Giáo trình Máy biến áp - Chương 6: Quá trình quá độ trong máy biến áp

Đại cương Quá dòng điện trong máy biến áp Quá điện áp trong máy biến áp KHÁI NIỆM CHƯNG Quá triiih quá độ trong mba là quá trình mba chuyển tù' chế độ xác lập nầỵ sang chế độ xác lập khác khi có sự thay đổi một trong các đại lượng xác định chế độ làm việc của mba nhu: tần số, điện áp, phụ tải.. Theo yếu tố dòng điện ngtiòi ta phàn ra: quá dòng điện và quá điện áp. QÚA DÒNG ĐIỆN Xét quá dòng điện xảy ra trong hai trường họp: Đóng mba vào lúối klú không tải. Ngán mạch đột nhiên. 6.2.1. Đóng mba vào lưóỉ khỉ không tài. Ta thấy : Lúc làm việc bình Thường dòng điện không tải : Io < 10 % Idm . Lúc đóng mba vào lưới điện : Io » Iđm . Vì sao ?. Giả thử điện áp đặt vào day quấn sơ cap (hình 6.1) lúc đóng K là: =UJmsin(0t-To). Tq: là góc pha của điện áp lúc đóng mba vào lưới. Phương trình can bằng diện áp của day quấn sơ là: (6.1) Hình 6.1 Sơ đồ dóng mbci vào lưới diện lúc không tải Ta thấy quan hệ ộ = f(i0) là quan hệ phì tuyến. Để tính toán đơn giảỉẸ ta gì ả thiết 0 tỉ lệ vơi i0, nghía là : 1O =——. L-1 Với Lp hệ sổ tự cảm cua day quan sơ. Viết lai phương trình (6.1), ta có: L^-sin(rot + %) = d-<|) + —. Wj Ll dt Giải phương trình trên, ta có nghiệm là: ộ = ộ' + ộ". Thành phần xác lặp của tử thông: ộ' = ộmsin(tt>t - 'Po - -ĩ ). = - ộnlcos(tũt + %). Vói : ộm L,Ulm +(aL1)2 Thành phần từ thông tợ do: Xác định hằng số c vói điền kiện t = 0 trong lôi thép có tử thòng dư ±ộdư, nên: ộ I (=0 = (ộ' + ộ") I PO = - Ộ^COSỸO + c = ± ộdu . => C’= <Ị»mcos% ± tị)du . -h-t Vậy : ộ" = (<|)mcos% + ộd„) e L‘ . Ta có, san khi gìảì phương trinh : -pt ộ = - mcos(K)t - To) - (ộ^os^o ± ộdlI) e Ll . Tử phương trinh trên ta thay : Đỉều kiện thuận iọi nhất khỉ đổng ỉììbiì vào lưới điện hì : 'pQ = -3- tức điện áp 11 £ = UIm và từ Thòng ộdư = 0, lúc đó: ộ = - ộtucos(ot + YF ì ộmsìncoĩ . tức là xác Lập ngay khi đóng inba vào lưới, không xảy ra quá trình quá độ. Điêu kiện bất ỈỌJ nhất khi đóng ỉììbiì vào hfoi điện hì ĩ 5P0 — 0 tức điện áp 11 £ — 0 và tử thông ộdư > 0, Lúc đó: ộ = ■ ộmcos<ot + (ộm - ộd„) Khi Cừt = 7t thì ử = ộmax vì r « coLp _JLt 'Rr- Nên : e L' = e raL' » 1. Tử thông lúc nay : ộtrnx * 2ộm - ộdư Vậy, từ thông ộmax > 2ộm lúc làm việc bình thường, nên lúc nầy lòi thép in.b.a rat bảo hỏa và dòng tử hóa Io trong quá ưình quá độ sè rắt lơn, cờ 100 lần dòng Io Hình ó.2 Sự biến thiên từ thông 4>(t} lúc dóng mạch bót lợi nhát VỈ DỤ 1 ĩ Lúc bỉnh thưòng : Io = 5%Iđm . Lúc qtrình qua độ : Io = 5Iđm . Mba bị cắt khỏi lưóì khi đóng không tả ì. 6.2.2. Qud dòng diện khi ngắn mạch o đây chí xet qua trình qua độ ni 111 c bãt đâu xáy ra ngăn mạch đên khi thành lập ché độ ngắn mạch xác lập. Tính dòng điên Ia ờ qúa trình qúa độ. Hình 6.3 So đồ lúc mba bị ngăn mạch Vĩểt phương trình cân băng điên áp : 11! = VLQJsint cot - Ị = ruiu 4- L. D . dt Trong đó là góc pha của điên áp Lúc niba xảy ra ngán mạch. Giải phương trình trên vđi điêu kiện ban đầu t = o thì iD = Cb ta được In = i' + ĩ” ——t = - a/21^ cost tot - TJr ) - <21^ ccaTne L" VÓL : I = , 1 . 11 I 5 z._ 7 yin - (©Ln )- bJgan mạch xảy ra bắt lội nhầt khi Tn = o, VÓL rD « ũ>Ln . ĩ = -\ 2Ifl cosor + V2 In e L- Dòng đạt giá trị cực đạĩ khi cot = TC, lúc đó : (1 + e ”L" ■> = vTi„K^ càng Lđn. Trong đó, K^g phụ thuộc vào dung lượng mba, mba càng Lđn thi Thường = 1.2 1. s. ví DỤ 2. Mba công suất lOOOkVA, un % = 6.5, um % = 1.5, um % = 6.32. ĩĩi; Kxg=l + e aL- = l+e u“ =1.475 Dỏng điện xung bằng : iX2 = V2IaKx_ = 72-^-4.475 = 22.7nghía là ixg = 22.7Iđni. un% Hại mba: Dây quấn nóng và bị cháy cách điện. Gây lực cơ học phá két cấu dây quan. Bảo vệ: Dùng relais tác động nhanh cat chồ sự co ra khỏi niba. Mba bị nin các vòng dây bên trong, người ta thường dùng relais hơi, relaìs so lệch đê bảo vệ cầt mba ra khỏi lưới. 9 + QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG M.B.A 6.3.1. Nguyên nhân gây quá điện áp : Hình 6.4 Sóng quá điện áp Hinh 6.5 Sóng quá điện áp trước và sau chỏng sét Khi mba làm việc trong lưổi điện thưởng chịu những điện áp xung kích, còn goi là quá điện áp, có trị so gap nhiều lần trị so điện áp định mức. Nguyên nhàn gảy quả điện áp : Thao tác đóng cat đương day hoặc các may điện* Ngan mạch chạm đất kèm theo hả quang. Sét đánh vào dường day tải điện trên không và sóng sét truyền đến mba. Đây là sóng nguy hiểm nhất đói vói mba, vì có tri số hàng triệu vôn*Từ sóng quá điện áp, ta thấy : a* Từ nơi xuất hiện lan truyền vê hai phía vói tốc độ gan bằng c* b. Dạng xung không chu kỳ vói dan sóng rắt dốc, còn đuôi bằng phang hơn* c* Thòi gian tang từ 0 4- Um khoảng qs (hình 6*1)* Để giảm biên độ Um0 cua sóng quá điện áp ta dùng bộ chống sét phóng điên p (hình 6*2), đế dan điện tích cua sóng xung kích xuống đất* Ta thầy Um0 là biên độ trước chong sét rat lỏn* Sau tác động cua bộ chong sét, điện áp cua sóng xung kích giảm đì nhiều Um. Biên độ sau bộ chóng sét Um nhỏ hơn trị số thử độ bển cách điện cua mba. 6.3.2. Mgch điện thay thế và phương trình vi phân Tần số sóng quá điện áp (xung kích) là : f. = = — = 1 £ = 2,OS.1O5 Hz 271 Tx 4td 4.1.2.10-6 Thành lập sơ đồ Thay Thế : Gọi : C'd là điện dung giữa các phan tu cua dây quan vói nhau. C'q là điên dung giữa các phan Tu của day quấn vói đat. Khi quá điện áp dung kháng xc « r, XL nên bỏ qua r, XL vì tx rat lớn. a XXXJ ỈXXXXXX? LXXXXXXXXXaXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX của quá Hình 6.6 Sơ dồ thay thế dây quán mba khi có diện áp Ta thấy điện dung có thòng sổ rãi gổ 111 11 vòng dây: Điện dung dọc toàn phẩn : Cd = — — —— . 2>/Cd n Điện dung ngang toàn phẩn : Cq Khi lấy độ dải của dq là một đơn vụ đỏi với một nguyên tò nhỏ cua dq có độ dải dx có thế tìm dược diện dung ngang CQdx vả tham sổ vi phản ngang Kdx. trong đó K=l/Cd . Đổi với điện tích ngang ồ nguyên tổ Kdx : Qx = d11 x {6.1) Kdx Điện ầp trên điện dung : (6.2) Thay (6.1) vào {6.2), ta có : d2Us Gi ái pt trên ta được nghiệm dạng: với ơ là nghiệm cua pt đặc tiling : ux =Dieax +D2e-ax Dủng điêu kiện biên vói dây quấn nôi đất : 1. ux =D1e0ls+D2e_as =UIU kill X =1 2. ux =D1eax +D2e”:7ỵ =0 kill X = ũ Ta tìm được : ux shax m shơ. (6.3) Trường hộp dây quẩn không nổi đất, ta cùng có : (6.4) chơx m cha 6.3.3. Sự phân bó điện áp ban dảu dọc dây quán: Vè các quail hệ (6.3) và (6.4), ta được sự phân bá điện áp ban đầu : (a) Hĩnh 6.6 Sự phân bố diện áp ban đàu dọc dây quán. dị. Khỉ nổi đát. b/. Khi không nối dát. Ta thảy : ữ = 0 sự phân bố điện áp ban đẩu dọc theo dây quẩn đều : UK = xUm. ữ càng lớn sự phân bá điện áp ban đàu dọc theo dây quẩn không đều, mà tạp tiling chủ yếu vào đầu dây quấn. ữ > 5 sự phân bố điện áp không phụ thuộc vào sự nổi đất hay không. Vì rang giản đồ tliay thể mba gồm r, L, c hình thành, nén một loạt nhung mạch vòng dao động và qtqđ từ điện áp ban đầu đến điện áp cuối cùng ổ mồi điểm của dày quan đều mang đạc tính dao động. Do tổn hao tiên điện trổ các dao đỏng sẽ tắt dàn. Biên độ dao động và quá điện áp xuất hiện khi đó tảng lẻn vối sự táng về độ khác nhau giũa phân bố điện áp đầu và cuoi. Đe giảm nguy hiếm do dao động đổ cần giảm ữ đến mức có thể. Giảm ơ. sẽ táng kích thiíóc mba nhũ vậy sê tảng giầ thành, nghía là không thục hiện được. Bảo vệ mba khỏi quá điện áp : Táng cưởng cách điện ổ đẩu và cuối dầy quẩn. Tạo ra điện dung mản chắn tình điện, dưổi dạng những vỏng kim loại hổ có bọc cách điện.