THÍ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỆN - Bài 3 potx

10 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n Họ và tên : ……………………………………… Lớp : ………………………………………………… MSSV : …………………………………………… BÀI 3 A - CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CÔNG SUẤT THỰC VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG I. MỤC ĐÍCH : ♦ Quan sát dòng công suất thực và công suất phản kháng khi điện áp đầu nguồn và đầu tải là khác nhau, và khác góc pha. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM : Bộ nguồn (220/380V 3 pha, 0 – 220/380V 3 pha) EMS 8821 Bộ điện trở EMS 8311 Bộ điện cảm EMS 8321 Bộ đường dây truyền tải 3 pha EMS 8329 Bộ điện dung EMS 8331 Bộ đo AC (250/500V) EMS 8426 Bộ đo công suất ba pha (300W/300Var) (2) EMS 8446 Đồng hồ đo góc pha EMS 8451 Các dây kết nối EMS 9128 III. PHẦN THÍ NGHIỆM : Trong thí nghiệm này, chúng ta kết nối các tải thụ động (tải trở, tải kháng và tải dung) tại đầu tải của đường dây. Mục đích của thí nghiệm là chỉ ra được sự thay đổi góc pha giữa đầu và cuối của đường dây chỉ xảy ra khi có tải thực được phân phối cho hộ tiêu thụ. Bước 1: Dùng một bộ nguồn, lắp thiết bò theo hình 1, chỉnh E 1 =380V và dùng tải trở nối sao 1100Ω mỗi pha, đường dây truyền tải là 200Ω. Đọc và ghi các kết quả vào bảng 1 Hình 1 Tải E 1 (V) P 1 (W) Q 1 (Var) E 2 (V) P 2 (W) Q 2 (W) Góc pha Trở Cảm Dung Bảng 1 Bước 2: Lặp lại bước 1 và dùng tải cảm 1100Ω mỗi pha. Đọc và ghi kết quả vào bảng 1. Bước 3: Lặp lại bước 1 và dùng tải dung 1100Ω mỗi pha. Đọc và ghi kết quả vào bảng 1. Vẽ biểu đồ vectơ, xác đònh dòng điện trong mỗi trường hợp. 11 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n B – ĐƯỜNG DÂY LÀM VIỆC SONG SONG, MÁY BIẾN ÁP VÀ KHẢ NĂNG TẢI I.MỤC ĐÍCH: ♦ Nghiên cứu mối quan hệ giữa công suất thực với đường cong góc pha của đường dây truyền tải. ♦ Dùng máy biến áp tăng khả năng tải của đường dây. ♦ Các đường dây truyền tải song song. II.TÓM TẮT LÝ THUYẾT: Công suất thực do đường dây phát ra phụ thuộc vào điện áp tại đầu và cuối của đường dây truyền tải và góc lệch pha giữa hai điện áp này. Công suất thực P của một đường dây ba pha được tính bằng biểu thức: φ= sin . 21 X EE P Trong đó: P – Tổng công suất nguồn phát cho phụ tải, đơn vò là [W]; E 1 – điện áp đầu đường dây[V]; E 2 – điện áp cuối đường dây[V]; X – điện kháng mỗi pha [Ω]; φ - góc lệch pha giữa E 1 và E 2 . Nếu E 2 trễ pha so với E 1 , φ có giá trò dương. Nếu E 2 sớm pha hơn E 1 , φ có giá trò âm. Để minh hoạ về cách sử dụng biểu thức trên, ta hãy xét ví dụ đơn giản sau. Trên hình 2, đường dây có điện kháng 100Ω, điện áp nguồn là 120kV (điện áp dây), điện áp phụ tải là 150kV (điện áp dây). Tính tổng công suất phát của nguồn, biết điện áp phụ tải trễ pha một góc 30° so với nguồn phát. Hình 2 Hình 3 S R E 1 =120kV E 2 =15 0kV X=100 Ω E 1 =120kV E 2 =150kV 30 ° S R E 1 =120kV E 2 =15 0kV X=10 0 Ω 12 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n Vì điện áp nguồn phát sớm pha hơn so với điện áp phụ tải, góc φ có giá trò dương, do đó: φ= sin 21 X EE P ⇒ MW kVkV P 90)30sin( 100 150 120 =+ × = Nếu điện áp nguồn phát và nguồn thu được giữ không đổi (đây là trường hợp thường gặp trong thực tế), công suất phát ra sẽ phụ thuộc vào góc lệch pha φ. Mối quan hệ giữa công suất P và góc lệch pha φ được cho trên hình 3. Khi góc lệch pha tăng dần lên từ 0, công suất tăng lên và đạt giá trò cực đại tại góc lệch 90°. Khi E 2 trễ pha một góc 30° so với E 1 , công suất sẽ đạt giá trò ½ giá trò công suất cực đại. Từ hình trên chúng ta nhận thấy rằng, nếu góc lệch pha vượt quá 90°, công suất sẽ truyền từ nguồn phát đến nguồn thu nhưng có giá trò giảm dần khi góc lệch tiếp tục tăng lên. Và công suất bằng 0 khi góc lệch pha bằng 180°. Khi góc lệch pha vượt quá 90°, đường dây truyền tải sẽ ở trong tình trạng không ổn đònh và công suất sẽ giảm dần xuống 0 hoặc là nó có thể di chuyển qua một điểm khác (giữa 0 và 90°) trên đường biểu diễn công suất theo góc lệch pha. Vì vậy, công suất ổn đònh và đáng tin cậy chỉ có thể truyền từ nguồn phát đến nguồn thu khi góc lệch pha có giá trò trong khoảng từ 0 đến 90°. Công suất cực đại có thể truyền được là: X EE X EE P 2121 90sin =°= Lưu ý rằng, một góc lệch pha nào đó có thể có giá trò trong khoảng từ 0 đến 360° hay nói cách khác, nó có giá trò trễ pha từ 0 đến 180° và có giá trò sớm pha từ 0 đến 180°. Nếu đường biểu diễn công suất theo góc lệch pha cho tất cả các giá trò có thể có của góc lệch, ta có đường cong như trên hình 4. Nếu góc lệch pha có giá trò từ 0 đến +180°, nguồn phát sẽ phát công suất đến nguồn thu nhưng nếu góc lệch pha có giá trò từ 0 đến -180°, nguồn thu sẽ phát công suất đến nguồn phát. Lưu ý góc lệch pha - 90° chủ yếu chỉ rằng E 2 sớm pha hơn so với E 1 . Vùng ổn đònh là vùng có giá trò nằm trong khoảng -90° đến +90°; đây là vùng duy nhất chúng ta cần quan tâm. 13 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n Hình 4 Trong hầu hết các trường hợp, điện áp nguồn phát và nguồn thu có độ lớn bằng nhau, do đó nếu ta cho E 1 =E 2 =E, trong đó E là điện áp của đường dây truyền tải, ta tìm được công suất cực đại )( 2 max W X E P = Điện áp đường dây truyền tải: Vì công suất cực đại mà dây dẫn phát ra phụ thuộc vào độ lớn điện áp đường dây truyền tải, nên khi truyền tải công suất lớn người ta sử dụng điện áp cao. Do đó, nếu điện áp dây dẫn tăng gấp đôi, công suất cực đại sẽ tăng gấp 4 lần. Điện áp dây dẫn có thể được tăng lên bằng cách sử dụng một máy tăng thế tại đầu phát và một máy hạ thế tại đầu thu. Kết quả là, nhờ sử dụng các máy biến thế tại đầu của đường dây truyền tải, khả năng mang tải của đường dây tăng lên đáng kể. Hình 5 Trong hình 5(a), một nguồn phát và một nguồn thu được nối với nhau bằng một dây dẫn có điện kháng 100Ω. Công suất cực đại có thể truyền đi là: MW kVkV X E P 100 100 100100 2 max = × == Nhưng nếu chúng ta mắc các biến thế vào các đầu sao cho điện áp đường dây truyền tải tăng lên gấp đôi 200kV (hình 5(b) ), công suất cực đại sẽ là: MW kVkV X E P 400 100 200200 2 max = × == Đường dây truyền tải song song: Một cách khác có thể tăng công suất truyền từ nguồn phát đến nguồn thu bằng cách sử dụng các đường dây truyền tải ba pha mắc song song. Hai đường dây truyền tải có thể được treo trên xà ngang của cùng một trụ, hoặc có thể sử dụng hai đường dây hoàn toàn riêng biệt. 14 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n Hình 6 Hai đường dây giống nhau mắc song song có thể truyền công suất gấp đôi một đường dây. Đường cong công suất của một và hai đường dây được trình bày trong hình 7. Nếu cả hai đường dây đều hoạt động và công suất truyền là 0.5P max , góc lệch pha giữa điện áp nguồn phát và nguồn thu là 30°, tương ứng điểm làm việc ổn đònh nhất. Liên kết giữa S và R được xem là chắc chắn. Tuy nhiên, nếu một trong hai đường dây đột nhiên bò ngắt (đứt), công suất phải truyền đi trên đường dây còn lại. Nhưng như chúng ta thấy trong hình 7, tương ứng với điểm 0.5P max , nếu chỉ có một đường dây, góc lệch pha là 90°( là giới hạn chuyển tiếp qua lại giữa vùng ổn đònh và không ổn đònh). Như vậy, đường dây còn lại không thể mang hết tải và nó có thể bò ngắn mạch, trừ khi đường dây còn lại nhanh chóng hoạt động lại. Hình 7 III.DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM: Bộ nguồn (220/380V 3pha) EMS 8821 Máy phát hay động cơ đồng bộ EMS 8241 Bộ đường dây truyền tải 3 pha EMS 8329 Máy biến áp ba pha (2) EMS 8348 Bộ đo AC (500/250V) EMS 8426 Bộ đo công suất ba pha EMS 8446 Bánh đà EMS 8915 Các dây kết nối EMS 9128 IV.PHẦN THÍ NGHIỆM: Bước 1: Nối tiếp đường dây truyền tải 600Ω với đồng hồ đo công suất phản kháng và các đầu nối cố đònh của bộ nguồn trên hình 8. Đo E, P, Q khi hở mạch. E= ______ V; P=_____V; Q= ______Var 15 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n Hình 8 Bước 2: Ngắt nguồn và nối cuộn stator của động cơ đồng bộ vào cuối đường dây truyền tải. Gắn thêm bánh đà trên rotor của động cơ đồng bộ. Bật nguồn và quan sát sự khởi động của động cơ. Thời gian khởi động là bao lâu? T kđ = ________ giây Đo các giá trò E, P, Q. E= ______ V; P=______ W; Q= ______ Var Bước 3: Bây giờ, tại đầu và cuối của đường dây truyền tải điện kháng 600Ω, chúng ta thêm vào 2 máy biến áp nâng và hạ áp như hình 9. Lặp lại thí nghiệm như bước 2. Hình 9 a) Hở mạch dòng điện, đo E, P, Q. E= ______ V; P= _______ W; Q= _______Var b) Khởi động động cơ đồng bộ ba pha. Thời gian khởi động là bao lâu? T kđ = ______ giây Đo các giá trò E, P, Q. E= ______ V; P= _______ W; Q= _______Var So sánh với kết quả trong bước 2. ____________________________________________________________________________ Giải thích tại sao động cơ khởi động nhanh hơn ở bước hai, trong khi điện áp hở mạch E giống nhau. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ V.CÂU HỎI KIỂM TRA: 1. a)Một đường dây truyền tải 3 pha vận hành tại điện áp 300kV, điện kháng là 200Ω/ pha. Tính công suất cực đại mà đường dây cung cấp theo đơn vò MW? ____________________________________________________________________________ 16 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n b)Tính góc lệch pha giữa đầu phát và đầu nhận khi công suất truyền trên đường dây là 100MW? ____________________________________________________________________________ c)Tính công suất truyền trên đường dây ứng với góc lệch pha giữa đầu phát và đầu nhận là 1°, 4°, 16°, 32°? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 2. a)Trong câu hỏi 1, nếu góc lệch pha giữa đầu phát và đầu nhận tăng từ 15° lên 20° thì công suất thực P của đường dây tăng lên bao nhiêu? ____________________________________________________________________________ b) Nếu góc pha tăng từ 75° lên 80° thì lượng công suất thực tăng lên có giống như câu a) Đúng  Sai  c) Nếu điện áp đường dây truyền tải tăng lên 20%, thì khả năng tải của đường dây sẽ tăng lên bao nhiêu lần? ____________________________________________________________________________ 3. a) Hai đường dây truyền tải có điện kháng lần lượt là 100Ω và 200Ω được nối kết song song, điện áp đònh mức của đường dây là 100kV. Hãy tính công suất cực đại mà cả hai đường dây có thể truyền tải? ____________________________________________________________________________ b) Nếu công suất cung cấp của đường dây là 75MW, hãy tính góc lệch pha của điện áp giữa hai đầu đường dây? ____________________________________________________________________________ Nếu đường dây 200Ω đột ngột bò ngắt ra khỏi mạch, hãy tính góc lệch pha mới của điện áp giữa hai đầu đường dây? ____________________________________________________________________________ . khi điện áp đầu nguồn và đầu tải là khác nhau, và khác góc pha. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM : Bộ nguồn (220 /38 0V 3 pha, 0 – 220 /38 0V 3 pha) EMS 8821 Bộ điện trở EMS 831 1 Bộ điện cảm EMS 832 1. Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n Họ và tên : ……………………………………… Lớp : ………………………………………………… MSSV : …………………………………………… BÀI 3 A - CÁC YẾU. Bộ điện cảm EMS 832 1 Bộ đường dây truyền tải 3 pha EMS 832 9 Bộ điện dung EMS 833 1 Bộ đo AC (250/500V) EMS 8426 Bộ đo công suất ba pha (30 0W /30 0Var) (2) EMS 8446 Đồng hồ đo góc pha EMS