän aùp ngaén maïch (UN) vaø giaû thieát caùc ñieän aùp ngaén maïch phaàn traêm ñöôïc qui ñoåi veà coâng suaát cô baûn baèng coâng suaát ñònh möùc Sñm cuûa phía sô caáp. Vaäy: UN(1–2)% = Ur(1–2)% = Ur1% + Ur2% (4.19) UN(2–3)% = Ur(2–3)% = Ur2% + Ur3% (4.20) UN(1–3)% = Ur(1–3)% = Ur1% + Ur3% (4.21) Töø caùc phöông trình treân, giaûi ñöôïc: U r (1− 2) % + U r (1− 3) % − U r ( 2− 3) % Ur1% = (4.22) 2 U r (1− 2) % + U r ( 2− 3) % − U r (1− 3) % Ur2% = (4.23) 2 U r (1− 3) % + U r ( 2− 3) % − U r (1− 2) % Ur3% = (4.24) 2 Coù Ur% cuûa töøng cuoän tính ñöôïc XB cuûa töøng cuoän: Caûm khaùng cuûa cuoän 1 cho bôûi coâng thöùc: 2 U r1 % ⋅ U ñm X B1 = ⋅ 10 Ω (4.25) Sñm vôùi Uñm (kV) ; Sdm (kVA) Coâng thöùc töông töï cho XB2, XB3 Tính ñieän trôû cuûa maùy bieán aùp ba daây quaán Tröôøng hôïp caû ba daây quaán ñeàu coù coâng suaát baèng Sñm goïi laø maùy 100/100/100%, ñieän trôû cuûa caùc cuoän daây qui ñoåi veà moät caáp ñieän aùp ñeàu baèng nhau: RB1 = RB2 = RB3 = RB(100) (4.26) Toån thaát trong ñoàng ΔPcu tính trong tröôøng hôïp luùc moät cuoän daây khoâng laøm vieäc, coøn laïi hai cuoän laøm vieäc vôùi phuï taûi ñònh möùc, luùc ñoù tình traïng gioáng heät nhö maùy bieán aùp hai daây quaán. 2 ΔPCu ,ñm ⋅ U ñm RB = 2 ⋅ 103 Ω = RB(100) (4.27) 2Sñm vôùi ΔPCu,ñm (kW), Uñm (kV), Sñm (kVA) Chia cho 2 vì hai nhaùnh cuûa sô ñoà hình sao laøm vieäc noái tieáp, ôû ñaây tính ñieän trôû cuûa moät nhaùnh. - Tröôøng hôïp coâng suaát ba cuoän laø 100/100/66,7% Sñm thì ñieän trôû cuoän thöù ba (66,7%Sñm) qui veà caáp ñieän aùp vaø coâng suaát cuûa cuoän thöù nhaát nhö sau: RB1 = RB2 = RB(100) (4.28) RB3 = 1,5 RB1 (4.29) - Tröôøng hôïp coâng suaát ba cuoän laø 100/66,7/66,7% thì RB2 = RB3 = 1,5 RB1 (qui veà cuoän thöù nhaát) (4.30) Theo qui ñònh, toån thaát trong ñoàng ΔPcu lôùn nhaát khi cuoän 1 coù doøng Iñm ñi qua, cuoän 2 coù
132 CHÖÔNG 4 doøng 2/3 Iñm ñi qua vaø cuoän 3 coù doøng 1/3 Iñm ñi qua. Vieát bieåu thöùc toån thaát ΔPcu theo caùc ñieàu kieän veà ñieän trôû vaø doøng ñieän nhö ñaõ noùi coù ñöôïc: 2 ΔPCU ⋅ U dm R B1 ≡ 2 × 103 Ω (4.30) 1, 83Sdm vaø RB2 = RB3 = 1,5RB1 (4.31) 4.3.4 Tính tham soá cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu Maùy bieán aùp töï ngaãu coù caùc öu ñieåm nhö sau: - Toån thaát ít so vôùi maùy bieán aùp thöôøng coù cuøng coâng suaát nhöng kích thöôùc nhoû hôn; - Reû tieàn hôn; - Troïng löôïng nhoû hôn. Maùy bieán aùp töï ngaãu ñieän löïc thöôøng cheá taïo loaïi ba daây quaán vôùi caùc cuoän cao vaø trung ñöôïc quaán töï ngaãu, trung tính cuûa noù ñöôïc noái ñaát neân thích hôïp trong maïng ñieän 110 kV trôû leân coù trung tính tröïc tieáp noái ñaát, cuoän haï quaán theo maùy bieán aùp thöôøng. Sô ñoà moät pha cuûa (1 pha) maùy bieán aùp töï ngaãu ñöôïc trình baøy trong Hình 4.14 H.4.14: Cuoän CT laø cuoän noái tieáp, coøn cuoän OT goïi laø cuoän chung. Maùy bieán aùp töï ngaãu ñöôïc ñaëc tröng baèng hai ñaïi löôïng: coâng suaát ñònh möùc Sñm vaø coâng suaát tieâu chuaån Stc. Coâng suaát ñònh möùc laø coâng suaát lôùn nhaát cho pheùp taûi töø phía cao aùp qua trung aùp hay ngöôïc laïi trong cheá ñoä töï ngaãu. Doøng ñònh möùc trong cuoän noái tieáp: Sñm Iñm(C) = (4.32) 3U ñm (C) Coâng suaát cuoän noái tieáp laø: ⎛ U ⎞ ⎛ 1⎞ Snt = 3Iñm (C) (U C − U T ) = 3Iñm (C) U C ⎜ 1 − T ⎟ = Sñm ⎜ 1 − ⎟ (4.33) ⎝ UC ⎠ ⎝ K⎠ trong ñoù K laø tyû soá cuûa cao aùp UC vôùi trung aùp UT goïi laø tyû soá bieán ñoåi cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu: K = UC / U T Doøng ñieän trong cuoän chung vôùi giaû thieát taûi coâng suaát Sñm töø cao sang trung: ⎛ Iñm(C) ⎞ ⎛ 1⎞ I0 = Iñm(T) – Iñm(C) = Iñm(T) ⎜ 1 − ⎟ = Iñm ( T) ⎜ 1 − ⎟ (4.34) ⎜ ⎟ Iñm( T) ⎠ ⎝ K⎠ ⎝ Coâng suaát cuûa cuoän chung laø: ⎛ 1⎞ S0 = 3I0 U T = 3Iñm( T) U T ⎜ 1 − ⎟ (4.35) ⎝ K ⎠ S0 = Sñm ⎛⎜1 − 1⎞ (4.36) ⎟ ⎝ K⎠ coøn cuoän haï cuûa maùy bieán aùp ñöôïc thieát keá theo coâng suaát:
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 133 SH = Sñm ⎛⎜ 1 − 1 ⎞⎟ (4.37) ⎝ K ⎠ Toùm laïi, coâng suaát tính toaùn moãi cuoän daây cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu baèng Sñm ⎛⎜ 1 − 1 ⎞⎟ . ⎝ K⎠ Trò soá naøy goïi laø coâng suaát tieâu chuaån Stc cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu. 1 Ñaët α = (1– ) laø heä soá coù lôïi cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu: K U α = 1− T (4.38) UC Sôû dó goïi laø coù lôïi laø vì maùy töï ngaãu coù theå taûi coâng suaát Sñm töø ñieän aùp cao qua ñieän aùp trung, trong khi ñoù caùc cuoän daây cuûa noù vaø loõi saét chæ thieát keá vôùi Stc = αSñm Sô ñoà töông ñöông moät pha cuûa maùy töï ngaãu laø hình sao ba nhaùnh töông töï nhö sô ñoà cuûa maùy bieán aùp ba daây quaán. Tính tham soá cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu nhö sau: Tính R Vôùi maùy töï ngaãu, nhaø saûn xuaát cho toån thaát ngaén maïch giöõa caùc cuoän daây C–T, C–H, T–H - ΔP(C–T) tính theo Sñm - ΔP’(C–H) tính theo Stc - ΔP'(T–H) tính theo Stc Vì ñieän trôû cuûa caùc nhaùnh trong sô ñoà töông ñöông phaûi tính theo cuøng coâng suaát, do ñoù ΔP'(C–H) vaø ΔP'(T–H) phaûi ñöôïc tính ñoåi theo coâng suaát ñònh möùc Sñm cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu ΔP '(C− H) ΔP(C− H) = (4.39) α2 ΔP '( T − H) Töông töï: ΔP( T − H) = (4.40) α2 Döïa vaøo sô ñoà töông ñöông xaùc ñònh toån thaát cuûa töøng cuoän daây: ΔP(C− T) + ΔP(C−H) − ΔP( T −H) ΔPCu (C) = (4.41) 2 Δ PCu(T)= ΔP(C–T) – ΔPCu(C) (4.42) Δ PCu(H)= ΔP(C–H) – ΔPCu(C) (4.43) Ñeán ñaây coù theå tính ñieän trôû cuûa caùc nhaùnh hình sao baèng caùc coâng thöùc tính ñieän trôû cuûa maùy bieán aùp hai daây quaán. ΔPCu (C) ⋅ U C2 R ( C) = 2 ⋅ 103 Ω (4.44) Sñm ΔPCu ( T) ⋅ U C2 R( T) = 2 ⋅ 103 Ω (4.45) Sñm ΔPCu ( H) ⋅ U C2 R(H) = 2 ⋅ 103 Ω (4.46) Sñm (ñôn vò nhö ñaõ ghi chuù ôû treân)
134 CHÖÔNG 4 Tính X: Vôùi maùy bieán aùp töï ngaãu, nhaø saûn xuaát cuõng cho ñieän aùp ngaén maïch UN(C-T) %, U'N(C– H)%, U'N(T–H)% trong ñoù UN(C.T)% tính theo Sñm coøn U’N(C.H) % vaø U’N(T.H)% tính theo Stc. Ñeå tính ñieän aùp ngaén maïch treân töøng nhaùnh cuûa sô ñoà hình sao, phaûi tính ñoåi U'(C–H) % vaø U'(T–H)% theo Sñm cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu nhö sau: U 'N(C−H) U 'N( T −H) U N(C−H) % = ; U N( T −H) % = (4.47) α α Gioáng nhö maùy bieán aùp ba daây quaán, suy ra U(C)%, U(H)% vaø U(T)% roài aùp duïng caùc coâng thöùc tính caûm khaùng cuûa maùy bieán aùp ba daây quaán. Coøn tính G vaø B cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu gioáng nhö ñoái vôùi maùy bieán aùp hai hoaëc ba daây quaán nhöng thöôøng ñöôïc thay baèng toån thaát coâng suaát trong loõi saét ΔPFe + jΔQFe hoaëc boû qua trong sô ñoà töông ñöông. Ví duï 4.3: Xaùc ñònh ñieän trôû vaø caûm khaùng cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu giaûm aùp ba pha 220/110/10 kV, coâng suaát 60000 kVA. Ñieän aùp ngaén maïch giöõa caùc cuoän daây ñaõ ñöôïc qui ñoåi veà coâng suaát ñònh möùc baèng: UN(C–T)% = 8%, UN (C–H)% = 28%, UN(T–H)% = 18% toån thaát ngaén maïch: ΔP(C–T) = 180 kW, ΔP'(C–H) = 150 kW, ΔP'(T–H) = 150 kW (ñieän trôû, caûm khaùng qui veà phía 220 kV) Giaûi Heä soá coù lôïi cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu: U C − U T 220 − 110 α= = = 0, 5 UC 220 Tính ñoåi ΔP'(C–H) vaø ΔP'(T–H) veà coâng suaát ñònh möùc cuûa maùy bieán aùp töï ngaãu: ΔP 'C− H 150 ΔP(C− H) = 2 = = 600 kW α 0, 52 Δ P 'T − H 150 ΔP( T − H) = 2 = = 600 kW α 0, 52 Toån thaát ñoàng ñònh möùc cuûa caùc cuoän cao, trung laø: ΔP(C− T) + ΔP(C−H) − ΔP( T −H) 180 + 600 − 600 ΔPCu (C) = = = 90 kW 2 2 ΔPCu(T) = ΔP(C–T) – ΔPCu(C) = 180 – 90 = 90 kW ΔPCu(H) = ΔP(C–H) – ΔPCu(C) = 600 – 90 = 510 kW 90 ⋅ 2202 Ñieän trôû cuoän cao aùp: R(C) = 103 = 1, 21 Ω 600002 Ñieän trôû cuoän trung aùp: R(T) = R(C) = 1,21 Ω 510 ⋅ 2202 Ñieän trôû cuoän haï aùp: R(H) = 103 = 6, 85 Ω 600002 Ñieän aùp ngaén maïch töøng cuoän cao, trung, haï:
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 135 U (C − T ) % + U (C − H ) % − U ( T − H ) % 8 + 28 − 18 U N (C) % = = = 9% 2 2 U (C − T ) % + U ( T − H ) % − U (C − H ) % 8 + 18 − 28 U N(T) % = = = −1% ≈ 0% 2 2 U (C − H ) % + U ( T − H ) % − U (C − T ) % 28 + 18 − 8 U N(H) % = = = 19% 2 2 2 U N (C) % ⋅ U C 9.2202 Ñieän khaùng cuoän cao aùp: X (C) = ⋅ 10 = 10 = 72, 6 Ω Sñm 60000 Ñieän khaùng cuoän trung aùp: X(T) = 0 Ω U N(H) % ⋅ U C2 19 ⋅ 2202 Ñieän khaùng cuoän haï aùp: X (H) = ⋅ 10 = 10 = 153, 3 Ω Sñm 60000 4.4 SÔ ÑOÀ MOÄT SÔÏI (ÑÔN TUYEÁN) Sô ñoà toång trôû moät pha bieåu dieãn heä thoáng ñieän hoaëc laø theo ñôn vò coù teân hoaëc laø theo ñôn vò töông ñoái. Tuy vaäy, vì moät baøi toaùn heä thoáng ba pha caân baèng thöôøng ñöôïc giaûi nhö maïch moät pha goàm moät trong ba daây daãn vaø moät ñöôøng trung tính xem nhö ñöôøng trôû veà, do ñoù sô ñoà ñöôïc ñôn giaûn hôn nöõa baèng caùch boû ñöôøng trung tính vaø chæ ñònh caùc phaàn töû cuûa heä thoáng baèng caùc kyù hieäu thay vì baèng maïch töông ñöông cuûa chuùng. Moät sô ñoà nhö vaäy goïi laø sô ñoà moät sôïi hay sô ñoà ñôn tuyeán cuûa heä thoáng ñieän. Noù chæ coù moät ñöôøng keû ñôn noái lieàn caùc kyù hieäu tieâu chuaån cuûa ñöôøng daây vôùi caùc thieát bò coù lieân quan cuûa heä thoáng ñieän. Muïc ñích cuûa sô ñoà ñôn tuyeán laø ñeå cung caáp döôùi hình thöùc roõ raøng veà caùc thoâng tin coù yù nghóa cuûa heä thoáng. Taàm quan troïng cuûa caùc ñaëc tröng khaùc nhau cuûa heä thoáng thay ñoåi theo vaán ñeà khaûo saùt vaø löôïng thoâng tin ñöa vaøo cuõng tuøy theo muïc ñích khaûo saùt. Chaúng haïn nhö vò trí cuûa maùy caét vaø rôle khoâng quan troïng trong khaûo saùt phaân boá coâng suaát vaø do ñoù maùy caét vaø rôle khoâng ñöôïc trình baøy trong khi ñoù vieäc khaûo saùt oån ñònh cuûa heä thoáng trong tình traïng quaù ñoä do söï coá gaây ra tuøy thuoäc vaøo toác ñoä caét cuûa maùy caét vaø thôøi gian taùc ñoäng cuûa rôle nhaèm coâ laäp söï coá ra khoûi heä thoáng thì phaûi theå hieän vò trí cuûa maùy caét. Trong tröôøng hôïp naøy döõ lieäu veà maùy caét raát quan troïng, ñoâi khi sô ñoà ñôn tuyeán coøn bao goàm döõ kieän veà maùy bieán doøng vaø maùy bieán ñieän aùp trong maïch rôle hay ño löôøng. Sau ñaây laø moät sô ñoà moät sôïi ñieån hình (H.4.15): Hình 4.15: Sô ñoà moät sôïi (ñôn tuyeán) Sô ñoà cho thaáy maùy phaùt ñieän G1 vaø G3 noái ñaát qua cuoän khaùng, G2 noái ñaát qua ñieän trôû. Hai maùy phaùt G1 vaø G2 noái ñeán moät thanh caùi, qua maùy bieán aùp taêng B1 ñeán ñöôøng daây truyeàn taûi L. Ñaàu cuoái cuûa ñöôøng daây noái vôùi maùy bieán aùp giaûm B2, ngoaøi ra maùy phaùt G3 noái vaøo
136 CHÖÔNG 4 thanh caùi ñieän aùp thaáp cuûa maùy bieán aùp naøy. Caùc phuï taûi laáy ñieän töø caùc thanh caùi. Treân sô ñoà coøn ghi caùc döõ lieäu veà phuï taûi, caùc thoâng soá ñònh möùc cuûa maùy phaùt, maùy bieán aùp, toång trôû cuûa caùc phaàn töû maïng ñieän. Caùc döõ kieän naøy caàn thieát ñeå khaûo saùt tình traïng xaùc laäp vaø quaù ñoä cuûa heä thoáng. - Bieåu dieãn ñöôøng daây (xem chöông 3) 4.5 BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN TRONG HEÄ ÑÔN VÒ COÙ TEÂN Trong caùc muïc tröôùc ñaõ trình baøy caùch bieåu dieãn rieâng cuûa töøng phaàn töû, caùc phaàn töû naày ñöôïc noái vôùi nhau thaønh moät sô ñoà chung noái keát caùc maïch töông ñöông cuûa töøng cuûa thieát bò. Moãi nhaùnh trong sô ñoà ñöôïc cho trong ñôn vò coù teân (Ω hay 1/Ω) laø toång trôû hay toång daãn cuûa nhaùnh ñoù. Hình 4.16 trình baøy sô ñoà toång trôû cuûa maïng ñieän H.4.15. theo thöù töï goàm maùy phaùt ñieän G1, G2 , maùy bieán aùp taêng B1, ñöôøng ñaây truyeàn taûi ñieän, maùy bieán aùp giaûm B2, hai phuï taûi thuï ñoäng A, B vaø maùy phaùt ñieän G3 ôû phía thöù caáp cuûa B2. Hình 4.16: Sô ñoà toång trôû töông öùng vôùi sô ñoà moät sôïi H.4.15 Soá lieäu cuûa caùc phaàn töû: G1: 20000 kVA; 6,6 kV; X'' = 0,655 Ω G2: 10000 kVA; 6,6 kV; X’’ = 1,31 Ω G3: 30000 kVA; 3,81 kV; X'' = 0,1452 Ω B1, B2: moãi pha 10000 kVA; 3,81/38,1 kV moãi pha; X = 14,52 Ω qui veà cao aùp. Ñöôøng daây X =17,4Ω; 66 kV. Phuï taûi A: 15000 kW; 6,6 kV; heä soá coâng suaát 0,9 treã. Phuï taûi B: 30000 kW; 3,81 kV; heä soá coâng suaát 0,9 treã. Maïch töông ñöông cuûa ñöôøng daây truyeàn taûi ñöôïc bieåu dieãn töông ñoái chính xaùc baèng moät maïch π vôùi ñieän trôû vaø caûm khaùng noái tieáp vaø hai nhaùnh reõ ñeán trung tính bieåu dieãn cho ñieän dung ñöôïc taäp trung veà hai ñaàu cuûa ñöôøng daây. Töông töï, maùy bieán aùp ñöôïc bieåu dieãn baèng ñieän trôû, ñieän khaùng taûn vaø nhaùnh töø hoùa. Maùy phaùt ñöôïc thay theá baèng söùc ñieän ñoäng noái tieáp vôùi ñieän trôû vaø ñieän khaùng ñoàng boä. Neáu caàn khaûo saùt phuï taûi, moät caùch ñôn giaûn phuï taûi cuõng ñöôïc thay theá baèng toång trôû thuï ñoäng. Sô ñoà toång trôû khoâng bao goàm caùc toång trôû noái ñaát ôû trung tính cuûa maùy phaùt vì trong tình traïng caân baèng khoâng coù doøng ñieän qua trung tính vaø trung tính maùy phaùt coù cuøng ñieän theá vôùi ñaát. Vì doøng ñieän töø hoùa cuûa maùy bieán aùp thöôøng khoâng ñaùng keå so vôùi doøng taûi neân nhaùnh toång daãn cuûa maùy bieán aùp thöôøng ñöôïc loaïi boû trong maïch töông ñöông cuûa maùy bieán aùp hoaëc thay nhaùnh toång daãn maùy bieán aùp baèng toån thaát saét ΔPFe + jΔQFe nhö
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 137 trong H.4.6. Nhö ñaõ noùi, ñieän trôû thöôøng ñöôïc loaïi boû trong tính toaùn ngaén maïch ñoái vôùi maïng cao aùp. Dó nhieân vieäc boû qua ñieän trôû thöôøng gaây ra sai soá naøo ñoù nhöng keát quaû tính toaùn coù theå chaáp nhaän ñöôïc vì ñieän khaùng trong heä thoáng thöôøng lôùn hôn nhieàu so vôùi ñieän trôû. Phuï taûi khoâng bao goàm maùy ñieän quay ít aûnh höôûng ñeán doøng ñieän toång treân ñöôøng daây luùc söï coá vaø cuõng thöôøng ñöôïc loaïi boû. Phuï taûi ñoäng cô ñoàng boä phaûi ñöôïc xeùt ñeán trong tính toaùn ngaén maïch vì söùc ñieän ñoäng cuûa ñoäng cô cuõng goùp phaàn vaøo doøng ñieän ngaén maïch. Sô ñoà cuõng keå theâm ñoäng cô khoâng ñoàng boä baèng moät söùc ñieän ñoäng noái tieáp vôùi ñieän khaùng sieâu quaù ñoä neáu ñöôïc duøng ñeå tính doøng ñieän ngay sau khi ngaén maïch. Tuy vaäy, ñoäng cô khoâng ñoàng boä ñöôïc boû qua neáu tính doøng ñieän moät vaøi chu kyø sau khi ngaén maïch vì doøng ñieän goùp phaàn bôûi ñoäng cô caûm öùng taét daàn raát nhanh. Ñeå ñôn giaûn trong tính toaùn doøng ngaén maïch, cho pheùp boû qua moïi phuï taûi tónh, ñieän trôû vaø doøng töø hoùa trong maùy bieán aùp, ñieän dung ñöôøng daây vaø coù ñöôïc sô ñoà toång trôû thu veà sô ñoà ñieän khaùng vôùi caùc soá lieäu cho trong H.4.17. Hình 4.17: Sô ñoà ñieän khaùng - ñieän khaùng ñôn vò Ω qui veà phía cao aùp cuûa maùy bieán aùp - (caùc trò soá trong daáu ngoaëc trong ñôn vò töông ñoái treân cô baûn 30 MVA, 66 kV) Caùc sô ñoà toång trôû vaø ñieän khaùng ñeà caäp ôû ñaây ñöôïc goïi laø sô ñoà thöù töï thuaän vì chuùng ñöa ra caùc toång trôû öùng vôùi doøng ñieän caân baèng trong heä thoáng ba pha caân baèng. YÙ nghóa cuûa sô ñoà thöù töï seõ ñöôïc noùi roõ hôn trong khaûo saùt ngaén maïch. Khi maùy bieán aùp ñöôïc bieåu dieãn baèng maïch töông ñöông cuûa noù, toång trôû cuûa maùy bieán aùp ñöôïc qui ñoåi veà moät phía cuûa maùy bieán aùp sô hoaëc thöù caáp maø töø phía ñoù maïch töông ñöông ñöôïc thaønh laäp. Caùc toång trôû bieåu dieãn trong sô ñoà treân tính ra ohm vaø ñöôïc qui ñoåi veà phía cao aùp cuûa maùy bieán aùp. Vì ñöôøng daây truyeàn taûi ñang ôû trong phaàn cao aùp cuûa maïng ñieän neân toång trôû cuûa ñöôøng daây trong maïch töông ñöông laø toång trôû thöïc teá khoâng caàn thieát phaûi tính toaùn qui ñoåi trong khi ñoù ñieän khaùng taûn cuûa maùy bieán aùp phaûi ñöôïc tính toaùn qui ñoåi veà phía cao aùp. Theo lyù thuyeát maùy bieán aùp, toång trôû phía thöù caáp cuûa maùy bieán aùp ñöôïc qui ñoåi veà phía sô caáp baèng caùch nhaân toång trôû cho bình phöông cuûa tyû soá voøng sô caáp vôùi voøng cuoän thöù caáp (N1/ N2)2. Caùc maùy phaùt trong hình veõ ôû veà phía ñieän aùp thaáp cuûa maùy bieán aùp vaø do ñoù ñieän khaùng cuûa chuùng phaûi ñöôïc qui ñoåi veà phía cao aùp cuûa maùy bieán aùp. Maùy phaùt G1 ñöôïc noái vôùi maïch ñieän aùp cao qua maùy bieán aùp Y–Y coù tyû soá voøng 10:1, do ñoù ñieän khaùng qui ñoåi veà phía ñieän aùp cao laø 0,655 ⋅ 102 = 65,5 Ω. Töông töï, ñieän khaùng cuûa maùy phaùt G2 qui veà phía 66 kV laø 1,31. 102 = 131 Ω. Tröôøng hôïp cuûa maùy phaùt G3 noái vôùi ñöôøng daây truyeàn taûi qua maùy bieán aùp Δ–Y thì khoâng ñöôïc hieån nhieân nhö vaäy. Coù theå hieåu raèng maùy bieán aùp Δ –Y ñöôïc thay theá baèng moät maùy bieán aùp Y–Y coùù cuøng tyû soá bieán ñoåi veà ñieän aùp daây. Neáu moät maùy bieán aùp Δ –Y coù tyû soá voøng 10 : 1
138 CHÖÔNG 4 giöõa caùc cuoän daây phía cao aùp vaø haï aùp thì tyû soá ñieän aùp daây laø 17,32 : 1. Do ñoù, tyû soá voøng giöõa cuoän cao vaø cuoân haï cuûa maùy bieán aùp Y–Y coù cuøng tyû soá bieán aùp tính theo ñieän aùp daây nhö maùy bieán aùp Δ–Y phaûi laø 17,32 : 1. Maïch töông ñöông cuûa maùy phaùt G2 nhìn töø phía cao aùp qua maùy bieán aùp Y–Y töông ñöông, ñieän khaùng cuûa maùy phaùt phaûi ñöôïc qui ñoåi veà phía cao aùp baèng caùch nhaân ñieän khaùng vôùi bình phöông cuûa tyû soá bieán aùp tính theo ñieän aùp pha ñeán trung tính cuûa maùy Y–Y töông ñöông. Tyû soá ñieän aùp daây baèng vôùi tyû soá ñieän aùp pha treân hai phía cuûa maùy bieán aùp Y–Y. Do ñoù, thöøa soáù nhaân phaûi laø bình phöông cuûa tyû soá ñieän aùp daây chöù khoâng phaûi bình phöông cuûa tyû soá voøng. Ñieän khaùng cuûa maùy phaùt 3 qui veà phía cao aùp laø: (17,32)2 × 0,1452 = 43,56 Ω. Toùm laïi, baát chaáp caùch ñaáu daây cuûa maùy bieán aùp laø Y–Y hay Δ–Y, phía sô caáp ñieän aùp daây ñònh möùc Uñm1 vaø phía thöù caáp coù ñieän aùp daây ñònh möùc laø Uñm2, toång trôû Z phía sô caáp ñöôïc qui ñoåi veà phía thöù caáp thaønh toång trôû Z' cho bôûi: 2 ⎛U ⎞ Z ' = Z ⎜ ñm2 ⎟ (4.48) ⎝ U ñm1 ⎠ Töông töï, söùc ñieän ñoäng (hay ñieän aùp phía sô caáp qui veà phía thöù caáp): ⎛ U ñm2 ⎞ E’ = E ⎜ ⎟ (4.49) ⎝ U ñm1 ⎠ vaø doøng ñieän qui veà phía thöù caáp: ⎛ U ñm1 ⎞ I’ = I ⎜ ⎟ (4.50) ⎝ U ñm2 ⎠ 4.6 BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN TRONG HEÄ ÑÔN VÒ TÖÔNG ÑOÁI 4.6.1 Caùc ñaïi löôïng trong ñôn vò töông ñoái Ñieän aùp, doøng ñieän, coâng suaát vaø toång trôû trong maïch ñieän thöôøng ñöôïc bieåu dieãn theo phaàn traêm hay theo ñôn vò töông ñoái cuûa caùc ñaïi löôïng laáy laøm caên baûn hay laøm chuaån. Ví duï, neáu choïn ñieän aùp cô baûn laø 120 kV thì caùc giaù trò ñieän aùp 108 kV, 120 kV vaø 126 kV laàn löôït laø 0,90, 1,0 vaø 1,05 ñôn vò töông ñoái hay 90%, 100% vaø 105% tính theo % cuûa ñieän aùp cô baûn. Caû hai phöông phaùp ñôn vò töông ñoái hay phaàn traêm cho pheùp tính toaùn ñôn giaûn hôn ñôn vò coù teân ampe, volt, ohm …. Phöông phaùp ñôn vò töông ñoái coù thuaän lôïi hôn phöông phaùp phaàn traêm vì tích soá cuûa hai ñaïi löôïng trong ñôn vò töông ñoái laø moät ñaïi löôïng töông ñoái trong khi ñoù tích soá cuûa hai ñaïi löôïng phaàn traêm phaûi ñöôïc chia cho 100 ñeå coù keát quaû theo phaàn traêm. Ñieän aùp, doøng ñieän, coâng suaát vaø toång trôû ñöôïc lieân heä vôùi nhau sau cho vieäc choïn hai trò soá cô baûn trong soá caùc ñaïi löôïng treân cho pheùp xaùc ñònh hai trò soá cô baûn coøn laïi. Chaúng haïn neáu ñaõ choïn trò soá cô baûn cuûa doøng ñieän vaø ñieän aùp thì trò soá cô baûn cuûa coâng suaát vaø toång trôû coù theå ñöôïc xaùc ñònh. Goïi Ucb, Icb,Scb, Zcb laàn löôït laø ñieän aùp, doøng ñieän, coâng suaát vaø toång trôû cô baûn. Toång trôû cô baûn laø toång trôû maø suït aùp qua noù baèng ñieän aùp cô baûn khi doøng ñieän ñi qua toång trôû baèng doøng ñieän cô baûn. Coâng suaát cô baûn trong heä thoáng moät pha laø tích soá cuûa ñieän aùp cô baûn vaø doøng ñieän cô baûn. Thöôøng coâng suaát cô baûn Scb vaø ñieän aùp cô baûn Ucb laø caùc ñaïi löôïng choïn tröôùc ñeåâ xaùc ñònh caùc ñaïi löôïng cô baûn khaùc.
BIEÅU DIEÃN CAÙC PHAÀN TÖÛ CUÛA MAÏNG ÑIEÄN 139 Ñoái vôùi heä thoáng moät pha: S cb = Pcb = Qcb = Ucb. Icb (4.51) S Icb = cb (4.52) U cb 2 U cb U cb Zcb = Xcb = Rcb = = (4.53) Icb Scb Icb S Ycb = Bcb = Gcb = = cb (4.54) U cb U 2cb vôùi Scb (MVA); Ucb (kV); Icb (kA); Zcb (Ω) Ñoái vôùi heä thoáng ba pha, ñieän aùp laø ñieän aùp daây vaø coâng suaát laø coâng suaát ba pha Scb = Pcb = Qcb = 3 UcbIcb (4.55) Scb Icb = (4.56) 3U cb U cb U 2cb Zcb = Xcb = Rcb = = (4.57) 3Icb Scb 1 3Icb Scb Ycb = Bcb = Gcb = = = 2 (4.58) Zcb U cb U cb vôùi Scb (MVA); Ucb (kV) Khi coù caùc giaù trò cô baûn thì caùc giaù trò töông ñoái ñöôïc tính toaùn nhö sau: U thöïc U* = Uñvtñ = (4.59) U cb Ithöïc I* = Iñvtñ = (4.60) Icb Zthöïc S Z* = Zñvtñ = = Z thöïc ⋅ cb (4.61) Zcb U 2cb Sthöïc S* = Sñvtñ = (4.62) Scb 3U thöïc .Ithöïc Maët khaùc: S* = = U* .I* (4.63) 3U cb Icb Chuù yù: khoâng phaûi laø 3 ⋅ U* ⋅ I* , coâng thöùc S* = U* ⋅ I* ñuùng cho caû tröôøng hôïp coâng suaát moät pha vaø ba pha trong ñvtñ. Baây giôø neáu tính ñoåi caùc trò soá ñieän khaùng trong ñôn vò coù teân (ohm) cuûa sô ñoà H.4.17. thaønh ñôn vò töông ñoái vaø choïn Scb = 30.000 kVA, Ucb = 66 kV, suy ra: U 2cb 662 Zcb = = = 145, 2 Ω Scb 30 chia caùc trò soá ñieän khaùng cho Zcb ñeå coù ñöôïc sô ñoà trong heä ñôn vò töông ñoái. Caùc trò soá ñieän khaùng trong ñvtñ ghi trong daáu ngoaëc H.4.17. 4.6.2 Ñoåi cô baûn Thöôøng toång trôû töông ñoái cuûa moät phaàn töû maïng ñieän ñöôïc bieåu dieãn theo ñôn vò töông
140 CHÖÔNG 4 ñoái (hay phaàn traêm) treân cô baûn coâng suaát ñònh möùc vaø ñieän aùp ñònh möùc cuûa phaàn töû ñoù. Caùc löôïng cô baûn naøy coù theå khaùc vôùi caùc löôïng cô baûn ñöôïc choïn trong phaàn cuûa heä thoáng maø phaàn töû ñoù ñöôïc ñaët. Vì taát caû caùc toång trôû trong moät phaàn cuûa heä thoáng phaûi ñöôïc bieåu dieãn theo cuøng moät toång trôû cô baûn khi tính toaùn, do ñoù caàn phaûi coù caùch ñoåi caùc toång trôû trong ñôn vò töông ñoái töø moät cô baûn naøy sang cô baûn khaùc. Tröôùc heát, bieåu dieãn toång trôû trong ñôn vò töông ñoái töø caùc giaù trò thöïc teá vaø caùc ñaïi löôïng cô baûn: Scb1 Neáu choïn cô baûn laø Scb1 vaø Ucb1: Z1dvtd = Zthöïc × U 2cb1 Scb2 Neáu choïn cô baûn laø Scb2 vaø Ucb2: Z2dvtd = Zthöïc x U 2cb2 Töø ñoù neáu ñoåi töø (Scb1,Ucb1) sang (Scb2, Ucb2) thì: 2 Scb2 ⎛ U cb1 ⎞ Z2,dvtd = Z1,dvtd ⎜ ⎟ (4.64) Scb1 ⎜⎝ U cb2 ⎟ ⎠ Ithöïc Ithöïc Töông töï tính cho doøng ñieän : I1,ñvtñ = = Icb1 Scb1 3U cb1 Ithöïc Ithöïc I2,ñvtñ = = Icb2 Scb2 3U cb2 Scb1 U cb2 Suy ra: I2,ñvtñ = I1,ñvtñ. ⋅ (4.65) Scb2 U cb1 Sthöïc Cuoái cuøng: S1ñvtñ = Scb1 Sthöïc S2ñvtd = Scb2 Scb1 Suy ra: S2ñvtñ = S1ñvtñ ⋅ (4.66) Scb2 U cb1 Töông töï: U2dvtd = U1dvtd ⋅ (4.67) U cb2 4.6.3 Löïa choïn caùc trò soá cô baûn cho caùc ñaïi löôïng trong ñôn vò töông ñoái Vieäc choïn caùc trò soá coâng suaát cô baûn Scb vaø ñieän aùp cô baûn Ucb ñoøi hoûi phaûi giaûm ñöôïc khoái löôïng tính toaùn caøng nhieàu caøng toát. Tröôùc heát, moät cô baûn ñöôïc choïn ñoái vôùi moät phaàn cuûa maïch ñieän. Keá ñoù, cô baûn cuûa nhöõng phaàn khaùc trong maïch ngaên caùch vôùi phaàn ban ñaàu qua caùc maùy bieán aùp seõ ñöôïc xaùc ñònh. Cô baûn ñöôïc choïn sao cho caùc trò soá ñieän aùp (hoaëc doøng ñieän) trong ñôn vò töông ñoái gaàn vôùi ñôn vò (gaàn soá 1) nhaèm ñôn giaûn coâng vieäc tính toaùn. Seõ tieát kieäm ñöôïc thôøi gian neáu cô baûn ñöôïc choïn sao cho coù ít caùc ñaïi löôïng trong ñôn vò töông ñoái ñaõ bieát caàn phaûi tính ñoåi sang cô baûn môùi.