Trong bộ tiêu chuẩn này nêu đầy đủ các quy định về máy biến dòng, từ định nghĩa, các điều kiện vận hành, các thông số kỹ thuật, yêu cầu về thiết kế cũng như các hạng mục thử nghiệm và cá
Trang 1Luận văn Nghiên cứu, hoàn thiện
và làm chủ quy trình kiểm tra cuộn dây thứ
cấp
Trang 2Áp dụng cho việc kiểm tra cuộn dây của máy biến dòng điện trung thế.
3 Tài liệu tham khảo:
- Biến dòng mẫu CT-12 No 63120 (Nhật)
- Biến dòng mẫu ITRN No 968203 (Đức)
- Cầu đo AZT No 235 và 123456 (Nga)
- Tiêu chuẩn: QCVN 18:2007/BKHCN, IEC 61082, IEC 60044-1
- Hướng dãn đo kiểm trên máy đo
- Bản vẽ thiết kế sản phẩm
- Hướng dẫn sấy cuộn dây bằng lò sấy chân không
- Tiêu chuẩn QCVN 18:2007/BKHCN, IEC 61082, IEC 60044-1
- Sổ tay chất lượng sản phẩm
4 Các tiêu chuẩn về máy biến dòng.
Hiện nay trên thế giới có nhiều bộ tiêu chuẩn về thiết bị điện nói chung và máy biến dòng nói riêng Trong đó có thể kể đến bộ tiêu chuẩn của các tổ chức có
uy tín tên thế giới như IEEE (Institute ofElectrical and Electronics Engineers), IEC (International Electrotechnical Commission), ANSI (American National Standards Institute), Ở nước ta cũng có quy định về trang bị điện, thiết bị điện nói chung, còn đối với máy biến dòng chúng ta có tiêu chuẩn TCVN 7691-1:2007 được viết theo nội dung của tiêu chuẩn IEC60044-1:2003
Đây là một bộ tiêu chuẩn áp dụng cho các máy biến dòng chế tạo mới được
sử dụng cùng với các thiết bị đo điện và thiết bị bảo vệ bằng điện có tần số nằm trong dải 15Hz đến 100Hz
Trang 3Trong bộ tiêu chuẩn này nêu đầy đủ các quy định về máy biến dòng, từ định nghĩa, các điều kiện vận hành, các thông số kỹ thuật, yêu cầu về thiết kế cũng như các hạng mục thử nghiệm và các yêu cầu bổ sung đối với các loại biến dòng khác nhau.
Sai số tỷ số là sai số của máy biến dòng gây ra trong phép đo dòng điện và
do tỷ số biến dòng thực tế khác với tỷ số biến dòng danh định Sai số tỷ số, tính bằng phần trăm, được xác định theo công thức:
Sai số góc pha là độ lệch về góc pha giữa vectơ dòng điện sơ cấp và vectơ
dòng điện thứ cấp, chiều của vectơ được chọn sao cho góc lệch bằng 0 đối với máy biến dòng lý tưởng Góc lệch pha được coi là dương nếu vec tơ dòng thứ cấp vượt trước vec tơ dòng sơ cấp Góc lệch pha thường được biểu thị bằng phút hoặc
centiradian (Định nghĩa này chỉ đúng với dòng điện hình sin)
Sai số hỗn hợp là giá trị hiệu dụng của độ lệch giữa giá trị tức thời của
dòng điện sơ cấp và giá trị tức thời của dòng điện thứ cấp nhân với tỷ số biến đổi danh định, ứng với dấu cộng của dòng điện sơ cấp và dòng điện thứ cấp tương ứng với quy ước về ghi nhãn đầu nối Sai số hỗn hợp thường được biểu thị bằng phần trăm giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp theo công thức:
2
0 1
Trang 4• I1 - giá trị hiệu dụng của dòng điện sơ cấp,
• i1 - giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp,
• i2 - giá trị tức thời của dòng điện thứ cấp,
• T - thời gian của một chu kỳ
4.1 Yêu cầu cấp chính xác đối với máy biến dòng đo lường
- Ấn định cấp chính xác đối với máy biến dòng đo lường
Đối với máy biến dòng đo lường, cấp chính xác được ấn định bởi sai số dòng điện lớn nhất cho phép tính bằng phần trăm tại giá trị dòng điện danh định đã quy định đối với cấp chính xác tương ứng
danh định cho dưới đây
± độ lệch pha ứng với phần trăm dòng điện danh định cho dưới đây
0,10,20,51,0
0,10,20,51,0
153090180
8154590
5103060
5103060
0,450,92,75,4
0,240,451,352,7
0,150,30,91,8
0,150,30,91,8
Bảng 4.Error! No text of specified style in document.-1 Bảng giới hạn sai số và
độ lệch pha cho máy biến dòng đo lường
Đối với cấp chính xác 0,2S và 0,5S, sai số dòng điện và độ lệch pha ở tần số danh định không được vượt quá giá trị cho trong bảng dưới đây khi tải thứ cấp
Trang 5nằm trong phạm vi 25% đến 100% tải danh định
trăm dòng điện danh định
± độ lệch pha ứng với phần trăm dòng điện danh định cho dưới đây
0,20,5
0,20,5
0,20,5
3090
1545
1030
1030
1030
0,92,7
0,451,35
0,30,9
0,30,9
0,30,9
Bảng4 Error! No text of specified style in document.-2 Bảng giới hạn sai số và
độ lệch pha cho máy biến dòng đo lường
Tải thứ cấp dùng cho mục đích thử nghiệm cần có hệ số công suất 0,8; đối với tải nhỏ hơn 5VA thì hệ số công suất là 1,0 Trong mọi trường hợp, tải thử nghiệm không được nhỏ hơn 1VA
4.2 Yêu cầu cấp chính xác đối với máy biến dòng bảo vệ
- Hệ số giới hạn độ chính xác tiêu chuẩn
Hệ số giới hạn độ chính xác tiêu chuẩn là:
Cấp chính xác tiêu chuẩn của máy biến dòng bảo vệ là 5P và 10P
* Giới hạn sai số đối với máy biến dòng bảo vệ
Ở tần số danh định với tải danh định nối vào mạch, sai số dòng điện, độ lệch pha
và sai số hỗn hợp không được vượt quá các giá trị cho trong bảng dưới đây:
Trang 6Sai số hỗn hợp ở dòng điện giới hạn cấp Phút Centi
radian5P
Bảng4.Error! No text of specified style in document.-3 Bảng giới hạn sai số cho
máy biến dòng bảo vệ
Tải thứ cấp dùng cho mục đích thử nghiệm cần có hệ số công suất 0,8 hoặc 1,0
4.3 Các yêu cầu về vận hành của máy biến dòng trong hệ thống điện
Máy biến dòng trong hệ thống điện thường được lắp đặt trên cột điện, tại các trạm hoặc trong tủ điện Máy được đấu nối trực tiếp với điện áp trung thế, cao thế qua các đầu nối sơ cấp (đối với các máy biến dòng lắp đặt trong tủ điện hạ thế, thông thường dây cáp từ nguồn đưa vào được lồng xuyên qua cửa sổ máy biến dòng chính là dây sơ cấp), dòng điện có điện áp cao, trị số lớn phía sơ cấp sẽ được chuyển thành dòng tiêu chuẩn để cấp điện cho các mạch đo lường và bảo vệ nối với các đầu ra thứ cấp Vì vậy, các hiện tượng trên đường dây (quá điện áp, quá dòng điện, sóng hài, ) sẽ ảnh hưởng trực tiếp lên máy biến dòng gây tác động không mong muốn lên các thiết bị nối phía sau máy biến dòng Do đó, yêu cầu đối với máy biến dòng khi vận hành trong hệ thống điện là đảm bảo an toàn (không cháy, nổ) và đạt độ chính xác cần thiết của tín hiệu đầu ra thứ cấp, tránh gây sai số khi đo lường (đối với công tơ đo điện) hoặc tác động nhầm (đối với rơle bảo vệ)
Trong các yêu cầu trên thì yêu cầu đạt độ chính xác cần thiết khi vận hành
là yêu cầu quan trọng nhất
4.4 Các yêu cầu về độ chính xác của máy biến dòng dùng cho mục đích bảo vệ trong hệ thống điện
Các thiết bị bảo vệ phải làm việc trong điều kiện sự cố với dòng điện sơ cấp vượt quá nhiều lần so với dòng điện danh định, tuy vậy vẫn phải đảm bảo độ chính xác cần thiết Trị số dòng điện sơ cấp ở đó CT còn đảm bảo được độ chính xác yêu
Trang 7cầu được gọi là dòng điện giới hạn theo độ chính xác Tỷ số dòng điện giới hạn theo độ chính xác Tỷ số dòng điện giới hạn theo độ chính xác và dòng điện danh định gọi là hệ số giới hạn theo độ chính xác.
Với các máy biến dòng dùng cho thiết bị bảo vệ có cấp chính xác 5P và 10P, sai số cho phép về trị số (%) góc pha (phút) và sai số phức hợp εc cho trong bảng 2.3 Tương ứng với điều kiện phụ tải thứ cấp CT bằng 100% phụ tải danh định, hệ số giới hạn tiêu chuẩn theo độ chính xác bằng 5, 10, 15, 20 và 30
Để kiểm tra máy biến dòng khi sai số về dòng điện và góc pha đã được xác định, phụ tải CT phải có cosφ = 0,8 (cảm kháng) Khi phụ tải bé hơn 5VA có thể cho phép cosφ = 1 Khi hệ số giới hạn theo độ chính xác càng lớn, công suất đầu ra của CT càng cao Chẳng hạn phụ tải ở chế độ danh định là 10VA, với hệ số giới hạn theo độ chính xác bằng 30, ở chế độ ngắn mạch công suất đầu ra phía thứ cấp của CT có thể đạt đến 9000VA
Thông số của CT dùng cho đo lường thường được ký hiệu theo phụ tải danh định và cấp chính xác, chẳng hạn 15VA, cấp chính xác 0,5; còn CT dùng cho bảo
vệ được ký hiệu theo phụ tải danh định, cấp chính xác và hệ số giới hạn theo độ chính xác, chẳng hạn 30VA, cấp chính xác 5P10 Trên hình 4.2.4 minh họa bằng
đồ thị cách ký hiệu CT dùng cho bảo vệ theo cấp chính xác
Trang 8F =10% i
F =5% i
I 2* = I / 2 I 2dd
Hình 4.4 Minh họa bằng đồ thị ký hiệu của CT dùng cho bảo vệ
Đối với bảo vệ chống chạm đất và nhiều loại bảo vệ khác, người ta quan tâm đến sức điện động E2 trong cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng trong quan
hệ với dòng điện từ hóa I2 và điểm gập (Knee-point) trên đường cong từ hóa (hình 4.2.5) Điểm gập (E2G, I2G) là điểm đặc trưng trên đường cong từ hóa, tại đó nếu muốn tăng sức từ động của máy biến dòng thứ cấp lên 10% thì phải tăng dòng điện từ hóa lên 50%
Trang 9Hình4.Error! No text of specified style in document.-5 Xác định điểm gập G trên
đường cong từ hóa của máy biến dòng
4.5 Các quan hệ sai số của máy biến dòng
Đồ thị vecto của biến dòng cho ở hình 4.4.5 Dòng điện I2 trùng pha với sức từ động I2w2, còn dòng điện I1 và sức từ động I1w1 trùng pha nhau Điện áp U2 trên tải
do tải R2, X2 tạo nên Sức từ động E2 gồm sụt áp trên tải U2 và sụt áp trong cuộn dây thứ cấp với điện trở r2 và x2 Từ thông Φ0 sinh ra E2, vuông góc 900 với E2 Sức
từ động I0w1 (sức từ động từ hóa) sinh ra từ thôngΦ0
Hình 4.4-6 Đồ thị vecto của máy biến dòng
Trang 10Theo định luật bảo toàn dòng điện, ta có:
Nếu góc δ giữa vecto I1 và I2 bé, có thể coi hiệu số (I1w1 - I2w2) là hình chiếu của
vecto I0w1 trên trục hoành (đoạn thẳng AC) Sai số dòng điện càng lớn khi đoạn thẳng AC lớn
Sai số dòng điện của máy biến dòng có thể viết dưới dạng:
trong đó: α là góc lệch pha giữa E2 và I2; ψ là góc tổn hao trong lõi thép.
Từ các công thức (aa) và (bb) ta nhận thấy rằng, nếu dòng từ hóa càng bé thì sai số trị số dòng và sai số góc giảm Mặt khác, nếu E2 giảm (bằng cách tăng dòng điện
I2, hoặc giảm tổng trở Z2 của máy biến dòng), thì Φ giảm, dẫn đến giảm sai số của máy biến dòng Vì vậy trạng thái làm việc của máy biến dòng là trạng thái ngắn mạch (Z2 tải rất bé) Trong máy biến dòng, nếu mạch từ bị bão hòa (do dòng điện
Trang 11I1 quá lớn) làm dòng từ hóa tăng nên sai số cũng tăng Vì vậy từ cảm ở máy biến dòng thường lấy thấp Trên hình 4.4.7 cho quan hệ giữa từ thẩm, sai số dòng và dòng điện sơ cấp, còn trên hình 4.4.8 cho bù sai số bằng cách thay đổi số vòng dây thứ cấp.
Hình 4.Error! No text of specified style in document.-7 Quan hệ giữa từ thẩm,
sai số và dòng sơ cấp
Trang 12Hình 4.Error! No text of specified style in document.-8 Đồ thị vecto của máy
biến dòng
Ở hình 4.4.8, hai đường gấp khúc 3 là đường giới hạn vùng sai số của biến dòng cấp chính xác 1, còn đường 1 là sai số khi chưa hiệu chỉnh, đường 2 là sai số sau khi hiệu chỉnh w2< w2đm (giảm số vòng dây thứ cấp)
Sai số của biến dòng còn phụ thuộc vào các thông số kết cấu của mạch từ Nếu tăng chiều dài của mạch từ, từ trở của nó sẽ tăng nên phải tăng dòng từ hóa, dẫn đến tăng sai số Nếu tăng tiết diện của mạch từ, từ trở của nó sẽ giảm và giảm sai
số Vì vậy mạch từ của máy biến dòng thường có tiết diện lớn nhưng chiều dài trung bình lại nhỏ
4.6 Các chế độ làm việc của máy biến dòng
- Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, mạch thứ cấp có phụ tải Z2
Tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng:
Trang 131dm
InI
=
Khi n lớn, sai số máy biến dòng tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp
I2 hoặc tải Z2 Thông thường cho mạch bảo vệ, bội số dòng điện của máy biến dòng phải đạt giá trị sao cho sai số của nó đạt dưới 10% và được ký hiệu là n10
Hình 4.Error! No text of specified style in document.-8 Quan hệ giữa n10 và tải
thứ cấp
Nếu dòng điện thứ cấp giảm (Z2 tăng) thì bội số dòng điện giảm
- Chế độ hở mạch thứ cấp của máy biến dòng
Ở chế độ làm việc định mức của máy biến dòng (mạch thứ cấp có tải Z2), dòng điện từ hóa rất bé, dưới 1% dòng định mức I1, biên độ từ cảm trong lõi thép thấp, dòng điện I2 làm nhiệm vụ khử từ, cân bằng với dòng tải I1 Nếu hở mạch thứ cấp (I2 = 0), vai trò khử từ của nó không còn, nên toàn bộ sức từ động I1w1 làm nhiệm
vụ từ hóa lõi thép, làm lõi thép bão hòa lớn, dạng sóng của từ cảm B(w2) có dạng xung vuông, có giá trị lớn vì cuộn dây thứ cấp w2 có số vòng lớn, nên nó sẽ cảm ứng ra điện áp U2 có biên độ rất cao, đến hàng chục kV, nguy hiểm cho các thiết bị
Trang 14thứ cấp và người vận hành ở phía thứ cấp Trên hình 4.4.9 cho quan hệ giữa từ cảm B và sức điện động e2 theo thời gian t của trường hợp này Vì vậy, máy biến dòng không bao giờ được để hở mạch phía thứ cấp, do đó cũng không cần cầu chì bảo vệ phía thứ cấp.
Hình4 Error! No text of specified style in document.-9 Quan hệ giữa từ cảm và
sức điện động
Để chống hiện tượng bão hòa trong mạch từ, người ta còn chế tạo máy biến dòng có khe hở không khí, còn gọi là máy biến dòng tuyến tính Ưu điểm của loại máy biến dòng này là giảm hằng số thời gian điện từ, nhanh chóng giảm từ thông
dư trong mạch từ sau khi xảy ra sự cố
Máy biến dòng với mạch từ có khe hở không khí mạch từ làm giảm điện cảm của mạch từ hóa do đó làm giảm giảm được tiết diện lõi thép mạch từ so với các biến dòng có mạch từ kín
Hiện nay người ta chế tạo loại biến dòng có khe hở bé (thường có 2 khe hở nhỏ với tổng chiều rộng của khe khoảng 0,12mm) và loại có khe hở lớn (nhiều khe
hở với tổng chiều rộng khoảng 7,5-10mm) Máy biến dòng có khe hở để giảm từ thông dư Φr trong mạch từ của biến dòng sau khi dòng điện sự cố đã bị cắt Trong máy biến dòng thông thường với mạch từ khép kín, sau khi cắt dòng điện sơ cấp,
từ thông dư có thể tồn tại rất lâu tùy theo dấu của từ thông khi đóng lại dòng điện
sơ cấp mà mạch từ có thể bão hòa hay không Trong trường hợp từ thông ở nửa chu kỳ đầu sau khi đóng lại, dòng điện cùng dấu với từ thông dư thì mạch từ của
Trang 15biến dòng có thể bị bão hòa ngay lập tức.
Máy biến dòng với khe hở có hể giảm hệ số từ dư Kr xuống còn khoảng 0,1 (thay vì 0,8 đối với biến dòng thông thường) và hằng số thời gian của biến dòng xuống còn 0,1-1s Như vậy kích thước của máy biến dòng sẽ giảm rất đáng kể
Để cải thiện hơn đặc tính làm việc của máy biến dòng trong quá trình quá
độ, người ta còn chế tạo loại máy biến dòng với mạch từ có khe hở lớn Máy biến dòng có khe hở lớn còn được gọi là máy biến dòng tuyến tính
Loại máy biến dòng tuyến tính có tiết diện lõi thép bé hơn nhiều so với loại thông thường Từ thông dư trong lõi thép biến dòng tuyến tính giảm xuống gần giá trị 0
và hằng số thời gian bé hơn 60 ms Nhược điểm chính của loại biến dòng này là truyền thành phần một chiều trong dòng điện sự cố không chính xác và thành phần một chiều có thể duy trì trong dòng điện thứ cấp sau khi đã cắt mạch thứ cấp
Các máy biến dòng có khe hở nên dùng cho các sơ đồ bảo vệ các thành phần trong hệ thống điện có công suất lớn, vì nếu dùng biến dòng thông thường khả năng mạch bão hòa sẽ rất cao làm cho các bảo vệ tác động có thời gian tác động nhầm
Máy biến dòng tuyến tính thường được sử dụng cho bảo vệ so lệch các phần tử có công suất lớn và cho một số sơ đồ bảo vệ so lệch thanh góp
Các máy biến dòng đôi khi còn phân loại theo khả năng đáp ứng đối với quá trình quá độ (Transient Performance) Theo khả năng này máy biến dòng được chia ra các loại:
TPX - bao gồm các loại biến dòng thông thường có mạch từ kín được thiết kế tăng cường hệ số quá độ
TPY - bao gồm các loại biến dòng có khe hở không khí bé
TPZ - bao gồm các loại biến dòng có khe hở không khí lớn hay còn gọi là biến dòng tuyến tính
Thông số và đặc tính Loại biến dòng
Sai số về góc pha θi ±60' ±60' 180' 6s±
Trang 16Bảng4 Error! No text of specified style in document.-10 Thụng số và đặc tớnh
của cỏc loại mỏy biến dũng kiểu TPX, TPY, TPZ
* Kết luận trung gian
Qua việc phõn tớch cỏc quan hệ sai số, cỏc chế độ làm việc và cỏc yờu cầu độ chớnh xỏc của mỏy biến dũng dựng cho mục đớch bảo vệ rơle ở trờn, ta thấy sai số của mỏy biến dũng (bao gồm sai số trị số dũng điện và sai số gúc pha) được tớnh theo cỏc cụng thức sau:
• Ψ là gúc tổn hao trong lừi từ
4.6 Nguyên nhân gây ra sai số với máy biến dòng trung thế.
* Khi thử sai số:
- Nếu sai số lớn thì phải xem quấn bớc 1 và bớc 2 đúng bản vẽ cha, kiểm tra chủng loại TI
