Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
Ch−¬ng XI
C¸ch ®iÖn cña m¸y biÕn ¸p
§13-1. KÕt cÊu c¸ch ®iÖn cña m¸y biÕn ¸p.
C¸ch ®iÖn cña m¸y biÕn ¸p nhÊt lµ khi m¸y biÕn ¸p cã ®iÖn ¸p ®Þnhmøc cao lµ mét kÕt
cÊu c¸ch ®iÖn phøc t¹p.
Ngoµi thµnh phÇn c¸ch ®iÖn chñ yÕu tøc lµ c¸ch ®iÖn gi÷a cuén d©y c¸c pha , gi÷a cuén
d©y cã ®iÖn ¸p khac nhau, gi÷a cuén d©y ®èi víi ®Êt (g«ng tõ, vá thïng) cßn ph¶i chó ý ®Õn
thµnh phÇn c¸ch ®iÖn däc lµ c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c vßng d©y ( ®Üa d©y, líp d©y) trong cïng cuén
d©y. M«i tr−êng c¸ch ®iÖn trong m¸y biÕn ¸p lµ ®Çu biÕn ¸p phèi hîp víi ®iÖn m«i r¾n ( c¸ct«ng
c¸ch ®iÖn, bakªlit, giÊy, v¶i c¸ch ®iÖn). §iÖn m«i r¾n ®−îc sö dông d−íi c¸c h×nh thøc líp bäc,
líp c¸ch vµ mµn ch¾n.
Líp bäc : lµ líp vËt liÖu c¸ch ®iÖn t−¬ng ®èi máng ( líp s¬n hoÆc giÊy bäc ®iÖn cùc cã
chiÒu dµy kh«ng qu¸ 1÷2 mm). T¸c dông chñ yÕu cña nã lµ h¹n chÕ viÖc h×nh thµnh c¸c cÇu
dÉn ®iÖn trong dÇu. Theo kÕt qu¶ thùc nghiÖm trong tr−êng gÇn ®ång nhÊt, do cã líp bäc nªn
®iÖn ¸p phãng ®iÖn tÇn sè c«ng nghiÖp cña khe hë dÇu cã thÓ t¨ng 50% vµ cao h¬n.
Líp c¸ch: lµ líp c¸ch ®iÖn kh¸ dµy ( hµng chôc mm) quÊn quang d©y dÉn. Nã lµm gi¶m
c−êng ®é tr−êng ë xung quanh cùc nªn ®−îc sö dông ë nh÷ng n¬i tr−êng kh«ng ®ång nhÊt nh−
dïng ®Ó bäc d©y dÉn cña cuén d©y, bäc d©y ë n¬i cã khe dÇu lín...
Mµn ch¾n : Trong m¸y biÕn ¸p mµn ch¾n th−êng
chÕ t¹o b»ng c¸ctong c¸ch ®iÖn, bakªlit. Khi ®Æt trong
tr−êng kh«ng ®ång nhÊt (khe hë dÇu) t¸c dông cña mµn
ch¾n t−¬ng tù nh− trong c¸c khe hë khÝ: ®Æt ë khu vùc
tr−êng cùc ®¹i cã thÓ lµm cho ®iÖn ¸p phãng ®iÖn tÇn sè
c«ng nghiÖp t¨ng h¬n hai lÇn ... Nh−ng khi cã mµn ch¾n th×
sù ion ho¸ ë khu vùc cã ®iÖn tr−êng m¹nh sÏ xuÊt hiÖn rÊt
sím (tr−íc khi cã phãng ®iÖn), t×nh tr¹ng nµy kÐo dµi sÏ
kh«ng cã lîi v× qu¸ tr×nh ion ho¸ sÏ ph©n ho¸ dÇu vµ ph©n
huû mµn ch¾n. Do ®ã biÖn ph¸p nµy chØ dïng trong c¸c
tr−êng hîp cÇn t¨ng c−êng ®iÖn ¸p phãng ®iÖn khi ®iÖn t¸c
dông trong thêi gian ng¾n nh− c¸c lo¹i qu¸ ®iÖn ¸p néi
bé...
Trong tr−êng hîp gÇn ®ång nhÊt, mµn ch¾n cã t¸c
dông ng¨n cña sù h×nh thµnh c¸c cÇu dÉn ®iÖn trong dÇu.
H×nh 11-1 cho c¸c nÐt chÝnh vÒ kÕt cÊu cña c¸ch
®iÖn chñ yÕu cña c¸c m¸y biÕn ¸p tõ 35kV trë
xuèng.C−êng ®é tr−êng lín nhÊt lµ ë ®Çu cuén d©y cao ¸p
nªn èng c¸ch ®iÖn 2 vµ tÊm ch¾n c¸ch ®iÖn 5
H×nh 11-1
KÕt cÊu c¸ch ®iÖn cña m¸y
biÕn ¸p tõ 35kV trë xuèng
1. Lâi thÐp
2. ãng c¸ch ®iÖn
3. Cuén d©y 4. G«ng tõ
5. TÊm ch¾n c¸ch ®iÖn
1
2 3
4
5
B
A
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
cÇn cã kÝch th−íc ®ñ lín ®Ó ng¨n c¶n phãng ®iÖn tíi lâi thÐp vµ g«ng tõ.
C¸ch ®iÖn cña cuén d©y cao ¸p ®èi víi cuén d©y h¹ ¸p ®−îc thùc hiÖn t−¬ng tù nh− ®èi
víi lâi thep.
ë c¸c m¸y biÕn ¸p 100kV trë lªn do c−êng ®é tr−êng lín nªn kÕt cÊu c¸ch ®iÖn cµng phøc
t¹p h¬n. H×nh 11-2 cho kÕt cÊu c¸ch ®iÖn chñ yÕu cña m¸y biÕn ¸p 110kV. Trªn tÊt c¶ c¸c
®−êng cã kh¶ n¨ng phãng ®iÖn ®Òu ph¶i ®Æt mµn ch¾n (èng c¸ch ®iÖn, tÊm ch¾n c¸ch ®iÖn ph¼ng
hoÆc vu«ng goc) víi sè l−îng tõ hai trë lªn.
Khi ®Çu cao ¸p lÊy tõ gi÷a cuén d©y trong m¸y biÕn ¸p cã ®iÓm trung tÝnh nèi ®Êt th× kÕt
cÊu c¸ch ®iÖn ®−îc gi¶m nhÑ ®i nhiÒu. §Çu cao ¸p ë gi÷a cuén d©y ®−îc c¸ch xa lâi thÐp vµ
g«ng tõ th× ®−îc nèi víi nhau lµm ®iÓm trung tÝnh cã ®iÖn ¸p thÊp vµ yªu cÇu c¸ch ®iÖn kh«ng
cao. H×nh 11-3 cho c¸ch bè trÝ bªn trong cña m¸y biÕn ¸p ba d©y quÊn 220/110/35kV trong ®ã
cuén d©y 220kV vµ 110kV ®−îc gi¶m ®i mét cÊp nghÜa lµ cña cuén 220kV ®−îc chän theo cÊp
®iÖn ¸p 110kV vµ cuén 110kV ®−îc chän theo 35kV.
Trong hÖ thèng cã ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt vÉn cã mét sè m¸y biÕn ¸p mµ ®iÓm
trung tÝnh ®Æt c¸ch ®iÖn nèi ®Êt. KÕt cÊu c¸ch ®iÖn cña chóng kh«ng cã g× kh¸c so víi lo¹i m¸y
biÕn ¸p cã ®iÓm trung tÝnh ®−îc nèi ®Êt v× ®iÓm trung tÝnh ®· ®−îc b¶o vÖ b»ng chèng sÐt van cã
®iÖn ¸p ®Þnh møc phï hîp víi ®iÖn ¸p ®−îc chän thiÕt kÕ cña ®iÓm trung tÝnh.
C¸ch ®iÖn gi÷a c¸c vßng d©y ®−îc thùc hiÖn b»ng c¸c líp v¶i cßn gi÷a c¸c líp d©y, ®Üa
d©y th× dïng giÊy hoÆc khe hë dÇu cña mµn ch¾n...
§13-2. Qu¸ tr×nh qu¸ ®é trong cuén d©y m¸y biÕn ¸p.
ChiÒu dµi cña cuén d©y m¸y biÕn ¸p cã thÓ tíi vµi km cho nªn khi ®ãng m¸y biÕn ¸p vµo
nguån hoÆc khi cã qu¸ ®iÖn ¸p th× trong cuén d©y sÏ cã qu¸ tr×nh dao ®éng t−¬ng tù nh− qu¸
tr×nh sãng trªn ®−êng d©y. S¬ ®å thay thÕ cña cuén d©y m¸y biÕn ¸p cã phøc t¹p h¬n: trªn h×nh
11-4 ngoµi thµnh phÇn ®iÖn c¶m cña d©y dÉn vµ ®iÖn dung cña nã ®èi víi ®Êt cßn cã thªm hai
thµnh phÇn kh¸c: ®iÖn dung gi÷a c¸c vßng d©y hay ®o¹n d©y gÇn nhau K vµ ®iÖn c¶m t−¬ng hç
()
Mx cña mçi vßng d©y ®èi víi sè vßng d©y
cßn l¹i cña cuén d©y.
Th−êng c¸c sè liÖu vÒ LCK lµ trÞ sè
trung b×nh cña ®¬n vÞ dµi vµ s¬ ®å cuén d©y
®−îc biÓu thÞ d−íi d¹ng s¬ ®å cã tham sè
ph©n bè. Tuy nhiªn sù thay thÕ nµy ch−a thËt
chÝnh x¸c v× sè phÇn tö cña cuén d©y m¸y
biÕn ¸p cã h¹n mµ kh«ng ph¶i v« cïng. TrÞ sè
hç c¶m
()
MxrÊt khã x¸c ®Þnh vµ g©y nhiÒu
khã kh¨n trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n nªn trong
ph¹m vi gi¸o tr×nh nµy kh«ng xÐt ®Õn.
1. Sù ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu däc
theo cuén d©y m¸y biÕn ¸p.
Gi¶ thiÕt lµ cã sãng ®iÖn ¸p vu«ng gãc
víi biªn ®é U0 t¸c dông lªn m¸y biÕn ¸p.
Trong thêi gian ®Çu ( t = 0) ®iÖn c¶m cña cuén d©y kh«ng cho dßng ®iÖn ®i qua nªn trong s¬ ®å
thay thÕ chØ cßn l¹i c¸c thµnh phÇn ®iÖn dung C vµ K.
§èi víi s¬ ®å nµy cã thÓ thµnh lËp ®−îc c¸c ph−¬ng tr×nh sau ®©y:
H×nh 11-4
S¬ ®å thay thÕ cña
cuén d©y biÕn ¸p
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
§iÖn tÝch trªn ®iÖn dung K
dx :
QK
dx dU K dU
dx
==
(11-1)
§iÖn tÝch trªn ®iÖn dung Cd
x
b»ng sè gia cña ®iÖn tÝch Q.
d
Q
CdxU= hay dQ
dx CU= (11-2)
Tõ ®ã rót ra ph−¬ng tr×nh vi ph©n cña ®iÖn ¸p:
dU
dx
CU
2
20−= (11-3)
No scã nghiÖm tæng qu¸t lµ :
U
A
eBe
xx
=
+
−
αα
(11-4)
víi
α
=C
K
H»ng sè A vµ B ®−îc x¸c ®Þnh tõ ®iÒu kiÖn giíi h¹n : ë ®Çu cuén d©y (
x
=
0) ®iÖn
¸p cã trÞ sè b»ng U0 cßn ë cuèi cuén d©y (
x
l
l
=
−
chiÒu dµi cuén d©y) trÞ sè ®iÖn ¸p phô thuéc
vµo ph−¬ng thøc nèi ®Êt cña ®iÓm trung tÝnh: khi ®iÓm trung tÝnh trùc tiÕp nèi ®Êt th× ®iÖn ¸p
trªn nã sÏ b»ng kh«ng; khi ®iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn nèi ®Êt víi ®Êt th× t¹i ®iÓm nµy dßng ®iÖn
ph¶i b»ng kh«ng tøc lµ dU
dx =0.
Tøc lµ ®iÒu kiÖn trªn, x¸c ®Þnh ®−îc quy luËt ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu däc theo cuén d©y
m¸y biÕn ¸p:
Khi ®iÓm trung tÝnh nèi ®Êt:
U
Ue xx
ee U
sh l x
l
sh
e
=
−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟−−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟
⎡
⎣
⎢⎤
⎦
⎥
−=
−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟
−
−
0
1
11 0
1111 11
α
αα
αα
α
(11-5)
Khi ®iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn ®èi víi ®Êt:
UU
exex
ee U
ch l x
l
ch l
=
−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟+−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟
+=
−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟
−
−
0
11
11 0
11111
αα
αα
α
α
Tõ biÓu thøc cña α cã thÓ viÕt ®−îc:
α
ll
C
K
Cl
Kl
C
K
cuonday
cuonday
===
/
Nh− vËy trÞ sè
α
l
®−îc x¸c ®Þnh bëi tû sè cña ®iÖn dung tæng cña cuén d©y ®èi víi ®Êt vµ
®iÖn dung däc cña vßng d©y ®Çu ®èi víi vßng d©y cuèi cña cuén d©y.
Trong tÝnh to¸n chèng sÐt, th−êng gÆp trÞ sè ®iÖn dung ®Çu vµo cña m¸y biÕn ¸p, ®ã lµ trÞ
sè ®iÖn dung ®¼ng trÞ cña cuén d©y ®èi víi ®Êt. TrÞ sè nµy ®−îc x¸c ®Þnh tõ biÓu thøc.
CQ
U
x
=−0
0
thay Q x-0 bëi trÞ sè cña nã ë ph−¬ng tr×nh (11-1) sÏ ®−îc:
Kü thuËt cao ¸p Bé m«n N¨ng l−îng
Tr−êng §¹i häc Kü thuËt C«ng nghiÖp http://www.ebook.edu.vn
C
KdQ
dx
U
K
UUCCK
x
cuonday cuonday
=
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟
===
−0
00
0
..
α
§iÖn dung ®Çu vµo lµ trÞ sè trung b×nh h×nh häc cña ®iÖn dung tæng cña cuén d©y ®èi víi
®Êt vµ ®iÖn dung däc cña vßng d©y ®Çu ®èi víi vßng d©y cuèi cña cuén d©y. Nã phô thuéc vµo
c«ng suÊt vµ ®iÖn ¸p cña m¸y biÕn ¸p vµ biÕn thiªn trong ph¹m vi 10-15 ÷ 5.10-10 F.
C¸c m¸y biÕn ¸p ®−îc chÕ t¹o hiÖn nay ®Òu cã trÞ sè
(
)
α
l>5 vµ (αl)tr.b ≈ 10.
Do ®ã ee
αα
11
>−vµ ®èi víi phÇn lín chiÒu dµi cuén d©y (kho¶ng 80%) nghÜa lµ khi x
l<08,th×
exex
αα
11
1111
−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟>−
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟
−. V× vËy trong ph¹m vi 80% chiÒu dµi cuén d©y tÝnh tõ ®Çu cuén d©y, quy
luËt ph©n bè ®iÖn ¸p cña m¸y biÕn ¸p cã ®iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn gÇn gièng nh− cña m¸y biÕn
¸p cã ®iÓm trung tÝnh nèi ®Êt vµ ®−îc biÓu thÞ b»ng c«ng thøc chung:
UUe Ue
x
x
==
−−
0
11
0
αα
(11-7)
H×nh 11-5 cho sù ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu
trong cuén d©y m¸y biÕn ¸p khi trÞ sè
α
l
=
5Gra
®iÖn cùc ®¹i cña ®iÖn ¸p (øng víi ph©n bè ®iÖn ¸p
ban ®Çu) xuÊt hiÖn ë ®Çu cuén d©y vµ cã trÞ sè:
dU
dx UU
ll
x
⎛
⎝
⎜⎞
⎠
⎟===
max
.
α
α
0
Nh− vËy nã gÊp (αl) lÇn so víi khi ®iÖn ¸p
ph©n bè ®Òu. NÕu m¸y biÕn ¸p cã αl = 10 vµ ®iÖn
¸p t¸c dông lµ U0 = 5Uph ( gÇn b»ng møc ®iÖn ¸p
thÝ nghiÖm xung kÝch cña m¸y biÕn ¸p 220kV) th×
so víi b×nh th−êng ®iÖn ¸p trªn c¸ch ®iÖn däc ë
phÇn ®Çu cuén d©y sÏ lín gÊp 50 lÇn. Bëi lý do ®ã,
c¸ch ®iÖn gi÷a c¸c vßng d©y ë phÇn ®Çu cuén d©y
cÇn ®−îc t¨ng c−êng.
H×nh 11-5
Ph©n bè ®iÖn ¸p ban ®Çu trong
cuén d©y m¸y biÕn ¸p.
a) §iÓm trung tÝnh c¸ch ®iÖn.
b) §iÓm trung tÝnh nèi ®Êt
a
b
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
0
U
U
l
x
L
α
1