24 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 6 MÁY BÙ ĐỒNG BỘ VÀ ĐƯỜNG DÂY DÀI CAO ÁP I. MỤC ĐÍCH: ♦ Nhằm hiểu rõ máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh điện áp như thế nào ♦ Nghiên cứu điện dung phân bố và đường dây dài cao áp II. TÓM TẮT LÝ THUYẾT: Ở thí nghiệm trước, chúng ta đã thấy rằng động cơ đồng bộ khi không tải có thể tiêu thụ hoặc phát ra công suất phản kháng. Thực chất, nó hoạt động như một cuộn cảm ba pha hay như một tụ điện ba pha, tuỳ thuộc vào mức độ kích từ thừa hay thiếu. Một máy điện, mà tính chất của nó có thể dần dần được biến đổi từ một điện cảm thành một điện dung, rất có ích trong việc điều chỉnh điện áp ở đầu và cuối đường dây truyền tải. Khi sử dụng theo cách này, động cơ đồng bộ được xem như máy bù đồng bộ. Do những thiết bò này thường phải cung cấp công suất phản kháng cho hệ thống hơn là tiêu thụ, nên thường được gọi là “máy bù”. Ở thí nghiệm trước, chúng ta đã biết điện áp tại các phụ tải có thể được điều chỉnh như thế nào bằng các tụ bù tónh. Ở đây, chúng ta sẽ hiểu được rằng, làm thế nào máy bù đồng bộ cũng thực hiện được chức năng như vậy nhưng thuận lợi hơn nhiều. Đường dây dài cao áp có điện dung đáng kể cùng với điện cảm của nó. Sơ đồ đơn giản của đường dây này được trình bày trong hình 1. Trong đó, điện dung của đường dây được tập trung ở giữa thay vì rải đều suốt toàn bộ chiều dài dây. Khi đường dây như vậy được cấp điện từ nguồn E S thì điện áp không tải ở điểm cuối sẽ cao hơn nhiều. Hình 1 Theo mạch đơn giản như hình 1, nếu điện áp cấp E S = 300kV, kết quả tính toán cho thấy điện áp E R sẽ vào khoảng 310kV. Điện áp tăng lên ở cuối đường dây có thể vượt quá mức cho phép, và kinh tế hơn nếu nối một cuộn kháng (tải kháng) tại cuối đường dây. Máy bù đồng bộ, với nhiệm vụ này, rõ ràng rất phù hợp vì nó hoạt động như một điện cảm khi máy bù được kích thích thiếu. II. DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM : Bộ nguồn (220/380V 3 pha, 0 – 220/380V 3 pha) EMS 8821 Máy phát/ Động cơ đồng bộ EMS 8241 Bộ tải điện trở EMS 8311 Bộ tải điện dung EMS 8331 Bộ đường dây truyền tải ba pha EMS 8329 25 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n Bộ đo DC (0.5/2.5A) EMS 8412 Bộ đo áp AC (250V/ 500V) EMS 8426 Bộ đo công suất ba pha (300W/300Var) EMS 8446 Các dây kết nối EMS 9128 III. PHẦN THÍ NGHIỆM : 1. Nối động cơ đồng bộ (máy bù) vào cuối đường dây truyền tải ba pha có trở kháng 400Ω. Với dòng kích từ bằng 0, cung cấp nguồn cho đầu đường dây bằng bộ nguồn 3 pha cố đònh 380V. Khi máy bù đã được tăng tốc, đưa hệ thống kích từ vào (xem hình 2). Thay đổi kích từ DC và chú ý ảnh hưởng lên điện áp đường dây truyền tải. Hình 2 Điều chỉnh điện áp Đường dây 400Ω I F P 1 Q 1 E 1 P 2 Q 2 E 2 A W Var V W Var V 0 0.05 0.01 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Bảng 1 2. Ghi giá trò các đại lượng P 1 , Q 1 , E 1 và P 2 , Q 2 , E 2 khi thay đổi dòng kích từ I F từ 0 đến 0.5A vào bảng 1 và sau đó là vẽ đồ thò biểu diễn quan hệ E 2 theo Q 2 vào hình 3. Khi kích từ thay đổi, Q 1 sẽ thay đổi như thế nào? _______________________________________________________________________ _______________________________________________________________________ 26 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 3 3. Lặp lại bước 2 với đường dây có trở kháng 200Ω. Ghi kết quả nhận được vào bảng 2 và vẽ đồ thò biểu diễn E 2 theo Q 2 vào hình 4. Cần lưu ý rằng, điện áp không thể được điều chỉnh trong một khoảng rộng khi tổng trở của đường dây truyền tải thấp. Điều chỉnh điện áp Đường dây 200Ω I F P 1 Q 1 E 1 P 2 Q 2 E 2 A W Var V W Var V 0 0.05 0.01 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 Bảng 2 4. Nối tải trở cân bằng vào cuối đường dây 400Ω và giữ điện áp tại đầu này luôn bằng 380V, khi đó, thay đổi điện trở của tải trở. Ghi các giá trò P 1 , Q 1 , E 1 và P 2 , Q 2 , E 2 vào bảng 3. Khả năng điều chỉnh điện áp của máy bù đồng bộ có bò giới hạn hay không? 27 Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Điện – Điện tử Tài liệu hướng dẫn thí nghiệm h ệ th ố ng đ i ệ n Có Không Trên hình 6, vẽ đồ thò biểu diễn quan hệ giữa công suất thực của tải theo Q của máy bù đồng bộ tại giá trò điện áp cuối đường dây là 380V. 5. Sử dụng hai đường dây truyền tải mắc nối tiếp, mỗi đường dây có trở kháng là 200Ω và mắc thêm một tải dung bằng 4400Ω vào để giả lập như một đường dây dài ba pha (Xem hình 5, sơ đồ mạch cho ở hình 7). Cung cấp nguồn ba pha cố đònh cho đầu đường dây, sau đó đo E S và E R ở hở mạch. E S = _______ V E R = _________ V 6. Mắc một máy bù đồng bộ vào cuối đường dây và quan sát để thấy rằng điện áp ở cuối đường dây có thể được điều chỉnh dễ dàng bằng cách thay đổi kích từ của nó. Xác đònh công suất phản kháng mà máy bù đồng bộ phải nhận để điện áp cuối bằng điện áp đầu đường dây. Q = ________ Var 7. Mắc nối tiếp hai đường dây 400Ω thành một mạch dài bằng hai lần mạch đã tìm hiểu ở bước 5 và một dung kháng bằng 2200Ω (dây đến điểm trung tính). Sử dụng cùng cách mắc, thiết lập như ở bước 5. Sử dụng nguồn ba pha cố đònh nối vào đường dây và tiến hành đo E S và E R hở mạch. E S = _______ V E R = _________ V Sau đó mắc máy bù đồng bộ vào đầu cuối đường dây truyền tải và chú ý rằng điện áp có thể dễ dàng hạ thấp hơn để E S = E R bằng kích thích thiếu. Đo công suất phản kháng E S = E R . Q = ________ Var Hình 4 28 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 5 Điều chỉnh điện áp Đường dây 400Ω và tải trở R/pha I F P 1 Q 1 E 1 P 2 Q 2 E 2 Ω A W Var V W Var V ∞ 4400 2200 1467 1100 880 733 629 Bảng 3 Hình 6 29 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 7 V. CÂU HỎI KIỂM TRA: 1. Hãy giải thích tại sao sử dụng máy bù đồng bộ để điều chỉnh điện áp đường dây truyền tải thì ưu điểm hơn nhiều so với sử dụng tụ bù? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 2. Một động cơ đồng bộ kích thích thừa, cung cấp công suất phản kháng cho đường dây. Hãy giải thích tình trạng này và ý nghóa của từ “kích thích thừa” là như thế nào? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Một động cơ đồng bộ kích thích thiếu, hấp thụ công suất phản kháng của đường dây truyền tải. Hãy giải thích tình trạng này và ý nghóa của từ “kích thích thiếu” là như thế nào? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 3. Một đường dây truyền tải 300kV, 50Hz dài 200 km, có điện kháng là 0.4Ω/pha và dung dẫn ngang là 400 000Ω/pha. Vẽ mạch tương đương của đường dây. Tính dòng điện tại đầu phát của đường dây khi đầu nhận hở mạch. Công suất phản kháng mà đường dây cung cấp cho nguồn là bao nhiêu? ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ . BÀI 6 MÁY BÙ ĐỒNG BỘ VÀ ĐƯỜNG DÂY DÀI CAO ÁP I. MỤC ĐÍCH: ♦ Nhằm hiểu rõ máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh điện áp như thế nào ♦ Nghiên cứu điện dung phân bố và đường dây dài cao áp II. TÓM. của máy bù đồng bộ tại giá trò điện áp cuối đường dây là 380V. 5. Sử dụng hai đường dây truyền tải mắc nối tiếp, mỗi đường dây có trở kháng là 200Ω và mắc thêm một tải dung bằng 4400Ω vào. một máy bù đồng bộ vào cuối đường dây và quan sát để thấy rằng điện áp ở cuối đường dây có thể được điều chỉnh dễ dàng bằng cách thay đổi kích từ của nó. Xác đònh công suất phản kháng mà máy bù