Hệ thống điện và trạm biến áp: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:271

Thêm vào BST

Báo xấu

60
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp phần 1, phần 2 của tài liệu "Hệ thống điện và trạm biến áp" tiếp tục trình bày các nội dung chính sau: Máy biến áp điện lực; Sơ đồ nối điện của nhà máy điện và trạm biến áp; Thiết bị phân nối điện; Nguồn thao tác trong nhà máy điện và trạm biến áp; Điều khiển, tín hiệu và kiểm tra cách điện trong nhà máy điện và trạm biến áp

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hệ thống điện và trạm biến áp: Phần 2

Chương 6 MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN Lực Máy biến áp điện lực cũng như máy phát điện, là thiết bị chỉnh trong hệ thống điện. Các máy biến áp điện lực được dùng để biến đổi điện năng từ điện áp này U1 sang điện áp khác u2, phục vụ cho việc truyền tải và phân phối nâng lượng điện. Hiện nay, với các máy biến áp điện lực có thể tạo ra được điện áp rất lớn, hàng trăm, thậm chí hàng ngàn kĩlôvôn, cần thiết cho việc truyền tải năng lượng điện với công suất lớn và cũng có thể tạo ra nhiểu cấp điện áp thấp để cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải (220 ; 380 ; 660 V ...). Các máy biến áp có vai trò rất quan trọng vể mặt kinh tế cũng như kỹ thuật trong hệ thống điện. Nhờ có máy biến áp người ta có thể xây dựng các hệ thống điện lớn, các đường dây có chiểu dài và công suất truyền tải lớn. Trong các hệ thống điện hiện đại, công suất tổng của các máy biến áp bằng khoảng từ 4 đến 6 lẩn công suất tổng của các máy phát điện trong các nhà máy điện. Do vậy, việc nâng cao các chỉ tiêu vể kinh tế - kỹ thuật trong việc sản xuất và vận hành các máy biến áp sẽ mang lại những hiệu quả không nhỏ. Trong những năm gần đây, người ta đã chế tạo được các máy biến áp công suất lớn và điện áp cao, đổng thời giảm đáng kể các chi phí vể nguyên vật liệu, kích thước, trọng lượng, tổn thất và nâng cao được hiệu suất làm việc ; với các máy biến áp lớn hiệu suất có thể đạt đến 99,7%. Có được những tiến bộ đáng kể trên là nhờ đã sản xuất được các loại thép kỹ thuật điện chất lượng cao, các loại vật liệu cách điện mới, các biện pháp và hệ thống làm mát hiệu quả hơn, cùng với việc tạo ra hình dáng và cấu trúc hợp lý từng bộ phận của máy biến áp. Có rất nhiều loại máy biến áp, cấu trúc của chúng cũng rất đa dạng, những nghiên cứu sâu vể máy biến áp được trình bày trong các giáo trình máy điện. Trong chương này chủ yếu tìm hiểu các đặc tính cơ bản của chúng, trên cơ sở đó nghiên cứu các cách ghép nối, tính toán, chọn kiểu, sô lượng và công suất của các máy biến áp trong hệ thống điện. 6.1. CÁC ĐẶC TRƯNG co BẨN CỦA MÁY BIEN áp điện Lực 6.1.1. CÁC LOẠI MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN Lực o các nhà máy điện và trạm biến áp, người ta sử dụng các máy biến áp tăng áp (Uj < u2) và hạ áp (Uj > u2), máy biến áp hai dây quấn và ba dây quấn, máy biến áp một pha và ba pha, máy biến áp tự ngẫu, máy biến áp có cuộn dây phân chia.*. 253
Như đã biết, trong các máy biến áp thông thường các cuộn dây có điện áp khác nhau được cách ly hoàn toàn với nhau vể điện, giữa chúng chỉ có sự liên hệ với nhau bằng từ trường, công suất truyển tải từ sơ cấp sang thứ cấp được thực hiện qua lõi thép theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Các máy biến áp này được gọi chung là máy biến áp. Ngoài ra cũng còn các máy biến áp, giữa các cuộn dây không những có sự liên hệ với nhau về từ, mà còn có sự liên hệ trực tiếp vể điện, được gọi là máy biến áp tự ngẫu. Trong trường hợp chung, khi không cấn phân biệt rõ cấu tạo, kiểu dáng của từng loại, ta gọi chung là máy biến áp. Cúng như các máy biến áp khác, máy biến áp tự ngẫu cũng có loại ba pha và một pha. Máy biến áp ba pha có giá thành thấp, trọng lượng và kích thước nhỏ hơn so với tổ ba máy biến áp một pha cùng công suất, lắp đặt và vận hành cũng đơn giản hơn. Do vậy, trong tất cả các trường hợp có thể, người ta đểu sử dụng các máy biến áp ba pha. Nhóm ba máy biến áp một pha được sử dụng chỉ khi công suất cấn chuyển tải lớn, không sản xuất được các máy biến áp ba pha có công suất cần thiết hoặc khi có những khó khăn vể điều kiện vận chuyển máy như các vùng rừng núi, vùng sâu, vùng xa. Về cách điện dùng trong máy biến áp, người ta phân biệt các loại máy biến áp điện lực như sau : - Cấp A : Các máy biến áp khô, lõi thép và dây quấn được cách điện bằng cách điện rắn, chẳng hạn như dùng nhựa cách điện. - Cấp o : Các máy biến áp dầu, lõi thép và dây quấn được đặt trong thùng chứa dấu biến áp hoặc chất lỏng tổng hợp cách điện có điểm cháy bằng hoặc nhỏ hơn 300°C. Chất lỏng vừa làm nhiệm vụ cách điện, vừa có tác dụng làm mát. - Cấp L : Vế nguyên lý cũng giống như máy biến áp dầu, nhưng lõi thép và dây quấn được đặt trong thùng có chất lỏng tổng hợp có điểm cháy lớn hơn 300°C. Ví dụ hay dùng hiện nay là silicon, là chất khó cháy và không gây ô nhiễm. 6.1.2. LÀM MÁT MÁY BIÊN ÁP Khi làm việc, do có tổn thất trong lõi thép và các cuộn dây, trong máy biến áp luôn sinh ra một lượng nhiệt rất lớn. Để giữ cho nhiệt độ ở các phẩn của máy biến áp nằm trong giới hạn cho phép, nhằm đảm bảo sự làm việc chắc chắn của máy biến áp trong suốt thời gian phục vụ của nó, cần có các biện pháp để liên tục tạo ra sự tỏa nhiệt tót từ máy biến áp vào môi trường xung quanh, nghĩa là cấn có sự làm mát máy biến áp một cách hiệu quả. Tùy thuộc vào cấu tạo, công suất của máy biến áp, người ta sử dụng các phương pháp làm mát khác nhau. Phương pháp làm mát máy biến áp do nhà chê' tạo qui định. Đối với các nước Tây Âu, phương pháp làm mát được ký hiệu bằng 4 chữ cái như sau : hai chữ cái đấu chỉ chất làm mát và phương pháp tuấn hoàn bẽn trong máy biến áp ; hai chữ cái sau chỉ chất làm mát và phương pháp tuần hoàn bên ngoài máy biến áp. Các mã chữ cái được giải thích trong bảng 6.1. 254
Bảng 6.1. Ký hiệu các hệ thông làm mát Chất làm mát Kỷ hiệu Tuần hoàn chất làm mát Ký hiệu Dầu biến áp hoặc chất lỏng tổng hộp có điểm cháy sỉ 300°C 0 Tuần hoàn tự nhiên N Các chất lỏng tổng hộp khác L Tuần hoàn cưỡng bức gián tiếp F Khí có điểm cháy > 300°C G Tuần hoàn cưỡng bức trực tiếp D Không khí (biến áp khô) A Nước w VÍ dụ : AN - máy biến áp khô, làm mát bằng tuần hoàn không khí (A), tự nhiên (N). ONAN - máy biến áp dầu, làm mát bằng tuấn hoàn không khí tự nhiên : bên trong là dấu (O), tuần hoàn tự nhiên (N) ; bên ngoài là không khí (A), tuần hoàn tự nhiên (N) (tương đương với hệ thống ký hiệu cũ của Nga là M). ONAF - máy biến áp dầu, làm mát bằng tuần hoàn cưỡng bức gián tiếp : bên trong là dầu tuần hoàn tự nhiên (ON) ; bên ngoài là không khí tuần hoàn cưỡng bức (AF), bằng cách thổi gió ỰỊ). 6.1.3. ĐIỆN ÁP ĐỊNH MỨC CÚA MÁY BIẾN ÁP -Điện áp định mức so cấp uldm của máy biến áp là điện áp dây cần đặt vào cuộn dây sơ cấp của nó để trên cực của các cuộn dây thứ cấp đang hở mạch nhận được điện áp định mức thứ cấp. -Điện áp dịnh mức thứ cáp u2đm là điện áp dây nhận được trên cực của cuộn dây thứ cấp của máy biến áp khi làm việc không tải nếu điện áp đặt vào cuộn dây sơ cấp là điện áp định mức sơ cấp. Khi làm việc có tải, nếu đặt vào phía sơ cấp điện áp định mức uldm thì điện áp nhận được ở phía thứ cấp u2 sẽ nhỏ hơn điện áp định mức u2dm một lượng tổn thất điện áp trong máy biến áp. Sự biến đổi điện áp của máy biến áp được đặc trưng bởi tỷ số biến đổi điện áp định mức : Khi làm việc, các máy biến áp có thể có tỷ số biến đổi k khác định mức. Khả năng thay đổi tỷ số biến đổi đặc biệt quan trọng đối với các máy biến áp chính. Nó được sử dụng để điểu chỉnh điện áp khi phụ tải thay đổi, để phân phối tải hoặc điểu chỉnh dòng công suất tác dụng và phản kháng trong các mạng nối liên kết. Điều chỉnh điện áp thường được thực hiện bằng cách thay đổi số vòng dây của cuộn dây ở phía cao áp có dòng điện nhỏ : Khi các cuộn dây nối hình sao, điểu chỉnh điện áp được thực hiện bằng cách thay đổi số vòng dây ở phía trung tính của các cuộn dây cao áp ; khi các cuộn dây nối tam giác, điểu chỉnh điện áp thường được thực hiện bằng cách thay đổi số vòng dây ở giữa các cuộn dây. • 255
Tùy theo cách thay đổi các đẩu phân áp, người ta phân biệt máy biến áp có điểu áp dưới tải và máy biến áp khồng có điểu áp dưới tải. Với các máy không có diễu áp dưới tải, việc thay đổi đẩu phân áp được tiến hành khi máy biến áp không có điện, thường được tiến hành theo mùa hoặc trong một khoảng thời gian lớn. ỏ các máy biến áp có điểu áp dưới tải, có thể thực hiện việc đổi đầu phân áp một cách liên tục khi máy biến áp đang làm việc nhờ bộ phận đổi nối đặc biệt ; có thể thực hiện điểu chỉnh điện áp bằng tay hoặc tự động. Điều chỉnh điện áp dưới tải có phạm vi điểu chỉnh rộng và bằng phảng hơn so với các máy biến áp có điểu chỉnh thường. 6.1.4. NHIỆT Độ PHÁT NÓNG CHO PHÉP CÚA MÁY BIỄN ÁP Trong quá trình làm việc, do có tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong máy biến áp, các cuộn dây và lõi thép của máy bị nung nóng. Các phần bằng kim loại có thể chịu được nhiệt độ tương đôi cao trong thời gian dài. Nhiệt độ làm việc chủ yếu ảnh hưởng đến cách điện của máy biến áp. Khi nhiệt độ càng cao thì cường độ hao mòn cách điện càng lớn và sự hao mòn được tích luỹ theo thời gian làm việc. Sự già cỗi của cách điện được đặc trưng bởi sự giảm độ bển điện và cơ của nó, đến một mức độ nào đó cách điện của máy biến áp có thể bị hư hỏng dưới tác dụng của điện áp hoặc tác động của lực động điện và máy biến áp không thể làm việc được nữa. Như vậy thời gian phục vụ hay còn gọi là tuổi thọ của máy biến áp phụ thuộc vào nhiệt độ nung nóng của máy biến áp và vật liệu cách điện. Khi nhiệt độ làm việc của máy biến áp tâng lên, thời gian phục vụ của nó sẽ giảm xuống. Tính toán quá trình phát nóng và sự hao mòn cách điện trong máy biến áp khá phức tạp, được nghiên cứu trong các chuyên để riêng. Trong phần này chỉ nêu lên các kết quả chính nhận được từ các tính toán và kinh nghiệm vận hành. Đối với các máy biến áp được sản xuất hiện nay, nhiệt độ nung nóng cho phép đối với cách điện của các cuộn dây máy biến áp được xác định từ điểu kiện đảm bảo thời hạn phục vụ định mức của máy biến áp Tđm, khoảng từ 20 đến 25 năm. Khi đó nhiệt độ trung bình của các cuộn dây khoảng 85°c và nhiệt độ tại điểm nóng nhất của cuộn dây không được vượt quá 98°c trong chế độ làm việc bình thường. Khi quá tải, nhiệt độ cho phép có thể', cao hơn, nhưng nhiệt độ của điểm nóng nhất của các cuộn dây không được vượt quá 140°C và nhiệt độ lớp dấu phía trên không được vượt quá 95°c. Để đảm bảo nhiệt độ của máy biến áp nằm trong giới hạn cho phép, cấn có các biện pháp làm mát và chế độ vận hành thích hợp. Một vấn để nữa cũng được đặt ra là tạo ra các vật liệu cách điện có thể làm việc được với nhiệt độ cao hơn, có độ bển cơ cao hơn. 6.1.5. CÒNG SUẤT ĐỊNH MỨC CỦA MÁY BIỂN ÁP Công suất định mức của máy biến áp Sdm là công suất có thể liên tục chạy qua máy biến áp trong khoảng thời gian phục vụ định mức của nó Tđm ở điểu kiện nhiệt độ định mức của môi trường làm việc. Khi tuổi thọ của máy biến áp đã cho là Tđm, công suất định mức của máy biến áp phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cực đại của môi trường xung quanh. 256
Công suất định mức của các máy biến áp cho trong các sổ tay kỹ thuật ứng với điều kiện nhiệt độ nhất định của môi trường tiêu chuẩn ỡ0 và ởmax. Nếu môi trường thực của máy biến áp có nhiệt độ trung bình ở’o và nhiệt độ cực đại ỡ’ „„ khác với các nhiệt độ tiêu chuẩn và ỡmav, để đảm bảo tuổi thọ của máy biến áp là không đổi, cẩn phải hiệu chỉnh lại công suất định mức của nó theo điều kiện nhiệt độ của môi trường làm việc thực. Khi nhiệt độ trung bình hàng năm ỡ’() ỞQ, công suất đã được hiệu chỉnh của máy biến áp Sdm sẽ là : s’dm = Sdm (1 + U100 ) (6.2) Khi nhiệt độ cực đại ở’max > ỡmax, nhưng không quá 45°c, công suất của máy biến áp vào thời gian này cấn được giảm thêm một lượng (ở’max - ỡmax)% công suất định mức của nó. Nghĩa là vào khoảng thời gian có nhiệt độ nóng nhất trong năm, công suất định mức của máy biến áp sẽ là : Sâm = sđm [ 1 + -- -------- 100- ----- — ] (6.3) Trong tính toán, hiện người ta thường lấy nhiệt độ của khu vực Hà Nội ỡ’o = 24°c ; d’max. = 42°c. Các máy biến áp được sản xuất tại Nga được tính toán với ở0 = 5°c và = 35°c. Đối với tất cả các máy biến áp, công suất định mức cho trong các sổ tay kỹ thuật là công suất định mức của cuộn cao áp SCdm = Sdm. Máy biến áp một pha có công suất bằng 1/3 công suất định mức của máy biến áp ba pha tương ứng. Các cuộn dây trung và hạ áp của máy biến áp ba dây quấn có thể chế tạo bằng hoặc nhỏ hơn (66,7%) công suất định mức của máy biến áp. Khi công suất của cả ba cuộn dây đểu bằng nhau và bằng công suất định mức, ta có máy biến áp ba dây quấn có tỷ sổ công suất (®Cđn/®Tđn/®Hđml là 100/100/100 ; khi công suất của cuộn hạ nhỏ nhất và bằng 66,7%, ta có tỷ số công suất 100/100/66,7. Cũng tương tự như vậy, máy biến áp ba dây quấn còn có những loại có tỷ số công suất 100/66,7/100 và 100/66,7/66,7. Chọn loại có tỷ số công suất nào là tùy thuộc vào công suất truyền tải ở các cấp điện áp. 6.1.6. Sơ ĐỔ VÀ TỔ NỐI DÂY CÚA CÁC CUỘN DÂY MÁY BIỂN ÁP Trong hệ thống điện ba pha, người ta thường dùng các máy biến áp ba pha hoặc tổ ba máy biến áp một pha. Các cuộn dây sơ cấp AX, BY, cz và thứ cấp ax, by, cz có thể nối hình sao Y, tam giác A hoặc ziczac z. Điểm trung tính của các cuộn dây nối hình sao hoặc ziczac ký hiệu là 0. Nếu điểm trung tính có nối đất hoặc có dây trung tính thì được ký hiệu là Yo, zo. Riêng các nước Tây Âu lại dùng ký hiệu hơi khác một chút : Các cuộn dây sơ cấp nối sao là Y, thứ cấp là y ; các cuộn dây sơ cấp nối tam giác là D, thứ cấp là d ; các cuộn sơ cấp nối ziczắc là z, thứ cấp là z ; điểm trung tính nối đất trực tiếp hoặc co' dây trung tính tương ứng được ký hiệu là N và n. Nối hở phía cao áp là III, hạ áp là iii (tổ ba máy biêh áp một pha). Đối với các máy biến áp, ngoài việc chú ý đến tỷ số biến đổi điện áp còn phải chú ý đến cách nối đây của các cuộn dây và góc lệch pha giữa điện áp sơ cấp và thứ 'Cấp, 257
điểu này đặc biệt quan trọng khi các máy biến áp làm việc song song với nhau.Để đáp ứng các yêu cấu trên, người ta dùng khái niệm tổ nói dây của máy biến áp. Tổ nối dây của máy biến áp biểu thị cách nối dây của các cuộn dây ỏ cùng cấp điện áp và vị trí các vectơ tương ứng của điện áp sơ cấp và thứ cấp. Để chỉ góc lệch pha giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp, người ta lấy go'c lệch pha giữa điện áp dây của cuộn dây sơ cấp và điện áp dây của cuộn dây thứ cấp. Vectơ điện áp của cuộndây cao áp được lấy làm chuẩn, góc pha được tính theo chiều kim đồng hổ, mỗi giờ ứng với 30°. Khi tính để kim chỉ phút trùng với vectơ điện áp dây cao áp và để ở 12 giờ, kim chỉ giờ trùng với vectơ điện áp dây thứ cấp. Kim này chỉ ở giờ n nào đó, góc lệch pha sẽ là
6.1.7. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CÙA MÁY BIÊN ÁP Ngoài các đại lượng đặc trưng cơ bản là công suất định mức Sđm, điện áp định mức uđm và tỷ số biên đổi định mức kjm, máy biến áp còn có các đại lượng đặc trưng sau : Bảng 6.2. Sơ đô và tố nôl dây thưòng dùng cùa máy biến áp Máy biến áp ba pha hai dây quín Ký hiệu cùa Ký hiệu cùa Tên sơ đồ Cuộn dây Sơ đồ Đổ thi vectơ cùa điện áp Việt Nam Tây Âu nối dây Sao - sao, ABC cao áp A có đưa t t T? —T—'z trung tính ra V7 Y/Yo -12 Yyno ngoài c hạ áp 8 X y Z A 8 c A cao áp A Sao — tam i Y Z \30° giác Y/A-11 Yd11 a 6 C a "V>, hạ áp ị>b 330’ c Sao có ĩí Ổ c cao áp /1 trung tính YNd11 X Ỹ z đưa ra '1K Yq/A-11 a b c ngoài —tam r\ a 330° hạ áp giác c Tổ ba máy biến áp một pha hai dây quín /I 4 IJ cao áp kơ 1/1-12 lio ơ X Ỉ X .X J hạ áp Máy biến áp ba pha ba dây quấn 0sA 3 /I Sao có cao áp trung tính Y 2 A đưa ra n 'm Afn 3(7'’Y" ngoài -sao % YO/YO/A-12^1 YNynodH trung áp có trung tính -rrt /330° đưa ra a b c Ơ ngoài -tam hạ áp Ễ >b giác XI y Z c
Tiếp bàng 6.2 Tổ ba máy biến áp một pha ba dây quấn A X 4^ cao áp Ú xm A l/l/l -12-12 lioio trung áp 11 A /TI Ịđ a %: i* hạ áp ú X Điện áp ngắn mạch (điện áp rơi) UN là điện áp có tần số định mức đặt vào phía sơ cấp của máy biến áp sao cho dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp được nối ngắn mạch là định mức Iđm. Gọi tổng trở của máy biến áp là ZN, biểu thức của điện áp rơi trong máy biến áp sẽ là : UN IđmZN (6.4) Điện áp ngắn mạch của máy biến áp thường được cho theo phần trăm của điện áp định mức như sau : UN UN% = r-— ■ 100 (6.5) Khi máy biến áp làm việc với phụ tải s khác định mức, điện áp rơi UN(S)% sẽ tỷ lệ với phụ tải s : s UN(S)% = UN%^- (6.6) sđm Tổn thất công suất tác dụng AP trong máy biến áp có hai loại : tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp là tổn thất không tải AP0 và tổn thất ngắn mạch APN. Tổn thất tổng trong máy biến áp sẽ là : AP = AP0 + APn với APn = a2.APNđm ; (6.7) a là hệ số mang tải của máy biến áp : s a ~ (6.8) sđm APNdm - tổn thất ngắn mạch khi phụ tải là định mức (Sdm). Tổn hao không tải APo gổm tổn thất do từ trễ và dòng điện xoáy trong lõi thép, tổn hab trong điện môi. Tổn hao này không phụ thuộc vào phụ tải s của máy biến áp. Tổn hao ngắn mạch APN là tổn hao đổng trong các cuộn dây của máy biến áp. Tổn hao này tỷ lệ với bình phương của phụ tải s. Các nhà chế tạo cho tổn thất ngắn mạch APNdm khi phụ tải của máy biến áp là định mức. Dòng không tải lo cũng là một trong những đại lượng đặc trưng của máy biến áp, thường được cho theo phần trăm của dòng điện định mức : 260
Io Io% = --- . 100 (6.9) đm Dựa vào dòng diện khồng tải co' thể xác định được tổn thất công suất phản kháng AQ của máy biến áp : 2 To% - a 100 Sđm ■ (6.10) 6.2. QUÁ TẢI CỦA MÁY BIẾN áp Như đã trình bày ở trên, ứng với một môi trường đã cho và hệ thống làm mát nhất định, máy biến áp có thể làm việc với công suất định mức sdm (đã được hiệu chỉnh theo môi trường làm việc) trong suốt thời gian phục vụ định mức của nó Tdm. Song trong thực tế vận hành, phụ tải của máy biến áp luôn thay đổi và phấn lớn thời gian làm việc với phụ tải nhỏ hơn định mức. Khi đó sự hao mòn vể cách điện của máy biến áp sẽ nhỏ hơn định mức do nhiệt độ của máy biến áp nhỏ hơn nhiệt độ cho phép và kết quả là tuổi thọ của máy biến áp tăng lên. Do vậy vào những lúc phụ tải lớn hơn công suất định mức vẫn có thể cho phép máy biến áp làm việc, tất nhiên trong thời gian làm việc quá tải, hao mòn vể cách điện sẽ vượt quá định mức và làm cho tuổi thọ của máy biến áp giảm đi. Vấn để đặt ra là phải xác định được công suất mà máy biến áp co' thể tải được và thời gian làm việc cho phép tương ứng sao cho tuổi thọ chung của máy biến áp vẫn là định mức. Người ta phân biệt hai trạng thái quá tải của máy biến áp là quá tải bình thường và quá tải sự cố. 6.2.1. QUÁ TÀI BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY BIÊN ÁP Quá tải bình thường là quá tải thường xuyên xảy ra của máy biến áp, có tính chất chu kỳ (như một ngày đêm, một mùa...). Thông thường người ta xét quá tải hàng ngày với chu kỳ là 24 giờ. Trong mỗi chu kỳ có một phấn thời gian máy biến áp làm việc quá tải (với s > Sdm), phần lớn thời gian còn lại của chu kỳ xét máy biến áp làm việc non tải (với s < sdm). Mức độ cho phép quá tải k2cp của máy biến áp phụ thuộc vào thời gian quá tải t, vào hệ số phụ tải ban đấu kị khi làm việc non tải, vào nhiệt độ làm mát hay vào hệ thống làm mát và vào nhiệt độ của môi trường ở0, vào quá trình phát nóng của máy biến áp hay vào hằng số thời gian phát nóng ĩ và vào công suất định mức của máy biến áp. Để thuận tiện và đơn giản cho tính toán quá tải bình thường của máy biến áp, người ta xây dựng các đổ thị biểu diễn khả năng quá tải của máy biến áp phụ thuộc vào các yếu tố đã nêu trên. Trị số của quá-tải cho phép được xác định từ điểu kiện độ hao mòn cách điện hàng ngày là định mức, nghĩa là tuổi thọ của máy biến áp mỗi ngày đúng bàng 24 giờ. Người ta xây dựng 36 dạng biểu đổ khả năng quá tải cùa máy biến áp, được đánh số từ 1 đến 36 đối với các loại máy biến áp khác nhau và các vùng nhiệt độ khác nhau. Bảng 6.3 cho số thủ tự các đổ thị quá tải cần thiết khi xác định khả năng quá tải cho phép của các máy biến áp sử dụng ở nước ta. * 261
Bảng 6.3. Một số biểu đô để xác định quá tải bình thuòng của mày biến áp dâu Hệ thổng Hăng sã thài Sã thú tự biểu đố ứng vói nhiệt độ môi trường, Công suất định °C • làm mát gian T (h) mức Sđm ■* (MVA) 20 30 40 ONAN (M) 2,5 7 9 11 < 1,0 3,5 8 10 12 1,0 - 6,3 25 19 21 23 6,3 - 32 ONAF (fl) 3,5 20 22 24 32 - 63 25 31 33 35 80 - 125 OD (HII ; IỊ) 3,5 32 34 36 > 125 Bàng 6.4. Hằng số thòi gian phát nóng của máy biên áp sơm (MVA) < 1,0 1,0 - 6,3 6,3 - 32 32 - 63 80 - 125 > 125 Hệ thống làm mát ONAN (M) ONAN (M) ONAF (H) ONAF (H) OD (flU;IỊ) OD ĩ (h) 2,5 3,5 2,5 3,5 2,5 3,5 Khi sử dụng các đổ thị biểu diễn khả năng tải của máy biến áp, việc đầu tiên là phải xác định được số thứ tự của biểu đổ cần sử dụng. Muốn vậy cần xác định được nhiệt độ đẳng trị của môi trường làm việc của máy biến áp ỡ(), hằng số phát nóng T, công'suất định mức của máy Sdm và hệ thống làm mát của nó. Dựa vào đồ thị phụ tải này, xác định được hệ số quá tải cho phép k2cp theo hệ số phụ tải ban đẩu ki và thời gian quá tải t của máy biến áp. Hệ số phụ tải ban đầu kj và thời gian quá tải t phụ thuộc vào đồ thị phụ tải của máy biến áp. Có rất nhiều dạng đổ thị phụ tải, dưới đây sẽ xét một số dạng thường gặp của đồ thị phụ tải của máy biến áp. 6.2.1.1. Trường hợp dồ thị phụ tải hai bậc Đổ thị phụ tải hai bậc của máy biến áp được cho trên hình 6.1. Vào những lúc phụ tải cực tiểu, công suất qua máy biến áp S1 < Sđm, máy biến áp làm việc non tải ; khi phụ tải là cực đại S2 > Sđm, máy biến áp bị quá tải với thời gian tương ứng là t. Từ đổ thị phụ tải ta có thể xác định như sau : a) Hệ số quá tải của máy biến áp : S2 " • ......... k2 = ; (6.11) b) Hệ số phụ tải ban đẩu : S1 kj = (6.12) sđm c) Theo đổ thị khả năng tải đã xác định ở trên, căn cứ vào kj và t tìm được hệ số quá tải cho phép k2cp (ví dụ cho trên hình 6.2). 262
Hình 6.1. Đồ thi phụ tải hai bậc Hình 6.2. Xác định hệ số quá tải cho phép k2cp theo ki và t d) So sánh k2cp và k2 để có kết luận vê khả năng tải của máy biến áp đã chọn : Nếu k2cp > k2, máy biến áp đã chọn là phù hợp và có thể quá tải với hệ số k2. Ngược lại, nếu k2cp < k2 thì máy biến áp đã chọn không được quá tải với hệ số k2, mà chỉ được quá tải với hệ số k2cp. 6.2.1.2. Trường hợp dồ thị phụ tải nhiều bậc và chỉ có một lãn máy biên áp bị quá tải (hình 6.3) Trong trường hợp này cần biến đổi đố thị phụ tải nhiều bậc vể đồ thị phụ tải hai bậc như sau : a) Phụ tải ban đầu đẳng trị của 10 giờ ở đây : Sj - phụ tải của cấp thứ i ; tị - thời gian tương ứng với phụ tải Sj ; 263
nj - số cấp phụ tải trong khoảng thời gian 10 giờ trước lúc quá tải nếu máy biến áp quá tải vào buổi chiểu (hình 6.4a). Ngược lại, .nếu máy biến áp bị quá tải vào buổi sáng (hình 6.4b) thì n1 là số bậc phụ tải trong khoảng thời gian 10 giờ tính từ khi kết thúc quá tải. n2 - số cấp phụ tải trong thời gian quá tải t khi chỉ có một lần quá tải Hình 6.4, Cách xác định phụ tải đẳng tri S-Iđt- a) Quá tài xày ra vào buổi chiều ; b) Quá tài xày ra vào buổi sáng 6 2.1.3. Trường hợp dồ thị phụ tải nhiều bậc và máy biến áp bị quá tải hai lẩn trong ngày (hình 6.5) với thời gian tương ứng là tj và
Cần chú ý rằng với các đổ thị đã cho và phương pháp tính toán trên, chỉ cho phép k2cp < 1,5. Trường hợp k2cp > 1,5 chỉ được cho phép theo sự chỉ dẫn của nhà chế tạo biến áp. Do vậy, phấn đường cong có k2cp > 1,5 được vẽ nét đứt. Nếu suốt năm máy biến áp làm việc với đồ thị phụ tải ngày như nhau thì khi xác định khả năng quá tải cho phép của nó sẽ lấy nhiệt độ đẳng trị hàng năm của môi trường làm mát. Nếu các mùa có đồ thị phụ tải khác nhau thì quá tải được tính theo mùa tương ứng với nhiệt độ đẳng trị của từng mùa. 6.2.2. QUÁ TẢI Sự CỐ CỦA MÁY BIÊN ÁP Trong thực tế vận hành, sự cố máy biêh áp rất ít khi xảy ra. Để đảm bảo liên tục cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, có thể cho phép máy biến áp làm việc với hệ số quá tải sự cô' lớn hơn quá tải bình thường ; tất nhiên sẽ dẫn đến sự hao mòn vể cách điện lớn hơn định mức. Song vì đây là trường hợp hiếm xảy ra trong vận hành, nghĩa là thời gian làm việc của máy biến áp ở chế độ quá tải sự cố trong suốt thời gian phục vụ của nó là rất nhỏ nên việc giảm một cách đáng kể thời hạn phục vụ của cách điện có thể coi là không đáng kể. Theo qui định, trong các điểu kiện sự cố của hệ thống điện, máy biến áp được phép quá tải 40% (hệ sô' mang tải lúc sự cô' kqtsc = 1,4) không quá 5 ngày đêm với thời gian quá tải mỗi ngày không quá 6 giờ và hệ số phụ tải ban đầu trước lúc quá tải klsc không quá 0,93. Cũng cần nói rằng, hệ sô' mang tải sự cố cho phép kqtsc = 1,4 cần được xem như một hệ sô' tính toán, được sử dụng để chọn công suất các máy biến áp theo điều kiện quá tải sự cố. Trị sô' quá tải trong vận hành được tính toán tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể, như đồ thị phụ tải, nhiệt độ của môi trường làm mát và thời gian quá tải, thưòng được cho sẵn trong các bảng để tiện sử dụng khi vận hành. Khi chọn các máy biến áp, nên tính đến khả năng quá tải của chúng để có thể giảm được công suất đặt và tổn hao trong các máy biến áp. 6.3. MÁY BIẾN ÁP Tự NGẪư điện Lực Các máy biến áp tự ngẫu cũng như các máy biến áp khác được dùng đê’ biến đổi điện năng từ điện áp này sang điện áp khác, phục vụ cho việc truyền tải, phân phối và tiêu thụ năng lượng điện. Song về nguyên lý làm việc và đặc điểm cấu tạo có những điểm riêng, khác so với các máy biến áp thông thường nên có những ưu, nhược điểm cẩn được đặc biệt nghiên cứu khi sử dụng. Trong một chừng mực nào đố, máy biến áp tự ngẫu có nhiều ưu điểm hơn so với máy biến áp thông thường và ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các lưới điện cao áp. Song cũng do cấu tạo của nó nên việc sử dụng cũng có những hạn chế. Để thấy rõ cấu tạo đặc biệt của máy biến áp tự ngẫu, ta bắt đẩu bằng việc nghiên cứu nguyên lý làm việc của nó. 265
6.3.1. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA MÁY BIÊN ÁP Tự NGẪU Đê’ đơn giản, ta khảo sát nguyên lý làm việc của máy biến áp tự ngẫu bàng việc nghiên cứu một máy biến áp tự ngẫu một pha, làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai cấp điện áp Uj và u2. Sơ đố của máy biến áp này được cho trên hình 6.6. Thấy ràng sự khác nhau cơ bản của máy biến áp tự ngẫu loại này so với máy biến áp hai dây quấn là nó chỉ có một cuộn dây. Giả thiết công suất được truyển từ phía cao áp Uị sang phía hạ áp u2 thì toàn bộ cuộn dây, giữa các điểm c và o là cuộn sơ cấp Wj phần nằm giữa các điểm T và o gọi là cuộn dây thứ cấp w2 ; nhưng do nó cũng là một phần của cuộn dây sơ cấp Wj nên còn được gọi là cuộn dây chung Wch (W2). Phấn cuộn dây giữa c và T được mắc nối tiếp với cuộn dây Wch để tạo Hình 6.6. Sơ đồ nguyên lý của thành cuộn dây sơ cấp nên được gọi là máy biến áp tự ngẫu một pha có hai cấp điện áp cuộn dây nối tiếp Wn = Wj - Wch. Như vậy, thấy ngay được một trong những điểm đặc biệt của máy biêh áp tự ngẫu là giữa các cuộn dây không những có sự liên hệ vể từ giống như máy biến áp mà còn có sự liên hệ vể điện (máy biến áp khác không có liên hệ này). Nếu điện áp đặt vào cuộn dây sơ cấp Wj là Uj thì điện áp giữa hai đấu cuộn dây thứ cấp w2 sẽ là u2 và điện áp trên cuộn dây nối tiếp Wn = - w2 sẽ là un = Ui - u2. Khi máy biến áp ở chế độ không tải, điện áp trên một vòng dây uw sẽ là : uw - - W] Do vậy điện áp trên đẩu ra thứ cấp của máy biến áp : U1 u2 = Uw.W2 = w‘-W2 (6.18) Từ (6.18) rút ra được tỷ số biến đổi điện áp của máy biến áp tự ngẫu : U1 W1 k12 - . (6.19) Thấy rằng tỷ số biến đổi điện áp kj 2 của máy biến áp tự ngẫu cũng tỷ lệ với số vòng quấn của các cuộn dây giống như của máy biến áp hai dây -quấn khi ta coi cuộn sơ cấp gồm Wị vòng dây và cuộn thứ cấp gổm w2 vòng dây. Khi nối phụ tải vào phía thứ cấp, trong các cuộn dây sẽ có dòng điện chạy qua (hình 6.6 và 6.7). Giả thiết hệ số công suất của phía sơ cấp cosy? Ị và phía thứ cấp cosy>2 bằng nhau và lấy chiểu của dòng điện đi từ nguồn đến phụ tải như trên hình 6.7, tại nút T, ta có thể viết : 266
I2 - li + Ich ; (6.20) trong đó : I2 - dòng phụ tải ở phía thứ cấp ; Ich - dòng điện trong cuộn dây chung hay cuộn thứ cấp w2 ; Ij - dòng điện sơ cấp hay dòng điện trong cuộn dây nối tiếp. Từ (6.20) suy ra : Ich = I2 - Ip (6.21) Nghĩa là trong trường hợp máy biến áp làm việc theo chế độ hạ áp, tải công suất từ cao áp Uị sang hạ áp U2, dòng điện trong cuộn dây chung Wch hoặc cuộn dây thứ cấp w2 Hình 6.7 bằng hiệu của dòng điện phụ tải thứ cấp I2 và dòng điện đi trong cuộn dây nối tiếp Ij. Trong khi đó nếu dùng máy biến áp hai dây quấn (hình 6.8) thì dòng điện đi trong toàn bộ cuộn dây Wị là Ij và dòng điện đi trong cuộn dây thứ cấp w2 se là I2. Khi bỏ qua tổn thất công suất trong máy biến áp, công suất nhận được ở phía thứ cấp bằng công suất đưa vào phía sơ cấp và ta có thể viết : I1U1 = I2U/ hay U1. h (6.22) u2 ĩ? Từ (6.19) và (6.22) ta có 1 )iểu thức của tỷ số biến đổi điện áp giữa sơ cấp và thứ cấp : Ui I2 Wị Hình 6.8. Máy biến áp k12 - u2 11 = w2 (6-23) hai dây quấn Từ (6.23) thấy rằng, tỷ số biến đổi điện áp của máy biến áp tự ngâu cũng được xác định giống như các máy biến áp khác. Điện áp của mỗi cuộn dây tỷ lệ thuận với số vòng dây và tỷ lệ nghịch với dòng điện của nó. Cũng từ biểu thức trên ta có !1W1 = I2W2 hay : IjWi - IjW2 + IjW2 - I2W2 = 0 vì wn = W1 - W2 và Wch = W2 ; Ich = I2 ~ 11 nên cuối cùng nhận được : IlWn - Ich.wch = 0 (6.24) Biểu thức (6.24) là phương trình sức từ động của máy biến áp tự ngẫu. Phương trình này cũng tương tự như phương trình sức từ động của máy biến áp hai dây quấn khi ta coi cuộn sơ cấp gồm wn vòng dây, có dòng 11 chạy qua và cuộn thứ cấp gồm wch (hoặc W2) vòng dây, có dòng điện Ich chạy qua. 267
Mặt khác, từ (6.20) và (6.22) ta viết được biểu thức của công suất nhận được ở phía thứ cấp : s2 = I2U2 = di + Ich)U2 s2 = IjU2 + Ichu2 (6.25) Thấy rằng công suất nhận được ở phía thứ cấp S2 gồm hai thành phấn : Thành phấn công suất IjU2 được truyền trực tiếp bằng dòng điện sơ cấp Ij sang phía thứ cấp do hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có sự liên hệ với nhau vể điện, được gọi là công suất điện ; thành phần công suất thứ hai Ich-U2, gọi là công suất từ hay biến áp, được truyền từ sơ cấp sang thứ cấp bằng từ trường qua các cuộn dây Wn và Wch. Cũng chính điều này giải thích vì sao phương trình sức từ động của máy biến áp tự ngẫu được xác định bởi (6.24). Ngược lại, khi tải công suất từ điện áp thấp u2 lên phía điện áp cao Uj ta cũng có những kết luận tương tự với chiểu dòng điện ngược lại. Trong hệ thống điện ba pha, người ta dùng các máy biến áp tự ngẫu ba pha hoặc tổ ba máy biến áp một pha (hình 6.9). Song các máy biến áp tự ngẫu mà mỗi pha chỉ gồm một cuộn dây như vậy không được dùng trong hệ thống điện lực, vì rằng khi các cuộn dây của cả hai cấp điện áp U1 và U2 đểu phải nối hình sao thì điện áp nhận được ở phía thứ cấp sẽ bị méo do phát sinh các sóng điểu hòa bậc cao, mặc dù điện áp đặt vào phía sơ cấp có dạng hình sin. Để khử các sóng điểu hòa bậc cao, người ta tạo các sóng diễu hòa bậc cao khác ngược pha bằng cách dùng thêm cuộn dây phụ nối tam giác (hình 6.9), làm cho Hình 6.9. Sơ đổ nối dây các cuộn dây các dòng điện thuộc sóng điểu hòa bậc của máy biến áp tự ngẫu cao ở điện áp này chỉ khép mạch trong ba cuộn dây nối tam giác, không ra ngoài mạng điện. Như vậy, máy biến áp tự ngẫu cũng có ba cấp điện áp giống như máy biến áp ba dây quấn là điện áp cao uc, điện áp trung UT và điện áp hạ UH. Cuộn hạ áp là cuộn dây nối tam giác, hai cuộn cao và trung áp nối hình sao và có cung một điểm trung tính o. Trong khi các phía cao áp và trung áp của máy có liên hệ với nhau cả về điện và từ thì cuộn hạ áp chỉ liên hệ với chúng bằng từ trường. Cuộn hạ áp nổi tam giác thường có mang tải, như nối với máy phát điện, cung cấp điện cho phụ tải nhỏ ở các cấp điện áp thấp hơn. Khi không có phụ tải, được dùng như cuộn dây bù, ví dụ như trường hợp máy biến áp tự ngẫu chỉ được dùng làm nhiệm vụ liên lạc giữa hai cấp điện áp cao và trung. Cuộn dây hạ áp cũng có thể được dùng để nối với máy bù đổng bộ. 268
Nói tóm lại, mỗi pha của máy biến áp tự ngẫu điện lực chỉ bao gồm hai cuộn dây riêng biệt : Cuộn thứ nhất gồm hai phần là cuộn dây nối tiếp Wn và cuộn dây chung Wch, chúng được nối với nhau theo sơ đổ của máy biến áp tự ngẫu để tạo thành phía cao áp và trung áp. Cuộn dây'thứ hai là cuộn dây hạ áp, chỉ liên hệ với các cuộn dây trên theo sơ đổ máy biến áp. Sự khác nhau căn bản giữa máy biến áp ba dây quấn và máy biến áp tự ngẫu ở chỗ cuộn dây trung áp của máy biến áp tự ngẫu Wch là một phần của cuộn dây cao áp ; còn cuộn dây trung áp của máy biến áp ba dây quấn là một cuộn dây riêng biệt, không liên hệ trực tiếp về điện với cuộn dây cao áp. Trên hình 6.9 cho ta sự phân bố dòng của pha A (các pha khác cũng tương tự) và sơ đồ nguyên lý vể cách nối các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu ba pha làm việc trong chế độ giảm áp, tải công suất từ cao sang trung và hạ áp. Trong trường hợp này, như trên đã xét, nếu hệ số cosp của các phía là như nhau, dòng điện chạy trong cuộn dây chung sẽ là : Ich = It - Ic (6.21) Trên hình 6.10 cho sự phân phân bố dòng của một pha khi máy biến áp tự ngẫu làm việc trong chế độ tăng áp, tải công suất từ hạ áp lên cao và trung áp, ta có : Ich = IT + Ic (6.26) Dựa vào các phân tích trên, với máy biến áp tự ngẫu ở bất kỳ chế độ làm việc nào và với hệ số công suất bất kỳ, dòng điện trong cuộn dây chung lch cũng bằng tổng hình học của các dòng điện phía cao áp lc và trung áp 1T Ich - It + Ic (6.27) Dựa vào công thức (6.27), bạn đọc có thể xét tiếp các trường hợp ở chế độ làm việc khác của máy biển áp tự ngẫu như tải công suất từ trung áp sang cao và hạ áp ; tải công suất từ hạ và trung áp sang cao áp ; tải công suất từ hạ áp và cao áp sang trung áp. 6.3.2. CÔNG SUẤT TÍNH TOÁN CỦA MÁY BIÊN ÁP Tự NGẪU Khác với máy biến áp, do có cấu tạo đặc biệt, máy biến áp tự ngẫu có hai đại lượng công suất đặc trưng : Công suất định mức hoặc oông suất xuyên Sdm và công suất tính toán hoặc công suất mẫu Stt. Công suất định mức là công suất giới hạn có thể truyển qua phía cao áp của máy biến áp tự ngẫu và cũng là công suất giới hạn có thể truyền qua phía trung áp của nó. Do vậy, nếu gọi dòng điện định mức và điện áp định mức của máy biến áp tự ngẫu ở các phía cao và trung áp tương ứng là ICđm, ITđm, UCđm, UTđm, ta có thể viết : Icđm - sdm/ i[3UCđiri ; (6.28) iTđm = sđrr/ '/ãUTđnr 269
Giả thiết máy biến áp tự ngẫu làm nhiệm vụ tải công suất định mức từ phía cao áp sang trung áp (với hệ số công suất giống nhau), sự phân bố dòng điện trong các cuộn dây sẽ có chiếu như trên hình 6.11. Trong trường hợp này, cuộn dây nối tiếp Wn sẽ có dòng điện ICdm chạy qua và điện áp giữa hai đầu của nó sẽ là : Un - UCdm UTđm. Do vậy công suất tải của cuộn dây nối tiếp Sn sẽ là : sn =
a.Sdm được gọi là công suất tính toán Stt hay công suất mâu của máy biến áp tự ngẫu : stt = a ,Sdm (6.34) a gọi là hệ số co' lợi của máy biến áp tự ngẫu. No' chi ra rằng công suất tính toán chiếm bao nhiêu phần công suất định mức của máy biến áp tự ngẫu. Hệ số có lợi a càng nhỏ thì công suất tính toán Stt càng nhỏ ; công suất này chính là công suất biến áp của máy biến áp tự ngẫu. Từ (6.33) thấy ràng, tỷ số UTdm/UCdm càng lớn thì hệ số có lợi a càng nhỏ, nghĩa là khi điện áp cao và trung càng gấn nhau thì càng có lợi, công suất tính toán càng nhỏ. Rõ ràng rằng, mặc dù tải công suất định mức từ cao sang trung áp (trường hợp ngược lại cũng tương tự), nhưng công suất của cuộn dây nối tiếp và cuộn dây chung chỉ là «.Sdm. Do vậy các cuộn dây này chỉ cần thiết kế với cồng suất tính toán Stt = a.Sdm. Đây là ưu điểm của việc chế tạo máy biến áp tự ngẫu so với máy biến áp ba dây quấn cùng công suất, vì rằng tiêu hao nguyên vật liệu cho các cuộn dây nối tiếp, cuộn dây chung và lõi thép của máy biến áp tự ngẫu sẽ nhỏ hơn. Điểu đó làm cho giá thành thấp, trọng lượng và kích thước của máy biến áp tự ngẫu nhỏ hơn. Đo' chính là ưu điểm rất quan trọng của máy biến áp tự ngẫu so với máy biến áp ba dây quấn cùng công suất. Công suất định mức của cuộn dây thứ ba (hạ áp) SHdm được chế tạo không vượt quá công suất tính toán. Nếu cuộn dây hạ áp chỉ được dùng để khử sóng điểu hòa bậc cao của điện áp thứ cấp (để không tải) thì công suất của nó được xác định theo yêu cấu đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt khi ngắn mạch, thường vào khoảng 1/3 công suất tính toán. Nếu được dùng để cung cấp cho phụ tải, nối với máy phát điện hoặc máy bù đổng bộ thì công suất định mức của cuộn hạ áp co' thể chọn bằng công suất tính toán. Trong các nhà máy điện, thường các cuộn dây hạ áp được nối với nguồn cung cấp như máy phát điện, thanh góp điện áp máy phát, nên cuộn hạ áp của máy biến áp tự ngẫu được chọn bằng công suất tính toán : SHđm = Stt = a.sdm (6.35) Trong các trạm biến áp, nếu phụ tải ở phía hạ áp nhỏ, có thể chọn cuộn dây hạ áp có công suất nhỏ hơn. Đa số trường hợp, để dễ dàng cho việc phát triển các phụ tải hạ áp, người ta cũng chọn công suất của cuộn hạ áp bằng công suất tính toán. 6.3.3. PHÂN BỐ DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC CUỘN DÂY CÚA MÁY BIẾN ÁP Tự NGẪU Trong máy biến áp tự ngẫu, sự phân bố dòng điện của các cuộn dây phụ thuộc vào công suất truyền tải và chiều của nó trong các chế độ làm việc. Để đơn giản cho việc khảo sát, ta coi rằng phụ tải ở các phía có cùng hệ sô' công suất, bỏ qua dòng từ ho'a và tổn thất công suất và do vậy dòng điện trong các cuộn dây chỉ còn phụ thuộc vào phụ tải ở các phía. Mặt khác ta bỏ qua khả năng quá tải của máy biến áp, nghĩa là các cuộn dây chỉ làm việc được với phụ tải lớn nhất là bằng công suất định mức hoặc tính toán của nó. * 271
Qui ước rằng dòng điện từ máy biến áp đi vào mạng điện có chiểu dương và ngược lại dòng điện đi từ mạng điện vào máy biến áp có chiều âm. Dưới đây sẽ xét phân bó dòng điện trong một số trường hợp và qua đó thấy được khả năng tải của máy biến áp trong các chế độ làm việc khác nhau của nó. 6.3.3.1. Máy biến áp tự ngẫu làm việc theo chế độ hạ áp 1. Trường hợp tải công suất từ cao sang trung và hạ áp Với qui ước trên, phân bố dòng trong trường hợp này cho trên hình 6.9. Dòng điện trong cuộn dây chung được xác định bởi hiệu số các dòng điện là : Ich - Ij - Ic Nếu cuộn hạ áp không tải (IH = 0), thì Ich = a.IT và công suất của nó Sch = a.sc. Nghĩa là khi tải công suất Sđm thì công suất truyền tải bằng biến áp qua cuộn Wch sẽ là Sch = Stt = «.Sdm ; phần công suất còn lại (công suất điện) (1 - a)Sdm được truyền trực tiếp bằng dòng điện Ic sang phía trung ép. Nếu phía trung áp không tải (IT = 0) thì Ich = -Ic, nghĩa là dòng điện chạy trong Wch đổi chiểu. Công suất tải từ cao áp xuống hạ áp trong trường hợp này bị giới hạn bởi cuộn dây hạ áp, không vượt quá công suất định mức của nó SHdm, lớn nhất là Stt = «.Sdm. Khi tải công suất cả sang hạ và trung áp, như đã phân tích ở trên, công suất chuyển tải bị giới hạn bởi phía cao và hạ áp : công suất đưa vào phía cao áp không được vượt quá Sdm, và công suất lấy ra ở phía hạ áp không được vượt quá SHdm. Nếu công suất đưa vào phía cao áp là Sdm, công suất lấy ra ở phía hạ áp là a.Sđm, công suất còn lại ở phía trung áp sẽ là (1 - «)Sdm và dòng điện (hoặc công suất) trong cuộn dây Wch sẽ triệt tiêu (Ich = 0), chỉ còn tổn thất đồng trong các cuộn dây Wn và WH. 2. Trường hợp tải công suất từ cao và trung sang hạ áp Phân bố dòng điện trong trường hợp này cho trên hình 6.12, dòng điện chạy trong cuộn dây Wch sẽ là : Ich = It + Ic nghĩa là cuộn dây Wch tải toàn bộ công suất đưa vào từ phía trung áp ST và một phần công suất đưa vào từ phía cao áp ỉc , I------ ------- o là (1 - a)Sc. Trong khi đó cuộn WH phải tải toàn bộ công I suất của cả hai phía SH = ST + sc ; công suất qua cuộn C hạ áp là lớn nhất. Do vậy, trong trường hợp này công suất oy~—L f tải qua máy biến áp không được vượt quá công suất định mức H J c 0 của cuộn hạ áp SHdm =F a .Sdm ; nếu đã tải công suất tính ___p c I toán từ trung áp sang hạ áp thì không được tải thêm công C ’ ch suất từ cao áp xuống hạ áp và ngược lại nếu đã tải công suất I---------- o tính toán từ cao áp xuống hạ áp cũng không được tải thêm công suất từ trung áp xuống hạ áp. Hình 6.12 272