chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA

chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBAchế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA chế độ làm việc ở tải đối xứng của MBA

2.9 Chế độ làm việc tải đối xứng máy biến áp 2.9.1 Giản đồ lượng máy biến áp Trong trình truyền lượng qua máy biến áp phần công suất tác dụng công suất phản kháng bị tiêu hao máy Ta xét cân chúng từ mạch điện thay máy biến áp Gọi P1 = U1I1cosϕ1 công suất đưa vào pha máy biến áp Một phần công suất bị tiêu hao điện trở dây quấn sơ cấp lõi thép: pcu1 = r1I12 ; pFe = rmI02 Phần lại công suất điện từ truyền qua phía thứ cấp Ta có: Pđt = P1 - pcu1 - pFe = E2/ I2/cosϕ2 Công suất đầu P2 MBA nhỏ công suất điện từ lượng tổn hao điện trở dây quấn thứ cấp: pcu2 = I22r2 P2 = Pđt − pcu2 = U2I2 cos φ Tương tự: ta có công suất phản kháng đầu vào: Q1 = U1I1 sin φ1 Q1 tiêu hao phần để tạo từ trường tản dây quấn sơ cấp: q1 = x1I12 từ trường lõi thép qm = x mI0 lại đưa sang phía thứ cấp: Q đt = Q1 − q1 − qm = E 2/ I2/ sin φ Hình 2.38 Giản đồ lượng mba Công suất phản kháng đầu bằng: Q = Q đt − q1 − qm = U2I2 sin φ Với q2 = x 2I22 công suất để tạo từ trường tản dây quấn thứ cấp Khi tải có tính chất điện cảm ( ϕ2 > 0), Q2 > lúc Q1 > công suất phản kháng Q truyền từ phía sơ cấp sang thứ cấp Khi tải có tính chất điện dung ( ϕ2 < 0), Q2 < công phản kháng truyền theo chiều ngược lại từ phía thứ cấp sang phía sơ cấp Q1 < 0, toàn công suất phản kháng Q từ phía thứ cấp sơ cấp dùng để từ hóa mba Q1 > Sự cân công suất tác dụng công suất phản kháng biểu thị hình 2.38 2.9.2 Độ thay đổi điện áp máy biến áp cách điều chỉnh điện áp: a Độ thay đổi điện áp máy biến áp: Khi máy biến áp làm việc, điện áp đầu U2 thay đổi theo trị số tính chất điện cảm điện dung dòng tải I2 , có điện áp rơi dây quấn sơ cấp thứ cấp Hiệu số hiệu số trị số điện áp thứ cấp lúc không tải U20 lúc có tải U2 điều kiện U1ñm không thay đổi gọi độ thay đổi điện áp ΔU máy biến áp Trong đơn vị tương đối ta có: 48 ΔU = / U20 − U2 U20 − U2/ U1đm − U2/ = = = − U2/ * / U20 U20 U1đm Để xác định ΔU phương pháp hình học, cạnh tam giác điện kháng nhỏ so với U1, U2 nên phương pháp không xác Người ta thường sử dụng phương pháp giải tích: Giả sử mba làm việc tải với hệ số tải β = I I hệ số công suất cos ϕ biết trước 2đđ đồ thị vectơ (Hình 3.39) Khi cạnh tam giác điện kháng ABC có trị số: BC* = I2/ rn I/ r I/ = 2đm n / = Unr *β U1đm U1đm I2đm AB * = I2/ x n I2/ đm x n I2/ = = Unx *β U1đm U1đm I2/ đm Hạ đường vuông góc AP xuống U2/ gọi AP = n, CP = m ta có: U2/ * = − n2 − m ≈ − ΔU* = − U2/ * = n2 − m ; Do đó: n2 +m Theo (hình 3.39): m = Ca + aP = β(Unr* cosϕ2 + Unx*sinϕ2) n = Ab – bP = β(Unx* cosϕ2 - Unr* sinϕ2) Suy ra: Hình 3.39 Xác định ∆U máy biến áp ΔU* ≈ β( Unr* cosϕ2 + Unx*sinϕ2) + β ( Unr* cosϕ2 - Unx*sinϕ2)2 ≈ β(Unr* cosϕ2 + Unx*sinϕ2) (2-10) Muốn biểu thị ΔU theo phần trăm Δ U1ñm ta nhân vế (2-10) với 100 Vì ΔU* = ΔU% ; 100 Unr * = Unr % U % ; Unx * = nx 100 100 Biểu thức (2-10) viết dướí dạng khác: ΔU% = β(Unr% cos ϕ + Unx% sin ϕ ) (2 – 25) Trong đó: Unr%, Unx% biết cấu tạo mba nên ΔU% phụ thuộc vào hệ số tải tính chất cuả tải ΔU = f(β) cos ϕ = C te ΔU = f( cos ϕ ) β = C te Quan hệ ΔU = f(β) cos ϕ = C te Ta thấy độ sụt áp phụ thuộc vào tính chất tải b Cách điều chỉnh điện áp: 49 Để giữ cho địện áp U2 không đổi mba làm việc với tải khác phải điều chỉnh điện áp cách thay đổi số vòng dây, tức thay đổi tỉ số biến đổi k = W1 Muốn vậy, W2 cuối dây quấn CA người ta đưa số đầu dây ứng với vòng dây khác (H2.40) Hình 2.40 Các kiểu điều chỉnh điện áp Trong thực tế người ta dùng cách để điều chỉnh điện áp: a Biến áp với thay đổi số vòng dây trạng thái ngắt mạch b Biến áp với điều chỉnh điện áp có tải: chủ yếu sản xuất Nga thường tính toán để điều chỉnh điện áp phạm vi 10% qua 1% 2.9.3 Hiệu suất máy biến áp: Hiệu suất η máy biến áp tỉ số công suất đấu P2 công suất đầu vào P1 : η= ∑p = p cu1 P2 P1 − ∑ p ∑p = = 1− P1 P1 P1 +pcu2 + pFe = pcu + pFe : Tổng tổn hao máy biến áp η% = (1 − ∑ p )100 = (1 − P1 pcu + pFe )100 P2 + pcu + pFe - Khi thiết kế mba tính toán tổn hao xác định hiệu suất η tính toán - Lúc vận hành hiệụ suất η mba làm việc tải có I2 coϕ2 cho biết tính gián tiếp Ở tải ứng với I2, cosφ2 ta có công suất đầu P2 = U2I2cosϕ2 : Đặt: β = I2 I2đm hệ số tải, coi U2đm ≈ U2 Vì U2đm ≈ U0 , nên Sđm = U20I2đm ≈ U2I2đm Do đó: P2 ≈ βSđmcoϕ2 Việc xác định pcu pFe có tính chất giả định: 50 + Tổn hao sắt từ pFe không phụ thuộc vào tải tổn hao không tải P (pFe = P0 ) thực tế U1 = const tải thay đổi, từ thông Φ lõi thép thay đổi + Tổn hao đồng phụ thuộc I2 p cu2 = rnI22 Tổn hao biểu thị theo tổn hao ngắn mạch pn = rnI2 đm sau; p cu = rnI22 = rnI22đm ( I2 I2đm ) = β 2Pn Như công thức viết sau: η% = (1 − P0 + β 2pn )100 βS đm cos φ + P0 + β 2pn (2-26) Nếu cosϕ2 = const η phụ thuộc vào β, η = f(β) có trị số cực đại tải ứng với điều kiện: dη = Sau tính dβ Hình 2.33 Đường đặc tính hiệu suất toán ta β = P0 / pn hay P0 = β pn Ví dụ Cho máy biến áp ba pha có số liệu sau đây: Sđm = 5600 kVA; U1/U2 = 35000/6600 V; I1/I2 = 92,5/490 A; P0 = 18,5 kW; i0 = 4,5%; un = 7,5%; Pn = 57 kW; f = 50 Hz; Y/∆-11 Hãy tính: a Độ thay đổi điện áp ∆u tải định mức với cosϕ2 = 0,8 b Hiệu suất tải định mức c Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại Giải a Độ thay đổi điện áp ∆U: Trong ví dụ trước ta đ tính được: Unr%= 1,01 Unx%= 7,45 Nên xét tải có tính chất điện cảm ta có: ΔU% = β(Unr% cos ϕ + Unx% sin ϕ ) ΔU% = (1,01x0,8 + 7,45x0,6) = 5,3 Khi xét tải có tính chất điện dung: sinϕ2 = - 0,6 ΔU% = β(Unr% cos ϕ + Unx% sin ϕ ) ΔU% = (1,01x0,8 - 7,45x0,6) = 3,66 b Hiệu suất máy biến áp tải định mức : 51 η% = (1 − = (1 − P0 + β 2pn )100 βS đm cos φ + P0 + β 2pn 18,5 + 12.57 )100 = 98,34 12.5600.0,8 + 18,5 + 12.57 c Hệ số tải ứng với hiệu suất cực đại máy biến áp: β= P0 18,5 = = 0,57 pn 57 2.9.4 Máy biến áp làm việc song song: Ở trạm biến áp tăng giảm áp thường đặt 2, hay nhiều máy biến áp làm việc song song (hình 2.34) phụ thuộc vào công suất trạm nhằm bảo đảm: - Dự trù cung cấp lượng cho nơi tiêu thụ trường hợp cố cần thiết sửa chữa máy biến áp - Giảm tổn thất lượng thời kì tải nhỏ trạm cắt số máy biến áp làm việc song song Hình 2.34 Các máy biến áp làm việc song song a Máy biến áp pha b Máy biến áp pha Những máy biến áp làm việc song song điều kiện có lợi thỏa mãn điều kiện sau : - Cùng tổ nối dây - Điện áp định mức sơ cấp thứ ấp hệ số MBA k nhau: U1I = U1II = = U1n U2I = U2II = = U1n kI = kII = = kn - Điện áp ngắn mạch : UnI = UnII = = Unn Trong thực tế có điều kiện phải tuân thủ cách tuyệt đối Các điều kiện 2, thực với mức độ sai khác định qui định giới hạn cho phép Điều kiện tổ nối dây: Giả sử MBA làm việc // với tổ nối dây Y/∆ - 11 Y/Y - 12 có điện áp định mức sơ thứ cấp giống Khi S.đ.đ thứ cấp E2 pha tương ứng MBA trị số chúng lệch pha 30o 52 Hình 2-35 Sơ đồ điện áp dòng điện máy biến áp có tổ nối dây khác làm việc song song Trong mạch nối liền dây quấn thứ MBA xuất s.đ.đ: ∆E = 2E2sin150 = 0,518E2 Kết không tải cuộn sơ thứ máy biến áp có dòng điện cân bằng: ΔE znI + znII 0,518 = = 5,18 0,05 + 0,05 Icb = Thí dụ: znI* = znII* = 0,05, thì: Icb* Trị số dòng điện gấp năm lần dòng điện định mức làm hỏng máy biến áp Vì qui định máy biến áp làm việc song song bắt buộc phải có tổ nối dây Điều kiện hệ số biến áp Giả sử máy biến áp pha làm việc song song thỏa mãn điều kiện điều kiện 3, ví dụ kI < kII xem điện áp lưới điện áp định mức MBA làm việc song song : U1 = U1đmI = U1đmII Hình song songưởng xấu đến việc lợI‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚ ‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚‚ ‚‚‚‚‚‚‚2.472.4762.2.22 song songưởng xấu đến việc lợIFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF 53 FFFFFFFF2.36 Đồ thị véctơ phân bố phụ tải mba làm việc song song b Khi có K khác Khi đó: U2I = − U1 U > U2II = kI k II − Thêm vào véc tơ U2I = OA ; U2II = OA trùng pha với tổ nối dây điều − kiện (h2-36a) Dưới tác dụng hiệu điện áp U2I − U2II = Δ U = OD MBA xuất Icb, phân bố tức thời máy biến áp vẽ h2-36 mũi tên Chúng ta thấy Icb MBA vào chế độ ngắn mạch dòng điện chạy dây quấn MBA theo chiều ngược h2-36b I cb biểu diễn véc tơ Icb2 = -Icb1 Nếu gọi znI znII tổng trở ngắn mạch MBA : Icb = ΔU znI + znII 1 k − kI − ) U1 II k I k II kI = = znI + znII znI + znII U1( Để biến đổi công thức ta thay k I.kII = k2 U1/k = U1đm k tỉ số biến đổi trung bình MBA U2đm trị số trung bình điện áp định mức thứ cấp UnrI% = UnrII% UnxI % = UnxII% (theo điều kiện 3) nên: U1 k II − k I k − kI U2đm II 100 k k Icb = k = znII2đmI z I znI + znII 100 + nII 2đmII 100 I2 đmI I2đmII = = znII2đmI U2đm Δk 100 znIII2 đmII 100 + I2đmI U2 đm I2đmII Δk UnI % UnII % + I2 đmI I2đmII Trong đó: Δk = k II − k I 100 k hiệu số tỉ số biến đổi tính theo phần trăm so với trị số trung bình I2đmI I2đmII trị số trị số dòng định mức MBA thường dòng điện Icb biểu diễn theo phần trăm so với dòng điện định mức MBA Thí dụ so với I2đmI MBA1 Khi : IcbI Δk.100 Δk.100 = I S I2 đmI UnI % + UnII % 2đmI 100 UnI % + UnII % đmI I2đmII S đmII S 100 100 100 Thí dụ : Cho ∆k= 1%, UnI% = UnII% = 5,5 đmI = = = S đmII 100 320 ∞ Icb % = 100 = Khi IcbI = 9,1%; 14%; 18,3% 54 Nếu công suất định mức MA nghĩa SđmI = SđmII UnI% = UnII % (điều kiện 3) có znI = znII Trong trường hợp tam giác ngắn mạch A1B1C A2B2C độ lớn đoạn A1A2 chia làm phần C Như trường hợp IcbI làm giảm thấp điện áp U2I tới điện áp chung góp điện áp thứ cấp Còn IcbII làm tăng điện áp U2II tới điện áp U20 = OC Đó vai trò Icb trường hợp Nếu công suất MBA khác thí dụ S đmI< SđmII UnI% = UnII% điện trở rn xn tỉ lệ ngược với công suất nghĩa : r nI > rnII xnI > xnII Tương ứng với điều A1B1C h236a lớn A2B2C đồng dạng với Vì điểm C chuyển động theo A1A2 xuống phía Tới giới hạn SđmII >> SđmI điểm C trùng với điểm A2 tam giác A1B1C trùng với vị trí tam giác A1BA2 Trong trường hợp U20 = U2II = OA2 Khi có tải, MBA xuất dòng tải I tI ItII Dòng cân cộng vào dòng tải làm cho hệ số tải lẽ trở thành khác làm ảnh hưởng xấu đến việc lợi dụng công suất MBA h2-36b Theo roct 404-41 MBA làm việc // trường hợp chung cho phép sai khác hệ số biến áp k ≤ 0,5% Đối với MBA có k < biến áp tự dùng trạm BA k ≤ 1% Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch phần trăm nhau: UnI% = UnII% = … = Unn% Hình 2-37 Mạch điện thay máy biến áp làm việc song song Xét làm việc // MBA có điện áp ngắn mạch UnI% , UnII% , UnIII% Nếu bỏ qua dòng điện từ hóa mạch điện thay h2-37 Điện áp rơi: / / / Δ U = U1 − U2 = U20 − U2 Ở tất MBA giống : ∆ U = z.I Trong I dòng điện tải chung z= = 1 + + znI z nII znIII Do dòng điện tải MBA : 55 n ∑z i=1 ni ∆U II = = znI I ∆U III = = znII n znI ∑ zi i=1 I n znII ∑ zi i=1 ∆U IIII = = znIII I n znIII ∑ zi i=1 Nhưng trường hợp bình thường dịch chuyển pha không lớn nên dòng điện tải xem trùng pha, coi tổng dòng điện I1, I2, I3, tổng đại số nghĩa : II = II + III + IIII Kết luận có tính chất chung áp dụng cho số MBA Do tổng số học công suất toàn MBA công suất toàn tải : SI = SI + SII + SIII Ta có znI* = Vì Un* = Un zI z = n ñm = n = zn* Uñm znñmIñm znñm Ta thu được: znI = zn* Vì Un % = znIIñm Uñm Uñm UnI % Uñm = Iñm 100 Iñm Un 100 = 100 Un* = 100.zn* Uñm Tương tự ta có znII, znIII Thế zn vào biểu thức (2) thay dòng điện công suất toàn tỉ lệ với cách nhân (2) với đại lượng m.Uđm ta có : m.UñmI UnI % Uñm m 100.Iñm ∑ 100 Iñm m Uni %.Uñm S S SñmI SI = = n n UnI % S S U % ∑ ñmi ∑ ñmi nI SñmI i=1 Uni % i=1 Uni % m.UñmII = Tương tự ta có S SñmII UnII % S S U % ∑ ñmi ∑ ñmi nII SñmII i=1 Uni % i=1 Uni % S S SñmIII SIII = = n UnIII % n Sñmi Sñmi UnIII % ∑ ∑ SñmIII i=1 Uni % i=1 Uni % SII = S = n n (2 – 28) Thí dụ 1: Cho MBA dầu pha có công suất 100KVA, với U nI% = 3,5 , UnII% = , UnIII% = 5,5 Công suất tổng S = 300KVA Tính tải máy Giải: Theo công thức (3) ta có : S đmi 100 100 100 = + + = 71,8 3,5 5,5 ni % ∑U 56 Do : 300 100 x = 119,5kVA 71,8 3,5 300 100 SII = x = 104,5kVA 71,8 300 100 SIII = x = 76kVA 71,8 5,5 SI = Nghĩa máy biến áp thứ tải 19,5%, máy hụt tải 24% Giảm phụ tải bên 16,2%, ta phân phối phụ tải lại máy biến áp: S I = 100kVA, SII = 87,5kVA, SIII = 63,66kVA Trong trường hợp máy biến áp làm việc phụ tải định mức, máy hụt tải Điều kiện làm việc song song không xem ý Vì roct 401-41 qui định máy biến áp dùng vào làm việc song song có điện áp U n lệch so với trị số trung bình số học tất máy biến áp không 10% tỉ số công suất lớn công suất nhỏ không vượt 3:1 Thí dụ 2: Cho ba máy biến áp pha có tổ nối dây quấn tỉ số biến đổi với số liệu: S đm I = 180kVA, SđmII = 240kVA, SđmIII = 320kVA; unI % = 5,4 , unII% = , unIII% = 6,6 Hãy xác định tải m.b.a tải chung m.b.a tổng công xuất định mức chúng: S = 180 + 240 + 320 = 740 kVA tính xem tải tổng tối đa để không m.b.a bị tải bao nhiêu? Giải Ta có: S đmi 180 240 320 = + + = 121,8 % , , , ni ∑U Theo biểu thức: 740 180 x = 202,5kVA 121,8 5,4 740 240 SII = x = 243kVA 121,8 740 320 SIII = x = 294,5kVA 121,8 6,6 SI = 57 Ta thấy m.b.a I có Un% nhỏ bị tải nhiều m.b.a III có Un% lớn bị hụt tải Tải tổng tối đa để không m.b.a bị tải ứng với β =1 Lúc ta có: β= SI = S đmI S n S UnI %∑ đmi i =1 Uni % S =1 5,4 x121,8 =1 hay là: S = 657,72kVA Rõ ràng phần công suất đặt m.b.a không lợi dụng : 740 - 658 =82kVA Câu hỏi Xét mặt kết cấu dây quấn, muốn giảm ∆U máy biến áp phải làm ? Sự liên quan thí nghim không tải ngắn mạch máy biến áp đến việc xác định ∆u η ? Nếu xét thật chặt chẽ tổn hao lõi thép ∆ pFe có tải khác với tổn hao không tải P0 ? Tính chất tải ứng với ∆ pFe > P0 v ∆ pFe < P0 Cho hai máy biến áp nối Y/Y-12 Y/Y-6 có tỉ số biến đổi k điện áp ngắn mạch u n Muốn cho chúng làm việc song song với phải làm ? Cũng với điều kiện hai máy biến áp có tổ nối dây Y/∆-11 v Y/∆-3 ? Bài tập Cho ba máy biến áp làm việc song song với số liệu: Máy Sđm (Kva) U1đm (kV) U2đm (kV) I II III 1000 1800 2400 35 35 35 6,3 6,3 6,3 uni% 6,25 6,6 Tổ nối dây Y/∆-11 Y/∆-11 Y/∆-11 Tính: a Tải máy biến áp tải chung 4500 Kva b Tải lớn cung cấp cho hộ dùng điện với điều kiện không máy biến áp bị tải c Giả sử máy I phép tải 20%, tải chung máy ? Đáp số: a S1 = 928 kVA, S2 = 1582 kVA, S3 = 1990 kVA b 4847 kVA c 5817 kVA Cho máy biến áp ba pha với số liệu sau: S đm = 20 kVA, U1/U2 = 6/0,4 Kv, Pn = 0,6 Kw, un% = 5,5 nối Y/Y Tính: a Un(V), Unr(V), Unx(V) b zn, rn, xn, cosưn c ∆u% lúc hệ số tải 0,25; 0,5; 0,75; hệ số công suất cos ϕ2 = 0,8 (điện cảm) 58 d Biết P0 = 0,18 kW, tính hiệu suất máy tải nói Đáp số: a Un = 190 V, Unr = 104 V, Unx = 159 V b zn = 99 , xn = 83 , rn = 54,3 c ∆u = 1,29%; 2,58%; 3,87%;5,16% d η% = 94,84%; 96,04%; 95,86%; 95,35 Cho my biế p ba pha có S đm = 100 kVA,U1/U2 = 10/0,4 KV Đấu Y/Y0-0, un% = 5,5 Pn = 12500 W Tính: a unr%, unx% b ∆U máy biến áp làm việc 3/4 tải định mức với cosϕ2 = 0,8 Đáp số: a unr % = 1,25; unx % = 5,356 b ∆U% = 3,16 59 ... Khi có tải, MBA xuất dòng tải I tI ItII Dòng cân cộng vào dòng tải làm cho hệ số tải lẽ trở thành khác làm ảnh hưởng xấu đến việc lợi dụng công suất MBA h2-36b Theo roct 404-41 MBA làm việc //... thất lượng thời kì tải nhỏ trạm cắt số máy biến áp làm việc song song Hình 2.34 Các máy biến áp làm việc song song a Máy biến áp pha b Máy biến áp pha Những máy biến áp làm việc song song điều... P2 + pcu + pFe - Khi thiết kế mba tính toán tổn hao xác định hiệu suất η tính toán - Lúc vận hành hiệụ suất η mba làm việc tải có I2 coϕ2 cho biết tính gián tiếp Ở tải ứng với I2, cosφ2 ta có công